排気ガス浄化装置
【課題】 触媒全体にわたって均等に磁力を触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備する。
【解決手段】 基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気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、該基体上の触媒担持層と、該触媒担持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には、強磁性粒子を触媒担持層中に混入させ、または、触媒金属粒子と混在させた触媒装置が提案されている。この装置は、強磁性粒子の個々に触媒金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒金属粒子の移動を抑止してシンタリングを抑制する。
【０００６】
しかし、シンタリング抑止作用を高めるために強磁性粒子を増量すると、触媒担持層内で強磁性粒子の偏在が避けられず、局所的に生じた過剰な吸引力により触媒金属粒子が凝集し、却ってシンタリングを助長してしまう、という問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０１７１５号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触媒全体にわたって均等に磁力を触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、
上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備することを特徴とする排気ガス浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排気ガス浄化装置は、収納シェル、緩衝マット、触媒基体のすくなくとも１つに磁力を持たせたので、触媒内の触媒金属粒子全体にわたって均一な磁力を作用させることができるため、個々の触媒金属粒子を確実に拘束して高いシンタリング抑制効果を達成できる。
【００１１】
従来の装置は、触媒担持層内に離散的に分布する強磁性粒子を磁力源としていたため、局所的な磁力過剰の発生が避けられなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、本発明の最良の実施形態の幾つかを説明する。
【００１３】
図１（Ａ）に示した排気ガス浄化装置１００は、触媒１１０の周囲を緩衝マット１２０で取り巻いて収納シェル１３０内に充填して成る。緩衝マット１２０は触媒１１０と収納シェル１３０との直接衝突を防止する。図示の便宜上、触媒１１０、緩衝マット１２０、収納シェル１３０の間は空けて示してあるが、実際には触媒１１０と収納シェル１３０の間は緩衝マット１２０で充填されており、空間はない。
【００１４】
図１（Ｂ）に、触媒１１０の一部分を拡大して断面構造を示す。触媒１１０は基体１１２上の触媒担持層１１４に触媒金属１１６を担持させて成る。触媒担持層１１４は多孔質であり、図示のように表面に開口した亀裂も多数含んでおり、触媒金属粒子１１６は触媒担持層１１４の表面ばかりでなく亀裂内にも担持されている。
【００１５】
本発明によれば、収納シェル１３０、緩衝マット１２０、触媒基体１１２のうちの少なくとも１つが磁力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３（図１（Ａ）、（Ｂ））を有する。この磁力が、触媒担持層１１４に担持された触媒金属粒子１１６に対して吸引力Ｇ（図１（Ｂ））として作用し、移動を拘束してシンタリング抑制効果を発揮する。いずれも連続体である収納シェル１３０自体、緩衝マット１２０自体、触媒基体１１２自体が磁力源であるので、触媒担持層１１４のどの部位にも磁力が均等に印加されるため、良好な分散性で触媒金属粒子１１６を固定保持できる。
【００１６】
本発明の強磁性材料は、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。
【００１７】
【表１】
【００１８】
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材料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。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１（Ａ）に示した収納シェル１３０に磁力を持たせる例を説明する。従来、収納シェル１３０はステンレス鋼等の耐熱性金属材料で作られていた。本発明においては、収納シェル１３０に磁力を持たせるために、表１に示した強磁性材料で作製し、これに磁界を印加して着磁する。あるいは、従来用いられていたステンレス鋼などの耐熱性金属材料で収納シェル１３０を作製し、その表面に表１に示した強磁性材料の層を塗布・焼成等により形成しても良い。
【００２０】
〔実施形態２〕
図１（Ａ）に示した緩衝マット１２０に磁力を持たせる例を説明する。従来、緩衝マット１２０はセラミックス繊維等で作られていた。本発明においては、緩衝マット１２０に磁力を持たせるために、セラミックス繊維等に表１に示した強磁性材料の粉末を混合して作製する。
【００２１】
この場合、着磁済の強磁性材料粉末をセラミックス繊維に混合しても良いが、セラミックス繊維に強磁性材料粉末を混合した後に磁界を印加して着磁した方が、強磁性材料粉末粒子の磁力の方向を揃えることができるので、より望ましい。
【００２２】
〔実施形態３〕
図１（Ｂ）に示した触媒１１０の基体１１２としてメタル担体を用い、これに磁力を持たせる例を説明する。従来、メタル担体１１２は高Ａｌのステンレス鋼等の耐熱性金属材料で作られていた。本発明においては、メタル担体１１２に磁力を持たせるために、ステンレス鋼等の耐熱性金属材料に表１に示した強磁性材料の層を塗布・焼成等により形成し、その後着磁する。
【００２３】
〔実施形態４〕
触媒１１０の触媒金属１１６としては従来と同様にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属のナノ粒子を用いることができる。更に、特に本発明において有利な形態として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属とＦｅ、Ｃｏ等の遷移金属との合金のナノ粒子を用いることが望ましい。これにより触媒金属１１６自体が強磁性材料とすることができるので、触媒金属１１６にも磁力を付与することができ、吸引力Ｇを高めてシンタリング抑制効果を更に向上できる。本実施形態４は、上述の実施形態１〜３のいずれにも適用できる。
【００２４】
〔実施形態５〕
図２に示す触媒２１０は、図１の触媒１１０の触媒担持層１１４上に触媒金属１１６を担持すると共にガス吸蔵材１１８を設けたものであり、他の点は触媒１１０と同じである。ＮＯ、ＮＯ２は常磁性ガスなので吸蔵材１１８に引き付けられ、ＳＯ２、ＳＯ４２−は反磁性ガスなので吸蔵材１１８から離れる方向に移動する。その結果、ＮＯｘ浄化性能は向上し、Ｓ被毒が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、触媒全体にわたって均等に磁力を触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）本発明の排気ガス浄化装置の構造および（Ｂ）本発明の排気ガス浄化装置の一部を成す触媒の構造をそれぞれ示す断面図である。
【図２】ガス吸蔵材を付加した本発明の触媒の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００ 本発明の排気ガス浄化装置
１１０、２１０ 触媒
１１２ 基体
１１４ 触媒担持層
１１６ 触媒金属粒子
１１８ ガス吸蔵材
１２０ 緩衝マット
１３０ 収納シェル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気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、該基体上の触媒担持層と、該触媒担持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には、強磁性粒子を触媒担持層中に混入させ、または、触媒金属粒子と混在させた触媒装置が提案されている。この装置は、強磁性粒子の個々に触媒金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒金属粒子の移動を抑止してシンタリングを抑制する。
【０００６】
しかし、シンタリング抑止作用を高めるために強磁性粒子を増量すると、触媒担持層内で強磁性粒子の偏在が避けられず、局所的に生じた過剰な吸引力により触媒金属粒子が凝集し、却ってシンタリングを助長してしまう、という問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０１７１５号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触媒全体にわたって均等に磁力を触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、
上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備することを特徴とする排気ガス浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排気ガス浄化装置は、収納シェル、緩衝マット、触媒基体のすくなくとも１つに磁力を持たせたので、触媒内の触媒金属粒子全体にわたって均一な磁力を作用させることができるため、個々の触媒金属粒子を確実に拘束して高いシンタリング抑制効果を達成できる。
【００１１】
従来の装置は、触媒担持層内に離散的に分布する強磁性粒子を磁力源としていたため、局所的な磁力過剰の発生が避けられなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、本発明の最良の実施形態の幾つかを説明する。
【００１３】
図１（Ａ）に示した排気ガス浄化装置１００は、触媒１１０の周囲を緩衝マット１２０で取り巻いて収納シェル１３０内に充填して成る。緩衝マット１２０は触媒１１０と収納シェル１３０との直接衝突を防止する。図示の便宜上、触媒１１０、緩衝マット１２０、収納シェル１３０の間は空けて示してあるが、実際には触媒１１０と収納シェル１３０の間は緩衝マット１２０で充填されており、空間はない。
【００１４】
図１（Ｂ）に、触媒１１０の一部分を拡大して断面構造を示す。触媒１１０は基体１１２上の触媒担持層１１４に触媒金属１１６を担持させて成る。触媒担持層１１４は多孔質であり、図示のように表面に開口した亀裂も多数含んでおり、触媒金属粒子１１６は触媒担持層１１４の表面ばかりでなく亀裂内にも担持されている。
【００１５】
本発明によれば、収納シェル１３０、緩衝マット１２０、触媒基体１１２のうちの少なくとも１つが磁力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３（図１（Ａ）、（Ｂ））を有する。この磁力が、触媒担持層１１４に担持された触媒金属粒子１１６に対して吸引力Ｇ（図１（Ｂ））として作用し、移動を拘束してシンタリング抑制効果を発揮する。いずれも連続体である収納シェル１３０自体、緩衝マット１２０自体、触媒基体１１２自体が磁力源であるので、触媒担持層１１４のどの部位にも磁力が均等に印加されるため、良好な分散性で触媒金属粒子１１６を固定保持できる。
【００１６】
本発明の強磁性材料は、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。
【００１７】
【表１】
【００１８】
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材料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。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１（Ａ）に示した収納シェル１３０に磁力を持たせる例を説明する。従来、収納シェル１３０はステンレス鋼等の耐熱性金属材料で作られていた。本発明においては、収納シェル１３０に磁力を持たせるために、表１に示した強磁性材料で作製し、これに磁界を印加して着磁する。あるいは、従来用いられていたステンレス鋼などの耐熱性金属材料で収納シェル１３０を作製し、その表面に表１に示した強磁性材料の層を塗布・焼成等により形成しても良い。
【００２０】
〔実施形態２〕
図１（Ａ）に示した緩衝マット１２０に磁力を持たせる例を説明する。従来、緩衝マット１２０はセラミックス繊維等で作られていた。本発明においては、緩衝マット１２０に磁力を持たせるために、セラミックス繊維等に表１に示した強磁性材料の粉末を混合して作製する。
【００２１】
この場合、着磁済の強磁性材料粉末をセラミックス繊維に混合しても良いが、セラミックス繊維に強磁性材料粉末を混合した後に磁界を印加して着磁した方が、強磁性材料粉末粒子の磁力の方向を揃えることができるので、より望ましい。
【００２２】
〔実施形態３〕
図１（Ｂ）に示した触媒１１０の基体１１２としてメタル担体を用い、これに磁力を持たせる例を説明する。従来、メタル担体１１２は高Ａｌのステンレス鋼等の耐熱性金属材料で作られていた。本発明においては、メタル担体１１２に磁力を持たせるために、ステンレス鋼等の耐熱性金属材料に表１に示した強磁性材料の層を塗布・焼成等により形成し、その後着磁する。
【００２３】
〔実施形態４〕
触媒１１０の触媒金属１１６としては従来と同様にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属のナノ粒子を用いることができる。更に、特に本発明において有利な形態として、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属とＦｅ、Ｃｏ等の遷移金属との合金のナノ粒子を用いることが望ましい。これにより触媒金属１１６自体が強磁性材料とすることができるので、触媒金属１１６にも磁力を付与することができ、吸引力Ｇを高めてシンタリング抑制効果を更に向上できる。本実施形態４は、上述の実施形態１〜３のいずれにも適用できる。
【００２４】
〔実施形態５〕
図２に示す触媒２１０は、図１の触媒１１０の触媒担持層１１４上に触媒金属１１６を担持すると共にガス吸蔵材１１８を設けたものであり、他の点は触媒１１０と同じである。ＮＯ、ＮＯ２は常磁性ガスなので吸蔵材１１８に引き付けられ、ＳＯ２、ＳＯ４２−は反磁性ガスなので吸蔵材１１８から離れる方向に移動する。その結果、ＮＯｘ浄化性能は向上し、Ｓ被毒が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、触媒全体にわたって均等に磁力を触媒金属粒子に作用させて、触媒金属粒子を確実に吸引固定できるようにしたことにより、シンタリング抑制効果を向上させた排気ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）本発明の排気ガス浄化装置の構造および（Ｂ）本発明の排気ガス浄化装置の一部を成す触媒の構造をそれぞれ示す断面図である。
【図２】ガス吸蔵材を付加した本発明の触媒の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００ 本発明の排気ガス浄化装置
１１０、２１０ 触媒
１１２ 基体
１１４ 触媒担持層
１１６ 触媒金属粒子
１１８ ガス吸蔵材
１２０ 緩衝マット
１３０ 収納シェル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、
上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１】
基体上の触媒担持層に触媒金属を担持させて成る触媒の周囲を緩衝マットで取り巻いて収納シェル内に充填して成る排気ガス浄化装置において、
上記収納シェル、上記緩衝マット、上記基体のうちの少なくとも１つが磁力を具備することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１７７２８２（Ｐ２００６−１７７２８２Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７２７３５（Ｐ２００４−３７２７３５）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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