JPH05301048A - 排ガス浄化用金属ハニカム触媒担体および触媒 - Google Patents

排ガス浄化用金属ハニカム触媒担体および触媒

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JPH05301048A
JPH05301048A JP4107210A JP10721092A JPH05301048A JP H05301048 A JPH05301048 A JP H05301048A JP 4107210 A JP4107210 A JP 4107210A JP 10721092 A JP10721092 A JP 10721092A JP H05301048 A JPH05301048 A JP H05301048A
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JP
Japan
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exhaust gas
honeycomb catalyst
catalyst
stainless steel
catalyst carrier
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JP4107210A
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English (en)
Inventor
Ikuhisa Hamada
幾久 浜田
Shigeru Tominaga
成 冨永
Yoshio Matsuo
宣雄 松尾
Hisao Yamashita
寿生 山下
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
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  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】電流効率の高い通電型の排ガス浄化用金属ハニ
カム触媒担体(および触媒)を得ること。 【構成】ステンレス鋼をエキスパンド加工した後、アル
ミニウムを溶射したものを出発原料とし、これをプレス
加工等により、波状の凹凸をつけ(2)、平板1と重ね
合わせるなどの方法によりハニカム構造体とし、必要に
応じ高比表面積の無機粒子をウオッシュコートする。ま
た電極3、4を設け、通電可能とし、特にその領域を通
電部5に限定することにより電力を節減することができ
る。 【効果】従来のバルクメタル型ハニカム触媒において問
題となっていた数々の技術的課題がきわめて実用的な方
法で解決される上、特に自動車等燃焼ガスを動力源とす
るものにあっては、運転初期の排ガスの浄化を確実に行
わせることが可能となり、環境保全に対して大きな寄与
が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は排ガス浄化用金属ハニカ
ム触媒担体および触媒に関し、特に自動車エンジンの排
気をはじめ、各種産業・化学プラントから発生する廃
(排)ガス中の各種炭化水素(以下、HCと記すことが
ある)、一酸化炭素(CO)等、燃焼可能な有害物質を
除去するための排ガス浄化用金属ハニカム触媒担体およ
び触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】接触燃焼によって排ガスを浄化する技術
分野においては、近年、単位体積当たりの表面積が大き
くとれ、しかも圧力損失を低く抑えることのできる、い
わゆるハニカム触媒が広く利用されている。ハニカム触
媒の基材としては、コーディエライト等のセラミックを
押出成形したものや、アルミナ−シリカ繊維等繊維物質
を抄造によりペーパ化し、コルゲート加工によりハニカ
ム構造体にしたものがあり、最近はアルミニウムを数%
含有し、耐酸化性向上のためにイットリウムやセリウム
を微量添加したフェライト系ステンレス鋼薄板(通常5
0μm前後)をコルゲート加工したハニカム構造体とし
たものが適用されつつある。
【0003】上記のセラミックまたは金属ハニカム構造
体を排ガス浄化用触媒体とすることに対しては、通常、
活性アルミナに代表される高比表面積無機粒子(比表面
積:数十〜百数十m2 /gが一般的)をウオッシュコー
トして、これを触媒担体とし、この触媒担体に触媒活性
のある金属(Pd、Pt等)を分散担持させる方法がと
られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】接触燃焼によって排ガ
スを浄化する触媒は、通常200〜300℃で着火し、
500℃前後またはこれを超える温度で燃え切るような
仕様とされており、これに対応した装置設計条件や運転
条件が適用される。一般の産業プラントの排ガスの浄化
に対して触媒燃焼法を適用する場合、こうした条件設定
は通常手段であり、運転開始時または運転中に触媒の温
度が着火温度以下となる場合は、通常助燃という手段が
とられ、装置運用あるいは環境汚染にかかわる問題は特
に見当たらない。
【0005】しかしながら燃焼エネルギーを動力源とす
る自動車や発電機のように、コールドスタートを避け得
ないものにおいては、運転開始後から触媒が着火温度に
達するまでの時間内に触媒を通過する排ガスは、実質的
に処理されずに大気中に放出されることになる。特にコ
ールドスタート時は完全燃焼が起きにくいので、多量の
有害ガスが排出される。この問題は特に熱伝導率が低い
セラミックハニカム触媒の場合に重大となる。
【0006】こうした問題を解決する1つの手段は、熱
伝導率が高く、運転開始初期に温度が容易に上昇する金
属ハニカム触媒を用いることであるが、特に金属ハニカ
ム触媒に電極を配置して、通電できるようにし、自己発
熱可能とすることによって、触媒の活性発現温度までの
時間を短縮できるようにしたものでは、運転開始直後の
排ガス浄化性能の改善にきわめて大きな効果がある。
【0007】しかしながら、金属ハニカム触媒の基材と
なるステンレス鋼薄板は、板状であるため本質的に電気
抵抗値が低く、ハニカム構造体とした場合であっても、
その抵抗値は数mΩ〜数十mΩにしかならないので、通
電すると大電流が流れ、電力消費量がきわめて大きくな
る。このため自動車のような移動可能な排ガス発生源で
は、大容量のバッテリが必要になるなど、実際に適用す
る上では多くの問題がある。
【0008】本発明の目的は、ステンレス鋼薄板を用い
たハニカム構造体であっても、電気抵抗値が大きく、電
力消費量を少なくすることができる通電発熱型の排ガス
浄化用金属ハニカム触媒担体および触媒を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した通電発熱型金属
ハニカム触媒の問題点は、凹凸をつけたものと、そうし
た加工を行わない平板と重ね合わせてハニカム構造体と
する際に、ハニカム構造体の出発原料をエキスパンド加
工したステンレス鋼薄板とし、その上に絶縁性無機物を
被覆して電気抵抗を大にするか、または通電する部分を
ハニカム構造体全体とするのではなく、排ガス流路方向
のある領域に限定し、通電部位の抵抗値を上げるととも
に、通電発熱部の熱容量を小さくすることで解決され
る。
【0010】すなわち本発明の第1は、波状の凹凸をつ
けたステンレス鋼薄板と、平板状のステンレス鋼薄板と
から形成され、これらに電極を接続して通電可能とした
金属ハニカム触媒担体において、前記2種類のステンレ
ス鋼薄板の両方または一方が、エキスパンド加工され、
絶縁性無機物が被覆されたものであることを特徴とす
る。
【0011】本発明の第2は、波状の凹凸をつけたステ
ンレス鋼薄板と、平板状のステンレス鋼薄板とから形成
され、これらに電極を接続して通電可能とした金属ハニ
カム触媒担体において、ハニカム構造体としての一体化
を保ちながら、通電可能な部分を、排ガス流路方向のあ
る部分的な領域に配置したことを特徴とする。本発明の
第3は、上記第2の発明において、前記2種類のステン
レス鋼薄板の両方またはいずれか一方がエキスパンド加
工され、かつ絶縁性無機物が被覆されたものであること
を特徴とする。
【0012】本発明の第4は、上記第2または第3の発
明において、2種類のステンレス鋼薄板のいずれかに通
電する場合において、通電する側の薄板の流路方向長さ
を変化させることにより、電気抵抗値を適宜選定可能と
することを特徴とする。本発明の第5は、上記第1ない
し第4のいずれかで製造された金属ハニカム触媒担体に
触媒成分を担持したことを特徴とする排ガス浄化用金属
ハニカム触媒である。
【0013】
【作用】本発明の第1においては、2種類のエキスパン
ド加工したステンレス鋼薄板を重ね合わせてハニカム構
造体を形成するが、その表面に絶縁性無機物が被覆され
ているので、これら2種類の薄板の端子間に通電したと
きに重ねられた薄板間の短絡がなく、高い抵抗値(発熱
量)を得ることができる。
【0014】また、従来のバルクメタル型の場合(以
下、エキスパンド加工しない薄板を用いる、従来の金属
ハニカム構造体をバルクメタル型、エキスパンド加工薄
板を用いるものをラスメタル型と称する)は、排ガスと
の接触が平面的にしか行われないので、接触面積を大き
くとるためにはハニカムの目数を多くする必要がある
が、ラスメタル型は針金の織物に近く、排ガスとの接触
は3次元的となるので、必ずしも目数を多くする必要は
なくなる。また上記した熱容量の点に加え、排ガスから
基材への熱の伝達が容易になるので、昇温が効果的に行
われ、排ガスとの接触効率、ひいては触媒の排ガス浄化
効果はバルクメタル型の場合よりも顕著になる。なお、
同様な発想で腐食法により金属薄板に開口部を設ける方
法も考えられるが、この方法の場合は、単に平面的な開
口部が存在するだけであり、エキスパンド加工の場合ほ
ど接触効率は向上しない。これはエキスパンド加工薄板
や針金の織物の場合は、3次元の状態ができているため
である。
【0015】また本発明の第2においては、通電する部
分を限定するには、ハニカム構造体にする前に、凹凸を
つけた薄板または平板のどちらか一方を流路方向に対し
直角に分断した形でハニカム構造体を形成させ、分断し
た薄板の一部を通電可能とすればよい。この場合、通電
する側の薄板の流路方向長さを変化させることにより、
電気抵抗値を適宜選定することができる。
【0016】通電する領域を小さくすることにより、通
電部分の電気抵抗値が大きくなり、かつ熱容量が小さく
なって、小電力で触媒体の昇温速度を大きくできる。さ
らに発熱部分が小さいと、表面積が小さくなる結果、放
熱量が少なくなり、通電時の昇温を助けるという第2の
効果も生まれる。これらの効果はエキスパンド加工した
薄板を用いる場合に特に大きく発揮される。その理由は
次のようである。 (a)バルクメタルの場合に較べ、抵抗値を大きくで
き、かつエキスパンド加工条件を適当にコントロールす
ることにより抵抗値をある範囲内で選定することができ
る。 (b)バルクメタル型と同じ見掛け容積の場合は材料量
が少なく、熱容量が小さくなる結果、運転初期の昇温が
さらに容易になる。 (c)ハニカムの通路方向だけでなく、横方向に対して
もガスが流通できるようになり、触媒と排ガスの接触効
率がきわめて高くなる。排ガスによる昇温もバルクメタ
ル型に較べ速やかになる。
【0017】電極を配置して通電可能とする自体は、バ
ルクメタル型ハニカム触媒ですでに公知であるが、バル
クメタル型ハニカムの場合は本質的に抵抗値が小さく、
結果的に通電すると大電流が流れることになる。充分容
量の大きい電源がある場合には、この大電流、大電力発
生は問題にならないが、自動車等の電源が制限されるも
のに対しては、実際問題として実用化できるものではな
い。これに対して、本発明のラスメタル型ハニカム触媒
担体は、アルミニウム溶射層の絶縁効果と相まって、バ
ルクメタル型ハニカム触媒担体と同等の容積の場合で、
略5〜20倍大きい抵抗値となるので、同じ電圧を負荷
したときの電流は1/5〜1/20小さくなる。電流が
充分小さくなると、配線容量、電源容量を小さくでき、
通電可能とすることが実用上可能になる。
【0018】通電する部分を限定するには、図1に示す
ように凹凸をつけた薄板2または平板1のどちらか一方
(図の場合は平板1)を流路方向に対し直角に分断した
形でハニカム構造体を形成させ、分断した薄板の一部
(外周部)に電極4を設け、中心電極3との間を通電可
能とすればよい。なお、図中、1は平板1の非通電部、
5は通電部、6は非通電部をそれぞれ示す。
【0019】部分通電部の抵抗を確実に上げるために
は、ハニカム構造体にする前に平板または凹凸をつけた
板のどちらか一方、または両方に絶縁性の粒子をコーテ
ィングすることが望ましいが、触媒化の過程において、
平板と凹凸板の間の絶縁抵抗が自然発生的に上昇するの
で、あえて最初から絶縁構造にする必要はない。ただ電
流値が高くなる場合はやはり積極的に絶縁するのが望ま
しい。絶縁性粒子とアルミナ等の絶縁性粒子のスラリの
コーティング、または被覆するには、一般的な方法、例
えば溶射を適用すればよい。
【0020】最終的には、このようにして製造されたハ
ニカム構造体に対し、排ガス中の可燃成分の接触燃焼を
可能とする触媒成分を担持して排ガス浄化触媒を得る。
絶縁性のある無機粒子をコーティングするのは、薄板同
士の接触による電気的導通を防止するためであるが、コ
ーティングの方法は、無機粒子と適当なバインダからな
るスラリをウオッシュコートすることでもよいし、無機
粒子を溶射によりコーティングすることで達成できる。
あるいはアルミニウムを溶射し、適当な処理により絶縁
性を付与することでも可能である。アルミニウムを溶射
する方法は特に耐酸化性が低く、低価格のアルミニウム
を含有しないフェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を向
上させる場合に有利である。
【0021】エキスパンド加工の条件は、触媒活性が効
率よく発現されるものを選べばよく、その選び方は上記
したことのいずれに重点を置くかで決まるものであるの
で、本発明では加工条件は特に規定されない。上記した
ハニカム構造体を触媒とするためには、通常の手段、す
なわち必要に応じ活性アルミナに代表される高比表面積
の無機粒子をウオッシュコートした後、触媒成分を分散
担持する方法をとればよい。高比表面積の無機粒子とし
ては、活性アルミナの他にゼオライト、チタニア(アナ
ターゼ)等各種のものが適用できる。要は触媒活性を発
揮できるように、触媒成分を充分に分散担持できるもの
であればよい。製造条件によっては、上記絶縁の目的で
コーティングする無機粒子を触媒担体として用いること
もできる。
【0022】
【実施例】
実施例1 厚さ0.2mm、幅500mmのSUS430をエキスパン
ド加工し、これにアーク溶射法でアルミニウムを溶射し
た(溶射量:約50g/m2 )。エキスパンド加工にお
ける切り込み幅は3mmで、エキスパンド前後の長さの比
は180%である。次にこの原料を幅70mmに切断し、
公称高さ5mm、ピッチ5mmのコルゲートロールに通し
て、山谷高さ2.5mm、ピッチ5mmの波板を得た。一方
コルゲート加工しない、アルミニウム溶射エキスパンド
薄板を幅20mmと幅40mmの平板に切断し、幅20mmの
板に対しては、活性アルミナスラリ(濃度15%)をウ
オッシュコートした後、これらを外径8mm、肉厚0.5
mmのSUS304製パイプに、5mm離してろう付けし
た。次いで該パイプを芯金としてろう付けした平板と凹
凸加工したエキスパンド加工薄板とを巻き込み、直径約
85mm、長さ70mmで、約100セル/in2 のハニカ
ム構造体を得た(見掛け容積:400cc)。次に図1に
示すように幅20mmの平板1の最外周部に電極(SUS
304製平板)4をろう付けし、幅20mmの平板1の部
分にのみ通電できるようにした。このハニカム構造体を
活性アルミナスラリ(濃度15%)に浸漬し、余剰液を
除去した後、乾燥し、550℃で焼成した。その後1.
0%のPdを含む硝酸パラジウム水溶液に10〜20秒
浸漬し、100℃で充分に乾燥後、最終的に550℃で
焼成し、Pdの含有量がほぼ2g/Lである触媒を得
た。中心電極3と外周部電極4間の抵抗値は0.6Ωで
あった。
【0023】比較例1 実施例1で述べた原料のうち、コルゲート加工しないア
ルミニウム溶射エキスパンド薄板を幅70mmに切断し、
実施例1と同じように活性アルミナスラリをウオッシュ
コートした後、これを外径8mm、肉厚0.5mmのSUS
304製パイプにろう付けし、次いで該パイプを芯金と
して、ろう付けした平板と凹凸加工したエキスパンド加
工薄板とを巻き込み、直径約85mm、長さ70mmで、約
100セル/in2 のハニカム構造体を得た(見掛け容
積:400cc)。実施例1と同様にコルゲート加工しな
い平板の最外周部に電極(SUS304製平板)をろう
付けし、ハニカム構造体に通電できるようにした。この
ハニカム構造体を実施例1と同じ条件で触媒化し、最終
的にPdの含有量がほぼ2.5g/Lである触媒を得
た。このハニカム構造体の中心電極と外周部電極間の抵
抗値は約0.2Ωであった。
【0024】試験例1 実施例1と比較例1の触媒について、無風の状態で電極
間に9Vの電圧を負荷して電流を流し、触媒の両端面の
温度変化を測定した結果を図2に示す。図から明らかな
ように実施例1の通電端側の温度上昇は比較例1よりも
早い。
【0025】
【発明の効果】請求項1ないし4記載の触媒担体および
請求項5記載の触媒によれば、従来の電気通電触媒で必
要とされた大電力を投入することなく、きわめて効果的
に触媒の温度を上げることが可能であり、自動車等の燃
焼ガスを動力源とするものにあっては、運転初期の排ガ
スの浄化をさらに確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電極を接続し、通電可能にした本発明の金属ハ
ニカム触媒担体の通電可能な部分を排ガス流路方向のあ
る部分領域に配置した一実施例を示す説明図。
【図2】本発明の実施例1と比較例1の無風時の昇温挙
動を示す図。
【符号の説明】 1…平板(エキスパンドメタル)(通電部)、1′…平
板(エキスパンドメタル)(非通電部)、2…波板(エ
キスパンドメタル)、3…中心電極、4…外周部電極、
5…通電部、6…非通電部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波状の凹凸をつけたステンレス鋼薄板
    と、平板状のステンレス鋼薄板とから形成され、これら
    に電極を接続して通電可能とした金属ハニカム触媒担体
    において、前記2種類のステンレス鋼薄板の両方または
    一方が、エキスパンド加工され、絶縁性無機物が被覆さ
    れたものであることを特徴とする排ガス浄化用金属ハニ
    カム触媒担体。
  2. 【請求項2】 波状の凹凸をつけたステンレス鋼薄板
    と、平板状のステンレス鋼薄板とから形成され、これら
    に電極を接続して通電可能とした金属ハニカム触媒担体
    において、ハニカム構造体としての一体化を保ちなが
    ら、通電可能な部分を、排ガス流路方向のある部分的な
    領域に配置したことを特徴とする排ガス浄化用金属ハニ
    カム触媒担体。
  3. 【請求項3】 前記2種類のステンレス鋼薄板の両方ま
    たはいずれか一方がエキスパンド加工され、かつ絶縁性
    無機物が被覆されたものであることを特徴とする請求項
    2記載の排ガス浄化用金属ハニカム触媒担体。
  4. 【請求項4】 2種類のステンレス鋼薄板のいずれかに
    通電する場合において、通電する側の薄板の流路方向長
    さを変化させることにより、電気抵抗値を適宜選定可能
    とすることを特徴とする請求項2または3記載の排ガス
    浄化用金属ハニカム触媒担体。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかで製造され
    た金属ハニカム触媒担体に触媒成分を担持したことを特
    徴とする排ガス浄化用金属ハニカム触媒。
JP4107210A 1992-04-27 1992-04-27 排ガス浄化用金属ハニカム触媒担体および触媒 Pending JPH05301048A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1015351A (ja) * 1996-07-05 1998-01-20 Takasago Thermal Eng Co Ltd 空気浄化用の触媒体と空気浄化装置
WO2000013775A1 (fr) * 1998-09-09 2000-03-16 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Structure catalytique permettant de reguler les emissions d'echappement et dispositif s'y rapportant
WO2011062060A1 (ja) 2009-11-18 2011-05-26 住友電気工業株式会社 ガス分解装置

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