JP2021094494A - 車両用触媒の再利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両廃車時に廃棄されていた触媒を有効的に再利用する車両用触媒の再利用方法を提供する。【解決手段】本発明に係る車両用触媒の再利用方法は、車両から取り外された触媒２１を、燃焼炉の排ガス通路３２ａ内の通路断面に複数配置し、複数配置した触媒２１、２１、２１…によって、排ガス通路３２ａ内を通過する燃焼炉の排ガスＧを浄化することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用触媒の再利用方法に関する。

従来から、車両のエンジンから排出された排ガスを浄化するために、車両には排ガス浄化装置が備えられている。排ガス浄化装置には、エンジンからの排ガスを浄化する触媒が備えられている。特許文献１には、この触媒の劣化を、Ｃｍａｘ法等を用いて診断することが開示されている。しかしながら、劣化の少ない触媒であっても、車両廃車時には廃棄していた。

国際公開２０１１／０９９１６４号

しかしながら、一般的には、触媒は車両よりも寿命が長いことから、触媒としての利用価値は十分あると考えられる。そのため、一般的に高価な触媒を有効利用することは有益である。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、車両廃車時に廃棄されていた触媒を有効的に再利用する車両用触媒の再利用方法を提供する。

前記課題を鑑みて、本発明に係る車両用触媒の再利用方法は、車両から取り外された触媒を、燃焼炉の排ガス通路内の通路断面に複数配置し、複数配置した触媒によって、前記排ガス通路内を通過する前記燃焼炉の排ガスを浄化することを特徴とする。

本発明によれば、上述の如く、車両から取り外された触媒を燃焼炉の排ガス通路内の通路断面に複数配置して、燃焼炉から排出される排ガスを浄化する。これにより、車両廃車時に廃棄されていた触媒を有効的に再利用することができる。

本実施形態の車両用触媒の再利用方法に用いる触媒を備えた排ガス浄化装置を説明するための模式的概念図である。 図１に示す第１触媒コンバータの模式的斜視図である。 図１に示す触媒を再利用した燃焼炉を説明する模式的断面図である。 本実施形態の車両用触媒の再利用方法を説明する模式的斜視図である。 変形例１に係る車両用触媒の再利用方法を説明する模式図であり、（ａ）は、胴体部とともに、車両から取り外された触媒の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す触媒を再利用した燃焼炉の触媒部の模式的斜視図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図である。 図５に示す車両用触媒の再利用方法の他の例を説明する模式図であり、図５（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図である。 変形例２に係る車両用触媒の再利用方法において使用する仕切板の模式的平面図である。 変形例２に係る車両用触媒の再利用方法を説明する模式的図であり、（ａ）は、図７に示す仕切板を用いて、触媒を再利用した燃焼炉の触媒部の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。

以下に、図１〜図８を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。本実施形態の車両用触媒の再利用方法は、車両廃車時に車両から取り外された触媒を燃焼炉において再利用する際に適用することができる。まず、本実施形態の車両用触媒の再利用方法に用いる触媒２１、２５および燃焼炉３について説明し、次に、車両用触媒の再利用方法について説明する。

１．触媒２１、２５について
本実施形態では、上述の如く、車両廃車時に車両から取り外された触媒２１、２５を再利用するものであるが、図１および図２を参照して、車両から取り外される前の、車両に搭載された状態の触媒２１、２５について説明する。

図１は、本実施形態の車両用触媒の再利用方法に用いる触媒２１、２５を備えた排ガス浄化装置２を説明するための模式的概念図である。図２は、図１に示す第１触媒コンバータ２０の模式的斜視図である。なお、図２では、第１触媒コンバータ２０の内部を示すために、ハウジング２２を半割状態にして図示している。

図１に示すように、排ガス浄化装置２は、エンジン１の下流に取付けられ、エンジン１で燃焼後の排ガスを浄化する装置である。本実施形態では、エンジン１の一例として、図１にガソリン直噴エンジンを例示している。

エンジン１では、吸気弁１３を介して吸入された空気が、シリンダブロック１１とピストン１２とで形成された燃焼室に流入し、燃料噴射弁１４で噴射された燃料（ガソリン）と混合される。混合された混合気は、燃焼室内で、点火プラグ１５で点火されて燃焼し、燃焼後の排ガスは、排気弁１６を介して、排気マニホールド１７から排出される。

排気マニホールド１７で排気された排ガスは、排ガス浄化装置２で浄化される。具体的には、排ガス浄化装置２は、排気マニホールド１７に接続される第１触媒コンバータ２０と、第１触媒コンバータ２０の下流において、排気管２３を介して、第１触媒コンバータ２０に接続される第２触媒コンバータ２４と、を備えている。

第１触媒コンバータ２０は、排気マニホールド１７からの排ガスを浄化する触媒２１と、触媒２１を収容するハウジング２２とを備えている。第２触媒コンバータ２４も、同様に、第１触媒コンバータ２０により浄化しきれなかった排ガスをさらに浄化する触媒２５と、触媒２５を収容するハウジング２６とを備えている。ハウジング２２、２６は、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、またはアルミニウム等の金属材料からなる。

本実施形態では、第１および第２触媒コンバータ２０、２４は同じ構成を採用しているため、以下に第１触媒コンバータ２０の構成について詳述し、第２触媒コンバータ２４の構成の説明は省略する。

図２に示すように、第１触媒コンバータ２０のハウジング２２には、入側コーン部２２ａと、胴体部２２ｂと、出側コーン部２２ｃと、が形成されている。入側コーン部２２ａは、排気マニホールド１７からの排ガスが流入し、排ガスの上流から下流に向かって、排ガスの流路断面が拡大したコーン形状である。胴体部２２ｂは、排ガスが流れる上流側において、入側コーン部２２ａに連続して形成されており、排ガスの流路断面が一定となる筒形状である。出側コーン部２２ｃは、排ガスが流れる上流側において、胴体部２２ｂに連続して形成されており、排ガスの上流から下流に向かって、排ガスの流路断面が縮小したコーン形状である。触媒２１は、胴体部２２ｂ内に配置されている。

本実施形態では、エンジン１が、ガソリンエンジンであることから、触媒２１は、ガソリンエンジンの排ガスの炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒化酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒である。

触媒２１は、担体（触媒担体）に、排ガスを浄化する金属触媒が担持されたものである。担体は、セラミックス材料または金属材料のいずれの材料からなってもよい。セラミックス材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージライト、チタニア、炭化珪素、および窒化珪素等のうちのいずれか一種を主成分とする多孔質のセラミックス材料を挙げることができる。金属材料としては、耐熱性および耐食性を有した材料であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等を挙げることができる。

本実施形態では、一例として、触媒２１の担体は、円柱状であり、セラミックス材料からなり、排ガスが通過する複数のセルが形成されたハニカム構造の担体である。

触媒２１の金属触媒は、粒状であり、触媒２１のセルを形成する内壁面に、セラミックス材料を介して担持されている。金属触媒となる金属しては、白金、ロジウム、およびパラジウムのうち少なくとも一種を含む貴金属が選択される。担体に触媒金属を担持するセラミックス材料としては、ジルコニアとアルミナ、セリアとアルミナ、または、セリア−ジルコニアとアルミナ、の混合素材等を挙げることができる。担体に金属触媒を担持する際には、上述したセラミックス材料と金属触媒を含むスラリーを担体にコートし、これを焼成することにより得ることができる。

このように車両に搭載された触媒２１、２５は、車両廃車時に車両から取り外される。一般的には、触媒は、車両よりも寿命が長いことから、車両から取り外された触媒２１、２５は、触媒としての利用価値が十分にある。そこで、本実施形態では、車両から取り外された触媒２１、２５を、後述する燃焼炉３において再利用する。

２．燃焼炉３について
図３は、図１に示す触媒２１、２５を再利用した燃焼炉３を説明する模式的断面図である。図３に示す燃焼炉３としては、コークス炉、焼鈍炉、または、ごみやバイオマス等を被処理物とした燃焼炉を挙げることができる。このような燃焼炉３では、被処理物を燃焼する際に、炭化水素、一酸化炭素、または窒素酸化物を含む排ガスＧが発生し易い。なお、「燃焼炉」の概念には「焼却炉」も含まれる。

図３に示すように、燃焼炉３は、被処理物を燃焼処理する燃焼室３１と、燃焼室３１で発生した排ガスＧを燃焼室３１から外部へ排出する煙突３２とを少なくとも備えている。煙突３２には、燃焼室３１からの排ガスＧが通る排ガス通路３２ａが形成されており、本実施形態では、排ガス通路３２ａ内には、排ガスＧを浄化する触媒部３３が設けられている。

なお、図３に示す態様では、排ガス通路３２ａ内には、一つの触媒部３３が設けられているが、触媒部３３の数はこれに限定されず、必要に応じて、排ガス通路３２ａの通路方向に沿って、触媒部３３が複数設けられてよい。

本実施形態では、後述する車両用触媒の再利用方法により、触媒部３３は、車両から取り外された触媒２１、２５で構成されている。以下に、図４を参照して本実施形態の車両用触媒の再利用方法を、図５および図６を参照して本実施形態の変形例１を、図７および図８を参照して本実施形態の変形例２を説明する。なお、触媒２１および触媒２５は同じものなので、以下では、触媒２１を用いて再利用方法を詳述する。

３．車両用触媒の再利用方法について
図４は、本実施形態の車両用触媒の再利用方法を説明する模式的斜視図であり、図４上側の図は、車両から取り外された触媒２１の模式的斜視図であり、図４下側の図は、図４上側の図に示す触媒２１を再利用した燃焼炉３の触媒部３３の模式的斜視図である。なお、図４下側の図では、燃焼炉３の煙突３２を半割状態にして図示し、また、燃焼室３１を省略している。

本実施形態では、まず、図４上側の図に示す車両から取り外された触媒２１を、図４下側の図の如く、燃焼炉３の排ガス通路３２ａ内の通路断面に複数配置する。ここで、車両から取り外された触媒２１は、上述の如く、図１、図２に示す触媒コンバータ２０の触媒２１を車両廃車時に車両から取り外したものである。

触媒２１を配置する際、図４下側の図の如く、円柱状の触媒２１の一方の端面から排ガスＧが流入し、他方の端面から触媒２１内を通過したガスが流出するように、触媒２１を配置する。触媒２１を配置する位置は、排ガス通路３２ａ内であれば特に限定されないが、好ましくは、触媒２１が活性し易い温度条件（５００℃以上）となる位置が好ましい。図４下側の図では、７個の触媒２１を隣接するように配列しているが、配置する触媒２１の個数および配列は、これに限定されず、排ガス通路３２ａの大きさおよび形状に応じて、適宜決定してよい。

なお、図には示していないが、触媒２１自体が切削または研削加工可能であれば、触媒２１の外形を六角柱状等の多角形状に成形して、成形した触媒２１同士を隙間なく配置することがより好ましい。なお、車両に搭載される触媒２１自体が、多角形状であってもよい。

触媒２１同士は、例えば、接着剤等を介して接合することができ、周囲にある触媒２１は、例えば、接着剤等により、煙突３２の内壁面に固定することができる。

次に、このように複数配置した触媒２１、２１、２１…によって、排ガス通路３２ａ内を通過する燃焼炉３の排ガスＧを浄化する（図４下側の図参照）。

具体的には、燃焼室３１で発生した排ガスＧは、排ガス通路３２ａ内を通過して、触媒２１の一方の端面から触媒２１内に流入する。流入した排ガスＧは、触媒２１内を通過する際、触媒２１により浄化され、浄化されたガスが触媒２１の他方の端面から流出する。ここで、触媒２１は三元触媒なので、活性化した触媒２１により、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒化酸化物（ＮＯｘ）のうちの少なくとも一つを含む排ガスＧを浄化することができる。なお、触媒２１を早期に活性させるために、触媒２１を昇温するヒータを設けてもよい。

このような本実施形態の再利用方法は、一酸化炭素が発生し易いコークス炉や焼鈍炉に好適である。また、本実施形態の再利用方法を、窒素酸化物が発生し易い、ごみやバイオマス等を燃焼する燃焼炉に適用することで、窒素酸化物の浄化が可能となるため、窒素酸化物の低減を目的に供給されるアンモニア等の脱硝薬剤の量を低減することができる。

本実施形態によれば、車両から取り外された触媒２１を燃焼炉３の排ガス通路３２ａ内の通路断面に複数配置することで、燃焼炉３から排出される排ガスＧを浄化する。これにより、車両廃車時に廃棄されていた触媒２１を有効的に再利用することができる。

＜変形例１＞
図５は、変形例１に係る車両用触媒の再利用方法を説明する模式的図であり、図５（ａ）は、胴体部２２ｂとともに、車両から取り外された触媒２１の模式的斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す触媒２１を再利用した燃焼炉３の触媒部３３の模式的斜視図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図である。

なお、図５（ａ）では、胴体部２２ｂを半割状態にして図示している。また、図５（ｂ）では、燃焼炉３の煙突３２を半割状態にして図示し、燃焼室３１を省略している。図６は、図５に示す車両用触媒の再利用方法の他の例を説明する模式的図であり、図５（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った矢視断面図である。

図５に示すように、変形例１の車両用触媒の再利用方法は、上述の実施形態の方法と、触媒コンバータ２０の金属製の胴体部２２ｂとともに車両から取り外された触媒２１を再利用する点が異なる。よって、以下では相違点について説明し、上述した実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

変形例１では、図５（ａ）に示す如く、触媒２１は、第１触媒コンバータ２０のハウジング２２から入側および出側コーン部２２ａ、２２ｃを切り離した胴体部２２ｂ（図２参照）とともに、車両から取り外されたものである。また、変形例１では、図５（ｂ）、（ｃ）に示す如く、隣接する胴体部２２ｂ同士を溶接した状態で、触媒２１を排ガス通路３２ａ内の通路断面に複数配置する。配置する際、胴体部２２ｂは、例えば、金属治具等により煙突３２の内壁面に固定することができる。

このような変形例１では、上述した実施形態と同様に、燃焼炉３から排出される排ガスＧを浄化することにより、触媒２１を有効的に再利用することができる。さらに、変形例１では、触媒２１が胴体部２２ｂ内に配置されているため、胴体部２２ｂ同士を接合することができる結果、触媒２１同士の接合のハンドリング性を高めるとともに、触媒部３３の強度を高めることができる。

なお、図５に示す胴体部２２ｂは、その外形が円柱状のものであるが、図６に示すように、胴体部２２ｂは、その外形が六角柱状等の多角形状のものがより好ましい。これにより、図６の如く、触媒２１同士を隙間なく配置することができる。したがって、触媒２１の再利用を考慮すると、車両の走行に支障が無ければ、図６の如く外形が六角柱状の胴体部２２ｂを備えた触媒コンバータ２０を、車両に予め搭載してもよい。

＜変形例２＞
図７は、変形例２に係る車両用触媒の再利用方法において使用する仕切板４０の模式的平面図である。図８は、変形例２に係る車両用触媒の再利用方法を説明する模式的図であり、図８（ａ）は、図７に示す仕切板４０を用いて、触媒２１を再利用した燃焼炉３の触媒部３３の模式的斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。なお、図８（ａ）では、燃焼炉３の煙突３２を半割状態にして図示し、燃焼室３１を省略している。

図７、８に示すように、変形例２に係る車両用触媒の再利用方法は、上述した実施形態および変形例１の実施形態と、触媒部３３に排ガス通路３２ａを仕切る仕切板４０を設ける点が相違する。よって、以下では相違点について説明し、上述した実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

変形例２では、図７の如く、触媒２１が挿通された状態で触媒２１を保持する貫通穴４１が複数形成された仕切板４０を使用する。仕切板４０の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウムを挙げることができる。

そして、変形例２では、図８（ａ）、（ｂ）の如く、貫通穴４１に触媒２１が挿通された状態の仕切板４０を排ガス通路３２ａ内に設ける。仕切板４０を設ける際、触媒２１は、接着剤等で貫通穴４１に固定可能であり、仕切板４０の周縁部は、溶接等により煙突３２の内壁面に固定可能である。

このようにして、変形例２では、仕切板４０の貫通穴４１に挿通された触媒２１によって、上述した如く、排ガス通路３２ａ内を通過する排ガスＧを浄化する。結果として、変形例２では、上述した実施形態と同様に、触媒２１を有効的に再利用することができる。

さらに、変形例２では、図８（ａ）、（ｂ）の如く、煙突３２の内壁面と、触媒２１または胴体部２２ｂとの間に生じる隙間（図４下側の図、図５（ｂ）（ｃ）、図６参照）を仕切板４０で塞ぐことができる。また、図８（ａ）、（ｂ）の如く、触媒２１が間隔を開けて複数配置された場合には、この間隔を仕切板４０で塞ぐことができる。または、図４、図５の如く、外形が円柱状の触媒２１、もしくは外形が円柱状の胴体部２２ｂが隣接するように複数配置された場合には、触媒２１同士、もしくは胴体部２２ｂ同士の間に隙間が生じ易いため、この隙間を仕切板４０で塞ぐことができる。

このような変形例２では、触媒部３３に、仕切板４０を設けることにより、上述した間隔および隙間からの排ガスＧの漏れを防止して、排ガスＧを確実に触媒２１に通過させることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２１、２５：触媒、３：燃焼炉、３２ａ：排ガス通路、Ｇ：排ガス

Claims (1)

1. 車両用触媒の再利用方法であって、
   車両から取り外された触媒を、燃焼炉の排ガス通路内の通路断面に複数配置し、複数配置した前記触媒によって、前記排ガス通路内を通過する前記燃焼炉の排ガスを浄化することを特徴とする車両用触媒の再利用方法。

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