排気ガス浄化装置
【課題】 排気温度が高温になっても触媒金属粒子の吸引固定に必要な磁力を確保してシンタリングを抑制することができる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒10を備えた排気ガス浄化装置100において、排気ガス浄化用触媒10の外周を取り巻く遮熱帯12、および遮熱帯12の外周を取り巻く永久磁石帯14を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【解決手段】 触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒10を備えた排気ガス浄化装置100において、排気ガス浄化用触媒10の外周を取り巻く遮熱帯12、および遮熱帯12の外周を取り巻く永久磁石帯14を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【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には、磁性体粉末を触媒担体中に混入させ、または、触媒貴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、磁性体粉末粒子の個々に触媒貴金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒貴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、排気温度が磁性体のキュリー点以上の高温になると磁性体が磁力を失うため、触媒貴金属粒子のシンタリングが発生してしまう、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、排気温度が高温になっても触媒金属粒子の吸引固定に必要な磁力を確保してシンタリングを抑制することができる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、触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒を備えた排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化用触媒の外周を取り巻く遮熱帯、および
該遮熱帯の外周を取り巻く永久磁石帯
を備えた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】
本発明によれば、強磁性材料により排気ガス浄化用触媒内で作用している磁力が温度上昇によって低下しても、遮熱帯を介して排気ガス浄化用触媒を取り巻いている永久磁石帯が温度上昇の影響を受けずに磁力を排気ガス浄化用触媒内部に作用させ、この磁力が強磁性材料に集中して触媒金属粒子に作用するので、触媒金属粒子に対する拘束作用が十分に維持され、シンタリングが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、本発明の一実施形態による排気ガス浄化装置の構造例を説明する。図１は、排気ガス流に沿った排気ガス浄化装置の中心軸を含む縦断面図である。
【００１２】
図示した排気ガス浄化装置１００は、排気ガスＧの経路に挿入された排気ガス浄化用触媒１０と、排気ガス浄化用触媒１０の外周を取り巻く遮熱帯１２と、遮熱帯１２の外周を取り巻く永久磁石帯１４とを備えている。
【００１３】
排気ガス浄化用触媒１０の内部においては、例えば図２に示すように、基体２０上に形成された触媒担持層２２上に強磁性粒子２４が担持され、更に触媒金属粒子２６が強磁性粒子２４に磁力で吸引固定された状態で触媒担持層２２上に担持されている。ここで、触媒１０の温度が上昇して強磁性粒子２４のキュリー温度に近づくのに伴い強磁性粒子２４の磁力が弱くなり、触媒１０の温度がキュリー温度を超えると磁力が失われる。このままでは、触媒金属粒子２６に対する吸引固定効果が低下または失われ、シンタリングを抑制できなくなる。
【００１４】
そこで本発明によれば、再び図１、図２を参照すると、強磁性材料２４により排気ガス浄化用触媒１０内で作用している磁力が温度上昇によって低下しても、遮熱帯１２を介して排気ガス浄化用触媒１０を取り巻いている永久磁石帯１４が温度上昇の影響を受けずに磁力を排気ガス浄化用触媒１０内部に作用させ、この磁力が強磁性材料２４に集中して触媒金属粒子２６に作用するので、触媒金属粒子２６に対する拘束作用が十分に維持され、シンタリングが抑制される。
【００１５】
排気ガス浄化用触媒１０に印加された磁場は、個々の強磁性粒子２４（図２）に収束してその磁力低下分を補い、必要な磁力が触媒金属粒子２６（図２）に作用して吸引固定しシンタリングを抑制する。
【００１６】
強磁性粒子２４は望ましくは粒子径２〜１０ｎｍで触媒担持層２２上に高分散に担持されており、触媒金属粒子２６も望ましくは同等の粒子径である。
【００１７】
排気ガス浄化用触媒１０の基体２０としては、典型的にはコーディライトを用いるが、セラミックでも良いし、金属でも良い。触媒担持層２２としては、触媒金属粒子あるいは強磁性粒子を担持できる多孔質な表面を有するアルミナ、チタニア、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。
【００１８】
本発明は、低下または失われた強磁性材料の磁力を補完する手段として永久磁石を用いているので、磁力補完にランニングコストが掛からないという利点がある。
【００１９】
遮熱帯１２は、最も単純な形態としては断熱材料で作製できる。断熱材の材質および厚さ等の寸法は、周囲を取り巻く永久磁石帯１４が十分な磁力を維持できる上限温度を超えないように、同時に、永久磁石帯１４の磁力が排気ガス浄化用触媒１０の内部に有効に作用できるように適宜選択すればよい。
【００２０】
遮熱帯１２の他の形態として、水冷式、空冷式等の冷却器で構成することもできる。もちろんこの場合は、冷却器による冷却作用が永久磁石帯１４に有効に作用しなくてはならないが、同時に、排気ガス浄化用触媒１０に対して不要あるいは有害な冷却作用を及ぼさないように、冷却器から成る遮熱帯１２と排気ガス浄化用触媒１０との間に別の断熱層を介在させる等、設計上の配慮が必要である。
【００２１】
図３を参照して、永久磁石帯１４の形態を説明する。図３は、図１の線Ｘ−Ｘにおける横断面図である。典型的には、排気ガス浄化用触媒１０は円筒形であり、これを取り巻く遮熱帯１２も永久磁石帯１４も対応した円筒形である。
【００２２】
永久磁石帯１４は、最も単純な形態としては図３（１）に示したように全周連続した形状とすることができるが、図３（２）に示したように多数の永久磁石領域１４１〜１４ｎに分割して、各領域１４ｉ毎に磁力の強度および向きを種々に変えて配置することにより、排気ガス浄化用触媒１０の内部へ作用させる磁力線の分布を最適化することができる。
【００２３】
図３（２）には、永久磁石帯１４を円周方向に沿って多数の領域１４ｉに分割した形態を示したが、円筒の軸方向に沿って多数の領域に分割してもよいし、円周方向と軸方向の両方に関して多数の領域に分割してもよい。
【００２４】
また、図３（１）および（２）に示した例ではいずれも、永久磁石帯１４を円周全体にわたって設けたが、円周の一部にのみ設けても良い。例えば、円周の中心を挟んで向かい合う２箇所あるいは４箇所などの複数箇所の円弧部分に設けたり、円周上の奇数箇所の円弧部分に設けたりすることもできる。
【００２５】
更に、図３（１）および（２）に示した例ではいずれも、遮熱帯１２を円周全体にわたって設けた。しかし、永久磁石帯１４を円周全体に設けず一部の円弧部分にのみ設ける場合には、遮熱帯１２も永久磁石帯１４を設ける円弧部分にのみ設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、排気温度が高温になっても触媒金属粒子の吸引固定に必要な磁力を確保してシンタリングを抑制することができる排気ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による排気ガス浄化装置の構成例を示す縦断面図である。
【図２】図２は、本発明による排気ガス浄化装置に用いる排気ガス浄化用触媒の構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、図１の線Ｘ−Ｘにおける横断面図であり、本発明による永久磁石帯の形態例を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 排気ガス浄化装置
１０ 排気ガス浄化用触媒
１２ 遮熱帯
１４ 永久磁石帯
１４１〜１４ｉ〜１４ｎ 分割された永久磁石領域
２０ 排気ガス浄化用触媒１０の基体
２２ 触媒担持層
２４ 強磁性粒子
２６ 触媒金属粒子
【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には、磁性体粉末を触媒担体中に混入させ、または、触媒貴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、磁性体粉末粒子の個々に触媒貴金属粒子を磁力で吸引固定することにより拘束して、触媒貴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、排気温度が磁性体のキュリー点以上の高温になると磁性体が磁力を失うため、触媒貴金属粒子のシンタリングが発生してしまう、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、排気温度が高温になっても触媒金属粒子の吸引固定に必要な磁力を確保してシンタリングを抑制することができる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、触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒を備えた排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化用触媒の外周を取り巻く遮熱帯、および
該遮熱帯の外周を取り巻く永久磁石帯
を備えた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】
本発明によれば、強磁性材料により排気ガス浄化用触媒内で作用している磁力が温度上昇によって低下しても、遮熱帯を介して排気ガス浄化用触媒を取り巻いている永久磁石帯が温度上昇の影響を受けずに磁力を排気ガス浄化用触媒内部に作用させ、この磁力が強磁性材料に集中して触媒金属粒子に作用するので、触媒金属粒子に対する拘束作用が十分に維持され、シンタリングが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、本発明の一実施形態による排気ガス浄化装置の構造例を説明する。図１は、排気ガス流に沿った排気ガス浄化装置の中心軸を含む縦断面図である。
【００１２】
図示した排気ガス浄化装置１００は、排気ガスＧの経路に挿入された排気ガス浄化用触媒１０と、排気ガス浄化用触媒１０の外周を取り巻く遮熱帯１２と、遮熱帯１２の外周を取り巻く永久磁石帯１４とを備えている。
【００１３】
排気ガス浄化用触媒１０の内部においては、例えば図２に示すように、基体２０上に形成された触媒担持層２２上に強磁性粒子２４が担持され、更に触媒金属粒子２６が強磁性粒子２４に磁力で吸引固定された状態で触媒担持層２２上に担持されている。ここで、触媒１０の温度が上昇して強磁性粒子２４のキュリー温度に近づくのに伴い強磁性粒子２４の磁力が弱くなり、触媒１０の温度がキュリー温度を超えると磁力が失われる。このままでは、触媒金属粒子２６に対する吸引固定効果が低下または失われ、シンタリングを抑制できなくなる。
【００１４】
そこで本発明によれば、再び図１、図２を参照すると、強磁性材料２４により排気ガス浄化用触媒１０内で作用している磁力が温度上昇によって低下しても、遮熱帯１２を介して排気ガス浄化用触媒１０を取り巻いている永久磁石帯１４が温度上昇の影響を受けずに磁力を排気ガス浄化用触媒１０内部に作用させ、この磁力が強磁性材料２４に集中して触媒金属粒子２６に作用するので、触媒金属粒子２６に対する拘束作用が十分に維持され、シンタリングが抑制される。
【００１５】
排気ガス浄化用触媒１０に印加された磁場は、個々の強磁性粒子２４（図２）に収束してその磁力低下分を補い、必要な磁力が触媒金属粒子２６（図２）に作用して吸引固定しシンタリングを抑制する。
【００１６】
強磁性粒子２４は望ましくは粒子径２〜１０ｎｍで触媒担持層２２上に高分散に担持されており、触媒金属粒子２６も望ましくは同等の粒子径である。
【００１７】
排気ガス浄化用触媒１０の基体２０としては、典型的にはコーディライトを用いるが、セラミックでも良いし、金属でも良い。触媒担持層２２としては、触媒金属粒子あるいは強磁性粒子を担持できる多孔質な表面を有するアルミナ、チタニア、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。
【００１８】
本発明は、低下または失われた強磁性材料の磁力を補完する手段として永久磁石を用いているので、磁力補完にランニングコストが掛からないという利点がある。
【００１９】
遮熱帯１２は、最も単純な形態としては断熱材料で作製できる。断熱材の材質および厚さ等の寸法は、周囲を取り巻く永久磁石帯１４が十分な磁力を維持できる上限温度を超えないように、同時に、永久磁石帯１４の磁力が排気ガス浄化用触媒１０の内部に有効に作用できるように適宜選択すればよい。
【００２０】
遮熱帯１２の他の形態として、水冷式、空冷式等の冷却器で構成することもできる。もちろんこの場合は、冷却器による冷却作用が永久磁石帯１４に有効に作用しなくてはならないが、同時に、排気ガス浄化用触媒１０に対して不要あるいは有害な冷却作用を及ぼさないように、冷却器から成る遮熱帯１２と排気ガス浄化用触媒１０との間に別の断熱層を介在させる等、設計上の配慮が必要である。
【００２１】
図３を参照して、永久磁石帯１４の形態を説明する。図３は、図１の線Ｘ−Ｘにおける横断面図である。典型的には、排気ガス浄化用触媒１０は円筒形であり、これを取り巻く遮熱帯１２も永久磁石帯１４も対応した円筒形である。
【００２２】
永久磁石帯１４は、最も単純な形態としては図３（１）に示したように全周連続した形状とすることができるが、図３（２）に示したように多数の永久磁石領域１４１〜１４ｎに分割して、各領域１４ｉ毎に磁力の強度および向きを種々に変えて配置することにより、排気ガス浄化用触媒１０の内部へ作用させる磁力線の分布を最適化することができる。
【００２３】
図３（２）には、永久磁石帯１４を円周方向に沿って多数の領域１４ｉに分割した形態を示したが、円筒の軸方向に沿って多数の領域に分割してもよいし、円周方向と軸方向の両方に関して多数の領域に分割してもよい。
【００２４】
また、図３（１）および（２）に示した例ではいずれも、永久磁石帯１４を円周全体にわたって設けたが、円周の一部にのみ設けても良い。例えば、円周の中心を挟んで向かい合う２箇所あるいは４箇所などの複数箇所の円弧部分に設けたり、円周上の奇数箇所の円弧部分に設けたりすることもできる。
【００２５】
更に、図３（１）および（２）に示した例ではいずれも、遮熱帯１２を円周全体にわたって設けた。しかし、永久磁石帯１４を円周全体に設けず一部の円弧部分にのみ設ける場合には、遮熱帯１２も永久磁石帯１４を設ける円弧部分にのみ設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、排気温度が高温になっても触媒金属粒子の吸引固定に必要な磁力を確保してシンタリングを抑制することができる排気ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による排気ガス浄化装置の構成例を示す縦断面図である。
【図２】図２は、本発明による排気ガス浄化装置に用いる排気ガス浄化用触媒の構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、図１の線Ｘ−Ｘにおける横断面図であり、本発明による永久磁石帯の形態例を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 排気ガス浄化装置
１０ 排気ガス浄化用触媒
１２ 遮熱帯
１４ 永久磁石帯
１４１〜１４ｉ〜１４ｎ 分割された永久磁石領域
２０ 排気ガス浄化用触媒１０の基体
２２ 触媒担持層
２４ 強磁性粒子
２６ 触媒金属粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒を備えた排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化用触媒の外周を取り巻く遮熱帯、および
該遮熱帯の外周を取り巻く永久磁石帯
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、上記遮熱帯が断熱材料から成ることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、上記遮熱帯が冷却器で構成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記永久磁石帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周に関して全周にわたって設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記永久磁石帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周に関して全周のうちの数箇所に分割して設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項４または５において、上記遮熱帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周の全周にわたって設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項５において、上記遮熱帯が上記は排気ガス浄化用触媒の外周全周のうち上記分割された永久磁石帯を設ける箇所にのみ設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１】
触媒金属粒子と、該触媒金属粒子に作用する磁力を発生する強磁性粒子とを含む排気ガス浄化用触媒を備えた排気ガス浄化装置において、
上記排気ガス浄化用触媒の外周を取り巻く遮熱帯、および
該遮熱帯の外周を取り巻く永久磁石帯
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、上記遮熱帯が断熱材料から成ることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、上記遮熱帯が冷却器で構成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記永久磁石帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周に関して全周にわたって設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記永久磁石帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周に関して全周のうちの数箇所に分割して設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項４または５において、上記遮熱帯が上記排気ガス浄化用触媒の外周の全周にわたって設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項５において、上記遮熱帯が上記は排気ガス浄化用触媒の外周全周のうち上記分割された永久磁石帯を設ける箇所にのみ設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２９１３８（Ｐ２００６−２９１３８Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０６０６０（Ｐ２００４−２０６０６０）
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【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２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１３日（２００４．７．１３）
【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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