(57)【要約】【課題】浄化性能を向上することができる排ガス浄化装置を提供することにある。【解決手段】本発明の排ガス浄化装置は、ハニカム基材と、流入セル側触媒層と、流出セル側触媒層とを備え、上記ハニカム基材は、流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有し、上記複数のセルは、上記隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含み、上記流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、上記流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口し、上記隔壁の流入側領域の上記流入セル側の表面に上記流入セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の流出側領域の上記流出セル側の表面に上記流出セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の延伸方向の上記流入側領域及び上記流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在し、上記隔壁の上記中央領域の上記延伸方向の長さは、上記隔壁の上記延伸方向の長さの１０％以下であることを特徴とする。【選択図】図２
2020193568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム基材と、流入セル側触媒層と、流出セル側触媒層とを備える排ガス浄化装置であって、
前記ハニカム基材は、流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有し、
前記複数のセルは、前記隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含み、
前記流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、前記流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口し、
前記隔壁の流入側領域の前記流入セル側の表面に前記流入セル側触媒層が設けられ、
前記隔壁の流出側領域の前記流出セル側の表面に前記流出セル側触媒層が設けられ、
前記隔壁の延伸方向の前記流入側領域及び前記流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在し、
前記隔壁の前記中央領域の前記延伸方向の長さは、前記隔壁の前記延伸方向の長さの１０％以下であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォールフロー構造のフィルタに触媒が設けられた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等における内燃機関から排出される排ガスには、大気汚染の原因となる炭素を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter、以下では「ＰＭ」と略すことがある。）や不燃成分であるアッシュ等が含まれている。ＰＭを排ガスから捕集して除去するためのフィルタとして、ウォールフロー構造のフィルタが広く用いられている。
【０００３】
ウォールフロー構造のフィルタは、通常、ハニカム基材を備え、ハニカム基材が流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有し、複数のセルが隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含んでいる。そして、流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口している。このため、流入セルに流入側端から流入した排ガスは隔壁を透過することで流出セルに流入し、流出セルの流出側端から外部に流出する。そして、排ガスが隔壁を透過する時に、ＰＭが隔壁の気孔内に捕集される。ウォールフロー構造のフィルタとしては、例えば、ディーゼルエンジン用のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）やガソリンエンジン用のガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ、以下では「ＧＰＦ」と略すことがある。）等が知られている。
【０００４】
一方、排ガスには、ＰＭの他に、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分が含まれている。有害成分は、貴金属触媒等の触媒を塗布したフィルタによって排ガスから除去できる。
【０００５】
近年、ＰＭ及び有害成分の両方を排ガスから除去するために、ウォールフロー構造のフィルタに触媒が設けられた排ガス浄化装置が用いられている。例えば、特許文献１には、フィルタが備えるハニカム基材の多孔質の隔壁において、排ガス流入側領域（上流層）及び排ガス流出側領域（下流層）に酸化触媒及びガス浄化触媒がそれぞれ設けられた排ガス浄化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２６３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウォールフロー構造のフィルタに触媒が設けられた排ガス浄化装置では、排ガスの流量次第で触媒の利用効率が低下することがあり、浄化性能のさらなる向上が求められている。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、浄化性能を向上することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明の排ガス浄化装置は、ハニカム基材と、流入セル側触媒層と、流出セル側触媒層とを備える排ガス浄化装置であって、上記ハニカム基材は、流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有し、上記複数のセルは、上記隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含み、上記流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、上記流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口し、上記隔壁の流入側領域の上記流入セル側の表面に上記流入セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の流出側領域の上記流出セル側の表面に上記流出セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の延伸方向の上記流入側領域及び上記流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在し、上記隔壁の上記中央領域の上記延伸方向の長さは、上記隔壁の上記延伸方向の長さの１０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、浄化性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の排ガス浄化装置の実施形態に係る一例の排ガス浄化装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１に示される排ガス浄化装置の延伸方向に平行な断面の要部を概略的に示す断面図である。
【図３】（ａ）は、参考例で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、比較例１で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。（ｃ）は、比較例２で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。
【図４】触媒コンバーターにおける排ガス浄化装置の試験体のギャップ長又はラップ長とＨＣ−ＮＯｘ及びＣＯ−ＮＯｘのＣＯＰとの関係を示すグラフである。
【図５】各排ガス浄化装置の試験体における空気の流量に対する圧力損失を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の排ガス浄化装置の実施形態は、ハニカム基材と、流入セル側触媒層と、流出セル側触媒層とを備える排ガス浄化装置であって、上記ハニカム基材は、流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有し、上記複数のセルは、上記隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含み、上記流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、上記流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口し、上記隔壁の流入側領域の上記流入セル側の表面に上記流入セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の流出側領域の上記流出セル側の表面に上記流出セル側触媒層が設けられ、上記隔壁の延伸方向の上記流入側領域及び上記流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在し、上記隔壁の上記中央領域の上記延伸方向の長さは、上記隔壁の上記延伸方向の長さの１０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
ここで、「流入側」とは、排ガス浄化装置において排ガスが流入する側を指し、「流出側」とは、排ガス浄化装置において排ガスが流出する側を指す。本実施形態において、セルの延伸方向は、特に限定されないが、通常、隔壁の延伸方向と略同一であり、隔壁の延伸方向は、特に限定されないが、通常、ハニカム基材の軸方向と略同一である。本実施形態の説明において、「延伸方向」とは、セルの延伸方向及び隔壁の延伸方向であって、ハニカム基材の軸方向と略同一の方向を指す。
【００１４】
まず、本実施形態に係る排ガス浄化装置の概略について、例示して説明する。
ここで、図１は、本発明の排ガス浄化装置の実施形態に係る一例の排ガス浄化装置を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示される排ガス浄化装置の延伸方向に平行な断面の要部を概略的に示す断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、本例の排ガス浄化装置１は、ハニカム基材１０と、封止部１６と、流入セル側触媒層２０と、流出セル側触媒層３０とを備えている。ハニカム基材１０は、円筒状の枠部１１と枠部１１の内側の空間をハニカム状に仕切る隔壁１４とが一体形成された基材である。隔壁１４は、流入側端面１０Ｓａから流出側端面１０Ｓｂまで延びる複数のセル１２を画成する多孔質のものである。隔壁１４の形状は、複数のセル１２の延伸方向に垂直な断面が正方形になるように、互いに離間して平行に配置される複数の壁部１４Ｌと、これらの複数の壁部１４Ｌと直行しかつ互いに離間して平行に配置される複数の壁部１４Ｓとを含み、延伸方向に垂直な断面が格子状となっている。
【００１６】
複数のセル１２は、隔壁１４を挟んで隣接する流入セル１２Ａ及び流出セル１２Ｂを含んでいる。流入セル１２Ａは、流入側端１２Ａａが開口し、流出側端１２Ａｂが封止部１６により封止されており、流出セル１２Ｂは、流入側端１２Ｂａが封止部１６により封止され、流出側端１２Ｂｂが開口している。
【００１７】
流入セル側触媒層２０は、隔壁１４の流入側端１４ａから延伸方向に延びる流入側領域１４Ｒａの流入セル側の表面１４ＳＡに設けられている。また、流入セル側触媒層２０は、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも１種（図示せず）を含有する触媒金属粒子と、それらを担持する担体（図示せず）とを含んでいる。流出セル側触媒層３０は、隔壁１４の流出側端１４ｂから延伸方向に延びる流出側領域１４Ｒｂの流出セル側の表面１４ＳＢに設けられている。また、流出セル側触媒層３０は、ロジウム（Ｒｈ）を含有する触媒金属粒子（図示せず）と、それを担持する担体（図示せず）とを含んでいる。隔壁１４の延伸方向の流入側領域１４Ｒａ及び流出側領域１４Ｒｂの間には、隔壁１４の表面１４Ｓ及び内部１４Ｎに触媒が設けられていない中央領域１４Ｒｃが存在している。隔壁１４の中央領域１４Ｒｃの延伸方向の長さは、隔壁１４の延伸方向の長さの１０％以下となっている。
【００１８】
本例の排ガス浄化装置１では、隔壁１４の中央領域１４Ｒｃを含む中央隔壁部のガス透過性は、隔壁１４の流入側領域１４Ｒａ及び流入セル側触媒層２０を含む流入側隔壁部並びに隔壁１４の流出側領域１４Ｒｂ及び流出セル側触媒層３０を含む流出側隔壁部より高くなっている。さらに、隔壁１４の中央領域１４Ｒｃの延伸方向の長さは、隔壁１４の延伸方向の長さの１０％以下となっている。これらの結果、図１において破線矢印で示されるように、排ガスが流入側端面１０Ｓａから流入し、流出側端面１０Ｓｂから外部に流出するように排ガス浄化装置１を通過する場合、排ガス浄化装置１を通過する排ガスの流量が変化したとしても、隔壁１４を透過する排ガスの流量分布が変化することなく、流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入した排ガスの大部分が、安定して、図２において破線矢印で示される排ガス浄化装置１内の所望の流路を流れ、排ガスの流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０への接触時間を十分に確保できる。具体的には、排ガスの大部分が、安定して、流入セル１２Ａ内を流入側端１２Ａａから隔壁１４の中央領域１４Ｒｃまで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れ、隔壁１４の中央領域１４Ｒｃを透過することで流出セル１２Ｂに流入した後に、流出セル１２Ｂ内を流出側端１２Ｂｂまで流出セル側触媒層３０に接触しながら流れ、外部に流出する。この際には、排ガスの流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０への接触時間を十分に確保できる。
【００１９】
本実施形態に係る排ガス浄化装置では、上記例のように、隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に流入セル側触媒層が設けられ、隔壁の流出側領域の流出セル側の表面に流出セル側触媒層が設けられ、隔壁の延伸方向の流入側領域及び流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在し、隔壁の中央領域の延伸方向の長さは、隔壁の延伸方向の長さの１０％以下である。これにより、排ガス浄化装置を通過する排ガスの流量が変化したとしても、隔壁を透過する排ガスの流量分布が変化することなく、排ガスの大部分が安定して排ガス浄化装置内の所望の流路を流れ、排ガスの流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層への接触時間を十分に確保できる。この結果、浄化性能を向上することができ、さらに圧力損失を抑制することもできる。
【００２０】
また、隔壁の流出側領域に設けられる流出セル側触媒層の延伸方向の長さをアッシュの堆積厚さを超える長さにすれば、上記のように排ガスが安定して排ガス浄化装置内の所望の流路を流れる場合には、仮にアッシュが隔壁の流出側端付近の流入セル側の表面に堆積したとしても、隔壁を透過する排ガスの流量分布が変化することなく、上記のように排ガスの大部分が安定して浄化装置内の所望の流路を流れる。このため、アッシュの堆積により触媒の利用効率が低下することを抑制することができる。
【００２１】
さらに、例えば、隔壁の内部に流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層が設けられ、流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層が平面方向に重複する場合とは異なり、流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層が接触することはないので、流入セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子及び流出セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子同士が合金化し、触媒金属粒子の性能が劣化することを抑制できる。また、排ガスが流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層の平面方向の重複領域を透過できない結果、触媒の利用効率が低下することを回避できる。
【００２２】
続いて、本実施形態に係る排ガス浄化装置の各構成を詳細に説明する。
【００２３】
１．ハニカム基材
ハニカム基材は、流入側端面から流出側端面まで延びる複数のセルを画成する多孔質の隔壁を有する。そして、上記複数のセルは、上記隔壁を挟んで隣接する流入セル及び流出セルを含み、上記流入セルは、流入側端が開口し、流出側端が封止され、上記流出セルは、流入側端が封止され、流出側端が開口している。ハニカム基材は、いわゆるウォールフロー型のハニカム基材である。
【００２４】
ハニカム基材は、特に限定されないが、通常、枠部と枠部の内側の空間をハニカム状に区切る隔壁とが一体形成された基材である。
【００２５】
ハニカム基材の軸方向の長さは、特に限定されず、一般的な長さを用いることができるが、例えば１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の範囲内が好ましく、中でも５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲内が好ましい。ハニカム基材の容量、すなわち、セルの総体積は、特に限定されず、一般的な容量を用いることができるが、例えば０．１Ｌ以上５Ｌ以下の範囲内が好ましい。
【００２６】
ハニカム基材の材料は、特に限定されず、一般的な材料を用いることができるが、例えば、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、チタン酸アルミニウム等のセラミックス、ステンレス等の合金等が挙げられる。
【００２７】
枠部の形状は、特に限定されず、一般的な形状を用いることができるが、例えば、円筒形の他、楕円筒形、多角筒形等の筒形が挙げられる。枠部の他の構成は、特に限定されず、一般的な構成を用いることができる。
【００２８】
隔壁の形状は、特に限定されず、一般的な形状を用いることができる。隔壁の延伸方向の長さは、特に限定されないが、通常、ハニカム基材の軸方向の長さと略同一となる。隔壁の厚さは、特に限定されず、一般的な厚さを用いることができるが、例えば５０μｍ以上２０００μｍ以下の範囲内が好ましく、中でも１００μｍ以上８００μｍ以下の範囲内が好ましい。隔壁の厚さがこれらの範囲内であることにより、基材の強度を確保しつつ、十分なＰＭの捕集性能を得ることができ、圧力損失を十分に抑制できるからである。
【００２９】
隔壁は排ガスが透過可能な多孔質構造を有する。隔壁の気孔率は、特に限定されず、一般的な気孔率を用いることができるが、例えば４０％以上７０％以下の範囲内が好ましく、中でも５０％以上７０％以下の範囲内が好ましい。気孔率がこれらの範囲の下限以上であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからであり、気孔率がこれらの範囲の上限以下であることにより、十分な機械的強度を確保できるからである。隔壁の気孔の平均細孔径は、特に限定されず、一般的な平均細孔径を用いることができるが、例えば１μｍ以上６０μｍ以下の範囲内が好ましく、中でも１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲内が好ましい。気孔の平均細孔径がこれらの範囲内であることにより、十分なＰＭの捕集性能を得ることができ、圧力損失を十分に抑制できるからである。なお、「隔壁の気孔の平均細孔径」は、例えば、パームポロメータを用いたバブルポイント法により測定されたものを指す。
【００３０】
流入セル及び流出セルは、枠部の内側の空間を隔壁が区切ることで形成されたものであり、隔壁を挟んで隣接する。流入セル及び流出セルは、通常、延伸方向に垂直な方向が隔壁で囲まれている。
【００３１】
流入セルは、通常、流出側端が封止部により封止されている。流出セルは、通常、流入側端が封止部により封止されている。封止部の延伸方向の長さは、特に限定されず、一般的な長さでよいが、例えば隔壁の延伸方向の長さの１％以上１０％以下の範囲内が好ましい。封止部の材料は、特に限定されず、一般的な材料でよい。
【００３２】
流入セル及び流出セルの延伸方向に垂直な断面形状は、特に限定されず、一般的な形状を用いることができ、排ガス浄化装置を透過する排ガスの流量及び成分等を考慮して適宜設定することができる。断面形状としては、例えば、正方形等の矩形、六角形等を含む多角形、円形等が挙げられる。流入セル及び流出セルの延伸方向に垂直な断面積は、特に限定されず、一般的な断面積を用いることができるが、例えば１ｍｍ２以上７ｍｍ２以下の範囲内である。流入セル及び流出セルの延伸方向の長さは、特に限定されないが、通常、ハニカム基材の軸方向の長さから封止部の延伸方向の長さを差し引いた長さと略同一となる。流入セル及び流出セルの配置態様は、図１に示される配置態様のように、流入セル及び流出セルを交互に配置する市松模様のような態様等が挙げられる。
【００３３】
２．流入セル側触媒層
流入セル側触媒層は、上記隔壁の流入側領域の上記流入セル側の表面に設けられている。
【００３４】
ここで、「隔壁の流入側領域」とは、隔壁の流入側端から延伸方向に延びる一部の領域を指す。流入セル側触媒層の平面方向の形状及びサイズは、隔壁の流入側領域と一致する。また、「隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に設けられている」とは、隔壁の外部において、隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に接するように設けられていること（Ｏｎ−ｗａｌｌ）を指す。
【００３５】
流入セル側触媒層の延伸方向の長さは、特に限定されないが、隔壁の延伸方向の長さの５％以上８５％以下の範囲内が好ましく、中でも１０％以上４５％以下の範囲内が好ましい。長さがこれらの範囲の下限以上であることにより、排ガスの流入セル側触媒層への接触時間を効果的に確保できるからである。長さがこれらの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。
【００３６】
流入セル側触媒層の厚さは、特に限定されず、一般的な厚さを用いることができるが、例えば、隔壁の厚さの５％以上５０％以下の範囲内が好ましい。厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、隔壁の流入側領域及び流入セル側触媒層を含む流入側隔壁部を排ガスが透過することを効果的に抑制できるからであり、厚さがこれらの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。
【００３７】
流入セル側触媒層は、特に限定されないが、通常、触媒金属粒子と、触媒金属粒子を担持する担体とを含む。流入セル側触媒層は、例えば、触媒金属粒子を担持した触媒付担体の多孔質焼結体である。
【００３８】
触媒金属粒子の材料は、特に限定されず、一般的な材料を用いることができるが、例えば、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属等が挙げられる。触媒金属粒子の材料は、１種の金属又は２種以上の金属でもよいし、２種以上の金属を含有する合金でもよい。触媒金属粒子の材料としては、Ｐｄ及びＰｔ等の少なくとも１種が好ましい。
【００３９】
触媒金属粒子の平均粒径は、特に限定されず、一般的な平均粒径を用いることができるが、例えば０．１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲内が好ましい。平均粒径がこの範囲の上限以下であることにより、排ガスとの接触面積を大きくできるからである。なお、触媒金属粒子の平均粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定される粒径から求められる平均値を指す。
【００４０】
触媒金属粒子の含有量は、特に限定されず、一般的な含有量を用いることができるが、触媒金属粒子の材料によって異なり、例えば、材料がＰｄである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。含有量がこの範囲の下限以上であることにより、十分な触媒作用が得られるからであり、含有量がこの範囲の上限以下であることにより、触媒金属粒子の粒成長を抑制できると同時にコスト面で有利になるからである。材料がＰｔである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。同様の理由からである。材料がＲｈである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。同様の理由からである。なお、触媒金属粒子の基材の体積１Ｌ当たりの含有量とは、流入セル側触媒層に含有される触媒金属粒子の質量を、流入セル側触媒層の延伸方向の長さと軸方向の長さが同一のハニカム基材の軸方向の一部の体積で割った値を指す。
【００４１】
担体の材料は、特に限定されず、一般的な材料を用いることができるが、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の金属酸化物、又は例えば、セリア−ジルコニア（ＣｅＯ２−ＺｒＯ２）複合酸化物等のようなこれらの固溶体等が挙げられる。担体の材料としては、これらのうちの１種でも２種以上でもよい。担体の材料としては、アルミナ及びセリア−ジルコニア複合酸化物等の少なくとも１種が好ましい。
【００４２】
担体の形状は、特に限定されず、一般的な形状を用いることができるが、粉末状が好ましい。より大きい比表面積を確保できるからである。粉末状の担体の平均粒径は、特に限定されないが、例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内が好ましい。平均粒径がこの範囲の下限以上であることにより、十分な耐熱特性が得られるからであり、平均粒径がこの範囲の上限以下であることにより、触媒金属粒子の分散性を十分に確保することで浄化性能を効果的に向上できるからである。なお、「粉末状の担体の平均粒径」は、例えば、レーザ回折・散乱法により求められる平均粒径を指す。
【００４３】
触媒金属粒子及び担体の合計の質量に対する触媒金属粒子の質量比は、特に限定されず、一般的な質量比を用いることができるが、例えば、０．０１質量％以上１０質量％以下の範囲内が好ましい。質量比がこの範囲の下限以上であることにより、十分な触媒作用が得られるからであり、質量比がこの範囲の上限以下であることにより、触媒金属粒子の粒成長を抑制できると同時にコスト面で有利になるからである。
【００４４】
触媒金属粒子を担体に担持させる方法は、特に限定されず、一般的な方法を用いることができるが、例えば、触媒金属塩（例えば、硝酸塩等）又は触媒金属錯体（例えば、テトラアンミン錯体等）を含有する水溶液に担体を含浸させた後、乾燥し、焼成する方法等が挙げられる。
【００４５】
流入セル側触媒層は、触媒金属粒子及び担体の他に、触媒金属粒子を担持していない助触媒を含んでもよい。助触媒は、特に限定されず、一般的な助触媒を用いることができるが、例えば、アルミナ、シリカ、セリア−ジルコニア複合酸化物等が挙げられる。助触媒の形状は、特に限定されず、一般的な形状を用いることができるが、粉末状が好ましい。触媒金属粒子、担体、及び助触媒の合計の質量に対する助触媒の質量比は、特に限定されず、一般的な質量比を用いることができるが、例えば、３０質量％以上８０質量％以下の範囲内が好ましい。
【００４６】
流入セル側触媒層の密度は、特に限定されないが、例えば、３０ｇ／Ｌ以上３５０ｇ／Ｌ以下の範囲内が好ましい。密度がこの範囲の下限以上であることにより、浄化性能を効果的に向上できるからである。密度がこの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。なお、「流入セル側触媒層の密度」とは、流入セル側触媒層の合計の質量を、流入セル側触媒層の延伸方向の長さと軸方向の長さが同一のハニカム基材の軸方向の一部の体積で割った値を指す。
【００４７】
流入セル側触媒層の形成方法は、特に限定されず、一般的な方法を用いることができるが、例えば、スラリーを隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に供給した後に、乾燥し、焼成する方法が挙げられる。
【００４８】
スラリーは、流入セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子及び担体を含む。スラリーは、触媒金属粒子及び担体に加えて、酸素吸放出材、バインダ、添加剤等の任意の成分を適宜含んでもよい。スラリーに含まれる粉末状の担体の平均粒径等は、スラリーが隔壁の内部に浸透しないように適宜調整してもよい。
【００４９】
スラリーを隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に供給する方法は、特に限定されず、一般的な方法を用いることができるが、例えば、スラリー中にハニカム基材を流入側端面側から浸漬し、所定の時間が経過した後、スラリーから取り出す方法等が挙げられる。この方法では、スラリーが隔壁の内部に浸透しないように、流出セルを流出側端側から加圧して流出セル及び流入セルの間に圧力差を生じさせてもよい。また、スラリーが隔壁の内部に浸透しないように、スラリーの固形分濃度、粘度等の性状等を適宜調整してもよい。
【００５０】
スラリーを隔壁の流入側領域の流入セル側の表面に供給した後に、乾燥し、焼成する方法において、乾燥条件は、特に限定されないが、ハニカム基材又は担体の形状及び寸法により左右されるが、例えば、８０℃以上３００℃以下の範囲内の温度で１時間以上１０時間以下の範囲内の時間乾燥する条件が好ましい。焼成条件は、特に限定されないが、例えば、４００℃以上１０００℃以下の範囲内の温度で１時間以上４時間以下の範囲内の時間焼成する条件が好ましい。
【００５１】
なお、流入セル側触媒層の厚さ、気孔率等の性状は、スラリーの性状、スラリーの供給量、乾燥条件、焼成条件等により調整できる。
【００５２】
３．流出セル側触媒層
流出セル側触媒層は、上記隔壁の流出側領域の上記流出セル側の表面に設けられている。
【００５３】
ここで、「隔壁の流出側領域」とは、隔壁の流出側端から延伸方向に延びる一部の領域を指す。流出セル側触媒層の平面方向の形状及びサイズは、隔壁の流出側領域と一致する。また、「隔壁の流出側領域の流出セル側の表面に設けられている」とは、隔壁の外部において、隔壁の流出側領域の流出セル側の表面に接するように設けられていること（Ｏｎ−ｗａｌｌ）を指す。
【００５４】
流出セル側触媒層の延伸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、隔壁の延伸方向の長さの５％以上８５％以下の範囲内が好ましく、中でも４５％以上８０％以下の範囲内が好ましい。長さがこれらの範囲の下限以上であることにより、アッシュの堆積厚さを超える長さとなり易いからであり、排ガスの流出セル側触媒層への接触時間を効果的に確保できるからである。長さがこれらの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。
【００５５】
流出セル側触媒層の厚さは、特に限定されず、一般的な厚さを用いることができるが、例えば、隔壁の厚さの５％以上５０％以下の範囲内が好ましい。厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、隔壁の流出側領域及び流出セル側触媒層を含む流出側隔壁部を排ガスが透過することを効果的に抑制できるからであり、厚さがこれらの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。
【００５６】
流出セル側触媒層は、特に限定されないが、通常、触媒金属粒子と、触媒金属粒子を担持する担体とを含む。流出セル側触媒層は、例えば、触媒金属粒子を担持した触媒付担体の多孔質焼結体である。
【００５７】
触媒金属粒子の材料は、ロジウム（Ｒｈ）等が好ましい点を除いて、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。触媒金属粒子の平均粒径は、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００５８】
触媒金属粒子の含有量は、特に限定されず、一般的な含有量を用いることができるが、触媒金属粒子の材料によって異なり、例えば、材料がＲｈである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。含有量がこの範囲の下限以上であることにより、十分な触媒作用が得られるからであり、含有量がこの範囲の上限以下であることにより、触媒金属粒子の粒成長を抑制できると同時にコスト面で有利になるからである。材料がＰｄである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。同様の理由からである。材料がＰｔである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．１ｇ以上２ｇ以下の範囲内が好ましい。同様の理由からである。なお、触媒金属粒子の基材の体積１Ｌ当たりの含有量とは、流出セル側触媒層に含有される触媒金属粒子の質量を、流出セル側触媒層の延伸方向の長さと軸方向の長さが同一のハニカム基材の軸方向の一部の体積で割った値を指す。
【００５９】
担体の材料及び形状並びに粉末状の担体の平均粒径は、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。触媒金属粒子及び担体の合計の質量に対する触媒金属粒子の質量比は、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。触媒金属粒子を担体に担持させる方法は、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。流出セル側触媒層は、流入セル側触媒層と同様に助触媒を含んでもよい。助触媒は、流入セル側触媒層と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００６０】
流出セル側触媒層の密度は、特に限定されないが、例えば、３０ｇ／Ｌ以上３５０ｇ／Ｌ以下の範囲内が好ましい。密度がこの範囲の下限以上であることにより、浄化性能を効果的に向上できるからである。密度がこの範囲の上限以下であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。なお、「流出セル側触媒層の密度」とは、流出セル側触媒層の合計の質量を、流出セル側触媒層の延伸方向の長さと軸方向の長さが同一のハニカム基材の軸方向の一部の体積で割った値を指す。
【００６１】
流出セル側触媒層の形成方法は、特に限定されず、一般的な方法を用いることができるが、例えば、スラリーを隔壁の流出側領域の流出セル側の表面に供給した後に、乾燥し、焼成する方法が挙げられる。
【００６２】
スラリーは、流出セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子及び担体を含む点を除いて、流入セル側触媒層の形成方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００６３】
スラリーを隔壁の流出側領域の流出セル側の表面に供給する方法は、特に限定されず、一般的な方法を用いることができるが、例えば、スラリー中にハニカム基材を流出側端面側から浸漬し、所定の時間が経過した後、スラリーから取り出す方法等が挙げられる。この方法では、スラリーが隔壁の内部に浸透しないように、流入セルを流入側端側から加圧して流入セル及び流出セルの間に圧力差を生じさせてもよい。また、スラリーが隔壁の内部に浸透しないように、スラリーの固形分濃度、粘度等の性状を適宜調整してもよい。乾燥条件及び焼成条件は、流入セル側触媒層の形成方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。なお、流出セル側触媒層の厚さ、気孔率等の性状は、スラリーの性状、スラリーの供給量、乾燥条件、焼成条件等により調整できる。
【００６４】
４．排ガス浄化装置
排ガス浄化装置は、ハニカム基材と、流入セル側触媒層と、流出セル側触媒層とを備える。排ガス浄化装置は、特に限定されないが、通常、流入セルの流出端及び流出セルの流入側端を封止する封止部をさらに備える。
【００６５】
排ガス浄化装置では、上記隔壁の延伸方向の上記流入側領域及び上記流出側領域の間に触媒が設けられていない中央領域が存在する。さらに、上記隔壁の上記中央領域の上記延伸方向の長さは、上記隔壁の上記延伸方向の長さの１０％以下である。
【００６６】
隔壁の中央領域の延伸方向の長さは、隔壁の延伸方向の長さの１０％以下であれば特に限定されないが、隔壁の延伸方向の長さの２％以上１０％以下の範囲内が好ましく、中でも５％以上８％以下の範囲内が好ましい。長さがこれらの範囲の下限以上であることにより、圧力損失を効果的に抑制できるからである。長さがこれらの範囲の上限以下であることにより、排ガスの触媒層への接触時間を効果的に確保できるからである。なお、流入セル側触媒層の延伸方向の長さ、隔壁の中央領域の延伸方向の長さ、及び流出セル側触媒層の延伸方向の長さの合計は、通常、隔壁の延伸方向の長さと一致する。
【実施例】
【００６７】
以下、参考例及び比較例を挙げて、本実施形態に係る排ガス浄化装置をさらに具体的に説明する。
【００６８】
［参考例］
図３（ａ）は、参考例で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。参考例では、図３（ａ）に示されるように、ハニカム基材１０と封止部１６と流入セル側触媒層２０と流出セル側触媒層３０とを備える排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【００６９】
具体的には、まず、円筒状の枠部（図示せず）と、枠部の内側の空間をハニカム状に仕切る隔壁１４とが一体形成された軸方向の長さが１２２ｍｍのハニカム基材１０と、延伸方向の長さが４ｍｍの封止部１６とを備え、触媒がコートされていないＧＰＦを準備した。
【００７０】
次に、粉末状の担体にロジウム（Ｒｈ）を担持した触媒付担体と溶媒とを混合することで、流入セル側触媒層形成用スラリーを準備した。
【００７１】
次に、流入セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流入側端１４ａから延伸方向に延びる流入側領域１４Ｒａの内部１４Ｎにおける流入セル１２Ａ側の領域に供給した後に、ＧＰＦを乾燥し、焼成した。これにより、延伸方向の長さが隔壁１４の３０％、ロジウム（Ｒｈ）の基材の体積１Ｌ当たりの含有量が０．１５ｇ／Ｌの流入セル側触媒層２０を形成した。
【００７２】
次に、粉末状の担体に白金（Ｐｔ）を担持した触媒付担体と溶媒とを混合することで、流出セル側触媒層形成用スラリーを準備した。
【００７３】
次に、流出セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流出側端１４ｂから延伸方向に延びる流出側領域１４Ｒｂの内部１４Ｎにおける流出セル１２Ｂ側の領域に供給した後に、ＧＰＦを乾燥し、焼成した。これにより、延伸方向の長さが隔壁１４の３０％、白金（Ｐｔ）の基材の体積１Ｌ当たりの含有量が０．６ｇ／Ｌの流出セル側触媒層３０を形成した。以上により、排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【００７４】
参考例で作製した排ガス浄化装置の試験体１Ｓでは、隔壁１４の延伸方向の流入側領域１４Ｒａ及び流出側領域１４Ｒｂの間に触媒が設けられていない中央領域１４Ｒｃが存在し、流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０の延伸方向のギャップ長（隔壁１４の中央領域１４Ｒｃの延伸方向の長さ、以下では「ギャップ長」と略すことがある。）は、隔壁１４の延伸方向の長さの４０％である。
【００７５】
［比較例１］
図３（ｂ）は、比較例１で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。図３（ｂ）では、図３（ａ）と重複する符号の一部を省略している。比較例１においては、流入セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流入側領域１４Ｒａの内部１４Ｎにおける流入セル１２Ａ側の領域に供給し、延伸方向の長さが隔壁１４の５５％の流入セル側触媒層２０形成した点、及び流出セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流出側領域１４Ｒｂの内部１４Ｎにおける流出セル１２Ｂ側の領域に供給し、延伸方向の長さが隔壁１４の５５％の流出セル側触媒層３０を形成した点を除いて、参考例と同様に排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【００７６】
比較例１で作製した排ガス浄化装置の試験体１Ｓでは、隔壁１４の流入側領域１４Ｒａ及び流出側領域１４Ｒｂが平面方向に重複する重複領域１４Ｒｄが存在し、流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０の延伸方向のラップ長（隔壁１４の重複領域１４Ｒｄの延伸方向の長さ、以下では「ラップ長」と略すことがある。）は、隔壁１４の延伸方向の長さの１０％である。
【００７７】
［比較例２］
図３（ｃ）は、比較例２で作製した排ガス浄化装置の試験体を模式的に示す断面図である。図３（ｃ）では、図３（ａ）と重複する符号の一部を省略している。比較例２においては、流入セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流入側領域１４Ｒａの内部１４Ｎにおける流入セル１２Ａ側の領域に供給し、延伸方向の長さが隔壁１４の８０％の流入セル側触媒層２０形成した点、及び流出セル側触媒層形成用スラリーをＧＰＦにおける隔壁１４の流出側領域１４Ｒｂの内部１４Ｎにおける流出セル１２Ｂ側の内部に供給し、延伸方向の長さが隔壁１４の８０％の流出セル側触媒層３０を形成した点を除いて、参考例と同様に排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【００７８】
比較例２で作製した排ガス浄化装置の試験体１Ｓでは、隔壁１４の流入側領域１４Ｒａ及び流出側領域１４Ｒｂが平面方向に重複する重複領域１４Ｒｄが存在し、ラップ長は、隔壁１４の延伸方向の長さの６０％である。
【００７９】
［排ガス浄化性能の評価］
各排ガス浄化装置の試験体１Ｓにおいて、排ガス浄化性能の評価を実施した。具体的には、劣化後の各排ガス浄化装置の試験体１Ｓをアルミナマットで巻いてステンレス容器に圧入することで触媒コンバーターを作製し、触媒コンバーターを熱交換機を有するガソリンエンジンベンチの排気管に取り付けた。続いて、各触媒コンバーターについて、吸入空気量を２５ｇ／ｓ、排ガスの温度を４００℃として、空燃比（Ａ／Ｆ）を１３．５から１５．５に変化させた際におけるＣＯ、ＨＣ、及びＮＯｘの浄化率を測定した。それらの浄化率から、ＨＣ−ＮＯｘのクロスオーバーポイント（ＨＣ−ＮＯｘのＣＯＰ：ＨＣの浄化率とＮＯｘの浄化率が交差する浄化率）［％］及びＣＯ−ＮＯｘのクロスオーバーポイント（ＣＯ−ＮＯｘのＣＯＰ：ＣＯの浄化率とＮＯｘの浄化率が交差する浄化率）［％］を求めた。図４は、触媒コンバーターにおける排ガス浄化装置の試験体のギャップ長又はラップ長とＨＣ−ＮＯｘ及びＣＯ−ＮＯｘのＣＯＰとの関係を示すグラフである。なお、図４のグラフの横軸では、ギャップ長を正の値で表し、ラップ長を負の値で表した。
【００８０】
図４のグラフに示されるように、ＨＣ−ＮＯｘのＣＯＰは、触媒コンバーターにおける排ガス浄化装置の試験体のラップ長が減少するのに従って増加した。これは、ラップ長が減少するのに従って、流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入した排ガスの大部分が、隔壁１４の重複領域１４Ｒｄより流出側の領域を透過した後に、流出セル側触媒層３０に接触する時間が長くなるためであると考えられる。さらに、ＨＣ−ＮＯｘのＣＯＰは、触媒コンバーターにおける排ガス浄化装置の試験体のギャップ長が０％から４０％まで増加すると減少したものの、ＨＣ−ＮＯｘのＣＯＰはギャップ長が０％から１０％まで増加する際には増加すると考えられる。これは、ギャップ長が０％から１０％まで増加する際には、流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入した排ガスの大部分が、流入セル１２Ａ内を流入側端１２Ａａから隔壁１４の中央領域１４Ｒｃまで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れ、隔壁１４の中央領域１４Ｒｃを透過することで流出セル１２Ｂに流入した後に、流出セル１２Ｂ内を流出側端１２Ｂｂまで流出セル側触媒層３０に接触しながら流れるようになることで、排ガスの流出セル側触媒層３０への接触時間を長時間確保できるためであると考えらえる。そして、ギャップ長が１０％を超える場合には、流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入した排ガスの大部分が排ガス浄化装置内の同様の流路を流れるものの、流出セル側触媒層３０が短くなることで、排ガスの流出セル側触媒層３０への接触時間が短くなるためであると考えらえる。
【００８１】
［圧力損失の評価］
各排ガス浄化装置の試験体１Ｓにおいて、空気を各流量で通過させた場合の圧力損失を求めた。具体的には、各排ガス浄化装置の試験体１Ｓにおいて、空気を１ｍ３／ｍｉｎ、３ｍ３／ｍｉｎ、５ｍ３／ｍｉｎ、及び７ｍ３／ｍｉｎの各流量で流入側端面１０Ｓａから流入させ、流出側端面１０Ｓｂから外部に流出させた場合において、流入側端面１０Ｓａから流入する空気の圧力及び流出側端面１０Ｓｂから流出する空気の圧力を測定し、それらの圧力の差を圧力損失として求めた。図５は、各排ガス浄化装置の試験体における空気の流量に対する圧力損失を示すグラフである。
【００８２】
図５のグラフに示されるように、参考例の排ガス浄化装置の試験体１Ｓでは、比較例１及び２の排ガス浄化装置の試験体１Ｓと比較して、各流量で圧力損失が小さくなった。これは、参考例の排ガス浄化装置の試験体１Ｓでは、空気の流量が変化したとしても、隔壁を透過する排ガスの流量分布が変化することなく、流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入した排ガスの大部分が、安定して、流入セル１２Ａ内を流入側端１２Ａａから隔壁１４の中央領域１４Ｒｃまで流れ、隔壁１４の中央領域１４Ｒｃを透過することで流出セル１２Ｂに流入した後に、流出セル１２Ｂ内を流出側端１２Ｂｂまで流れ、外部に流出する結果、圧力損失を抑制できたためであると考えられる。
【００８３】
以上、本発明の排ガス浄化装置の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１            排ガス浄化装置
１０          ハニカム基材
１０Ｓａ      ハニカム基材の流入側端面
１０Ｓｂ      ハニカム基材の流出側端面
１２          セル
１２Ａ        流入セル
１２Ａａ      流入セルの流入側端
１２Ａｂ      流入セルの流出側端
１２Ｂ        流出セル
１２Ｂａ      流出セルの流入側端
１２Ｂｂ      流出セルの流出側端
１４          隔壁
１４ａ        隔壁の流入側端
１４ｂ        隔壁の流出側端
１４Ｒａ      隔壁の流入側領域
１４Ｒｂ      隔壁の流出側領域
１４Ｒｃ      隔壁の中央領域
１４Ｓ        隔壁の表面
１４ＳＡ      隔壁の流入セル側の表面
１４ＳＢ      隔壁の流出セル側の表面
１４Ｎ        隔壁の内部
１６          封止部
２０          流入セル側触媒層
３０          流出セル側触媒層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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