JP6128176B2

JP6128176B2 - 触媒固定装置

Info

Publication number: JP6128176B2
Application number: JP2015174281A
Authority: JP
Inventors: 知弘山田; 孝行宇賀神; 匡広武井; 聡宏加藤
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: CN107921426B; CN107921426A; JP2017047392A; WO2017038923A1

Description

本発明は、複数のチャンネルが形成された触媒担体のチャンネル内に触媒成分を担持するための触媒固定装置及び触媒固定方法に関する。

自動車のエンジンから排出される排ガス中の有害成分を分解除去する浄化装置として、触媒コンバータ等が用いられている。触媒コンバータは、例えば、セラミックスや耐熱合金箔等からなるハニカム担体に白金やパラジウム等の触媒成分を含む液体（スラリ）を被覆することにより製造される。

このような複数のチャンネル（通路）が形成された触媒担体のチャンネルに触媒成分を担持する方法として、チャンネルの開口から触媒成分を含有するスラリを導入する方法が知られている（例えば、特許文献１乃至３）。

特表２０１３−５１６３０７号公報特表２０１２−５２１２８６号公報特開２００５−２５４０６９号公報

しかしながら、触媒担体のチャンネル内にスラリを導入する工程において、スラリを供給する供給部と触媒担体との接続部からスラリが漏出した場合、チャンネル内に導入されるスラリ量の定量性が確保されなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、触媒担体のチャンネル内に触媒成分を含有するスラリを導入する工程におけるスラリの漏出を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の触媒固定装置の一態様は、複数のチャンネルが形成された触媒担体が接続され、当該触媒担体のチャンネル内に触媒成分を含有する液体を導入する担体接続部と、前記担体接続部と当該担体接続部に接続された触媒担体との接続部に設けられるシール材と、前記シール材を前記触媒担体方向に圧接する圧接手段と、を有し、前記シール材は、発泡材料であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の触媒固定装置の他の態様は、上記触媒固定装置において、前記シール材は、前記圧接手段により７０％以上圧縮可能であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の触媒固定方法は、複数のチャンネルを有する触媒担体と、当該触媒担体のチャンネル内に触媒成分を含有する液体を導入する担体接続部と、を接続する工程と、前記担体接続部と前記触媒担体との接続部に設けられたシール材を、前記触媒担体方向に圧接する工程と、前記触媒成分を含有する液体を前記触媒担体のチャンネル内に導入する工程と、を含むことを特徴としている。

以上の発明によれば、触媒担体のチャンネル内にスラリを導入する際のスラリ漏出を抑制することができる。

（ａ）本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置の上面図、（ｂ）同触媒固定装置の概略側面図、（ｃ）同触媒固定装置の要部上面図である。本発明の第２実施形態に係る触媒固定装置の上面図である。

本発明の実施形態に係る触媒固定装置及び触媒固定方法について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る触媒固定装置及び触媒固定方法は、複数のチャンネル（通路）またはセルが形成された触媒担体のチャンネル（またはセル）表面に、触媒成分を含む液体（以下、スラリと称する）を被覆する工程を行うものである。

触媒担体は、例えば、コージライト、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム等のセラミックスや耐熱合金箔等により形成される構造物である。触媒担体は、用途に応じて円柱や多角柱状等に形成される。また、触媒担体には、触媒担体の長さ方向に沿って複数のチャンネルが形成される。各チャンネルは、触媒担体の端部にて開放端となっている。チャンネルの断面形状は、円、楕円、矩形、多角形（例えば、ハニカム）等に形成される。

スラリは、例えば、自動車の排ガスを浄化する触媒の場合、白金、パラジウム及びロジウム等の白金族金属化合物や、鉄、銅、バナジウム及びセリウムといった遷移金属触媒前駆体等の触媒成分を含有する水溶液である。さらに、スラリには、これら触媒成分を支持する粒子触媒支持物質（例えば、チタニア、ジルコニア、ゼオライト等）が含有される。また、スラリは、触媒活性度や粘性及び流動性を改善させるための酸や有機化合物増粘剤等を含む場合がある。なお、スラリに被覆された触媒担体は、自動車の排ガスを浄化する用途に限定されるものではないので、用途に応じて必要な触媒活性を有する触媒成分がスラリに含有される。例えば、スラリが被覆された触媒担体は、発電機のディーゼルエンジン・石炭燃焼装置の排ガス浄化用途にも適用される。

［第１実施形態］
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置１は、触媒担体２が接続される設置枠３を有する台４と、触媒担体２と設置枠３との接続部を囲繞するシール材５と、シール材５を触媒担体２方向に付勢するクランプ６〜９と、触媒成分を含む液体（スラリ）を触媒担体２のチャンネルに導入する触媒供給部１０と、を有する。

設置枠３は、台４上に設けられる。台４には、台４を貫通し、設置枠３の枠内と連通する穴が形成される。設置枠３の開口端には、触媒担体２のチャンネル開口が形成された端部が接続される。すなわち、触媒担体２は、設置枠３の枠内と触媒担体２のチャンネル（図示せず）が連通した状態で設置枠３に接続される。なお、設置枠３の外周の形状が触媒担体２のチャンネル開口が形成された端面の形状と同じであると、触媒担体２と設置枠３の接続部におけるずれが少なくなるので、触媒担体２と設置枠３との接続部におけるシール材５の密閉効果をより高めることができる。また、設置枠３の内周の形状を触媒担体２のチャンネル開口が形成された端面の形状より少し大きく形成することで、設置枠３に触媒担体２の端部を嵌合して接続することができ、触媒担体２の接続が容易となる。

シール材５は、図１（ｃ）に示すように、設置枠３（及び触媒担体２）を囲繞するように台４に設けられる。したがって、シール材５の高さは、設置枠３の高さより高い方が好ましい。シール材５は、クランプ６〜９やシリンダ等により圧縮可能であり圧縮した後に水密性となるものであれば特に限定されるものではない。例えば、シール材５は、エチレンプロピレンゴム等の弾性体により形成されたものが好ましく、その他、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエチレン、ゴム等により形成されたものが用いられる。さらに、シール材５が、内部に気泡を有する発泡材料で形成されたものであると、シール材５を７０％以上（より好ましくは、８０％以上）圧縮することが可能となる。ここでいう７０％以上圧縮するとは、シール材５の初期状態の体積を１００とした場合、体積が３０以下となるまで圧縮することが可能であることをいう。なお、シール材５に形成される気泡は、独立型であっても半独立連続型であってもよい。

クランプ６〜９は、シール材５を触媒担体２（及び設置枠３）方向に押圧する。クランプ６〜９は、触媒担体２（及び設置枠３）の水平方向断面の形状に応じて形状及び数が選択される。例えば、図１（ａ）では、触媒担体２の水平方向断面が矩形であるので、各辺に対応してクランプ６〜９が設けられる。クランプ６，７は、対向する触媒担体２の側面の法線方向に移動可能に設けられる。そして、クランプ６，７がシール材５を押圧した状態で、クランプ６，７を固定することでシール材５の圧縮（図１（ａ）の左右方向の圧縮）が行われる。また、クランプ８，９は、それぞれクランプ６，７の端部に回動可能に設けられる。そして、クランプ６，７がシール材５を圧縮している状態で、クランプ８，９を回動してシール材５の圧縮（図１（ａ）の上下方向の圧縮）が行われる。

触媒供給部１０は、台４の設置枠３が設けられた面と反対側の面に設けられる。触媒供給部１０は、台４に形成された設置枠３の枠内と連通する穴に接続され、台４に形成された穴及び設置枠３の枠内を介して触媒担体２のチャンネルにスラリを供給する。すなわち、台４に形成された穴及び設置枠３の枠内がスラリの供給路（または、排出路）となる。なお、触媒担体２のチャンネルへのスラリの供給方法は、触媒供給部１０からスラリを注入する方法、触媒供給部１０でスラリを吸引（または自然流下）する方法のいずれであってもよい。さらに、スラリの注入は、ポンプあるいはシリンダとシリンダヘッドによる注入等、いかなる方法でもかまわない。

本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置１により触媒担体２のチャンネルにスラリを供給する工程を具体的に説明する。

まず、設置枠３に厚さ１０ｍｍのシール材５を配置し、設置枠３に触媒担体２（例えば、１５０ｍｍ角のハニカム担体）を設置した。そして、クランプ６〜９で、シール材５を触媒担体２方向に圧縮した。このようにシール材５を圧縮することで、シール材５の厚さは、２〜３ｍｍとなった。つまり、クランプ６〜９でシール材５を十分に圧縮（圧縮率は、７０％以上、より好ましくは８０％以上）することで、シール材５内部の気泡が潰れて水密体となり、触媒担体２の外形に沿って密閉することができた。このようにシール材５を圧縮することで、シール材５が、触媒担体２とクランプ６〜９間のシール及び固定維持体として機能することとなる。

設置枠３に触媒担体２を固定した後、触媒供給部１０から触媒担体２のチャンネル内にスラリを注入（または、吸引）した。なお、触媒担体２の上部には、スラリが溢れないように、触媒担体２の上部外周を囲むテープやキャップを設けた。

スラリを触媒担体２のチャンネル内に導入した後、クランプ６〜９を緩め、触媒担体２を設置枠３から取り外した。

なお、触媒担体２に被覆されたスラリの液体成分は、乾燥によって触媒担体２から除去され、触媒成分が触媒担体２のチャンネル内に残ることとなる。

以上のような本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置１及び触媒固定方法によれば、シール材５により触媒担体２の端部がシール及び固定されるので、触媒担体２と設置枠３の接続部からのスラリ漏出が抑制される。その結果、触媒担体２のチャンネル内のみへのスラリ供給（担持）が可能となる。

つまり、従来技術に係る触媒担体のシール構造では、丸型や楕円形状等の角部を有さない形状の触媒担体に対してシールが可能であり、四角柱や三角柱といった角部を有する触媒担体の角部を強固に密閉することが困難であり、スラリの供給圧力によっては角部からスラリが漏出するおそれがあった。

これに対して、本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置１では、シール材５により触媒担体２と設置枠３との接続部の密閉が維持されるので、例えば、多角柱形状の触媒担体２の角部における密閉を維持し、触媒担体２のチャンネル内に導入されるスラリ量の定量性を確保することができる。

特に、触媒担体２の角部に沿うようにクランプ６とクランプ８とを設け、触媒担体２とクランプ６との間（及び触媒担体２とクランプ８との間）に７０％以上圧縮可能なシール材５を設けることで、触媒担体２の角部におけるスラリの漏出を抑制することができる。同様に、クランプ６とクランプ９（その他、クランプ７とクランプ８，９）を触媒担体２の角部に沿うように設けることで、触媒担体２の角部におけるスラリの漏出を抑制することができる。

また、シール材５をクランプ６〜９で圧縮することで、触媒担体２の固定及び密閉ができるので、設置枠３への触媒担体２の固定が容易であり、触媒担体２のチャンネルにスラリを被覆する作業が容易になる。また、触媒担体２と設置枠３との間を密閉することで、触媒担体２へのスラリ導入が容易となり、特に、高粘度のスラリを触媒担体２に導入する際に、作業効率が向上する。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る触媒固定装置は、本発明の第１実施形態に係る触媒固定装置１において、各クランプ６〜９を押圧するシリンダを設けたものである。よって、第１実施形態に係る触媒固定装置１と同様の構成については同じ符号を付し、異なる箇所について詳細に説明する。

図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る触媒固定装置１１は、触媒担体２が接続される設置枠３を有する台４と、触媒担体２と設置枠３との接続部を囲繞するシール材５と、シール材５を触媒担体２方向に圧縮するクランプ６〜９、及びクランプ６〜９を押圧するシリンダ１２〜１５と、を有する。なお、図示されていないが、台４の設置枠３が設けられた面と反対側の面には、触媒成分を含む液体を触媒担体２のチャンネルに導入する触媒供給部１０が設けられる。

シリンダ１２〜１５は、各クランプ６〜９に対応して設けられ、クランプ６〜９を触媒担体２（及び設置枠３）方向に押圧する。

本発明の第２実施形態に係る触媒固定装置１１により触媒担体２のチャンネルにスラリを供給する工程を具体的に説明する。

まず、設置枠３に厚さ３０ｍｍのシール材５を配置し、設置枠３に触媒担体２を設置した。そして、クランプ６〜９で、シール材５を触媒担体２方向に圧縮し、さらにクランプ６〜９をシリンダ１２〜１５で押圧した。このようにシール材５を圧縮することで、シール材５の厚さは、６〜９ｍｍとなった。つまり、クランプ６〜９（及びシリンダ１２〜１５）でシール材５を十分に圧縮（圧縮率は、７０％以上、より好ましくは８０％以上）することで、シール材５内部の気泡が潰れて水密体となり、触媒担体２の外形に沿って密閉することができた。このようにシール材５を圧縮することで、シール材５が触媒担体２とクランプ６〜９間のシール及び固定維持体として機能することとなる。

スラリを触媒担体２のチャンネル内に導入した後、シリンダ１２〜１５（及びクランプ６〜９）を緩め、触媒担体２を設置枠３から取り外した。

以上のような本発明の第２実施形態に係る触媒固定装置１１によれば、第１実施形態に係る触媒固定装置１と同様に、触媒担体２と設置枠３の接続部からのスラリ漏出が抑制される。その結果、触媒担体２のチャンネル内のみへのスラリ供給（担持）が可能となり、チャンネル内に導入されるスラリ量の定量性を確保することができる。

特に、シリンダ１２〜１５を設けることで、シール材５の圧縮圧力が大きくなるので、触媒担体２と設置枠３とのシール及び固定がより確実になる。また、シール材５の厚さを厚くすることができるので、触媒担体２と設置枠３とのシールをより確実にすることができる。

なお、実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明したが、本発明の触媒固定装置及び触媒固定方法は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。

例えば、本発明のシール材（シール構造）は、触媒担体の下端部だけでなく、上端部に適用する形態とすることもできる。さらに、本発明のシール材（シール構造）を、触媒担体の両端に適用することで、触媒担体の各端部におけるスラリ漏出を防止することができる。

また、シール材は、一体のものが好ましいが、分割して配置されたシール材を用いることもできる。

また、クランプ及びシリンダの形状及び数は実施形態に限定されるものではなく、触媒担体の断面（チャンネルの延伸方向と垂直方向の断面）形状に応じて適宜変更される。例えば、触媒担体の断面が円や楕円の場合は、クランプの形状も触媒担体の曲面に沿うように形成されることとなる。

１，１１…触媒固定装置
２…触媒担体
３…設置枠（担体接続部）
４…台
５…シール材
６〜９…クランプ（圧接手段）
１０…触媒供給部
１２〜１５…シリンダ（圧接手段）

Claims

複数のチャンネルが形成された多角形の柱状の触媒担体が接続され、当該触媒担体のチャンネル内に触媒成分を含有する液体を導入する担体接続部と、
前記担体接続部と当該担体接続部に接続された触媒担体との接続部の外周部を取り囲むように設けられるシール材と、
前記触媒担体の各辺に対応して設けられ、前記シール材を前記触媒担体方向に圧接する圧接手段と、
を有し、
前記シール材は、前記圧接手段により７０％以上圧縮可能な発泡材料であり、
前記圧接手段は、前記触媒担体の一側面に前記シール材を押圧する第１クランプと、前記第１クランプに回動可能に設けられ、前記触媒担体の一側面に隣接する他の側面に前記シール材を押圧する第２クランプとを備える
ことを特徴とする触媒固定装置。