JPS6142334A - 触媒担体 - 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〕 本発明は触媒担体、特に内燃機関の有害排気ガスを浄化
する為の触媒担体に関するものである。

〔従来の技術〕

三次元網目構造で連通孔を形成したセラミックス構造体
は周知であり、通気性が良好である。従って、このよう
なセラミックス構造体の表面に触媒を担持することによ
り、例えば内燃機関から排出される排気ガスを浄化する
為の触媒担体として使用が可能である。つまり有害ガス
を反応させようとすると未反応ガスを触媒表面に接触し
なければならないが、上記構造体はその構造内にガス拡
散性に優れ、未反応ガスの素抜けが生じにくいことから
充分な浄化能を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、これはガス拡散性に優れるが由に内燃機関の
排気ガスのように大流速、大流量の中では圧力損失が非
常に大きくなる。そこで圧損を下げる為に三次元網目を
大きくしたり厚さを小さくしようとすると、セラミック
表面積が大きく減少する為に反応律速により浄化性能が
悪化する問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は低圧損で表面積の減少を抑えてガス拡散
性に優れる三次元網目構造を有する触媒担体を得ようと
するものである。

即ち、本発明は三次元網目構造を有するセラミック構造
体に、ガスが一端より他端に流れるように多数の貫通穴
を形成したものである。

〔実施例〕 以下本発明の実施例に従って図面を参照して詳細に説明
する。

〔第１実施例〕 第１図（ａ）及び（ｂｌは本発明を示す平面図及び断面
図である。触媒担体は直径８０１ｍ、長さ９０＋ｎの円
筒形状を有したセラミック構造体１より成り、その内部
にはガス流入面２からガス流出面３の方向に４５個の直
径３ｉＩの貫通穴４が形成されている。この貫通穴４に
より形成される壁５は最短厚が５１であり、三次元網目
構造を有する多孔質セラミックから成り、第２図に示す
ようにセラミック骨格６が三次元網目構造に形成され、
かつそこに連通孔７が形成されている。この網目構造に
おいて、メツシュ数（１インチ当たりのセルの個数）３
０で、その連通孔７の大きさは平均に約０．３　ｍであ
る。構造体１の最外周部には補強の為にスキンＮ８が形
成されている。このスキンＩ’ｆ８は壁５より緻密であ
り、大きな強度を持つ。ここで、構造体１及びスキン層
８はコーディエライト系セラミックス材料で構成しであ
る。

次に、上記構造体１の製造法について詳細に説明する。

構造体１はこれと相似形状で三次元網目状骨格を持つ有
機化合物発泡体を成形型内で成形する工程と、この工程
で得られた有機化合物発泡体に除膜処理を施したセラミ
ックスラリ−を含浸し乾燥し焼成する工程とからなる。

具体的に説明すると、上記成形型は構造体１の形状と相
似形に形成されたキャビティを有する成形型容器部と成
形型蓋部とからなる。

第３図は本実施例に使用される成形型容器部を図示した
ものであり第３図Ｆａ＋は平面図、第３図ｆｂ）は軸断
面図である。成形型容器部１４は基板状の区画において
直径４．１　＊＊の円形断面を有する柱状部材１５を垂
直に固着した端面１６と側壁１７とからなり、他の端面
ば開口されている。一方、第４図は、成形型蓋部を図示
したものであり、第４図＋ａｌは平面図、第４図（ｂｌ
は軸断面図である。成形型蓋部１８は、平板状であって
成形容器部１４において柱状部材１５が取付けられてい
ない位置に連通孔２２が設けられ、平板の側周には連通
孔２３が設けられている。そして成形型容器部１４と成
形型蓋部１８とを組み合わせて成形型を作成する。第５
図は組合わされた成形型の軸断面を示したものである。

成形型の内部は製造されるべき多孔質セラミックスと同
一形状のキャビティ２４が形成される。成形型蓋部１８
と成形型容器部１４は所定の組合せがなされるべく成形
型蓋部１８の側周に設けた連通孔２３を通してビス２５
によって取りはずし自在に固着される。予め離型剤が内
部に塗布された第５図に示す組合わされた成形型に１つ
置きに選択された連通孔２２からウレタンフオームの注
入を良くしている。

次に上記キャビティ２４でウレタンフオームを発泡させ
て、８０℃で１５〜６０分加熱し硬化させた。その後に
成形型容器部１４と成形型蓋部１８を取りはずしてウレ
タンフオーム成形体を得る。

以上の手段によって作成したハニカム構造のウレタンフ
オーム成形体は三次元網目状をなす骨格間に細胞壁と呼
ばれる薄膜を有するのでこのウレタンフオーム成形体を
容器中に設置し可燃性ガスと空気又は酸素を導入してこ
れに火花点火し細胞壁を燃焼させて除去した。次に、コ
ージェライトを主成分とする粉末と水とポリビニルアル
コールとを混合攪拌したセラミックスラリ−の中に前記
酸形体を浸漬し、余分なスラリーを除いた後、１００〜
１２０℃で加熱乾燥させ、この浸漬、乾燥を数回繰り返
した。その後１３００〜１４７０°Ｃ程度で約５時間焼
成した。この様にして得られた多孔質セラミックは第１
図のごとくになり、その組織は部分拡大図で示すと第２
図のようになる。

次に、こうして得られた構造体の表面に活性アルミナを
コーティングした。そのコーティング方法は公知で種々
あるが、例えばアルミナゾル、硝酸アルミニウム、およ
びコロイダルシリカの混合水溶液に上記構造体１を浸し
、その後引き上げて乾燥し約９００℃で焼成する方法を
用いた。そして、これに触媒として重量比で白金７０％
、ロジウム３０％を構造体１００ｇに対し０．８ｇ担持
して触媒を作製した。

さて、このようにして製作した触媒担体の評価を行なっ
た。まず、圧力損失については、空気を流したときの圧
力損失を測定した。その結果を第６図に示す。この第６
図において、比較例は本発明の貫通穴４のないものであ
る。この第６図からわかるように本発明の低圧損は明白
である。更に排気ガスの浄化性能について排気量１６０
０ｃｃのガソリンエンジンにて評価した。エンジン条件
は、回転数２００　Ｏｒｐｍ吸気負圧−３００ｍＨｇＳ
Ａ／Ｆ（空燃比）＝１４．７である。第７図はＮＯｘ。

Ｈｃ、及びＣＯの浄化率を前記比較例と共に示したもの
であり、浄化率には差が認められない。ここで、浄化率
とは触媒通過ガス中のそれぞれの有害ガス濃度を触媒な
しの場合のガス中の濃度で割り１から引いて百分率で表
現したものである。

一方、表１はガソリンエンジン車の１０モ一ド走行によ
る排気ガス量を求めたものであって、規制値を大幅にク
リアしている。

以上のように本発明になる担体を用いた触媒体は圧力損
失が非常に低いにも拘わらず有害排気ガスの浄化性能に
すぐれている。これは貫通孔４を流れるガスの拡散性に
すぐれている為である。つまり通常貫通孔４を流れるガ
スはガスの粘性の為に壁面に境界層をつくり、この境界
層内ではガスの拡散性がなくなる。ところが、構造体１
の場合、壁面９は第２図に示すような連通孔７が存在し
たセラミック骨格６から成る為に、ガスは境界層をつく
ることができずに、壁面９でもガスは流速を持ち、壁５
の内部に拡散していく。つまり有害ガスは自己拡散する
と共に乱流による拡散で壁５の内部に入り込み、触媒の
助けを受けて反応する。

さて、比較例にといて三次元網目の大きさを大きくする
ことにより圧力損失を下げることは可能である。ところ
が、第６図の比較例で考えると、本発明と同一の圧損を
得ようとすると網目の大きさを約５倍大きくする必要が
ある。するとセラミックの表面積が約１１５になり反応
律速になり浄化性能が低下する。また、担体の径を大き
くしたり、長さを短くしたりするのも同様の問題が生じ
る。このような点から考えると、本発明は外形状を変え
ることなしに低圧損にできる特徴を持っている。

ここで、貫通穴４の形状は丸であるが三角、四角などの
多角形、楕円形状など異形形状でもよい。

また、セラミックス材料としては熱衝撃に強い材料であ
ることが好ましく、熱膨張係数の小さいコーディエライ
ト系、Ｂ−スポジューメン系材料が好適である。

また、出発材料の三次元網目構造を持つ樹脂としては、
ポリウレタンフォームの他にコリアフオーム、塩化ビニ
ルフオーム、ポリオレフィンフオームなどを用いてもよ
い。

〔第２実施例〕 第１実施例の貫通穴４の大きさについて検討した第１１
図は穴の径を変化させた場合のＨＣの浄化率を示したも
のである。エンジンの運転条件は回転数２００　Ｏｒｐ
ｍ　、吸気負圧−３００ｍＨｇである。

この図から明らかなように直径５ｆｌ以下ではガスの拡
散効果が出易く良好な浄化性能を示す。

〔第３実施例〕 第１実施例の三次元網目の大きさを変化させて、その浄
化性能を評価した。運転条件は２０００　ｒｐｍ、−３
００１１８ｇである。その結果を第１２図に示す。

横軸に目の大きさをとり、縦木偶にＨＣガス浄化率をと
ると、１０メツシユ以下では反応律速の為に浄化率は低
下し、５０メツシュ以上では壁内部への拡散が抑制され
拡散律速になり浄化率は低下した。

〔第４実施例〕 第１実施例において大数を変化することにより壁厚を変
化させてその効果を見た。第１３図は壁厚に対するＨＣ
ガス浄化率をプロットしたもので、壁厚が１ｕ以下にな
ると反応律速により、また７１以上になると拡散律速に
より、それぞれ浄化体は低下した。

〔第５実施例〕 第８図は貫通穴５０の中に絞り５１を設けたもので、１
つの穴５０に２ケ所の絞りが設けてあり、その直径は２
酊である。メツシュ数３０、壁厚７１Ｍ１Ａ、穴ｆ−１
４ｖｎａのものについて絞りなしのものと浄化率を比較
した。第１４図はその結果を示したもので、絞り付きの
ものは浄化率が高い。これは絞りがある為に流れが乱れ
ガス拡散が促進されたことによる。

〔第６実施例〕 第１０図は絞り５１を交互に投げたもので第５実施例と
同様の効果があった。

〔第７実施例〕 第９図は蛇行した貫通穴５２を設けたもので、この場合
も第５．６実施例と同様の効果が見い出された。

〔第８実施例〕 第１５図は第１実施例において、貫通穴イのガス流入口
部分４１をテーパ状に拡げたものである。

こうすることにより、更に圧力損失を下げることが可能
であり、２０４！　／　ｓ　ｅ　ｃの空気流量において
６．６ｔｍＡｇの圧力損失が５．ｌｎＡｇまで低下する
。

このような流入圧損低下によっても浄化性能に関しては
劣化はない。

（発明の効果） 以上要するに、本発明によれば、圧力損失が低く、かつ
触媒を担持した際に浄化性能の高い触媒担体を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明触媒担体を示すもので、第１図（ａｌは
平面図、第１図（ト））は断面図、第２図は第１図（ｂ
ｌの内部組織を示す断面図、第３図（ａ）、（′ｂ）お
よび第４図１ａｄ、　（ｂｌはいずれも本発明触媒担体
を製造するための型製造を示す平面図および断面図、第
５図は第３．４図の型を組合せた状態を示す断面図、第
６図及び第７図は本発明の作用説明に供する特性図、第
８図〜第１０図、及び第１５図は本発明の他の実施例を
示す断面図、第１１図〜第１４図は本発明の他の実施例
の説明に供する特性図である。 １・・・セラミック構造体、２・・・ガス流入面、３・
・・ガス流出面、４・・・貫通穴、５・・・壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内部連通孔を有する三次元網目構造を有し、かつガ
   スの流入面および流出面を持つセラミック構造体より成
   り、前記流入面から前記流出面に向かう方向に、前記内
   部連通孔の孔径よりも大きな断面積を持つ貫通穴が多数
   設けられ、該貫通穴間に前記三次元網目構造の壁を形成
   したことを特徴とする触媒担体。 ２　前記セラミック構造体がコーディエライト系セラミ
   ックスで構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の触媒担体。 ３　前記セラミック構造体の壁の表面に活性アルミナ層
   がコーティングされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の触媒担体。 ４　前記貫通穴が前記流入面と流出面との間で蛇行して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の触媒
   担体。 ５　前記貫通穴に少なくとも１ケ以上の絞りが形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の触
   媒担体。 ６　前記貫通穴の直径が５ｍｍ以下である特許請求の範
   囲第１項記載の触媒担体。