JPH08510168A - 触媒装置およびその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 耐熱金属ワイヤから作られ且つ複数の隣接金属織物層からなる所定形状のパックに形成された開メッシュ編成又は織成織物（１０）と、前記パックを包囲し且つ貫通ガス通路を形成するケーシングとを有する、小形内燃機関からの排気ガスの浄化に使用するためのガス浄化触媒ユニット。本発明のガス浄化触媒ユニットは、金属織物パックの層のうちの少なくとも１／２の層が、互いに或る角度（β）を形成する線（１４、１５）に沿う少なくとも２つの方向にほぼ連続的に波形に形成された金属織物（１０）からなること、及び該波形金属織物（１０）は、前記角度の頂点が前記貫通通路の方向を横切る方向を向くように配置されることに特徴を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 触媒装置およびその使用 本発明は、内燃機関、特に芝刈機、動力鋸、モペット及び同類のエンジン駆動 ユニットのような小形及び／又は簡単なエンジンに使用する請求の範囲第１項の 前提部に記載のガス浄化触媒装置に関する。 内燃機関からの排気ガスは触媒装置の補助により浄化される。触媒装置は触媒 担体を備えた触媒ユニットを有し、触媒担体上には、例えばプラチナ及び／又は パラジウム等の適当な触媒物質（これらは最も一般的に使用される物質であるが 、有機物質も使用される）が付着される。 １９７０年代及び１９８０年代の米国における、特に私用車の排気ガスからの 有害物質の除去に対する強い要望により、このような触媒装置は、最初に私用車 の排気ガスの浄化に使用された。私用車に取り付けられる触媒装置は、触媒物質 が付着される貫通通路を備えたセラミック材料からなる担体（いわゆるモノリス と呼ばれている）を使用している。内燃機関からの排気ガスは約１，０００℃の 温度に達するため、触媒装置の触媒ユニットには、とりわけ耐熱性が強く要求さ れる。 私用車のエンジン用触媒ユニットは、高度の浄化性能が期待されていること、 特に、触媒担体を、極めて脆く従って担体の製造中の取扱いが困難な新セラミッ ク材料で構成しなくてはならないことから、比較的高価である。このため、製造 される大部分のセラミック担体ユニットはスクラップしなければならなず、これ が、既に高い製造コストを更に高くする。 従って、純粋排気物質に対する要求がそれ程高くない一昔前のエンジンには、 金属触媒担体の使用が提案されていた。このような触媒担体は、今日では、例え ば幾つかのスクータに使用されている。この場合、触媒担体は、波形加工され且 つ円筒状にロールされた金属シートからなり、波形部は貫通通路を形成している 。円筒状部分の周囲には金属保持スリーブが配置されている。しかしながら、こ の担体の１つの欠点は、その体積及びマスに対し、その表面積が制限されること で ある。また、この担体は比較的高価でもある。 また、織成（woven）又は編成（knitted）金属ワイヤから触媒ユニットの触媒 担体を形成することも提案されている。ドイツ国特許（DE-A-3,024,491（CA-A-1 ,165,247））には、触媒担体が編成金属ワイヤからなり且つそれぞれ金属酸化物 の層及び触媒の層の２つの層を担持する構成の触媒装置が設けられたエンジンが 開示されている。また、欧州特許（EP-A-0,061,304）は、例えばロール状にした ときに形状安定構造をもつ触媒ユニットを得るための空隙を備えた編成ワイヤ触 媒担体を教示している。例えば１９６０年代の米国特許第3,362,783号には、触 媒ユニットに、Inconel（登録商標）形耐熱金属ワイヤからなる編成織物を使用 することが提案されている。 他の形式の触媒担体に付随する上記欠点にも係わらず、提案された織成又は編 成金属織物をベースとするいずれの触媒担体もこれまで実際に使用されておらず 、また、このようないずれの担体も知られている限りでは商業的に利用されてい ない。しかしながら、現在商業的に利用できる触媒担体は専らセラミックから製 造され、或いは、或る特殊目的のものは、前述のように波形又はロール状金属シ ートから製造されている。従来の慣用的な触媒担体が、これらに付随する多くの 問題があるにも係わらず、金属ワイヤ織物がこれらの慣用的な触媒担体と競争で きない理由の１つは、少なくとも上記経済的な問題ではなく、金属ワイヤ織物の 触媒ユニットがこれに課された技術的条件を満足しないからである。これらの開 メッシュ構造によりワイヤステッチ間に高度の空間があるため、これらの担体は 、浄化すべきガス流に対する抵抗が小さい。従って、触媒ユニット内でのガスの 相対暴露時間すなわちガスが単位長さの触媒ユニットを通って流れるのに要する 時間が非常に短く、このため、排気ガスを充分高度に浄化するには、触媒ユニッ トの断面積に対する長さを非常に長くしなければならない。金属ワイヤ織物の層 の機械的充填量を増大させることにより比較的長いガス暴露時間が得られるけれ ども、これは、触媒ユニットを通るガス流の障害を増大させ、従ってガス流量を 減少させることになる。従って、触媒ユニットの流路面積を増大させる必要があ り、これは触媒ユニットを一層嵩張ったものにする。 小形で簡単な内燃機関ほど有害排気ガスの排出に大きく寄与することが観察さ れている。芝刈機のエンジンすなわち原動機からの排気ガスを浄化しなければな らないことが規定されているわけではないが、これらのエンジンからの排気ガス は自動車からの排気ガスより多く且つ有害であると断定されている。 これは、多分、特に、既知の触媒担体のコストが高いため、現時点ではこのよ うなエンジンからの排気ガスの触媒浄化を行なうことの技術的及び経済的な実施 可能性がないことによると考えられる。 本発明の目的は、特に小形及び／又は簡単な内燃機関からの排気ガスの排出に 関する上記問題を解決できる触媒装置を提供すること、及び他のエンジンとの安 価な代替品として使用できる触媒ユニットを提供することにある。この目的のた め、本発明は、請求の範囲に記載の特徴をもつ触媒ユニットにより特徴付けられ る。 かくして、本発明の触媒ユニットは、相互に隣接する幾つかの層からなる所定 形状のパックを形成する、耐熱金属ワイヤからなる開メッシュ編成又は織成金属 織物と、貫通ガス通路を形成するパックケーシングとを有する。本発明の触媒ユ ニットは、金属織物パックの層のうちの少なくとも１／２の層が本質的に金属織 物からなり、該金属織物は、互いに或る角度を形成するように少なくとも２つの 方向に本質的に連続的に波形に形成されている。波形金属織物は、前記角度の頂 点が貫通通路の方向を横切る方向を向くように配置される。波形織物層の間には 非波形金属織物の層が設けられる。少なくとも波形金属織物は、少なくとも２つ の平行ワイヤ又は針金で編成又は織成するのが便利である。隣接層は、金属織物 を巻く（ローリング）ことにより、本質的に円筒状パックを形成するように製造 される。別の構成として、金属織物は、例えば平行六面体パックのような非円筒 状パックに折り曲げるか又はプレスされる。 耐熱金属ワイヤは、1.4767（ＤＩＮ）による材料又は例えばInconel（登録商 標）６０１等の同等の耐熱性を有する他の材料で形成するのが好ましい。 本発明の触媒ユニットは、芝刈機、動力鋸、モペット、小形船外機等のエンジ ンすなわち原動機のような小形及び／又は簡単な内燃機関からの排気ガスの浄化 に特に適している。このようなエンジンの場合には、触媒装置のコストが全体の 価格に対する過大な割合を占めないことが重要であり、従って、業者が製造する 機械に触媒排気ガス浄化装置を付けることができるようにするには、安価な触媒 担体を使用できなくてはならない。 金属織物を本発明による特殊な方法で波形にすることにより、触媒ユニットを 通るガスに驚異的に有効且つ完全な乱流を生じさせることができる。これは、相 対ガス暴露時間を長くし、従ってこのような構成をもたない触媒ユニットの金属 織物担体により達成される効率より高い効率が得られる。本発明の触媒ユニット により得られる高度の乱流により、ガスの有効な浄化性を維持しつつ触媒ユニッ トを短縮させることができる。かくして本発明は、特に前述のような簡単な形式 のエンジン及び原動機への使用に適した、合理的な部分の触媒ユニットに合理的 なコストを費やすものである。 以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。第１図は、自然サイ ズの金属織物素材を示し、第２図は、波形にすなわち反復して折り曲げられた金 属織物素材を示す側面図であり、第３図は、第２図の波形金属織物素材を示す平 面図であり、第４図は、本発明による触媒ユニットを示す概略側面図であり、第 ５図は、第４図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１図は自然サイズの金属織物素材１０を示し、該金属織物素材１０は、耐熱 金属ワイヤ１１から、参照番号１２で示すような開メッシュ構造に編成されてい る。金属ワイヤは、約０.２mmの太さを有する。金属織物素材１０は、本発明に よる触媒担体として使用するのに特に適している。第２図は、線１３で概略的に 示すように、交互の凸部及び凹部を形成すべく波形にすなわち反復して折り曲げ られた金属織物素材１０を示す。図示の実施例の場合には、波形の金属織物層１ ０は、その両側が、それぞれの非波形層１３Ａにより覆われている。波形は、５ 〜１０mm（例えば７mm）の高さが好ましい。第３図は、第２図の波形織物１０か らなるウェブの一部を概略的に示す平面図である。金属織物１０は、編成後は線 １４、１５に沿う波形部分を有し、これらの線１４、１５はウェブの長手方向軸 線に対して所定角度αを形成する。両線１４、１５に沿って延びる波形は、ウェ ブのほぼ中央で互いに出合い、相互に角度βを形成する。角度βは、良好なガス 乱流を生じさせるには約１１０°が便利である。第４図は、浄化すべきガスの入 口部分２１と触媒部分２２とからなる触媒ユニット２０を示す。触媒部分２２は 、 耐熱金属で作られた触媒担体ケーシング２４により包囲された触媒担体パック２ ３を収容している。触媒ユニット２０は、ユーザの要望及び触媒装置が意図する 用途に応じて、例えば矩形、円形又は楕円形等の多くの断面形状のうちの任意の 断面形状にすることができる。触媒担体パック２３は、本発明に従って耐熱金属 ワイヤから編成され且つ適当な触媒物質で被覆された開メッシュ金属織物からな る触媒担体を有する。第５図は、第４図のＡ−Ａ線に沿う触媒部分２２の断面図 である。図示の触媒部分２２は、楕円形の断面形状を有し、且つ触媒担体ケーシ ング２４及び触媒部分２２の外側ケーシング２５と同じ形状をもつ触媒担体パッ ク２３を有する。本発明の触媒ユニットは、コストの点以外に重要な長所を有す る。例えば、触媒ユニットは、体積及びマスに対する大きな比表面積を有し且つ 比較的小さな流れ抵抗であってもガス流中に高度の乱流を生じさせ、これがガス 浄化時間を延長させる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＶ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，ＳＫ，ＵＡ， ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．耐熱金属ワイヤから作られ且つ複数の隣接金属織物層からなる所定形状のパ ックに形成された開メッシュ編成又は織成織物と、前記パックを包囲し且つ貫通 ガス通路を形成するケーシングとを有するガス浄化触媒ユニットにおいて、前記 金属織物パックの層のうちの少なくとも１／２の層が、互いに或る角度をなす少 なくとも２つの方向にほぼ連続的に波形に形成された金属織物からなり、該波形 金属織物は、前記角度の頂点が前記貫通通路の方向を横切る方向を向くように配 置されることを特徴とするガス浄化触媒ユニット。 ２．前記波形織物層の間に非波形金属織物の層を有することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載のガス浄化触媒ユニット。 ３．少なくとも前記波形金属織物が、少なくとも２つの平行ワイヤで編成又は織 成されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のガス浄化触 媒ユニット。 ４．金属布が全体として円筒状のパック形状に巻かれていることを特徴とする請 求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載のガス浄化触媒ユニット。 ５．前記金属織物が、非円筒状パックを形成すべく折り曲げられ又はプレスされ ていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載のガス 浄化触媒ユニット。 ６．前記耐熱金属ワイヤが、Werkstoff 1.4767による材料又は同等の耐熱性を有 する他の材料からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１ 項に記載のガス浄化触媒ユニット。 ７．芝刈機、動力鋸、モペット、船外機等の原動機のような小形内燃機関からの 排気ガスの浄化に使用する触媒ユニット。