JPS63258647A - 排気ガス浄化用メタル担体触媒 - 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、触媒を担持するための担体を主として金属で
構成したメタル担体触媒に関する。

このメタル担体触媒は、例えば自動車における排気ガス
浄化用触媒を担持するために利用される。

〔従来の技術〕

現在主として用いられているセラミック類のハニカム触
媒に代えて、省スペース、高耐久性の点から担体として
メタルを用いることが検討されている（例えば、特公昭
５３−２３１３８号を参照）。

このメタル担体は、酸化等の表面処理を行うか、または
、高表面積を有するセラミック材料を被覆した後に触媒
材料が担持される。そして、担体となるハニカム等の積
層がなされた内層部分と自動車のアンダーフロアに取り
付けられる外筒部分から構成され、それらの間はろう付
は等により接合されている。

このメタル担体触媒は、セラミック材料に比べて加工が
し易いことから、また、浄化効率を向上する要請から、
メタル担体に穿孔等を設けてクロスフローを生じさせる
方法が種々検討されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

例えば、実公昭５１−１２４４６号には、平板と波板を
積層したメタル担体において、これらの板に多数の穿孔
を設け、クロスフローを生じさせる技術が開示されてい
る。

この技術においては、クロスフローは生じるものの、板
厚より小さい半径の穿孔でなければ接触面積自体が減少
してしまう。また、板厚は数十μｍと大変薄いため、接
触面積を確保するためには、極めて小さい径の穿孔を施
す必要があり、そのような穿孔では、無機材料のコーテ
ィングを行うことにより孔が埋まってしまうことになる
。

また、メタル担体に切り起こし突部を多数形成してクロ
スフローを生じさせることも検討されている。例えば、
実公昭５３−５３７６４号には、平板に切り起こし突部
を形成するとともに、中心部を軸方向に長くして、排気
ガス流量が多い中心部の接触面積を確保する技術が開示
されている。

また、実開昭５０−８４６１４号には、平板に切り起こ
し突部を形成し、突部の高さが外周部付近より中心部付
近で小さくなるようにして、排気ガス流量に応じた接触
面積を確保する技術が開示されている。

これらの技術は、接触面積が低下しない利点があるもの
の、排気ガス流量分布に応じた浄化効率の向上を図るた
めに、次の問題が残る。

すなわち、前者ではメタル層の中心部分が両側に突出す
るため外筒へ収容し保持しにくい、また、後者では外周
部付近の切り起とし突部が高くなるため、全体の寸法が
大きくなる。

したがって、本発明の目的は、接触面積を減することな
くクロスフローによる排気ガスと触媒との接触を活発に
するとともに、排気ガスの流量分布に応じた触媒と排気
ガスの接触を確保し、収容スペースが小さく、かつ、収
容し易いメタル担体触媒を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明の排気ガス浄化用メタル担体触媒は、突
起状の小孔を排気ガスの流量分布に対応して配置したメ
タル層を備えていることを特徴とする。

具体的には、本発明の構成は次の通りである。

本発明は、外殻の内部に触媒を担持するために積層され
たメタル層を備えてなり、メタル層には無機材料のコー
ティングがなされ、そのコーティング層には排気ガス浄
化用の触媒材料が担持されたメタル担体触媒である。

この触媒のメタル層は、平板部分と突出部分を有し、こ
れらの組合せにより排気ガスを流通するための空間を形
成している。そして、平板もしくは突出部分には突起状
の小孔を複数有し小孔数の密度分布は小孔が無い場合に
おけるメタル層を流通する排気ガスの流量分布に対応す
るようにされている。

〔作用〕

上述の本発明の排気ガス浄化用メタル担体触媒によれば
、突起状の小孔を排気ガスの流量分布に対応して配置し
たメタル層を備えているので、メタル層を流通する排気
ガスの一部は小孔を介してクロスフローを生じる。クロ
スフローは、小孔の分布に応じて排気ガス流量の多い領
域ではより活発に発生する。また、小孔は突起状、すな
わち突起の先端に形成されているので、突起のない板に
形成した小孔に比べて突起の面積が小孔で滅じた面積を
補っている。また、排気ガスの流量分布に応じた排気ガ
スと触媒との接触は小孔の形成の仕方のみに関わるため
、メタル層全体の形状、寸法に影響を与えることがない
。

〔実施例〕

（第１実施例） 次に、第１図ないし第６図に基づき、本発明にかかる排
気ガス浄化用メタル担体触媒の第１実施例を説明する。

第１図はメタル担体触媒の一部の斜視図、第２図はメタ
ル担体触媒の排気ガス流の軸方向における横断面の模式
図、第３図はメタル担体触媒の排気ガス流の軸方向にお
ける縦断面の模式図、第４図はメタル層の小孔を形成し
た突起の一部を破断した斜視図、第５図はメタル担体触
媒の排気ガス流の横断面における中心部から外周部にか
けての穿孔数の密度分布を示すグラフ、そして、第６図
は実施例および比較例におけるメタル層内を通過する排
気ガス流の流速分布を示すグラフである。

本第１実施例は、平板と波板とを交互に巻回して積層し
たメタル層において、平板および波板にそれぞれ小孔と
して噴火口状の穿孔を設けたものである。

第３図に示すように、メタル担体触媒１０は外殻として
の外筒１２にコーティング層および触媒材料層を付着し
たメタル層１４が装着されている。

外筒１２の入口１２ａから排気ガスが流入し、メタル層
１４を通過して出口１２ｂから流出するようになってい
る。メタル層１４は、第２図および第３図に示すように
、平板１６および波板１８を重ねて巻回している。平板
１６および波板１８は、厚さ０．０５ｍの耐熱性金属か
らなり、それぞれに突起状小孔として噴火口状の突起２
０の先端部分に穿孔２２が多数形成されている。これら
の突起２０の高さは０．１〜０．５鰭で、穿孔２２の開
口部径は０．１〜０．５鴎である。これらの突起２０お
よび穿孔２２は、平板１６においては波板１８との接触
部分２４ａ、２４ｂとの間に設けられている。

また、波板１８においては、平板１６との接触部分２８
　ａ、２８ｂとの間に設けられている。メタル層１４の
寸法は、横断面の直径が５０鰭、排気流の軸方向の長さ
が１００　ｍｍである。

そして、これらの突起２０および穿孔２２は、次に述べ
る分布で配設されている。

突起２０および穿孔２２の分布密度は、中心部で最も大
きく、外周部で小さい。具体的には、第５図に示すよう
な密度分布をとる。比率で言えば、中心から半径２０ｍ
までが５、半径２０鶴から４Ｑ　ｍｍまでカ月、５、半
径４０龍から１００　龍までが１となるようにしである
。

これらの突起２０および穿孔２２は、平板１６へは、突
部からなる型とそれに対応する凹部からなる型を備えた
プレス型で裏側から押圧して形成しておく。波板１８へ
は、平板から波板へロール成形する際に同時に成形して
おく。平板１６および波板１８への突起２０および穿孔
２２の形成の際には、平板１６および波板１８を積層し
て巻回したときに上述の分布になるようにプレス等を行
っておく。

突起２０および穿孔２２を形成して巻回した平板１６お
よび波板１８は、平板１６と波板１８の接触部をろう付
けにより接合してメタル層１４とした上で、外筒１２内
へ挿入、嵌合して部分的に溶接で固着する。

外筒１２へ装着したメタル層１４は、活性アルミナ粉末
、水、硝酸アルミニウム、バインダの嵌合物を攪拌して
スラリーとしたものに浸漬し、コーティング層を付着さ
せた後、エアーブローにより余剰のスラリーを吹き払い
、約？００℃の空気流中で乾燥し、さらに電気炉中で約
６００℃で１時間焼成した。そのコーティング層３０を
第４図に示す。

コーティング層３０を形成した後は、ジニトロジアンミ
ン白金水溶液、塩化ロジウム水溶液に順に浸漬して触媒
材料としてＰｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）を担持した
コーティング層３０を得た。

次に、上述のメタル担体触媒を実施例１として比較例１
と合わせて試験したので、その結果を以下に示す。

比較例１は、突起２０および穿孔２２を形成せずに０．
１龍径の穿孔のみを４ケ／ｄの穿孔密度で設けた以外は
実施例１と同一にして作製したものを用いた。試験条件
は、次の通りである。

耐久試験・−・−・３．（Ｈ！エンジンの排気系に装着
し、市街地走行を模擬したパターンで３００時間の耐久
試験を行った。

活性試験−・−耐久試験を行った同エンジンを用いて大
ガス温度４００℃における浄化率を測定した。

浄化率の測定結果を次表に示す。

ノしし く５０００ｒｐｍ付近で測定） これから分かるように、実施例１のほうが３成分すべて
の浄化率が高く、圧力損失も少ない。

これは、実施例１のほうが均一な排気ガスの流れになっ
ていることによるものと推測されるが、その点を確かめ
るために、両側の流速分布を測定した。第６図に示すよ
うに、排気ガス流方向に対する横断面方向の流速分布に
おいて実施例１のほうが均一になっていることが確認さ
れた。

（第２実施例） 次に、第７図および第８図に基づき、本発明にかかる排
気ガス浄化用メタル担体触媒の第２実施例を説明する。

本第２実施例は、平板および波板を積重してメタル層を
構成したものである。

第７図はメタル担体触媒の排気ガス流の軸方向における
横断面の模式図、そして、第８図はメタル担体触媒の一
部の斜視図である。

メタル層１１４は、平板１１６と波板１１８を交互に積
重してなり、それぞれに噴火口状の突起１２０とその先
端に穿孔１２２が形成されている。

実施例１と同じ条件で無機材料のコーティングおよび触
媒の担持を行い実施例２とした。

その結果、第６図に示すように実施例１と略同じ流速分
布、浄化率および圧力損失が得られた。

（第３実施例） 次に、第９図に基づき、本発明にかかる排気ガス浄化用
メタル担体触媒の第３実施例を説明する。

第９図はメタル層の排気ガス流の軸方向における縦断面
図の一部である。

本第３実施例は、第９図に示すように、実施例１におい
て平板２１６および波板２１８に設けた噴火口状の突起
２２０を、排気ガス流の流れ方向へ角度θで傾斜させ、
穿孔２２を排気ガス流の後流方向へ向けたものである。

実施例１と同じ条件で無機材料のコーティングおよび触
媒の担持を行い実施例３とした。なお、θは、加工性の
点から３０〜９０″、望ましくは４５〜８０″の範囲が
よい。

これにより、第６図に示すように、流速分布がより均一
になり、触媒活性がより向上するという効果が得られる
とともに、表１に示すように浄化効率が実施例１より高
まった。

（第４実施例） 次に、第１０図に基づき、本発明にかかる排気ガス浄化
用メタル担体触媒の第４実施例を説明する。

第１０図はメタル層の排気ガス流の軸方向における縦断
面図の一部である。

本第４実施例は、第１０図に示すように、実施例１にお
いて平板３１６および波板３１８に設けた穿孔３２２を
備えた噴火口状の突起３２０を、それぞれの板の両側に
形成したものである。

実施例１と同じ条件で無機材料のコーティングおよび触
媒の担持を行い実施例４とした。

その結果、第６図および表１に示すように実施例１と略
同じ流速分布、浄化率および圧力損失が得られた。

（第５実施例） 次に、第１１図に基づき、本発明にかかる排気ガス浄化
用メタル担体触媒の第５実施例を説明する。

第１１図は排気ガス流の軸方向における穿孔を備えた突
起の分布状態を示すグラフである。

本第５実施例は、実施例１における突起２０の分布を排
気ガス流の軸方向に対する横断面においては、実施例１
と同じ分布とし、排気ガス流軸方向へは、第１１図に示
すように上流から下流に向けて順次粗い分布とし、それ
以外は、実施例１と同じ条件で作製した。

その結果、排気ガス入側での周囲へのガス拡散が多くな
るため、第６図に示すようにメタル層内での流れ分布が
より均一になり、表１に示すように実施例１より高い浄
化率が得られた。

（第６実施例） 次に、第１２図および第１３図に基づき、本発明にかか
る排気ガス浄化用メタル担体触媒の第６実施例を説明す
る。

第１２図は排気ガス流の軸方向におけるメタル層の縦断
面図の一部、そして、第１３図は排気ガス流の軸方向に
対する横断面図である。

本第６実施例は、平板４１６を巻回するのみでメタル層
４１４を構成したものである。平板４１６には、突出高
さの大きな突起４２０ａと突出高さの小さな突起４２０
ｂを、軸方向および軸直角方向において交互に形成した
ものである。突起４２０ａ、ｂの先端には、それぞれ穿
孔４２２ａ、ｂが形成されている。

実施例１と同じ条件で無機材料のコーティングおよび触
媒の担持を行い実施例６とした。

その結果、第６図および表１に示すように実施例１と略
同じ流速分布、浄化率および圧力損失が得られた。

本実施例においては、平板４１６を巻回するのみでメタ
ル層４１４を形成することができるため、波板が不要と
なり、生産効率が向上する。また、突起４２０ａの高さ
により巻回のスパンを調整することができ、予め、突起
４２０ａの高さを任意に設定しておくことにより、効率
的なガス流の分布を実現できる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のである。

〔発明の効果〕

以上より、本発明の排気ガス浄化用メタル担体触媒によ
れば、クロスフローが、小孔の分布に応じて排気ガス流
量の多い領域でより活発に発生するので、クロスフロー
による排気ガスと触媒との接触が活発になる。

また、小孔は突起状に形成され突起の無い仮に形成した
小孔に比べて突起の面積が小孔で滅じた面積を補ってい
るので、接触面積を減することがない。

また、排気ガスの流量分布に応じた小孔が設けられクロ
スフローが生じるので、排気ガスの流量分布に応じた排
気ガスと触媒との接触が行われる。

また、メタル層全体の形状、寸法に影響がないので、ス
ペースが小さく、かつ、収容し易いメタル担体触媒が得
られる。

また、突起状の小孔が形成されているので、メタル層を
流通する排気ガスは小孔を通過してクロスフローを生じ
るのみならず、突起の部分に衝突して乱流を生じるので
、さらに排気ガスと触媒との接触が高まり、浄化効率が
向上するという利点がある。

また、突起状の小孔は、小孔が突起の先端に形成されて
いるというその形状における特性から、突起を形成する
と同時に小孔を形成する方法を採用することにより、従
来の小孔形成の工程と同一の工程で製造することができ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は、本発明にかかる排気ガス浄化用
メタル担体触媒の第１実施例を説明するための図面であ
る。 第１図はメタル担体触媒の一部の斜視図である。 第２図はメタル担体触媒の排気ガス流の軸方向における
横断面の模式図である。 第３図はメタル担体触媒の排気ガス流の軸方向における
縦断面の模式図である。 第４図はメタル層の小孔を形成した突起の一部を破断し
た斜視図である。 第５図はメタル担体触媒の排気ガス流の横断面における
中心部から外周部にかけての穿孔数の密度分布を示すグ
ラフである。 第６図は実施例および比較例におけるメタル層内を通過
する排気ガス流の流速分布を示すグラフである。 第７図および第８図は、本発明にかかる排気ガス浄化用
メタル担体触媒の第２実施例を説明するための図面であ
る。 第７図はメタル担体触媒の排気ガス流の軸方向における
横断面の模式図である。 第８図はメタル担体触媒の一部の斜視図である。 第９図は、本発明にかかる排気ガス浄化用メタル担体触
媒の第３実施例を説明するための図面である。。 第９図はメタル層の排気ガス流の軸方向における縦断面
図の一部である。 第１０図は、本発明にかかる排気ガス浄化用メタル担体
触媒の第４実施例を説明するための図面である。 第１０図はメタル層の排気ガス流の軸方向における縦断
面図の一部である。 第１１図は、本発明にかかる排気ガス浄化用メタル担体
触媒の第５実施例を説明するための図面である。 第１１図は排気ガス流の軸方向における穿孔を備えた突
起の分布状態を示すグラフである。 第１２図および第１３図は、本発明にかかる排気ガス浄
化用メタル担体触媒の第６実施例を説明するための図面
である。 第１２図は排気ガス流の軸方向におけるメタル層の縦断
面図の一部である。 第１３図は排気ガス流の軸方向に対する横断面図である
。 １０−−−−−−・メタル担体触媒 １４・・・・・−メタル層 １６−・・・−平板 １８−・・−・波板 ２０−・・・・−・突起 ２２−・・・−穿孔 ３０・・−・・−コーティング層 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 −（実力（、炒Ｊ　　１，２，４，６ンーーーー＜【泥
例１，３） −・−く笑方巴例　５） （外周側）　　　　　　　　　（中・（゛イリソ）　　
　　　　　　　（外用イ！ｌツ）１コ５　　　　　１ａ
＋　　　　　　１どど第９図　　　　　　第１０図 第１１図 （す） ！　　　　　　　　　　！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 外殻の内部に触媒を担持するために積層されたメタル層
   を備えてなり、メタル層には無機材料のコーティングが
   なされ、そのコーティング層には排気ガス浄化用の触媒
   材料が担持されたメタル担体触媒であって、 メタル層は平板部分と突出部分を有しこれらの組合せに
   より排気ガスを流通するための空間を形成するとともに
   、突起状の小孔を複数有し小孔数の密度分布は小孔が無
   い場合におけるメタル層を流通する排気ガスの流量分布
   に対応していることを特徴とする排気ガス浄化用メタル
   担体触媒。