JP3222168B2 - 排気ガス浄化装置用の触媒担体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス浄化装置用の
触媒担体に関する。すなわち、例えば自動車エンジン等
の排気ガスを清浄化する触媒コンバータに用いられ、担
持母体として触媒物質が付着される触媒担体に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図６はこの種従来例の要部を示し、
（１）図は、その波板１および平板２の斜視図、（２）
図は速度分布状態図である。さて、従来の排気ガス浄化
装置用の触媒担体は、一般に、波形の凹凸が所定ピッチ
で連続的に折曲形成され帯状をなす金属製の波板１と、
平坦な帯状をなす金属製の平板２とが、交互に位置する
ように多層にろう材にて接合され、もって、これらがセ
ル壁３を形成しハニカム構造をなすと共に、全体がロー
ル状，積層ブロック状等の所定形状をなしていた。とこ
ろで、このような触媒担体に用いられる波板１は、図示
のごとく従来、全体の軸方向において区画されているよ
うなことはなく、又、その両側部，中央部等の各部の波
形のピッチも、ずれることなく共通なものが用いられて
いた。そしてこのような触媒担体が、例えば自動車エン
ジン等の排気ガスを清浄化する触媒コンバータに用いら
れ、担持母体として、そのセル壁３を形成する波板１お
よび平板２の表面に、触媒物質が被覆・付着せしめられ
ていた。もって自動車運転時等の使用時において、自動
車エンジンからの有害物質を含む排気ガスが、従来は層
流となってそのハニカム構造を通過し、触媒物質と反応
し清浄化されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来例にあっては、次の問題が指摘されていた。まず第
１に、図６の（２）図は、触媒担体の１つのセル４内に
おいて層流となって流れる排気ガスの流速Ａを、矢示線
の長さであらわした速度分布状態図であるが、同図にて
も明らかなごとく、最初、（イ）の上流部付近では等速
度分布となっており、セル４の中心付近の流速Ａも、セ
ル４の外側つまりセル壁３付近の流速Ａも等しくなって
いる。しかしながら、（ロ）の中央部そして（ハ）の下
流部と下流に行くに従って、セル壁３付近の流速Ａが中
心付近の流速Ａに比し、次第に遅く減速されて行く。そ
こで従来の触媒担体は、排気ガスとセル壁３に被覆・付
着され担持された触媒物質との接触が弱く不活発とな
り、質的な面で触媒効率つまり排気ガス浄化性能が悪い
という問題があった。第２に、排気ガスが層流となって
触媒担体の各セル４を通過し、ストレートに通り抜けて
行くので、排気ガスとセル壁３の触媒物質との接触が、
触媒担体の長さ分程度と直線的で比較的少ない状態にあ
る。もって、従来の触媒担体はこのような量的な面から
も、触媒効率つまり排気ガスの浄化性能が悪いという問
題があった。

【０００４】第３に、従来の触媒担体では、セル壁３を
形成する波板１の強度が十分でなく、特に上下左右方向
からの圧縮荷重に対して弱く、強度面に問題が指摘され
ていた。第４に、従来の触媒担体は、一般に波板１と平
板２を多層に接合してセル壁３が形成され、平板２を使
用する分だけ重量が重いという問題があった。又、波板
１は高温の排気ガスによる熱応力を吸収できるが、平板
１は熱応力を吸収しにくく、更に、波板１と平板２との
ろう付け接合箇所に応力歪が発生しやすく、破断や脱落
を引き起こすこともあった。もって従来の触媒担体は、
この面からも強度面に問題があった。

【０００５】本発明は、このような実情に鑑み上記従来
例の問題点を解決すべくなされたものであって、軸方向
に区画され隣接する相互間で波形のピッチがずれた波板
を用いてなると共に、区画され・ずれた波板の各部相互
間が連結され、ずらした各面を閉鎖して段差を形成した
こと、を特徴とする。もって本発明は、第１に、排気ガ
スのセル壁付近での減速がなく、質的な面で触媒効率が
向上すると共に、第２に、排気ガスがストレートに通り
抜けず、量的な面でも触媒効率が向上し、第３に、強度
面にも優れ、第４に、平板を用いなくてもよいので、そ
の分軽量化および強度の向上が可能となる、排気ガス浄
化装置用の触媒担体を提案すること、を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明の技術的手段は、次のとおりである。この排気ガス浄
化装置用の触媒担体は、少なくとも、波形の凹凸が所定
ピッチで連続的に折曲形成された金属製の波板が、交互
に位置するように多層に組み付けられ、全体が所定形状
をなすと共に、多数の中空柱状のセルの平面的集合体た
るハニカム構造をなす。そして該波板は、全体の軸方向
において区画されたものが用いられ、区画された各部の
波形のピッチが隣接する相互間でずれている。そして更
に、該波板は、区画されてずれた隣接する各部相互間が
連結され、ずらした各面が閉鎖されている。そこで、排
気ガスが通り抜けるように軸方向に形成されたハニカム
構造の各該セルは、各々独立すると共に、このような閉
鎖箇所にて段差が形成されており、通過する排気ガスが
該閉鎖箇所の段差に衝突しつつ流れること、を特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明は、このような手段よりなるので次のよ
うに作用する。使用時において排気ガスは、触媒担体の
各セルを通過し、そのセル壁に被覆・付着せしめられた
触媒物質と反応して、清浄化される。そしてこの触媒担
体では、そのセル壁として、軸方向に区画され隣接する
相互間で波形のピッチがずれた波板が用いられている。
そこでまず、第１に、排気ガスは乱流となって通過し、
セル壁付近での減速が解消されるので、排気ガスとセル
壁の触媒物質との接触が活発化し、反応が促進される。
第２に、排気ガスが乱流となって通過するので、排気ガ
スと触媒物質との接触が直線的ではなくなり、より多く
増加し、この面からも反応が促進される。第３に、波板
の支点が分散され圧縮荷重は分散される等、強度面にも
優れている。第４に、平板を用いなくてもハニカム構造
が形成できるので、その分、軽量化が可能であり、又、
熱応力の吸収に優れ、更に、接合箇所の応力歪解消が可
能となる。そして本発明では、セル壁について、ずらし
た各面が更に閉鎖されている。つまり、セル壁を形成す
る波板について、区画された各部分のずれた各部相互間
が連結・閉鎖されており、もって、各々排気ガスが通り
抜ける軸方向に形成された各セル間が、連通することな
く、各セルは各々区画され独立している。本発明では、
このように、ずらした各面が閉鎖され閉鎖箇所にて段差
が形成されているので、排気ガスは、このような閉鎖箇
所の段差に衝突しつつ流れ、もって乱流が、より激しく
顕著に発生するようになる。そこで、前記第１および第
２で述べた排気ガスとセル壁の触媒物質との接触が、質
的により一段と活発化すると共に量的にも一段と増加
し、もって、触媒効率が一段と向上するようになる。こ
れと共に、このような閉鎖箇所を、ディーゼルエンジン
の排気ガスのいわゆるパティキュレートトラップとして
も利用できる、という利点がある。つまり、セル壁のこ
のような閉鎖箇所にて段差が形成され、通過する排気ガ
スのコーナーポケット的に機能するので、ディーゼルエ
ンジンの場合その排気ガス中に含まれたすすを、ここに
集めると共に一旦溜め、事後適宜除去する場所としても
利用できる、という利点がある。

【０００８】

【実施例】以下本発明を、図面に示すその実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明には属さないが、そ
の前提となる参考例の要部を示し、（１）図はその波板
５および平板２の斜視図、（２）図は波板５の斜視図、
（３）図は波板５の正面図である。図２，図３，図４も
同参考例の説明に供し、図２は、全体の断面形状が真円
のロール状をなす触媒担体６の斜視図であり、（１）図
は成形途中のものを、（２）図は成形されたものを示
す。図３は、積層ブロック状をなす触媒担体６の斜視図
であり、（１）図は成形途中のものを、（２）図は成形
されたものを示す。図４は、全体の断面形状が略楕円の
ロール状をなす触媒担体６の斜視図であり、（１）図は
成形途中のものを、（２）図は成形されたものを示す。

【０００９】そこでまず、これらの図面を参照しつつ、
本発明の前提となる参考例について説明する。この排気
ガス浄化装置用の触媒担体６は、波形の凹凸が所定ピッ
チで連続的に折曲形成された金属製の波板５が、図示例
では、平坦な金属製の平板２と、交互に位置するように
多層に組み付けられて接合され、全体が図２，図３，図
４のような各種形状をなすと共に、ハニカム構造をな
す。これらについて詳述すると、まず波板５は、帯状を
なすステンレス箔等の金属箔をコルゲート加工，プレス
加工等することにより、所定ピッチと高さの直線的な波
形の凹凸つまり山と谷が、後述により連続的に多数折曲
形成されてなる。平板２は、帯状をなすステンレス箔等
の金属箔がそのまま用いられる。

【００１０】図２に示した触媒担体６は、このような波
板５と平板２とが、一定中心点から交互に位置するよう
に重ねて巻き付けられると共に、両者の当接部分の全部
又は一部がろう材にて接合され、もって、全体の断面形
状が真円のロール状をなしている。なお図示例では、波
板５と平板２が各１枚ずつ用いられているが、重ねられ
た各１枚ずつの波板５と平板２をそれぞれ一組とし、こ
れら複数組の波板５と平板２を同時に重ねて巻き付ける
ことも考えられる。又、図３に示した触媒担体６は、所
定長さ毎にそろえられプレート状をなす複数枚の波板５
と平板２が、順次交互に位置するように上下多層に重ね
られると共に接合され、もって、全体が積層ブロック状
をなしている。更に、図４に示した触媒担体６は、波板
５と平板２が中空の中心部から交互に重ねられ、一旦略
真円のロール状に巻き付けられた後、中空の中心部を潰
すように上下から押圧されると共に接合され、もって、
全体の断面形状が略楕円でトラックフィールド的なロー
ル状をなしている。

【００１１】そしてこの触媒担体６は、ハニカム構造を
なす。すなわち、波板５と平板２がセル壁３を形成し、
略三角形，略四角形，略台形，略半六角形，その他各種
形状の多数の中空柱状のセル４の平面的集合体たる、ハ
ニカム構造をなす。もってこの触媒担体６は、重量比強
度に優れ軽量性とともに高い剛性・強度を備え、又流体
の整流効果にも優れ、かつ成形が容易でコスト面にも優
れる、等々の特性が知られている。そして更に単位容積
当りの表面積が大、つまりセル壁３たる波板５と平板２
の表面積が大である等により、例えば、自動車エンジン
等の排気ガスを清浄化する触媒コンバータに用いられ、
担持母体としてセル壁３たる波板５と平板２の表面に触
媒物質、つまり排気ガス中の有害物質を反応除去する酸
化還元用の触媒活性物質（図示せず）が、被覆・付着せ
しめられる。図中７はケースであり、この外筒たるケー
ス７は、真円，楕円，その他の筒状をなし内部に触媒担
体６が収納保持され、両者はろう材にて接合される。

【００１２】さて、この触媒担体６では特殊な波板５が
用いられている。すなわち、この波板５は、帯状に一体
をなすと共に、触媒担体６全体の軸方向において区画さ
れたものが用いられ、区画された各部８の波形のピッチ
が、隣接する相互間でずれている。まず波板５は、長手
方向に沿って複数に直線的に区画され、区画された各部
８が、一体的に集合し帯状をなしている。そして、この
ように区画された各部８については、それぞれ波形が連
続的に形成されると共に、その波形のピッチが、隣接す
る区画された各部８相互間で一致せず、任意の長さだけ
ずれている。なお、図２，図３，図４に示した触媒担体
６では、前述したごとく、このような波板５と共に平板
２が用いられているが、係る図示例によらず、平板２を
用いず波板５だけで触媒担体６を形成するようにしても
よい。参考例は、このように構成されている。

【００１３】参考例の排気ガス浄化装置用の触媒担体６
は、以上説明したごとく構成されている。そこで以下の
ようになる。図５の（１）図は、この参考例の作動説明
図であり、要部の平断面図よりなる。以下、この図５の
（１）図をも参照しつつ説明する。この排気ガス浄化装
置用の触媒担体６は、例えば、自動車エンジン等の排気
ガスＢを清浄化する触媒コンバータに用いられ、自動車
運転時等の使用時において、自動車エンジンからの有害
物質を含む排気ガスＢが、そのハニカム構造の各セル４
を通過し、セル壁３に被覆・付着せしめられた触媒物質
と反応して、清浄化される。そしてこの触媒担体６で
は、そのセル壁３として、軸方向に区画され隣接する相
互間で波形のピッチがずれた波板５が用いられている。

【００１４】そこでこの触媒担体６は、次の第１，第
２，第３，第４のようになる。第１に、区画された各部
８のピッチがずれた波板５がセル壁３を形成しているの
で、排気ガスＢはセル４内を、この種従来例のように層
流ではなく乱流となって通過する。つまり排気ガスＢは
直線的には流れず、波板５にて規制され乱流状態に拡散
されつつ流れる。そこで、排気ガスＢの流速Ａ（図６の
（２）図参照）は、セル４の上流部，中央部，下流部を
問わず、セル４の中心付近での流速Ａとセル壁３付近で
の流速Ａが常に等速度分布となり、この種従来例のごと
くセル壁３付近での減速は解消される。従って、排気ガ
スＢとセル壁３の触媒物質との接触が質的に良くなって
活発化し、両者の反応が促進される。第２に、ピッチが
ずれた波板５がセル壁３を形成しているので、排気ガス
Ｂは、同様に乱流となって通過する。従って、排気ガス
Ｂとセル壁３の触媒物質との接触が、この種従来例のよ
うに触媒担体６の長さ分程度と直線的で少ない事態は解
消され、量的により多くなって増加し、この面からも両
者の反応が促進される。

【００１５】第３に、ピッチがずれた波板５がセル壁３
を形成しているので、セル壁３は、支点が分散され強度
が向上しており、特に、上下左右方向からの圧縮荷重が
分散される等、全体的にも強度面に優れている。第４
に、ピッチがずれた波板５が用いられるので、平板２を
用いなくても容易にハニカム構造のセル壁３が形成され
る。そこで、平板２を使用しない分だけ軽量化が可能で
あり、又、熱応力の吸収に優れた波板５だけを用いるこ
とができ、更に、波板５と平板２のろう付け接合がなく
なり、接合箇所の応力歪解消が可能となる。参考例で
は、このようになる。

【００１６】以下、本発明について説明する。図５の
（２）図は、本発明に係る排気ガス浄化装置用の触媒担
体６について、実施例の要部の平断面図であり、その作
動説明にも供する。本発明では、上述した参考例のもの
を前提としつつ、これを更に一歩進め、図５の（２）図
に示したように、セル壁３について、ずらした各面が更
に閉鎖されている。つまり、セル壁３を形成する波板５
について、区画された各部８のピッチのずれを比較的小
さくすると共に、このようにずれた相互間が連結・閉鎖
されており、もって、図５の（１）図の参考例のように
各セル４間が連通することなく、各セル４は各々区画さ
れ独立している。このように、本発明の触媒担体６にあ
っては、セル壁３を形成する波板５について、区画され
・ずれた各部８相互間が連結されており、ずらした各面
が閉鎖され、このような閉鎖箇所にて段差が形成されて
いる。本発明は、このように構成されている。そこで次
のようになる。排気ガスＢは、各セル４を通過する際、
図示のごとく係る閉鎖箇所の段差に衝突しつつ流れるの
で、乱流がより激しく顕著に発生するようになる。そこ
で、前述の第１および第２で述べた排気ガスＢとセル壁
３の触媒物質との接触が、質的により活発化すると共に
量的にも増加し、もって、触媒効率が一段と向上するよ
うになる。すなわち排気ガスＢは、閉鎖箇所の段差への
衝突により、激しく乱流状態で拡散されつつ通過するの
で、第１に、その流速Ａが等速度分布となり、セル壁３
付近での減速が確実に解消され、もって排気ガスＢとセ
ル壁３の触媒物質との接触が、前述した参考例や従来例
に比し、質的に一段と活発化し、両者の反応がより一層
促進される。第２に、排気ガスＢとセル壁３の触媒物質
との接触が、このような激しい乱流により量的に一段と
増加し、前述した参考例や従来例に比し、この面からも
反応がより一層促進される。これと共に、このような閉
鎖箇所を、ディーゼルエンジンの排気ガスＢのいわゆる
パティキュレートトラップとしても利用できる、という
利点がある。つまり、セル壁３のこのような閉鎖箇所に
て図示のごとく段差が形成され、通過する排気ガスＢの
コーナーポケット的に機能するので、ディーゼルエンジ
ンの場合その排気ガスＢ中に含まれたすすを、ここに集
めると共に一旦溜め事後適宜除去する場所としても利用
できるという利点がある。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係る排気ガス浄化装置用の触媒
担体は、以上説明したごとく、軸方向に区画され隣接す
る相互間で波形のピッチがずれた波板を用いてなると共
に、区画され・ずれた波板の各部相互間が連結され、ず
らした各面を閉鎖して段差を形成したことにより、次の
効果を発揮する。

【００１８】まず第１に、排気ガスについてセル壁付近
での減速がなくなり、触媒効率が良い。すなわち、この
触媒担体では、排気ガスが、波板の各部間の閉鎖箇所の
段差に衝突しつつ流れるので、排気ガスのセル壁付近で
の減速がなく、もって排気ガスとセル壁の触媒物質との
接触が質的に活発化するので、触媒効率が良く排気ガス
の浄化性能が向上する。第２に、排気ガスがストレート
に通り抜けず、この面からも触媒効率が良い。すなわち
この触媒担体では、排気ガスが、波板の各部間の閉鎖箇
所の段差に衝突しつつ流れ、セル内をストレートに通り
抜けるようなことがなく、もって排気ガスとセル壁の触
媒物質との接触が量的に多くなり増加するので、この面
からも、触媒効率が良く排気ガスの浄化性能が向上す
る。更に、ディーゼルエンジンの排気ガス用に用いた場
合は、このような閉鎖箇所の段差を、排気ガスに含まれ
たすすを一旦溜めて事後除去するための場所としても、
利用できる利点がある。

【００１９】第３に、強度も向上する。すなわちこの触
媒担体は、セル壁を形成する波板の強度が向上してお
り、全体的にも強度面に優れている。第４に、平板を用
いなくてもよいので、軽量化と共に強度の向上が可能と
なる。すなわち、この触媒担体は平板を使用しない分だ
け、軽量化が可能となり、又、熱応力の吸収に優れ、更
に、接合箇所の応力歪も解消可能となり破断や脱落が防
止される等、これらの面からも強度の向上が図れる。こ
のように、この種従来例に存した問題点が一掃される
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気ガス浄化装置用の触媒担体について、本発
明には属さないが、その前提となる参考例の要部を示
し、（１）図はその波板および平板の斜視図、（２）図
は同波板の斜視図、（３）図は同波板の正面図である。

【図２】同参考例の説明に供し、全体の断面形状が真円
のロール状をなす触媒担体の斜視図であり、（１）図は
成形途中の段階のものを、（２）図は成形されたものを
示す。

【図３】同参考例の説明に供し、積層ブロック状をなす
触媒担体の斜視図であり、（１）図は成形途中の段階の
ものを、（２）図は成形されたものを示す。

【図４】同参考例の説明に供し、全体の断面形状が略楕
円のロール状をなす触媒担体の斜視図であり、（１）図
は成形途中の段階のものを、（２）図は成形されたもの
を示す。

【図５】作動説明図であり、（１）図は、同参考例の要
部の平断面図、（２）図は、本発明に係る排気ガス浄化
装置用の触媒担体の実施例の要部の平断面図である。

【図６】従来例の要部を示し、（１）図はその波板およ
び平板の斜視図、（２）図は速度分布状態図である。

【符号の説明】

１ 波板（従来のもの） ２ 平板 ３ セル壁 ４ セル ５ 波板（本発明のもの） ６ 触媒担体 ７ ケース ８ 区画された各部 Ａ 流速 Ｂ 排気ガス

フロントページの続き (56)参考文献 実開 平３−22521（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−201631（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、波形の凹凸が所定ピッチで
   連続的に折曲形成された金属製の波板が、交互に位置す
   るように多層に組み付けられ、全体が所定形状をなすと
   共に、多数の中空柱状のセルの平面的集合体たるハニカ
   ム構造をなす、排気ガス浄化装置用の触媒担体であっ
   て、 該波板は、全体の軸方向において区画されたものが用い
   られ、区画された各部の波形のピッチが隣接する相互間
   でずれており、 更に該波板は、区画されてずれた隣接する各部相互間が
   連結され、ずらした各面が閉鎖されており、 排気ガスが通り抜けるように軸方向に形成されたハニカ
   ム構造の各該セルは、各々独立すると共に、このような
   閉鎖箇所にて段差が形成されており、通過する排気ガス
   が該閉鎖箇所の段差に衝突しつつ流れること、を特徴と
   する排気ガス浄化装置用の触媒担体。