(57)【要約】【課題】失火等による溶損の発生が抑えられた排気ガス浄化用装置を提供すること。【解決手段】本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒１と、担体２と、外筒１の内周面および担体２の表面に担持された触媒層１２と、を有する排気ガス浄化用装置であって、担体２が、外筒１の開口端部１０から間隔を隔てた位置に固定されていることを特徴とする。本発明の排気ガス浄化用装置は、失火による担体の溶損および排気ガスの浄化性能の低下が抑えられている。【選択図】  図１
2004197667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と、該外筒の内部に固定された担体と、該外筒の内周面および該担体の表面に担持された触媒層と、を有する排気ガス浄化用装置であって、
該担体が、該外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されていることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項２】
前記担体は、前記外筒の前記開口端部と該担体の端面との間隔が５０ｍｍ以上の位置に固定された請求項１記載の排気ガス浄化用装置。
【請求項３】
前記担体は、金属製である請求項１記載の排気ガス浄化用装置。
【請求項４】
前記担体は、ハニカム体である請求項１記載の排気ガス浄化用装置。
【請求項５】
前記外筒の内周面および前記担体の表面は、耐酸化性を有する保護被膜が形成されている請求項１記載の排気ガス浄化用装置。
【請求項６】
前記外筒は、排気管である請求項１記載の排気ガス浄化用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や、二輪車の排気ガスを浄化するために、排ガス浄化装置が用いられている。この排ガス浄化装置には、サーマルリアクタ方式、希薄燃焼方式、エンジンモディフィケーション方式および触媒方式などがあり、この中で触媒方式が広く用いられている。
【０００３】
触媒方式は、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒貴金属を用いて、排気ガスを浄化する方式である。この触媒方式の排ガス浄化用触媒は、触媒担体の表面に活性アルミナ（γ−アルミナ）等により担持層を形成し、この担持層に貴金属触媒を担持させたものが用いられる。
【０００４】
触媒担体の材質としては、高温の排気ガスに曝されることから、耐熱性材料が用いられ、このような材質として、たとえば、コーディエライト等のセラミックス、ステンレス等の耐熱性金属等をあげることができる。
【０００５】
セラミックス製担体は、機械的な衝撃に弱く、また排気抵抗が大きいといった課題があり、排気系の圧力損失の低減や担体の耐熱性の向上等の理由から金属担体が用いられるようになってきた。
【０００６】
金属担体を用いた排ガス浄化装置は、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）やフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０（１６Ｃｒフェライト系ステンレス鋼）などの鋼材を箔状あるいはシート状に圧延し、この鋼板を加工して金属担体を形成し、この金属担体の表面に担持層を形成し、担持層に触媒金属を担持させて形成されている。
【０００７】
そして、排気ガス浄化用装置は、触媒担体の形状により、モノリス形状、粒状、あるいはパイプ状等に分類される。
【０００８】
ハニカム形状の触媒においては、エンジンからの失火により溶損を生じるという問題があった。すなわち、担体が溶融することで有効な触媒貴金属の担持量が減少したり、ハニカムのセル詰まりによる排気ガスの浄化性能が低下する。
【０００９】
また、パイプ形状の触媒においては、所望の浄化性能を得ようとすると、軸方向の長さが長くなり、搭載性等の問題が生じていた。さらに、パイプ状の触媒の軸方向の長さが長くなると、排気ガス温度の低下による触媒性能の低下が生じていた。
【００１０】
このような問題を解決する排気ガス浄化用装置が開発されている。（たとえば特許文献１〜４参照。）
特許文献１には、マフラ内の排気管あるいはディフューザーの後端に対向してハニカム状の触媒筒を配置した触媒が開示されている。
【００１１】
特許文献２には、排気管の内周面に触媒層が形成された触媒が開示されている。
【００１２】
特許文献３には、ディフューザーの後端に触媒筒を配置したマフラーが開示されている。
【００１３】
特許文献４には、排気管の内部の中央部から後端部にメタル担体が固定支持された触媒が開示されている。
【００１４】
すなわち、特許文献１〜４に開示された触媒は、失火が生じたときに触媒担体に炎が到達しない位置に配置することで、失火による触媒担体の溶損の発生を抑えている。
【００１５】
しかしながら、特許文献１〜４に開示された触媒のように、触媒担体を失火の影響を受けない位置にまで下げると、触媒に接触するまでに排気ガスの温度が低下し、触媒が十分に加熱されなくなり、排気ガスの浄化性能が発揮できなくなるという問題があった。
【００１６】
【特許文献１】
特開平５−１７９９３８号公報
【特許文献２】
特開平７−２６９３３１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２００８４６号公報
【特許文献４】
特開平１１−３０３６２６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、失火等による溶損の発生が抑えられた排気ガス浄化用装置を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するために検討を重ねた結果、開口端部から距離を隔てた状態で外筒の内部に担体を配置するとともに、担体および外筒の内部に触媒層を形成することで上記課題を解決できることを見出した。
【００１９】
すなわち、本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒と、外筒の内部に固定された担体と、外筒の内周面および担体の表面に担持された触媒層と、を有する排気ガス浄化用装置であって、担体が、外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の排気ガス浄化用装置は、担体が外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されることで、担体が失火により溶損しなくなっている。そして、本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒の内周面にも触媒層が形成されていることから、外筒の内部を排気ガスが通過するときに、外筒の内周面と接触した排気ガスを浄化する。すなわち、本発明の排気ガス浄化用装置は、失火による担体の溶損が抑えられるとともに排気ガスの浄化性能の低下が抑えられている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒と、担体と、触媒層と、を有する。本発明の排気ガス浄化用装置は、表面に触媒層が形成された担体が配置された外筒の内部を通過する排気ガスの浄化を行う。
【００２２】
外筒は、内部に排気ガスが通過する排気ガス流路を区画する。外筒は、従来公知のパイプ触媒に用いられている耐熱性金属よりなる外筒を用いることができる。さらに、外筒の断面形状についても特に限定されない。
【００２３】
担体は、外筒の内部に固定される部材である。
【００２４】
触媒層は、外筒の内周面および担体の表面に担持される。触媒層は、排気ガスと接触したときに排気ガスを浄化する触媒金属を有する。触媒層が外筒の内周面と担体の表面とに担持されることで、外筒の内部の全表面で排気ガスの浄化を行うことができる。触媒層は、従来公知の触媒層を用いることができる。
【００２５】
本発明の排気ガス浄化用装置は、担体が、外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されている。なお、本発明において外筒の開口端部とは、排気ガスの浄化を行うときに排気ガス流の上流側に配置される端部を示す。また、担体と開口端部との間隔は、担体の開口端部側の端部と開口端部との間隔を示す。すなわち、担体が開口端部から間隔を隔てた位置に固定されることで、本発明の装置で排気ガスの浄化を行うときに排気ガスに失火が生じても、開口端部から間隔を隔てた位置に担体が配置されているため、担体が溶損を生じなくなっている。
【００２６】
担体は、外筒の開口端部と担体の端面との間隔が５０ｍｍ以上の位置に固定されたことが好ましい。担体が開口端部から５０ｍｍ以上の間隔で固定されることで、担体が溶損を生じなくなる効果を発揮できる。
【００２７】
担体は、金属製であることが好ましい。担体が金属よりなることで、様々な形態の担体が得られる。金属の担体は、板厚を薄くすることができることから、多数のセルを有する担体を形成できる。金属は、熱伝導性にすぐれているため、すばやく触媒活性温度に上昇する。
【００２８】
また、担体が金属よりなることで、金属よりなる外筒への固定が容易となる。具体的には、溶接、ロウ付け等により担体を外筒に固定できる。
【００２９】
担体は、鉄系金属箔あるいは鉄系金属シートにより形成されることが好ましい。ここで、金属箔あるいは金属シートを形成する鉄系金属は、鉄を主成分とした金属をしめす。また、この鉄系金属は、担体として用いたときに十分な特性を有している。この鉄を主成分とした鉄系金属としては、従来の金属担体に用いられているようなステンレス（ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４３６）以外にも、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の一般鋼材をあげることができる。
【００３０】
また、担体の形状は、特に限定されるものではなく、用途に応じて、適宜選択できる。たとえば、金属シートあるいは金属箔からなる平板と波板とを交互に積そうさせたハニカム体や、あるいは、それぞれを重ね合わせてロール状に巻回して形成されたハニカム体などを用いることができる。このとき、ハニカム体を外筒により固定されることで、機械的強度が十分に確保できる。この外筒は、ハニカム体と同じ組成をもつ金属シートで形成することができる。このハニカム体の収納保持は、公知の方法でハニカム体を外筒に一体化することができる。なお、いずれの形態においても、金属シートあるいは金属箔の厚さは、用途に応じて適宜選択することができる。広い表面積を得られることから、担体は、ハニカム体であることが好ましい。
【００３１】
また、別の担体の形状として、金属シートあるいは金属箔をパイプ状に形成したパイプ触媒としてもよい。さらに、このパイプ形状の内部の空間を区画する十字状、波板状等の担体板を付与した形状のパイプ触媒としてもよい。
【００３２】
外筒の内周面および担体の表面は、耐酸化性を有する保護被膜が形成されていることが好ましい。外筒の内周面および担体の表面に耐酸化性を有する保護被膜が形成されることで、担体および外筒が担持層に担持された触媒金属と直接接触しなくなり、金属担体が触媒金属の作用により腐食されなくなる。また、担体の材質に安価な一般鋼材等の鋼材を用いることができる効果を有する。すなわち、触媒金属の活性作用が担体被膜により抑えられているため、金属担体に耐酸化性等の特性が得に必要とされなくなるためである。外筒および担体の表面に形成される保護被膜は、耐酸化性を付与できるものであれば限定されるものではなく、従来公知の被膜を用いることができる。耐酸化性を有する保護被膜としては、たとえば、ニッケルおよびクロムを主な成分とする被膜などの被膜をあげることができる。
【００３３】
外筒は、その軸が直線であっても曲線状であっても、どちらでもよい。すなわち、外筒の開口端部から担体までの部分が湾曲していてもよい。
【００３４】
外筒は、排気管であることが好ましい。外筒が排気管よりなることで、外筒の内部に排気ガスを通過させることで、排気ガスの浄化を行うことができる。
【００３５】
本発明の排気ガス浄化用装置において、触媒層は、従来公知の触媒層を用いることができる。触媒層は、担持層と、担持層に担持された触媒金属と、からなることが好ましい。
【００３６】
担持層は、排気ガス浄化用装置において、排ガスとの接触面積を大きくするために用いられる。通常の排気ガス浄化用装置に用いられる耐熱性無機酸化物を用いることができ、好ましい担持層としては、活性アルミナを主成分とする耐熱性無機酸化物である。また、担持層は、セリウムやジルコニウムの酸化物を含むことが好ましい。これらの酸化物を担持層に有することで、排気ガス浄化用装置の浄化特性が向上する。また、担持層の層厚は、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。
【００３７】
触媒金属は、担持層に担持されている。この触媒金属の担持は、担持層を形成した後に担持させても、担持層を形成するときに活性アルミナ等からなるスラリーに混合させて金属担体にコートすることにより付与させても、どちらでも良い。触媒金属は、排ガス浄化用触媒において、排ガスを浄化する成分である。触媒金属は、通常の排ガス浄化用触媒に用いられる触媒金属を用いることができる。すなわち、酸化触媒、還元触媒、三元触媒のいずれの触媒を用いてもよい。
【００３８】
詳しくは、触媒金属に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１種を用いることで排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率よく除去できる。また、触媒金属の担持層への担持量も特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択することができる。
【００３９】
本発明の排気ガス浄化用装置は、担体が外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されることで、担体が失火により溶損しなくなっている。そして、本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒の内周面にも触媒層が形成されていることから、外筒の内部を排気ガスが通過するときに、外筒の内周面と接触した排気ガスを浄化する。すなわち、本発明の排気ガス浄化用装置は、失火による担体の溶損が抑えられるとともに排気ガスの浄化性能の低下が抑えられている。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４１】
本発明の実施例として、パイプ触媒を製造した。
【００４２】
（実施例１）
まず、ＳＵＳ３０４よりなる板厚１．２ｍｍ、内径３１．８ｍｍ、軸方向の長さ１００ｍｍのパイプを作成した。
【００４３】
つづいて、ＳＵＳ３０４よりなる１６セル／ｃｍ2（約１００セル／ｉｎｃｈ2）でウォールフローのガス流通セルを有する直径３１．８ｍｍ、軸方向の長さ２０ｍｍのハニカム体を製造した。
【００４４】
そして、ハニカム体をパイプの内部に後端から挿入した。挿入されたハニカム体の後端の端面は、パイプの後端の端面と一致した状態となった。
【００４５】
その後、ハニカム体とパイプとを仮固定した状態で、ハニカムが挿入されたパイプの内周面およびハニカム体の表面に挿入されたハニカム体の表面にロウ材を、厚さが１０〜１００μｍの厚さとなるように塗布した。ロウ材が塗布されたパイプおよびハニカム体は、真空雰囲気で、１２００℃で１時間保持された。この加熱によりパイプの内周面およびハニカム体の表面に保護被膜が形成された。ロウ材よりなる保護被膜を形成することで、パイプとハニカム体とがロウ付け固定された。ここで、ロウ材には、Ｎｉを主体とし、Ｃｒ１８ｗｔ％、Ｓｉ１０ｗｔ％よりなるロウ材が用いられた。
【００４６】
活性アルミナ（γ−Ａｌ2Ｏ3）５７．６重量部、Ｃｅ−Ｚｒ酸化物（ＣｅＯ2換算２７．５重量部）３２．４重量部、バインダー５．８重量部、Ｐｔ５．８重量部、Ｒｈ０．７重量部、水２５０重量部を均一に混合したスラリーを調整した。
【００４７】
調製されたスラリーを、パイプの内周面およびハニカム体の表面に３６ｇ／ｍ2の塗布量で塗布した。その後、５００℃、１時間で焼成した。
【００４８】
以上の手順により実施例１のパイプ触媒が製造された。実施例１のパイプ触媒の構成を図１に示した。なお、図１は、実施例１のパイプ触媒を外筒の中心軸を通過する平面での断面図である。
【００４９】
実施例１のパイプ触媒は、開口端部１０から８０ｍｍの間隔を隔てた位置にハニカム体２が配置され、かつ外筒１の内部の全表面に触媒層１２が形成されたパイプ触媒である。
【００５０】
（実施例２）
まず、ＳＵＳ３０４よりなる板厚１ｍｍ、内径２５ｍｍ、軸方向の長さ２００ｍｍのパイプを作成した。
【００５１】
つづいて、ＳＵＳ３０４よりなる３２セル／ｃｍ2（約２００セル／ｉｎｃｈ2）でウォールフローのガス流通セルを有する直径２５ｍｍ、軸方向の長さ２０ｍｍのハニカム体を製造した。
【００５２】
そして、ハニカム体をパイプの内部に後端から挿入した。挿入されたハニカム体の後端の端面は、パイプの後端の端面と一致した状態となった。
【００５３】
その後、実施例１と同様に、保護被膜および触媒層を形成した。
【００５４】
以上の手順により実施例２のパイプ触媒が製造された。
【００５５】
実施例２のパイプ触媒は、２００ｍｍの外筒の後端部に２０ｍｍのハニカム体が配置され、かつ外筒の内部の全表面に触媒層が形成されたパイプ触媒である。すなわち、実施例２のパイプ触媒は、開口端部から１８０ｍｍの間隔を隔てた位置にハニカム体が配置されている。
【００５６】
（実施例３）
実施例３は、１．４セル／ｃｍ2（約４０セル／ｉｎｃｈ2）、軸方向の長さ５０ｍｍのハニカム体を用いた以外は、実施例２と同様なパイプ触媒である。
【００５７】
実施例３のパイプ触媒は、２００ｍｍの外筒の後端部に５０ｍｍのハニカム体が配置され、かつ外筒の内部の全表面に触媒層が形成されたパイプ触媒である。すなわち、実施例３のパイプ触媒は、開口端部から１５０ｍｍの間隔を隔てた位置にハニカム体が配置されている。
【００５８】
（実施例４）
まず、ＳＵＳ３０４よりなる板厚１ｍｍ、内径２５ｍｍ、軸方向の長さ２００ｍｍのパイプを作成した。
【００５９】
つづいて、ＳＵＳ３０４よりなる１６セル／ｃｍ2（約１００セル／ｉｎｃｈ2）でウォールフローのガス流通セルを有する直径２５ｍｍ、軸方向の長さ３０ｍｍのハニカム体を製造した。
【００６０】
そして、ハニカム体をパイプの内部に後端から挿入した。ハニカム体の挿入は、ハニカム体の後端の端面がパイプの後端の端面から３０ｍｍの位置になるように行われた。
【００６１】
その後、実施例１と同様に、保護被膜および触媒層を形成した。
【００６２】
以上の手順により実施例４のパイプ触媒が製造された。実施例４のパイプ触媒の構成を図２に示した。
【００６３】
実施例４のパイプ触媒は、２００ｍｍの外筒１の内部であって後端部から３０ｍｍの位置に３０ｍｍの長さのハニカム体２が配置され、かつ外筒１の内部の全表面に触媒層が形成されたパイプ触媒である。すなわち、実施例４のパイプ触媒は、開口端部１０から１４０ｍｍの間隔を隔てた位置にハニカム体２が配置されている。
【００６４】
（比較例）
比較例は、パイプの長さを２０ｍｍとした以外は実施例１と同様に製造されたパイプ触媒である。比較例１のパイプ触媒の構成を図５に示した。
【００６５】
すなわち、比較例は、２０ｍｍの長さの外筒１の内部をハニカム体２が占めた構成を有するパイプ触媒である。
【００６６】
（評価）
実施例および比較例のパイプ触媒の評価として、失火試験を施した。
【００６７】
失火試験は、触媒を４ストロークの排気量０．４００Ｌ（４００ｃｃ）のエンジンを搭載したオートバイに搭載し、１００ｋｍ／ｈ（４速、３６００ｒｐｍ）の定速状態からブレーキをかけてエンジンを停止させることで、失火を生じさせた。その後、失火試験後のハニカム体の溶損の確認を行った。溶損の確認は、パイプ触媒をハニカム体の前端面部で切断して目視することでなされた。
【００６８】
また、実施例および比較例のパイプ触媒に後述の耐久試験を施した後に、上記と同様の失火試験を行い、溶損の確認を行った。
【００６９】
なお、パイプ触媒に施された耐久試験は、Ｎ2およびＨ2Ｏを一定量で導入しながら、ＣＯ、Ｏ2を交互に添加するリッチ−リーン雰囲気下で９００℃、２５Ｈｒの熱処理を施すことで行われた。この耐久試験は、管状型の電気炉を用いてなされた。
【００７０】
新品時および耐久試験後のパイプ触媒の評価結果を表１に示した。なお、表１の評価の○は、ハニカム体の損傷が確認されなかった状態であり、×はハニカム体の溶損が確認された状態を示す。
【００７１】
【表１】
2004197667.tif 000003
【００７２】
表１より、実施例１〜４のパイプ触媒は、新品時および耐久試験後のいずれのパイプ触媒においても、失火試験後にハニカム体の溶損が確認されなかった。具体的には、実施例１の新品時のパイプ触媒の失火試験後のハニカム体の状態を図４に示した。図４に示されたように、失火が生じても、ハニカム体のセルを区画する各壁部に溶損は見られなかった。
【００７３】
一方、比較例のパイプ触媒は、新品時および耐久試験後のいずれのパイプ触媒においても、失火試験後にハニカム体の溶損が確認された。具体的には、比較例の新品時のパイプ触媒の失火試験後のハニカム体の状態を図５に示した。図５に示されたように、失火によりハニカム体が溶融して軸方向を貫通した大きな空洞ができていることがわかる。このような溶損が生じると、排気ガス浄化性能が大きく低下する。
【００７４】
すなわち、開口端部から間隔を隔てた位置にハニカム体が固定された実施例のパイプ触媒は、ハニカム体が溶損することによる排気ガスの浄化性能の低下が抑えられている。すなわち、実施例のパイプ触媒は、耐失火性にすぐれたパイプ触媒となっている。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の排気ガス浄化用装置は、担体が外筒の開口端部から間隔を隔てた位置に固定されることで、担体が失火により溶損しなくなっている。そして、本発明の排気ガス浄化用装置は、外筒の内周面にも触媒層が形成されていることから、外筒の内部を排気ガスが通過するときに、外筒の内周面と接触した排気ガスを浄化する。すなわち、本発明の排気ガス浄化用装置は、失火による担体の溶損が抑えられるとともに排気ガスの浄化性能の低下が抑えられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のパイプ触媒の構成を示した図である。
【図２】実施例４のパイプ触媒の構成を示した図である。
【図３】比較例のパイプ触媒の構成を示した図である。
【図４】失火試験後の実施例１のパイプ触媒のハニカム体を示した図である。
【図５】失火試験後の比較例のパイプ触媒のハニカム体を示した図である。
【符号の説明】
１…外筒          ２…ハニカム体
１０…開口端部    １１…保護被膜    １２…触媒層
【図１】
2004197667.tif 000004
【図２】
2004197667.tif 000005
【図３】
2004197667.tif 000006
【図４】
2004197667.tif 000007
【図５】
2004197667.tif 000008