(57)【要約】【課題】圧力損失が大きくなるのを抑制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、前記流入セル側触媒層は、前記隔壁の流入側端から流出側端に近い位置までの流入セル側触媒領域における前記流入セル側の表面に設けられ、前記隔壁の前記流出側端に近い位置から前記流出側端までの流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記流入セル側触媒領域及び前記流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高いことを特徴とする。【選択図】図２
2020193569.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、
前記流入セル側触媒層は、前記隔壁の流入側端から流出側端に近い位置までの流入セル側触媒領域における前記流入セル側の表面に設けられ、
前記隔壁の前記流出側端に近い位置から前記流出側端までの流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記流入セル側触媒領域及び前記流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高いことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記隔壁の前記流出側領域における前記流入セル側の表面又は前記流入セル側の内部領域に触媒層が設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記隔壁の前記流出側領域における前記流入セル側の表面又は前記流入セル側の内部領域に設けられている流出側触媒層をさらに備え、
前記隔壁の前記流出側領域及び前記流出側触媒層を含む前記流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記触媒配置隔壁部より高いことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【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排出される。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における多孔質の隔壁の表面にＮＯｘ還元触媒層を設け、ＮＯｘ還元触媒層の表面にさらに酸化触媒層を設け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２０００−２８２８５２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、フィルタが備えるハニカム基材における多孔質の隔壁に触媒が設けられることで、隔壁のガス透過性が低下することにより、圧力損失が大きくなるおそれがある。
【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、圧力損失が大きくなるのを抑制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、前記流入セル側触媒層は、前記隔壁の流入側端から流出側端に近い位置までの流入セル側触媒領域における前記流入セル側の表面に設けられ、前記隔壁の前記流出側端に近い位置から前記流出側端までの流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記流入セル側触媒領域及び前記流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力損失が大きくなるのを抑制できる。
【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各例の排ガス浄化装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る第１例の排ガス浄化装置におけるセル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】第１実施形態に係る第２例の排ガス浄化装置におけるセル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４】第２実施形態に係る第３例の排ガス浄化装置におけるセル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５】第２実施形態に係る第４例の排ガス浄化装置におけるセル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６】実施例の計算モデルにおけるＦｒコートの長さに対する圧力損失を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、参考例１−１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。（ｂ）は、参考例２−１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８】（ａ）は、参考例１−１〜１−３の排ガス浄化装置における各入りガス温度でのＮＯｘ浄化率を示すグラフである。（ｂ）は、参考例２−１〜２−３の排ガス浄化装置における各入りガス温度でのＮＯｘ浄化率を示すグラフである。
【図９】排ガス浄化装置における排ガスの隔壁の表面及び内部における反応時間を調査する試験装置を模式的に示す図である。
【図１０】図９に示される試験装置における流入セル及び流出セルに設置した各触媒付き熱電対の発熱開始時間を示したグラフである。
【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、前記流入セル側触媒層は、前記隔壁の流入側端から流出側端に近い位置までの流入セル側触媒領域における前記流入セル側の表面に設けられ、前記隔壁の前記流出側端に近い位置から前記流出側端までの流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記流入セル側触媒領域及び前記流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高いことを特徴とする。
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。
【００１３】
本実施形態において、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り、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る。本実施形態の説明において、「延伸方向」とは、隔壁の延伸方向及びセル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。以下、本実施形態として、第１実施形態及び第２実施形態を説明する。
【００１４】
Ｉ．第１実施形態
第１実施形態に係る排ガス浄化装置は、前記隔壁の前記流出側領域における前記流入セル側の表面又は前記流入セル側の内部領域に触媒層が設けられていないことを特徴とする。
【００１５】
まず、第１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各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、第１実施形態に係る第１例の排ガス浄化装置におけるセル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。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、第１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。
【００１７】
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、延伸方向の流入側端１２Ａａが開口し、延伸方向の流出側端１２Ａｂが封止部１６により封止されており、流出セル１２Ｂは、延伸方向の流入側端１２Ｂａが封止部１６により封止され、延伸方向の流出側端１２Ｂｂが開口している。
【００１８】
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）とを含む。流入セル側触媒層２０は、隔壁１４の延伸方向の流入側端１４ａから流出側端に近い位置１４ｘまでの流入セル側触媒領域１４Ｘａにおける流入セル側の表面１４ＳＡに設けられている。また、隔壁１４の延伸方向の流出側端に近い位置１４ｘから流出側端１４ｂまでの流出側領域１４Ｘｂにおける流入セル側の表面１４ＳＡ及び流入セル側の内部領域１４ＮＡに触媒層は設けられていない。よって、第１例の排ガス浄化装置１では、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂを含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁１４の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流入セル側触媒層２０を含む触媒配置隔壁部より高くなっている。
【００１９】
従って、図１に示されるように、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第１例の排ガス浄化装置１を通過する場合には、図２に示されるように、まず、排ガスは流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入する。上記のように流出側隔壁部のガス透過性が触媒配置隔壁部より高くなっている。さらに、高負荷の運転条件で排ガスの流速が高い状況やＰＭが堆積した状況を含む各種の状況で、流入セル１２Ａ内の排ガスの圧力は流出側隔壁部側が触媒配置隔壁部側より高くなる。このため、各種の状況で、流入セル１２Ａに流入した排ガスは、その大半が流出側隔壁部まで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れた後に、流出側隔壁部を透過することで流出セル１２Ｂに流入し、流出セル１２Ｂの流出側端１２Ｂｂから外部に流出する。なお、流入セル１２Ａに流入した排ガスの残りは、触媒配置隔壁部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の流出側端１２Ｂｂから外部に流出する。
【００２０】
ここで、図３は、第１実施形態に係る第２例の排ガス浄化装置におけるセル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。
【００２１】
図３に示されるように、第２例の排ガス浄化装置１は、第１例の排ガス浄化装置と同一のハニカム基材１０、封止部１６、及び流入セル側触媒層２０に加えて、流出セル側触媒層３０をさらに備えている。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）とを含む。流出セル側触媒層３０は、隔壁１４の延伸方向の流入側端に近い位置１４ｙから流出側端１４ｂまでの流出セル側触媒領域１４Ｙｂにおける流出セル側の表面１４ＳＢに設けられている。
【００２２】
隔壁１４の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流出セル側触媒領域１４Ｙｂの重複部分における流入セル側の表面１４ＳＡ及び流出セル側の表面１４ＳＢにそれぞれ流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０が配置される。一方、隔壁１４の流出側端に近い位置１４ｘから流出側端１４ｂまでの流出側領域１４Ｘｂにおける流出セル側の表面１４ＳＢに流出セル側触媒層３０が配置され、隔壁１４の流入側端１４ａから流入側端に近い位置１４ｙまでの流入側領域１４Ｙａにおける流入セル側の表面１４ＳＡに流入セル側触媒層２０が配置される。
【００２３】
よって、第２例の排ガス浄化装置１では、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂ及び流出側領域１４Ｘｂに配置された流出セル側触媒層３０を含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流出セル側触媒領域１４Ｙｂの重複部分並びに該重複部分に配置された流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０を含む中央側隔壁部（触媒配置隔壁部）より高くなっている。隔壁１４の流入側領域１４Ｙａ及び流入側領域１４Ｙａに配置された流入セル側触媒層２０を含む流入側隔壁部のガス透過性も、中央側隔壁部より高くなっている。
【００２４】
従って、図１に示されるように、排ガスが第２例の排ガス浄化装置１を通過する場合には、図３に示されるように、まず、排ガスは流入セル１２Ａに流入側端１２Ａａから流入する。上記のように流出側隔壁部及び流入側隔壁部のガス透過性が中央側隔壁部より高くなっている。さらに、各種の状況で、流入セル１２Ａ内の排ガスの圧力は流出側隔壁部側が流入側隔壁部側及び中央側隔壁部側より高くなる。このため、各種の状況で、流入セル１２Ａに流入した排ガスは、その大半が流出側隔壁部まで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れた後に、流出側隔壁部を透過することで流出セル１２Ｂに流入し、流出セル１２Ｂの流出側端１２Ｂｂから外部に流出する。そして、流入セル１２Ａに流入した排ガスの残りは、流入側隔壁部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の流出側端１２Ｂｂまで流出セル側触媒層３０に接触しながら流れ、流出側端１２Ｂｂから外部に流出する。
【００２５】
第１実施形態に係る排ガス浄化装置では、第１例及び第２例のように、隔壁の流入セル側触媒領域における流入セル側の表面に設けられている流入セル側触媒層を備え、隔壁の流出側領域における流入セル側の表面又は流入セル側の内部領域に触媒層が設けられておらず、隔壁の流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁の流入セル側触媒領域及び流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高い。このため、各種の状況で、流入セルに流入した排ガスは、その大半が流出側隔壁部まで流入セル側触媒層に接触しながら流れた後に、流出側隔壁部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。これにより、圧力損失が大きくなるのを抑制できる。さらに、排ガスの流入セル側触媒層への接触時間を長くすることで浄化性能を向上できる。なお、後述する第２実施形態とは異なり、排ガスは流出側隔壁部を透過する際に流出側触媒層を透過しないので、圧力損失を効果的に抑制できる。
【００２６】
また、隔壁の流出側領域における流入セル側に触媒層を設けなくてもよいので触媒の費用を低減できる。さらに、流入セルに流入した排ガスの大半を、触媒層が設けられていない流出側隔壁部を透過させることができるので、排ガス中のＰＭを容易に隔壁の気孔内に捕集できる。
【００２７】
さらに、第１実施形態に係る排ガス浄化装置の中でも、第１例のように、隔壁の流出セル側に触媒層が設けられていない排ガス浄化装置では、流出側隔壁部のガス透過性が大きくなるので、圧力損失を効果的に抑制できる。また、第２例のように、隔壁の流出セル側触媒領域における流出セル側に設けられている流出セル側触媒層をさらに備える排ガス浄化装置では、流入側隔壁部のガス透過性が中央側隔壁部（触媒配置隔壁部）より高い。このため、流入セルに流入した排ガスの一部は、流入側隔壁部を透過することで流出セルに流入した後に、流出セルの流出側端まで流出セル側触媒層に接触しながら流れる。これにより、浄化性能を効果的に向上できる。
【００２８】
続いて、第１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。
【００２９】
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、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。
【００３０】
ハニカム基材は、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１０００μｍ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。
【００３５】
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５μｍ以上３０μｍ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。
【００３６】
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。
【００３７】
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２ｍｍ以上２０ｍｍ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。
【００３８】
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、第１例及び第２例におけ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。
【００３９】
２．流入セル側触媒層
流入セル側触媒層は、前記隔壁の流入側端から流出側端に近い位置までの流入セル側触媒領域における前記流入セル側の表面に設けられている。これにより、隔壁の流入セル側触媒領域における気孔が流入セル側触媒層により閉塞され、隔壁の流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が隔壁の流入セル側触媒領域及び流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高くなる。
【００４０】
ここで、「流出側端に近い位置」とは、隔壁の延伸方向の中央よりも流出側端に近い位置を指す。また、「隔壁の流入セル側触媒領域における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、隔壁の流入セル側触媒領域における流入セル側の表面に接するように設けられていることを指す。
【００４１】
流入セル側触媒層の延伸方向の長さは、隔壁の延伸方向の長さの１／２より長ければ特に限定されないが、隔壁の延伸方向の長さの１／２超４／５以下の範囲内が好ましく、中でも３／５以上４／５以下の範囲内、特に２／３以上４／５以下の範囲内が好ましい。長さがこれらの範囲の下限を超えるかそれ以上であることにより、高負荷の運転条件で排ガスの流速が高い状況でも排ガスの流入セル側触媒層への接触時間を十分に長くすることで浄化性能を向上できるからである。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上に、隔壁における流入セル側触媒層が配置されない領域の延伸方向の長さとして、想定されるアッシュの堆積厚さを超える長さを確保できるからである。
【００４２】
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％以上の範囲が好ましい。厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、隔壁の流入セル側触媒領域及び流入セル側触媒層を含む触媒配置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る。なお、流入セル側触媒層の厚さの範囲の上限は、圧力損失等を考慮し適宜設定することができる。
【００４３】
流入セル側触媒層は、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、Ｐｔ、又はＲｈである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．０５ｇ以上５ｇ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。ここで、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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０．０１μｍ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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
流入セル側触媒層は、単一の触媒層でもよいし、異なる複数の触媒層が積層された部分を含むものでもよい。異なる複数の触媒層が積層された部分を含むものとしては、例えば、異なる触媒金属粒子を含む複数の触媒層が積層されたものや、延伸方向の長さが異なる複数の触媒層が積層されたもの等が挙げられる。より具体的には、例えば、パラジウム（Ｐｄ）が用いられた触媒金属粒子を含む触媒層及びロジウム（Ｒｈ）が用いられた触媒金属粒子を含む触媒層が、それらのスラリーを隔壁の表面上に面内方向の別々の長さで順に供給することで積層されたもの等が挙げられる。
【００５３】
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２５０ｇ／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。
【００５４】
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セル側触媒領域における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。
【００５５】
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。
【００５６】
スラリーを隔壁の流入セル側触媒領域における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。
【００５７】
スラリーを隔壁の流入セル側触媒領域における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。
【００５８】
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。
【００５９】
３．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を備える。前記隔壁の前記流出側端に近い位置から前記流出側端までの流出側領域を含む流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記流入セル側触媒領域及び前記流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高い。
【００６０】
ここで、「流出側隔壁部」とは、具体的には、少なくとも隔壁の流出側領域を含む隔壁部を指す。このため、流出側隔壁部は、第１例における流出側隔壁部のように隔壁の流出側領域のみを含むものでもよいし、第２例における流出側隔壁部のように隔壁の流出側領域及び流出側領域に配置された流出セル側触媒層を含むものでもよい。また、「触媒配置隔壁部」とは、具体的には、少なくとも隔壁の流入セル側触媒領域の流出側の一部及び該一部に配置された流入セル側触媒層を含む隔壁部を指す。このため、触媒配置隔壁部は、第１例における触媒配置隔壁部のように隔壁の流入セル側触媒領域及び流入セル側触媒層を含むものでもよいし、第２例における中央側隔壁部のように隔壁の流入セル側触媒領域及び流出セル側触媒領域の重複部分並びに該重複部分に配置された流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層を含むものでもよい。
【００６１】
（１）流出セル側触媒層
排ガス浄化装置は、特に限定されないが、第２例のように隔壁の流入側端に近い位置から流出側端までの流出セル側触媒領域における流出セル側の表面又は流出セル側の内部領域に設けられている流出セル側触媒層をさらに備えるものでもよい。
【００６２】
ここで、「流入側端に近い位置」とは、隔壁の延伸方向の中央よりも流入側端に近い位置を指す。「隔壁の流出セル側触媒領域における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、隔壁の流出セル側触媒領域における流出セル側の表面に接するように設けられていることを指す。「隔壁の流出セル側触媒領域における流出セル側の内部領域に設けられている」とは、隔壁の流出側領域の内部において、流出セルに面する領域に設けられていることを指す。
【００６３】
流出セル側触媒層の中でも、隔壁の流出セル側の表面に設けられている流出セル側触媒層では、流出セルに流入した排ガスが接触する面積が大きくなり、浄化性能を効果的に向上できる。一方、隔壁の流出セル側の内部領域に設けられている流出セル側触媒層では、隔壁の流出側領域及び流出側領域に配置された流出セル側触媒層を含む流出側隔壁部のガスの透過性が高くなる。以下、流出セル側触媒層について、隔壁の流出セル側の表面に設けられている流出セル側触媒層と、隔壁の流出セル側の内部領域に設けられている流出セル側触媒層とに分けて説明する。
【００６４】
ａ．隔壁の流出セル側の表面に設けられている流出セル側触媒層
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％以上の範囲が好ましい。厚さがこれらの範囲の下限以上であることにより、隔壁の流入セル側触媒領域及び流出セル側触媒領域の重複部分並びに該重複部分に配置された流入セル側触媒層及び流出セル側触媒層を含む中央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る。なお、流出セル側触媒層の厚さの範囲の上限は、圧力損失等を考慮し適宜設定することができる。
【００６５】
流出セル側触媒層は、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、Ｐｄ、又はＰｔである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．０１ｇ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。ここで、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。
【００６８】
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。
【００６９】
流出セル側触媒層の密度は、特に限定されないが、３０ｇ／Ｌ以上２５０ｇ／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。
【００７０】
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セル側触媒領域における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。
【００７１】
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。
【００７２】
スラリーを隔壁の流出セル側触媒領域における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。
【００７３】
ｂ．隔壁の流出セル側の内部領域に設けられている流出セル側触媒層
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５０％以上１００％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、排ガスが隔壁を通過する際に触媒層と排ガスの接触頻度を確保できるからである。
【００７４】
流出セル側触媒層は、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が隔壁内部の気孔内に配置されることで構成されたものである。
【００７５】
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。
【００７６】
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、Ｐｄ、又はＰｔである場合には、ハニカム基材の１Ｌ当たり０．０１ｇ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。ここで、触媒金属粒子の基材の体積１Ｌ当たりの含有量とは、隔壁の流出セル側の表面に設けられている流出セル側触媒層に含有される触媒金属粒子と同様の値を指す。
【００７７】
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。
【００７８】
流出セル側触媒層の密度は、特に限定されないが、３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／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。
【００７９】
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セル側触媒領域における流出セル側の内部領域に供給した後に、乾燥し、焼成する方法が挙げられる。
【００８０】
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、スラリーに含まれる粉末状の担体の平均粒径等が、スラリーが隔壁の内部に浸透するように適宜調整してもよい点を除いて、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。
【００８１】
スラリーを隔壁の流出セル側触媒領域における流出セル側の内部領域に供給する方法は、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するように、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。
【００８２】
（２）その他
排ガス浄化装置が流出セル側触媒層をさらに備えるものである場合には、第２例のように流入セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子がパラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも１種を含有し、かつ流出セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子がロジウム（Ｒｈ）を含有するものが好ましい。排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）が流入セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子により効果的に浄化された後に、排気ガスが流出セル側触媒層に接触することになるので、流出セル側触媒層に含まれる触媒金属粒子に含有されるロジウム（Ｒｈ）が炭化水素（ＨＣ）により被毒されるのを抑制できるからである。
【００８３】
排ガス浄化装置は、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。
【００８４】
ＩＩ．第２実施形態
第２実施形態に係る排ガス浄化装置は、前記隔壁の前記流出側領域における前記流入セル側の表面又は前記流入セル側の内部領域に設けられている流出側触媒層をさらに備え、前記隔壁の前記流出側領域及び前記流出側触媒層を含む前記流出側隔壁部のガス透過性が、前記隔壁の前記触媒配置隔壁部より高いことを特徴とすることを特徴とする。
【００８５】
まず、第２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４は、第２実施形態に係る第３例の排ガス浄化装置におけるセル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。
【００８６】
図４に示されるように、第３例の排ガス浄化装置１は、第１実施形態に係る第１例の排ガス浄化装置と同一のハニカム基材１０、封止部１６、及び流入セル側触媒層２０に加えて、流出側触媒層２２をさらに備えている。流出側触媒層２２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）とを含む。流出側触媒層２２は、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂにおける流入セル側の表面１４ＳＡに設けられている。流出側触媒層２２は、気孔率が流入セル側触媒層と同程度で流入セル側触媒層２０より薄い。よって、第３例の排ガス浄化装置１では、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂ及び流出側触媒層２２を含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁１４の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流入セル側触媒層２０を含む触媒配置隔壁部より高くなっている。
【００８７】
従って、図１に示されるように、排ガスが第３例の排ガス浄化装置１を通過する場合には、図４に示されるように、第１実施形態に係る第１例の排ガス浄化装置を通過する場合と概ね同様に排ガスは流れる。なお、第１例の排ガス浄化装置を通過する場合とは異なり、排ガスは流出側隔壁部を透過する際に流出側触媒層２２を透過する。
【００８８】
ここで、図５は、第２実施形態に係る第４例の排ガス浄化装置におけるセル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。
【００８９】
図５に示されるように、第４例の排ガス浄化装置１は、第１実施形態に係る第２例の排ガス浄化装置と同一のハニカム基材１０、封止部１６、及び流入セル側触媒層２０に加えて、第２例の排ガス浄化装置とは異なる流出セル側触媒層３０を備え、さらに流出側触媒層２２を備えている。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）とを含む。流出セル側触媒層３０は、隔壁１４の流出セル側触媒領域１４Ｙｂにおける流出セル側の内部領域１４ＮＢに設けられている。また、流出側触媒層２２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）とを含む。流出側触媒層２２は、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂにおける流入セル側の内部領域１４ＮＡに設けられている。流出側触媒層２２は、隔壁１４内部の気孔を閉塞せずに隔壁１４内部の気孔を取り囲む表面に設けられている。
【００９０】
隔壁１４の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流出セル側触媒領域１４Ｙｂの重複部分における流入セル側の表面１４ＳＡ及び流出セル側の内部領域ＮＢにそれぞれ流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０が配置される。一方、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂにおける流入セル側の内部領域１４ＮＡ及び流出セル側の内部領域１４ＮＢにそれぞれ流出側触媒層２２及び流出セル側触媒層３０が配置され、隔壁１４の流入側領域１４Ｙａにおける流入セル側の表面１４ＳＡに流入セル側触媒層２０が配置される。
【００９１】
よって、第４例の排ガス浄化装置１では、隔壁１４の流出側領域１４Ｘｂ並びに流出側領域１４Ｘｂに配置された流出側触媒層２２及び流出セル側触媒層３０を含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁の流入セル側触媒領域１４Ｘａ及び流出セル側触媒領域１４Ｙｂの重複部分並びに該重複部分に配置された流入セル側触媒層２０及び流出セル側触媒層３０を含む中央側隔壁部（触媒配置隔壁部）より高くなっている。隔壁１４の流入側領域１４Ｙａ及び流入側領域１４Ｙａに配置された流入セル側触媒層２０を含む流入側隔壁部のガス透過性も、中央側隔壁部より高くなっている。
【００９２】
従って、図１に示されるように、排ガスが第４例の排ガス浄化装置１を通過する場合には、図５に示されるように、第１実施形態に係る第２例の排ガス浄化装置を通過する場合と概ね同様に排ガスは流れる。なお、排ガスが第２例の排ガス浄化装置を通過する場合とは異なり、排ガスは流出側隔壁部を透過する際に流出側触媒層２２を透過する。
【００９３】
第２実施形態に係る排ガス浄化装置では、第３例及び第４例のように、隔壁の流入セル側触媒領域における流入セル側の表面に設けられている流入セル側触媒層に加え、隔壁の流出側領域における流入セル側の表面又は流入セル側の内部領域に設けられている流出側触媒層をさらに備え、隔壁の流出側領域及び流出側触媒層を含む流出側隔壁部のガス透過性が、隔壁の流入セル側触媒領域及び流入セル側触媒層を含む触媒配置隔壁部より高い。これにより、第１実施形態と同様に、圧力損失が大きくなるのを抑制でき、浄化性能を向上できる。なお、第１実施形態とは異なり、排ガスは流出側隔壁部を透過する際に流出側触媒層を透過するので、浄化性能を効果的に向上できる。
【００９４】
また、流出側触媒層の密度を流入セル側触媒層より小さくできるので触媒の費用を低減できる。さらに、流入セルに流入した排ガスの大半を、流入セル側触媒層より密度が小さい流出側触媒層が設けられている流出側隔壁部を透過させることができるので、排ガス中のＰＭを容易に隔壁の気孔内に捕集できる。
【００９５】
さらに、第２実施形態に係る排ガス浄化装置の中でも、第３例のように、隔壁の流出セル側に触媒層が設けられていない排ガス浄化装置では、第１実施形態と同様に、圧力損失を効果的に抑制できる。また、第４例のように、隔壁の流出セル側触媒領域における流出セル側に設けられている流出セル側触媒層をさらに備える排ガス浄化装置では、第１実施形態と同様に、浄化性能を効果的に向上できる。
【００９６】
続いて、第２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。
【００９７】
１．流出側触媒層
流出側触媒層は、前記隔壁の前記流出側領域における前記流入セル側の表面又は前記流入セル側の内部領域に設けられている。
【００９８】
ここで、「隔壁の流出側領域における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、隔壁の流出側領域における流入セル側の表面に接するように設けられていることを指す。「隔壁の流出側領域における流入セル側の内部領域に設けられている」とは、隔壁の流出側領域の内部において、流入セルに面する領域に設けられていることを指す。
【００９９】
以下、流出側触媒層について、第３例における流出側触媒層２２のように隔壁の流入セル側の表面に設けられている流出側触媒層と、第４例における流出側触媒層２２のように隔壁の流入セル側の内部領域に設けられている流出側触媒層とに分けて説明する。
【０１００】
ａ．隔壁の流入セル側の表面に設けられている流出側触媒層
流出側触媒層は、隔壁の流出側隔壁部のガス透過性が隔壁の触媒配置隔壁部より高くなるものであれば特に限定されないが、例えば、気孔率が流入セル側触媒層と同程度で流入セル側触媒層より薄いもの等が挙げられる。なお、気孔率が流入セル側触媒層と同程度で流入セル側触媒層より厚い流出側触媒層は、例えば、単位面積当たりのスラリーの供給量を少なくすることを除いて流入セル側触媒層と同一の条件で形成されたものであり、気孔率が流入セル側触媒層の気孔率の±１０％の範囲内のものである。
【０１０１】
流出側触媒層の厚さは、隔壁の流出側隔壁部のガス透過性が隔壁の触媒配置隔壁部より高くなるものであれば特に限定されないが、例えば、隔壁の厚さの５％以上の範囲が好ましい。厚さがこの範囲の下限以上であることにより、排ガスが隔壁と平行に流れる際に排ガス浄化作用を確保できるからである。
【０１０２】
流出側触媒層は、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。
【０１０３】
触媒金属粒子の材料及び平均粒径は、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
流出側触媒層の密度は、特に限定されないが、通常、流入セル側触媒層より低い。なお、「流出側触媒層の密度」とは、流出側触媒層の合計の質量を、流出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。
【０１０６】
流出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における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。
【０１０７】
スラリーは、流出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。
【０１０８】
スラリーを隔壁の流出側領域における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。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。
【０１０９】
ｂ．隔壁の流入セル側の内部領域に設けられている流出側触媒層
流出側触媒層は、隔壁の流出側隔壁部のガス透過性が隔壁の触媒配置隔壁部より高くなるものであれば特に限定されないが、例えば、隔壁内部の気孔を閉塞せずに隔壁内部の気孔を取り囲む表面に設けられたもの等が挙げられる。
【０１１０】
流出側触媒層の厚さは、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５０％以上１００％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、排ガスが隔壁を通過する際に触媒層と排ガスの接触頻度を確保できるからである。
【０１１１】
流出側触媒層は、触媒金属粒子と、触媒金属粒子を担持する担体とを含む。流出側触媒層は、例えば、触媒金属粒子を担持した触媒付担体が隔壁内部の気孔内に配置されることで構成されたものである。
【０１１２】
触媒金属粒子の材料及び平均粒径は、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。
【０１１３】
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。流出側触媒層の密度は、特に限定されないが、通常、流入セル側触媒層より低い。
【０１１４】
流出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における流入セル側の内部領域に供給した後に、乾燥し、焼成する方法が挙げられる。
【０１１５】
スラリーは、流出側触媒層に含まれる触媒金属粒子及び担体を含む点、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するように適宜調整してもよい点を除いて、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。
【０１１６】
スラリーを隔壁の流出側領域における流入セル側の内部領域に供給する方法は、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するように、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。
【０１１７】
２．その他
ハニカム基材及び流入セル側触媒層は、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。排ガス浄化装置は、特に限定されないが、第４例のように隔壁の流入側端に近い位置から流出側端までの流出セル側触媒領域における流出セル側の表面又は流出セル側の内部領域に設けられている流出セル側触媒層をさらに備えるものでもよい。流出セル側触媒層及び流出セル側触媒層をさらに備える排ガス浄化装置は、第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、排ガス浄化装置は、通常、第１実施形態と同様の封止部をさらに備える。
【実施例】
【０１１８】
以下、実施例及び参考例を挙げて、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。
【０１１９】
［実施例］
本実施形態に係る排ガス浄化装置における流入セル側触媒層の延伸方向の長さの圧力損失への影響を後述するシミュレーションにより評価するために、本実施形態に係る排ガス浄化装置の計算モデルを作製した。計算モデルの構成は、以下の通りである。
【０１２０】
ハニカム基材の形状：円筒形
ハニカム基材のサイズ：外径１２９ｍｍ×軸方向の長さ１５０ｍｍ
セル密度：１平方インチ当たり３００個
隔壁の厚さ：２００μｍ
封止部の延伸方向の長さ：隔壁の延伸方向の長さの４％
排ガス透過性：Ｆｒ部（触媒配置隔壁部）＝１Ｅ−１４，Ｒｒ部（流出側隔壁部）＝１Ｅ−１３
Ｉｎｌｅｔガス温度：３００Ｋ
ガス流量：７ｍ３／ｍｉｎ
【０１２１】
［流入セル側触媒層の延伸方向の長さの圧力損失への影響］
シミュレーションにより、実施例の計算モデルにおけるＦｒコートの長さ（隔壁の延伸方向の長さに対する流入セル側触媒層の延伸方向の長さ割合）の圧力損失への影響を評価した。シミュレーションの条件は以下の通りである。
【０１２２】
解析手法：排気後処理シミュレーション
使用ソフトウェア：Ｅｘｏｔｈｅｒｍｉａ社製Ａｘｉｓｕｉｔｅ
ｃｏｎｐｏｎｅｎｔｓ：Ａｘｉｔｒａｐ
【０１２３】
図６は、実施例の計算モデルにおけるＦｒコートの長さに対する圧力損失を示すグラフである。図６に示されるように、Ｆｒコートの長さ（隔壁の延伸方向の長さに対する流入セル側触媒層の延伸方向の長さ割合）が８０％より大きくなると、圧力損失の上昇感度が大きくなった。
【０１２４】
［参考例１−１］
図７（ａ）は、参考例１−１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。
【０１２５】
参考例１−１では、図７（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。
【０１２６】
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８０ｍｍのコージェライト製ハニカム基材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。ＧＰＦにおいて、流出セル１２Ｂの流入側端１２Ｂａのみが、封止部１６により封止されている。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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の流入セル側触媒領域における流入セル側の内部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の７／１０、厚さが隔壁の５０％、ロジウム（Ｒｈ）の基材の体積１Ｌ当たりの含有量が０．３ｇ／Ｌの流入セル側触媒層２０を形成した。
【０１２９】
次に、粉末状の担体にパラジウム（Ｐｄ）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。
【０１３０】
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の流出セル側触媒領域における流出セル側の内部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の７／１０、厚さが隔壁の５０％、パラジウム（Ｐｄ）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。この際、流入セル側触媒層２０の密度＞流出セル側触媒層３０の密度となるように流出セル側触媒層３０を形成する。以上により、排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３１】
［参考例１−２］
軸方向の長さが１２２ｍｍであるハニカム基材１０を準備した点を除いて、参考例１−１と同一の排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３２】
［参考例１−３］
軸方向の長さが１５０ｍｍであるハニカム基材１０を準備した点を除いて、参考例１−１と同一の排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３３】
［参考例２−１］
図７（ｂ）は、参考例２−１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。
【０１３４】
参考例２−１では、図７（ｂ）に示されるように、流出セル１２Ｂの流入側端１２Ｂａ及び流入セル１２Ａの流出側端１２Ａｂの両方が封止部１６により封止されている点を除いて、参考例１−１と同一の排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３５】
［参考例２−２］
軸方向の長さが１２２ｍｍであるハニカム基材１０を準備した点を除いて、参考例２−１と同一の排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３６】
［参考例２−３］
軸方向の長さが１５０ｍｍであるハニカム基材１０を準備した点を除いて、参考例２−１と同一の排ガス浄化装置の試験体１Ｓを作製した。
【０１３７】
［排ガス浄化装置の浄化性能の比較］
各参考例の排ガス浄化装置の試験体１Ｓをモデルガス評価設備に設置し、排ガスの各入りガス温度でのＮＯｘ浄化率を求めた。具体的には、排ガスを、入りガス温度を１５０℃から２０℃／ｍｉｎの昇温速度で上昇させながら８０Ｌ／ｍｉｎの流速で流入側端面１０Ｓａから流入させ流出側端面１０Ｓｂから外部に流出させた時に、各入りガス温度での入りガスのＮＯｘ濃度設定値と出側のＮＯｘ濃度を測定値から、ＮＯｘ浄化率を求めた。
【０１３８】
図８（ａ）は、参考例１−１〜１−３の排ガス浄化装置における各入りガス温度でのＮＯｘ浄化率を示すグラフである。一方、図８（ｂ）は、参考例２−１〜２−３の排ガス浄化装置における各入りガス温度でのＮＯｘ浄化率を示すグラフである。
【０１３９】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、例えば、入りガス温度が２５０℃では、参考例１−１〜１−３におけるＮＯｘ浄化率は、それぞれ参考例２−１〜２−３より高くなった。他の入りガス温度でも同様であった。これは、参考例１−１〜１−３の試験体１Ｓでは、図７（ａ）における矢印で示されるように、流入セル１２Ａに流入した排ガスは、ほぼ全てが流出側端１２Ａｂまで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れたのに対し、参考例２−１〜２−３の試験体１Ｓでは、図７（ｂ）における矢印で示されるように、流入セル１２Ａに流入した排ガスは、一部が流入セル側触媒層２０が配置されていない流出側隔壁部まで流入セル側触媒層２０に接触しながら流れた後に、流出側隔壁部を透過することで流出セル１２Ｂに流入し、他の一部が流出セル側触媒層３０が配置されていない流入側隔壁部を透過することで流出セル１２Ｂに流入した後に、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たためと考えられる。
【０１４０】
［排ガス浄化装置における排ガスの隔壁の表面及び内部における反応時間］
図９は、排ガス浄化装置における排ガスの隔壁の表面及び内部における反応時間を調査する試験装置を模式的に示す図である。
【０１４１】
試験装置は、円筒状の枠部と枠部の内側の空間をハニカム状に仕切る隔壁とが一体形成された軸方向の長さが１２２ｍｍのコージェライト製ハニカム基材と、延伸方向の長さが４ｍｍの封止部とを備え、触媒がコートされていないＧＰＦに触媒付き熱電対を設置したものである。試験装置において、流出セルの流入側端及び流入セルの流出側端の両方が封止部により封止されている。触媒付き熱電対は、流入セル及び流出セルにおける流入側端から延伸方向にそれぞれ１９ｍｍ、４７ｍｍ、７５ｍｍ、及び１０３ｍｍ離れた各位置に設置されている。
【０１４２】
排ガスの隔壁の表面及び内部における反応時間を調査するために、図９に示される試験装置において、排ガスを４００℃の入りガス温度で３０ｇ／ｓの流量で流入側端面から流入させ流出側端面から外部に流出させた時において、排ガスが流入を開始してから流入セル及び流出セルに設置した各触媒付き熱電対が発熱を開始するまでの時間（以下、「発熱開始時間」と略す。）を測定した。図１０は、図９に示される試験装置における流入セル及び流出セルに設置した各触媒付き熱電対の発熱開始時間を示したグラフである。
【０１４３】
図１０に示される各触媒付き熱電対の発熱開始時間からわかるように、排ガスの隔壁の表面における反応時間に相当する時間（排ガスが流入セル（流出セル）における流入側端から流出端側まで移動する時間）は約０．１ｓｅｃとなった。これに対し、排ガスの隔壁の内部における反応時間に相当する時間（流入セルに流入した排ガスが隔壁を透過することで流出セルに流入するのに要する時間）はずっと短く、１／１０程度になった。
【０１４４】
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、前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】
【０１４５】
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
１４ｙ        隔壁の流入側端に近い位置
１４ｂ        隔壁の流出側端
１４ｘ        隔壁の流出側端に近い位置
１４Ｘａ      隔壁の流入セル側触媒領域
１４Ｘｂ      隔壁の流出側領域
１４Ｙａ      隔壁の流入側領域
１４Ｙｂ      隔壁の流出セル側触媒領域
１４ＳＡ      隔壁の流入セル側の表面
１４ＮＡ      隔壁の流入セル側の内部領域
１４ＳＢ      隔壁の流出セル側の表面
１４ＮＢ      隔壁の流出セル側の内部領域
１６          封止部
２０          流入セル側触媒層
２２          流出側触媒層
３０          流出セル側触媒層
【図１】
2020193569.tif 000003
【図２】
2020193569.tif 000004
【図３】
2020193569.tif 000005
【図４】
2020193569.tif 000006
【図５】
2020193569.tif 000007
【図６】
2020193569.tif 000008
【図７】
2020193569.tif 000009
【図８】
2020193569.tif 000010
【図９】
2020193569.tif 000011
【図１０】
2020193569.tif 000012