JP2009011983A - 排気ガス浄化用の触媒担体 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、触媒効率が向上し、有害物質浄化性能に優れると共に、第２に、振動を伴うエンジンの排気ガス用に使用されても、振動耐久性に優れており、第３に、しかも段差材の介装も簡単容易で、製造時の作業性やコスト面にも優れた、排気ガス浄化用の触媒担体を提案する。
【解決手段】この触媒担体１は、帯状をなす金属箔製の波板２と平板３が多層に巻付けられてロール状をなすハニカム構造体４が、外筒ケース５内に挿入されると共に、波板２と平板３に触媒物質が付着せしめられている。そして、波板２と平板３間に極細金属製の段差材９が、介装されており、段差材９は、ハニカム構造体４の各セル空間８を通過する排気ガスについて、乱流化機能そして触媒物質との接触増加機能を発揮する。段差材９は、代表的には、極細帯状をなすと共に、波板２や平板３と同材質の金属箔製よりなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス浄化用の触媒担体に関する。すなわち、排気ガスに含有された有害物質を除去して浄化する、触媒担体に関するものである。

《技術的背景》
例えば自動車エンジンの排気ガス中には、一酸化炭素，炭化水素，窒素酸化物，その他の有害物質が含有されており、そのまま外気へ排出すると有害である。
そこで、自動車エンジンの排気管には、排気ガス中の有害物質を除去する排気ガス浄化装置が、介装されており、この種の排気ガス浄化装置としては、ハニカム構造をなし触媒物質が付着せしめられた触媒担体が、代表的に使用されている。

《従来技術》
この種の排気ガス浄化用の触媒担体は、帯状をなす金属箔製の波板と平板とが多層にロール状に巻き付けられたハニカム構造体が、外筒ケース内に挿入，接合された構造よりなる。
そして、エンジンからの排気ガスが、その排気管に介装された触媒担体のハニカム構造体の各セル空間を、通過するが、その際、排気ガスに含有されていた有害物質が、各セル空間を形成するセル壁、つまり波板や平板に付着せしめられた触媒物質と接触して、反応，除去される。もって、排気ガスが浄化されて、外気へと排出されるようになっていた。

《先行技術文献情報》
このような触媒担体の従来例としては、例えば、次の特許文献１中に示されたものが挙げられる。
特開２００１−３２１６７８号公報

ところで、このような従来例については、次の問題が指摘されていた。
《第１の問題点》
第１に、従来の触媒担体のハニカム構造体は、小さな各セル空間を形成するセル壁、つまり波板や平板の外平面が滑らかであり、レイノルズ数が小さい。
そこで、各セル空間に流入して通過する排気ガスは、層流となっており、乱流化，攪乱化されることがなく、セル壁つまり波板や平板の外表面に付着せしめられた触媒物質との接触が、不十分となっていた。つまり、かなり多くの排気ガスは、含有された有害物質が触媒物質と接触，反応することなく、通過してしまっていた。
もって、触媒反応度が低く、触媒効率が悪く、有害物質の浄化程度が低い、という問題が指摘されていた。

《第２の問題点》
第２に、そこで、この種従来例の触媒担体については、ハニカム構造体のセル壁を形成する波板や平板について、切欠き加工，孔加工，エンボス加工等を施す対策も試みられていたが、耐久性低下や効果不十分、という問題が指摘されていた。
すなわち、このような加工により、排気ガスの流れを乱流化し、もって排気ガスがムラなく一様に、触媒物質と接触するようにすることが、試みられていた。しかしながら、多数の切欠きや孔を形成する切欠き加工や孔加工については、切欠きや孔を起点として、セル壁の波板や平板に亀裂が生じ易くなる、という難点があった。
特に、この種の触媒担体は、自動車その他のエンジンの排気ガス浄化用に使用されることに鑑み、振動を伴うことが多く、振動による耐久性低下が指摘されていた。すなわち、切欠きや孔を起点として、亀裂が振動にて拡大して耐久性が低下するという問題、つまり振動耐久性に問題が指摘されていた。
又、浅い凹凸を多数付加するエンボス加工については、加工に手間取ると共に、期待通りの乱流効果，触媒効率が得られにくい、という問題が指摘されていた。

《本発明について》
本発明の排気ガス浄化用の触媒担体は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
そして本発明は、第１に、触媒効率が向上すると共に、第２に、振動耐久性に優れ、第３に、しかもこれが簡単容易に実現される、排気ガス浄化用の触媒担体を提案することを、目的とする。

《請求項について》
このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項１については次のとおり。
請求項１の排気ガス浄化用の触媒担体は、帯状をなす金属箔製の波板と平板が多層に巻付けられてロール状をなすハニカム構造体が、外筒内に挿入されると共に、該波板と平板に触媒物質が付着せしめられている。
そして、該波板と平板間に極細金属製の段差材が、少なくとも１本以上介装されており、該段差材は、該ハニカム構造体の各セル空間を通過する排気ガスについて、乱流化機能そして該触媒物質との接触増加機能を発揮すること、を特徴とする。
請求項２については、次のとおり。請求項２の排気ガス浄化用の触媒担体では、請求項１において、該段差材は、極細帯状をなすと共に、該波板や平板と同材質の金属箔製よりなること、を特徴とする。

《作用等について》
本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
（１）有害物質を含有した排気ガスは、触媒担体に供給される。
（２）触媒担体のハニカム構造体は、波板と平板が多層ロール状に巻き付けられており、多数のセル空間が形成されると共に、触媒物質が付着せしめられている。
（３）供給された排気ガスは、ハニカム構造体を通過する際、含有されていた有害物質が、触媒物質と接触，反応，除去されて、浄化される。
（４）さて、この触媒担体では、ハニカム構造体のセル壁つまり波板と平板間に、段差材が介装されている。
（５）従って、その各セル空間を通過する排気ガスは、この段差材にて乱流化される。
（６）もって、排気ガス中の有害物質は、ムラなく一様に触媒物質と接触して、十分に反応するようになる。
（７）そしてこれは、段差材を介装したことにより、実現される。つまり、セル壁の波板や平板について、何らの加工を施すことなく、段差材の付加，介装により実現される。
（８）しかもこれは、段差材をセル壁の波板と平板に介装することにより、簡単容易に実現される。
（９）そこで、この排気ガス浄化用の触媒担体は、次の効果を発揮する。

《第１の効果》
第１に、触媒効率が向上する。すなわち、本発明の排気ガス浄化用の触媒担体では、セル壁に段差材が介装されている。そこで、そのハニカム構造体のセル空間を通過する排気ガスは、段差材にて乱流化され、もって触媒物質との接触が増加するようになる。
前述したこの種従来例に比し、触媒物質と接触することなく層流のまま通過してしまう排気ガスが減少し、排気ガス中の有害物質は、ムラなくセル壁の触媒物質と接触，反応するようになる。このように本発明は、触媒効率が向上し、有害物質の浄化性能に優れている。

《第２の効果》
第２に、振動耐久性に優れている。すなわち、本発明の排気ガス浄化用の触媒担体では、このような触媒効率向上が、セル壁への段差材の介装により実現される。
前述したこの種従来例のように、セル壁について、切欠き加工，孔加工，エンボス加工等を施す訳ではなく、耐久性低下原因が付加されるようなことはない。
特に、この種の触媒担体は、自動車その他のエンジンの排気ガス浄化用に使用されることが多い点に鑑み、振動を伴うことが多く、亀裂を生じ易い加工が施されない意義は大きい。このように本発明は、振動にて亀裂が拡大するようなことがなく、振動耐久性に優れている。

《第３の効果》
第３に、しかもこれは、簡単容易に実現される。すなわち、本発明の排気ガス浄化用の触媒担体では、段差材が、セル壁の波板と平板間に簡単な作業により容易に介装される。
この種の触媒担体では、波板と平板間が帯状ろう材の介装により、ろう付けされることが多いが、段差材もこれに準じ介装される。このように本発明は、製造時の作業性やコスト面に優れつつ、簡単容易に実現される。
このように、この種従来例に存した課題がすべて解決される等、本発明の発揮する効果は、顕著にして大なるものがある。

《図面について》
以下、本発明の排気ガス浄化用の触媒担体を、図面に示した発明を実施するための最良の形態に基づいて、詳細に説明する。図１〜図３は、本発明を実施するための最良の形態の説明に供する。
そして、図１の（１）図は、巻付け時の要部斜視図、（２）図は、同平板の要部平面図、（３）図は、（表面の状態を省略し、裏面の状態を破線表示した）同平板の要部平面図である。図２の（１）図は、波板の斜視図、（２）図は、平板の斜視図、（３）図は、巻付け時の斜視図、（４）図は、触媒担体の斜視図である。図３は、触媒担体の正断面図である。

《触媒担体１について》
まず、図２，図３を参照して、本発明の排気ガスＡ浄化用の触媒担体１について、一般的概要を説明する。
例えば、自動車のエンジンや、発電機，機関車，各種機械設備等の内燃機関のエンジンから排出される排気ガスＡ中には、一酸化炭素ＣＯ，炭化水素ＨＣ，窒素酸化物ＮＯｘ，粒子状物質ＰＭ，その他の有害物質が含有されており、そのまま外気に排出すると、人体や環境に有害である。
そこで、エンジンの排気管には、排気ガスＡ中の有害物質を除去する排気ガス浄化装置の一環として、排気ガスＡ浄化用の触媒担体１が、途中に介装されている。触媒担体１は、帯状をなす金属箔製の波板２と平板３が多層に巻き付けられ，ろう付けされてロール状をなすハニカム構造体４が、外筒ケース５内に挿入されると共に、波板２と平板３に触媒物質が付着せしめられている。

このような触媒担体１について、更に詳述する。まず、ハニカム構造体４のセル壁６を形成する波板２と平板３とは、ステンレス箔，アルミ箔その他の金属箔製よりなり、同幅平行の帯状をなす。波板２は、波型の凹凸が、帯の長辺に対して直角の短手方向に対して直線的かつ平行、長手方向に対して繰り返し連続的に、所定ピッチと高さで折曲形成されている。
そして、１枚ずつの波板２と平板３が、中心軸から順次交互に重ね合わせられつつ多層に巻き付けられて、相互間の当接箇所の要部が接合されることにより、ハニカム構造体４が製造される。波板２と平板３間の接合用には、例えばろう材７が使用されるが、特に極細帯状のろう材７が代表的に使用されると共に、製造工程において波板２と平板３間に介装される。
ハニカム構造体４は、全体が例えば円柱ロール状をなすと共に、波板２と平板３とをセル壁６として、軸方向Ｘに沿い各々独立空間に区画形成された小さな中空柱状の各セル空間８の平面的集合体よりなり、両端面が開口されている。触媒担体１では、このようなハニカム構造体４が、外筒ケース５内に同軸に挿入され、接合されている。
そして、波板２や平板３の外表面には、触媒物質が付着されている。すなわち、単位容積当たりの表面積が大であるという特徴を備えたハニカム構造体４について、そのセル壁６を形成する波板２や平板３の外表面を利用して、触媒物質が被膜状に付着，担持せしめられ、もって触媒物質の排気ガスＡとの接触面積が広く確保されている。
触媒物質としては、例えば、酸化反応促進用の白金，パラジウム，その他の貴金属や、還元反応促進用の物質が使用される。
触媒担体１は、一般的には概略このようになっている。

《段差材９について》
次に、図１，図２の（２）図等を参照して、本発明の触媒担体１で採用される段差材９について、説明する。
この触媒担体１では、ハニカム構造体４のセル壁６を形成する波板２と平板３間に、極細金属製の段差材９が、少なくとも１本以上介装されている。
この段差材９は、ハニカム構造体４の各セル空間８を通過する排気ガスＡについて、乱流化機能そして触媒物質との接触増加機能を発揮する。段差材９は、代表的には、極細帯状をなすと共に、波板２や平板３と同材質の金属箔製よりなる。

このような段差材９について、更に詳述する。まず、段差材９としては、極細帯状をなす金属箔材製のものが、代表的に使用される。例えば、軸方向Ｘの寸法が、１ｍｍ〜３ｍｍ程度で（因に、波板２や平板３の軸方向Ｘの寸法は、３０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度である）、肉厚が、５０μｍ〜１００μｍ程度のものが用いられる。波板２や平板３と同材質の箔材が用いられることが多い。
しかしながら段差材９は、このような極細帯状箔材に限定されるものではなく、その他各種形状の金属製品も使用可能であり、例えば、糸状，紐状，極細ロープ状，極細ワイヤ状のものも、使用可能である。
そして段差材９は、波板２や平板３との間に、軸方向Ｘに沿うと共に、軸方向Ｘと直角をなす左右幅方向に相互間隔を存しつつ、複数本例えば２〜３本程度、配設，介装される。ろう材７として極細帯状ろう材が使用される場合は、同様に配設，介装されるろう材７と重ならない様に、左右幅方向に位置をズラして配設，介装される。
又、段差材９は、結果的に平板３の表裏に配設されることになるが、表裏相互間では同位置に位置しないように、左右幅方向にズラして配設，介装される。つまり、上述したろう材７による波板２と平板３間の接合に、支障が生じる段差が発生しないように、重なった段差材９の箇所にて接合不良が生じないように、段差材９は表裏でズレた位置に配設される。
このように波板２と平板３間に介装される段差材９は、波板２や平板３に対してろう付け接合してもよいが、単に両者間に介在位置するだけとすることも可能である。又、このような段差材９に対しても、触媒物質が付着，担持せしめられる。
段差材９は、このようになっている。

《作用等》
本発明の排気ガスＡ浄化用の触媒担体１は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
（１）エンジン等からの排気ガスＡは、有害物質を含有しており、排気管にて、排気ガスＡ浄化用の触媒担体１に、供給される（図３を参照）。

（２）触媒担体１は、ハニカム構造体４が外筒ケース５内に、挿入，接合された構造よりなる。ハニカム構造体４は、波板２と平板３とが多層にロール状に巻き付けられ、もって、波板２と平板３とをセル壁６として、多数のセル空間８が形成されると共に、セル壁６である波板２と平板３に、触媒物質が付着，担持せしめられている（図２，図３を参照）。

（３）排気ガスＡは、このようなハニカム構造体４の各セル空間８に、供給され、流入して、通過する。
そしてその際、含有されていた有害物質が、各セル空間８を形成するセル壁６つまり波板２や平板３に付着，担持されていた触媒物質と接触して、酸化反応や還元反応することにより、除去され無害化される。もって排気ガスＡは、浄化されて外気へと排出される（図２を参照）。

（４）さて、この触媒担体１では、そのハニカム構造体４のセル壁６間、つまり波板２と平板３との間に、段差材９が介装されており、すべてのセル空間８に、段差材９が露出し突出している（図１，図２の（２）図を参照）。

（５）そこで、このハニカム構造体４の各セル空間８を通過する排気ガスＡは、このような段差材９に接触，衝突することにより、層流のまま通過することなく、攪乱され乱流化される。このように段差材９は、排気ガスＡの乱流化促進機能を発揮する。

（６）もって、排気ガスＡ中に含有されていた有害物質が、ムラなく一様に、セル壁６の波板２や平板３に付着，担持されていた触媒物質と、接触するようになり、全体的に不足なく十分に触媒物質と反応するようになる。このように段差材９は、排気ガスＡの触媒物質との接触増加促進機能を発揮する。

（７）そしてこれは、触媒担体１について、そのハニカム構造体４のセル壁６、つまり波板２と平板３間に、段差材９を介装したことにより、達成される。
上述した乱流化促進機能や接触増加促進機能は、セル壁６となる波板２や平板３について、加工を施す方式ではなく、段差材９を付加，介装する方式により、獲得される。波板２や平板３について、亀裂発生の原因となる加工を施す方式、つまり振動にて耐久性低下原因となる加工を施す方式によらず、乱流化促進機能そして接触増加促進機能を発揮可能となる。

（８）しかもこれらは、段差材９をセル壁６の波板２と平板３に介装することにより、簡単容易に実現される。すなわち、この触媒担体１の製造工程では、波板２と平板３間が、極細帯状のろう材７の介装によりろう付け接合されることが多いが、段差材９は、これに準じつつ同工程で共に介装することが可能であり、段差材９の介装は簡単容易である。

本発明に係る排気ガス浄化用の触媒担体について、発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、巻付け時の要部斜視図、（２）図は、同平板の要部平面図、（３）図は、（表面の状態を省略し、裏面の状態を破線表示した）同平板の要部平面図である。 同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、（１）図は、波板の斜視図、（２）図は、平板の斜視図、（３）図は、巻付け時の斜視図、（４）図は、触媒担体の斜視図である。 同発明を実施するための最良の形態の説明に供し、触媒担体の正断面図である。

符号の説明

１ 触媒担体
２ 波板
３ 平板
４ ハニカム構造体
５ 外筒ケース（外筒）
６ セル壁
７ ろう材
８ セル空間
９ 段差材
Ａ 排気ガス
Ｘ 軸方向

Claims (2)

1. 帯状をなす金属箔製の波板と平板が多層に巻付けられてロール状をなすハニカム構造体が、外筒内に挿入されると共に、該波板と平板に触媒物質が付着せしめられた、排気ガス浄化用の触媒担体において、
   該波板と平板間に極細金属製の段差材が、少なくとも１本以上介装されており、該段差材は、該ハニカム構造体の各セル空間を通過する排気ガスについて、乱流化機能そして該触媒物質との接触増加機能を発揮すること、を特徴とする排気ガス浄化用の触媒担体。
2. 請求項１に記載した排気ガス浄化用の触媒担体おいて、該段差材は、極細帯状をなすと共に、該波板や平板と同材質の金属箔製よりなること、を特徴とする排気ガス浄化用の触媒担体。

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