JP5599208B2 - ハニカム触媒体及び排ガス浄化装置 - Google Patents
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[2] 前記ハニカム基材の発熱部の熱伝導率及び熱容量が、前記ハニカム基材のハニカム部の熱伝導率及び熱容量より大きい[1]に記載のハニカム触媒体。
本発明のハニカム触媒体の一の実施形態は、図1〜図3に示すように、流体(排ガス)の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1を有するハニカム部3、及びハニカム部3の外周を取り囲むように配設された発熱部4を有する筒状のハニカム基材5と、発熱部4内に配設され、通電により発熱可能な発熱体6と、ハニカム部3の隔壁1に担持された触媒とを備えるものである。図1は、本発明のハニカム触媒体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明のハニカム触媒体の一の実施形態の、セルの延びる方向に平行な断面を示す模式図である。図3は、図2におけるA−A’断面を示す模式図である。
本発明のハニカム触媒体(第2の発明)の一の実施形態(ハニカム触媒体400、図8参照)は、流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム部、及びハニカム部の外周を取り囲むように配設され、通電により発熱可能な発熱部を有する筒状のハニカム基材と、ハニカム部の隔壁に担持された触媒とを備えるものである。図8は、本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態(排ガス浄化装置700)の、ガスが流れる方向に平行な断面を示す模式図である。排ガス浄化装置700は、ハニカム触媒体として、本発明のハニカム触媒体(第2の発明)の一の実施形態(ハニカム触媒体400)を用いたものである。
次に、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態について説明する。
次に、本発明のハニカム触媒体(第1の発明)の一の実施形態の製造方法について説明する。
本発明のハニカム触媒体(第2の発明)の一の実施形態の製造方法は、発熱体及び通電用端子を作製しないこと以外は、上記本発明のハニカム触媒体(第1の発明)の一の実施形態の製造方法と同様であることが好ましい。そして、発熱部の通電の際の電気抵抗が、0.1〜100Ωになるようにすることが好ましい。
(6−1)ハニカム触媒体;
本発明の排ガス浄化装置を構成するハニカム触媒体は、上記本発明のハニカム触媒体(第1の発明又は第2の発明)の製造方法によって作製することが好ましい。
まず、セラミック原料、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製することが好ましい。セラミック原料としては、炭化珪素、珪素−炭化珪素複合材、コージェライト化原料、コージェライト、アルミナタイタネート、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、及びLAS(リチウムアルミニウムシリケート)又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。ここで、コージェライト化原料とは、焼成によりコージェライトとなる原料を意味し、シリカが42〜56質量%、アルミナが30〜45質量%、マグネシアが12〜16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミックス原料である。具体的にはタルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカの中から選ばれた複数の無機原料を上記化学組成となるような割合で含むものが挙げられる。
ハニカム触媒体及び第2ハニカム触媒体に充填材を巻きつけ、充填材を圧縮した状態で、ハニカム触媒体及び第2ハニカム触媒体を缶体内に収納し、電源を通電用端子に接続することにより、図6に示すような、排ガス浄化装置500を得ることが好ましい。缶体、充填材及び電源としては、上記本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態を構成する缶体及び充填材として好ましいとされたものであることが好ましい。
(1)ハニカム触媒体:
セラミック原料として、窒化珪素(Si3N4)、これに、焼結助剤としてイットリア(Y2O3)、炭酸マグネシウム、アルミナ(Al2O3)、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを添加すると共に、水を添加してボールミル等を用いて混合することにより成形原料を得た。得られた成形原料を混練し、真空土練機により円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量はセラミック原料100質量に対して7質量部であり、イットリア(Y2O3)、炭酸マグネシウム、及びアルミナ(Al2O3)の含有量は、セラミック原料100質量部に対して、それぞれ1質量部であり、水の含有量はセラミック原料100質量部に対して42質量部であった。窒化珪素粉末の平均粒子径は5μmであった。平均粒子径はレーザー回折法で測定した値である。
セラミック原料として、コージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、造孔材、バインダ、界面活性剤及び水を添加して成形原料とした。コージェライト化原料としては、タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカを、その化学組成が、SiO2;42〜56質量%、Al2O3;30〜45質量%、及びMgO;12〜16質量%となるように所定の割合で調合したものを用いた。造孔材としてはグラファイトを用い、セラミック原料100質量部に対して5質量部添加した。バインダとしては、メチルセルロースを用い、セラミック原料100質量部に対して8質量部添加した。界面活性剤としては、エチレングリコールを用い、セラミック原料100質量部に対して0.5質量部添加した。水は、セラミック原料100質量部に対して30質量部添加した。
得られたハニカム触媒体及び第2ハニカム触媒体に充填材を巻きつけ、充填材を圧縮した状態でハニカム触媒体及び第2ハニカム触媒体を缶体内に収納し、電源を通電用端子に接続することにより、図6に示すような排ガス浄化装置500を得た。充填材としては、耐熱無機絶縁マットを用いた。缶体の材質は、ステンレス鋼とした。また、缶体の形状は、図6に示される缶体33のような、両端部が細く絞られた円筒状とした。缶体の入口開口部及び出口開口部の直径は、55mmとした。また、缶体の、ハニカム触媒体及び第2ハニカム触媒体が挿入される部分の、中心軸に直交する断面の直径は108mmとした。電源としては、リチウムイオン電池を使用した。
図10に示すような、圧力損失測定装置40を用いて、測定試料44にガスを流した時の圧力損失(圧損)を測定する。圧力損失測定装置40は、排ガス浄化装置を測定試料44とし、「測定試料44の流入直前の圧力と、測定試料44の流出直後の圧力との差(差圧)を測定する」差圧計42と、「測定試料44にガスG1を流すために測定試料44の流出側に取り付けられた」ブロワー43とを備え、それぞれが配管で繋がれたものである。そして、圧力損失測定装置40を用いて、測定試料44にガスを流した時の圧力損失(圧損)を測定する。尚、図10に示す圧力損失測定装置40においては、バルブ、計測機器(差圧計を除く)、バイパス等は省略している。
排ガス浄化装置を、排気量2リットルのガソリンエンジンを搭載した車輌の排気系に取り付け、米国規制運転モードLA−4の運転をシャシダイナモ上で行い、米国排気ガス規制に準拠したエミッション測定方法で炭化水素排出量を測定する。炭化水素排出量が0.02g/km以下の場合を「A」とし、炭化水素排出量が0.02g/km超、0.03g/km以下の場合を「A’」とし、炭化水素排出量が0.03g/kmを超える場合を「B」とする。「A」及び「A’」が合格であり、「B」が不合格である。
排ガス浄化装置に、バーナ試験装置の燃焼ガスを流す。燃焼ガスの温度を、「900℃で10分、その後200℃で10分」というサイクルで変化させ、このサイクルを100サイクル実施する。そして、その後のクラックの有無を観察する。バーナ試験装置としては、プロパンを燃料とするガスバーナの燃焼ガスと、稀釈空気との比率をコントロールすることにより、ガス温度を過渡的に変更可能なものを用いた。クラックの無い場合を「A」とし、僅かなクラックが発生しているがハニカム触媒体として使用する上で問題がない場合を「A’」、クラックが発生した場合(ハニカム触媒体として使用できない場合)を「B」とする。「A」及び「A’」が合格であり、「B」が不合格である。
製造条件を表1、表2に示すように変化させた以外は、実施例1と同様にして排ガス浄化装置を作製した。実施例1の場合と同様にして、上記方法で、「圧力損失(圧損)」、「浄化性能」及び「耐久性」の評価を行った。結果を表3に示す。表1において、「触媒」の欄は、第2ハニカム触媒体の単位体積当たりの触媒量(g/リットル)を示す。表2において、「触媒」の欄は、ハニカム触媒体の単位体積当たりの触媒量(g/リットル)を示す。また、「発熱体」の「端子間抵抗」の欄は、通電用端子間の抵抗値を示す。
実施例1における第2ハニカム触媒体のみを缶体内に収納して排ガス浄化装置を作製した(比較例1)。第2ハニカム触媒体は、熱容量が1200J/(m3・K)であり、熱伝導率は1W/(m・K)であり、体積抵抗率が1013Ωcmであった。実施例1の場合と同様にして、上記方法で、「圧力損失(圧損)」、「浄化性能」及び「耐久性」の評価を行った。結果を表3に示す。
Claims (8)
- 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム部、及び前記ハニカム部の外周を取り囲むように配設された発熱部を有する筒状のハニカム基材と、
前記発熱部内に配設され、通電により発熱可能な発熱体と、
前記ハニカム部の前記隔壁に担持された触媒とを備え、
前記ハニカム部と前記発熱部が焼結により接合されているハニカム触媒体。 - 前記ハニカム基材の発熱部の熱伝導率及び熱容量が、前記ハニカム基材のハニカム部の熱伝導率及び熱容量より大きい請求項1に記載のハニカム触媒体。
- 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁を有するハニカム部、及び前記ハニカム部の外周を取り囲むように配設され、通電により発熱可能な発熱部を有する筒状のハニカム基材と、
前記ハニカム部の前記隔壁に担持された触媒とを備え、
前記ハニカム部と前記発熱部が焼結により接合されているハニカム触媒体であり、
前記ハニカム基材の発熱部の熱伝導率及び熱容量が、前記ハニカム基材のハニカム部の熱伝導率及び熱容量より大きいハニカム触媒体。 - 前記ハニカム基材の材料物性が、熱伝導率20W/mK以上、且つ熱容量1000J/m3K以上である請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム触媒体。
- 前記ハニカム部が、セルの延びる方向に直交する断面において、中央部と前記中央部を取り囲む外周部とから構成され、
前記外周部の隔壁厚さが、前記中央部の隔壁厚さより厚い請求項1〜4のいずれかに記載のハニカム触媒体。 - 前記外周部の隔壁厚さが、前記中央部の隔壁厚さの1.05〜2.00倍である請求項5に記載のハニカム触媒体。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のハニカム触媒体と、
流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及び最外周に配設された外周壁を有する筒状のハニカム基材、並びに前記隔壁に担持された触媒を有する第2ハニカム触媒体と、
前記ハニカム触媒体及び前記第2ハニカム触媒体を内部に収納した、一方の端部に入口開口部を有し、他方の端部に出口開口部を有する筒状の缶体と、
前記ハニカム触媒体に通電するための電源とを備え、
前記第2ハニカム触媒体が前記缶体の入口開口部側に配置され、前記ハニカム触媒体が前記缶体の出口開口部側に配置されるとともに、前記第2ハニカム触媒体と前記ハニカム触媒体とが、前記缶体の入口開口部から流入したガスが前記第2ハニカム触媒体の前記セルを通過した後に前記ハニカム触媒体の前記セルを通過するように、直列に配置された排ガス浄化装置。 - 前記ハニカム触媒体の前記ハニカム部の、セルの延びる方向に直交する断面における直径が、前記第2ハニカム触媒体の、セルの延びる方向に直交する断面における直径の0.9倍以上である請求項7に記載の排ガス浄化装置。
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