JP5476011B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本発明の排ガス浄化装置100は、一方の端面4から他方の端面5まで貫通し流体の流路となる複数のセル2を区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁3を有するハニカム基材12、ハニカム基材12の一方の端面4における所定のセル2aの開口部に配設された第1の目封止部11、及び両端部が開口する残余のセル2b内の隔壁3表面に担持される触媒21を有するハニカム触媒体20と、一方の端面34から他方の端面35まで貫通し流体の流路となる複数のセル32を区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁33を有するハニカム基材42、及びハニカム基材42の一方の端面34における所定のセル32aの開口部に配設された第2の目封止部41を有する第2の片側目封止ハニカム構造体40と、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とを収納する缶体50とを備えるものである。そして、第2の片側目封止ハニカム構造体40の、第2の目封止部41が形成された所定のセル32aの延長上に、ハニカム触媒体20の両端部が開口する残余のセル2bが配置され、且つ第2の片側目封止ハニカム構造体40の両端部が開口する残余のセル32bの延長上にニカム触媒体20の第1の目封止部11が形成された所定のセル2aが配置されるようにして、ハニカム触媒体20の他方の端面5に、第2の片側目封止ハニカム構造体40の端面(他方の端面35)を当接させた状態で、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが缶体50に収納されたものである。更に、ハニカム触媒体20のハニカム基材12の材質と、第2の片側目封止ハニカム構造体40のハニカム基材42の材質とが異なる材質である。図1は、本発明の排ガス浄化装置の一実施形態の中心軸に平行な断面を示す模式図である。
ハニカム触媒体20において、ハニカム基材12は、流体の流路となる複数のセル2を区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁3を有するハニカム形状である。隔壁3の平均細孔径は、5〜30μmであることが好ましく、10〜25μmであることが更に好ましい。5μmより小さいと、粒子状物質の堆積が少ない場合でも圧力損失が増大することがあり、30μmより大きいとハニカム触媒体20が脆くなり欠落し易くなることがあったり、スス捕集性能が低下することがある。隔壁3の平均細孔径は、水銀ポロシメーターで測定した値である。
第2の片側目封止ハニカム構造体40において、ハニカム基材42は、流体の流路となる複数のセル32を区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁33を有するハニカム形状である。隔壁33の平均細孔径は、5〜30μmであることが好ましく、10〜25μmであることが更に好ましい。5μmより小さいと、粒子状物質の堆積が少ない場合でも圧力損失が増大することがあり、30μmより大きいと第2の片側目封止ハニカム構造体40が脆くなり欠落し易くなることがあったり、スス捕集性能が低下することがある。隔壁33の平均細孔径は、水銀ポロシメーターで測定した値である。
本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態は、図1に示すように、第2の片側目封止ハニカム構造体40の、「第2の目封止部41が形成された所定のセル32a」の延長上に、ハニカム触媒体20の「両端部が開口する残余のセル2b」が配置され、且つ第2の片側目封止ハニカム構造体40の「両端部が開口する残余のセル32b」の延長上にハニカム触媒体20の「第1の目封止部11が形成された所定のセル2a」が配置されるようにして、ハニカム触媒体20の他方の端面5に、第2の片側目封止ハニカム構造体40の端面(他方の端面35)を当接させることにより、図2A、図2Bに示すような、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが直列に接続された直列型ハニカムフィルタ101が形成され、当該直列型ハニカムフィルタ101が缶体50内に収納されている。ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とは、接着材等により接着されていてもよいし、接着材等による接着がなされずに缶体内に収納されてもよい。
本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態は、上記本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態において、直列型ハニカムフィルタ101が、図3に示すように、ハニカム触媒体20の他方の端面5に、第2の片側目封止ハニカム構造体40の一方の端面34を当接させたものである。これにより、再生時の、直列型ハニカムフィルタの温度分布を変えることが出来たり、ハニカム触媒体と片側目封止ハニカム構造体の当接において位置ずれが発生しても隔壁同士の隙間が出来にくくなるといった利点がある。図3は、本発明の排ガス浄化装置の他の実施形態を構成する「ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40」(直列型ハニカムフィルタ101)の、中心軸に平行な断面を示す模式図である。
本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態は、図4A、図4Bに示すように、ハニカム触媒体20が、中心軸に直交する断面において、第1の目封止部11が配設される所定のセル2aの面積が、両端部が開口する残余のセル2bの面積より小さいものである。そして、第2の片側目封止ハニカム構造体40が、中心軸に直交する断面において、第2の目封止部41が配設される所定のセル32aの面積が、両端部が開口する残余のセル32bの面積より大きいものである。これにより、粒子状物質を両端部が開口する残余のセル2b内に堆積させる場合に、粒子状物質が堆積する隔壁の面積が大きくなり、多くの粒子状物質を捕集することが可能となり、粒子状物質を捕集することによる圧力損失の増大を抑えることができる。そして浄化効率を向上させることができる。面積の大きなセルと面積の小さなセルとの面積比は、面積の小さなセルが面積の大きなセルの1.1〜3倍の面積であることが好ましい。本実施形態の排ガス浄化装置は、上記構成以外については、上述した本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態又は他の実施形態と同様であることが好ましい。図4Aは、本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態を構成する「ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40」(直列型ハニカムフィルタ101)の、中心軸に平行な断面を示す模式図である。図4Bは、本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態を構成するハニカム触媒体の、一方の端面を模式的に示す平面図である。図4Aにおけるハニカム触媒体20は、図4BのA−A’断面に相当する。
本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態は、図5に示すように、ハニカム触媒体20が、他方の端面5が凸状又は凹状の曲面であり、第2の片側目封止ハニカム構造体40が、ハニカム触媒体20の他方の端面5に当接させる側の端面(一方の端面34)が、ハニカム触媒体20の他方の端面5の凸状又は凹状の曲面に対して相補的な形状の凹状又は凸状の曲面である。そして、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが、ハニカム触媒体20の凸状又は凹状の曲面である他方の端面5と、第2の片側目封止ハニカム構造体40の凹状又は凸状の曲面である端面(一方の端面34)とが、全体的に密着するように当接した状態で缶体に収納されている。上記構成以外は、上述した本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態、他の実施形態又は更に他の実施形態と同様であることが好ましい。このように構成することにより、缶体50内での、ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40の位置決めが容易になり、使用時に缶体内で、ずれることを防止することができる。図5は、本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態を構成する「ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40」(直列型ハニカムフィルタ101)の、中心軸に平行な断面を示す模式図である。尚、図5においては、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが、便宜上、離して記載されているが、缶体内に収納する状態である直列型ハニカムフィルタ101は、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが接触したものである。
本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態は、図6に示すように、第2の片側目封止ハニカム構造体40に配設された第2の目封止部41の中で、2以上の第2の目封止部41が、一方の端面34から外側に突出した突出目封止部41aであり、第2の片側目封止ハニカム構造体40の突出目封止部41aの突出部分41bが、ハニカム触媒体20の両端部が開口する残余のセル2b内に挿入された状態で、ハニカム触媒体20の他方の端面5に、第2の片側目封止ハニカム構造体40の端面(一方の端面34)が当接されたものである。これにより、缶体50内での、ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40の位置決めが容易になり、使用時に缶体内で、ずれることを防止することができる。上記構成以外は、上述した本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態、他の実施形態又は更に他の実施形態と同様であることが好ましい。図6は、本発明の排ガス浄化装置の更に他の実施形態を構成する「ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40」(直列型ハニカムフィルタ101)の、中心軸に平行な断面を示す模式図である。尚、図6においては、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが、便宜上、離して記載されているが、缶体内に収納する状態である直列型ハニカムフィルタ101は、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とが接触したものである。
次に、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態の製造方法について説明する。本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下の方法を挙げることができる。一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁を有するハニカム基材と、ハニカム基材の一方の端面における所定のセルの開口部に配設された第1の目封止部とを備えた第1の片側目封止ハニカム構造体の一方の端面側から、第1の目封止部が形成されずに両端部が開口する残余のセル内に触媒スラリーを流入させて、両端部が開口する残余のセル内の隔壁表面に触媒を塗工してハニカム触媒体を形成するハニカム触媒体形成工程と、一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁を有するハニカム基材と、ハニカム基材の一方の端面における所定のセルの開口部に配設された第2の目封止部とを備えた第2の片側目封止ハニカム構造体の、第2の目封止部が形成された所定のセルの延長上に、ハニカム触媒体の両端部が開口する残余のセルが配置され、且つ第2の片側目封止ハニカム構造体の両端部が開口する残余のセルの延長上にハニカム触媒体の第1の目封止部が形成された所定のセルが配置されるようにして、ハニカム触媒体の他方の端面に、第2の片側目封止ハニカム構造体の端面(他方の端面)を当接させた状態で、ハニカム触媒体と第2の片側目封止ハニカム構造体とを缶体に収納する工程(キャニング工程)とを有するものである。以下、各工程について説明する。
ハニカム触媒体形成工程は、図7に示すように、第1の片側目封止ハニカム構造体10の一方の端面4側から、第1の目封止部11が形成されずに両端部が開口する残余のセル2b内に触媒スラリーを流入させて、両端部が開口する残余のセル2b内の隔壁3表面に触媒を塗工してハニカム触媒体20を形成するものである。このように、第1の片側目封止ハニカム構造体10の一方の端面4側から、「第1の目封止部11が形成されずに両端部が開口するセル(残余のセル2b)」内に触媒スラリーを流入させて、両端部が開口する残余のセル2b内の隔壁3表面に触媒を塗工するため、触媒スラリーが多孔質の隔壁3を透過することを防止して、触媒のほとんどをセル(残余のセル2b)内の隔壁3の表面に堆積させることができる。触媒を塗工するセル(残余のセル2b)の両端部が開口しているため、触媒スラリーを、当該両端部が開口するセル(残余のセル2b)内のみを通過するように流すことができ、触媒スラリーが、隔壁3を透過して第1の目封止部11が形成されたセル(所定のセル2a)内に侵入することを防止することができる。触媒スラリーが隔壁3を透過すると、隔壁3の細孔内に触媒が堆積するため、触媒が隔壁3を透過することを防止することができる本実施形態の排ガス浄化装置の製造方法によれば、隔壁3の細孔内に触媒が堆積することを防止することができる。本実施形態の排ガス浄化装置の製造方法によって製造される排ガス浄化装置によれば、隔壁3の細孔内に触媒が堆積することを防止し、隔壁3の表面に触媒を担持することができるため、捕集した粒子状物質を燃焼除去するときに、触媒と粒子状物質との接触効率が高く、粒子状物質を効率的に燃焼することができる。
キャニング工程は、図1に示すように、第2の片側目封止ハニカム構造体40の、「第2の目封止部41が形成された所定のセル32a」の延長上に、ハニカム触媒体20の「両端部が開口する残余のセル2b」が配置され、且つ第2の片側目封止ハニカム構造体40の「両端部が開口する残余のセル32b」の延長上にハニカム触媒体20の「第1の目封止部11が形成された所定のセル2a」が配置されるようにして、ハニカム触媒体20の他方の端面5に、第2の片側目封止ハニカム構造体40の端面(他方の端面35)を当接させた状態で、ハニカム触媒体20と第2の片側目封止ハニカム構造体40とを缶体50に収納するものである。この工程により、排ガス浄化装置100を得ることができる。排ガス浄化装置100は、第2の片側目封止ハニカム構造体40によってハニカム触媒体20の残余のセル2bの他方の端面5側を塞ぐ構造になっている。このように、ハニカム触媒体20とは別に、第2の片側目封止ハニカム構造体40を作製するため、第2の片側目封止ハニカム構造体40の目封止部は高温(触媒が劣化する温度より高温)の焼成温度で焼成して形成することができる。これにより、ハニカム触媒体20及び第2の片側目封止ハニカム構造体40の双方に、耐熱性に優れた目封止部が形成された排ガス浄化装置100を製造することができる。
焼成によりコージェライトが得られるコージェライト化原料に水、バインダを加えて混合、混練し、押出成形することにより、一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミックを主成分とする隔壁を有する第1のハニカム成形体を得た。
排ガス浄化装置の煤の堆積量を増加させて、再生(煤の燃焼)を行い、クラックが発生する限界を確認する。ディーゼル燃料(軽油)の燃焼により発生させた煤を含む燃焼ガスを、排ガス浄化装置に流入させることによって、煤を堆積させる。そして、一旦、室温まで冷却した後、排ガス浄化装置に680℃で一定割合の酸素を含む燃焼ガスを流入させ、排ガス浄化装置の圧力損失が低下したときに燃焼ガスの流量を減少させることによって、煤を急燃焼させ、その後のハニカム触媒体及び片側目封止ハニカム構造体におけるクラックの発生の有無を確認する。この試験は、煤の堆積量がハニカム触媒体及び片側目封止ハニカム構造体の合計の容積1リットル当り4g(以下4g/リットル等と表記)から始め、クラックの発生が認められるまで、0.5(g/リットル)ずつ増加して、繰り返し行う。測定は5個について(N=5)行い、その平均値をとった。
入口ガス温度を900℃、振動加速度を50G、振動周波数を200Hzとし、排ガス浄化装置に加熱した排気ガスを流入させながら、ハニカム触媒体及び第2の片側目封止ハニカム構造体の軸方向に、排ガスによる振動を与えた。評価は、100時間後の「ハニカム触媒体と第2の片側目封止ハニカム構造体との当接面」の移動量(ずれた量)が、0.2mm未満の場合に「◎」、0.2〜0.4mmの場合に「○」、0.4〜0.6mm(0.4mmを含まず)の場合に「△」とした。100時間後の当接面の移動量が、0.6mm以下であれば実用上問題はない。
ハニカム(A)の材質、ハニカム(B)の材質、ハニカム(A)の長さ(mm)、ハニカム(B)の長さ、ハニカム(A)(B)のセル形状、連接部構造、ハニカム(B)目封止位置及びハニカム(B)触媒担持を表1,2に示すように変更した以外は参考例1と同様にして排ガス浄化装置を作製した(実施例9〜11,18、19、23、、参考例1〜8、12〜17、20〜22、24、25、比較例1〜4)。参考例1の場合と同様にして、得られた排ガス浄化装置を用いて「再生限界」の試験及び「加熱振動試験」を行った。結果を表1,2に示す。
Claims (6)
- 一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁を有するハニカム基材、前記ハニカム基材の前記一方の端面における所定のセルの開口部に配設された第1の目封止部、及び両端部が開口する残余のセル内の隔壁表面に担持される触媒を有するハニカム触媒体と、
一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセルを区画形成する、セラミックを主成分とする多孔質の隔壁を有するハニカム基材、及び前記ハニカム基材の前記一方の端面における所定のセルの開口部に配設された第2の目封止部を有する第2の片側目封止ハニカム構造体と、
前記ハニカム触媒体と前記第2の片側目封止ハニカム構造体とを収納する缶体とを備え、
前記ハニカム触媒体のハニカム基材の材質と、前記第2の片側目封止ハニカム構造体のハニカム基材の材質とが異なる材質であり、
前記第2の片側目封止ハニカム構造体の、前記第2の目封止部が形成された前記所定のセルの延長上に、前記ハニカム触媒体の両端部が開口する残余のセルが配置され、且つ前記第2の片側目封止ハニカム構造体の両端部が開口する残余のセルの延長上に前記ニカム触媒体の前記第1の目封止部が形成された前記所定のセルが配置されるようにして、前記ハニカム触媒体の他方の端面に、前記第2の片側目封止ハニカム構造体の端面を当接させた状態で、前記ハニカム触媒体と前記第2の片側目封止ハニカム構造体とが前記缶体に収納され、
前記第2の片側目封止ハニカム構造体の中心軸方向の長さが、10mm以上、且つ前記ハニカム触媒体の他方の端面に前記第2の片側目封止ハニカム構造体の端面を当接させたときの中心軸方向の全長に対して40%以下、であり、
前記ハニカム触媒体が、他方の端面が凸状又は凹状の曲面であり、
前記第2の片側目封止ハニカム構造体が、前記ハニカム触媒体の他方の端面に当接させる側の端面が前記ハニカム触媒体の前記他方の端面の凸状又は凹状の曲面に対して相補的な形状の凹状又は凸状の曲面である排ガス浄化装置。 - 前記第2の片側目封止ハニカム構造体が、両端部が開口する前記残余のセル内の隔壁表面に担持される触媒を更に有する請求項1に記載の排ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体が、中心軸に直交する断面において、前記第1の目封止部が配設される前記所定のセルの面積が、両端部が開口する前記残余のセルの面積より小さいものであり、
前記第2の片側目封止ハニカム構造体が、中心軸に直交する断面において、前記第1の目封止部が配設される前記所定のセルの面積が、両端部が開口する前記残余のセルの面積より大きいものである請求項1又は2に記載の排ガス浄化装置。 - 前記ハニカム触媒体又は前記第2の片側目封止ハニカム構造体の凸状に形成された曲面状の端面の、中心軸方向における高さが1〜10mmである請求項3に記載の排ガス浄化装置。
- 前記第2の片側目封止ハニカム構造体に配設された前記第2の目封止部の中で、2以上の前記第2の目封止部が、前記一方の端面から外側に突出した突出目封止部であり、
前記第2の片側目封止ハニカム構造体の前記突出目封止部の突出部分が、前記ハニカム触媒体の両端部が開口する前記残余のセル内に挿入された状態で、前記ハニカム触媒体の前記他方の端面に、前記第2の片側目封止ハニカム構造体の端面が当接された請求項1〜4のいずれかに記載の排ガス浄化装置。 - 前記ハニカム触媒体の前記ハニカム基材の材質がコージェライトであり、前記第2の片側目封止ハニカム構造体の前記ハニカム基材の材質が炭化珪素又はアルミニウムチタネートである請求項1〜5のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
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