JPH03915A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はディーゼルエンジン等の内燃機関における排
気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置に関する。

（従来の技術〕 従来、例えばディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する
場合には、コージェライトによってハニカム状に形成し
た触媒担体と、その触媒担体に担持された触媒成分とを
有するフィルターをディーゼルエンジンの排気側に接続
し、このフィルターによって前記排気ガス中のカーボン
、ＮＯｘ及びＨＣ等を捕集して酸化分解するようになっ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のフィルターにおける触媒担体は融点（
１２００〜１３００°Ｃ）の低いコージェライトによっ
て形成されているため、排気ガス流通時に高温となりや
すい中心部分では溶損に起因してフィルターとしての機
能を発揮できなくなる。

このため、従来では触媒担体の中心部分のみをハニカム
状に形成することなくコージェライトによって充実状態
に形成し、予めフィルターとしての機能を持たせないよ
うにしていた。

従って、中心部分の容積分だけカーボン等の捕集量が減
少することになり、触媒担体の全体容積に対するカーボ
ン等の捕集効率が良くなかった。

この発明は上記の事情を考慮してなされたものであって
、その目的は、触媒担体の全体容積に対する捕集効率を
増大させることが可能で、延いては小型でｈ！ｉ集量の
多い排気ガス浄化装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の目的を達
成するために、この発明では、内燃機関の排気側に連通
ずる通路を備えたケーシングと、通路内に配設され、コ
ージェライトによってハニカム状に形成されると共に管
状の全体形状をなした第１の触媒担体と、第１の触媒７
８体の中空部に嵌合され、多孔質炭化珪素焼結体によっ
てハニカム状に形成された第２の触媒担体とを設けてい
る。

従って、第１の触媒担体と第２の触媒担体とによって二
重構造の触媒担体が形成され、その二重構造の触媒担体
の中心部分は、炭化珪素の耐熱性を有効に利用して耐熱
性に優れたものとなる。又、二重構造の触媒担体は全体
を利用して捕集毅能を発揮させることができるので、そ
の全体容積に対する捕集効率が向上される。

以下、この発明を図面に従って詳細に説明する。

第１図に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ
製のケーシング２を備え、そのケーシング２の通路２ａ
が内燃機関Ｅの排気管路Ｅａに接続されている。このケ
ーシング２内には排気ガスを浄化するための、コージェ
ライトよりなる第１の触媒担体３と、多孔質炭化珪素焼
結体よりなる第２の触媒担体４とからなる二重構造の触
媒担体本体５が配設されている。又、この触媒担体本体
５のガス排出側側面には多孔質炭化珪素焼結体よりなる
第３の触媒担体６が配設されている。更に、その第３の
触媒担体６のガス排出側において、ケーシング２には再
生用のセラミックヒータ−７が装着されている。

第２図、第３図及び第４図に示すように、二重構造の触
媒担体本体５のうち、第１の触媒担体３は比較的低い融
点（１２００〜１３００℃）を有するコージェライトに
よってハニカム状に形成されると共に、中心部に中空部
３ａを有する円管状の全体形状をなしている。そして、
この第１の触媒担体３には軸線方向に平行に延びる多数
のガス通過孔８が形成され、各ガス通過孔８の供給側及
び排出側のいずれか一端がコージェライト質の小片９に
よって交互に封止されている。更に、第１の触媒担体３
の各ガス通過孔８の内壁面にはシリカ膜が形成され、そ
のシリカ膜に白金族元素やその他の金属元素及びその酸
化物等からなる酸化触媒が担持されている。

一方、第２の触媒担体４は、高い融点（〜３０００℃）
を有する多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形
成されると共に円柱状をなし、前記第１の触媒担体３の
中空部３ａに嵌合されている。そして、この第２の触媒
担体４には軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔１
０が形成され、各ガス通過孔１０の供給側及び排出側の
いずれか一端が炭化珪素質の小片１１によって交互に封
止されている。更に、第２の触媒担体４の各ガス通過孔
１０の内壁面にはシリカ膜が形成され、そのシリカ膜に
白金族元素やその他の金属元素及びその酸化物等からな
る酸化触媒が担持されている。

尚、第１図に示すように、第３の触媒担体６は第２の触
媒担体４と同様に高い融点（〜３０００℃）を有する多
孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成されると
共に円板状に形成され、第２の触媒担体４の一側面に対
して接合されている。

そして、この第３の触媒担体６にも第２の触媒担体４と
同様に軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔が形成
され、それらガス通過孔の内壁面にはシリカ膜が形成さ
れ、そのシリカ膜に白金族元素やその他の金属元素及び
その酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。この
第３の触媒担体６は、第１の触媒担体３から第２の触媒
担体４が抜は出るのを防止するために設けられたもので
ある。

従って、第１図及び第２図に矢印で示すように、内燃機
関Ｅの排気ガスがケーシング２の供給側から触媒担体本
体５に導入されると、第１及び第２の触媒担体３，４の
各ガス通過孔８．１０の壁部によって、排気ガス中のカ
ーボン（すす）やＨＣ等が濾過されると共に、酸化触媒
により酸化される。そして、浄化された排気ガスが触媒
担体本体５から排出される。又、排出された排気ガスは
、更に第３の触媒担体６の各ガス通路の壁部によって濾
過され、酸化触媒によって酸化されて同触媒担体６から
排出される。

上記のように使用された二重構造の触媒担体本体５の再
生処理を行う場合には、その触媒担体本体５に所定量の
カーボンを滞留させた状態で、セラミックヒータ−７に
よって同触媒担体本体５を第３の触媒担体６を介して加
熱する。そして、セラミンクヒーター７に近い側の触媒
担体本体５の温度が所定温度（３００〜８００℃）に達
した時、ケーシング２に燃焼促進用の二次エアの供給を
開始する。そして、この処理を′ｍ続することにより、
触媒担体本体５内のカーボンを燃焼させ、同触媒担体本
体５を再生する。

そして、この発明では、第１の触媒担体３と第２の触媒
担体４とによって二重構造の触媒担体本体５が形成され
、その二重構造の触媒担体本体５の中心部分が、炭化珪
素よりなる第２の触媒担体４の耐熱性を有効に利用して
耐熱性に優れたものとなっている。又、二重構造の触媒
担体本体５は第１及び第２の触媒担体３，４を含めた全
体を利用して排気ガス中のカーボン、ＮＯｘ及びＨＣ等
を捕集する機能を発揮することができるので、その全体
容積に対する捕集効率を向上させることができ、延いて
は小型で捕集量の多い排気ガス浄化装置１を提供するこ
とができる。

加えて、触媒担体本体５の中心部における第２の触媒担
体４は炭化珪素によって熱伝導率が非常に良いのに対し
て、外周部の第１の触媒担体３はコージェライトによっ
て熱伝導率が比較的良くないものになっている。このた
め、再生処理における加熱の際に、第２の触媒担体４の
周縁部からの放熱が第１の触媒担体３によって抑制され
て、第１の触媒担体３を断熱層としも機能させることが
できる。よって、触媒担体本体５からの放熱を抑制して
短時間で再生が可能な処理温度に到達することができ、
再生処理を短時間で進めることができ、再生の温度に昇
温するための熱エネルギーの省力化も行うことができる
。又、触媒担体本体５の両端部間の温度差が少なく保持
される。従って、部分的な温度差に起因して触媒担体本
体５にクラックが発生する割合を少なくでき、再生処理
回数を増加させて、耐久性を向上させることができる。

次に、二重構造の触媒担体本体５の再生処理に関する実
施例及び比較例について説明する。

Ｃ実施例〕 コージェライトよりなる第１の触媒担体３として、直径
１４０ｍｍ、中空部３ａの直径９Ｑｍｍ、長さ１４０ｍ
ｍ、熱伝導率２．２にｃａｌ／ｍ、ｈｒ、　’ｃ　、比
熱０、１８　Ｋｃａｌ／ｋｇ、　”Ｃのものを使用した
。又、コノ触媒担体３における各ガス通過孔８間の隔壁
の厚みは０．３　＊ｖ＝で、各ガス通過孔８は１平方ｉ
ｎ当たり２００個形成されている。

この第１の触媒担体３を得るには、先ず押し出し成形に
よりコージェライト譬でハニカム状の管状成形体を作る
。その後、その管状成形体をマイクロ波乾燥させ、酸化
雰囲気下で約１２００℃で焼成する。

一方、多孔質炭化珪素焼結体よりなる第２の触媒担体４
として、直径８８龍、長さ１４０ｍ、熱伝導率４０〜７
０　Ｋｃａｌ／ｍ、ｈｒ、　’Ｃ、比熱０．２３　Ｋｃ
ａｌ／ｋｇ、　’Ｃのものを使用した。又、この触媒担
体４における各ガス通過孔１０間の隔壁の厚みは０．３
１■で、各ガス通過孔１０は１平方ｉｎ当たり２００（
固形酸されている。

この第２の触媒担体４を得るには、先ず押し出し成形に
より炭化珪素質でハニカム状の円柱状成形体を作る。そ
の後、その円柱状成形体を凍結乾燥させ、不活性雰囲気
下で約２２００℃で焼成する。

そして、第１の触媒担体３の中空部３ａに第２の触媒担
体４を嵌合して二重構造の触媒担体本体５を得る。

又、第２の触媒担体４と同様に多孔質炭化珪素焼結体よ
りなる第３の触媒担体６として、直径１４０龍、長さ３
０龍、熱伝導率４０〜７０　Ｋｃａ１／ｍ。

ｈｒ、　’Ｃ、比熱０．２３　Ｋｃａｌ／ｋｇ、　”Ｃ
のものを使用した。

又、この触媒担体６における各ガス通過孔間の隔壁の厚
みは０．３１重で、各ガス１ＪＴＩ過孔は１平方ｉｎ当
たり２００個形成されている。

この第３の触媒担体６を得るには、第２の触媒担体４と
同様の工程を実施する。

更に、再生処理用のセラミックヒータ−７として、１２
Ｖ−２，５に−のものを１本使用した。

第１図に示すように、上記の排気ガス浄化装置１を内燃
機関已に接続して、内燃機関Ｅを作動させ、排気ガス中
のカーボンを捕集した。この捕集動作中には、排気管路
Ｅａ内の圧力を圧力センサＰｓ及び圧電変換素子Ｐｅを
介して制御装置Ｃによって監視し、その圧力が一定値（
０，１７Ｋｇ／ｃｆｆｌ）に到達するまで、捕集動作を
継続した。この時、排気ガスの流量は５０　ｆｆ／ｓｅ
ｃであり、前記一定圧力までの到達時間は約４０分とな
った。この間にｔ＋１ｉ果されたカーボン量の算出に際
し、触媒担体本体５の容積を各ガス通過孔８．１０の部
分の総量とし、カーボン捕集量は捕集処理の前後におけ
る重量変化に基づいて求めた。その結果、カーボン捕集
量はＬ５ｇ／ｌとなった。

次に、前記制御装置ＣによってスイッチＳを閉成させ、
セラミックヒータ−７への通電を開始した。それから１
０分後にはコンプレッサＣｏを動作させ、エア供給管Ｃ
ａから第３の触媒担体６及び触媒担体本体５に二次エア
を５０！／ｍｉｎの割合で供給した。

二次エアの供給開始時において、ガス取入れ側端部の温
度はカーボンの燃焼終了時に急激に降下するため、セラ
ミックヒータ−７への通電開始時から温度降下時点まで
の時間を再生時間とした。

その結果、再生時間は１０分であった。

更に、触媒担体本体５が破損するまで、上記の再生処理
を繰り返した。その結果を表１に示す。

〔比較例〕

実施例と同一サイズとなる、即ち直径１４（Ｊａｍ。

長さ１７０龍のコージェライト製触媒担体と、再生処理
用セラミックヒータ−（１２シー２．５ＫＷ）とを備え
た従来タイプの排気ガス浄化装置において、前記実施例
と同様の再生処理を行った。その結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、比較例の触媒担体では
、実施例の触媒担体本体５と第３の触媒担体６とを組み
合わせたものよりも捕集量の少ないカーボン（実施例の
１／３）を燃焼させるのに、実施例の再生時間の３，５
倍の時間を要している。従って、実施例と同量のカーボ
ンを捕集した後、それを燃焼させるまでの時間は、実施
例の１０．５倍になるものと予測でき、実施例のもので
はカーボンが効率的に燃焼していることが分かる。又、
破損に至る再生処理回数は実施例に比較して少なく、実
施例の触媒担体本体５と第３の触媒担体６とを組み合わ
せたものでは耐久性に優れていることがわかる。更に、
実施例のものは溶損がなく、比較例のものは’ｔ８　ｔ
ｆｉが有り、実施例のものは耐熱性にも優れていること
がわかる。

（以下、余白） 実施例 比較例 ヒーター 通電時間（分）１０４ カーボン補集 量（ｇ／　ｌ　）　　　　　　　１５　　　　　　　　
５再生処理時間（分）　　　１０　　　　　　　３５再
生処理回数（回）２０以上　　　　７〜８溶損　　　　
　　　　　　　　無　　　　　　　　　有〔変形例〕 第５図に示すように、前記実施例における第３の触媒担
体６を省略するために、多孔質炭化珪素焼結体よりなる
第２の触媒担体４の外周を凹凸状に成形する。一方、そ
の第２の触媒担体４を嵌合するために、第１の触媒担体
３を二つ割に形成すると共に、その中空部３ａの内周を
第２の触媒担体４の凹凸に嵌合可能な凹凸状に成形する
。そして、両触媒担体３，４を組付けて触媒担体本体５
を形成してもよい。この場合、前記実施例と同様の再生
処理結果が得られるばかりでなく、第１の触媒担体３か
ら第２の触媒担体４が抜は出るのを未然に防１ヒするこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、触媒担体の全
体容積に対する捕集効率を増大させることが可能で、延
いては小型で捕集量の多い排気ガス浄化装置を提供する
ことができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した排気ガス浄化装置及びそ
の実験装置を示す部分断面図、第２図は触媒担体本体の
断面図、第３図は触媒担体本体の正面図、第４図は第１
の触媒担体と第２の触媒担体との分解斜視図、第５図は
変形例における部分断面図である。 ２・・・ケーシング、２ａ・・・通路、３・・・第１の
触媒担体、３ａ・・・中空部、４・・・第２の触媒担体
。 特許出願人　　　　　　　イビデン　株式会社代理人　
弁理士　　恩　１）博　宣（ほか１名）第４図 第５図 ＠２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関（Ｅ）の排気側に連通する通路（２ａ）を
   備えたケーシング（２）と、 前記通路（２ａ）内に配設され、コージェライトによっ
   てハニカム状に形成されると共に管状の全体形状をなし
   た第１の触媒担体（３）と、前記第１の触媒担体（３）
   の中空部（３ａ）に嵌合され、多孔質炭化珪素焼結体に
   よってハニカム状に形成された第２の触媒担体（４）と を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。