JP4020267B2 - 支持体のコート法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、触媒転化器中に使用される一体式支持体のような、複数のチャンネルをもつ支持体をコートするための真空注入法に関する。
発明の背景
触媒転化器は、排気ガスの有害成分の除去及び／又は転化のために周知である。触媒転化器はこの目的のための種々の構造物をもつが、構造物の一形態は、触媒でコートされた硬い骨格の一体式支持体、又は、大きい表面積をもつ、触媒でコートされた本体を提供するための、複数の縦のチャンネルをもつハネカムタイプの要素である。
硬い、一体式の支持体は、セラミック及び他の材料から製造されている。このような材料及びそれらの構造は、例えば、それぞれが、引用により本明細書に取り込まれている、米国特許第３，３３１，７８７号及び同第３，５６５，８３０号明細書に記載されている。
一体式の支持体及び、特に複数のチャンネルは、触媒及び／又は吸収剤材料のスラリーでコートされている。当該技術分野において、触媒のスラリーによる一体式の支持体のコートのためには種々の方法が知られているが、このような方法は、価格の観点からは、特に、プラチナ、パラジウム又はロジウムのような高価な、触媒活性の貴金属をコーティングの一部としてメッキする場合は、適用されるコーティングの量を最小にする点で劣っている。一体式支持体をコートすることは、困難であるのみならず、チャンネル内に、一定で再生可能なコーティングパターンを提供することも困難である。
プレハブの一体式支持体をコートする方法は、それぞれのチャンネル内に触媒スラリーをポンプで押し込み、次にコートされた支持体に乾燥操作を施すことである。各チャンネルの同じ長さ上に触媒コーティングがメッキされるこのような方式は、均一なコーティングの厚さ及び均質なコーティングの分布像を提供するのに不成功であった。
真空を使用して、チャンネル内に触媒スラリーを吸い上げることが提唱された。例えば、Peter D. Youngの米国特許第４，３８４，０１４号明細書は、一体式支持体上に真空を生成して、チャンネルから空気を除去して、次に、チャンネル内に触媒スラリーを吸い上げることを公表している。次に、真空を停止して、過剰なスラリーを、好ましくは重力による排水により除去する。
James R. Reed等の米国特許第４，１９１，１２６号明細書は、一体式支持体のスラリー中への浸漬及び、次に減圧を利用して、支持体の表面から過剰なコート用スラリーをパージすることを公表している。適用された真空は、スラリーが各チャンネルの表面上を吸い上げられるようにチャンネルの詰まりを取り外すことを意図されている。
これらの方式の改善案が、引用により本明細書に取り込まれている、Thomas Shimrock等の米国特許第４，６０９，５６３号明細書に公表されている。この方式は、セラミックの一体式支持体への適用のために、正確に調節されて、前以て決められた量のスラリーが計量される、耐熱性及び／又は触媒金属成分のスラリーで、セラミックの支持体部材を真空コートする方法を包含している。一体式支持体を、支持体上にコートされる、正確な量のスラリーを含有する、好ましくは前以て決められた寸法の容器中の、前以て決められた深度に下ろす。次に、スラリーを、浴中に浸漬されている末端と反対側の、支持体の末端に適用される真空により吸い上げる。支持体からの過剰なコート用スラリーの排水又はパージは必要でなく、また、空気を排除するための前真空の適用段階も必要でない。
米国特許第４，６０９，５６３号明細書において、正確な量のスラリーを含有する浸漬槽としても知られている容器の設計は、望ましくは、コートされる支持体の形態をゆったり受容し、しかしその形態にぴったり適合する形態である。従って、一体式支持体が卵形の場合は、浸漬槽は、支持体自体より僅かに大きい寸法の卵形である。
米国特許第４，６０９，５６３号明細書の方法は、その他の引用文献の方法のコーティングよりも優れた、滑らかなコーティングを提供しているが、しかし、そのコーティングが各チャンネルの同じ長さをカバーするような、均質なコーティング分布像を得るのにはまだ困難が残されている。更に、米国特許第４，６０９，５６３号の方法は、各種類の一体式支持体に対して正確な形態及び寸法の浸漬槽を好むので、種々の異なるサイズ及び形態の浸漬槽の在庫をそろえなければならないことに、より余分の経費がかかる。更に、各浸漬槽の寸法は好ましくは、支持体よりもごく僅かに大きいだけである。従って、支持体が浸漬槽に誤ってぶつからないように、浸漬槽中に脆い支持体を浸漬するのに、特別な注意を払わなければならない。
従って、価格的に有効で効率的な方法で均質なコーティング分布像をもたらすように、同じ長さに対して同じ厚さのコーティングで、各チャンネルをコートすることができる場合、それは、一体式支持体及び、特に触媒の転化器中に使用のための一体式支持体、のコート技術分野において著しい利点になるであろう。
発明の要約
本発明は概括的に、支持体を含んでなる各チャンネルが同じ厚さのコーティングでコートされ、そして均質なコーティング分布像を特徴とするような、価格的に有効で効率のよい方法で一体式支持体をコートするための真空注入法に関する。本明細書で使用される「均質なコーティング分布像」の語は、支持体の各チャンネルが同じ長さ上をコートされるであろうことを意味する。均質なコーティング分布像は、触媒転化器に著明な利点を与える。第１に、連続的触媒コーティングの間に重複部が少ないために、より少量の触媒を使用することができる。第２に、複数の触媒のコート用組成物を使用する時に特に好都合な、触媒の添加量（placement）に対して、より正確な調節ができる。第３に、コーティングの重複部の調節及び、各チャンネル内の重複部をより正確に位置付ける能力により、特に複数コーティングの用途において、コーティングの厚さをより正確に調節することができる。それにより、支持体を通って処理されるガスの流れに対する抵抗が減少され、チャンネル内の圧力低下のより良い調節及びより軽度の低下をもたらす。このような支持体を触媒転化器として使用する場合、エンジンの性能は減衰されない。本明細書に使用される「真空注入」の語は概括的に、一体式支持体内の複数のチャンネル中へコート用媒質を注入するための、真空の負荷を意味するべきである。
なかでも、本発明は、
ａ） コート用媒質浴を含有する容器中に、支持体を部分的に浸漬すること（前記の容器は、容器内のコート用媒質の高さを、浸漬支持体の高さより下方に減少させることなく、所望の高さまで、支持体をコートするのに十分な量のコート用媒質を含有する）；
ｂ） 部分的に浸漬された支持体に、各チャンネル中へ浴からコート用媒質をチャンネルの長さより短い距離を吸い上げるのに十分な強度及び時間で真空を適用して、それらの中に均質なコーティング分布像を形成すること；並びに
ｃ） 浴から支持体を取り出すこと：
を含んでなる、コート用媒質により複数のチャンネルをもつ支持体をコートするための、真空注入法に関する。
本発明の好ましい形態においては、コート用媒質を支持体に適用後、そして支持体が浴から取り出される時、部分的に浸漬された支持体上に負荷される真空の強度以上の強度で、真空を支持体に適用し続ける。
図の簡単な説明
同様の参照文字が同様の部分を示している以下の図は、本発明の態様を具体的に示すもので、適用の、請求の範囲の形成部分により包含される本発明を制限する意図はない。
図１は、本発明に従う、一体式支持体をコートするためのアセンブリの遠近図であり；
図２は、本発明に従う、一体式支持体をコートするためのスラリーを含有する容器の横断面図であり；
図３Ａは、均質なコーティング分布像をもつ支持体を示している、コート用媒質を含有している容器中に浸漬された、一体式支持体の横断面図であり；
図３Ｂは、均質なコーティング分布像をもつ、本発明に従うコート後の、一体式支持体の横断面図を示す、１枚の写真であり；
図４Ａは、従来の当該技術分野の方法に従うコート後の、一体式支持体の横断面図であり；
図４Ｂは、本発明に従うコート後の、一体式支持体の横断面図である。
発明の詳細な説明
本発明は、チャンネル内に均質なコーティング分布像を提供する方法で、真空の適用によりチャンネル内にコート用媒質を吸い上げることにより、具体的にはスラリーの形態のコート用媒質で、複数のチャンネルをもつ一体式支持体をコートするための、真空注入法に関する。
概して、本発明の方法は、浸漬槽中に浸漬された支持体の末端より上にある、触媒及び／又は吸収剤組成物のようなコート用媒質の容量は、支持体のチャンネルをコートするのに十分でなければならないという発見を前提にしている。従って、本発明の本質的な特徴は、浸漬槽の大きさ又は浸漬深度ではなく、浸漬される支持体より上のコート用媒質の容量である。
本発明の結果として、浸漬槽の形態及びサイズ、コート用媒質中の支持体の浸漬深度、浸漬支持体から浸漬槽の底部までの距離及び、コート用媒質の量、は正確に調節される必要はない。その結果、本発明は、以前に得られたものより、コート用媒質及び支持体のむだがより少ない、より均質な方法で、一体式支持体をコートするための方式を提供する。
本明細書に、より具体的に記載されている、変更を伴う本発明を実施するための適宜な方式は、引用により本明細書に取り込まれている、Thomas Shimrock等の、米国特許第４，６０９，５６３号明細書に公表されている。
本出願書の図１において、棚６上にその一番下方の末端を置くことにより支持体クランプ４中に、コートされる支持体、具体的には一体式支持体（簡明化のために図示されていない）の手動装填のための装置２が示されている。次に、オペレーターが、スタートボタン８を押し、数種の操作を同時に開始させる。最初に、支持体がコート用媒質と接触して置かれる時に、支持体に操作により連結されている真空円錐体１２にライン１０を通って、低い強度の真空がかけられる。浸漬槽１４は、支持体をコートするための、貯蔵槽１６から受容したコート用媒質を貯蔵する。以下に、より詳細に説明されるように、浸漬槽１４に含有されるコート用媒質の量は、コート操作を終結するのに必要なコート用媒質の量を越える。支持体は、支持体クランプ４を移動させ、そして次に、コート用媒質が下記のように支持体中に侵入して吸い上げられるのに十分な時間、支持体がその中に浸漬されるまで、支持体クランプを低下させることにより、浸漬槽１４上に置かれる。
支持体が最初に浸漬槽内に入れられる時に、コート用媒質は具体的には、毛細管作用によりチャンネル中に吸い上げられる。コート用媒質の毛細管運動が一旦開始した後に、最初の低い強度の真空が本明細書に記載の条件下で、真空円錐体１２を通って真空ポンプ１８から支持体の頂上にかけられる。低い強度の真空の負荷が更に、チャンネル内のコート用媒質及び、浸漬槽１４からの追加的コート用媒質を吸い上げて、所望の長さに、支持体内のチャンネルのすべてを均質に充填させる。
次に支持体を、浸漬槽１４から遠くに、そしてその中に残っているコート用媒質との接触から離して、支持体クランプ４により上方に持ち上げる。支持体が持ち上げられる間、浸漬槽内に含有されているコート用媒質から支持体を上方に移動させる時に、支持体に適用されている真空圧は保持されそして／又は、増加される。その結果、チャンネルを通る空気の流れが少なくとも一部は、コーティングを乾燥させるので、チャンネル内のコーティングが固定される。
本発明に従い、そして図２に示されるように、浸漬槽１４には、一体式支持体２０をコートするのに必要なコート用媒質量を越える量のコート用媒質が充填されている。従って、浸漬槽１４中にコート用媒質を計量して、正確な量のコート用媒質を提供する必要はない。なかでも、その中に浸漬された支持体の末端２４と同じ線Ｌの高さより上にあるコート用媒質の容量２２は、所望の長さまで、支持体２０のチャンネルをコートするのに十分でなければならない。従って、支持体２０は適切な容量のコート用媒質２２を確保するのに十分な深度まで、コート用媒質の浴中に浸漬されることができるか、又は、所望の容量を維持するように、コート操作中にコート用媒質を連続的に供給することができる。
しかし、従来の方法と異なり、浸漬槽１４の大きさ及び形態は広範囲に変動させることができる。従って、単一の大きさ及び形態の浸漬槽を、広範囲の、異なるサイズ及び形態の一体式支持体をコートするために使用することができる。より具体的に、そして図２に関して、浸漬槽内のコート用媒質の深度、支持体の外面及び浸漬槽の内面の間の距離、支持体の浸漬深度並びに、支持体２０の末端２４から浸漬槽の底部までの距離は、コート用媒質の容量２２がコート操作を実施するのに十分である限りは変動させることができる。
本発明の結果として、一体式支持体は、形態及びサイズに関係なく、単一のサイズ及び形態の浸漬槽内に入れることができて、しかも支持体のチャンネル内に望ましいコーティングを達成することができる。更に、浸漬槽は、図２に示されたように、支持体を収納し易いサイズにすることができるので、コート期間中の支持体の、より早急な処理を容易にさせる。特に図２に示されるように、浸漬槽は、長方形の支持体並びに、特別な用途に時折使用される可能性がある、卵形、多角形及び円形の支持体を収納することができる。
支持体は具体的には、支持体の浸漬された末端より上に、適切な容量のコート用媒質を確保するのに十分な深度まで、コート用媒質中に浸漬される。大部分の場合、支持体は約０．２５ないし０．５インチの深度までコート用媒質中に浸漬される。支持体はより深く浸漬することができるが、概括的に、支持体の外面上に起こるむだなコーティングの度合を最小にするために、浸漬深度を制限することが望ましい。
支持体を、本発明に従うコート用媒質中に浸漬する時、コート用媒質は、真空の負荷なしですら、図２に示された矢印により示されたように、毛細管作用により、チャンネル２６中に吸い上げられる。支持体の浸漬された末端より上に十分な量のコート用媒質があるので、毛細管作用はすべてのチャンネルに均一に提供される。その結果、真空が存在しない場合でも、最初に均質なコーティング分布像２８が得られる。
しかし、コート用媒質を更に吸い上げるためには低い強度の真空を賦課する必要がある。本発明に従うと、媒質のコーティングは、浸漬槽内に過剰なコート用媒質を使用すること及び、支持体の浸漬された末端より上のコート用媒質の容量を、チャンネル内で一定の、平均した態様で所望のレベルに維持することにより、吸い上げられる。
本発明に従うと、約１インチの水の圧力を越えない低い強度の真空を維持しなければならない。真空がこのレベルを越えると、コーティングの長さ及び厚さの恒常性が損なわれる可能性がある。低い強度の真空を適用する時間は、コート用媒質の恒常性及び密度並びに、チャンネルがコートされる長さ、に応じて変動するであろう。大部分の場合、低い強度の真空は、約１ないし３秒間適用されるであろう。浸漬槽内に含有されるコート用媒質から支持体が取り出された後に、前記のように、同様な又はより高い強度（すなわち、水１インチの圧力よりも大きい、具体的には水約５ないし１５インチの圧力）の、第２の真空操作を適用することができる。第２の真空操作の期間は具体的には、約２ないし４秒間である。大部分の場合、真空操作（複数も）（すなわち、第１及び第２の真空操作の合計）は合計約５秒間を越えては継続しないであろう。
前記の方法により一旦適用されたコーティングは、支持体が、コーティングが硬化される加熱区域に送られる前に、乾燥される。コートされた支持体の乾燥は、チャンネルからの蒸気を吸引するために、前記のような真空の負荷により容易にされることができる、適切な方法で実施することができる。大部分の場合、乾燥操作は、約２．５分間以内に終結される。
一旦支持体がコートされ、次に乾燥されると、それは加熱操作に送られ、そこでコート用スラリーが硬化されて、触媒転化器中のような商品としての使用の準備ができた、コート支持体を提供する。
具体的なコート操作は、コート用媒質中への支持体の一方の末端の浸漬及びそれに続く乾燥、並びに次の、コート用媒質中への支持体の反対側の末端の挿入及びそれに続く乾燥及び硬化、を必要とすることが理解されるであろう。コーティングの長さは、所望の場合には重複されても、又は間隔を空けてもよい。
本発明に従ってコートされ得る一体式支持体は具体的には、セラミック、金属及びプラスチック（低温の用途のため）から製造されている。これらの支持体は、チャンネルが、正面から侵入し、そして支持体を通過して後方から通過していく空気流に開放しているように、支持体の流入面から流出面にそれを通って伸長している、微細な、平行なガスの流路からなる。好ましくはチャンネルは本質的には、それらの流入部から流出部に真っすぐで、その中で、チャンネルを流通するガスがコート用媒質と接触するように、コート用媒質が洗浄コートとしてコートされている壁により区画されている。流通チャンネルは、台形、長方形、正方形、正弦波形、六角形、卵形、円形のようなあらゆる適切な横断面の形態及びサイズをもつか、あるいは、当該技術分野で既知の波形で平坦な金属構成部材から形成され得る、薄い壁のチャンネルである。このような構造物は、横断面１平方インチ当たり約６０から６００以上までのガス流入開口部（「セル」）を含む可能性がある。このような構造物は、例えば、それぞれが引用により本明細書に取り込まれている、米国特許第３，９０４，５５１号；同第４，３２９，１６２号；及び同第４，５５９，１９３号明細書に公表されている。
本発明に従ってコートできるコート用媒質は、広範に変動され、触媒組成物、吸収剤組成物及び、触媒転化器の生産のために通常使用されるそれらの組み合わせ物を含むことができるが、それらに限定はされない。コート用媒質として適切な組成物は例えば、それぞれが引用により本明細書に取り込まれている、米国特許第５，０５７，４８３号；同第４，７１４，６９４号及び同第４，１３４，８６０号明細書に公表されている。
図３Ａ及び３Ｂに示されるように、本発明の方法は、各チャンネルが大体同じ長さまでにコートされている均質なコーティング分布像２８を提供する。均質なコーティング分布像は、有害化合物の転化のための触媒の、より正確な分配を提供するように、特に触媒転化器における使用のためのコートされた支持体の生産において、重要な特徴である。コート法に対するより精密な調節のために、本発明は、単一の支持体内にコート用媒質の複数の層形成を含む、より精密なコーティングパターンをもつコートされた支持体の生産を可能にする。更に、所望の場合には、コーティングの中断部（interruptions）を、より均質にすることができる。また更に、コーティングの厚さをチャンネル全体又はその一部内で、より精密に変動させることができる。
それに反して、一体式の支持体をコートする従来の方法は、具体的には三日月型の分布像をもつ非均質なコーティング分布像をもたらした。このようなコートされた支持体が反転されて、反対側の末端からコートされると、比較的大きい面積の、望ましくない重複部が得られる。図４Ａにおいて、非均質な、三日月型の分布像４６をもつ各コーティングをもつ、それぞれのコーティング４２及び４４で、両端からコートされた一体式支持体４０が示されている。その結果、無駄なコート用媒質を表し、そして転化器の性能に悪い影響をもち得る、大きな面積の重複部４８をもたらす。
図４Ｂに示される、本発明に従う一体式支持体５０のコーティングは、あるとしても従来の当該技術の方法により得られるものよりもずっと小さい重複面積５８をもつ、それぞれ、均質なコーティング分布像５６をもつ、２種のコーティング５２及び５４をもたらす。

Claims (11)

1. ａ） コート用媒質浴を含む容器中に支持体を部分的に浸漬すること（前記容器は、容器内のコート用媒質の高さを、浸漬された支持体の高さより下方に減少させることなく、所望の高さに支持体をコートするのに十分な量のコート用媒質を含有する）；
   ｂ） 部分的に浸漬された支持体に、各チャンネル内に浴からコート用媒質を、チャンネルの長さより短い距離を吸い上げるのに十分な強度及び時間で真空を適用して、それらの中に均質なコーティング分布像を形成すること；並びに
   ｃ） 浴から支持体を取り出すこと：
   を含んでなる、コート用媒質により複数のチャンネルをもつ支持体をコートするための方法。
2. コートされた支持体を乾燥させることを更に含んでなる、第１項の方法。
3. 支持体が浴から取り出された後に、支持体に真空を適用し続けることを含んでなる、第２項の方法。
4. 支持体が浴から取り出された後に適用される真空強度が、浴中に浸漬されている間に支持体に適用される真空強度に少なくとも等しい、第３項の方法。
5. 支持体がコートされている間に、支持体をコートするために使用されたコート用媒質の量を浴に補充することを更に含んでなる第１項の方法。
6. 部分的に浸漬された支持体に、約１ないし３秒間、真空を適用することを含んでなる第１項の方法。
7. 真空の強度が１インチまでの水の圧力である、第１項の方法。
8. 支持体が浴から取り出された後に適用される真空の強度が、約５ないし１５インチの水の圧力である第４項の方法。
9. 支持体が浴から取り出された後に約２ないし４秒間真空を適用することを含んでなる、第４項の方法。
10. 約０．２５から０．５インチまでの深度まで、コート用媒質中に支持体を浸漬することを含んでなる、第１項の方法。
11. 第１項の方法に従って生成された均質なコーティングの分布像をもつ、コートされた一体式支持体。

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