JP2019504236A - モノリスを含有するための改善された要素フレーム - Google Patents

Abstract

燃焼源からの排気ガスの流れに触媒を含有するモノリスを保持するための要素フレームは、長方形又は正方形を形成する二対の対向する壁、壁により形成された内部、入口端部、出口端部、少なくとも一のロック要素、少なくとも一のマット並びに入口、出口、四つの面及び排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な少なくとも一の触媒を含む少なくとも一のモノリスを含み、少なくとも一のマット及び少なくとも一のモノリスは、モノリスとそれぞれの隣接する壁との間に少なくとも一のマットが存在するように要素フレームの内部に配置されており、各ロック要素は要素フレームの入口端部又は出口端部にわたって延びており、要素フレームの二の対向する面に接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、フレーム内に触媒を含有するモノリスを保持する改善された要素フレームに関し、触媒を有する要素フレームはエンジンからの排気ガスの流れの中に置かれるように構成されている。

本発明は、排気ガスを一又は複数のモノリスを含有する担持構造に通す排気システムを有する固定燃焼源からの排気ガスを処理するための触媒モジュールにおいて使用される要素フレームに関し、そのそれぞれは、一又は複数の触媒を含有する。固定燃焼システムは、路上走行車、トラック又は航空機には使用されない炭化水素ベースの燃料を燃焼する任意のシステムでありうる。それらは、例えば、石炭燃料システム、油燃料（石油）システム又はガスタービンでありうる。固定燃焼システムはまた、大型のコンテナ又はクルーズ船に使用されるディーゼルエンジンなどの燃焼システムが使用される海洋用途にも使用することができる。固定燃焼システムは、通常、一定の常時荷重下で継続的に運転されるが、可動燃焼システムは、通常、変動荷重下で運転される。

これらのシステム及びモバイル用途に使用されるエンジンにおける炭化水素の燃焼は、形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）又は炭化水素（ＨＣ）のような汚染物質を除去するために処理されなければならない排気ガスを生成する。ＮＯｘは人間や動物の多くの健康問題を引き起こすだけでなく、スモッグや酸性雨の発生を含む多くの有害な環境影響を引き起こすことが知られている。ＣＯは人間及び動物に有毒であり、ＨＣは健康に有害な影響を与える可能性がある。排気ガス中のこれらの汚染物質、特にＮＯ_Ｘの人的及び環境の両方の影響を軽減するために、好ましくは他の有害又は有毒な物質を産生しないプロセスによって、これらの望ましくない成分を除去することが望ましい。

固定燃焼システムは、触媒モジュールを備える排気制御装置を装備しうる。図１は、当該技術分野で知られる触媒モジュールの図である。触媒モジュールは、複数の要素フレームを含む構造であり、各要素フレームは、触媒担体及び一又は複数の触媒を含む複数のモノリスを含有しうる。触媒モジュールは、排気制御システムの燃焼排ガス導管内に設置され、浄化される燃焼排ガスは、動作中にモノリスを通過する。燃焼排ガス導管は、典型的には数平方メートルの断面積を有し、数十から数百平方メートルの断面積を有しうる。燃焼排ガス導管の寸法は、エンジンのサイズ、エンジンが動作する条件、許容できる背圧等の多くの要因によって広く変化しうる。いくつかの場合、燃焼排ガス導管は、数メートル、例えば１０ｍ×１０ｍの幅及び高さを有する長方形の断面を有しうる。燃焼排ガス導管の全断面積は、一又は複数の触媒モジュールによってカバーされている。触媒モジュールは、すべての燃焼排ガスが、モノリスを通過し、モノリス上又はモノリス内の触媒に接触し、浄化されるように隣り合って配置される。いくつかの触媒モジュール、例えば２つから５つの触媒モジュールが、支持フレーム内にしばしば接続される、燃焼排ガス導管内で横列及び縦列に隣り合って配置されうる（図２）。触媒モジュール自体は、典型的には、いずれの場合も数メートルの縁部長さを持つ長方形の断面を有する。

燃焼排ガスの流れの方向において、触媒モジュールは、平面において前後に並んで配置されることが多い。いくつかの用途において、触媒モジュールは、流れの方向に数メートルにわたって、実に１０〜１５メートルにわたって延びる（図３）。海洋又はガスタービン等のいくつかの用途において、触媒モジュールについて、機械的応力に関する比較的厳しい周囲条件が存在しうる。例えば、船舶では、重力は数倍になりうる。加えて、特にガスタービンと共に使用される触媒モジュールの大きな断面については、地震による機械的応力が考慮されなければならない。

触媒モジュールは、いくつかの要素フレームユニットが挿入される積重ねフレームを使用して構成することができ、要素フレームユニットは一又は複数の触媒を含むモノリスを含有する。燃焼排ガスは、燃焼排ガス流れの方向において個々のモノリスを通って流れる。モノリスはまた、ハニカム型触媒としても知られている。これらのハニカム型触媒は、一般的にセラミック材料から作製されており、ガスの流れの方向においてモノリスを通る複数の流れチャネルを有する。設置され、動作している状態では、燃焼排ガスは、モノリス中の流れチャネルを通過し、ここで、燃焼排ガスは、モノリス中又はモノリスの表面上のコーティング中の触媒と相互に作用し、浄化される。

これらの処理システムの使用において遭遇する典型的な問題は、シール、したがってガスの圧迫を提供するため、即ち、触媒の周りにバイパスを流さないため、及び振動に対するクッションとして機能するための、モノリスと要素フレームとの間に置かれた材料が、特別に設計され、比較的高いコストの特別なタイプのマットとして提供される場合を除き、通常使用中にその位置にとどまることができないことである。要素フレームと一又は複数の触媒を含有するモノリスとの間のマットは、要素フレームが一緒に溶接される直前に、要素フレーム中に置かれる。エンジン脈動が衝撃及び振動をもたらす排気システム条件においては典型的である周期的な機械的応力が存在する状況において、マットはフレーム及びモノリスに対して動くことができる。この動きは、衝撃及び振動に対するシステムの比較的低い機械的安定性のため、モノリスの破壊を生じうる。

現在の要素フレームは、ほぼ１５％の触媒セルが直接排気流れに曝露しないように、モノリスの入口面及び／又は出口面に重なる金属フラップ又はリップを有する。

現在の要素フレームはまた、入口及び出口面の中心にロック要素を有する。ロック要素の機能の一つは、直接的な排気ガスの流れからのモノリス間の間隙を遮蔽することである。ロック要素はプレストレスを用いずに溶接され、これは衝撃及び振動に対する比較的低い機械的安定性をもたらす。

要素フレームの現在の設計は、要素フレームを互いに直接付着させる機構を提供しない。要素フレームを一緒に接合する能力は、わずかな要素フレームのみが必要なとき、触媒モジュールの必要性を回避しうる。

厳しい機械的応力条件下で、費用効率の良い材料がモノリス間に置かれることを可能にする触媒モジュールと、シールを提供するため及び通常使用中にその位置にとどまることができる振動に対するクッションとして機能するための要素フレームの金属フレームとを有すること、並びに、利用される、可能な限り最も大きな触媒断面を提供することが望ましい。

第１の態様では、本発明は、燃焼源からの排気ガスの流れに触媒を含有するモノリスを保持するための要素フレームであって、長方形又は正方形を形成する二対の対向する壁、壁により形成された内部、入口端部、出口端部、少なくとも一のロック要素、少なくとも一のマット並びに入口、出口、四つの面及び排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な少なくとも一の触媒を含む少なくとも一のモノリスを含み、少なくとも一のマット及び少なくとも一のモノリスは、モノリスとそれぞれの隣接する壁との間に少なくとも一のマットを有する要素フレームの内部に配置されており、各ロック要素は要素フレームの入口端部又は出口端部にわたって延びており、要素フレームの二の対向する面に接続されている、要素フレームに関する。

第２の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の複数の要素フレームを含む触媒モジュールに関する。

別の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の要素フレームを含む排気システムに関する。

さらに別の態様では、本発明は、本発明の第２の態様の触媒モジュールを含む排気システムに関する。

またさらに別の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の要素フレームを作製する方法に関する。

別の態様では、本発明は、本発明の第２の態様の触媒モジュールを作製する方法に関する。

またさらに別の態様では、本発明は、排気ガスを処理する方法であって、排気ガスを本発明の第１の態様の要素フレーム中のモノリスに通すことを含み、モノリスが、排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な一又は複数の触媒を含む、方法に関する。

さらに別の態様では、本発明は、排気ガスと接触している触媒の量を増加させる方法であって、排気ガスを本発明の第２の態様の触媒モジュールに通すことを含む、方法に関する。

触媒モジュールの三次元描写である。 排気管の断面にわたるモジュールの配置を示す図である。 排気管内のガスの流れの方向において相次いで置かれている五つのグループのモジュールの配置の上から見下ろした図である。 要素フレームの三次元描写である。 要素フレーム中に四のモノリスを有する要素フレームの三次元描写である。 入口及び／又は出口面に隣接する壁及びカットアウトを有する二のピースを示す入口及び／又は出口面から示される要素フレームの一部の描写である。 ロック要素が付着した要素フレームの端面図を描写する。 要素フレームの側面図を描写する。 要素フレームの断面内に二のモノリスを有する要素フレームの断面図を描写する。 要素フレーム上の突起の断面図を描写する。 四のモノリスを含む要素フレームの側面図を描写する。 六のモノリスを含む要素フレームの側面図を描写する。 側面のそれぞれが要素フレームを他の要素フレームに接続するための延伸を有する要素フレームの三次元描写である。 カットアウトを有する二の接続したロック要素の描写である。 モノリスを含有する、要素フレームを他の要素フレームに接続するための延伸を有する三つの要素フレームの三次元描写である。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈に相反することが明記されていない限り、複数の指示対象を含む。よって、例えば、「触媒」への言及は、二以上の触媒の混合物等を含む。

用語「実質的にすべて」とは、少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９７％を意味する。

用語「担体」とは、それに触媒が固定される不活性材料を意味する。

用語「要素フレーム」とは、複数の突起を含む、長方形又は正方形を形成する四つの壁を含む構造を意味し、複数のモノリスがモノリスの各側面の一部をカバーする少なくとも一のマットを有するように要素フレームの内部を規定する。要素フレームはまた、マット材を直接的な流れの運動量から遮蔽し、高い機械的安定性のためのタイバーとして作用するために使用される入口断面にロック要素を含むこともできる。要素フレームは、鋼で作製することができ、鋼はいくつかの異なる等級のいずれかである。

用語「ロック要素」とは、要素フレーム内にモノリスを保持する構造を意味する。ロック要素は、典型的には、要素フレームと同一の材料、即ち、いくつかの異なる等級の鋼のいずれかで作製されている。

用語「カットアウト」とは、要素フレーム又はロック要素が排気ガスの流れの中に組み込まれているとき、排気ガスの流れに関して、要素フレーム又はロック要素の表面積に存在せず且つ減少をもたらす要素フレーム又はロック要素の一部又は一部分を意味する。カットアウトは、排気ガスの流れに直接曝露しているモノリス中のセルの数を増加させる。用語「直接曝露した」とは、モノリスの入口側の開口部で排気ガスがモノリス中のセルに入ることを意味する。

「マット」は、鉱物、ガラス又は金属繊維、例えば、織布、編布、不定形の層等の形態の組合せを意味するものと理解される。マットは、ウェブ、フリース又は不織材料とも称されうる。使用される繊維は、高温に耐えうる、耐腐食性の材料を含む。それらは、特に、合金化元素が添加される鉄ベースの材料を含むことができ、有利には、ニッケル（８〜１１重量％）又はクロミウム（１７〜２４重量％）から選択される少なくとも一の合金化元素が存在する。適切な繊維の一例は、７０重量％の鉄、１７重量％のクロミウム及び８重量％のニッケルを含むが、標準的な不純物も当然含まれうる。マットは、同一又は異なる（例えば、繊維の長さ及び繊維の直径に関して）繊維を使用して生成されうる。使用される繊維はまた、鉱物又はガラスベースの材料を含みうる。マットは、一体成形でありうるか、又は、モノリスの全側面又は一若しくは複数の側面の一部をカバーするかモノリスの一部のみを囲むストリップの形態でありうる。

用語「触媒モジュール」とは、複数の要素フレームから形成されるか又はそれらを含有する構造を意味する。

本発明の第１の態様では、燃焼源からの排気ガスの流れに触媒を含有するモノリスを保持するための要素フレームであって、長方形又は正方形を形成する二対の対向する壁、壁により形成された内部、入口端部、出口端部、少なくとも一のロック要素、少なくとも一のマット並びに入口、出口、四つの面及び排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な少なくとも一の触媒を含む少なくとも一のモノリスを含み、少なくとも一のマット及び少なくとも一のモノリスは、モノリスとそれぞれの隣接する壁との間に少なくとも一のマットを有する要素フレームの内部に配置されており、各ロック要素は要素フレームの入口端部又は出口端部にわたって延びており、要素フレームの二の対向する面に接続されている、要素フレームが提供される。少なくとも一の壁、好ましくは各壁は、要素フレームの内部に延びる複数の突起を含みうる。複数の突起は、モノリスが要素フレームの内部に位置するとき、マットに接触し、一又は複数の触媒を含むモノリスに対してマットを保持するように構成されうる。

図４は、要素フレームの三次元描写である。要素フレームは、四つの壁を含み、一又は複数、好ましくは全ての壁は、四つの壁により形成された内部空間に延びる複数の突起を含みうる。要素フレームは、図５、１１及び１２に示されるように、四つの壁により形成された内部空間内に複数のモノリスを保持しうる。要素フレームは、１×２、１×３、３×３などの異なる構成でモノリスを保持することができる。要素フレームの長さ（深さ）は、モノリスの長さ及び要素フレーム内に連続して配置されうるモノリスの数に基づいている。

二以上のモノリスが要素フレームの内部に存在し、少なくとも二のモノリスが互いに隣接して位置しているとき、少なくとも一のマットは互いに隣接しているモノリス間に位置しうる。好ましくは、一又は複数のマットの少なくとも一部は、（ａ）モノリスの各側面と隣接するモノリスとの間；及び（ｂ）各モノリスと要素フレームの隣接する壁との間に配置されている。

要素フレームは、四つの壁を接合させて内部を有する長方形又は正方形を形成することにより形成されうる。好ましくは、要素フレームは、それぞれが二つの壁を含む二つのピースを一緒に接合することにより形成されうる。図６は、それぞれが、単一のピースを曲げることにより形成された二つの壁を含む二つのピース（Ａ及びＢ）の入口端部又は出口端部からの図を示す。壁は、図中に延び、要素フレームの内部に向かって曲がっている入口及び／出口の要素フレームの一部によって隠れているため、示されていない。要素フレームの入口及び出口の要素フレームの一部は、好ましくは、要素フレーム内に置かれたモノリスの曝露面積を増加させうる一又は複数のカットアウトを含む。入口及び出口面上の要素フレームのカットアウトは、排気の流れに直接接しないモノリス中のセルの数を減少させうる。好ましくは１０％未満、より好ましくは８％未満、さらにより好ましくは７％未満、さらにより好ましくは６％未満、最も好ましくは５％未満の触媒セルは、排気流れに直接曝露されない。ガスの流れに直接曝露されないモノリス中のセルの数の減少は、より低い背圧、触媒への排気ガスの曝露の増加、排気ガス中の化合物の他のより望ましい化合物へのより高い変換をもたらしうる。

壁を含むピースは、好ましくは溶接により、一緒に接続されうる。

図７は、二のロック要素が付着している入口又は出口端部からの要素フレームの図を示す。側面の壁がマットによって少なくとも部分的にカバーされているモノリスは、要素フレームの壁内に置かれる。各ロック要素は、溶接により四つの側面のそれぞれに接続されうる。図７に示されるロック要素はカットアウトを有しない。好ましくは、ロック要素は一又は複数のカットアウトを含む。

図８は、要素フレームの壁がモノリスの長さとほぼ同じ長さを有する要素フレームの側面図を示す。フレームの壁幅は、単一のモノリス又は複数のモノリス、好ましくは、二又は三のモノリスが壁に対して互いに隣接して位置しているかに依拠する。単一のモノリスのみが壁に対して位置しているとき、壁幅は、壁に対するモノリスのサイズと二のマットの厚さの合わせたものにほぼ等しい。複数のモノリスのみが壁に対して位置しているとき、壁幅は、壁に対するモノリスのサイズと二のマットの厚さにモノリスの数をかけたものとの合計にほぼ等しい。壁がどのように組み立てられるかに応じて、壁の厚さ及びモノリスの製造公差に対して余裕を持たせる必要がありうる。

図９は、モノリス及び要素フレームの壁の突起を通るチャネルを示す要素フレームの断面図を描写する。この図において、二のモノリスは、それらのフローチャネルが同じ流れ方向を有して互いに隣り合って置かれている。「Ｚ」と記された部分は、図１０で拡大されて、突起の詳細を示している。

二以上のモノリスは、図１１及び１２に示されるように、要素フレーム内に連続的に置くことができる。要素フレームは、第１のモノリスの出口が第２のモノリスの入口に隣接し、排気ガスの流れが少なくとも二のモノリスを逐次的に通過するように、二以上のモノリスが配置されている、複数のモノリスを含みうる。三以上のモノリスが使用されるとき、第２のモノリスを出る排気ガスは第３のモノリスに入ることができる。これらの構成において、一又は複数のモノリスは、要素フレーム中のモノリスを通る排気ガスの流れの方向における一又は複数のモノリスの下流に位置しうる。

要素フレームは、一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接するように配置されている二以上のモノリスが、同一の機能性を有する触媒を含有する、複数のモノリスを含みうる。用語「同一の機能性を有する」とは、互いに隣接する触媒が同一のタイプの化学反応、例えば選択的触媒還元（ＳＣＲ）、アンモニア酸化、炭化水素酸化、ＮＯｘ貯蔵、酸素貯蔵等を実行することを意味する。

要素フレームは、一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接するように配置されている二以上のモノリスが、異なる機能性を有する触媒を含有する、複数のモノリスを含みうる。用語「異なる機能性を有する」とは、互いに隣接する触媒が異なるタイプの化学反応を実行することを意味する。様々なタイプの構成が可能である。例えば、選択的触媒還元（ＳＣＲ）のための触媒を含むモノリスは、アンモニア酸化のための触媒を含むモノリスに続きうる。炭化水素酸化のための触媒を含むモノリスは、選択的触媒還元（ＳＣＲ）のための触媒を含むモノリスに続きうる。ＮＯｘ貯蔵を提供する触媒を含むモノリスは、ＳＣＲのための触媒を含むモノリスに続きうる。触媒のその他の可能な組合せは当業者に知られている。

要素フレームの少なくとも一の壁は、要素フレームを別の要素フレームに接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするように構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含みうる。

要素フレームの少なくとも二の壁は、要素フレームを別の要素フレームに接合するためのファスナーが開口部を通過することを可能にするように構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含みうる。

要素フレームの四つの側面のそれぞれは、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含みうる。

延伸部分は、要素フレームの入口側面、出口側面又は入口及び出口側面の両方に存在しうる。図１３は、側面（３０）のそれぞれが複数の開口部を含む延伸部分（３４）を含有する要素フレームを示す。開口部の二つのタイプ、穴及びスロットが図１３に示される。他の形状、又は形状の組合せが使用されることがある。

突起
一又は複数の壁、好ましくは、各壁は、内部に延びる複数の突起を含みうる。

壁上の突起の数及びサイズは、マットの物理的特性、マットのサイズ、壁当たりの使用されるマット数、及び要素フレームの壁のサイズを含むがこれらに限定されないいくつかの要因によって変化しうる。図７は、各壁が５×５マトリックスで２５の突起を有する要素フレームを示す。

突起の機能は、壁とモノリスとの間にマットを保持して、せん断力によるモノリスの破壊又はモノリスへの損傷を抑制することである。単一のマットを使用してモノリスの四つすべての側面をカバーするとき、モノリスの各側面をカバーするために二以上のマットが使用されるときにはより少ない数の突起が必要とされうる。マットがモノリスの側面に二以上のストリップが使用されるストリップの形態であるとき、モノリスの四つすべての側面をカバーするために単一のマットが使用されるときにはより多くの突起が必要となる。図９は、高さ（ｈ）及び幅（ｗ）の基部を有する、要素フレーム上の突起の断面図を描写する。突起の基部の面積に対する突起の高さが大きいほど、突起は通常使用中にマットを妨げうる傾向がある。しかしながら、突起の基部の面積に対して小さな高さを有する突起は、通常使用中にマットを妨げることがより少なく、比較的な大きな基部はマットのより大きな表面積により良好に接触できる。突起の高さは約１ｍｍで、突起は約６ｍｍの幅でありうる。マットの特性に応じて、要素フレーム及び材料の壁の厚さ、例えば２ｍｍ×１０ｍｍ又は１ｍｍ×１０ｍｍのような他の高さ及び幅を有する突起を使用することができる。マットは、モノリスの深さとほぼ同じ幅を有する大きなストリップに切断することができる。その後、マットはモノリスの周囲を包み、その後、マットでカバーされたモノリスは要素フレームに置くことができる。マットはまた、ストリップの組み合された幅がモノリスの深さ以下である、二以上のストリップとして存在することもできる。二のストリップが使用され、ストリップの組み合された幅がモノリスの深さ未満であるとき、ストリップは中心を外れて配置されていることが好ましい。要素フレームは圧縮され、その後、側面は一緒に溶接され、ロック要素は、溶接により、入口端部及び出口端部上の要素フレームの四つの壁に付着する。

本発明要素フレームは、排気ガスの触媒使用のための改善された開口前面面積を有し、衝撃及び振動に対する改善された機械的安定性を提供する。

モノリス
「ハニカム」型触媒としても知られる、用語「モノリス」とは、流路が開いて流体が流れるように、モノリスの入口から出口面へ延びる複数の細く、平行なガス流路を有するキャリアを意味する。モノリスは、長方形、好ましくは正方形の断面及び流入表面を有しうる。モノリスの面は、任意の寸法、好ましくは１０ｃｍから３０ｃｍの間のものでありうる。流れの方向におけるモノリスの長さは、典型的には１５ｃｍから１５０ｃｍの範囲であるが、他の長さも使用されうる。排気ガスの方向における要素フレームの幅は、ほぼモノリスの長さである。

モノリスは、入口、出口、四つの側面、及び複数の流路（又は「セル」）を有する。モノリスは、断面１平方インチ当たり約７００又はそれ以上の流路を含むことができるが、はるかに少ないものを使用してもよい。例えば、固定用途に関して、キャリアは、典型的には、１平方インチ当たり（「ｃｐｓｉ」）約９から６００、より一般的には３５から３００のセルを有しうる。流体入口から流体出口まで本質的に直線路である流路は、排気ガスの処理に有効な一又は複数の触媒が流路を流れるガスが触媒材料に接触するように「ウォッシュコート」としてコーティングされる壁により規定される。

当業者は、窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素、アンモニアスリップ及び他の汚染物質を還元して、比較的毒性の少ない化合物である、窒素、水及び二酸化窒素を形成するための一又は複数の触媒の使用及び選択に精通している。モノリスは、ＳＣＲ触媒、アンモニア酸化触媒、炭化水素酸化触媒、ＮＯｘ貯蔵触媒、酸素貯蔵触媒等の一又は複数を含みうる。モノリスは、セラミックフィルターのようなフィルターでありうる。他のタイプの触媒が存在しうる。モノリス基材の流路は、台形、長方形、正方形、三角形、シヌソイド、六角形、楕円形、円形のような任意の適切な断面形状でありうる薄壁チャネルである。モノリスは、一般的には押出材料、好ましくはセラミック基材である。

セラミック基材は、任意の適切な耐火材料、例えば、コーディエライト、コーディエライト−αアルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、スポジュメン、アルミナ−シリカマグネシア、ケイ酸ジルコニア、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコン、ペタライト、アルミノシリケート及びそれらの混合物から作製されうる。セラミック基材は、それ自体に触媒活性を有しうる。いくつかの場合、触媒活性を有するセラミック基材上に追加の触媒材料は置かれない。

マット
一又は複数のマットは、モノリスの周囲の排気ガスの動きを制限するシールを形成しうる。マットは、モノリスと要素フレームとの間の直接的な物理的接触を防ぐことができ、外力から要素フレームにもたらされた衝撃及び振動に対する減衰を提供することができる。本発明において使用されうるマットは、当該技術分野で知られている。

単一のマットは、モノリスの四つ全ての側面を実質的にカバーすることができる。モノリスの四つの側面のそれぞれの少なくとも過半数がマットによってカバーされうる。単一のマットは、モノリスの四つ全ての側面を実質的にカバーすることができる。マットの一又は複数のピースは、モノリス全体、又はほぼ全体を囲むことができる。マットはストリップの形態であることができ、ストリップはモノリスの一部のみを囲むことができる。

モノリスの少なくとも一の側面の少なくとも過半数の面積が、一又は複数のマットによってカバーされうる。

モノリスの少なくとも二の側面のそれぞれの少なくとも過半数の面積が、一又は複数のマットによってカバーされうる。

モノリスの四つの側面のそれぞれの面積の少なくとも過半数が、一又は複数のマットによってカバーされうる。

マットが、モノリスと要素フレームとの間の間隙を満たし、組み立て中に要素フレームが一緒に圧縮されるとき、要素フレームが、モノリスが少なくともおよそ１００、好ましくは少なくともおよそ１５０、より好ましくは少なくともおよそ２００ニュートン／ｍｍ^２の表面圧力に耐えることを可能にするクッション材を提供するように、マットの厚さが選択されうる。

モノリスと共に使用される一又は複数のマットの厚さは、マットが接触しているモノリスのサイズに基づいて決定されうる。モノリスは、さまざまなサイズで市販されており、画サイズのモノリスの交差は製造業者次第である。１５０×１５０ｍｍの断面を有するモノリスは、±３ｍｍの交差を有しうる。異なる厚さを有するマットを有することにより、１４９×１４９ｍｍの実断面を有するモノリスは、１５３×１５３ｍｍの実断面を有するモノリスに使用されるマットよりも厚いマットを使用するであろう。１５３×１５３ｍの実断面を有するモノリス上で使用されるマットは、１５０×１５０ｍｍの実断面を有するモノリス上で使用されるマットよりも薄いであろう。

モノリスが公称幅Ｎ及び実幅Ａを有するとき、公称幅Ｎに等しい実幅Ａを有するモノリスと共に使用されるマットの厚さはＢであり、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの所望の厚さは、
ａ）Ｃ＜ＡであるときＢ＋（Ａ−Ｃ）；
ｂ）Ｃ＝ＡであるときＢ；且つ
ｃ）Ｃ＞ＡであるときＢ−（Ｃ−Ａ）
［式中、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの実厚は、幅Ｂの材料の市販のマットの厚さに最も近い］
である。

二のマットは所望の厚さを得るために使用されうる。

ロック要素
要素フレームは、要素フレームの入口端部及び／又は出口端部にわたって延び、要素フレームの対向する壁に接続している一又は複数のロック要素を含む。ロック要素は、要素フレーム内にモノリスを保持し、要素フレームの対向する壁の動きを妨げる。図５及び１３はそれぞれ、二の隣接するモノリスの側面及びモノリス間の間隙上にある二のロック要素を有する２×２構成中に四のモノリスを含有する要素フレームを示す。１×３モノリス要素フレームの場合、入口側面と出口側面の各側面は、それぞれ二のロック要素を含み、ロック要素のそれぞれは、二の隣接するモノリス間の間隙上に位置する。

ロック要素は、好ましくは、一又は複数のカットアウトを含む。カットアウトは、触媒モジュールが排気ガス源からの排気ガスに曝露されているとき、排気ガスの流れに直接曝露しているモノリス中のセルの数の増加を提供する。ロック要素がカットアウトを含まないとき、モノリス中のセルの多くは、ロック要素によってカバーされており、これは、排気ガスと直接接触するセルの数を減少させる。カットアウトロック要素の幅は、モノリス間の間隙がカバーされるような幅である。カットアウトの幅の決定には、モノリスの幅の製造公差が考慮されるべきである。入口及び出口面上の要素フレーム上に位置するロック要素は、好ましくは１０％未満、より好ましくは８％未満、さらにより好ましくは７％未満、さらにより好ましくは６％未満、最も好ましくは５％未満の触媒セルが、排気流れに直接曝露されないように、カットアウトを含有することができる。これは、より低い背圧及び触媒モノリスのより高い利用、したがって、より高い変換をもたらす。

（ａ）要素フレームの入口及び出口中の要素フレームの壁（図６、７及び１３に示される）及び（ｂ）ロック要素（図１３及び１４に示される）の少なくとも一つが、カットアウトを含むとき、ＮＨ_３、ＮＯｘ、炭化水素及び一酸化炭素の量は、カットアウトを有しない同等の要素フレームのそれらよりも多い。

図７は、二のロック要素が付着している入口又は出口端部からの要素フレームの図を示す。側面の壁がマットによって少なくとも部分的にカバーされているモノリスは、要素フレームの壁内に置かれる。各ロック要素は、溶接により対向する壁に接続されうる。ロック要素は、好ましくは、プレストレス下で要素フレーム中に溶接され、これは、要素フレームの突出を最小限にするか又は防止する。要素フレームの突出は、より低い表面圧力、したがって、典型的な排気システム条件中の衝撃及び振動のような周期的な機械的応力下でのモノリスの動きのより高いリスクをもたらしうる。

触媒モジュール
本発明の別の態様では、触媒モジュールは、本発明の第１の態様の要素フレームを含みうる。

本発明の触媒モジュールは、二のグループ：周辺フレームを有するもの及び周辺フレームを有しないもののうちの一つでありうる。

周辺フレームを有する触媒モジュールは、例えば図１に示されるように、当該技術分野で知られている。周辺フレームを有する触媒モジュールは、二の側面１０、上部１１、底部１２並びに水平な仕切り１３及び垂直な仕切り１４により形成された多くの空間１５を含みうる。一又は複数の触媒を含む複数のモノリスを含有する発明の第１の態様の要素フレーム２０は、空間１５のそれぞれ内に挿入されうる。好ましくは、要素フレームは、上記のように、一又は複数のロック要素を含む。

周辺フレームを有しない触媒モジュールは、要素フレームを互いに隣接して置き、要素フレームを他の要素フレームの上部に置き、要素フレームを隣接する要素フレームと接続させて、複数の要素フレームを互いに組み合わせることによって形成されうる（図１５を参照）。周辺フレームを有しない触媒モジュールは、わずかなモノリスのみが必要であり、且つ、周辺フレームを有する触媒モジュールの使用において余分な重量及び複雑さを避けることができるとき、特に有用である。

好ましくは、要素フレームは隣接する要素フレームに接続している。隣接要素フレームは、その間に位置する、マットのようなシール要素を有しうる。要素フレームは、溶接、温度に耐えうる接着剤、排気ガス流又はボルト、ナット、アンカー等の機械的手段におかれるときに触媒モジュールが受ける振動及び衝撃により、隣接する要素フレームと接続されうる。好ましくは、要素フレームの一又は複数の側面は延伸部を含む。

触媒モジュール中の要素フレームは、触媒モジュールが排気システム内に設置されているとき、要素フレーム周辺の排気ガスバイパスの通路を最小にするよう配置されうる。

触媒モジュールは複数の要素フレームを含むことができ、要素フレームの少なくとも一の壁は、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含み、各要素フレームは、要素フレーム上の延伸部分を通じて一又は複数の要素フレームに接続している。

触媒モジュールは複数の要素フレームを含むことができ、要素フレームの少なくとも一の壁は、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含み、要素フレームは、要素フレーム周辺に最小の排気バイパスが存在するように配置されている。

触媒モジュールは複数の要素フレームを含むことができ、要素フレームの少なくとも二の壁は、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含み、要素フレームは、要素フレーム周辺に最小の排気バイパスが存在するように配置されている。

触媒モジュールは複数の要素フレームを含むことができ、要素フレームの少なくとも二の壁は、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含み、要素フレームは、要素フレーム周辺に最小の排気バイパスが存在するように配置されている。

触媒モジュール中の要素フレームのそれぞれは、要素フレームが、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含むとき、隣接する要素フレームに接続されうる。

触媒モジュール中の要素フレームのそれぞれは、要素フレームが、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含むとき、隣接するすべての要素フレームに接続されうる。

触媒モジュールは、水平な仕切り及び垂直な仕切りにより形成される複数の空間をさらに含むことができ、モノリスと、各モノリスの各側面間に位置する一又は複数のマットとを含有する要素フレームが空間内に存在する。

触媒モジュールは、排気管又はより大きな反応空間（反応器と呼ばれる）、排気ガス流に直接固定されうる。

排気システムは、本発明の第１の態様の要素フレームを含みうる。

排気システムは、本発明の第１の態様の要素フレームを含む触媒モジュールを含みうる。

単独であるか又は触媒モジュールにある要素フレーム中のモノリスがＳＣＲ触媒を含むとき、排気システムは、還元剤流体、例えば炭化水素若しくは窒素還元剤又はそれらの前駆体を要素フレーム上流の排気ガス中に注入するための手段をさらに含みうる。好ましくは、手段はインジェクターを含む。当業者は、ＳＣＲ触媒が窒素酸化物を窒素に変換するのに使用されるとき、アンモニア又は他のタイプの還元剤が必要であることを認識するであろう。そのような当業者は、どのように反応物質を排気ガスに添加するか、及び、システム中のＳＣＲ触媒を使用するかを理解するであろう。そのような当業者はまた、反応物質流体を上流の排気ガス中に注入するための手段は当該技術分野でよく知られていることも理解するであろう。

またさらに別の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の要素フレームを作製する方法に関する。本発明の第１の態様の要素フレームを作製する方法は、各モノリスをマットで包むこと、ロック要素が要素フレームに接続する前に包まれたモノリスを要素フレームの内部に置くこと、及びマットで包まれたモノリスを含有する要素フレームが圧縮力に供される間にロック要素を要素フレームに接続することを含む。好ましくは、要素フレームは、マットの性質に応じて、少なくともおよそ１００ニュートン／ｍｍ^２、好ましくは少なくともおよそ１５０ニュートン／ｍｍ^２、より好ましくは少なくともおよそ２００ニュートン／ｍｍ^２の圧力で圧縮される。

別の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の複数の要素フレームを含む触媒モジュールを作製する方法に関する。該方法は、各モノリスをマットで包み、包まれたモノリスを要素フレーム内に置き、マットで包まれたモノリスを含有する要素フレームが圧縮力を受ける間に一又は複数のロック要素を要素フレームに接続し、且つ、（ａ）一又は複数の要素フレームを互いに接続して触媒モジュールを形成するか、又は（ｂ）一又は複数のロック要素を含有する要素フレームを触媒モジュール中のフレームの仕切り中に挿入することによって、一又は複数のモノリス、一又は複数のマット及び一又は複数のロック要素を含む要素フレームを形成する。好ましくは、要素フレームは、マットの性質に応じて、少なくともおよそ１００ニュートン／ｍｍ^２、好ましくは少なくともおよそ１５０ニュートン／ｍｍ^２、より好ましくは少なくともおよそ２００ニュートン／ｍｍ^２の圧力で圧縮される。当業者は、上記の要素フレームが要素フレーム中の仕切り内に置かれうる、周辺フレームを有する触媒モジュールを生成するのに使用される技術及び手順に精通しているであろう。そのような当業者はまた、上記のような、延伸部を含む要素フレームを機械的ファスナーを使用して互いに接続するのに使用される技術及び手順にも精通しているであろう。

排気ガスを処理する方法は、排気ガスを本発明の第１の態様の要素フレーム中のモノリスに通すことを含み、モノリスは、排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な一又は複数の触媒を含む。

排気ガスに接触している触媒の量を増加させる方法は、排気ガスを本発明の第１の態様の要素フレームに通すことを含み、要素フレームはカットアウトを含む。

本発明は、以下の記載のうちの１つ又は複数に従って、更に規定することができる。

１）燃焼源からの排気ガスの流れに触媒を含有するモノリスを保持するための要素フレームであって、長方形又は正方形を形成する二対の対向する壁、壁により形成された内部、入口端部、出口端部、少なくとも一のロック要素、少なくとも一のマット並びに入口、出口、四つの面及び排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な少なくとも一の触媒を含む少なくとも一のモノリスを含み、少なくとも一のマット及び少なくとも一のモノリスが、モノリスとそれぞれの隣接する壁との間に少なくとも一のマットを有して要素フレームの内部に配置されており、各ロック要素が要素フレームの入口端部又は出口端部にわたって延びており、要素フレームの二の対向する面に接続されている、要素フレーム。

２）二以上のモノリスが要素フレームの内部に存在し、少なくとも二のモノリスが互いに隣接して位置しており、少なくとも一のマットが互いに隣接しているモノリス間に位置している、１）に記載の要素フレーム。

３）少なくとも二のロック要素が要素フレームの入口端部に位置しており、少なくとも二のロック要素が要素フレームの出口端部に位置している、１）又は２）に記載の要素フレーム。

４）要素フレームが少なくとも二のモノリスを含むとき、空間が隣接するモノリス間に位置しており、ロック要素の少なくとも一が、二のモノリス間の空間上、好ましくはその中心に位置している、１）から３）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

５）各ロック要素が溶接により対向する壁に接続している、１）から４）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

６）ロック要素が、触媒モジュールが排気ガス源からの排気ガスに曝露されているとき、排気ガスの流れに直接曝露しているモノリス中のセルの数の増加を提供するカットアウトを含む、１）から５）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

７）ａ）要素フレームの入口及び出口の要素フレームの壁及び（ｂ）ロック要素の少なくとも一つがカットアウトを含み、ＮＨ_３、ＮＯｘ、炭化水素及び一酸化炭素の少なくとも一つの変換量が、カットアウトを有しない同等の要素フレームのものより大きい、１）から６）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

８）各壁が内部に延びる複数の突起を含む、１）から７）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

９）複数の突起が、モノリスが要素フレームの内部に位置するとき、繊維マットに接触し、一又は複数の触媒を含むモノリスに対して繊維マットを保持するように構成されている、８）に記載の要素フレーム。

１０）要素フレームの少なくとも一の壁が、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含む、１）から９）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１１）要素フレームの少なくとも二の壁が、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含む、１）から１０）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１２）要素フレームの四つの壁のそれぞれが、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている複数の開口部を含む延伸部分を含む、１）から１１）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１３）モノリスの少なくとも一の側面の少なくとも過半数の面積が、一又は複数のマットによってカバーされる、１）から１２）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１４）モノリスの少なくとも二の側面のそれぞれの少なくとも過半数の面積が、一又は複数のマットによってカバーされる、１）から１３）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１５）モノリスの四つの側面のそれぞれの面積の少なくとも過半数が、一又は複数のマットによってカバーされる、１）から１４）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１６）マットがストリップの形態であり、ストリップがモノリスの一部のみを囲む、１）から１５）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１７）マットが、モノリスと要素フレームとの間の間隙を満たし、組み立て中に要素フレームが一緒に圧縮されるとき、モノリスが少なくとも１００、好ましくは少なくとも１５０、より好ましくは少なくとも２００ニュートン／ｍｍ^２の表面圧力に耐えることを可能にするクッション材を提供するように、マットの厚さが選択される、１）から１６）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１８）モノリスが公称幅Ｎ及び実幅Ａを有し、公称幅Ｎに等しい実幅Ａを有するモノリスと共に使用されるマットの厚さがＢであり、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの所望の厚さが、
ａ）Ｃ＜ＡであるときＢ＋（Ａ−Ｃ）；
ｂ）Ｃ＝ＡであるときＢ；且つ
ｃ）Ｃ＞ＡであるときＢ−（Ｃ−Ａ）
［式中、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの実厚は、幅Ｂの材料の市販のマットの厚さに最も近い］
である、１）から１７）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

１９）一又は複数のマットがモノリスの周りの排気ガスの動きを制限するシールを形成する、１）から１８）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

２０）モノリスがＳＣＲ触媒を含む、１）から１９）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

２１）モノリスが酸化触媒を含む、１）から２０）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

２２）モノリスがフィルターである、１）から２１）のいずれか一つに記載の要素フレーム。

２３）複数のモノリスを含み、二以上のモノリスが、一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接し、排気ガスの流れが少なくとも二のモノリスを逐次的に通過するように配置されている、要素フレーム。

２４）一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接するように配置されている二以上のモノリスが、同一の機能性を有する触媒を含有する、２３）に記載の要素フレーム。

２５）一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接するように配置されている二以上のモノリスが、異なる機能性を有する触媒を含有する、２３）に記載の要素フレーム。

２６）１）から２５）のいずれか一つに記載の複数の要素フレームを含む触媒モジュール。

２７）触媒モジュールが排気システム内に設置されているとき、要素フレームが要素フレーム周辺の排気ガスバイパスの通路を最小にするよう配置されている、２６）に記載の触媒モジュール。

２８）各要素フレームが要素フレーム上の延伸部分を通って一又は複数の要素フレームに接続している、一又は複数の１０）、１１）及び１２）の複数の要素フレームを含む触媒モジュール。

２９）要素フレームが、要素フレームの周囲に最小の排気バイパスが存在するように配置されている、一又は複数の１０）、１１）及び１２）の複数の要素フレームを含む触媒モジュール。

３０）要素フレームのそれぞれが、隣接する要素フレームに接続している、２６）から２９）のいずれか一つに記載の触媒モジュール。

３１）要素フレームのそれぞれが、すべての隣接する要素フレームに接続している、２６）から２９）のいずれか一つに記載の触媒モジュール。

３２）水平な仕切り及び垂直な仕切りにより形成される複数の空間をさらに含み、モノリスと、各モノリスの各側面間に位置する一又は複数のマットとを含有する要素フレームが空間内に存在する、２６）から３１）のいずれか一つに記載の触媒モジュール。

３３）１）から２５）のいずれか一つに記載の要素フレームを備える排気システム。

３４）２６）から３２）のいずれか一つに記載の触媒モジュールを備える排気システム。

３５）要素フレーム又は触媒モジュールの前に位置する、排気ガス中でＮＨ_３を形成するための手段をさらに含む、３３）又は３４）に記載の排気システム。

３６）１）から２５）のいずれか一つに記載の要素フレームを作製する方法であって、各モノリスをマットで包むこと、ロック要素が要素フレームに接続する前に包まれたモノリスを要素フレームの内部に置くこと、及びマットで包まれたモノリスを含有する要素フレームが圧縮力を受ける間にロック要素を要素フレームに接続することを含む方法。

３７）要素フレームが、少なくともおよそ１００ニュートン／ｍｍ^２、好ましくは少なくともおよそ１５０ニュートン／ｍｍ^２、より好ましくは少なくともおよそ２００ニュートン／ｍｍ^２の圧力で圧縮される、３６）に記載の方法。

３８）２６）から３２）のいずれか一つに記載の触媒モジュールを作製する方法であって、各モノリスをマットで包み、包まれたモノリスを要素フレーム内に置き、マットで包まれたモノリスを含有する要素フレームが圧縮力を受ける間に一又は複数のロック要素を要素フレームに接続し、且つ、（ａ）一又は複数の要素フレームを互いに接続して触媒モジュールを形成するか、又は（ｂ）一又は複数のロック要素を含有する要素フレームを触媒モジュール中のフレームの仕切り中に挿入することによって、一又は複数のモノリス、一又は複数のマット及び一又は複数のロック要素を含む要素フレームを形成することを含む方法。

３９）圧縮力が少なくともおよそ１００ニュートン／ｍｍ^２、好ましくは少なくともおよそ１５０ニュートン／ｍｍ^２、より好ましくは少なくともおよそ２００ニュートン／ｍｍ^２である、３８）に記載の方法。

４０）排気ガスを処理する方法であって、排気ガスを本発明の第１の態様の要素フレーム中のモノリスに通すことを含み、モノリスが、排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な一又は複数の触媒を含む、方法。

４１）排気ガスに接触している触媒の量を増加させる方法であって、排気ガスを６）又は７）に記載の要素フレームに通すことを含む、方法。

Claims (21)

1. 燃焼源からの排気ガスの流れに触媒を含有するモノリスを保持するための要素フレームであって、長方形又は正方形を形成する二対の対向する壁、壁により形成された内部、入口端部、出口端部、少なくとも一のロック要素、少なくとも一のマット並びに入口、出口、四つの面及び排気ガス中の一又は複数のガスの濃度を低減するのに有効な少なくとも一の触媒を含む少なくとも一のモノリスを含み、少なくとも一のマット及び少なくとも一のモノリスが、モノリスとそれぞれの隣接する壁との間に少なくとも一のマットが存在するように要素フレームの内部に配置されており、各ロック要素が要素フレームの入口端部又は出口端部にわたって延びており、要素フレームの二の対向する面に接続されている、要素フレーム。
2. 二以上のモノリスが要素フレームの内部に存在し、少なくとも二のモノリスが互いに隣接して位置しており、少なくとも一のマットが互いに隣接しているモノリス間に位置している、請求項１に記載の要素フレーム。
3. 少なくとも二のロック要素が要素フレームの入口端部に位置しており、少なくとも二のロック要素が要素フレームの出口端部に位置している、請求項１又は２に記載の要素フレーム。
4. 要素フレームが少なくとも二のモノリスを含むとき、空間が隣接するモノリス間に位置しており、ロック要素の少なくとも一が、二のモノリス間の空間上、好ましくはその中心に位置している、請求項１、２又は３に記載の要素フレーム。
5. 各壁が内部へ延びる複数の突起を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の要素フレーム。
6. 要素フレームの少なくとも一の壁が、複数の開口部を含む延伸部を含み、開口部が、要素フレームを別の要素フレームへ接合するためのファスナーが開口部を通過すること可能にするよう構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の要素フレーム。
7. マットが、モノリスと要素フレームとの間の間隙を満たし、組み立て中に要素フレームが一緒に圧縮されるとき、モノリスが少なくとも１００、好ましくは少なくとも１５０、より好ましくは少なくとも２００ニュートン／ｍｍ^２の表面圧力に耐えることを可能にするクッション材を提供するように、マットの厚さが選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の要素フレーム。
8. モノリスが公称幅Ｎ及び実幅Ａを有し、公称幅Ｎに等しい実幅Ａを有するモノリスと共に使用されるマットの厚さがＢであり、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの所望の厚さが、
   ａ）Ｃ＜ＡであるときＢ＋（Ａ−Ｃ）；
   ｂ）Ｃ＝ＡであるときＢ；且つ
   ｃ）Ｃ＞ＡであるときＢ−（Ｃ−Ａ）
   であり、実幅Ｃを有するモノリスと共に使用されるマットの実厚が、幅Ｂの材料の市販のマットの厚さに最も近い、請求項１から７のいずれか一項に記載の要素フレーム。
9. モノリスが、ＳＣＲ触媒；酸化触媒；又はフィルターを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の要素フレーム。
10. 複数のモノリスを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の要素フレームであって、二以上のモノリスが、一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接し、排気ガスの流れが少なくとも二のモノリスを逐次的に通過するように配置されている、要素フレーム。
11. 一のモノリスの出口が別のモノリスの入口に隣接するように配置されている二以上のモノリスが、同一又は異なる機能性を有する触媒を含有する、請求項２３に記載の要素フレーム。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の複数の要素フレームを含む触媒モジュール。
13. 請求項６に記載の複数の要素フレームを含む触媒モジュールであって、各要素フレームが、その上の延伸部を通って一又は複数の要素フレームに接続している、触媒モジュール。
14. 要素フレームのそれぞれが、一又はすべての隣接する要素フレームに接続している、請求項１２又は１３に記載の触媒モジュール。
15. 水平な仕切り及び垂直な仕切りにより形成される複数の空間をさらに含み、モノリスと、各モノリスの各側面間に位置する一又は複数のマットとを含有する要素フレームが空間内に存在する、請求項１２、１３又は１４に記載の触媒モジュール。
16. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の要素フレーム又は請求項１２から１５のいずれか一項に記載の触媒モジュールを備える排気システム。
17. 要素フレーム又は触媒モジュールの前に位置する、排気ガス中でＮＨ_３を形成するための手段を含む、請求項１６に記載の排気システム。
18. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の要素フレームを作製する方法であって、各モノリスをマットで包むこと、ロック要素が要素フレームに接続する前に包まれたモノリスを要素フレームの内部に置くこと、及びマットで包まれたモノリスを含有する要素フレームが圧縮力に供される前にロック要素を要素フレームに接続することを含む、方法。
19. 請求項１２から１５のいずれか一項の触媒モジュールを作製する方法であって、請求項１８に記載の要素フレームを形成すること、及び、（ａ）一又は複数の要素フレームを互いに接続して触媒モジュールを形成すること、又は（ｂ）一又は複数のロック要素を含有する要素フレームを触媒モジュール中のフレームの仕切りに挿入することのいずれかを含む、方法。
20. 圧縮力が少なくとも１００ニュートン／ｍｍ^２、好ましくは少なくとも１５０ニュートン／ｍｍ^２、より好ましくは少なくとも２００ニュートン／ｍｍ^２である、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 排気ガスを請求項１から１１のいずれか一項に記載の要素フレーム内の触媒化モノリスに通すことを含む、排気ガスを処理する方法。
    

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