JPS62234527A - 多孔質セラミック構造体 - 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〕 本発明は例えば内燃機関より排出される排気ガス中に浮
遊する微粒子を捕集除去する捕集担体や、排気ガス中の
有害ガスを除去する触媒担体等として有効に用いられる
多孔質セラミック構造体に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の多孔質セラミック構造体としては、例えば
特開昭５８７１６１９２号公報にも開示されているよう
に三次元綱目状のセラミック骨格と、該骨格により囲ま
れて形成される連通空間とを有する多孔質セラミックよ
りなるものが知られている。この構造体は第１１図（ａ
ｌ、　ｆｂ）に示す如く全体円筒形状をなし、円筒状外
周部は吹き抜けを防止するよう緻密質のセラミック被覆
層１３が形成され、排気ガスの入口側端面１９に開口し
出口側端面２０が封止された多数の入口穴２１と、排気
ガスの出口側端面２０に開口し入口側端面１９が封止さ
れた多数の出口穴２２とを交互に穿設したものであり、
自動車排気ガス浄化用担体として有効に用いられる。

この担体ｌ′は、第１２図に示すように排気ガスの排気
管系に設置され、排気管２の途中にこの排気管より断面
積の大きい拡管部を形成する担体収納器３内に収納され
、排気ガスの入口側端面１９および出口側端面２０が排
気ガスの流れ方向に直角となるよう配置されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の如き構成のセラミック構造体にお
いては、第１２図に排気ガスの流れを矢印で示すように
、セラミック構造体を通過する排気ガスの流速は中心部
で大きく、周辺部に行く程小さくなることが予想され、
セラミック構造体全体が有効に利用されていないと本発
明者は考えた。

そこで実際にこの担体ｌ′の入口穴２１内に温度式の流
速測定センサーを多数挿入し、担体１′の横断面方向の
流速分布を測定し、その流速を担体ｌ′の中心から周辺
に向かう距離に対して示すと第１３図のような結果とな
り、本発明者の予想した通り中心部（図中Ｏの点）に比
較して周辺部の排気ガスの流速はかなり小さいことがわ
かった。

そこで本発明はかかる実験による新たな問題点の発見に
鑑み、セラミック構造体の周辺部を通過する排気ガスの
流速を高めることにより全体の流速の均一化を図り、セ
ラミック構造体全体を有効に使用することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、内部に多数の通気
路を有する多孔質セラミックよりなり、入口側端面から
出口側端面に向かって気流を通過させる多孔質セラミッ
ク構造体において、前記入口側端面および／または出口
側端面が非平面形状をなし、該入口側端面と出口側端面
との間の間隔が中心部から周辺部に向かうに伴って徐々
に短くなっている多孔質セラミ・ツク構造体をその技術
的手段とするものである。

〔作用〕

上記手段によれば入口側端面と出口側端面との間の間隔
が中心部から周辺部に向かうに従って徐々に短くなって
おり、中心部から周辺部に向かうに従って徐々に通気抵
抗が小さくなっているので中心部を通過する気流の流速
は小さくなり、一方周辺部を通過する気流の流速は大き
くなり、全体に気流の流速は均一化される。

〔発明の効果〕

従って本発明によればセラミック構造体全体を有効に使
用することができ、例えば排気ガス浄化担体として用い
られた場合には、中心部を短時間で通過してしまうため
に十分に浄化されない排気ガスの割合が減少し、全体と
して排気ガスの浄化性能が向上するという効果を発揮す
る。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に説明する
。第１図は本発明のセラミック構造体としての自動車排
気ガス中の窒素酸化物、炭化水素、−酸化炭素等の有害
ガスを除去する排気ガス浄化用触媒担体１を自動車排気
系に取付けた状態を示す断面図である。図示しない自動
車エンジンの排気マニホールドより導かれた直径３６龍
の排気管２の途中に設けられた担体ｌの収納容器３は、
直径１１０龍で排気管２よりも断面積の大きい有底円筒
状の金属ケース４と、円盤状蓋部５とよりなり、排気管
２とその中心軸が一致するようそれぞれが接続されてい
る。そしてケース４と蓋部５とはそれぞれのフランジ部
４ａ、５ａをボルト６ａおよびナツト６ｂにより３ケ所
で締付は固定している。

担体１はケース４内にカオリン繊維よりなるシート状物
７を介して断熱的に保持されるとともに、振動が吸収さ
れるように収納固定されている。

次に担体１の形状を第２図（ａ）　、　ｆｂｌの正面図
および軸線方向断面図に基づいて詳細に説明する。この
担体１は全体に円柱の両底面を円錐状に両側に突出させ
た形状をなしており、直径１０７　ａｍ、円筒部１１の
長さ１１が７８■１、両円錐部１２ａ。

１２ｂの軸方向長さ１２、すなわち円錐の高さはともに
２０ｍで全体の軸方向長さは１１８鶴である。この担体
１の外周円筒面には緻密質のセラミック被覆１１３が厚
さ２龍で設けられており、内部は第３図にその微細構造
斜視図を示すように三次元綱目状骨格１４と、それによ
り囲まれて形成される通気部１５とを有する多孔質セラ
ミック１６よりなり、この通気部１５の目の粗さは２０
メツシユで、セルの平均径は１００μである。この三次
元網目状骨格１４は、第４図にその断面を示すようにコ
ーディエライト質セラミック骨格１４ａのまわりにγ−
アルミナよりなる活性層１４ｂを付着させ、この活性層
１４ｂに排ガス中の窒素酸化物、炭化水素、−酸化炭素
を分解除去する白金−ロジウム混合触媒が担持されてい
る。なお１４Ｃはその製造方法上発生する中空孔で、こ
の骨格を形成させるために使用する有機重合体母材の焼
失したあとである。また多孔質セラミ、り部１６には、
格子状に配列された断面正方形の内部中空穴が担体１の
軸線方向に隔壁１８を隔てて平行に多数設けられており
、交互にひとつおきに相対する円錐状端面１９および２
０に開口している。

そして排気ガスは排気ガスの入口側端１９がら、この入
口側端面１９に開口する入口穴２１内に流入し、隔壁１
８を通過した後、排気ガスの出口側端面２０に開口する
出口穴２２に入り、出口側端面２０から排出される。こ
の間に骨格１４の表面に担持された触媒との接触により
排気ガス中の有害成分が除かれる。この担体１は活性層
１４ｂを除く全体がコーディエライト質セラミックより
なるが、この他にもムライト質、β−スポジューメン系
セラミック、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックが幅
広く使用できる。

次にこの担体１を自動車排気系に取付けた状態で従来と
同様の流速分布測定実験を行った結果を第５図に示す。

なおこの担体１の容積と従来の円筒状の構造体の容積は
同じになっている。第５図と第１３図を比較して明らか
なように担体１の中心部は従来に比べて流速がやや小さ
くなり、一方円辺部は大きくなり、その結果全体にほぼ
均一な流速分布となっている。これは流入した排気ガス
が排気管２を経由して担体収納容器３内に流入するとき
排気管２から容器３の蓋部５に従って排気ガスは第１図
矢印のように広がるとともに、担体１の人口側端面１９
が円錐状に突出しているので、この円錐状端面に沿って
人口側端面１９の中心部から周辺部に向かう気流の分散
効果が発生し、排気ガスが担体１の中心部のみでなく周
辺部にも多く流される。そして担体ｌの中心部の軸線方
向の長さに対して周辺部の長さは２／３となっており周
辺部のほうが圧力損失が小さくなっているので、周辺部
に向かった排気ガスは、その軸線方向の流入速度が中心
部に比べて小さくても流速は大きくなり、その結果流量
も太き（なる。一方中心部は円筒状のものよりも軸線方
向の長さは長くなっているので流速は小さくなり、流量
も小さくなる。

なおこのとき、すでに説明したような担体１の人口側端
面１９による気流の周辺への分散効果も、流速の均一化
に寄与しているものと考えられる。

次に、この担体１と同容積の従来の円筒状担体とを収納
容器３中に取付けた状態で、排気容量２０００　ｃｃの
エンジンを搭載した自動車に組付け、エンジンを３００
００ｒｐｏ＋（排気ガス流量３．０ｄ／ｍ１ｎ）で回転
させ、担体ｌが触媒による浄化反応により約４５０℃で
一定温度となった時の排気ガス浄化性能を比較したのが
第１表である。本発明の担体１では従来のものに比較し
て、全体に有効に排気ガス流量が分配されるため圧力損
失も０．５　ａｍ　Ｈｇ程度下がるとともに、有害ガス
（窒素酸化物、炭化水素、−酸化炭素）の浄化率も周辺
部の触媒が有効に使用されるために向上している。

この場合もちろん担持されている触媒は等量である。

以下余白 第　　１　　表 なお、このような本発明の効果は、エンジンの回転数が
高くなるほど、すなわち排気ガスの流速が大きくなるほ
ど顕著になる。これは流速が大きい時はど従来の円筒状
の担体１′では流速の不均一が大きくなり、周辺部が有
効に使われなくなるためである。

上記実施例の形状において、流速の均一化効果が得られ
るのは実験によれば、円筒部の長さく第１図におけるｌ
、）を一定として、円錐部分の高さく第１図における１
２）が１０龍〜３０ｍｍ程度範囲が有効であり、圧力損
失低下、排気ガス浄化性能の向上効果が得られる。この
範囲は、中心部の間隔が周辺部の間隔の約１．２〜１．
８倍の範囲で有効であることを示している。なお最も好
ましいのは上記実施例の場合であった。

次に本発明のセラミック構造体の他の実施例について説
明する。上記実施例の担体ｌの内部中空穴は断面正方形
であったが、この形状は第６図（ａｌ〜（Ｃ１に示す如
く長方形、平行四辺形、三角形、その細円形等どのよう
な形状であってもよく、またこの内部中空穴は第７図に
示すように入口穴２１はその出口端に向かって、出口穴
２２はその入口端に向かって徐々に断面積が減少する先
細り形状に形成されていてもよい。また第８図（ａｌ、
　（ｂｌに示すように三方格子状に六角形（三角形でも
よい）の中空穴を配置したり、放射状に扇形の中空穴を
配置したものでもよい。さらにこれらの中空穴が全くな
く、担体１の全体が三次元網目状骨格で構成されたフオ
ーム型担体でもよい。

担体ｌの全体形状は、第９図に示すように入口側端面が
円錐状に突出し、出口側端面が逆に円錐状にへこんでい
てもよ°い。しかしこの場合も担体１の中心部の軸線方
向長さは、周辺部の長さよりも長くなっていなければな
らない。その他にもこの担体１の変形は種々可能であり
、第１０図（ａ）〜（ｄｉに示すのはその一例である。

すなわち凸球面や凹球面、放物線回転体、双曲線回転体
等の多次式曲線回転体面で入口側端面１９または出口側
端面２０が構成されているものでもよく、要は中心部の
軸線方向長さが周辺部の長さよりも長くなっている構造
体が広く包含される。

また本発明のセラミック構造体は上記実施例に示す自動
車排気ガス浄化用触媒担体としてのみならず、排気ガス
中に浮遊する微粒子捕集担体やその他の脱臭剤等の機能
粒子等の担持体としても有効に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック構造体としての排気ガス浄
化用触媒爪体１を自動車排気系に取付けた状態を示す断
面図、第２図ｔａｇ、　ｔｂ）はこの担体１の構造を更
に詳細に説明するための正面図および軸線方向断面図、
第３図は前記担体ｌの内部を構成する多孔質セラミック
の微細構造を示す斜視図、第４図はこの多孔質セラミッ
クの三次元網口状骨格の断面形状を説明する断面図、第
５図は本発明の担体１の流速分布を測定した結果を示す
特性図、第６図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、第７図、
第８図（ａ）、　（ｂ）、第９図、第１０図（ａｌ〜（
ｄｉは本発明のセラミック構造体の他の実施例の形状を
示す模式図、第１１図（ａ）。 （ｂ）は従来のセラミック構造体としての担体１′の形
状を示す正面図および軸線方向断面図、第１２図はこの
担体１′を自動車排気系に取付けた状態を示す断面図、
第１３図はこの担体１′の流速分布を示す特性図である
。 １・・・排気ガス浄化用触媒担体、１９・・・排気ガス
入口側端面、２０・・・排気ガス出口側端面。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 １　　：　　Ｊ４ｋＦＬｆ’）−１４化Ｆｆ４ａｓ＝４
１９：　調＃ｉｎ・ス入Ｑイ副瑞面 ２０：４場頃フフ゛ズΔ巳Ｄイ則ｓｍ 第１図 （ｂ） 第３図　　　　　第４図 井６１の中心なう」匹へ間つ訴Ｑ　　（ｍｍ）第５図 ：二二：０　　　　　　　ｊ二二題≧＝＝＝】で、・ニ
ニ７（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）
（Ｃ） 第６図 第７図 （ｂ） 第８図 （６，（ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（ｄ）（Ｑ） １゜ （ｂ） 第１１図 第１２図 ｔｓｎ＋’の中１ＣＤ・う側シ２＾藺う題ｊ直　（ｍｍ
）第１３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に多数の通気路を有する多孔質セラミックよ
   りなり、入口側端面から出口側端面に向かって気流を通
   過させる多孔質セラミック構造体において、 前記入口側端面および／または出口側端面が非平面形状
   をなし、該入口側端面と出口側端面との間の間隔が中心
   部から周辺部に向かうに伴って徐々に短くなっているこ
   とを特徴とする多孔質セラミック構造体。
2. （２）前記中心部の間隔は、前記周辺部の間隔の１．２
   〜１．８倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の多孔質セラミック構造体。
3. （３）前記入口側端面は気流の流入方向に突出した円錐
   形状をなすことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の多孔質セラミック構造体。