JP7503223B1 - 排ガス浄化用触媒の製造装置および排ガス浄化用触媒の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本出願は、2023年1月31日に出願された日本国特許出願2023-012487号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
ここに開示される製造装置を用いて製造される排ガス浄化用触媒は、種々の内燃機関、特に自動車のディーゼルエンジンやガソリンエンジンの排気系(排気管)に配置され得る。そして、かかる排ガス浄化用触媒は、当該内燃機関から排出された排ガス中の有害成分(HC、CO、NOx等)を浄化する機能を有する。
図3は、ここに開示される製造装置100を模式的に示す図である。製造装置100は、基材10の筒軸が垂直方向(重力方向)と略一致するように基材10を保持する保持部110と、基材10に供給される触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整機構120と、粘度調整機構120に触媒層形成用スラリーを供給する供給部130と、を備えている。さらに、粘度調整機構120は、基材10の上端10a側において、触媒層形成用スラリーを一時的に保持する仕切り部材122と、触媒層形成用スラリーが通過できるように複数の貫通孔が形成された多孔質プレート124と、当該スラリーが多孔質プレート124を通過する際に所定のせん断力がかかるように、基材10の筒軸方向Dの下端10b側から吸引する吸引部材126と、を備えている。また、製造装置100は、基材10と仕切り部材122とを所定位置に配置する昇降装置140をさらに含み得る。ここに開示される製造装置100では、仕切り部材122の下端とハニカム構造体12の上方側の端面12sとが接触せずに対向し、かつ、ツバ部13の内壁と仕切り部材122の外壁とのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となるように基材10と仕切り部材122とが配置される。そして、粘度調整機構120は、多孔質プレート124を通過するときの触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように、多孔質プレート124の貫通孔の開口径と、吸引部材126の吸引速度とが調整されている。
なお、上記した通過速度V(mm/s)は、以下のようにして求めることができる。まず、多孔質プレート124上に供給された触媒層形成用スラリーの液面高さ(mm)を測定する。次いで、ハイスピードカメラを用いて、吸引部材126による吸引開始から多孔質プレート124上に供給されたスラリーが全て吸引されるまでの時間(s)を計測する。そして、上記計測した液面高さ(mm)を上記計測した時間(s)で割ることにより、通過速度V(mm/s)を求めることができる。
図7は、ここに開示される排ガス浄化用触媒の製造方法の大まかな工程を示すフローチャート図である。ここに開示される製造方法は、上記したような製造装置100を用いて好適に実施され得る。ここに開示される製造方法は、ツバ部13を有する外筒11とハニカム構造体12とを備える基材10を用意する用意工程S10と、基材10の筒軸方向Dと垂直方向とが略一致するように基材10を保持する保持工程S20と、基材10と仕切り部材122とを配置する配置工程S30と、触媒層形成用スラリーを仕切り部材122に供給する供給工程S40と、仕切り部材122に供給される触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整工程S50と、を含む。ここに開示される製造方法は、配置工程S30において、基材10の内径よりも外径が小さい仕切り部材122の下端122aと、ハニカム構造体12の上方側の端面12sとが、接触せずに対向し、かつ、ツバ部13の内壁13aと仕切り部材122の外壁122bとのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となるように基材10と仕切り部材122とを配置し、粘度調整工程S50において、触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように粘度を調整することによって特徴付けられており、それ以外の製造プロセスは従来と同様であってもよい。また、任意の段階でさらに他の工程を含んでいてもよい。
上記した第1実施形態では、基材10は、筒軸方向Dにおいてハニカム構造体12を一つ備えていた。しかしながら、基材10の形態はこれに限定されるものではない。図8は、第2実施形態に係る排ガス浄化用触媒200を模式的に示す斜視図である。図8に示すように、第2実施形態に係る排ガス浄化用触媒200は、基材210は、筒軸方向Dにおいて複数のハニカム構造体212を備えている。なお、このこと以外は、上記した第1実施形態と同様であってよく、詳細な説明については省略する。
図3に示すような製造装置を用いて、排ガス浄化用触媒を作製した。まず、基材としてツバ部を有する外筒と、基材の上流側に配置される第1ハニカム構造体と、下流側に配置される第2ハニカム構造体と、を備える、通電加熱式触媒用のメタル基材(ステンレス鋼製、筒軸方向の長さ:70mm、内径130mm、セル数:600cpsi)を準備した。メタル基材は、筒軸方向の両端部においてツバ部を有し、各ツバ部の筒軸方向に沿う長さは、それぞれ10mmであるものを準備した。また、円筒形状の仕切り部材と、厚み方向に複数の貫通孔が設けられた多孔質プレートと、を用意した。多孔質プレートを、仕切り部材の下方側の端部(第1ハニカム構造体の端面と対向する側の端部)に配置した。このようにして、複数の貫通孔が設けられた多孔質プレートを有する仕切り部材(筒軸方向の長さ:9mm、外径:124mm、貫通孔の開口径Z:0.4mm)を用意した。次いで、触媒金属(Pd)と担体(アルミナ:Al2O3)と水と増粘剤(ヒドロキシエチルセルロース(HEC))とを混合した触媒層形成用スラリーを用意した。実施例1のスラリーでは、せん断速度が4s-1のときの粘度V4が12000mPa・sとなるように増粘剤の量を調整した。なお、かかるスラリーの粘度V4はE型粘度計(東機産業株式会社製、TVE-35H)を用いて、測定温度25℃、せん断速度4sec-1で測定したときの値である。そして、せん断速度を連続的に変化させつつスラリーの粘度を測定し、当該スラリーの25℃環境下におけるせん断速度γ(sec-1)と粘度(mPa・s)との関係を取得した。
開口径Zを表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2、比較例1および比較例2の排ガス浄化用触媒を作製した。
第1ハニカム構造体の端面からツバ部の上端までの長さL(mm)に対する、第1ハニカム構造体の端面と仕切り部材の下端とのクリアランスX(mm)の比(X/L)を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3、比較例3および比較例4の排ガス浄化用触媒を作製した。
ツバ部の内壁と仕切り部材の外壁とのクリアランスY(mm)を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4、比較例5および比較例6の排ガス浄化用触媒を作製した。
比較例7および比較例8のスラリーでは、せん断速度が4s-1のときの粘度V4が18000mPa・sとなるように増粘剤の量を調整した。また、比較例8では、開口径Zを0.3mmとした。これらのこと以外は実施例1と同様にして、比較例7および比較例8の排ガス浄化用触媒を作製した。
実施例5では、基材としてツバ部を有する外筒と、ハニカム構造体と、を備えるメタル基材(ステンレス鋼製、筒軸方向の長さ:70mm、内径130mm、セル数:600cpsi)を準備した。すなわち、メタル基材は、基材の筒軸方向においてハニカム構造体を一つ備えている。メタル基材は、筒軸方向の両端部においてツバ部を有し、各ツバ部の筒軸方向に沿う長さは、それぞれ10mmであるものを準備した。上記用意した基材に対して、仕切り部材の下端とハニカム構造体の上方側の端面とが対向するように、仕切り部材を配置した。ハニカム構造体の端面からツバ部の上端までの長さを長さL(mm)に対するクリアランスX(mm)の比(X/L)は、0.5となるように仕切り部材を配置した。また、このとき、ツバ部の内壁と仕切り部材の外壁とのクリアランスYが0.5mmとなるように、仕切り部材を配置した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の排ガス浄化用触媒を作製した。
上記作製した各例の排ガス浄化用触媒のツバ部において、触媒層形成用スラリーが付着した高さを測定した。具体的には、ツバ部において任意の4点で触媒層形成用スラリーが付着した付着高さ(ハニカム構造体の端面からの距離)を測定した。そして、かかる4点の付着高さの平均を算出し、各例のツバ部付着高さを求めた。ツバ部付着高さがツバ部の高さの50%以下(すなわち、5mm以下)であるものを良好(○)と評価し、ツバ部付着高さがツバ部の高さの50%を超えるものを不良(×)として評価した。また、各例の排ガス浄化用触媒において、触媒層形成用スラリーを供給した側(すなわち、仕切り部材が配置された側)の第1ハニカム構造体の端面(実施例5においてはハニカム構造体の端面)をマイクロスコープによって観察し、未コート部の有無を確認した。これらの結果を表1に示す。
10 基材
10a 上端
10b 下端
11 外筒
12 ハニカム構造体
13 ツバ部
13a 内壁
20 触媒層
100 製造装置
110 保持部
120 粘度調整機構
122 仕切り部材
122a 下端
124 多孔質プレート
124h 貫通孔
126 吸引部材
130 供給部
140 昇降装置
200 排ガス浄化用触媒
210 基材
210a 上端
211 外筒
212 ハニカム構造体
212f 第1ハニカム構造体
212r 第2ハニカム構造体
213 ツバ部
213a 内壁
213r ツバ部
224 電極(端子)
225 電極層
Claims (6)
- 内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒の製造装置であって、
外筒と、前記外筒の内部に配置され、排ガスが流動可能に形成されたハニカム構造体と、を備え、前記ハニカム構造体は前記外筒よりも筒軸方向の長さが短く、前記ハニカム構造体の端面よりも筒軸方向に向けて突出したツバ部を有する基材を、前記基材の筒軸が垂直方向と略一致するように保持する保持部と、
前記基材に供給される触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整機構と、
前記粘度調整機構に前記触媒層形成用スラリーを供給する供給部と、
を備えており、
前記粘度調整機構は、
前記外筒の内径よりも外径が小さい円筒形状の仕切り部材と、
前記仕切り部材の内部または下方側の端部に配置され、前記触媒層形成用スラリーが通過できるように複数の貫通孔が形成された多孔質プレートと、
前記触媒層形成用スラリーが前記多孔質プレートを通過する際に、所定のせん断力がかかるように前記基材の下端から前記触媒層形成用スラリーを吸引する吸引部材と、を備えており、
ここで、前記仕切り部材の下端と前記ハニカム構造体の上方側の端面とが接触せずに対向し、かつ、前記ツバ部の内壁と前記仕切り部材の外壁とのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となり、かつ、前記ツバ部の筒軸方向の長さLに対する前記ハニカム構造体の端面と前記仕切り部材の下端とのクリアランスXの比(X/L)が0.3~0.5となるように、前記基材と前記仕切り部材とが配置され、
前記多孔質プレートを通過するときの前記触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように、前記多孔質プレートの開口径と、前記吸引部材の吸引速度とが調整される、
排ガス浄化用触媒の製造装置。 - 前記貫通孔の開口径は、0.3mm以上0.5mm以下である、
請求項1に記載の製造装置。 - 前記吸引部材は、吸引速度が30m/s以上60m/s以下である、
請求項1または2に記載の製造装置。 - 内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒の製造装置であって、
外筒と、前記外筒の内部に配置され、排ガスが流動可能に形成されたハニカム構造体と、を備え、前記ハニカム構造体は前記外筒よりも筒軸方向の長さが短く、前記ハニカム構造体の端面よりも筒軸方向に向けて突出したツバ部を有する基材を、前記基材の筒軸が垂直方向と略一致するように保持する保持部と、
前記基材に供給される触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整機構と、
前記粘度調整機構に前記触媒層形成用スラリーを供給する供給部と、
を備えており、
前記粘度調整機構は、
前記外筒の内径よりも外径が小さい円筒形状の仕切り部材と、
前記仕切り部材の内部または下方側の端部に配置され、前記触媒層形成用スラリーが通過できるように複数の貫通孔が形成された多孔質プレートと、
前記触媒層形成用スラリーが前記多孔質プレートを通過する際に、所定のせん断力がかかるように前記基材の下端から前記触媒層形成用スラリーを吸引する吸引部材と、を備えており、
前記基材は、筒軸方向において前記ハニカム構造体を複数備えており、
ここで、前記仕切り部材の下端と前記ハニカム構造体の上方側の端面とが接触せずに対向し、かつ、前記ツバ部の内壁と前記仕切り部材の外壁とのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となり、かつ、前記ツバ部の筒軸方向の長さLに対する、前記基材の筒軸方向において上方側に配置される前記ハニカム構造体の端面と前記仕切り部材の下端とのクリアランスXの比(X/L)が0.3~0.5となるように、前記基材と前記仕切り部材とが配置され、
前記多孔質プレートを通過するときの前記触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように、前記多孔質プレートの開口径と、前記吸引部材の吸引速度とが調整される、
排ガス浄化用触媒の製造装置。 - 内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
外筒と、前記外筒の内部に配置され、排ガスが流動可能に形成されたハニカム構造体と、を備え、前記ハニカム構造体は前記外筒よりも筒軸方向の長さが短く、前記ハニカム構造体の端面よりも筒軸方向に向けて突出したツバ部を有する基材を用意する用意工程と、
前記基材の筒軸が垂直方向と略一致するように前記基材を保持する保持工程と、
前記基材と、前記基材の前記外筒の内径よりも小さい外径の円筒形状の仕切り部材と、を配置する配置工程と、
前記仕切り部材に触媒金属を含む触媒層形成用スラリーを供給する供給工程と、
前記基材に供給される前記触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整工程と、
を含み、
前記配置工程では、前記ハニカム構造体の上方側の端面と前記仕切り部材の下端とが、接触せずに対向し、かつ、前記基材のツバ部の内壁と前記仕切り部材の外壁とのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となり、かつ、前記ツバ部の筒軸方向の長さLに対する前記ハニカム構造体の端面と前記仕切り部材の下端とのクリアランスXの比(X/L)が0.3~0.5となるように、前記基材と前記仕切り部材とを配置し、
前記粘度調整工程では、前記触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように粘度を調整する、
排ガス浄化用触媒の製造方法。 - 内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒の製造方法であって、
外筒と、前記外筒の内部に配置され、排ガスが流動可能に形成されたハニカム構造体と、を備え、前記ハニカム構造体は前記外筒よりも筒軸方向の長さが短く、前記ハニカム構造体の端面よりも筒軸方向に向けて突出したツバ部を有する基材を用意する用意工程と、
前記基材の筒軸が垂直方向と略一致するように前記基材を保持する保持工程と、
前記基材と、前記基材の前記外筒の内径よりも小さい外径の円筒形状の仕切り部材と、を配置する配置工程と、
前記仕切り部材に触媒金属を含む触媒層形成用スラリーを供給する供給工程と、
前記基材に供給される前記触媒層形成用スラリーの粘度を調整する粘度調整工程と、
を含み、
前記用意工程で用意される前記基材は、筒軸方向において前記ハニカム構造体を複数備えており、
前記配置工程では、前記ハニカム構造体の上方側の端面と前記仕切り部材の下端とが、接触せずに対向し、かつ、前記基材のツバ部の内壁と前記仕切り部材の外壁とのクリアランスYが0.5mm以上3mm以下となり、かつ、前記ツバ部の筒軸方向の長さLに対する、前記基材の筒軸方向の上方側に配置される前記ハニカム構造体の端面と前記仕切り部材の下端とのクリアランスXの比(X/L)が0.3~0.5となるように、前記基材と前記仕切り部材とを配置し、
前記粘度調整工程では、前記触媒層形成用スラリーの粘度が690mPa・s以下となるように粘度を調整する、
排ガス浄化用触媒の製造方法。
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