(57)【要約】【課題】  触媒金属のシンタリングを抑制した排ガス浄化用触媒およびそれを用いた排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  基体と、基体上に形成された触媒担体層と、触媒担体層上に担持された触媒金属とを備え、触媒金属が強磁性を有し、かつ、触媒担体層内に強磁性体粒子を分散させた排ガス浄化用触媒。この排ガス浄化用触媒を用い、排ガス温度の検知手段と、排ガス温度を強磁性体粒子のキュリー点未満に制御する手段とを備えた排ガス浄化装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体上に形成された触媒担体層と、該触媒担体層上に担持された触媒金属とを備えた排ガス浄化用触媒であって、
上記触媒金属が強磁性を有し、かつ、上記触媒担体層内に強磁性体粒子を分散させたことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項２】
請求項１において、上記触媒金属が貴金属と強磁性金属との合金から成ることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項３】
請求項２において、上記合金がＦｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、またはＣｏ−Ｐｄ合金であることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項４】
請求項１において、上記触媒金属が粒径５０ｎｍ以下の微粒化により強磁性を付与された貴金属であることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項において、上記強磁性体粒子は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石またはこれらと同等のキュリー点を持つ鋳造磁石から成ることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか１項において、上記強磁性体粒子は、Ｂａフェライト磁石、Ｓｒフェライト磁石またはこれらと同等のキュリー点を持つフェライト磁石から成ることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項７】
請求項１から４までのいずれか１項において、上記強磁性体粒子は、Ｓｍ−Ｃｏ磁石またはこれと同等のキュリー点を持つ希土類磁石から成ることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項８】
請求項１から４までのいずれか１項において、上記強磁性体粒子は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石またはこれと同等のキュリー点を持つ希土類磁石から成ることを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項において、上記触媒担体層上に、更に酸化窒素吸蔵材としてアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１種を担持させたことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化装置であって、排ガス温度の検知手段と、排ガス温度を上記強磁性体粒子のキュリー点未満に制御する手段とを備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項１０において、消磁された上記強磁性体粒子を再磁化する手段とを備えた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、排ガス浄化用触媒およびそれを用いた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを分解除去して排ガスを浄化するための触媒は、基体と、該基体上の触媒担体層と、該触媒担体層上の触媒金属とから基本的に構成される。触媒作用の主体である触媒金属としては一般にＰｔ、Ｒｈ等の貴金属が用いられる。高い触媒活性を確保するために触媒金属は表面積の大きい微細な粒子の状態で担持される。
【０００３】
しかし、排ガスとの接触により高温に曝された触媒金属の粒子はシンタリング（焼結）により相互に合体して粗大化し、表面積が減少して触媒活性が低下し、所定の浄化性能が得られなくなるという問題があった。
【０００４】
これに対してシンタリングを抑制するために種々の対策が講じられている。
【０００５】
例えば、特許文献１（特開平１１―１３７９９６号公報）には、担体と、該担体の細孔中に担持された貴金属と、金属酸化物から成り少なくとも細孔を被覆するコート層とから成り、該コート層が細孔を塞ぐことで、貴金属の細孔外部への移動を規制し、貴金属のシンタリングを抑制することが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２（特開２００２−３２０８５２号公報）には、有機物が炭素化して生じたカーボンを多孔質担体と触媒貴金属との隙間に入り込ませ、そのくさび効果により触媒貴金属の移動に対する障害物として作用させることが提案されている。
【０００７】
しかし、シンタリングを十分に抑制するには、更に対策が求められている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１―１３７９９６号公報（特許請求の範囲）
【０００９】
【特許文献２】特開２００２―３２０８５２号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、触媒金属のシンタリングを抑制した排ガス浄化用触媒およびそれを用いた排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、第１発明によれば、基体と、該基体上に形成された触媒担体層と、該触媒担体層上に担持された触媒金属とを備えた排ガス浄化用触媒であって、
上記触媒金属が強磁性を有し、かつ、上記触媒担体層内に強磁性体粒子を分散させたことを特徴とする排ガス浄化用触媒が提供される。
【００１２】
また、第２発明によれば、第１発明の排ガス浄化用触媒を用いた排ガス浄化装置であって、排ガス温度の検知手段と、排ガス温度を上記強磁性体粒子のキュリー点未満に制御する手段とを備えたことを特徴とする排ガス浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明においては、触媒担体層上に担持された強磁性を有する触媒金属の粒子が、触媒担体層内の強磁性体粒子の磁場に拘束されて移動・凝集を規制されることにより、シンタリングが抑制される。
【００１４】
第２発明においては、排ガス温度の検知手段と、排ガス温度を上記強磁性体粒子のキュリー点未満に制御する手段とを備えたことにより、第１発明の触媒の持つ触媒担体層内の強磁性体粒子の磁場に基づくシンタリング防止効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
前述のとおり、第１発明においては、触媒担体層上に担持された強磁性を有する触媒金属の粒子が、触媒担体層内の強磁性体粒子の磁場に拘束されて移動・凝集を規制されることにより、シンタリングが抑制される。
【００１６】
強磁性を有する触媒金属の一つの形態は、貴金属と強磁性金属との合金である。このような合金としては、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｄ合金等が代表的であるが、これらの限定する必要はなく、触媒機能と強磁性とを併せ持つ金属であればよい。
【００１７】
強磁性を有する触媒金属の別の形態は、粒径５０ｎｍ以下の微粒化により強磁性を付与された貴金属である。
【００１８】
触媒担体層内の強磁性体粒子は、浄化対象とする排ガスの温度に適応するキュリー点のものを選択する。この観点で一般的な選択の目安を表１にまとめて示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１に示した具体的な各磁石は各排ガス温度に適応したキュリー点を持つ磁石の代表例であり、本発明に用いる強磁性体粒子はこれらに限定する必要はなく、表１に示されていない他の磁石でもこれらと同等のキュリー点を持つ磁石であればよい。
【００２１】
第１発明の応用形態として、触媒担体層上に、更に酸化窒素（ＮＯｘ）吸蔵材としてアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１種を担持させることができる。これにより、第１発明のシンタリング抑制効果に加えて、更に下記の付加的な効果が得られる。
【００２２】
すなわち、ＮＯガス、ＮＯ2ガスは常磁性であり、ＳＯ2ガス、ＳＯ42-ガスは反磁性なので、触媒担体層内の強磁性体粒子の磁場により、ＮＯ、ＮＯ2は吸蔵材（アルカリ金属、アルカリ土類金属）に引き付けられ、ＳＯ2、ＳＯ42-は吸蔵材から離反する。その結果、触媒はＮＯｘ浄化性能が向上し、同時にＳ被毒が軽減する。
【００２３】
更に、前述のとおり、第２発明においては、排ガス温度の検知手段と、排ガス温度を上記強磁性体粒子のキュリー点未満に制御する手段とを備えたことにより、第１発明の触媒の持つ触媒担体層内の強磁性体粒子の磁場に基づくシンタリング防止効果を発揮する。キュリー点以上の排ガス温度をキュリー点未満に降温させる手段としては、従来から知られている排ガス温度降下手段を用いることができる。すなわち、排ガスのバイパス、点火時期進角、燃料増量等の手段を用いる。
【００２４】
排ガス温度が上記制御範囲を超えた場合など、触媒担体層内の強磁性体粒子の温度がキュリー点を超えると強磁性体粒子は消磁されてしまい、磁力を失う。そのような場合に対処するために、第２発明の望ましい形態による排ガス浄化装置は、消磁された上記強磁性体粒子を再磁化する手段とを備えている。具体的には、基体が導電体の場合には基体に電流を流して再磁化用磁場を形成することもできるし、あるいは、触媒の周囲にコイルを巻き電流を流して再磁化用磁場を形成することもできる。
【実施例】
【００２５】
〔実施例１〕
図１を参照して、第１発明による排ガス浄化用触媒の一例を説明する。図示した排ガス浄化用触媒１００は、セラミックスやステンレス鋼等から成る基体１０と、基体１０上に形成されたアルミナコート層等から成る触媒担体層１２と、触媒担体層１２上に担持された触媒金属１４とを備えた基本構造を持つ。
【００２６】
本発明においては、触媒金属１４が強磁性を有し、かつ、触媒担体層１２内に強磁性体粒子１６を分散させたことが特徴である。
【００２７】
強磁性を有する触媒金属１４は、前述したように、従来から触媒金属として用いられているＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属を、Ｆｅ、Ｃｏ等の強磁性金属と合金化することにより作成することもできるし、あるいは、上記貴金属を数ｎｍ〜数十ｎｍに微粒化することによっても作成できる。
【００２８】
強磁性体粒子は表１中の例を代表とする各種の磁石から、浄化対象とする排ガスの温度に適したキュリー点を持ち、できるだけ強力な磁石を選択すればよい。例えば表１の最上段に例示したＦｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石は従来からアルニコ磁石と呼称されているものであり、キュリー点も高く磁力も強力である。
【００２９】
このような構成の排ガス浄化用触媒１００は、図１に示したように、触媒担持層１２上に担持された触媒金属１４が、触媒担持層１２内に分散している強磁性体粒子１６から磁力Ｆで拘束されているため、移動・凝集が規制されてシンタリングが抑制される。
【００３０】
〔実施例２〕
図２を参照して、第１発明の応用形態による排ガス浄化用触媒の一例を説明する。図示した排ガス浄化用触媒１１０は、触媒担体層１２上に、更に酸化窒素（ＮＯｘ）の吸蔵材１８としてアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１種を担持させてある。
【００３１】
このような構成の排ガス浄化用触媒１１０は、実施例１と同様なシンタリング抑制という基本的な効果に加えて、触媒担体層１２内の強磁性体粒子１６の磁力により、常磁性のＮＯ、ＮＯ2は吸蔵材１８に引き付けられ、ＳＯ2、ＳＯ42-は吸蔵材１８から離反するため、ＮＯｘ浄化性能が向上し、同時にＳ被毒が軽減するという副次的な効果が得られる。
【００３２】
〔実施例３〕
図３を参照して、第２発明による排ガス浄化装置の排ガス温度制御方法を説明する。
【００３３】
触媒温度を温度センサーで常時検知しておき、検知温度が所定温度以上になったら排ガス温度を降下させる制御を実行する。ここで所定温度は、強磁性体粒子を構成する磁石材料のキュリー点を下回る温度であり、温度降下制御の応答速度に応じて予め設定する。排ガス温度降下手段としては、従来から知られている排ガスのバイパス、点火時期進角、燃料増量等を適宜用いる。排ガスをバイパスさせる場合には、本発明により磁力利用した触媒の下流側に従来の磁力利用しない触媒を配置する。
【００３４】
〔実施例４〕
図４を参照して、第２発明の望ましい実施形態による排ガス浄化装置の再磁化を説明する。
【００３５】
触媒温度を温度センサーで常時検知しておき、検知温度が磁石金属１６のキュリー点以上になったら、再磁化を実行する。これは、触媒温度がキュリー点未満に低下した状態で、基材１０が導電性である場合には基材１０に電流を流して再磁化用磁場を形成することにより行なえるし、あるいは触媒１０の周囲にコイルを巻いておき、電流を流して再磁化用磁場を形成することによっても行なえる。
【００３６】
触媒が磁石金属のキュリー点以上になると、磁石金属の磁化が失われる。その場合、磁石金属をそのキュリー点未満に保持して磁場を印加することにより再磁化する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、触媒金属のシンタリングを抑制した排ガス浄化用触媒およびそれを用いた排ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、第１発明による排ガス浄化用触媒の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、第１発明の応用形態による排ガス浄化用触媒の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、第２発明による排ガス浄化装置における排ガス温度制御の一方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第２発明の望ましい形態による排ガス浄化装置における再磁化の一方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１００、１１０…本発明による排ガス浄化用触媒
１０…基体
１２…触媒担体層
１４…触媒金属
１６…強磁性体粒子
１８…ＮＯｘ吸蔵材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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