JP4989335B2

JP4989335B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP4989335B2
Application number: JP2007167176A
Authority: JP
Inventors: 涼鈴木; 啓造田村; 真規子遠坂; 昭彦友田
Original assignee: FCC KK
Current assignee: FCC KK
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP2009006207A

Description

本発明は、流通路を流通する排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置に関するものである。

一般に、触媒燃焼に用いられる触媒は、押出成型法などによりハニカム状に形成されたセラミックスにおける気孔（ハニカム形状が成す連通孔）内表面に担持され、当該気孔を原料ガスが通過することによって触媒の反応を促進するよう構成されていた。かかるセラミックスは、例えばシリカ、アルミナ、マグネシアなどを原料として成形及び焼成して成るものであり、その表面に触媒粒子を溶剤などと湿式解砕にて作成したスラリーをコーティングすることにより所望の触媒構造体を得ていた（特許文献１参照）。
特開２００２−３２６０３４号公報

しかしながら、上記従来の排気ガス浄化装置においては、流通する排気ガスの浄化を壁面のみで行っているため、浄化率向上のためにはセル密度を上げなければならず、圧力損失が高くなるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧力損失を抑制し、排気抵抗を低減することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、多孔質構造体から成るとともに排気ガスを浄化し得る触媒を担持した担体と、該担体を内在しつつその担体が隔壁を成して排気ガスを流通させる複数の流通路が形成されるとともに、当該流通路に排気ガスを導入する導入口、及び前記触媒で浄化された排気ガスを排出する排出口が形成された筐体とを具備し、前記流通路を流通する排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置において、前記流通路は、前記導入口から排出口までの間で開口面積が漸次増加する増加流路と、当該導入口から排出口までの間で開口面積が漸次減少する減少流路とから成り、当該増加流路と減少流路とが互いに隣り合って配設されるとともに、前記担体は、湿式抄紙法にて調製された触媒を担持したペーパー状のものから成り、前記導入口から排出口まで直線状に延びて直線状の隔壁を成すことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の排気ガス浄化装置において、前記増加流路の導入口と減少流路の導入口との開口面積の比率は、１：２乃至１：９であることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガスの流通路は、導入口から排出口までの間で開口面積が漸次増加する増加流路と、当該導入口から排出口までの間で開口面積が漸次減少する減少流路とから成り、当該増加流路と減少流路とが互いに隣り合って配設されたので、圧力損失を抑制し、排気抵抗を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、自動車や二輪車等からの排気ガスを高効率に浄化するためのものであり、図１〜図３に示すように、ペーパー状の担体２と、該担体２を保持した略円筒状の筐体３とを有して構成されている。尚、筐体３は、半割形状とされており、一対の半割形状で担体２を挟持させつつ固定させることにより、図１の如き構成とされている。

担体２は、ペーパー状（シート状）の多孔質構造体から成るとともに排気ガスを浄化し得る触媒を担持したものであり、ペーパー状に成形された耐熱性繊維の空孔（空隙）内に触媒としての金属触媒粉末を分散担持させて構成されている。耐熱性繊維は、シリカ及びアルミナを主成分とした非晶質セラミックスから成り、湿式抄紙法でペーパー状に成形されて触媒構造体の担体を成すものである。尚、耐熱性繊維は、化学的、物理的に安定で、抄造した際に繊維同士が強く絡み合って高強度な構造体を得ることができれば、他の材質から構成してもよく、アラミド繊維等の有機繊維を使用することもできる。その他、耐熱性が高く、化学的にも安定なガラス繊維や炭素繊維を湿式抄紙法でペーパー状に成形することにより構造体を得るようにしてもよい。

金属触媒粉末は、金属酸化物を担体とした触媒粉末とされた後、湿式抄紙法にて多孔質構造の空孔（空隙）内に均一に分散されて付着されるものであり、例えば、白金、ロジウム、パラジウム等の希少貴金属を使用することができる。こうした貴金属を用いれば、例えば排気ガス中に含まれるＮＯ_ｘが還元され、Ｎ_２となって浄化（無害化）されることとなる。

また、金属触媒粉末の多孔質構造の空孔（空隙）内への付着は主に無機バインダにて行われる。一般に無機バインダは、耐熱性繊維と金属触媒との結合材であり、ガラス類の如き加熱融着により結合させるものと、コロイド状無機酸化物（特に、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニアは、分散性に優れ、高強度を得ることができるので、これらのうちいずれかを用いるのが好ましい。）やシリカゲル等の如き脱水反応によって化学結合及び焼結によってその強度をもたらすものの２種類に大別されるが、本実施形態で使用される無機バインダとしては、後者、即ち脱水反応により化学結合させるものが好ましい。

一方、筐体３の軸方向には、一端面１ａから他端面１ｂまで延びる断面矩形状の流通路が形成されている。かかる流通路は、担体２が隔壁を成して排気ガスを流通させるためのもので、導入口４ａから排出口４ｂまで延びる増加流路４と、導入口５ａから排出口５ｂまで延びる減少流路５とが形成されている。即ち、担体２が流通路に対して所定角度傾斜して延びて配設されているため、これを隔壁として増加流路４と減少流路５とが隣り合って形成されているのである。尚、担体２の取付角度は、導入口と排出口が閉塞されず、且つ傾斜していなければならないが、導入口４ａと排出口４ｂ、又は排出口５ｂと導入口５ａの開口面積の比率は、１：４程度のとき、圧力損失と浄化率に関して良好な性能となる。

しかして、増加流路４は、導入口４ａから排出口４ｂまでの間で開口面積（排気ガスの流通方向に対して略直交する方向の面積、以下同じ）が漸次増加するよう構成されているとともに、減少流路５は、導入口５ａから排出口５ｂまでの間で開口面積が漸次減少するよう構成されている。尚、本実施形態においては、増加流路４の開口面積の増加割合と減少流路５の開口面積の減少割合とは等しくなっている。

流路５は、排出口５ｂの方が導入口５ａよりも小さいため通気抵抗が大きく、流路４は、排出口４ｂの方が導入口４ａよりも大きいため通気抵抗が小さいことから、流路５は流路４に比べて圧力が高くなる。一方、流路の間にある担体２は湿式抄紙法により調整されたペーパーであるため、担体２の表裏の圧力が異なる場合、担体２の中をガスが流通する。然して、流路５から流路４に向かって排気ガスの一部が担体２を通過することとなる。

上記の如く、導入口４ａ、５ａから導入された排気ガスは、増加流路４と減少流路５との圧力差により、担体２を通過することとなり、当該通過に際して触媒と反応して浄化され、排出口４ｂ、５ｂから排出されることとなる。従って、排気ガスの全量が担体を通過するよう構成されたものに比べ、圧力損失を抑制し、排気抵抗を低減することができる。また、担体２が導入口４ａ、５ａから排出口４ｂ、５ｂまで直線状に延びて直線状の隔壁を成しているので、より均等な勾配で圧力差の形成を行って、担体２を介する排気ガスの通過をさせることができる。

また、増加流路４の導入口４ａと減少流路５の導入口５ａとの開口面積の比率は、１：２乃至１：９が好ましく、同様に、増加流路４の排出口４ｂと減少流路５の排出口５ｂの開口面積の比率も、１：２乃至１：９が好ましい。尚、本実施形態においては、増加流路４と減少流路５とが１つずつ隣り合って形成されているが、当該増加流路４と減少流路５とが隣り合い、且つ、交互に複数形成されたものとしてもよい。

担体２は、湿式抄紙法にて調製された触媒を担持したペーパー状のものから成る。かかる担体２の製造方法について以下に説明する。
まず、所定量の水に対し所定量の有機繊維、無機充填材（粉末）、無機結合剤、無機繊維、有機結合剤、白金・ロジウム・アルミナ触媒（粉末）等を投入してスラリーを得た後、その中に高分子凝集剤を投入してフロックを作成する。そして、当該フロックを抄造（湿式抄紙法）してペーパー状の多孔質構造体を作成した。これを筐体３に内在させることにより本実施形態に係る排気ガス浄化装置１を得ることができる。

尚、フロックを生成するための凝集剤は、高分子凝集剤と金属カチオンとを含有し、強い電荷を有しており、水溶液中でそれぞれ電荷を帯びて電気的に反発し合っている物質の電荷を中和し、強く絡み付かせるものである。このうち高分子凝集剤は、絡み付いた繊維の間に入り込み、更に結合力を強化する働きがあり、金属カチオンはミョウバン、硫酸アルミニウム等の水溶液にＡｌ３＋カチオンを含むものが使用される。

次に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１の優位性について立証するための実験結果について説明する。
空隙の径（気孔径）及び空隙率（気孔率）がそれぞれ異なる担体２を３つ用意した。当該担体２は、気孔径が０．２（μｍ）、気孔率が４８％のもの（便宜上、これを第１担体という）、気孔径が３（μｍ）、気孔率が７３％のもの（同第２担体という）、気孔径が２３（μｍ）、気孔率が７４％のもの（同第３担体という）の３種類とした。

図１の如く筐体内において第１担体を２．６°傾けて固定させたものを実施例１、第２担体を２．６°傾けて固定させたものを実施例２、及び第３担体を２．６°傾けて固定させたものを実施例３とした。この実施例における増加流路の導入口と、減少流路の導入口との開口面積の比率は１：５となる。一方、図５に示すように、筐体内において第１担体を傾けずに（即ち、排気ガスの流通方向と平行に）固定させたものを比較例１、第２担体を傾けずに固定させたものを比較例２、及び第３担体を傾けずに固定させたものを比較例３とした。

上記実施例１〜３、及び比較例１〜３における担体を外部加熱手段により一定温度まで加熱し、流路にプロパン０．３％、酸素１．５％、窒素９８．２％の模擬排気ガスを空間速度１００，０００（１／ｈ）の流量で流通させるとともに、担体に担持させた触媒によってプロパンを分解させ、当該プロパン濃度を測定することにより浄化性能を測定した。図６〜図８のグラフに、実施例１〜３と比較例１〜３とをそれぞれ比較する実験結果を示す。同図に示すように、ほとんど全ての温度域に亘って実施例１〜３の浄化率は比較例１〜３のものよりも高い値を示した。これは、実施例１〜３において、隣り合う流通路に圧力差が生じて担体を通過する排気ガスが増加したためと思われる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属触媒粉末等を他の材料としてもよく、或いは湿式抄紙法について他の工程を付加するようにしてもよい。また、本発明の適用は、自動車、二輪車、工場等から排出される排出ガスを浄化するための高性能排気ガス浄化触媒として適用することができる。

流通路が導入口から排出口までの間で開口面積が漸次増加する増加流路と、当該導入口から排出口までの間で開口面積が漸次減少する減少流路とから成り、当該増加流路と減少流路とが互いに隣り合って配設されるとともに、担体は、湿式抄紙法にて調製された触媒を担持したペーパー状のものから成り、導入口から排出口まで直線状に延びて直線状の隔壁を成す排気ガス浄化装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付与されたもの等に適用してもよい。

本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す斜視図同排気ガス浄化装置を示す上面図同排気ガス浄化装置を示す下面図同排気ガス浄化装置の排気ガスの流れを模式的に示す説明図比較例に係る排気ガス浄化装置を示す斜視図実施例１と比較例１との浄化率の比較を示すグラフ実施例２と比較例２との浄化率の比較を示すグラフ実施例３と比較例３との浄化率の比較を示すグラフ

符号の説明

１排気ガス浄化装置
２担体
３筐体
４増加流路
４ａ導入口
４ｂ排出口
５減少流路
５ａ導入口
５ｂ排出口

Claims

多孔質構造体から成るとともに排気ガスを浄化し得る触媒を担持した担体と、
該担体を内在しつつその担体が隔壁を成して排気ガスを流通させる複数の流通路が形成されるとともに、当該流通路に排気ガスを導入する導入口、及び前記触媒で浄化された排気ガスを排出する排出口が形成された筐体と、
を具備し、前記流通路を流通する排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置において、
前記流通路は、前記導入口から排出口までの間で開口面積が漸次増加する増加流路と、当該導入口から排出口までの間で開口面積が漸次減少する減少流路とから成り、当該増加流路と減少流路とが互いに隣り合って配設されるとともに、前記担体は、湿式抄紙法にて調製された触媒を担持したペーパー状のものから成り、前記導入口から排出口まで直線状に延びて直線状の隔壁を成すことを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記増加流路の導入口と減少流路の導入口との開口面積の比率は、１：２乃至１：９であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。