JP6393450B2 - 排ガス浄化用板状触媒構造体 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス中に含まれる有害物質を浄化するための触媒構造体、特に、板状のメタルラス基材に触媒成分を担持させた触媒エレメントが隙間を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを流過させて浄化する触媒構造体に関する。

発電所や各種工場等の産業設備、自動車などから排出される排気ガス（以下、排ガスという。）に含まれる有害物質（例えば、ＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘなど）を浄化するために触媒が用いられている（特許文献１参照）。かかる触媒の形状としては、板状、ハニカム状、粒状、ガス状、ペレット状など様々なものがあり、その中でも、板状あるいはハニカム状のものが広く使用されている。

一般に、石炭焚きボイラなどの排ガスにはダストが含まれており、このような排ガスを浄化する際には、ダストによる触媒の閉塞や摩耗が問題となる。板状触媒（板状の触媒構造体）は、平板状触媒エレメントを積層した構造をなしているため、他の形状の触媒構造体と比べて端部摩耗に強く、閉塞や摩耗に対して優れた耐久性を有するとともに、圧力損失が小さいという利点を有している。また、板状以外の形状をなす触媒構造体では、内部に基材や担体が含まれていないため、触媒自体の強度を高く維持しなければならず、触媒の反応効率が犠牲となる場合もある。これに対し、板状触媒は、基材で強度を維持することができ、触媒の反応効率を最大限とするような組成とすることが可能であるという利点も有している。

特開２００８−６８１５４号公報

板状触媒は、他の形状の触媒と比べて上述したような利点を有する。しかしながら、石炭焚きボイラの排ガスなどのように、ダストが含まれた排ガスを板状触媒で浄化する場合、ダストが衝突することにより触媒が摩耗、損失し、触媒の反応効率が低下する可能性があるため、摩耗強度を向上させることが重要となる。なお、板状触媒を製造するにあたっては、通常、一種類の波形形状をなす板状のメタルラス基材に触媒成分を担持してなる触媒エレメントが作製される。そして、排ガス流路となる隙間を隣り合う触媒エレメント間に形成するため、触媒エレメントを水平方向に１８０°回転させて交互に複数重ねて配置した触媒構造体が構成される。

かかる触媒エレメントの摩耗は、触媒の組成や排ガス条件（ダスト濃度、灰の粒径、流速など）により大きく影響を受けることが知られている。また、それ以外にも、排ガスの流過方向（以下、ガス流れ方向という。）に対する触媒の塗布面及びその背面（同、塗布背面という。）とラス目の傾斜角（別の捉え方をすれば、傾斜方向）によっても触媒の摩耗量に差が生じることが判明している。従来の板状触媒の製造技術においては、触媒の塗布背面が摩耗し易く、該塗布背面のラス目の傾斜角がガス流れ方向に対して抵抗を受け易い掬い角（いわゆる鋭角）となるように触媒エレメントが重畳配置された触媒構造体としていたため、局所的に摩耗し易い部分が生じていた。

摩耗現象では、摩耗し難い部分と摩耗し易い部分が存在する場合、摩耗し易い部分が全体の摩耗量を支配するため、摩耗し易い部分の発生を抑制することで、触媒全体、換言すれば、触媒構造体の摩耗強度を向上させることが可能となる。

本発明はこれを踏まえてなされたものであり、その解決しようとする課題は、触媒の組成等を変えることなく、触媒の局所的に摩耗し易い部分をなくすことで、触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、メタルラス基材の両面及びラス目に触媒が担持され、かつ、波型に形成された触媒エレメントが隙間を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを通過させて浄化する触媒構造体であって、前記ラス目は、前記メタルラス基材の一面側及び他面側の前記隙間へ傾斜して突出する縁部を有し、前記メタルラス基材の前記他面に担持された前記触媒は、前記メタルラス基材の前記一面に担持された前記触媒よりも低い密度を有してなり、前記触媒エレメントは、前記メタルラス基材の前記一面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの上流側に向けて、前記メタルラス基材の前記他面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの下流側に向けて配置されていることを特徴とする。

これによれば、摩耗強度の低いメタルラス基材の他面側のラス目の傾斜角がガス流れ方向に対して逃げ角（いわゆる鈍角）となるように触媒エレメントを重ねて配置することができる。これにより、触媒成分に摩耗強度の低い部分が生じることを抑制し、触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることができる。

この場合において、前記触媒エレメントは、第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントを有しており、前記第１の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第１の突条部が前記排ガスの流過方向へ連続して延設され、前記第２の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第２の突条部が前記排ガスの流過方向と直交する方向に対する位置を前記第１の突条部と異ならせて前記排ガスの流過方向へ連続して延設され、前記第１の触媒エレメント及び前記第２の触媒エレメントは、交互に重ねて配置された構成とすることができる。

なお、前記触媒エレメントは、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させて前記排ガスの流過方向へ連続して延設された突条部を有し、前記メタルラス基材の前記一面と前記他面の向き及び前記流過方向に対する前後の向きをいずれも入れ換えつつ重ねて配置された構成としても構わない。

また、上記課題を解決するため、本発明は、ペースト状の触媒をメタルラス基材の一面側から他面側へ供給し、一対の加圧ローラを通すことで、前記メタルラス基材の両面及びラス目に前記触媒成分を担持させた後、該メタルラス基材をプレスにより波型加工して形成された触媒エレメントが隙間を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを流過させて浄化する触媒構造体の製造方法であって、前記ラス目は、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側の前記隙間へ傾斜して突出する縁部を有し、前記メタルラス基材の前記一面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの上流側に向けて、前記メタルラス基材の前記他面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの下流側に向けて、前記触媒エレメントを重ねて配置することを特徴とする。

これによれば、摩耗強度の低いメタルラス基材の他面側のラス目の傾斜角がガス流れ方向に対して逃げ角（鈍角）となるように触媒エレメントを重ねて配置することができ、触媒成分に摩耗強度の低い部分が生じることを抑制し、摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることが可能な触媒構造体を製造することができる。

この場合において、前記触媒エレメントとして、第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントを形成し、前記第１の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第１の突条部を前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、前記第２の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第２の突条部を前記排ガスの流過方向と直交する方向に対する位置を前記第１の突条部と異ならせて前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、前記第１の触媒エレメント及び前記第２の触媒エレメントを交互に重ねて配置することができる。

また、前記触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた突条部を前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、該触媒エレメントを前記メタルラス基材の前記一面と前記他面の向き及び前記流過方向に対する前後の向きをいずれも入れ換えつつ重ねて配置しても構わない。

本発明によれば、触媒の組成等を変えることなく、触媒を均等に摩耗させることができ、触媒の中に局所的に摩耗し易い部分が存在する事態を抑止することができる。この結果、触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る触媒構造体の構成を示す図であって、(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、(ｂ)は触媒エレメント（触媒を担持したメタルラス基材）の構成及び重畳状態を示す斜視図である。 図１の矢印Ａ１部分における縦断面（第１の実施形態に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る触媒構造体の構成を示す図であって、(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、(ｂ)は触媒エレメントの構成及び重畳状態を示す斜視図である。 図３の矢印Ａ３部分における縦断面（第２の実施形態に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。 突条部の形状例を示す図であって、(ａ)は第１の実施形態及び第２の実施形態における突条部、(ｂ)は塗布面側にのみ縦断面形状が略Ｖ字状をなす突条部、(ｃ)は縦断面形状が同図(ａ)の凸曲状の形状を極大点から極小点まで略垂直に連続させた突条部、(ｄ)は縦断面形状を矩形状とした突条部、(ｅ)は塗布面側にのみ縦断面形状を略台形状とした突条部をそれぞれ示す図である。 本発明の比較例に係る触媒構造体の構成を示す図であって、(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、(ｂ)は触媒エレメントの構成を示す斜視図である。 図６の矢印Ａ６部分における縦断面（比較例に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。 触媒構造体を構成する触媒エレメントの基本製造フローを示す図である。 一面（塗布面）と他面（塗布背面）でラス目の傾斜方向を異ならせたメタルラス基材の構成を示す図であって、(ａ)は一面側の平面図、(ｂ)は他面側の平面図、(ｃ)は同図(ａ)の矢印Ａ９部分における縦断面を矢印方向から示す図である。 本発明の作用を説明するための図であって、(ａ)は触媒の摩耗強度が低い触媒エレメントの構成を示す平面図、(ｂ)は同図(ａ)の矢印Ａ１０１部分における縦断面を矢印方向から示す図、(ｃ)は触媒の摩耗強度を同図(ｂ)に示す触媒エレメントよりも高めた触媒エレメントの構成を示す平面図、(ｄ)は同図(ｃ)の矢印Ａ１０２部分における縦断面を矢印方向から示す図である。 実施例１及び実施例２と比較例１との比較を行うために、粉体摩耗試験装置を用いて行った触媒エレメントの摩耗状態に対する評価試験の条件を示す図である。 実施例１及び実施例２と比較例１との比較を行うために、粉体摩耗試験装置を用いて行った触媒エレメントの摩耗状態に対する評価試験の結果を示す図である。

以下、本発明の触媒構造体及びその製造方法について、添付図面を参照して説明する。本発明に係る触媒構造体は、板状のメタルラス基材に触媒成分（以下、単に触媒という。）を担持させた触媒エレメントが隙間（流路）を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを流過させて浄化するものである。かかる触媒構造体が浄化する排ガスとしては、例えば、発電所や各種工場等の産業設備、自動車などから排出される排気ガスを想定している。なお、以下の説明においては、触媒を担持した状態の板状のメタルラス基材を触媒エレメントという。

まず、本発明の理解を容易にするため、本発明に対応する従来の触媒構造体の構成とその問題点について説明する。触媒構造体を構成する板状の触媒エレメントに摩耗現象が生じた場合、その影響要因としては、触媒自体の摩耗強度、触媒の塗布面の状態、排ガスの流過方向（以下、ガス流れ方向という。）に対するメタルラス基材のラス目（具体的には、その縁部）の傾斜方向が挙げられる。

図８には、触媒構造体を構成する触媒エレメントの基本製造フローを示す。図８に示すように、触媒エレメントに加工されるメタルラス基材１は、ロール５に巻かれた状態となっている。ロール５に巻かれた帯状のメタルラス基材１は、順次巻き出され、巻き出されたメタルラス基材１の上にペースト状に調整した触媒（一例として、脱硝触媒）２が載置される。この状態から、載置された触媒２をポリエチレンシート６で挟んで一対の加圧ローラ７に通し、メタルラス基材１の一面（以下、塗布面という。）２０に触媒２を塗布するとともに、該メタルラス基材１のラス目を触媒２で埋めることで、触媒２をメタルラス基材１に担持させる。この場合、触媒２は、メタルラス基材１の一面（塗布面２０）側から供給される。このように塗布面２０及びラス目に触媒２が担持されたメタルラス基材１は、油圧プレス８によりプレスされて波型加工（断面形状が波形となるように加工）される。そして、波型加工されたメタルラス基材１は、シャー９によって所定の長さに切断され、風乾後に焼成される。これにより、板状のメタルラス基材１に触媒２を担持させた触媒エレメントが製造される。

このように、ペースト状の触媒２をメタルラス基材１の一面（塗布面２０）側から供給し、加圧ローラ７で触媒２を塗布する場合、触媒の種類によっては、他面、つまり塗布面２０の反対側の面（以下、塗布背面という。）２１でペースト状の触媒２を固める圧力が下がり、塗布背面２１側の触媒２が圧密化されないおそれがある。また、ペースト状の触媒２に含まれる水分が、圧力の強い塗布面２０から圧力の弱い塗布背面２１に移動し、塗布背面２１では塗布面２０に比べて触媒２中の水分が多くなることがある。触媒２中の水分が多くなると、焼成後の触媒２の細孔容積が増加し、摩耗強度の低下を招く場合がある。

次に、メタルラス基材のラス目の傾斜方向による摩耗現象の影響について説明する。図９には、一面（逃げ面となる表面であって、塗布面２０に相当）と他面（掬い面となる裏面であって、塗布背面２１に相当）でラス目の傾斜方向を異ならせたメタルラス基材１(１ｃ)の構成を示す。図９(ａ)は、一面側の平面図、同図(ｂ)は、他面側の平面図、同図(ｃ)は、同図(ａ)の矢印Ａ９部分における縦断面を矢印方向から示す図である。このような異方性を有するメタルラス基材１(１ｃ)においては、ラス目２４の傾斜角（ラス目２４とメタルラス基材１(１ｃ)の一面もしくは他面とがなす角度）がガス流れ方向（図９においては、左から右へ向かう方向）に対して掬い角（いわゆる鋭角）となっていると（例えば、同図(ｃ)に示す他面(塗布背面２１)側）、形状的及び幾何学的にラス目２４の掬い面２２が流過する排ガスを掬うようになり、排ガス中のダストが掬い面２２に集中して衝突する。このため、その集中の程度によっては、ダストの衝突部位となる掬い面２２の近傍が激しく摩耗するおそれがある。なお、ラス目２４の傾斜角がガス流れ方向に対して逃げ角（いわゆる鈍角）となっていると（例えば、図９(ｃ)に示す表面(塗布面２０)側）、ラス目２４の逃げ面２３が流過する排ガスを効率的に逃がす構成となる。

そこで、本発明においては、摩耗強度の低い面（塗布背面２１）をガス流れ方向に対してラス目２４の傾斜角が逃げ角（鈍角）となるように、触媒エレメントを重ねて配置することで、触媒２に摩耗強度の低い部分が生じることを抑制し、触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることを可能とする。

図１０は、かかる本発明の作用を説明するための図であって、同図(ａ)は、触媒２の摩耗強度が低い触媒エレメントの構成を示す平面図、同図(ｂ)は、同図(ａ)の矢印Ａ１０１部分における縦断面を矢印方向から示す図である。また、図１０(ｃ)は、触媒２の摩耗強度を同図(ｂ)に示す触媒エレメントよりも高めた触媒エレメントの構成を示す平面図、同図(ｄ)は、同図(ｃ)の矢印Ａ１０２部分における縦断面を矢印方向から示す図である。

図１０(ａ),(ｂ)に示す触媒エレメントの構成においては、触媒２の摩耗強度が比較的高い一面（塗布面２０）側では、メタルラス基材１(１ｃ)のラス目２４の縁部２５が逃げ面２３となっているのに対し、摩耗強度が比較的低い他面（塗布背面２１）側では、ラス目２４の縁部２５が掬い面２２となっている。したがって、触媒２は、塗布面２０側の摩耗強度が高くなる一方で、塗布背面２１側では摩耗強度が著しく低くなり、掬い面２２の近傍に摩耗個所４が生じる。摩耗現象の強度は、強度の低い部分に支配されるため、結果として、触媒２の摩耗強度、ひいては触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）が低くなる。

これに対し、図１０(ｃ),(ｄ)に示す触媒エレメントの構成においては、触媒２の摩耗強度が比較的高い一面（塗布面２０）側では、メタルラス基材１(１ａ)のラス目２４の縁部２５を掬い面２２とし、摩耗強度が比較的低い他面（塗布背面２１）側では、ラス目２４の縁部２５を逃げ面２３としている。これにより、触媒２において摩耗強度が極端に低い部分をなくし、全体がより均等に摩耗される状態としている。この結果、触媒２の摩耗強度、ひいては触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）を上述した図１０(ａ),(ｂ)に示す触媒エレメントの構成と比べて向上させることが可能となる。すなわち、触媒２の組成を変更することなく、ガス流れ方向に対するラス目２４の傾斜方向、換言すれば、触媒エレメントの積層状態（重畳状態）を変えることで、触媒２の触媒活性を犠牲にすることなく、摩耗強度を向上させることができる。

図１〜図４には、このような本発明の実施形態に係る触媒構造体の構成を示す。図１は、第１の実施形態に係る触媒構造体の構成を示す図であって、同図(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、同図(ｂ)は触媒エレメント（触媒を担持したメタルラス基材）の構成及び重畳状態を示す斜視図である。そして、図２は、図１の矢印Ａ１部分における縦断面（第１の実施形態に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。また、図３は、第２の実施形態に係る触媒構造体の構成を示す図であって、同図(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、同図(ｂ)は触媒エレメントの構成及び重畳状態を示す斜視図である。そして、図４は、図３の矢印Ａ３部分における縦断面（第２の実施形態に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。なお、第１の実施形態（図１及び図２）及び第２の実施形態（図３及び図４）においては、触媒構造体における基本的な構成は共通しており、双方の構成において同一もしくは類似する構成部材については図面上で同一符号を付している。

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る触媒構造体は、板状のメタルラス基材１(１ａ)に触媒２を担持させた触媒エレメントが隙間（以下、流路という。）を空けて複数重ねて配置された構成となっており、流路２６に排ガスを流過させて浄化する。かかる触媒エレメントは、図８に示すように、ペースト状の触媒２をメタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０に相当）側から供給し、一対の加圧ローラ７を通すことで、メタルラス基材１(１ａ)の一面及びラス目２４に触媒２を担持させた後、該メタルラス基材１(１ａ)をプレス（一例として、油圧プレス）８により波型加工して形成されている。なお、触媒エレメントは、波型加工後、シャー９によって所定の長さに切断される。この場合、触媒エレメントは、メタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０）及びラス目２４に触媒２を担持している。具体的には、一面（塗布面２０）に触媒２が塗布されるとともに、ラス目２４に触媒２が埋められることで、触媒エレメントが構成されている。

かかるメタルラス基材１(１ａ)において、ラス目２４は、担持した触媒２よりもメタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０）側及び他面（塗布背面２１）側の流路２６へ傾斜して突出する縁部２５を有している。そして、触媒エレメントは、排ガスの流過方向（ガス流れ方向(図２においては、左から右へ向かう方向)）に対し、縁部２５とメタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０）との間の角度が掬い角（０°より大きく９０°より小さい所定の角度(いわゆる鋭角)）で、縁部２５とメタルラス基材１(１ａ)の他面（塗布背面２１）との間の角度が逃げ角（９０°より大きく１８０°より小さい所定の角度(いわゆる鈍角)）となるように重ねて配置されている（図２参照）。

図１(ｂ)に示すように、本実施形態において、触媒エレメントは、第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントを有している。第１の触媒エレメントには、メタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０）側及び他面（塗布背面２１）側に波形に突出させた第１の突条部２７が排ガスの流過方向（ガス流れ方向）へ連続して延設されている。以下、かかる第１の触媒エレメントを構成するメタルラス基材１(１ａ)を第１のメタルラス基材１１ａという。これに対し、第２の触媒エレメントには、メタルラス基材１(１ａ)の一面（塗布面２０）側及び他面（塗布背面２１）側に波形に突出させた第２の突条部２８がガス流れ方向と直交する方向に対する位置を第１の突条部２７と異ならせてガス流れ方向へ連続して延設されている。以下、かかる第２の触媒エレメントを構成するメタルラス基材１(１ａ)を第２のメタルラス基材１２ａという。図１には、ガス流れ方向と平行をなして連続するように突出させて延設した第１の突条部２７及び第２の突条部２８の構成を一例として示している。その際、第１の突条部２７及び第２の突条部２８は、その縦断面形状が凸曲状（略正弦波の１周期分の波形に相当）をなすように形成している。また、図１に示す構成においては、かかる第１の突条部２７及び第２の突条部２８をそれぞれ３本ずつ延設している。

ただし、第１の突条部２７及び第２の突条部２８の形状や本数等の構成は特に限定されず、任意に設定することが可能である。例えば、第１の突条部２７及び第２の突条部２８の形状は、図５(ａ)に示す本実施形態における形状（縦断面形状が凸曲状(略正弦波の１周期分の波形に相当)）の他、図５(ｂ)〜(ｅ)に示すような各種の形状であっても構わない。具体的には、図５(ｂ)は塗布面２０側にのみ縦断面形状が略Ｖ字状をなす突条部４０、同図(ｃ)は縦断面形状が同図(ａ)の凸曲状（略正弦波の１周期分の波形に相当）の形状を極大点から極小点まで略垂直に連続させた突条部４１（いわゆるのこぎり波の１周期分の波形に相当）、同図(ｄ)は縦断面形状を矩形状（略矩形パルス波の１周期分の波形に相当）とした突条部４２、同図(ｅ)は塗布面２０側にのみ縦断面形状を略台形状とした突条部４３の例をそれぞれ示す。なお、第１の突条部２７と第２の突条部２８の縦断面形状は同一であることが好ましいが、互いに異なる形状とすることも想定可能である。

そして、第１の触媒エレメント及び第２の触媒エレメント（端的には、第１のメタルラス基材１１ａ及び第２のメタルラス基材１２ａ）は、交互に重ねて配置されている。第１の突条部２７と第２の突条部２８は、ガス流れ方向と直交する方向に対する位置を互いに異ならせて延設されているため、第１の突条部２７及び第２の突条部２８がスペーサとして機能し、第１のメタルラス基材１１ａと第２のメタルラス基材１２ａとの間に所定の空隙を形成することができる。これにより、かかる空隙によって第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントとの間に排ガスを流過させるための隙間（流路）２６を確保することができる。なお、第１の触媒エレメント及び第２の触媒エレメントは、このように第１の突条部２７及び第２の突条部２８によって流路２６を形成しつつ、交互に重ねて配置された状態で筺体（以下、触媒ユニットという。）３に収容される。

本実施形態において、触媒構造体の触媒エレメント（第１の触媒エレメント及び第２の触媒エレメント）は、図２に示すように、第１のメタルラス基材１１ａ及び第２のメタルラス基材１２ａの塗布面２０側ではラス目２４の縁部２５が掬い面２２として構成され、塗布背面２１側ではラス目２４の縁部２５が逃げ面２３として構成されている。すなわち、摩耗強度が比較的高い塗布面２０側が掬い面２２、摩耗強度が比較的低い塗布背面２１側が逃げ面２３となっている。このため、排ガス中のダストが集中して衝突し易い掬い面２２の近傍は、逃げ面２３の近傍と比較して摩耗強度が高められた状態となっている。したがって、触媒２において摩耗強度が極端に低い部分を排除することができ、全体をより均等に摩耗させることが可能となる。これにより、触媒２の摩耗強度、ひいては触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることができる。この結果、例えば、触媒２の組成を変更することなく、ガス流れ方向に対する触媒エレメント（第１の触媒エレメント及び第２の触媒エレメント）の積層方向を変えることで、触媒２の触媒活性を犠牲にすることなく、摩耗強度を向上させることが可能となる。

また、図３及び図４に示すように、本発明の第２実施形態に係る触媒構造体は、板状のメタルラス基材１(１ｂ)に触媒２を担持させた触媒エレメントが隙間（流路）２６を空けて複数重ねて配置された構成となっており、流路２６に排ガスを流過させて浄化する。その際、上述した図８に示す製造フローにより、メタルラス基材１(１ｂ)の一面（塗布面２０）に触媒２が塗布されるとともに、ラス目２４に触媒２が埋められることで、触媒エレメントが構成されていることは第１の実施形態と同様である。

この場合、ラス目２４は、担持した触媒２よりもメタルラス基材１(１ｂ)の塗布面２０側及び塗布背面２１側の流路２６へ傾斜して突出する縁部２５を有しており、触媒エレメントは、ガス流れ方向（図４においては、左から右へ向かう方向）に対し、縁部２５とメタルラス基材１(１ｂ)の塗布面２０との間の角度が掬い角（鋭角）で、縁部２５とメタルラス基材１(１ｂ)の塗布背面２１との間の角度が逃げ角（鈍角）となるように重ねて配置されていることも第１実施形態と同様である（図２及び図４参照）。

図３(ｂ)に示すように、本実施形態において、触媒エレメントは、メタルラス基材１(１ｂ)の一面（塗布面２０）側及び他面（塗布背面２１）側に波形に突出させて排ガスの流過方向（ガス流れ方向）へ連続して延設された突条部２９を有し、メタルラス基材１(１ｂ)の一面（塗布面２０）と他面（塗布背面２１）の向き及びガス流れ方向に対する前後の向きをいずれも入れ換えつつ重ねて配置されている。換言すれば、触媒エレメントは、隣り合う２つの触媒エレメントが、一方に対して他方の位置を水平方向に１８０°回転させるとともに、垂直方向にも１８０°回転させて重畳配置されている。この場合、本実施形態に係るメタルラス基材１(１ｂ)は、上述した第１実施形態に係る第１のメタルラス基材１１ａと同様に構成されており、排ガスの流過方向（ガス流れ方向）へ連続して一面（塗布面２０）側及び他面（塗布背面２１）側に突出させて延設された突条部２９（第１の突条部２７と同様）を有している。したがって、図３には、ガス流れ方向と平行をなして連続するように突出させて延設するとともに、縦断面形状が凸曲状（略正弦波の１周期分の波形に相当）をなす３本の突条部２９を延設した構成を一例として示している。

ただし、突条部２９の形状や本数等の構成は特に限定されず、任意に設定することが可能であることは上述した第１の実施形態と同様である。例えば、突条部２９の形状は、図５(ａ)に示す本実施形態における形状（縦断面形状が凸曲状(略正弦波の１周期分の波形に相当)）の他、図５(ｂ)〜(ｅ)に示すような各種の形状（突条部４０〜４３）とすることが可能である。

本実施形態において、触媒エレメントは、メタルラス基材１(１ｂ)の塗布面２０と塗布背面２１の向きを入れ換えるとともに、ガス流れ方向に対する前後の向きを交互に入れ換えて（すなわち、水平方向に１８０°回転させるとともに、垂直方向にも１８０°回転させて）重ねて配置されている。これにより、重畳方向に対して隣り合う２つの触媒エレメントを、これらにおける突条部２９のガス流れ方向と直交する方向に対する位置を互いに異ならせて配置することができるため、突条部２９がスペーサとして機能し、隣り合うメタルラス基材１(１ｂ)の間に所定の空隙を形成することができる。これにより、かかる空隙によって隣り合う触媒エレメントの間に排ガスを流過させるための隙間（流路）２６を確保することができる。このように、本実施形態においては、塗布面２０同士及び塗布背面２１同士が交互に流路２６を挟んでそれぞれ対面した状態となるように、触媒エレメントが複数重ねて配置されている。なお、これらの触媒エレメントは、互いの突条部２９によって流路２６を形成しつつ、重ねて配置された状態で触媒ユニット３に収容される。

本実施形態において、触媒構造体の触媒エレメントは、図４に示すように、塗布面２０側ではラス目２４の縁部２５が掬い面２２として構成され、塗布背面２１側ではラス目２４の縁部２５が逃げ面２３として構成されている。したがって、本実施形態においても、上述した第１の実施形態（図１及び図２）と同様に、触媒２において摩耗強度が極端に低い部分を排除することができ、全体をより均等に摩耗させることが可能となる。これにより、触媒２の摩耗強度、ひいては触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることができる。なお、本実施形態においては、突条部２９によって塗布面２０同士が対面されて形成された流路２６と、突条部２９によって塗布背面２１同士が対面されて形成された流路２６とが交互に配された構成となっている。

次に、上述した第１の実施形態（図１及び図２）及び第２の実施形態（図３及び図４）を適用し、実験により摩耗強度（耐摩耗性）の分析を行った実施例及びその比較例について説明する。

（実施例１）
実施例１（構成については、図１及び図２に示す第１の実施形態を参照）においては、メタルラス基材１（第１のメタルラス基材１１ａ及び第２のメタルラス基材１２ａ）として、ステンレスエキスパンドメタルを適用した。その際、かかるステンレスエキスパンドメタルは、幅方向（ガス流れ方向と直交する方向）の寸法が４５０ｍｍに設定された帯状をなし、触媒エレメントへの加工前においてはロール５に巻かれた状態となっている（図８参照）。また、触媒２としては、酸化チタンを主成分とし、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）を添加した後、シリカアルミナ繊維を加えて水によってペースト化させたものを用いた。

次いで、ステンレスエキスパンドメタルにペースト状の触媒２を塗布して担持させ、その後、第１の突条部２７及び第２の突条部２８における山部の高さ（別の捉え方をすれば、谷部の深さ）が５．７ｍｍとなるように加工するとともに、長さ方向（ガス流れ方向）の寸法が５００ｍｍとなるように切断した。ここで、流路２６を確保するために、ガス流れ方向と直交する方向に対する山部及び谷部の位置が異なる（位置をずらした）突条部（第１の突条部２７と第２の突条部２８）をガス流れ方向へ連続して延設した２種類の波形形状の触媒エレメントを作製した。この場合、例えば、波形が異なる２種類の油圧プレス８を用いてプレス加工することにより、２種類の波形の触媒エレメント（第１の触媒エレメント及び第２の触媒エレメント）を作製することができる。

そして、これらの触媒エレメントを塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角（ラス目２４の縁部２５と塗布面２０とがなす角度）がガス流れ方向に対して掬い角（鋭角）、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角（ラス目２４の縁部２５と塗布背面２１とがなす角度）がガス流れ方向に対して逃げ角（鈍角）となるように、２種類の触媒エレメントを交互に所定枚数重ねて触媒ユニット３内に配置し、触媒構造体を構成した（図１及び図２参照）。なお、かかる触媒構造体における流路２６の形状は、１種類となる。

（実施例２）
実施例２（構成については、図３及び図４に示す第２の実施形態を参照）においては、上述した実施例１と同一のペースト状の触媒２を同一のステンレスエキスパンドメタルに塗布して担持させた。その後、突条部２９における山部の高さ（別の捉え方をすれば、谷部の深さ）を実施例１と同一（５．７ｍｍ）となるように加工するとともに、長さ方向（ガス流れ方向）の寸法も同一（５００ｍｍ）となるように切断した。なお、本実施例２においては、共通する突条部２９をガス流れ方向へ連続して延設した１種類の波形形状の触媒エレメントのみを作製した。

そして、かかる触媒エレメントを、ガス流れ方向に対するラス目２４の傾斜角が塗布面２０側は掬い角（鋭角）、塗布背面２１側は逃げ角（鈍角）となるように、１枚目の触媒エレメント（図４における最下段の触媒エレメント）として配置した。その後、２枚目の触媒エレメントは、メタルラス基材１(１ｂ)の一面（塗布面２０）と他面（塗布背面２１）の向きを入れ換えるとともに、ガス流れ方向に対する前後方向の向きも入れ換えて、１枚目の触媒エレメントに重ねて配置した。すなわち、本実施例２においては、ガス流れ方向に対し、塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が逃げ角となるように１枚目の触媒エレメントを触媒ユニット３に配置した後、この上に重ねる２枚目の触媒エレメントは、１枚目の触媒エレメントの突条部２９における山部（谷部）と２枚目の触媒エレメントの突条部２９における山部（谷部）が重ならないようにするため、水平方向に１８０°回転させる。さらに、ガス流れ方向に対し、塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が逃げ角となるように、２枚目の触媒エレメントを垂直方向にも１８０°回転させ（天地を逆転させ）、１枚目の触媒エレメントに重ねて触媒ユニット３内へ配置する。これを交互に実施例１と同一枚数にわたって繰り返し、触媒構造体を構成した（図３及び図４参照）。なお、かかる触媒構造体における流路２６の形状は、２種類となる。

（比較例１）
比較例１の構成を図６及び図７に示す。図６は、比較例に係る触媒構造体の構成を示す図であって、同図(ａ)は触媒構造体の全体構成を示す斜視図、同図(ｂ)は触媒エレメント（触媒２を担持したメタルラス基材１(１ｃ)）の構成を示す斜視図である。そして、図７は、図６の矢印Ａ６部分における縦断面（比較例１に係る触媒エレメントの重畳状態）を矢印方向から示す図である。

かかる比較例１においては、上述した実施例１及び実施例２と同一のペースト状の触媒２を同一のステンレスエキスパンドメタルに塗布して担持させた。その後、突条部３０における山部の高さ（別の捉え方をすれば、谷部の深さ）を実施例１及び実施例２と同一（５．７ｍｍ）となるように加工するとともに、長さ方向（ガス流れ方向）の寸法も同一（５００ｍｍ）となるように切断した。なお、比較例１においては、共通する突条部３０を延設した１種類の波形形状の触媒エレメントのみを作製した。また、比較例１に係るメタルラス基板１(１ｃ)は、図１０(ａ)に示すものに相当する。

そして、かかる触媒エレメントを塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角がガス流れ方向に対して逃げ角（鈍角）となるように（塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角は掬い角(鋭角)）、１枚目の触媒エレメント（図７における最下段の触媒エレメント）として配置した。その後、２枚目の触媒エレメントは、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角がガス流れ方向に対して逃げ角となるように（塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角は掬い角）、ガス流れ方向に対する前後方向の向きを入れ換えて、１枚目の触媒エレメントに重ねて配置した。すなわち、比較例１においては、ガス流れ方向に対し、塗布面２０側におけるラス目２４の傾斜角が逃げ角となるように１枚目の触媒エレメントを触媒ユニット３に配置した後、この上に重ねる２枚目の触媒エレメントは、１枚目の触媒エレメントの突条部３０における山部（谷部）と２枚目の触媒エレメントの突条部３０における山部（谷部）が重ならないようにするため、塗布面２０（もしくは塗布背面２１）の向きは同一向きとしたままで、水平方向に１８０°回転させて１枚目の触媒エレメントに重ねて触媒ユニット３内へ配置する。これを交互に実施例１及び実施例２と同一枚数にわたって繰り返し、触媒構造体を構成した（図６及び図７参照）。このように、比較例１においては、ガス流れ方向に対する前後方向の向きは入れ換える一方で、上述した実施例２とは異なり、メタルラス基材１(１ｃ)の一面（塗布面２０）と他面（塗布背面２１）の向きは入れ換えない。つまり、水平方向に１８０°回転させる一方で、垂直方向には回転させない（天地は逆転させない）。なお、かかる触媒構造体における流路２６の形状は、２種類となる。

すなわち、比較例１に係る触媒構造体では、ガス流れ方向に対し、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角となる触媒エレメントと、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が逃げ角となる触媒エレメントが交互に重ねて配置（積層）されている。かかる比較例１は、従来の触媒構造体の構成に相当し、このような触媒エレメントの重畳状態（積層状態）が現在においては一般的に採用されている。

（実施例１及び実施例２と比較例１との比較）
触媒エレメント（端的には、触媒２）の摩耗状態に対する評価として、粉体摩耗試験装置を用いて図１１に示す条件で触媒２の摩耗状態を確認した。図１２には、かかる触媒エレメントの摩耗状態に対する評価結果を示す。なお、図１２には、触媒エレメント（触媒２を担持したメタルラス基材１）の局所及び全体に対する摩耗度合（摩耗強度）を優れた順に◎、○、△の各記号で示している。

図１２に示すように、実施例１に係る触媒構造体とすることで、比較例１に示す従来型の触媒構造体よりも触媒エレメント全体の摩耗度合が減少した。これは、塗布背面２１の摩耗強度が向上し、摩耗度合が平均化されたこと、つまり、触媒エレメントの全体が均等に摩耗されたことによる効果である。

実施例２に係る触媒構造体における摩耗状態は、実施例１と同程度であった。また、触媒エレメント全体の摩耗強度は、従来型の比較例１と比べ改善していることが分かった。また、実施例２では、２種類の異なる流路２６が形成されるが、かかる流路２６の相違は触媒２の反応効率にほとんど影響しないことを確認している。

比較例１では、上述したように、ガス流れ方向に対し、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角になる触媒エレメントと、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が逃げ角となる触媒エレメントが交互に重ねて配置（積層）されているため（図６及び図７参照）、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角になる触媒エレメントでは摩耗度合が大きいという結果となった。つまり、ラス目２４の傾斜角が掬い角となる触媒２の近傍（掬い面２２の近傍）が激しく摩耗する結果となった。

このように、比較例１では、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角となる触媒エレメントが存在しており、触媒エレメント全体における摩耗強度の不均衡を招くため、結果として、触媒エレメント全体の摩耗強度が弱くなる。これに対し、実施例１及び実施例２では、塗布背面２１側におけるラス目２４の傾斜角が掬い角となる触媒エレメントをなくしているため、触媒エレメント全体における摩耗強度を均等に保つことができる。これにより、触媒エレメント全体の摩耗強度を有効に改善させる結果となった。

以上、本発明に係る触媒構造体によれば、触媒２の組成等を変えることなく、触媒エレメント（端的には、触媒２）を均等に摩耗させることができ、触媒２の中に局所的に摩耗し易い部分が存在する事態を抑止することができる。この結果、触媒エレメント、ひいては触媒構造体の摩耗強度（耐摩耗性）の向上を図ることが可能となる。また、本発明に係る触媒構造体は、触媒２の組成等を変えるものではなく、ガス流れ方向に対する触媒エレメントの重畳状態（積層状態）や製法に関わるものであり、触媒２の活性を犠牲にすることなく、摩耗強度を独立して向上させることができる。この結果、例えば、触媒エレメントの摩耗寿命の向上により、脱硝反応器に充填する触媒量の低減化に展開することも可能である。

１ メタルラス基材
２ 触媒成分（触媒）
７ 加圧ローラ
８ プレス（油圧プレス）
２０ 一面（塗布面）
２１ 他面（塗布背面）
２４ ラス目
２５ 縁部
２６ 隙間（流路）

Claims (6)

1. メタルラス基材の両面及びラス目に触媒が担持され、かつ、波型に形成された触媒エレメントが隙間を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを通過させて浄化する触媒構造体であって、
   前記ラス目は、前記メタルラス基材の一面側及び他面側の前記隙間へ傾斜して突出する縁部を有し、
   前記メタルラス基材の前記他面に担持された前記触媒は、前記メタルラス基材の前記一面に担持された前記触媒よりも低い密度を有してなり、
   前記触媒エレメントは、前記メタルラス基材の前記一面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの上流側に向けて、前記メタルラス基材の前記他面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの下流側に向けて配置されていることを特徴とする触媒構造体。
2. 前記触媒エレメントは、第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントを有しており、
   前記第１の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第１の突条部が前記排ガスの流過方向へ連続して延設され、
   前記第２の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第２の突条部が前記排ガスの流過方向と直交する方向に対する位置を前記第１の突条部と異ならせて前記排ガスの流過方向へ連続して延設され、
   前記第１の触媒エレメント及び前記第２の触媒エレメントは、交互に重ねて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒構造体。
3. 前記触媒エレメントは、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させて前記排ガスの流過方向へ連続して延設された突条部を有し、前記メタルラス基材の前記一面と前記他面の向き及び前記流過方向に対する前後の向きをいずれも入れ換えつつ重ねて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒構造体。
4. ペースト状の触媒をメタルラス基材の一面側から他面側へ供給し、一対の加圧ローラを通すことで、前記メタルラス基材の両面及びラス目に前記触媒成分を担持させた後、該メタルラス基材をプレスにより波型加工して形成された触媒エレメントが隙間を空けて複数重ねて配置され、前記隙間に排ガスを流過させて浄化する触媒構造体の製造方法であって、
   前記ラス目は、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側の前記隙間へ傾斜して突出する縁部を有し、
   前記メタルラス基材の前記一面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの上流側に向けて、前記メタルラス基材の前記他面側に傾斜して突出する前記ラス目の縁部を前記排ガスの流れの下流側に向けて、前記触媒エレメントを重ねて配置することを特徴とする触媒構造体の製造方法。
5. 前記触媒エレメントとして、第１の触媒エレメントと第２の触媒エレメントを形成し、
   前記第１の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第１の突条部を前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、
   前記第２の触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた第２の突条部を前記排ガスの流過方向と直交する方向に対する位置を前記第１の突条部と異ならせて前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、
   前記第１の触媒エレメント及び前記第２の触媒エレメントを交互に重ねて配置することを特徴とする請求項４に記載の触媒構造体の製造方法。
6. 前記触媒エレメントには、前記メタルラス基材の前記一面側及び前記他面側に波形に突出させた突条部を前記排ガスの流過方向へ連続して延設し、該触媒エレメントを前記メタルラス基材の前記一面と前記他面の向き及び前記流過方向に対する前後の向きをいずれも入れ換えつつ重ねて配置することを特徴とする請求項４に記載の触媒構造体の製造方法。

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