(57)【要約】本発明は内部で熱交換を行う触媒装置、特に、触媒により転換可能な排気中の一定量の不燃焼ガス成分が存在する内燃機関を具備した車両や定置機関に使用できる触媒装置に関する。本発明により触媒の最大温度は入口の温度に拘わらず常にほぼ一定となる。これにより、触媒は極めて具体的な温度で働くように設計でき、一面で不燃焼成分の良好かつ安全な焼尽を保証し、一面で触媒材料の費用を節約することができる。排ガスは、相互の内部熱交換を行う少なくとも３つの通路部分により触媒（１）中に案内される。主反応通路部分（３）に１種類以上の触媒材料（４）が存在し、ここでガスが反応でき、またガスは後続の主伝熱通路部分の通路（５）と熱交換を行う。特別に設計すれば、熱交換器はより有効となり、触媒の化学反応はより緩やかに、また逆も同様となる。したがって、触媒装置はそれ自身でそれ自身を適正な温度用にセットし、全ての反応を正確に触媒装置で完了させることができる。
2005528552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼材料等の化学反応手段を含む、一定の最少量を超える流体量を触媒装置において処理する方法において、前記方法は、
前記流体量を入口を介して触媒装置に進入させるステップと、
前記流体量を前記触媒装置の少なくとも３つの通路部分を通して給送するステップであって、少なくとも１つの通路部分が１種類以上の触媒材料を含み、触媒材料が前記燃焼材料と反応する、及び／または前記燃焼材料の反応を強化するステップと、
前記少なくとも３つの通路部分の前記流体量を、前記触媒装置の前記部分間での内部熱交換により加熱または冷却するステップと、
処理した流体量を出口を介して触媒装置から放出するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、主反応通路部分は主伝熱通路部分と熱交換し、また主反応通路部分は１以上の先行する入口通路部分及び／または１以上の後続の出口通路部分と熱交換することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の方法において、流体量は後続の通路部分を介して向流式に給送されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法において、触媒装置には直接または間接的にさらなる燃焼材料が加えられることを特徴とする方法。
【請求項５】
燃焼材料等の化学反応手段を含む、一定の最少量を超える流体量を処理する触媒装置（１）において、前記装置は前記流体量のための少なくとも１つの入口と出口とを含む容器（ｃ）を備える装置であって、
前記容器はさらに、互いに接続された少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）を備え、
前記通路部分（３、５、１１、２２）の少なくとも１つの部分（３）は１種類以上の触媒材料（４）を含み、
前記通路部分（３、５、１１、２２）の配置は、通路部分（３、５、１１、２２）間の相互熱交換を行う少なくとも１つの内部熱交換器（ｈ）を構成することを特徴とする触媒装置。
【請求項６】
請求項５に記載の触媒装置（１）において、前記触媒装置は３つの通路部分（３、５、１１、２２）を備えることを特徴とする触媒装置。
【請求項７】
請求項５あるいは６に記載の触媒装置（１）において、前記１以上の入口通路部分（１１）は、前記主反応通路部分（３）の上に、その部分に沿ってまたはその外側に例えば前記部分を囲繞して位置することを特徴とする触媒装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記１以上の出口通路部分（２２）は、前記主反応通路部分（３）の上に、その部分に沿ってまたはその外側に例えば前記部分を囲繞して位置することを特徴とする触媒装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は、前記主伝熱通路部分（５）の上に、その部分に沿ってまたはその外側に例えば前記部分を囲繞して位置することを特徴とする触媒装置。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記少なくとも３つの通路部分の少なくとも１つ、例えば前記主伝熱通路部分（５）、は１以上のほぼ平行な管を具備することを特徴とする触媒装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の触媒装置（１）において、前記主伝熱通路部分（５）は前記主反応通路部分（３）に多数の管として組み入れられることを特徴とする触媒装置。
【請求項１２】
請求項１０あるいは１１に記載の触媒装置（１）において、前記管の数は２０と１０００の間、好ましくは５０と２５０の間であることを特徴とする触媒装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記管は三角、四角や同様の模様などの対称模様、もしくは不揃いの模様を形成することを特徴とする触媒装置。
【請求項１４】
請求項１０乃至１３のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記管は、１以上の担持体手段（１７−に２１）に被着した触媒材料（４）により囲繞されることを特徴とする触媒装置。
【請求項１５】
請求項５乃至１４のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記管は円、楕円、三角、四辺や同様の規則的または不規則な断面形状をなすことを特徴とする触媒装置。
【請求項１６】
請求項５乃至１５のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記３つの通路部分の少なくとも１つ、例えば前記主伝熱通路部分（５）は、１以上の薄層板を含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の触媒装置（１）において、前記１以上の薄層板は非円形の導管、例えば三角形、四辺形、これらの組合せや同様の形状でつくられる断面形状をもつ導管、を形成することを特徴とする触媒装置。
【請求項１８】
請求項１６あるいは１７に記載の触媒装置（１）において、前記１以上の薄層板の表面のくぼみは、縦や斜めの模様を形成することを特徴とする触媒装置。
【請求項１９】
請求項５乃至１８のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料（４）は、前記少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）の少なくとも１つにある１以上の担持体手段（１７−２１）に被着することを特徴とする触媒装置。
【請求項２０】
請求項１４乃至１９のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記１以上の担持体手段（１７−２１）は金属、セラミック、ガラス、その他耐熱材料、並びに言及した材料の組合せで作られることを特徴とする触媒装置。
【請求項２１】
請求項１４乃至２０のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記１以上の担持体手段（１８）は少なくとも１つの形、例えば球、円筒、四角、の各形状並びにサドル、リングの規則的または不規則な形を含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記１以上の担持体手段（１７−２１）は、１つの前記通路部分を横断する各層（Ｌ）に多数の規則的または不規則なボール（１８）を含み、各層は２つの隣接する管の間で直角に位置し、各前記層は２乃至６のボール、例えば２乃至４、好ましくは２と３の間のボールを具備することを特徴とする触媒装置。
【請求項２３】
請求項１４乃至２２のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記１以上の担持体手段（１７−２１）は、モノリス（１９、２１）または繊維（１７、２０）を含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料の被着物である前記繊維（１７、２０）は、１以上の前記通路部分を部分的または全体的に満たす絡まった繊維の束を形成することを特徴とする触媒装置。
【請求項２５】
請求項２３あるいは２４に記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料（４）の被着物である前記モノリス（１９、２１）または繊維（１７、２０）は、１以上の前記通路部分内に縦方向のモノリスまたは繊維を形成することを特徴とする触媒装置。
【請求項２６】
請求項５乃至２５のいずれかに記載の触媒装置（１）において、少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）の前記主反応通路部分（３）は、前記担持体手段（１７−２１）の被着物である１種類以上の前記触媒材料（４）を含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項２７】
請求項５乃至２６のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）の前記１以上の入口及び／または出口通路部分（１１、２２）は、前記担持体手段（１７−２１）の被着物である１種類以上の前記触媒材料（４）を含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項２８】
請求項５乃至２７のいずれかに記載の触媒装置（１）において、１以上の前記少なくとも３つの通路部分は、ウォールフローフィルター（２１）、繊維（１７、２０）、ボール（１８）及び／またはモノリス（１９）を含む結合した担持体手段を具備し、例えば通路部分の１／３はウォールフローフィルター、通路部分の残りは繊維、ボールやモノリスとされることを特徴とする触媒装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の触媒装置（１）において、前記結合した担持体手段は、１以上の前記少なくとも３つの通路中に互いに連続して位置することを特徴とする触媒装置。
【請求項３０】
請求項５乃至２９のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料（４）には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｌ）、ロジウム（Ｒｈ）などの白金族の金属や合金、もしくはこれらの組合せを含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項３１】
請求項５乃至３０のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料には、金属酸化物、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、クローム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、並びにロジウム（Ｒｈ）の各酸化物、もしくはこれらの組合せを含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項３２】
請求項３０あるいは３１に記載の触媒装置（１）において、前記触媒材料（４）には、白金族の金属や合金と金属酸化物との組合せを含むことを特徴とする触媒装置。
【請求項３３】
請求項５乃至３２のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は、前記少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）の前記主伝熱通路部分（５）と熱交換することを特徴とする触媒装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は前記主伝熱通路部分（５）と向流式に熱交換することを特徴とする触媒装置。
【請求項３５】
請求項５乃至３４のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は、前記１以上の先行する入口及び／または後続の出口通路部分（１１、２２）と熱交換することを特徴とする触媒装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は、前記１以上の入口通路部分（１１）と向流式に熱交換することを特徴とする触媒装置。
【請求項３７】
請求項３５に記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）は、前記１以上の出口通路部分と向流式に熱交換することを特徴とする触媒装置。
【請求項３８】
請求項５乃至３７のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記装置は、前記少なくとも３つの通路部分（３、５、１１、２２）間に少なくとも１つの絶縁層（１２）を具備することを特徴とする触媒装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の触媒装置（１）において、前記少なくとも１つの絶縁層（１２）は、前記主反応通路部分（３）と前記１以上の入口通路部分（１１）との間に位置することを特徴とする触媒装置。
【請求項４０】
請求項５乃至３９のいずれかに記載の触媒装置（１）において、前記主反応通路部分（３）の断面積は、前記主伝熱通路部分（５）の断面積の０．５倍と１００倍の間、例えば１０倍と２５倍の間、好ましくはおよそ２０倍であり、前記主伝熱通路部分（５）及び／または前記入口もしくは出口通路部分（１１、２２）の断面積は、上記断面積の０．５倍と１００倍の間であることを特徴とする触媒装置。
【請求項４１】
請求項５乃至４０のいずれかに記載の触媒装置（１）において、主伝熱通路部分（５）の断面積は、触媒装置の入口（２）の断面積の０．５倍と１０倍の間、例えば１．５倍と２．５倍の間、好ましくはおよそ２倍であり、前記入口の管（２）は、接続された内燃機関の排出管であることを特徴とする触媒装置。
【請求項４２】
請求項５乃至４１のいずれかに記載の触媒装置（１）において、少なくとも１つの前記通路部分（３、５、１１、２２）は、多数の多孔性壁面（１６）を持つ１以上のウォールフローフィルター（２１）を具備し、流体量（１５）をして壁面に貫通させることを特徴とする触媒装置。
【請求項４３】
請求項５乃至４２のいずれかに記載の触媒装置（１）において、装置には、例えば燃料タンクと燃料供給手段（Ｓ１）とに接続した燃料ライン（Ｓ４）を介して、もしくはさらなる燃焼材料を流体量に加えることにより、さらなる燃焼材料が加えられることを特徴とする触媒装置。
【請求項４４】
請求項１乃至４に記載の、燃焼材料等の化学反応手段を含む一定の最少量を超えた流体量を触媒装置において処理する方法を用いて、内燃機関からの排ガスを浄化する方法。
【請求項４５】
請求項１乃至４に記載の、燃焼材料等の化学反応手段を含む一定の最少量を超えた流体量を触媒装置において処理する方法を用いて、発熱や吸熱の化学反応と関連する温度の調整や制御を産業上の化学的応用により行う方法。
【請求項４６】
請求項１乃至４に記載の、燃焼材料等の化学反応手段を含む一定の最少量を超えた流体量を触媒装置において処理する方法を用いて、燃料電池の、または燃料電池に関連する温度の調整や制御を行う方法。
【請求項４７】
請求項５乃至４３のいずれかに記載の触媒装置を、車両の燃焼機関、例えばガソリン、ディーゼル、天然ガス、携帯用圧縮ガス、もしくは同様の燃料により作動する機関、と関連して使用する方法。
【請求項４８】
請求項５乃至４３のいずれかに記載の触媒装置を、熱と動力との結合装置などの動力装置における定置燃焼機関、例えばガソリン、ディーゼル、天然ガス、携帯用圧縮ガス、もしくは同様の燃料により作動する機関、と関連して使用する方法。
【請求項４９】
請求項５乃至４３のいずれかに記載の触媒装置を、発熱や吸熱の化学反応と関連して産業上の化学的応用により使用する方法。
【請求項５０】
請求項５乃至４３のいずれかに記載の触媒装置を、燃料電池の、または燃料電池
に関連する温度の調整や制御に使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼材料等の化学反応手段を含む流体量を処理する方法、並びに請求項５の前文に記載の触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排ガスを浄化するための周知の触媒の大部分は、内部での熱交換を組み込んでいない。このことは、触媒の最大温度は前記触媒の入口の温度により決まることを意味する。燃焼による不燃焼ガスの成分が、例えば触媒の温度を２００℃だけ上げることができれば、３００℃の入口の温度は５００℃の最大温度となり、４００℃の入口の温度は６００℃の最大温度となる。ところが、２００℃の入口の温度は必ずしも４００℃の最大温度とはならない。なぜなら、その時の温度は反応が起るには低すぎて触媒が全体的にまたは一部で不活性になるからである。
【０００３】
一方、米国特許第６，２０７，１１６号など先行の特許文献で、内部での熱交換を行う触媒が提案されている。この米国特許は、触媒材料で被覆されたつづら折りの金属板を具備する触媒を開示している。つづら折りの金属板は容器に定置されている。容器はガスの入口と出口とを備え、ガスは入口を通って容器に進入する。次にガスは金属板の一方の側面に沿って給送され、続いて他方の側面に沿って折り返され出口を通って触媒を出て行く。熱の交換はガスの流動中に金属板の一方の側面から他方の側面へ行われる。例えば折り返したガスは触媒に丁度進入したガスを加熱する。ところが、加熱時間中に触媒内での十分で安定した温度状態を達成するには熱の交換が十分ではないため、触媒は容器の両端部に温度調整手段を備えている。温度調節手段は、例えば触媒の外に位置する電源に接続した電気コイルでもよいが、電気エネルギーを使用する不利がある。さらに、電気コイルの接続は、価格と複雑さと余計なコイル並びに結線とで大いに不利である。
【特許文献１】米国特許第６，２０７，１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記の不都合を避けた触媒装置、特に、好ましい安定した温度状態を有しながらも外部補充の温度調整手段を使用しない触媒装置を確立することにある。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、極めて具体的かつ一定の温度を得るために自己調整を行う触媒装置を確立することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃焼材料等の化学反応手段を含む、一定の最小量を超える流体量を触媒装置で処理する方法に関し、方法は以下のステップを含む。すなわち、
前記流体量を入口を介して触媒装置に進入させるステップ、
前記流体量を前記触媒装置の少なくとも３つの通路部分を通して給送するステップであって、少なくとも１つの通路部分は１種類以上の触媒材料を含み、触媒材料が前記燃焼材料と反応する、及び／または前記材料の反応を強化するステップ、
前記少なくとも３つの通路部分の流体量を、前記触媒装置の前記部分間での内部熱交換により加熱または冷却するステップ、及び
処理した流体量を触媒装置から出口を介して放出するステップ。
これにより、従来技術の触媒の不都合が回避される。
【０００７】
さらに本発明により、入口の一定の最低温度と燃焼材料の最小量とを想定するだけで、入口の温度に拘わらず触媒装置の最大温度を常にほぼ一定にすることができる。この結果、触媒装置は極めて具体的な温度、例えば６００℃で働くように設計できる。これにより一面で不燃焼成分の良好かつ安全な焼尽を保証することができ、また一面で、一定の温度用に設計された触媒は大温度領域に亘って作用しなければならない触媒の材料より少費用の材料で製造できるため、触媒材料の費用を節約することができる。
この方法は、一定最小量を超える燃焼材料等の化学反応手段を含むあらゆるガス、空気、液体の量などの任意の流体の浄化に使用できる。
【０００８】
「触媒材料」という用語は、燃焼材料と反応する、及び／または燃焼材料の反応を強化する、例えば燃焼材料と反応せずに触媒材料としてプロセスを早める材料、と解すべきであることは強調しなければならない。
【０００９】
本発明の態様では、主反応通路部分は主伝熱通路部分と熱交換し、また主反応通路部分は、１以上の先行する入口通路部分及び／または１以上の後続の出口通路部分と熱交換を行う。これにより、全体の触媒装置を相当迅速に加熱することができる。
【００１０】
本発明のさらなる態様では、流体量は後続の通路部分を通って向流式に給送される。これにより入口の温度が比較的低くても高い最大温度が達成できる。
【００１１】
本発明の別の態様では、触媒装置には直接または間接的にさらなる燃焼材料が加えられる。これにより少量の追加燃料でも温度を上げることができ、触媒装置はより安定し、装置の材料は節約される。例えば装置は小型化できるがなお有効である。
【００１２】
本発明はさらに、前記容器が、相互に接続した少なくとも３つの通路部分を具備し、前記通路部分の少なくとも１つの部分が１種類以上の触媒材料を含み、また前記通路部分の配置が、部分間で相互に熱交換を行う少なくとも１つの内部熱交換器を構成する触媒装置に関する。
【００１３】
触媒装置は、一定最小量超の燃焼材料等の化学反応手段を含むあらゆるガス、空気、液体の量などの任意の流体の浄化に使用できる。本発明はさらに燃料電池技術の中で、また発熱や吸熱反応の起る化学産業において使用の可能性がある。
【００１４】
さらに、触媒は極めて特定の温度で働くように設計できるから、一面で不燃焼成分の良好で安全な焼尽を保証でき、一面で触媒材料の費用を節約できる。
本発明の態様では、前記触媒装置は３つの通路部分を具備する。これにより装置の価格とサイズと効率との間に有利な関係が達成される。
【００１５】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の入口通路部分は前記主反応通路部分の上に、この部分に沿って、またはこの部分の外側に、例えば前記部分を囲繞することにより配置される。これにより入口の流体の、反応通路部分に進入する前の有利な予熱が達成される。
【００１６】
本発明の別の態様では、前記１以上の出口通路部分は前記主反応通路部分の上に、この部分に沿って、またはこの部分の外側に例えば前記部分を囲繞することにより配置される。これにより、一部の主反応通路部分の流体を出口通路部分の流体により予熱することができる。
【００１７】
本発明の別の態様では、前記主反応通路部分は前記主伝熱通路部分の上に、この部分に沿って、またはこの部分の外側に例えば前記部分を囲繞することにより配置される。これにより、本発明の好ましい有利な実施形態を達成することができる。
【００１８】
本発明の別の態様では、前記少なくとも３つの通路部分の少なくとも１つ、例えば前記主伝熱通路部分は１以上のほぼ平行な管を具備する。
本発明の別の態様では、前記主伝熱通路部分は多数の管として前記主反応通路部分に組み入れられる。これにより、部分間で強化された熱交換を行う極めてコンパクトな装置が達成される。
【００１９】
本発明の別の態様では、前記管の数は２０と１０００の間、好ましくは５０と２５０の間である。これにより、部分間での好ましく強化された熱交換が達成される。
本発明の別の態様では、前記管は対称模様、例えば三角、四角や類似の模様、もしくは不定形模様を構成する。これにより熱交換と流れ抵抗との間の好ましい関係が達成される。
【００２０】
本発明の別の態様では、前記管は１以上の担持体手段に被着した触媒材料で囲繞される。管を囲繞することにより、担持体材料を含む部分の通路から管までの好ましい均質の熱交換が達成される。
【００２１】
本発明の別の態様では、前記管は円、楕円、三角、四辺、もしくは同様の規則的または不規則な断面形状を成す。形状により、形状と流動抵抗と製造費との好ましい関係が達成される。
【００２２】
本発明のさらなる態様では、前記３つの通路部分の少なくとも１つ、例えば前記主伝熱通路部分（５） は１以上の薄層板を具備する。
本発明のさらなる態様では、前記１以上の薄層板は非円形の導管、例えば三角形、四辺形、これらの組合せ、もしくは同様の形状によりできる断面形状の導管を形成する。
【００２３】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の薄層板の表面のくぼみは、縦の、または斜めの模様を形成する。
本発明のさらなる態様では、前記触媒材料は、前記少なくとも３つの通路部分の少なくとも１つにある１以上の担持体手段に被着する。担持体手段への材料の被着は適応性を強化した。なぜなら担持体手段の形状と表面とは関連の用途に合わせて、例えば大表面、低い圧力降下、高い熱伝達、小型の触媒装置などを達成するように設計できるからである。さらに、当の用途に適した装置中により表面領域と圧力降下とを適合させることができる。
【００２４】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の担持体手段は金属、セラミック、ガラス、その他耐熱材料、並びに言及した材料の組合せで作られる。これにより、亀裂を起こしたり破断したりせずに長時間触媒装置の高温に耐えることのできる材料が確立される。さらに、当の用途に対して正に最適の材料を見つけることができる。
【００２５】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の担持体手段は少なくとも１つの形状、例えば球、円筒、四角の形状、並びにサドル、リング、規則的または不規則な形状を含む。これにより当の用途に適した装置により表面領域と圧力降下とを適合させることができる。
【００２６】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の担持体手段は、前記通路部分の１つを横断する各層に多くの規則的または不規則なボールを含む。各層は２つの隣接する管の間に直角に位置し、各前記層は２乃至６のボール、例えば２乃至４、好ましくは２と３の間を備える。これにより装置を介して低い圧力降下を達成することができる。
【００２７】
本発明のさらなる態様では、前記１以上の担持体手段はモノリスまたは繊維を含む。これにより通路部分中の大きな圧力降下を起こさずに、大表面を達成することができる。
【００２８】
本発明のさらなる態様では、前記触媒材料の被着物である前記繊維は、１以上の前記通路部分を部分的または全体的に満たす絡まった繊維の束を形成する。これにより極めて大きな表面を持つ価格効果のある触媒材料を創造することができる。さらに、材料は部分の通路に簡単に充填される。
【００２９】
本発明のさらなる態様では、前記触媒材料の被着物である前記モノリスまたは繊維は、１以上の前記通路部分の内部に縦方向のモノリスまたは繊維を形成する。これによりモノリスまたは繊維の配向のため装置中の圧力降下を低減できる。
【００３０】
本発明のまたさらなる態様では、前記少なくとも３つの通路部分の前記主反応通路部分は、前記担持体手段の被着物である１種類以上の前記触媒材料を含む。
本発明のまたさらなる態様では、前記少なくとも３つの通路部分の前記１以上の入口及び／または出口通路部分は、前記担持体手段の被着物である１種類以上の前記触媒材料を含む。
【００３１】
本発明のまたさらなる態様では、１以上の前記少なくとも３つの通路部分は、ウォールフローフィルター（wall flow filter）、繊維、ボール及び／またはモノリスを含む結合した担持体手段を具備し、例えば通路部分の１／３はウォールフローフィルター、残りを繊維、ボールまたはモノリスとされる。
【００３２】
本発明のまたさらなる態様では、前記結合した担持体手段は、１以上の前記少なくとも３つの通路中に互いに連続して位置する。これにより全タイプの担持体手段の利点を持つ強化された装置を確立することができる。
【００３３】
本発明のまたさらなる態様では、前記触媒材料には、金属や、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｌ）、ロジウム（Ｒｈ）などの白金族の合金、もしくはこれらの組合せを含む。これにより、内燃機関からの排ガス等の流体に対して最適の浄化能力を持つ触媒装置を創造することができる。
【００３４】
本発明のまたさらなる態様では、前記触媒材料には金属酸化物、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、クローム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、及びロジウム（Ｒｈ）の各酸化物、もしくはこれらの組合せを含む。金属酸化物を触媒材料として使用することで、より価格効果のある触媒装置を創造できる。
【００３５】
本発明のまたさらなる態様では、前記触媒材料には、金属や白金族の合金と金属酸化物との組合せを含む。この結果、両材料種の利点を用いて触媒材料の性能と特性とを最適化することができる。
【００３６】
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分は、前記少なくとも３つの通路部分の前記主伝熱通路部分と熱交換する。
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分は、前記主伝熱通路部分と向流式に熱交換する。
【００３７】
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分は、前記１以上の先行する入口及び／または後続の出口通路部分と熱交換する。
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分は、前記１以上の入口通路部分と向流式に熱交換する。
【００３８】
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分は、前記１以上の出口通路部分と向流式に熱交換する。
本発明のまたさらなる態様では、前記装置は前記少なくとも３つの通路部分間に少なくとも１つの絶縁層を具備する。これにより、通路部分間の熱交換を低減または制御できる。
【００３９】
本発明のまたさらなる態様では、前記少なくとも１つの絶縁層は、前記主反応通路部分と前記１以上の入口通路部分との間に位置する。これにより、好ましい通路部分での流体の流れの間の熱交換を低減または制御できる。
【００４０】
本発明のまたさらなる態様では、前記主反応通路部分の断面積は、前記主伝熱通路部分の断面積の０．５倍と１００倍の間、例えば１０倍と２５倍の間、好ましくはおよそ２０倍であり、前記主伝熱通路部分及び／または前記入口または出口通路部分の断面積は、上記断面積の０．５倍と１００倍の間である。これにより通路部分間の有利な関係が達成される。
【００４１】
断面積は各部分の全ての流れ領域、例えば主伝熱通路部分の全ての管の領域であることは強調すべきである。
本発明のまたさらなる態様では、主伝熱通路部分の断面積は、触媒装置の入口の断面積の０．５倍と１０倍の間、例えば１．５倍乃至２．５倍、好ましくはおよそ２倍であり、前記入口の管は連結された内燃機関の排出管とされる。これにより本発明の有利な実施形態が達成される。
【００４２】
本発明のまたさらなる態様では、少なくとも１つの前記通路部分は、多数の多孔質の壁面を持つ１以上のウォールフローフィルターを具備し、流体量をして壁面を貫通させる。これにより本発明の有利な実施形態が達成される。
【００４３】
本発明のまたさらなる態様では、装置には、例えば燃料ラインを介して燃料タンクと燃料供給手段とに、もしくは流体量にさらなる燃焼材料を加えることにより、さらなる燃焼材料が加えられる。これにより、例えば触媒装置内部の温度を上げることで装置のプロセスを制御し最適化することができる。
【００４４】
本発明の別の態様は、触媒装置を、特に熱交換をより有効にし、触媒の化学反応をより緩やかに、また逆も同様にする。したがって、触媒装置はそれ自身でそれ自身を適正な温度用にセットするから、全ての反応は正確に触媒装置で完了させることができる。
以下図面を参照しながら本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は本発明の触媒装置を含む応用例を図式的に示している。
この応用例は燃焼及び燃料供給手段Ｓ１、Ｓ２を含み、燃料供給手段Ｓ１は燃焼燃料を燃焼手段Ｓ２へ供給する。燃焼手段での燃焼後、燃焼の排ガスは内部で熱交換を行う触媒装置へ給送される。内部で熱交換する触媒装置は復熱触媒装置と名付けることもできる。
【００４６】
触媒装置は特に、ガソリン、ディーゼル、天然ガス、携帯用圧縮ガス、または同様の燃料により作動する機関等の内燃機関を有する車両に使用できる。燃焼機関Ｓ２は、燃料を揚送する燃料ポンプＳ１により燃料を燃料タンクまたは容器から供給される。
【００４７】
触媒装置のさらなる使用は、動力装置での燃焼機関、例えばガソリン、ディーゼル、天然ガス、携帯用圧縮ガス、または同様の燃料を使用する熱と動力との結合装置等の定置機関と関連づけることができる。
【００４８】
燃焼手段の排ガスは、触媒装置において転換可能な一定量の不燃焼ガス成分を含む。触媒装置は燃焼機関からの不燃焼炭化水素（ＵＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（ＮＯｘ）及び／または粒子を転換するように設計できる。
【００４９】
装置のさらなる使用は化学産業において可能である。発熱プロセスがプロセスを有効にするためにプロセス以前に外からの加熱を必要とするときに、本発明の装置をこのプロセス、例えば燃料転換プロセスに使用してエネルギーを節約できる。
【００５０】
装置の他の使用は燃料電池技術と関連づけることができる。燃料電池の発熱プロセスにおいて、またはプロセス以前に外からの加熱を必要とする燃料電池と関連して、本発明の装置は温度の事実上の内部での制御に用いることができる。
【００５１】
図２は触媒１の縦方向の断面を示している。ガスは入口２から触媒材料４（綾目領域として図示）を備えた第１の通路３へ進入し、反応すると同時に出口室７と出口８との前方の熱交換表面６を介して最後の通路５と熱交換を行う。
【００５２】
入口及び／または出口は１以上のさらなる通路部分に接続でき、少なくとも３つの通路部分を成立させる。
最大温度はガスが第１の通路部分３から第２の通路部分５に転向する転向室９で得ることができる。転向室９の温度はガスが通路部分３での反応を完了したときのガスの温度となる。通路部分３内の温度が高いとガスはこの通路の始端部で反応し、第２の通路部分５と第１の通路部分３のガスの間の熱交換は最小となる。
【００５３】
第１の通路部分３内の温度が低いと、ガスはこの通路部分の出口近傍で反応する。第２の通路部分５と通路部分３のガスの間の温度差は、こうして熱交換器の全体の長さを通して大きくなり、熱の交換は最大となる。これにより通路部分３のガスは通路部分５のガスにより加熱され、通路部分３の端部で反応する。
通路部分の一部である壁面と熱交換器とは、金属や合金など熱伝導率のよい材料、例えば鋼やアルミニウムで作るのがよい。
【００５４】
図３に本発明の触媒装置の好ましい実施形態を示す。入口管２からのガスは、熱交換器ｈを構成する少なくとも３つの通路部分を備えた容器ｃに進入する。入口でガスは入口室１０に接した後、触媒装置１の入口通路部分１１に分配される。反応の条件が合えば第１の反応が始まり、場合によってはこの通路部分１１で完了する。然るのち、残りの通路部分３及び５、主反応通路部分と主伝熱通路部分は同じ最大温度を得る。入口室１０内の温度が低ければ、ガスの反応は主反応通路部分３に移り、残りの触媒装置は爾後、図２に関して上述した働きをする。
【００５５】
通路部分は互いに上に配置された４つの管として示されている。しかしながら、管の数は通常２０と１０００の間、好ましくは５０と２５０の間であることは強調すべきである。管は不揃いにあるいは１以上の模様により配置できる。これについては以下に例えば図４と関連してさらに説明する。
【００５６】
ガスは、相互に内部熱交換を行う少なくとも３つの通路部分により触媒装置中を案内される。第２の通路である主反応通路部分には１種類以上の触媒材料４（図２と同じ綾目領域で図示）が存在し、ここでガスは反応でき、またガスは後続の主伝熱通路部分と熱交換を行う。これにより触媒装置に仕組まれた内部での熱交換が獲得される。このことは触媒装置と熱交換器ｈとは完全に一体であることを意味する。
【００５７】
本発明によれば、ガスの出口での温度はやはり従来の触媒と同じでよい。しかしながら、内部での熱交換により、好ましくは主反応通路部分と主伝熱通路部分との間の転向室において温度は最大に達する。特別に設計すれば熱交換はより有効となり、触媒の化学反応はより緩やかに、また逆も同様となる。これにより、特に主反応通路部分と主伝熱通路部分との間の転向室においてほぼ一定の温度が保証される。一定温度は触媒装置の出口の温度より高くしてもよい。
【００５８】
化学反応が早い場合、全ての反応は主反応通路部分の触媒材料の第１の部分で完了するから、熱交換器は殆ど活動しない。
化学反応が遅い場合、化学反応は主反応通路部分の触媒材料の最後の部分で起るから、熱交換器は特に活動的になる。
【００５９】
触媒装置はそれ自身で自身を適正な温度用にセットするから、全ての反応は正確に触媒装置で完了させることができ、温度はそれ以上高くはならない。触媒装置はしたがって、通常転向室９において生じる殆ど一定の最大温度により自己調整を行う。
【００６０】
さらにこの実施形態では、入口と主伝熱通路部分とに触媒材料はあってもなくてもよい。
またこの実施形態では、触媒装置は入口通路１１と主反応通路部分３との間に絶縁材料１２を含み、これらの通路のガスの間の熱交換を低減または制御できる。
【００６１】
触媒材料は好ましくは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｌ）、ロジウム（Ｒｈ）などの白金族、同様の金属や合金から１種類以上とすることができ、これらは触媒装置の酸化触媒材料分野の当業者には周知である。触媒装置では異種の金属や合金、例えば窒素酸化物の還元にロジウム、一酸化炭素の還元に白金とパラジウム、が一緒に使用できる。
【００６２】
さらに、多種多様の金属酸化物を含む触媒材料も使用できる。金属酸化物の例として、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、クローム（Ｃｒ）、錫（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、及びロジウム（Ｒｈ）の酸化物がある。
【００６３】
さらにまた、いろいろな触媒材料の組合せ、例えば上記の１以上の金属酸化物と合わせた金属及び／合金も使用できる。組合せは各種材料の混合により、または触媒装置に各種材料を次々と定置することで達成できる。
【００６４】
触媒装置は３以上の通路部分、例えば４や５の通路部分を含むことができるが、それ以上の通路部分は装置の構造上の複雑さや費用を著しく増大させる。実施形態では、触媒装置は最後の通路部分、最後から２番目の通路部分、及び少なくとも２つの先行する部分を含む。最後、最後から２番目、第１の各通路部分はそれぞれ、３つの通路を備えた実施形態の主伝熱、主反応、入口の通路部分に対応する。この実施形態の中間の通路部分は、構造上例えば触媒材料を含むか含まないかで、３つの通路部分のいずれかに対応できる。さらに、以上明らかにした、また以下で明らかにする通路部分に関連する構造上の細部は、中間の通路部分に組み入れることができる。
【００６５】
図４は、図３あるいは図５の触媒装置の断面図を示している。これはこれらの実施形態（及び図２の実施形態）に適応し、最後の層板の内側最外部に絶縁層１３が取り付けられて、周囲への熱の損失を減らすことができる。
【００６６】
さらに図は、主反応と伝熱の各通路部分３、５を囲繞する入口通路部分１１または出口通路部分２２を示している。主反応通路部分は円断面の管として示され、触媒材料４（図２と同じ綾目領域により図示）と主伝熱通路部分５とを含んでいる。主伝熱通路部分５は多様な模様で配置された少数の管として示されている。一方、管の数は好ましくは５０と２５０の間（上述したように）であり、また図示した管（この図と以前の図とで）は管の総数の一部でしかないことは強調しておかねばならない。図示した模様は三角、四角や、同様の対称模様（点線／実線で図示）であるが、１つの模様や２つ以上の模様の組合せも触媒装置の通路部分に使用できる。模様はまた、程度の差はあるが不揃いにすなわち自由に触媒装置の通路部分に配置できる。
管の模様と各管間の動水直径（hydraulic diameter）は、低い圧力損失を達成するように選択するのがよい。
【００６７】
触媒材料は、絡まった繊維または繊維ウールの束（例えば図１１に図示したような）を構成するセラミック、ガラス、金属の各繊維の表面の被着物とすることができる。絡まった繊維または繊維ウールの束は通路部分を一部または全体的に満たすが、なおガスをして通路部分を流動させる。さらに、触媒材料は縦方向のモノリス構造（例えば図１３に図示したような）を構成するセラミック、ガラス、金属の各表面の表面上の被着物とすることができる。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態では、前記主反応通路部分の断面積は、前記主伝熱通路部分の断面積の０．５倍と１００倍の間、例えば１０倍と２５倍の間、好ましくはおよそ２０倍とされ、前記主伝熱通路部分及び／または前記入口または出口通路部分の断面積は、上記断面積の０．５倍と１００倍の間とされる。
【００６９】
さらに、主伝熱通路部分の断面積は、触媒装置の入口の断面積の０．５倍と１０倍の間、例えば１．５倍から２．５倍、好ましくはおよそ２倍とされ、前記入口の管は接続された内燃機関の排出管とされる。
【００７０】
触媒は必ずしも図２乃至５に示したような円筒形ではなく、触媒装置がその一部となる用途の要件により決まるその他任意の形状でよい。形状の例として球形、四角形、波形、それ以外の形、例えば各種の形の組合せや不規則な形、が可能である。
図５は本発明の触媒装置の別の好ましい実施形態を示している。
【００７１】
入口２で、ガスは分配されて主反応通路部分３に進入する。この部分３で反応が起り、最大温度は、ガスが主反応通路部分３から主伝熱通路部分５へ転向する後続の転向室９で達成される。先の実施形態でのように、主伝熱通路部分５のガスは熱を主反応通路部分３のガスへ交換しこれらのガスを加熱する。主伝熱通路部分５からガスは第２の転向室２３へ進入し、そこからガスは出口通路部分２２に入る。出口通路部分に続いてガスはさらに熱を主反応通路部分３の入口部へ交換し、かくして通路部分３の反応の温度レベルを高める助けをする。この実施形態の温度制御特性及び多くの他の特性、例えば管の数や模様の形状、は図３の先の実施形態におけるのと同様である。
【００７２】
図６ａ及び６ｂは、図３及び５の触媒装置の実施形態の温度曲線の例を示している。
図６ａは図３の触媒装置の温度曲線を示し、ガスは温度Ｔ０で入口２を通過している。ガスが入口の通路の道筋を通って給送されるにつれて、後続の主反応通路部分のガスは上記ガスを主反応通路部分の前の転向室で温度Ｔ１まで予熱する。ガスはさらに主反応通路部分で主伝熱通路部分の向流ガスにより予熱される。主反応通路部分の端部でガスの燃焼材料は触媒材料と反応し、温度は主伝熱通路部分の入口直前でＴ２まで跳躍する。ガスの温度は、ガスが主伝熱通路部分を流動し触媒装置の出口でＴＯＵＴで終了するにつれて低下する。
【００７３】
図６ｂは図５の触媒装置の温度曲線を示し、ガスは温度Ｔ０で入口２を通過している。ガスは主反応通路部分を通過するにつれて、後続の主伝熱通路部分と出口通路部分とのガスにより予熱される。出口通路部分は、主反応通路部分のガスが出口通路部分の温度に達するまで、専ら予熱を増大させる。主反応通路部分の端部でガスの燃焼材料は触媒材料と反応し、温度の跳躍を追跡する。主反応通路部分と主伝熱通路部分との間の転向室で温度Ｔ１に達する。ガスは主伝熱通路部分で向流し熱を主反応通路部分のガスへ伝達して、出口通路部分の入口で温度をＴ２まで下げる。
【００７４】
図７ａ及び７ｂは、本発明の触媒装置の別の好ましい実施形態を示している。触媒装置はやや四角形をなしている。
図７ａは触媒装置（Ｂ−Ｂの断面）を示し、入口通路部分１１が、第２の通路部分の上部と下部とに位置する２つの外側部分に振り分けられている。主反応通路部分は一部または全体が、絡まった繊維または繊維ウールの束などの担持体手段で満たされており、担持体手段には触媒材料４（綾目領域で図示）が被着している。主反応通路部分の内部には、主伝熱通路部分の多数の整列した管が例えば７つの整列管として位置している。主伝熱通路部分の各管はさらに、主反応及び主伝熱通路部分の一部で発生するガス圧の増大を避けるために同じ距離を置いて位置している。主伝熱通路部分は隅の丸い四角形を構成する。整列した管の数は有利な数、例えば５から５０の間で変更できることは強調しなければならない。
【００７５】
図７ｂは図５ａで示した触媒装置のＡ−Ａでの断面を示している。図は、入口２の後方の入口通路部分が２つの別個の入口通路部分１１にどのように分かれているかを示している。入口通路部分１１の各部は、共通の壁面を持つ入口通路部分１１に沿った主伝熱通路部分３に接続する。ガスが入口と主反応通路部分とでそれぞれ反対方向に流動するにつれて、共通の壁面を介した熱交換を成立させることができる。主反応通路３は共通の主伝熱通部分５で終端し、主伝熱通部分５はガスを再度反対方向に給送して主反応及び主伝熱通路部分３、５のガスが共通の壁面６を介して熱交換できるようにする。主伝熱通路部分を通過したあとガスは出口に送られる。
【００７６】
図８は本発明の触媒装置のまた別の好ましい実施形態の断面を示している。触媒装置は円形の断面を持つ円筒形である。
円断面は、主反応及び主伝熱通路部分３、５を完全に囲繞する外側の入口部分１１を示し、主伝熱通路部分は第２の通路部分に組み入れられている。主伝熱通路部分はやや長円形の断面をなし、これらの部分の高さは幾つかの主伝熱通路部分ごとに異なっている。多種多様なサイズにより殆どの第２の通路部分は第３の通路部分で満たすことができる。
【００７７】
図９は、波形並びに滑らかな表面形状の通路部分の切片、すなわち管を示している。波形の切片形状により、大表面が確立でき、しかも滑らか表面の形状より圧力損失は大きくなる。図示した断面の大きさ−  幅及び／または高さ並びに波形の数と深さ−  は本発明の触媒装置の好ましい実施形態を達成するため変更してもよい。
【００７８】
さらに、波形及び非波形の切片は角のある、すなわち縁取られた表面で示され、これらが１つの金属板で製造されることを示している。金属板は型に折られた後、溶接などで互いに接合される。
【００７９】
通路部分はまた表面に、この部分の縦平行方向に示された多くのくぼみを具備する。一方、くぼみはまた通路部分の方向に対して斜めにしても、板から板へ横切る層としてもよい。
【００８０】
図１０は、本発明の触媒装置にウォールフローフィルター１４が組み入れられた特別な実施形態を示している。
ウォールフローフィルター１４は、触媒装置１の容器ｃに主反応通路部分のところで組み入れられている。ウォールフローフィルターを定置することにより、主伝熱通路部分５として働く各フィルター間に多くの共通径路が成立する。入口部分１１は点線で示され、この部分が残りの部分を囲繞することを示している。入口通路部分は、ウォールフローフィルターを含む主反応通路部分３に接続される。フィルターの入口と出口との間の（多数の）共通壁面１６は多孔性で、ガス１５を入口から出口へ貫通させる。共通の壁面は、壁面に一体化された、すなわち壁面を兼ね備えた表面に触媒材料を含み、フィルターの通路においてガスが浄化されるようにする。
【００８１】
フィルターは三角、チェス盤（図示したような）、蜂の巣状の各断面模様をモノリスの型として成立させる多数の平行な管などとするのがよい。管は全て一方の端部が閉じられるが、一部の管はガスの進入する端部の反対端部で閉成し、残りはガスの進入する端部で閉成する。
多孔性や非多孔性の壁面を介する熱交換は、確実に各通路部分のガスの間で熱を交換させる。
【００８２】
図１１は通路部分の断面を示し、通路部分は触媒材料を被着させた縦の繊維の形をした多数の担持体手段を含んでいる。
図は、主反応通路部分が多数の薄い縦方向の繊維１７と主伝熱通路部分の管５とで満たされていることを示している。繊維は表面に触媒材料４を含み、ガスは触媒材料４をよぎって流動しこれと反応する。
【００８３】
拡大断面図は、繊維はやはり絡まった繊維または繊維ウールの束を形成しているが、実質的には縦方向に延びていることを示している。好ましい繊維の方向により、通路部分中の圧力損失を最小化できる。繊維の束はまた他の方向にも、すなわち全く自由に延びてもよいが、ガスの流れが高い流れ抵抗に出会うにつれて高い圧力損失を受ける。
【００８４】
触媒プロセスを強化するため、被着表面はできるだけ大きくしなければならない。特に触媒材料４を外側の表面に含む繊維を使用することにより、大表面、並びに、熱を他の通路部分に伝達する壁部に向う主反応通路部分中の良好な熱伝達とを達成できる。
図１２は、触媒材料を被着させた多数の担持体手段を含む通路部分の断面図を示している。
【００８５】
担持体手段は、触媒材料４で被覆された多数の規則的または不規則なボール１８として示してある。担持体手段は１つの前記通路部分を横切る各層（層Ｌは図に点線で示してある）に位置し、各前記層は隣接する管５の間に２乃至６個のボール、例えば２乃至４、好ましくは２または３を含む。
【００８６】
担持体手段はまたその他の形、例えば球、円筒、四角の各形状、サドル、リング、その他任意の規則的、不規則な形状でよい。ボールやその他の形状を用いることにより、大表面、並びに、主反応通路部分中の、熱を他の通路部分に伝達する壁部に向う良好な熱伝達とを達成できる。
担持体手段１８は金属、セラミック、ガラス、その他の耐熱材料、並びに言及した材料の組合せでつくるのがよい。
【００８７】
図１３は縦のモノリス構造を構成する通路部分の断面図を示している。この構造は、図示した蜂の巣模様のような模様に配置した極めて薄い管や壁を構成する。
主伝熱通路部分５の管は、主反応通路部分３の蜂の巣構造に完全に囲繞されている。
【００８８】
図１４は、ウォールフローフィルターと縦の繊維２０との構造を備えた通路部分の断面図を示している。強調すべきは上記のような別種の担持体手段が繊維の代わりとなれることである。
【００８９】
主反応通路部分は２つの部分に分けられ、一方の部分は１以上のウォールフローフィルターで満たされ（例えば１／３）、他方の部分は縦の繊維で満たされる。通路部分はまたそれ以上の部分に分割してもよく、これらの部分は任意の好みの担持体手段で満たすことができる。
【００９０】
図１５は触媒装置の実施形態の略図であり、装置の各種の特性データを含んでいる。
触媒装置は長さＸと高さすなわち直径Ｙとを含む。さらに、装置は大きさＤの多数の担持体手段を含む。
【００９１】
ガス機関を伴う用途、例えば動力と熱との結合装置と関連して用いるのが好ましい第１の実施形態では、装置は名目３０ｋＷの電気効果を得ることができる。
長さＸはおよそ１．０メートル、高さすなわち直径Ｙはおよそ０．３メートルである。ＵＨＣ値（不燃焼炭化水素）は、機関に対する燃焼比の３と８％の間である。
【００９２】
ガス機関を有する応用例は好ましい実施形態において、図３乃至５や図１５に示したように通路部分に少なくとも５０の管を持つ触媒装置を含むことができる。管の直径はおよそ６乃至８ミリメートルである。
ガス機関を伴う用途、例えば動力と熱との結合装置と関連して用いるのが好ましい第２の実施形態では、装置は名目５００ｋＷの電気効果を得ることができる。
【００９３】
長さＸはおよそ１．５メートル、高さすなわち直径Ｙはおよそ０．７メートルである。ＵＨＣ値（不燃焼炭化水素）は、機関に対する燃焼比の３と８％の間である。
ガス機関付きの応用例は好ましい実施形態において、図３乃至５や図１５に示したように通路部分に少なくとも２００の管を持つ触媒装置を含むことができる。管の直径はおよそ８乃至１２リメートルである。
【００９４】
ガソリンを燃料とする内燃機関を伴う用途、例えば車両関連で用いるのが好ましい第３の実施形態では。
長さＸはおよそ０．２乃至０．４メートル、高さすなわち直径Ｙはおよそ０．２メートルである。
【００９５】
ＵＨＣ値（不燃焼炭化水素）は、ガソリン燃焼機関に対する燃焼比の０．５と５％の間である。値は好ましい実施形態においておよそ５乃至１０％まで上げることができ、触媒装置の内部でさらなる炭化水素を燃焼することにより装置内での高い温度が達成される。触媒装置での高い温度は触媒材料が節約されることを意味する。燃焼比の１０％より高い値はガソリン燃焼機関の効率に影響する。
【００９６】
ガソリン燃焼機関を有する応用例は好ましい実施形態において、図３乃至５や図１５に示したように通路部分に少なくとも５０の管を持つ触媒装置を含むことができる。
ディーゼル燃料の内燃機関を伴う応用例、例えば車両関連で用いるのが好ましい第４の実施形態では。
【００９７】
長さＸはおよそ１メートル、高さすなわち直径Ｙはおよそ０．３メートルである。
ＵＨＣ値（不燃焼炭化水素）は通常ディーゼル燃焼機関の燃焼比の０．５と３％の間であるが、好ましい実施形態においておよそ５％まで上げることができ、触媒装置内でさらなる炭化水素を燃焼することにより装置内での高い温度が達成される。
【００９８】
特に、ディーゼル排ガスから超微粒子を効率よく除去するには、図１１または１４に示した実施形態のような極めて大きい表面に被覆された触媒材料を用いる必要がある。
【００９９】
強調すべきは、上記の各実施形態は触媒装置を使用できる応用例にすぎないことである。さらに、これらの実施形態のデータは特定の応用例に使用できる値の例にすぎない。これらの応用例とその他の応用例とにおいて、適当であれば別のデータと値も同様に使用できる。
【０１００】
図１６は本発明の触媒装置を含むさらなる応用例を示している。
この応用例は図１の手段を含み、燃料供給手段と触媒装置との間に燃料供給ラインＳ４が加えられている。このラインを加えたのは、（不燃焼）燃料を触媒装置に供給することによりガスのＵＨＣ値が上がる可能性を説明するためである。燃料は、触媒装置の個別の弁または吐出し管により、もしくは単に燃焼機関の燃焼プロセスを制御することにより、触媒装置並びに進入したガスとに供することができ、排ガスに高いＵＨＣ値を達成させる。
【０１０１】
燃料供給ラインＳ４はまた、燃料供給手段と触媒装置との中間の位置に付加的燃料を供することができる。例えば燃料は、触媒装置に進入する直前に燃料を排ガスに噴霧するなどして排ガスに加えることができる。
図は正確な寸法のものではなく、全て寸法と材料は実際の使用に即して決めるべきである。
【０１０２】
以上本発明を特定の例を参照して例示した。一方、本発明は上述した特別な例に限らず、多様な用途に関連して使用可能であることは諒解すべきである。さらに、本発明の特に触媒装置の形状と特に通路部分とは、特許請求の範囲に詳記した本発明の範囲内において多数の変形による設計が可能であることは諒解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の触媒装置を含む応用例の説明図である。
【図２】２つの通路を持つ触媒装置の縦断面図である。
【図３】本発明の触媒装置の好ましい実施形態を示した図である。
【図４】図３あるいは５の触媒装置の断面図である。
【図５】本発明の触媒装置の別の好ましい実施形態を示した図である。
【図６ａ】図３及び５の触媒装置の実施形態の温度曲線の例を示した図である。
【図６ｂ】図３及び５の触媒装置の実施形態の温度曲線の例を示した図である。
【図７ａ】本発明の触媒装置のさらなる好ましい実施形態を示した図である。
【図７ｂ】本発明の触媒装置のさらなる好ましい実施形態を示した図である。
【図８】本発明の触媒装置のまたさらなる好ましい実施形態の断面図である。
【図９】波形形状を持つ通路部分と波形形状を持たない通路部分とを示した図である。
【図１０】本発明の触媒装置にウォールフローフィルターを組み入れた特別な実施形態を示した図である。
【図１１】触媒材料の被着した縦の繊維の形の多数の担持体手段を含む通路部分の断面図である。
【図１２】触媒材料の被着した多数の規則的または不規則な形の担持体手段を含む通路部分の断面図である。
【図１３】縦のモノリス構造を構成する通路部分の断面図である。
【図１４】ウォールフローフィルターとその他の担持体手段とを有した構造を構成する通路部分の断面図である。
【図１５】触媒装置を特徴づける各種データを含む、この装置の実施形態の略図である。
【図１６】本発明の触媒装置を含むさらなる応用例の説明図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１    触媒装置
２    入口または出口の管
３    主反応通路部分
４    １種類以上の触媒材料
５    主伝熱通路部分
６    熱交換面
７    出口室
８    出口管
９    転向室
１０    入口室
１１    １以上の入口通路部分
１２    内側絶縁層
１３    外側絶縁層
１４    ウォールフローフィルター
１５    ガス量
１６    多孔壁面
１７    縦のモノリスまたは繊維の形状の担持体手段
１８    不規則な球体の形状の担持体手段
１９    縦のモノリス構造
２０    縦の繊維構造
２１    ウォールフローフィルター
２２    １以上の出口通路部分
２３    第２の転向室
２４    入口分配スペース
ｃ．    容器
ｈ．    熱交換器
Ｌ．    規則的または不規則なボールの層
Ｓ１．    燃料ポンプなどの燃料供給手段
Ｓ２．    燃焼機関などの燃焼装置
Ｓ３．    触媒装置
Ｓ４．    燃料供給ライン
【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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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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