JP2008136891A - Honeycomb catalyst converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）等の被浄化成分の浄化に用いられるハニカム触媒コンバータに関する。 The present invention relates to a honeycomb catalytic converter used for purification of components to be purified such as hydrocarbon (HC) contained in exhaust gas.
自動車用、建設機械用、及び産業用のエンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスに含まれる、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）等の被浄化成分を浄化するため、ハニカム構造体を触媒担体として利用し、その触媒担体の上に浄化用の触媒を担持した触媒コンバータが使用されている（先行文献として、例えば、特許文献１を参照）。 Carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ), sulfur oxidation contained in exhaust gases emitted from engines for automobiles, construction machinery, and industrial use, and combustion equipment In order to purify a component to be purified such as a product (SO X ), a catalytic converter using a honeycomb structure as a catalyst carrier and carrying a catalyst for purification on the catalyst carrier is used (as a prior document, For example, see Patent Document 1).
図８、図９、図１０、及び図１４は、従来の触媒コンバータの一例を、模式的に示す図である。図８は、触媒コンバータを構成するハニカム触媒体の正面図（端面を見た図）であり、図９は、同じくハニカム触媒体の、セルに沿った方向（軸方向）の断面を表す断面図である。図１０は、同じくハニカム触媒体の、セルに沿った方向の断面において隔壁を拡大して示す部分拡大図であり、触媒層を示すための説明用の図である。図１４は、触媒コンバータの断面図である。図１４において、矢印は排気ガスの流れ方向を表している。 8, 9, 10, and 14 are diagrams schematically showing an example of a conventional catalytic converter. FIG. 8 is a front view of the honeycomb catalyst body constituting the catalytic converter (view of the end face), and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross section in the direction along the cell (axial direction) of the honeycomb catalyst body. It is. FIG. 10 is a partially enlarged view showing a partition wall in an enlarged cross section in the direction along the cell of the honeycomb catalyst body, and is an explanatory diagram for showing a catalyst layer. FIG. 14 is a cross-sectional view of the catalytic converter. In FIG. 14, the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas.
図８、図９、図１０、及び図１４に示される触媒コンバータ６１は、ハニカム触媒体６０がマット９を介し金属容器６２に収められてなるものであり、排気管８に接続されて使用される。ハニカム触媒体６０は、外壁２０で表される外形が円柱状であり、内部の構造がハニカム構造を成すハニカム構造体１１で構成される。排気ガスは、金属容器６２に収められたハニカム触媒体６０の一の端面２ａ側からセル３に流入し、他の端面２ｂの側から外部へと流出する。この過程で、排気ガスに含まれる被浄化成分が、隔壁４のセル３を形成する表面（セル形成面という）に設けられた触媒層１５（図８及び図９において省略）に接触して分解されることにより、排気ガスは浄化される。触媒層１５として、例えば酸化物（アルミナ、セリア、ジルコニア等）のコート層の微細な気孔の中に貴金属を担持する構造を有するものが採用される。
The
触媒コンバータ６１は、ハニカム触媒体６０において排気ガスが触媒層１５と平行に流れることから、排気ガスの被浄化成分が触媒層１５に達するために移動しなければならない拡散距離が大きく、触媒層１５に被浄化成分が達し難い結果、浄化効率が低いという問題を抱えている。そのため、触媒コンバータ６１に対しては、ハニカム触媒体６０のセル３の水力直径を小さくし、隔壁４の表面積を大きくして、浄化効率の向上を図る改善策が施される。具体的な手段としては、通常、単位面積当りのセル３の数（セル密度）を増加させ、排気ガスと触媒層１５との距離を小さくするとともに、排気ガスが触媒層１５に接触する面積を大きくする方法が採用される。
In the
ところが、圧力損失も、セル３の水力直径の二乗に反比例して増加する傾向にある。従って、セル３の水力直径を小さくすると、被浄化成分の伝達率が向上する一方において、圧力損失が増加してしまうという問題に直面する。
However, the pressure loss also tends to increase in inverse proportion to the square of the hydraulic diameter of the
又、触媒層１５内において被浄化成分が拡散する速度が不十分である場合には、触媒コンバータ６１（ハニカム触媒体６０）の浄化効率が低下する傾向にある。この傾向は、特に低温条件下で顕著である。そのため、排気ガスの浄化効率を高めるためには、触媒層１５の表面積を増加させることだけでなく、通常、約数十μｍ程度の触媒層１５の厚さを低減させて、触媒層１５内における被浄化成分の拡散速度を向上させる必要がある。
Further, when the speed at which the component to be purified diffuses in the
更に、排気ガスの浄化効率を高めつつ、圧力損失を低減させるためには、触媒コンバータ６１のハニカム触媒体６０を構成するハニカム構造体の流入径を大きくするとともに、流通させる排気ガスの流速を下げる必要がある。しかし、ハニカム構造体が大型化等した場合には、例えば車載用途ではスペースが限定されるため、触媒コンバータの搭載が困難になる場合もある。
本発明は、上述の従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能な触媒コンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has an object to provide a catalytic converter that is excellent in purification efficiency, has a small pressure loss, and can be mounted even in a limited space. And
研究が重ねられた結果、触媒コンバータの浄化効率を向上させるために、隔壁の気孔率を増加させて通気性を確保した上で、セルの入口と出口を交互に目封止（めふうじ）して排気ガスが隔壁を通過する構造とし、隔壁の内部の気孔に触媒層を形成する態様が想到されるに至った。 As a result of repeated research, in order to improve the purification efficiency of the catalytic converter, the porosity of the partition wall is increased to ensure air permeability, and the cell inlet and outlet are alternately plugged. Thus, it has been conceived that the exhaust gas passes through the partition walls and a catalyst layer is formed in the pores inside the partition walls.
図１１〜図１３は、そのような触媒コンバータを構成するハニカム触媒体の一例を、模式的に示す図である。図１１は、正面図（端面を見た図）であり、図１２は、セルに沿った方向（軸方向）の断面を表す断面図である。図１３は、セルに沿った方向の断面において隔壁を拡大して示す部分拡大図であり、触媒層を示すための説明用の図である。 FIGS. 11 to 13 are diagrams schematically showing an example of a honeycomb catalyst body constituting such a catalytic converter. FIG. 11 is a front view (view of the end face), and FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross section in the direction (axial direction) along the cell. FIG. 13 is a partially enlarged view showing a partition wall in a cross section in a direction along the cell, and is an explanatory diagram for showing a catalyst layer.
図１１〜図１３に示されるハニカム触媒体５０は、外壁２０で表される外形が円柱状であり、内部の構造がハニカム構造を成すハニカム構造体１（基材）で構成される。このハニカム触媒体５０は、ハニカム触媒体６０と同様に、マットを介して金属容器に収められ、触媒コンバータとして用いられるものである。ハニカム触媒体５０において、排気ガスは、ハニカム触媒体５０の一の端面２ａ側からセル３に流入し、目封止部１０があることから同じセル３においては他の端面２ｂの側から外部へ流出することは出来ず、隔壁４を通過し隣接するセル３に入った後に、他の端面２ｂの側から外部へと流出する。この過程で、排気ガスに含まれる被浄化成分が隔壁４の内部の気孔２５を形成する面（気孔形成面という）に設けられた触媒層５（図１１及び図１２において省略）に接触して分解されることにより、排気ガスは浄化される。触媒層５として、例えば酸化物（アルミナ、セリア、ジルコニア等）のコート層の微細な気孔の中に貴金属を担持する構造を有するものが採用される。
The honeycomb catalyst body 50 shown in FIG. 11 to FIG. 13 is configured by a honeycomb structure 1 (base material) in which the outer shape represented by the
ハニカム触媒体５０では、排気ガスが、セル３に比較して水力直径が小さい隔壁４の気孔２５の中を通過することになるため、気孔形成面に薄く均一な触媒層５を担持することが出来れば、排気ガスと触媒層５との距離は、より小さくなり、排気ガスと触媒層とが接触する面積を増やすことが可能であり、浄化効率が向上する。尚、図１３では省かれているが、ハニカム触媒体６０と同様に、セル形成面に触媒層１５が設けられていてもよい。
In the honeycomb catalyst body 50, the exhaust gas passes through the
しかし、ハニカム触媒体５０では、従来のハニカム触媒体６０に比して浄化効率が向上するものの、処理した排気ガスの被浄化成分の濃度の下限値には、（従来より優れるが）一定の限界がみられた。この点につき、更なる研究が重ねられた結果、隔壁４の気孔２５の中に排気ガスを通過させる新たな態様のハニカム触媒体５０であっても、基体となるハニカム構造体の形態、外形が、従来のハニカム触媒体６０と同じ場合には、隔壁４を通過する排気ガスの流速が、流入する端面２ａの側において遅くなる一方、流出側の端面２ｂの近傍においては、集中して排気ガスが隔壁４を通過し流速が高まり、排気ガスと触媒層５との接触、反応が間に合わないのではないかと推考するに至った。即ち、処理した排気ガスの被浄化成分の濃度の低減に限界があるのは、一定量の排気ガスが未処理のまま通過してしまう場合があるため、と考えられた。
However, although the purification efficiency is improved in the honeycomb catalyst body 50 as compared with the conventional
そこで、度重なる研究が重ねられた結果、以下に示す手段で構成される本発明を想到するに至った。 Thus, as a result of repeated research, the present invention constituted by the following means has been conceived.
即ち、本発明によれば、先ず、二つの端面の間を連通する複数のセルが形成されるように配置された、多数の細かな気孔を有する多孔質な隔壁と、二つの端面におけるセルの端部の何れか一方を交互に封止するように配置された目封止部と、を有するハニカム構造体に対して、隔壁のセルに面したセル形成面、及び隔壁が有する気孔に面した隔壁の気孔形成面に、触媒を担持させてなるハニカム触媒体と、二つの接続管部を有する金属容器と、を具備し、ハニカム触媒体が金属容器に収められ、金属容器の接続管部によって排気管に接続され得る構造を有するハニカム触媒コンバータであって、次の（１）、（２）、（３）、（４）を満たすハニカム触媒コンバータが提供される。
（１）ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡが、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満である。
ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡは、上記セル形成面に相当する、隔壁のセルに面した全内表面積Ｓ１（ｃｍ２）と、上記気孔形成面に相当する、隔壁の気孔に面した全内表面積Ｓ２（ｃｍ２）と、の合計Ｓ１＋Ｓ２（ｃｍ２）を、ハニカム構造体の全容積Ｖ（ｃｍ３）で除した値（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｖ（ｃｍ２／ｃｍ３）である。
（２）ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面積Ａ（ｍ２）と、長さＬ（ｍ）と、の比 Ａ／Ｌ（ｍ）が、０．４５（ｍ）以上、８（ｍ）未満となる形状である。
（３）ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面と、金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面と、金属容器の他の接続管部と、が成す角度のうち、少なくとも何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）未満である。
ハニカム触媒体の端面と、金属容器の接続管部と、が成す角度は、（平面である）ハニカム触媒体の端面と、接続管部の端の断面の重心とハニカム触媒体の端面の重心とを結ぶ直線と、が成す角度のうちの鋭角である。この角度については、図１５及び図１６を参照されたい。図１５及び図１６では、当該角度のうち、入口側が角度θ１、出口側が角度θ２、として示されている。
（４）ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面形状が、楕円、レーストラック形状、又は略長方形状であり、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、１．５以上８未満であり、且つ、ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面の重心と、金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面の重心と、金属容器の他の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の他の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度のうち、少なくとも何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）以下である。
ハニカム触媒体の端面の重心と、金属容器の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度については、図１７を参照されたい。この角度は、図１７において、角度θｘとして示されており、図１７では、入口側と出口側にある当該角度のうち一方が示されている。
That is, according to the present invention, first, a porous partition wall having a large number of fine pores arranged so as to form a plurality of cells communicating between the two end faces, and the cells at the two end faces. A honeycomb structure having plugged portions arranged so as to alternately seal any one of the end portions, facing a cell forming surface facing a cell of the partition wall and pores of the partition wall A honeycomb catalyst body having a catalyst supported on the pore-forming surface of the partition wall, and a metal container having two connecting pipe portions, wherein the honeycomb catalyst body is housed in the metal container, and the connecting pipe portion of the metal container There is provided a honeycomb catalytic converter having a structure that can be connected to an exhaust pipe and satisfying the following (1), (2), (3), and (4).
(1) The geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is 80 (cm 2 / cm 3 ) or more and less than 300 (cm 2 / cm 3 ).
The geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is the total inner surface area S1 (cm 2 ) facing the cell of the partition wall corresponding to the cell formation surface and the total surface area facing the pores of the partition wall corresponding to the pore formation surface. It is a value (S1 + S2) / V (cm 2 / cm 3 ) obtained by dividing the total S1 + S2 (cm 2 ) of the inner surface area S2 (cm 2 ) by the total volume V (cm 3 ) of the honeycomb structure.
(2) The honeycomb catalyst body has a ratio A / L (m) between the cross-sectional area A (m 2 ) perpendicular to the cell direction and the length L (m) of 0.45 (m) or more, 8 The shape is less than (m).
(3) The angle formed by one end face of the two end faces of the honeycomb catalyst body and one connection pipe section of the two connection pipe sections of the metal container, and the other end face of the honeycomb catalyst body Among the angles formed by the other connecting pipe portion of the metal container, at least one of the angles is 0 (°) or more and less than 30 (°).
The angle formed by the end face of the honeycomb catalyst body and the connecting pipe portion of the metal container is the end face of the honeycomb catalyst body (which is a plane), the center of gravity of the cross section of the end of the connecting pipe section, and the center of gravity of the end face of the honeycomb catalyst body. Is an acute angle among the angles formed by the straight line connecting the two. See FIGS. 15 and 16 for this angle. 15 and 16, among the angles, the inlet side is shown as an angle θ1 and the outlet side is shown as an angle θ2.
(4) The honeycomb catalyst body has an elliptical, racetrack, or substantially rectangular cross-sectional shape perpendicular to the cell direction, and the ratio of the short diameter SD (m) to the long diameter LD (m) in the cross-sectional shape. LD / SD is 1.5 or more and less than 8, and the center of gravity of one end surface of the two end surfaces of the honeycomb catalyst body and one connecting tube portion of the two connecting tube portions of the metal container The angle formed by the direction of a straight line connecting the center of gravity of the end cross section perpendicularly to one end face of the honeycomb catalyst body and the major axis direction of the honeycomb catalyst body, and the other end face of the honeycomb catalyst body The direction of the straight line projected perpendicularly to the other end face of the honeycomb catalyst body, and the major axis direction of the honeycomb catalyst body, Is at least one of 0 (°) or more and 30 °) is less than or equal to.
The direction of the straight line that projects the straight line connecting the center of gravity of the end face of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of the connecting tube of the metal container perpendicularly to the end face of the honeycomb catalyst body, and the major axis direction of the honeycomb catalyst body See FIG. 17 for the angle formed by. This angle is shown as an angle θx in FIG. 17, and in FIG. 17, one of the angles on the inlet side and the outlet side is shown.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいて、幾何学的表面積ＧＳＡは、より好ましくは、１２０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満である。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the geometric surface area GSA is more preferably 120 (cm 2 / cm 3 ) or more and less than 300 (cm 2 / cm 3 ).
ハニカム触媒体の一の（他の）端面の重心と、金属容器の一の（他の）接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の（他の）端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度が、０（°）以上、３０（°）以下であるとは、ハニカム触媒体の一の（他の）端面の重心と、金属容器の一の（他の）接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の（他の）端面に垂直に投影した直線の方向が、ハニカム触媒体の長径方向に対し、ずれが３０°以内に収まっていることを意味する。ハニカム触媒体の一の（他の）端面の重心と、金属容器の一の（他の）接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の（他の）端面に垂直に投影した直線の方向が、ハニカム触媒体の長径方向と、一致している（方向のずれとして表せば、ずれが０°である）ことが、より好ましい。 A straight line connecting the center of gravity of one (other) end face of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of the (other) connecting pipe part of the metal container is connected to one (other) of the honeycomb catalyst body. The angle formed between the direction of the straight line projected perpendicularly to the end face and the major axis direction of the honeycomb catalyst body is not less than 0 (°) and not more than 30 (°). The direction of the straight line obtained by projecting a straight line connecting the center of gravity of the end surface and the center of gravity of the cross section of the end of one (other) connecting pipe of the metal container perpendicularly to one (other) end surface of the honeycomb catalyst body is This means that the deviation is within 30 ° with respect to the major axis direction of the honeycomb catalyst body. A straight line connecting the center of gravity of one (other) end face of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of the (other) connecting pipe part of the metal container is connected to one (other) of the honeycomb catalyst body. It is more preferable that the direction of the straight line projected perpendicularly to the end face coincides with the major axis direction of the honeycomb catalyst body (the deviation is 0 ° when expressed as a deviation in direction).
全内表面積Ｓ１、全内表面積Ｓ２、及びハニカム構造体の全容積Ｖの間の関係、具体的には、Ｓ１／Ｖ、及びＳ２／Ｖの関係は、次のように求められる。Ｓ１／Ｖ（ｃｍ２／ｃｍ３）は、セルピッチＰ、隔壁の厚さをｔとしたとき、ｔの寸法を測定し、例えば、四角セルの場合には、Ｓ１／Ｖ＝４（ｐ−ｔ）／ｐ２のように、幾何学的関係から、単純計算により、求めることが出来る。又、Ｓ２／Ｖ（ｃｍ２／ｃｍ３）は、水銀ポロシメータによる平均気孔径Ｄｐ（ｍｍ）、ハニカム構造体の開口率ＯＦＡ（Ｏｐｅｎ Ｆｒｏｎｔａｌ Ａｒｅａ）、及びハニカム構造体の気孔率εを用いて、Ｓ２／Ｖ＝６０ε（１−ＯＦＡ）／Ｄｐの式により算出することが出来る。水銀ポロシメータとしては、例えば、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：Ａｕｔｏ Ｐｏｒｅ ＩＩＩ 型式９４０５等を用いることが可能である。ＯＦＡは、ハニカム構造体の中心軸に垂直な断面における、断面全体に対する開口部の比率である。ハニカム構造体のセルの方向（中心軸の方向）に垂直な断面におけるセルの形状（開口形状）が正方形の場合、セルの一辺の長さＨｄと、その長さＨｄと隔壁の厚さｔとの合計ｐ（合計長さ）とを用いて、ＯＦＡ＝Ｈｄ２／ｐ２の式により、算出することが出来る。このように、幾何学的表面積ＧＳＡは、ＧＳＡ＝Ｓ１／Ｖ＋Ｓ２／Ｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｖの式により、求めることが可能である。 The relationship among the total inner surface area S1, the total inner surface area S2, and the total volume V of the honeycomb structure, specifically, the relationship between S1 / V and S2 / V is obtained as follows. S1 / V (cm 2 / cm 3 ) is a cell pitch P, and when the partition wall thickness is t, the dimension of t is measured. For example, in the case of a square cell, S1 / V = 4 (pt−t ) / P 2 , and can be obtained from the geometric relationship by simple calculation. S2 / V (cm 2 / cm 3 ) is an average pore diameter Dp (mm) measured by a mercury porosimeter, an aperture ratio OFA (Open Front Area) of the honeycomb structure, and a porosity ε of the honeycomb structure, It can be calculated by the formula S2 / V = 60ε (1-OFA) / Dp. As the mercury porosimeter, for example, trade name: Auto Pore III model 9405 manufactured by Micromeritics, Inc. can be used. OFA is the ratio of the opening to the entire cross section in a cross section perpendicular to the central axis of the honeycomb structure. When the cell shape (opening shape) in a cross section perpendicular to the cell direction (center axis direction) of the honeycomb structure is a square, the length Hd of one side of the cell, the length Hd, and the thickness t of the partition wall Can be calculated by the formula OFA = Hd 2 / p 2 using the total p (total length). Thus, the geometric surface area GSA can be obtained by the following equation: GSA = S1 / V + S2 / V = (S1 + S2) / V.
本発明に係るハニカム触媒コンバータは、金属容器の接続管部によって排気管に接続され得る構造を有するものであり、排気管そのものは、本発明に係るハニカム触媒コンバータには含まれない。本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいて、隔壁の気孔に面した全内表面積Ｓ２（ｃｍ２）とは、隔壁内部の表面積であり、隔壁のセルに面した全内表面積Ｓ１（ｃｍ２）には含まれない。 The honeycomb catalytic converter according to the present invention has a structure that can be connected to the exhaust pipe by the connecting pipe portion of the metal container, and the exhaust pipe itself is not included in the honeycomb catalytic converter according to the present invention. In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the total inner surface area S2 (cm 2 ) facing the pores of the partition wall is a surface area inside the partition wall, and is included in the total inner surface area S1 (cm 2 ) facing the cell of the partition wall. I can't.
セルの方向とは、二つの端面の間を連通するセル（空間）の、端面と端面とを結ぶ、長さ方向である。これは、ハニカム構造体の（中心）軸方向に等しい。従来の、触媒コンバータ（触媒体）では、通常、このセルの方向は、二つの端面を結ぶ最短距離にかかる方向に一致するが、本発明に係るハニカム触媒コンバータでは、端面とセルの方向との成す角度が９０（°）ではない態様を採り得るので、セルの方向は、二つの端面を結ぶ最短距離にかかる方向に一致しない場合がある。 The cell direction is a length direction connecting the end surfaces of the cells (spaces) communicating between the two end surfaces. This is equal to the (center) axial direction of the honeycomb structure. In the conventional catalytic converter (catalyst body), the direction of the cell usually coincides with the direction of the shortest distance connecting the two end faces. In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the end face and the direction of the cell Since the formed angle may not be 90 (°), the cell direction may not coincide with the direction of the shortest distance connecting the two end faces.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいては、ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面形状が、楕円、レーストラック形状、又は略長方形状であり、且つ、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、１．５以上８未満であることが好ましい。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the honeycomb catalyst body has an elliptical shape, a racetrack shape, or a substantially rectangular shape in cross section perpendicular to the cell direction, and a short diameter SD (m) in the cross sectional shape. And the ratio LD / SD of the major axis LD (m) is preferably 1.5 or more and less than 8.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいては、目封止部が、多数の細かな気孔を有する多孔質な材料で形成され、その目封止部の気孔の表面に、触媒が担持されていることが好ましい。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the plugged portion is formed of a porous material having a large number of fine pores, and the catalyst is supported on the surface of the pores of the plugged portion. preferable.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいては、ハニカム触媒体は、（二つの端面のうちの何れか）一の端面と、ハニカム触媒体のセルの方向と、の成す角度が、４５（°）以上、８０（°）未満であることが好ましい。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the honeycomb catalyst body has an angle formed by one end face (any of the two end faces) and the cell direction of the honeycomb catalyst body of 45 (°) or more. It is preferably less than 80 (°).
平面に対する角度は、それが９０（°）ではない場合、鋭角と鈍角が生じ得るが、上記好ましい態様における一の端面（平面）とセルの方向との成す角度は、このうちの鋭角である。本発明に係るハニカム触媒コンバータが通常採り得る形態では、ハニカム触媒体（ハニカム構造体）の二つの端面は平行であるから、上記本発明に係るハニカム触媒コンバータの好ましい態様においては、ハニカム触媒体のセルの方向に対する、ハニカム触媒体の二つの端面の成す角度は、ともに４５（°）以上、８０（°）未満である。 When the angle with respect to the plane is not 90 (°), an acute angle and an obtuse angle may occur, but the angle formed by one end face (plane) and the cell direction in the preferred embodiment is an acute angle. In a mode in which the honeycomb catalytic converter according to the present invention can normally be employed, the two end faces of the honeycomb catalytic body (honeycomb structure) are parallel to each other. Therefore, in a preferable aspect of the honeycomb catalytic converter according to the present invention, The angles formed by the two end faces of the honeycomb catalyst body with respect to the cell direction are both 45 (°) or more and less than 80 (°).
次に、本発明によれば、排気ガスが流れる排気管に接続された態様であり、ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面形状が、楕円、レーストラック形状、又は略長方形状であり、且つ、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、１．５以上８未満であるハニカム触媒コンバータであって、セルの方向に垂直な断面形状におけるハニカム触媒体の短径ＳＤ（ｍ）と、排気管の径ＶＤ（ｍ）と、の比ＳＤ／ＶＤが、１以上３以下である排気管に接続されたハニカム触媒コンバータが提供される。 Next, according to the present invention, the honeycomb catalyst body is connected to an exhaust pipe through which exhaust gas flows, and the cross-sectional shape perpendicular to the cell direction is an ellipse, a race track shape, or a substantially rectangular shape. A honeycomb catalytic converter in which the ratio LD / SD of the short diameter SD (m) to the long diameter LD (m) in the cross-sectional shape is 1.5 or more and less than 8, the cross-sectional shape being perpendicular to the cell direction A honeycomb catalytic converter connected to an exhaust pipe having a ratio SD / VD of 1 to 3 in the ratio of the short diameter SD (m) of the honeycomb catalyst body to the diameter VD (m) of the exhaust pipe is provided.
本発明に係る排気管に接続されたハニカム触媒コンバータは、本発明に係るハニカム触媒コンバータが、排気管に接続された態様で特定されるものであり、排気管は、本発明に係る排気管に接続されたハニカム触媒コンバータに含まれる。但し、排気管の径ＶＤが本発明を特定する事項であるのであって、排気管の他の条件は問われない。排気管の径ＶＤは、通常、内側の直径（内径）であるが、断面が円の排気管でない場合には、断面積が同じである断面が円の排気管の内側の直径（相当直径）を採用する。 The honeycomb catalytic converter connected to the exhaust pipe according to the present invention is specified by the aspect in which the honeycomb catalytic converter according to the present invention is connected to the exhaust pipe, and the exhaust pipe is the exhaust pipe according to the present invention. Included in connected honeycomb catalytic converter. However, the diameter VD of the exhaust pipe is a matter specifying the present invention, and other conditions of the exhaust pipe are not questioned. The diameter VD of the exhaust pipe is usually the inner diameter (inner diameter). However, when the cross section is not a circular exhaust pipe, the inner diameter (equivalent diameter) of the exhaust pipe having the same cross section is circular. Is adopted.
本明細書において、ハニカム触媒コンバータ又はその構成要素につき、入口側又は出口側というとき、ハニカム触媒コンバータに排気ガスを通過させたときの排気ガスの入口側又は出口側を意味する。 In the present specification, the term “inlet side or outlet side” of the honeycomb catalytic converter or its constituent elements means the inlet side or outlet side of exhaust gas when exhaust gas is passed through the honeycomb catalytic converter.
本発明に係るハニカム触媒コンバータは、（１）ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡが、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上であるので、排気ガスの被浄化成分の触媒への到達物質伝達、触媒において生じた生成物のバルクガスへの放出物質伝達が、ともに、広い面積によって効率よく行われ、触媒（貴金属）の表面における被浄化成分の吸着、反応、離脱のターンオーバーの頻度が高められ、触媒性能が向上するというメリットが得られる。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, (1) since the geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is 80 (cm 2 / cm 3 ) or more, the substance to be exhausted is transferred to the catalyst to be purified, The product generated in the catalyst is efficiently transferred to the bulk gas by a large area, and the frequency of adsorption, reaction and separation of the components to be purified on the surface of the catalyst (noble metal) is increased. The merit that catalyst performance improves is acquired.
一方、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）未満であると、触媒への排気ガスの被浄化成分の物質伝達量が不足し浄化性能が不十分となるおそれがある。又、ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡが、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）以上になると、上記メリットよりも、表面積あたりの触媒（貴金属）の量が過少になってしまい、多段反応経路で同時に生成された生成物どうしが反応する機会が減ってしまったり、反応による熱が有効に触媒の活性向上に利用出来ない等のデメリットが上回ってしまう。更に、排気ガス処理時に、触媒が熱劣化し易くなるため、浄化性能が悪化するおそれもある。本発明に係るハニカム触媒コンバータは、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満であるので、これらのデメリットよりメリットを享受出来る。 On the other hand, if it is less than 80 (cm 2 / cm 3 ), there is a possibility that the amount of the substance to be purified of the exhaust gas to be purified to the catalyst is insufficient and the purification performance is insufficient. In addition, when the geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is 300 (cm 2 / cm 3 ) or more, the amount of catalyst (noble metal) per surface area becomes too small in comparison with the above merits, and the multistage reaction path At the same time, the chances for the products produced to react with each other decrease, and the disadvantages such as the fact that the heat generated by the reaction cannot be effectively used to improve the activity of the catalyst are increased. Furthermore, since the catalyst is likely to be thermally deteriorated during the exhaust gas treatment, the purification performance may be deteriorated. Since the honeycomb catalytic converter according to the present invention is less than 300 (cm 2 / cm 3 ), it can enjoy merits from these demerits.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいて、（２）ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面積Ａ（ｍ２）と、長さＬ（ｍ）との比と、の比 Ａ／Ｌ（ｍ）が、０．４５（ｍ）以上である。これは、従来の触媒コンバータに比べて、本発明に係るハニカム触媒コンバータが、断面積Ａは大きく容積は小さい（換言すれば長さＬが短い）ものであることを意味している。Ａ／Ｌ（ｍ）が ０．４５（ｍ）未満になってしまうように断面積Ａが小さく長さＬが長い場合には、隔壁を通過する排気ガスの流速が、排気ガスが流入する側の端面の近傍（排気ガスの入口側の近傍）と、流出する側の端面の近傍とで、大きく異なる分布となってしまい、流出する側の端面の近傍（排気ガスの出口側の近傍）において、集中的に速い隔壁通過流速を有することとなり、この流速が速い部分で、反応が間にあわずに、被浄化成分が未反応のまま通過してしまうおそれがある。本発明に係るハニカム触媒コンバータは、Ａ／Ｌ（ｍ）が０．４５（ｍ）以上であるため、このような問題を回避出来る。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, (2) the honeycomb catalyst body has a ratio A / L (m) of the ratio of the cross-sectional area A (m 2 ) perpendicular to the cell direction to the length L (m). ) Is 0.45 (m) or more. This means that the honeycomb catalytic converter according to the present invention has a large cross-sectional area A and a small volume (in other words, the length L is short) as compared with the conventional catalytic converter. When the cross-sectional area A is small and the length L is long so that A / L (m) is less than 0.45 (m), the flow rate of the exhaust gas passing through the partition wall is the side where the exhaust gas flows. In the vicinity of the end surface of the exhaust gas (near the exhaust gas inlet side) and the vicinity of the end surface on the outflow side, the distribution differs greatly, and in the vicinity of the end surface on the outflow side (near the exhaust gas outlet side) In this case, the flow rate through the partition wall is intensively high, and there is a possibility that the component to be purified passes through unreacted at the portion where the flow rate is fast, without causing the reaction in time. In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, since A / L (m) is 0.45 (m) or more, such a problem can be avoided.
一方、Ａ／Ｌ（ｍ）が８（ｍ）以上になってしまうように断面積Ａを大きくし過ぎると、排気ガスが流入する側の端面において、流速が、端面の中央部分と外周部分とで不均一になってしまい、そのうちの流速の速い部分で、被浄化成分が未反応のまま通過してしまうおそれがある。本発明に係るハニカム触媒コンバータは、Ａ／Ｌ（ｍ）が８（ｍ）未満であるため、このような問題を回避出来る。 On the other hand, if the cross-sectional area A is too large so that A / L (m) becomes 8 (m) or more, the flow velocity at the end surface on the side into which the exhaust gas flows is changed between the central portion and the outer peripheral portion of the end surface. The components to be purified may pass through unreacted at the part where the flow rate is fast. Since A / L (m) is less than 8 (m) in the honeycomb catalytic converter according to the present invention, such a problem can be avoided.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいて、（３）ハニカム触媒体は、二つの端面のうちの一の端面と、二つの接続管部のうちの一の接続管部と、が成す角度、及び、他の端面と、他の接続管部と、が成す角度、のうち何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）未満である。これらの角度が何れも３０（°）以上になると、入口側の接続管部に接続される排気管からの噴流が、直接、ハニカム触媒体の端面に衝突し、そのまま、出口側の接続管部を通じて排出されるため、噴流の衝突部分のみ、流速が速くなり、流速分布の不均一が顕著となって、流速の速い部分で、被浄化成分が未反応のまま通過してしまうおそれが生じ、浄化性能を悪化させる場合がある。本発明に係るハニカム触媒コンバータは、上記２つの角度のうち、少なくとも何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）未満であるため、このような問題は生じない。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, (3) the honeycomb catalyst body includes an angle formed by one end face of the two end faces and one connecting pipe part of the two connecting pipe parts, and the like. One of the angles formed by the end face of the other and the other connecting pipe portion is 0 (°) or more and less than 30 (°). When both of these angles are 30 (°) or more, the jet flow from the exhaust pipe connected to the inlet side connecting pipe portion directly collides with the end face of the honeycomb catalyst body, and the outlet side connecting pipe portion is left as it is. Therefore, only the collision part of the jet flow, the flow velocity becomes faster, the non-uniformity in the flow velocity distribution becomes noticeable, and the component to be purified may pass through unreacted at the high flow velocity portion, The purification performance may be deteriorated. In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, since at least one of the two angles is 0 (°) or more and less than 30 (°), such a problem does not occur.
本発明に係るハニカム触媒コンバータにおいて、（４）ハニカム触媒体は、セルの方向に垂直な断面形状が、楕円、レーストラック形状、又は略長方形状であり、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、１．５以上８未満であり、且つ、ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面の重心と、金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面の重心と、金属容器の他の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の他の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度のうち、何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）以下である。そのため、搭載し易く、浄化性能を悪化させることもなく、且つ、排気ガスが通過する際の圧力損失を抑えることが出来る。ＬＤ／ＳＤが１．５未満では、短径ＳＤ（ｍ）を充分に小さくすることが出来ず、搭載性に劣る。一方、ＬＤ／ＳＤが８以上になると、排気ガスが流入する側の端面の近傍（排気ガスの入口側の近傍）における流速の均一性が維持出来ず、被浄化成分が未反応のまま通過してしまうおそれが生じ、浄化性能を悪化させる場合がある。又、ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面の重心と、金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の一の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面の重心と、金属容器の他の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の他の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度が、何れも３０°超であると、流速分布が不均一となり、被浄化成分が未反応のまま通過してしまうおそれが生じるとともに、圧力損失の増加を招来する。本発明に係るハニカム触媒コンバータによれば、このような問題は生じない。 In the honeycomb catalytic converter according to the present invention, (4) the honeycomb catalyst body has an elliptical, racetrack or substantially rectangular cross-sectional shape perpendicular to the cell direction, and a short diameter SD (m) in the cross-sectional shape. The ratio LD / SD of the long diameter LD (m) is 1.5 or more and less than 8, and the center of gravity of one of the two end faces of the honeycomb catalyst body and the two connecting pipe portions of the metal container An angle formed by the direction of a straight line perpendicularly projected on one end face of the honeycomb catalyst body and the major axis direction of the honeycomb catalyst body; And a direction of a straight line obtained by projecting a straight line connecting the center of gravity of the other end face of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the other connecting pipe portion of the metal container perpendicularly to the other end face of the honeycomb catalyst body; Among the angles formed by the major axis direction of the honeycomb catalyst body, Or angle Re is, 0 (°) or more, 30 (°) or less. Therefore, it is easy to mount, the purification performance is not deteriorated, and the pressure loss when the exhaust gas passes can be suppressed. If LD / SD is less than 1.5, the short diameter SD (m) cannot be made sufficiently small, and the mountability is poor. On the other hand, when LD / SD is 8 or more, the uniformity of the flow velocity in the vicinity of the end surface on the exhaust gas inflow side (near the exhaust gas inlet side) cannot be maintained, and the components to be purified pass through unreacted. There is a risk that the purification performance deteriorates. In addition, a straight line connecting the center of gravity of one end face of the two end faces of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of one connection pipe part of the two connection pipe parts of the metal container is connected to the honeycomb catalyst. The angle formed by the direction of the straight line projected perpendicularly to one end face of the medium and the major axis direction of the honeycomb catalyst body, the center of gravity of the other end face of the honeycomb catalyst body, and the end of the other connecting pipe portion of the metal container The angle formed by the direction of the straight line that projects the straight line connecting the center of gravity of the cross section perpendicularly to the other end face of the honeycomb catalyst body and the major axis direction of the honeycomb catalyst body are both greater than 30 °. The flow velocity distribution becomes non-uniform, and the component to be purified may pass through unreacted, leading to an increase in pressure loss. According to the honeycomb catalytic converter according to the present invention, such a problem does not occur.
本発明に係るハニカム触媒コンバータは、その好ましい態様において、目封止部が、多数の細かな気孔を有する多孔質な材料で形成され、その目封止部の気孔の表面に、触媒が担持されているので、そうでない態様の場合より、ハニカム触媒体をコンパクトなサイズにすることが出来、且つ、有効な幾何学的表面積ＧＳＡを増加させることが可能である。 In a preferred embodiment of the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the plugged portion is formed of a porous material having a large number of fine pores, and the catalyst is supported on the surface of the pores of the plugged portion. Therefore, it is possible to make the honeycomb catalyst body more compact and to increase the effective geometric surface area GSA than in other embodiments.
本発明に係るハニカム触媒コンバータは、その好ましい態様において、ハニカム触媒体は、一の端面と、ハニカム触媒体のセルの方向と、の成す角度が、４５（°）以上、８０（°）未満であるので、目封止された端面に対し直角に排気ガスの流れが衝突せず、排気ガスがスムーズにセルの中へ流れ込む。そのため、排気ガスの流れの乱れを抑制することが出来、圧力損失を低減することが可能である。一の端面とハニカム触媒体のセルの方向との成す角度が８０（°）以上であると、一般的な９０（°）で衝突する場合と同じであり、圧力損失低減という効果が得られない。又、４５（°）未満では、目封止部の形状が扁平になり過ぎ、且つ、目封止部の角度が鋭角になり過ぎるため、エロージョンによって鋭角がとれ、むしろ乱れを増加させる形状になってしまい、圧力損失を増加させてしまうおそれがある。本発明に係るハニカム触媒コンバータによれば、このような変形現象は生じず、確実に、圧力損失低減効果が得られる。 In a preferred embodiment of the honeycomb catalytic converter according to the present invention, the honeycomb catalyst body has an angle formed by one end face and the cell direction of the honeycomb catalyst body of 45 (°) or more and less than 80 (°). Therefore, the flow of exhaust gas does not collide with the plugged end face at a right angle, and the exhaust gas flows smoothly into the cell. Therefore, the disturbance of the exhaust gas flow can be suppressed, and the pressure loss can be reduced. If the angle between one end face and the cell direction of the honeycomb catalyst body is 80 (°) or more, it is the same as the case of collision at a general 90 (°), and the effect of reducing pressure loss cannot be obtained. . If the angle is less than 45 (°), the shape of the plugged portion becomes too flat and the angle of the plugged portion becomes too acute, so that the erosion takes an acute angle, but rather increases the turbulence. This may increase the pressure loss. According to the honeycomb catalytic converter according to the present invention, such a deformation phenomenon does not occur, and a pressure loss reduction effect can be obtained with certainty.
排気ガスが流れる排気管に接続された態様の本発明に係るハニカム触媒コンバータとして特定される、本発明に係る排気管に接続されたハニカム触媒コンバータは、本発明に係るハニカム触媒コンバータであることから、短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが１．５以上８未満である。加えて、本発明に係る排気管に接続されたハニカム触媒コンバータは、排気管に接続された態様であり、セルの方向に垂直な断面形状におけるハニカム触媒体の短径ＳＤ（ｍ）と排気管の径ＶＤ（ｍ）との比ＳＤ／ＶＤが１以上３以下となっているので、圧力損失を抑制することが出来る。ＳＤ／ＶＤが１未満では、長径ＬＤ（ｍ）が長くなり過ぎ、搭載性や耐熱衝撃性が悪くなり、更には、排気管の径ＶＤ（ｍ）から長径ＬＤ（ｍ）への排気ガスの流れの拡大による圧力損失が大きくなる。ＳＤ／ＶＤが３を超えると、排気管の径ＶＤ（ｍ）から短径ＳＤ（ｍ）への排気ガスの流れの拡大による圧力損失が大きくなり、更には、短径ＳＤ（ｍ）が充分小さくないことから自動車等への搭載性が低下する。本発明に係る排気管に接続されたハニカム触媒コンバータによれば、このような問題は生じない。 The honeycomb catalytic converter connected to the exhaust pipe according to the present invention, which is specified as the honeycomb catalytic converter according to the present invention connected to the exhaust pipe through which the exhaust gas flows, is the honeycomb catalytic converter according to the present invention. The ratio LD / SD of the short diameter SD (m) to the long diameter LD (m) is 1.5 or more and less than 8. In addition, the honeycomb catalytic converter connected to the exhaust pipe according to the present invention is an aspect connected to the exhaust pipe, and the short diameter SD (m) of the honeycomb catalyst body in the cross-sectional shape perpendicular to the cell direction and the exhaust pipe Since the ratio SD / VD with respect to the diameter VD (m) is 1 or more and 3 or less, the pressure loss can be suppressed. When SD / VD is less than 1, the long diameter LD (m) becomes too long, the mountability and the thermal shock resistance deteriorate, and furthermore, the exhaust gas from the exhaust pipe diameter VD (m) to the long diameter LD (m) Pressure loss due to flow expansion increases. When SD / VD exceeds 3, the pressure loss due to the expansion of the exhaust gas flow from the exhaust pipe diameter VD (m) to the short diameter SD (m) increases, and the short diameter SD (m) is sufficient. Since it is not small, mountability to automobiles and the like is reduced. According to the honeycomb catalytic converter connected to the exhaust pipe according to the present invention, such a problem does not occur.
以上、説明したように、本発明に係るハニカム触媒コンバータは、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なものである。 As described above, the honeycomb catalytic converter according to the present invention is excellent in purification efficiency, has a small pressure loss, and can be mounted even in a limited space.
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with appropriate reference to the drawings, but the present invention should not be construed as being limited thereto. Various changes, modifications, improvements, and substitutions can be added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the drawings show preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited by the modes shown in the drawings or the information shown in the drawings. In practicing or verifying the present invention, the same means as described in this specification or equivalent means can be applied, but preferred means are those described below.
先ず、本発明に係るハニカム触媒コンバータの全体構造及び作用について説明する。図１、図２、及び図３は、本発明に係るハニカム触媒コンバータの一の実施形態を、模式的に示す図である。図１は、ハニカム触媒コンバータの断面図である。図１において、矢印は排気ガスの流れ方向を表している。図２は、ハニカム触媒コンバータを構成するハニカム触媒体の正面図（端面を見た図）であり、図３は、同じくハニカム触媒体の、セルに沿った方向（軸方向）の断面を表す断面図である。 First, the overall structure and operation of the honeycomb catalytic converter according to the present invention will be described. Fig. 1, Fig. 2, and Fig. 3 are diagrams schematically showing an embodiment of a honeycomb catalytic converter according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a honeycomb catalytic converter. In FIG. 1, arrows indicate the flow direction of exhaust gas. FIG. 2 is a front view of the honeycomb catalyst body constituting the honeycomb catalytic converter (a view of the end face), and FIG. 3 is a cross-sectional view of the honeycomb catalyst body in the direction along the cell (axial direction). FIG.
図１、図２、及び図３に示されるハニカム触媒コンバータ３１は、ハニカム触媒体３０がマット９を介し金属容器３２に収められてなるものである。ハニカム触媒体３０は、外壁３４で表される外形が、概ね角柱状であり（図２及び図３を参照）、内部の構造がハニカム構造を成すハニカム構造体３３で構成される。即ち、ハニカム触媒体３０は、二つの端面２ａ，２ｂの間を連通する複数のセル３が形成されるように配置された、多数の細かな気孔を有する多孔質な隔壁４を有するハニカム構造体３３で構成されるものである。そして、ハニカム触媒体３０（ハニカム構造体３３）は、二つの端面２ａ，２ｂにおけるセル３の端部の何れか一方を交互に封止するように配置された目封止部１０を備えている。金属容器３２は、二つの接続管部３５ａ，３５ｂを有し、その接続管部３５ａ，３５ｂによって、ハニカム触媒コンバータ３１は、（図示しない）排気管に接続される。
The honeycomb
ハニカム触媒コンバータ３１のハニカム触媒体３０には、ハニカム触媒体６０（図１０を参照）と同様に、隔壁４のセル３に面したセル形成面に触媒が担持され、触媒層を構成しており、且つ、ハニカム触媒体５０（図１３を参照）と同様に、隔壁４が有する気孔に面した隔壁４の気孔形成面に触媒が担持され、触媒層を構成している。加えて、目封止部１０は、多数の細かな気孔を有する多孔質な材料で形成された多孔質体であり、触媒は、その目封止部１０の気孔の表面にも担持され、触媒層を構成している（触媒層は、図１、図２、及び図３において省略し、示されない）。
In the
ハニカム触媒コンバータ３１は、排気ガスが流れる排気管８に接続された態様で使用され、排気ガスは、主には、ハニカム触媒体３０の一の端面２ａ側からセル３に流入する。そして、目封止部１０があることから、その多くは、同じセル３においては他の端面２ｂの側から外部へ流出することは出来ず、隔壁４を通過し隣接するセル３に入った後に、他の端面２ｂの側から外部へと流出する。この過程で、排気ガスに含まれる被浄化成分が、セル形成面及び気孔形成面に設けられた触媒層に接触して分解されることにより、排気ガスは浄化される。又、排気ガスの一部は、端面２ａ側又は端面２ｂ側の目封止部１０を通過し、その目封止部１０に形成された触媒層に、被浄化成分が接触して分解されることにより、浄化される。
The honeycomb
ハニカム触媒コンバータ３１は、ハニカム触媒体３０の幾何学的表面積ＧＳＡが大きく、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満となっている。又、ハニカム触媒コンバータ３１では、図１、図２、及び図３に示されるように、ハニカム触媒体３０が、従来のハニカム触媒体（例えば既述のハニカム触媒体６０、図８、図９、及び図１４を参照）に比して、長さＬが短く、扁平な形状を呈しており、セル３の方向に垂直な断面積Ａ（ｍ２）と、容積Ｖ（ｍ３）と、の比Ａ／Ｖ（ｍ−１）は、１８（ｍ−１）以上、８０（ｍ−１）未満となっている。更に、ハニカム触媒コンバータ３１では、ハニカム触媒体３０の端面２ａ，２ｂの面方向、及び金属容器３２の接続管部３５ａ，３５ｂの方向は、ともに、図１において水平であり、両方向は平行である。従って、ハニカム触媒体３０の端面２ａと、金属容器３２の接続管部３５ａと、が成す角度、及び、ハニカム触媒体３０の端面２ｂと、金属容器３２の接続管部３５ｂと、が成す角度は、ともに０（°）である。
In the honeycomb
ハニカム触媒コンバータ３１において、ハニカム触媒体３０は、図２に示される形状、即ち、セル３の方向に垂直な断面形状が、概ね長方形状である。そして、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、概ね３になっている。又、短径ＳＤ（ｍ）と、ハニカム触媒コンバータ３１が接続される排気管８の径ＶＤ（ｍ）と、の比ＳＤ／ＶＤが、概ね１．８である。
In the honeycomb
図４は、本発明に係るハニカム触媒コンバータの他の実施形態を、模式的に示す断面図である。図４において、矢印は排気ガスの流れ方向を表している。図４に示されるハニカム触媒コンバータ４１は、ハニカム触媒体４０がマット９を介し金属容器４２に収められてなるものである。図４に示されるように、ハニカム触媒体４０の外形は、断面が台形となる傾斜した角柱状であり、ハニカム触媒体４０を収める金属容器４２は、ハニカム触媒体４０に合わせた形状をしている。このハニカム触媒体４０がハニカム触媒体３０と異なる形態を有する点を除き、ハニカム触媒コンバータ４１は、既述のハニカム触媒コンバータ３１と同じハニカム触媒コンバータである。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the honeycomb catalytic converter according to the present invention. In FIG. 4, the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas. A honeycomb
ハニカム触媒コンバータ４１では、ハニカム触媒体４０が、断面が台形となる傾斜した角柱状であることから、ハニカム触媒体４０の（排気ガスの入口側の）端面２ａと、ハニカム触媒体４０のセル３の方向（端面２ａと端面２ｂを結ぶ隔壁４の方向）と、の成す角度θａが、概ね７０（°）になっている。ハニカム触媒体４０の二つの端面２ａ，２ｂは平行であるから、ハニカム触媒体４０の（排気ガスの出口側の）端面２ｂと、ハニカム触媒体４０のセル３の方向と、の成す角度θｂも、概ね７０（°）である。
In the
図５は、本発明に係るハニカム触媒コンバータの更に他の実施形態を、模式的に示す断面図である。図５において、矢印は排気ガスの流れ方向を表している。図５に示されるハニカム触媒コンバータ１４１は、ハニカム触媒体１４０がマット９を介し金属容器１４２に収められてなるものである。図５に示されるように、ハニカム触媒体１４０の外形は、ハニカム触媒コンバータ４１のハニカム触媒体４０と同様に、断面が台形となる傾斜した角柱状である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing still another embodiment of the honeycomb catalytic converter according to the present invention. In FIG. 5, the arrow represents the flow direction of the exhaust gas. A honeycomb
そして、加えて、ハニカム触媒コンバータ１４１では、ハニカム触媒コンバータ３１，４１とは異なり、ハニカム触媒体１４０の端面２ａ，２ｂの面方向、及び金属容器１４２の接続管部１４５ａ，１４５ｂの方向が平行ではない。即ち、図４に示されるハニカム触媒コンバータ４１では、図１に示されるハニカム触媒コンバータ３１と同様に、ハニカム触媒体４０の端面２ａと、金属容器４２の接続管部４５ａと、が成す角度、及び、ハニカム触媒体４０の端面２ｂと、金属容器４２の接続管部４５ｂと、が成す角度は、ともに０（°）であるが、図５に示されるハニカム触媒コンバータ１４１では、ハニカム触媒体１４０における排気ガスの入口側の端面２ａ（図５の図形外において直線Ｓａで示される方向）と、金属容器１４２の接続管部１４５ａ（図５の図形外において直線Ｓ１で示される方向）と、が成す角度θ１は、概ね６５（°）であり、ハニカム触媒体１４０における排気ガスの出口側の端面２ｂ（図５の図形外において直線Ｓｂで示される方向）と、金属容器１４２の接続管部１４５ｂ（図５の図形外において直線Ｓ２で示される方向）と、が成す角度θ２は、概ね５（°）になっている。ハニカム触媒コンバータ１４１では、排気ガスの入口側の角度θ１が大きくなっていて、排気ガスが、直接、ハニカム触媒体１４０の端面２ａに衝突し得るが、出口側において角度θ２は小さくなっており、排気ガスの流速は出口側で律せられるから、被浄化成分が未反応のまま通過し、浄化性能を悪化させるという問題は生じない。このような、ハニカム触媒体１４０の端面２ａ，２ｂの面方向と、金属容器１４２の接続管部１４５ａ，１４５ｂの方向とが、平行ではないことを除けば、ハニカム触媒コンバータ１４１は、既述のハニカム触媒コンバータ４１と同じハニカム触媒コンバータである。
In addition, in the honeycomb
既述のように、ハニカム触媒コンバータ４１，１４１の態様であれば、ハニカム触媒コンバータ３１より圧力損失低減の点で有利である。この点につき、図６及び図７を用いて、重ねて説明する。図６及び図７において、矢印は排気ガスの流れ方向を表している。図６及び図７は、ハニカム触媒体の端面を拡大して示す断面図であり、図６は、ハニカム触媒体において、端面とセルの方向との成す角度θが、９０（°）である場合を表しており、図７は、ハニカム触媒体において、端面とセルの方向との成す角度θが、９０（°）でない場合（図７においてθは概ね５５（°））を表している。
As described above, the honeycomb
図６の態様のように、一の端面とハニカム触媒体のセルの方向との成す角度が８０（°）以上であると、圧力損失低減という効果が得られないが、図７の態様のように、ハニカム触媒体の一の端面と、ハニカム触媒体のセルの方向と、の成す角度（鋭角）が、４５（°）以上、８０（°）未満であると、目封止された端面に対し直角に排気ガスの流れが衝突せず、排気ガスがスムーズにセルの中へ流れ込むため、排気ガスの流れの乱れを抑制することが出来、圧力損失は低減される。 When the angle formed by one end face and the cell direction of the honeycomb catalyst body is 80 (°) or more as in the embodiment of FIG. 6, the effect of reducing the pressure loss cannot be obtained, but as in the embodiment of FIG. In addition, if the angle (acute angle) formed by one end face of the honeycomb catalyst body and the cell direction of the honeycomb catalyst body is 45 (°) or more and less than 80 (°), the plugged end face On the other hand, the flow of exhaust gas does not collide at right angles, and the exhaust gas flows smoothly into the cell, so that the disturbance of the flow of exhaust gas can be suppressed and the pressure loss is reduced.
以上、本発明に係るハニカム触媒コンバータの全体構造及び作用について説明したが、次に、本発明に係るハニカム触媒コンバータの各構成要素について説明する。 The overall structure and operation of the honeycomb catalytic converter according to the present invention have been described above. Next, each component of the honeycomb catalytic converter according to the present invention will be described.
ハニカム構造体は、二つの端面におけるセルの端部の何れか一方を交互に封止するように配置された目封止部を有するものであるが、この目封止部は、複数のセルのうちの５０％以上に存在することが好ましい。目封止部を全てのセルに存在させることは好ましい態様であるが、セル形成面に触媒層を設ける場合には、目封止されていないセルを一部に設けてもよく、そうすることで、圧力損失を低減することが可能である。 The honeycomb structure has plugged portions arranged so as to alternately seal any one of the end portions of the cells at the two end faces. It is preferable that it exists in 50% or more of them. Although it is preferable that the plugged portions exist in all the cells, when the catalyst layer is provided on the cell formation surface, the cells that are not plugged may be provided in a part, and so on. Thus, pressure loss can be reduced.
ハニカム構造体は、その平均気孔径を１０μｍ以上、好ましくは４０μｍ以上とする。触媒層が形成された状態、即ち、ハニカム触媒体において、隔壁の気孔率は、３０〜８０％であることが好ましく、４０〜６５％であることが更に好ましい。気孔率が３０％未満であると、隔壁を通過する流速が増大し、浄化性能が悪化するおそれがある。気孔率が８０％を超えると、強度が不十分となり、加えて、圧力損失が増大するおそれがある。 The honeycomb structure has an average pore diameter of 10 μm or more, preferably 40 μm or more. In the state where the catalyst layer is formed, that is, in the honeycomb catalyst body, the porosity of the partition walls is preferably 30 to 80%, and more preferably 40 to 65%. When the porosity is less than 30%, the flow rate passing through the partition wall increases, and the purification performance may be deteriorated. If the porosity exceeds 80%, the strength becomes insufficient, and in addition, the pressure loss may increase.
尚、本明細書において、後述する実施例も含めて、平均気孔径は、水銀ポロシメータ（水銀圧入法）により測定された気孔径であって、多孔質基材に圧入された水銀の累積容量が、多孔質基材の全気孔容積の５０％となった際の圧力から算出された気孔径を意味するものとする。又、本明細書において、後述する実施例も含めて、気孔率は、水銀ポロシメータにより測定された気孔率を意味するものとする。水銀ポロシメータとしては、例えば、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製、商品名：Ａｕｔｏ Ｐｏｒｅ ＩＩＩ 型式９４０５を用いることが出来る。 In addition, in this specification, including the examples described later, the average pore diameter is a pore diameter measured by a mercury porosimeter (mercury intrusion method), and the cumulative capacity of mercury injected into the porous substrate is The pore diameter calculated from the pressure when it becomes 50% of the total pore volume of the porous substrate. Further, in this specification, the porosity means a porosity measured by a mercury porosimeter, including the examples described later. As the mercury porosimeter, for example, trade name: Auto Pore III Model 9405 manufactured by Micromeritics can be used.
ハニカム構造体のセルの密度（セル密度）は、０．２５〜４６．５個／ｃｍ２（１．６
１〜３００ｃｐｓｉ）であることが好ましく、１．５５〜１５．５個／ｃｍ２（１０〜１
００ｃｐｓｉ）であることが更に好ましく、１．５５〜１２．４個／ｃｍ２（１０〜８０
ｃｐｓｉ）であることが特に好ましい。セル密度が０．２５個／ｃｍ２未満であると、触
媒を担持させ触媒層を形成したハニカム触媒体において、排気ガスと触媒層との接触効率が不足する傾向にある。一方、セル密度が４６．５個／ｃｍ２超であると、圧力損失が増大する傾向にある。尚、「ｃｐｓｉ」は「ｃｅｌｌｓ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ」の略であり、１平方インチ当たりのセル数を表す単位である。１０ｃｐｓｉは、約１．５５個／ｃｍ２である。
The density of the cells of the honeycomb structure (cell density) is 0.25 to 46.5 cells / cm 2 (1.6.
1 to 300 cpsi), preferably 1.55 to 15.5 / cm 2 (10 to 1
00 cpsi), more preferably 1.55-12.4 pcs / cm 2 (10-80
cpsi) is particularly preferred. When the cell density is less than 0.25 cells / cm 2 , the contact efficiency between the exhaust gas and the catalyst layer tends to be insufficient in the honeycomb catalyst body in which the catalyst is supported and the catalyst layer is formed. On the other hand, when the cell density exceeds 46.5 cells / cm 2 , the pressure loss tends to increase. “Cpsi” is an abbreviation for “cells per square inch” and is a unit representing the number of cells per square inch. 10 cpsi is about 1.55 / cm 2 .
ハニカム構造体の隔壁の厚さは、０．２ｍｍ（８ｍｉｌ）以下であることが好ましい。隔壁の厚さが０．２ｍｍ以下であると、ハニカム構造体の熱容量を小さく抑えることが出来るので、ハニカム触媒体として使用した際に、良好なライトオフ性能（低温で速やかに触媒活性温度に到達し得る性質）が得られる。尚、１ｍｉｌは、１０００分の１インチであり、約０．０２５ｍｍである。 The partition wall thickness of the honeycomb structure is preferably 0.2 mm (8 mil) or less. When the partition wall thickness is 0.2 mm or less, the heat capacity of the honeycomb structure can be kept small. Therefore, when used as a honeycomb catalyst body, good light-off performance (rapidly reaches the catalyst activation temperature at a low temperature) Possible properties). In addition, 1 mil is 1/1000 inch and is about 0.025 mm.
ハニカム構造体の隔壁の気孔径分布の常用対数標準偏差（気孔径分布σ）は、０．１〜０．６であることが好ましく、０．２〜０．６であることが更に好ましい。気孔径分布σが０．１未満であると、隔壁通過圧損が増加する傾向にある。一方、気孔径分布σが０．６超であると、大きな気孔のみにガスが流れてしまうため浄化性能が悪化する傾向にある。 The common logarithmic standard deviation (pore size distribution σ) of the pore size distribution of the partition walls of the honeycomb structure is preferably 0.1 to 0.6, and more preferably 0.2 to 0.6. When the pore diameter distribution σ is less than 0.1, the partition wall passage pressure loss tends to increase. On the other hand, when the pore diameter distribution σ is more than 0.6, the purification performance tends to deteriorate because the gas flows only into the large pores.
ハニカム構造体の、４０〜８００℃における、セルの方向の熱膨張係数は、１．０×１０−６／℃未満であることが好ましく、０．８×１０−６未満／℃であることが更に好ましく、０．５×１０−６未満／℃であることが特に好ましい。４０〜８００℃におけるセルの連通方向の熱膨張係数が１．０×１０−６／℃未満であると、高温の排気ガスに晒された際の発生熱応力を許容範囲内に抑えられ、ハニカム構造体の熱応力破壊を防止することが出来る。 The thermal expansion coefficient in the cell direction at 40 to 800 ° C. of the honeycomb structure is preferably less than 1.0 × 10 −6 / ° C., and less than 0.8 × 10 −6 / ° C. More preferably, it is particularly preferably less than 0.5 × 10 −6 / ° C. When the thermal expansion coefficient in the cell communication direction at 40 to 800 ° C. is less than 1.0 × 10 −6 / ° C., the generated thermal stress when exposed to high-temperature exhaust gas can be suppressed within an allowable range. The thermal stress failure of the structure can be prevented.
ハニカム構造体の、セルの方向に垂直な面で径方向に切断した断面の形状は、設置しようとする排気ガス処理装置に適した形状とすればよい。具体的には、好ましい形状として、円、楕円、長円、台形、三角形、四角形、六角形、又は左右非対称な異形形状を挙げることが出来る。特に、円、楕円、長円が好ましい。 The shape of the cross section of the honeycomb structure cut in the radial direction on a plane perpendicular to the cell direction may be a shape suitable for the exhaust gas treatment apparatus to be installed. Specifically, preferred shapes include a circle, an ellipse, an ellipse, a trapezoid, a triangle, a quadrangle, a hexagon, or a left-right asymmetrical shape. In particular, a circle, an ellipse, and an ellipse are preferable.
ハニカム構造体を構成する材料としては、セラミックスを主成分とする材料、又は焼結金属等を好適例として挙げることが出来る。又、ハニカム構造体が、セラミックスを主成分とする材料からなるものである場合、このセラミックスとしては、炭化珪素、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、若しくはシリカ、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出来る。特に、炭化珪素、コージェライト、ムライト、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスが、耐アルカリ特性上、好適である。又、酸化物系のセラミックスは、コストの点で、好ましい。 As a material constituting the honeycomb structure, a material mainly composed of ceramics, a sintered metal, or the like can be given as a suitable example. When the honeycomb structure is made of a material mainly composed of ceramics, the ceramics include silicon carbide, cordierite, alumina titanate, sialon, mullite, silicon nitride, zirconium phosphate, zirconia, titania. , Alumina, silica, or a combination thereof can be cited as a suitable example. In particular, ceramics such as silicon carbide, cordierite, mullite, silicon nitride, and alumina are preferable in terms of alkali resistance. Oxide ceramics are preferable from the viewpoint of cost.
触媒層は、ハニカム構造体と同様に、その平均気孔径を１０μｍ以上、好ましくは４０μｍ以上とし、又、その気孔率を４０％以上、好ましくは５０％以上とする。平均気孔径と気孔率とがこれらの値を下回ると、排気ガスが触媒層を通過する際の通過抵抗が過大となり、圧力損失が増大する。 Like the honeycomb structure, the catalyst layer has an average pore diameter of 10 μm or more, preferably 40 μm or more, and a porosity of 40% or more, preferably 50% or more. When the average pore diameter and the porosity are lower than these values, the passage resistance when the exhaust gas passes through the catalyst layer becomes excessive, and the pressure loss increases.
触媒層を構成する触媒の具体例としては、ガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒、ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒、ＮＯＸ吸蔵ｋ還元触媒、の４つを例示することが出来る。 As specific examples of the catalyst constituting the catalyst layer, there are four gasoline engine exhaust gas purification three-way catalyst, gasoline engine or diesel engine exhaust gas purification oxidation catalyst, NO X selective reduction SCR catalyst, and NO X storage k reduction catalyst. Can be illustrated.
ガソリンエンジン排ガス浄化三元触媒は、ハニカム構造体の隔壁を被覆する担体コートと、この担体コートの内部に分散担持される貴金属とを含むものである。担体コートは、例えば、活性アルミナにより構成されている。又、担体コートの内部に分散担持される貴金属としては、Ｐｔ、Ｒｈ、若しくはＰｄ、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出来る。更に、担体コートには、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニア、シリカ等の化合物、又は、これらを組み合わせた混合物、が含有される。尚、貴金属の合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、０．１７〜７．０７ｇとすることが好ましい。 The gasoline engine exhaust gas purification three-way catalyst includes a carrier coat that covers the partition walls of the honeycomb structure and a noble metal that is dispersed and supported inside the carrier coat. The carrier coat is made of activated alumina, for example. Further, as a noble metal dispersed and supported in the inside of the carrier coat, Pt, Rh, Pd, or a combination thereof can be cited as a suitable example. Furthermore, the carrier coat contains, for example, a compound such as cerium oxide, zirconia oxide, silica, or a mixture thereof. The total amount of noble metals is preferably 0.17 to 7.07 g per liter of the honeycomb structure volume.
ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン排ガス浄化用の酸化触媒には、貴金属が含有される。この貴金属としては、Ｐｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群より選択される一種以上が好ましい。尚、貴金属の合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、０．１７〜７．０７ｇとすることが好ましい。又、ＮＯＸ選択還元用ＳＣＲ触媒は、金属置換ゼオライト、バナジウム、チタニア、酸化タングステン、銀、及びアルミナからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものである。 An oxidation catalyst for exhaust gas purification of a gasoline engine or a diesel engine contains a noble metal. The noble metal is preferably one or more selected from the group consisting of Pt, Rh, and Pd. The total amount of noble metals is preferably 0.17 to 7.07 g per liter of the honeycomb structure volume. The NO X selective reduction SCR catalyst contains at least one selected from the group consisting of metal-substituted zeolite, vanadium, titania, tungsten oxide, silver, and alumina.
ＮＯＸ吸蔵触媒には、アルカリ金属、及び／又はアルカリ土類金属が含有される。アルカリ金属としては、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉを挙げることが出来る。アルカリ土類金属としては、Ｃａ，Ｂａを挙げることが出来る。尚、Ｂａ，Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、及びＣａの合計量を、ハニカム構造体の体積１リットル当り、５ｇ以上とすることが好ましい。 The NO X storage catalyst contains an alkali metal and / or an alkaline earth metal. Examples of the alkali metal include K, Na, and Li. Examples of the alkaline earth metal include Ca and Ba. The total amount of Ba, K, Na, Li and Ca is preferably 5 g or more per liter of the honeycomb structure volume.
金属容器は、薄板をプレス加工して、ハニカム触媒体の端面を除く外周（外壁部分）の表面に対し、１〜数ｍｍのクリアランスが形成される形状に、一体構造又は分割構造で、成形されたものが好ましい。分割構造のものにおいては、ハニカム触媒体とそれを包むマットを、内側にセットした状態で、各分割ピースを溶接して最終形状とすることが出来る。使用する材料（薄板の材料）は、熱膨張係数が低いことが好ましく、アーステナイト系ステンレスが好ましい。マットは、ハニカム触媒体の、端面を除く外周（外壁部分）を包み、金属容器とハニカム触媒体の間にあって圧縮力がかかった状態で装着され、ハニカム触媒体を金属容器内に保持し、振動やガス流れによる圧力によってハニカム触媒体が動いてしまうことを防止するとともに、ハニカム触媒体と金属容器との間をガスが通過してしまうのを防ぐシールの役割も果たす。マットとして使用する材料は、アルミナ、シリカを主成分とするセラミック繊維からなるものが好ましい。 The metal container is formed by a single structure or a divided structure into a shape in which a clearance of 1 to several mm is formed on the surface of the outer periphery (outer wall portion) excluding the end face of the honeycomb catalyst body by pressing a thin plate. Are preferred. In the case of the divided structure, each divided piece can be welded to a final shape with the honeycomb catalyst body and the mat surrounding the honeycomb catalyst body set inside. The material (thin plate material) used preferably has a low coefficient of thermal expansion, and is preferably austenitic stainless steel. The mat wraps around the outer periphery (outer wall portion) of the honeycomb catalyst body excluding the end face, is mounted between the metal container and the honeycomb catalyst body under a compressive force, holds the honeycomb catalyst body in the metal container, and vibrates. In addition, the honeycomb catalyst body is prevented from moving due to pressure due to gas flow, and also serves as a seal that prevents gas from passing between the honeycomb catalyst body and the metal container. The material used as the mat is preferably made of ceramic fibers mainly composed of alumina and silica.
次に、本発明に係るハニカム触媒コンバータを製造する方法について説明する。本発明に係るハニカム触媒コンバータのうちハニカム触媒体は、従来、知られたディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）の製造方法に準拠して、製造することが出来る。別途、金属容器を作製して、それにハニカム触媒体を組み込むことによって、本発明に係るハニカム触媒コンバータが得られる。 Next, a method for manufacturing the honeycomb catalytic converter according to the present invention will be described. The honeycomb catalyst body of the honeycomb catalytic converter according to the present invention can be manufactured in accordance with a conventionally known method for manufacturing a diesel particulate filter (DPF). Separately, a honeycomb catalyst converter according to the present invention is obtained by preparing a metal container and incorporating a honeycomb catalyst body therein.
ハニカム構造体（ハニカム触媒体）の外形を、断面が台形となる傾斜した角柱状とするには、例えば、押出成形、焼成を経て、所定の形状のハニカム構造体を得た後に、それに機械加工（切断加工）を施せばよい。この際は、ハニカム構造体と材質の近い材料を用いて、外周をコートすることが好ましい。 In order to make the outer shape of the honeycomb structure (honeycomb catalyst body) into an inclined prism having a trapezoidal cross section, the honeycomb structure having a predetermined shape is obtained by, for example, extrusion molding and firing, and then machined. (Cutting) may be performed. In this case, it is preferable to coat the outer periphery using a material close to the honeycomb structure.
ハニカム構造体の気孔率、気孔径は、例えば、材料の化学組成を適宜調整することによって、あるいは、原料の粒子径を適宜選択することによって、更には、造孔材を用いて多孔質構造とする場合には、用いる造孔材の種類、粒子径、添加量等を適宜調整すること等によって、所定の数値範囲内に調整することが可能である。 The porosity and pore diameter of the honeycomb structure can be determined by, for example, adjusting the chemical composition of the material as appropriate, or appropriately selecting the particle diameter of the raw material, and further using a pore-forming material. In this case, it is possible to adjust within a predetermined numerical range by appropriately adjusting the kind of pore former to be used, the particle diameter, the added amount, and the like.
ハニカム構造体へ触媒を担持し、ハニカム触媒体を得る手段は、従来公知の方法に準じて行うことが出来る。例えば、触媒を含有する触媒スラリーを調製し、この触媒スラリーを、吸引法等の方法により、ハニカム構造体の隔壁の気孔形成面（気孔に面した隔壁内部の表面）にコートし、室温又は加熱条件下で乾燥することにより、ハニカム触媒体が得られる。 Means for supporting the catalyst on the honeycomb structure and obtaining the honeycomb catalyst body can be performed in accordance with a conventionally known method. For example, a catalyst slurry containing a catalyst is prepared, and this catalyst slurry is coated on the pore formation surface of the honeycomb structure partition walls (the surface inside the partition walls facing the pores) by a method such as a suction method, and is heated at room temperature or heated. A honeycomb catalyst body is obtained by drying under conditions.
金属容器は、従来公知の方法に準じて作製することが可能である。接続すべき排気管の仕様に応じて設計し、金属板を機械加工して、あるいは鋳造法によって、更には鍛造法で、金属容器を得ることが出来る。 The metal container can be produced according to a conventionally known method. The metal container can be obtained by designing according to the specifications of the exhaust pipe to be connected, machining a metal plate, or by casting or further forging.
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
（実施例１〜１３、比較例１〜７）［ハニカム成形体の作製］タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化カルシウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、ＳｉＯ２４２〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３０〜４５質量％、及びＭｇＯ１２〜１６質量％となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料１００質量部に対して、造孔材としてグラファイトを１２〜２５質量部、及び合成樹脂を５〜１５質量部を添加した。更に、メチルセルロース類、及び界面活性剤を、それぞれ適当量添加した後、水を加えて混練することにより杯土を調製した。そして、得られた杯土を、真空脱気した後、押出成形することにより、ハニカム成形体を得た。 (Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 7) [Preparation of honeycomb formed body] Combining a plurality of talc, kaolin, calcined kaolin, alumina, calcium hydroxide, and silica, the chemical composition is SiO. 2 Graphite as a pore-forming material with respect to 100 parts by mass of the cordierite forming raw material prepared at a predetermined ratio so as to be 42 to 56% by mass, Al 2 O 3 0 to 45% by mass, and MgO 12 to 16% by mass 12 to 25 parts by mass, and 5 to 15 parts by mass of a synthetic resin. Further, after adding appropriate amounts of methylcelluloses and surfactants, a clay was prepared by adding water and kneading. The obtained clay was vacuum degassed and then extrusion molded to obtain a honeycomb formed body.
［ハニカム構造体の作製］得られたハニカム成形体を、乾燥した後、最高温度１４００〜１４３０℃の温度範囲で焼成することにより、直径１１０ｍｍ、全長１０６ｍｍのハニカム焼成体を得た。次に、比較例１を除き、ハニカム焼成体を、８０ｍｍ×８０ｍｍの角型に切り出し、コージェライトを主成分とするセメントにより貼り合わせた後、更に、切断して、所定の長さに調整したハニカム構造体を得た（比較例１では、直径１１０ｍｍ、全長１０６ｍｍのハニカム焼成体を、そのまま用いた）。そして、比較例１を除いて、得られたハニカム構造体のセルの何れかの端部に、市松模様状となるように目封止材を詰めて再度焼成し、目封止部を設けた（比較例１では、目封止部を設けなかった）。その後、ハニカム構造体の外形（あるいはセルの方向に垂直な断面形状）が所定の形状、寸法になるように加工し、更に、ハニカム構造体の外周にセメントコートを施し、乾燥した。尚、コージェライト化原料の化学組成、造孔剤の粒子径、造孔剤の添加量等を適宜調整することにより、ハニカム構造体の隔壁の平均気孔径、気孔率を調整した。 [Preparation of Honeycomb Structure] The obtained honeycomb formed body was dried and then fired at a maximum temperature of 1400 to 1430 ° C. to obtain a honeycomb fired body having a diameter of 110 mm and a total length of 106 mm. Next, except for Comparative Example 1, the honeycomb fired body was cut into a square shape of 80 mm × 80 mm, bonded with cement containing cordierite as a main component, and further cut to be adjusted to a predetermined length. A honeycomb structure was obtained (in Comparative Example 1, a honeycomb fired body having a diameter of 110 mm and a total length of 106 mm was used as it was). Then, except for Comparative Example 1, a plugging material was packed in a checkered pattern at any end of the cells of the obtained honeycomb structure and fired again to provide a plugged portion. (In Comparative Example 1, no plugging portion was provided). Thereafter, the honeycomb structure was processed so that the outer shape (or the cross-sectional shape perpendicular to the cell direction) had a predetermined shape and size, and a cement coat was applied to the outer periphery of the honeycomb structure and dried. The average pore diameter and porosity of the partition walls of the honeycomb structure were adjusted by appropriately adjusting the chemical composition of the cordierite forming raw material, the particle diameter of the pore former, the amount of pore former added, and the like.
［ハニカム触媒体の作製］次いで、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）を５：１の比率で含有し、活性アルミナ、及び酸素吸蔵剤としてのセリアを更に含有する、触媒スラリーを調製した。そして、吸引法により、ハニカム構造体の隔壁のセル形成面（セルに面した隔壁の表面）、及び気孔形成面（気孔に面した隔壁内部の表面）に、触媒スラリーのコート層を形成した。次いで、加熱乾燥することによって、ハニカム触媒体を作製した。尚、ハニカム構造体１リットルあたりの貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ）の合計量は、１．５ｇとした。又、ハニカム構造体１リットルあたりの触媒スラリーのコート量は２００ｇとした。 [Preparation of honeycomb catalyst body] Next, a catalyst slurry containing platinum (Pt) and rhodium (Rh) as precious metals in a ratio of 5: 1, and further containing activated alumina and ceria as an oxygen storage agent was prepared. . Then, a coating layer of catalyst slurry was formed on the cell formation surface (surface of the partition wall facing the cell) and the pore formation surface (surface inside the partition wall facing the pores) of the partition walls of the honeycomb structure by a suction method. Next, a honeycomb catalyst body was produced by heating and drying. The total amount of noble metals (Pt, Rh) per liter of honeycomb structure was 1.5 g. The coating amount of the catalyst slurry per liter of the honeycomb structure was 200 g.
［ハニカム触媒コンバータの作製］得られたハニカム触媒体を、プレス加工によって別途作製した金属容器に、アルミナ繊維製のマットを介して収容し、ハニカム触媒コンバータを得た。 [Preparation of Honeycomb Catalyst Converter] The obtained honeycomb catalyst body was housed in a metal container separately prepared by press working through a mat made of alumina fiber to obtain a honeycomb catalyst converter.
［評価試験］得られたハニカム触媒コンバータを、排気量２リッターのガソリンエンジン車輌の床下位置に搭載し、排気管に接続して、米国規制運転モードＬＡ１４でのＨＣエミッションを測定し、浄化性能を評価した。又、フル負荷時の圧力損失（圧損）を測定した。更に、ガソリンエンジン車輌の床下位置への搭載性について評価した。実施例１〜１３、比較例１〜７のそれぞれについての、それらの結果を、表２に示す。それより先の表１に、実施例１〜１３、比較例１〜７のそれぞれについて、ハニカム構造体の断面形状、断面積Ａ、長さＬ、容積Ｖ、比率Ａ／Ｌ、短径ＳＤ、長径ＬＤ、比率ＬＤ／ＳＤ、断面最小距離（ＬＤ、ＳＤの何れか小さい方）、目封止部の深さ、隔壁の厚さ、セル密度、隔壁の平均気孔径、隔壁の気孔率を示す。又、ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡ、角度θｘ（ハニカム触媒体の入口側の端面の重心と、金属容器の入口側の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の入口側の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度）、角度θ１（ハニカム触媒体の入口側の端面と、入口側の接続管部と、が成す角度）、角度θａ（ハニカム触媒体の入口側の端面と、セルの方向と、が成す角度）、ハニカム触媒コンバータを接続する排気管の径ＶＤ、比率ＳＤ／ＶＤを、表２に示す。尚、搭載性は、○が良好であり、×が大変な手間を要したことを意味する。 [Evaluation test] The obtained honeycomb catalytic converter is mounted under the floor of a gasoline engine vehicle with a displacement of 2 liters and connected to the exhaust pipe to measure the HC emission in the US regulated operation mode LA14 and improve the purification performance. evaluated. Further, the pressure loss (pressure loss) at full load was measured. Furthermore, the mounting ability of the gasoline engine vehicle under the floor was evaluated. Table 2 shows the results of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 7. In Table 1 beyond that, for each of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 7, the honeycomb structure cross-sectional shape, cross-sectional area A, length L, volume V, ratio A / L, short diameter SD, Indicates the major axis LD, ratio LD / SD, cross-section minimum distance (LD or SD, whichever is smaller), plugging depth, partition wall thickness, cell density, partition wall average pore diameter, partition wall porosity. . Further, a honeycomb surface of the honeycomb catalyst body GSA, an angle θx (a straight line connecting the center of gravity of the end face on the inlet side of the honeycomb catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of the connecting pipe portion on the inlet side of the metal container is An angle formed by a direction of a straight line projected perpendicularly to an end surface on the inlet side of the catalyst body and a major axis direction of the honeycomb catalyst body), an angle θ1 (an end surface on the inlet side of the honeycomb catalyst body, and a connecting pipe portion on the inlet side Table 2 shows the angle θa (the angle formed by the end face on the inlet side of the honeycomb catalyst body and the cell direction), the diameter VD of the exhaust pipe connecting the honeycomb catalytic converter, and the ratio SD / VD. Show. In addition, as for mountability, (circle) is favorable and x means that the troublesome work was required.
（考察）表１及び表２に示される評価試験の結果より、（１）ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡを、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満とし、（２）ハニカム触媒体のセルの方向に垂直な断面積Ａ（ｍ２）と、長さ Ｌ（ｍ）と、の比 Ａ／Ｌ（ｍ）を、０．４５（ｍ）以上、８（ｍ）未満とし、（３）ハニカム触媒体の端面と、金属容器接続管部と、が成す角度を、０（°）以上、３０（°）未満とし、更には、（４）ハニカム触媒体のセルの方向に垂直な断面形状を長方形状とし、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤを、１．５以上８未満とし、且つ、ハニカム触媒体の端面の重心と接続管部の端の断面の重心とを結ぶ直線をハニカム触媒体の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度θｘが０°である（方向を一致させる）か、又は、角度θｘを３０°以内に収めることによって、浄化効率に優れ、圧力損失が小さく、限られた空間であっても搭載可能なハニカム触媒コンバータが得られることがわかる。 (Discussion) From the results of the evaluation tests shown in Table 1 and Table 2, (1) The geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is 80 (cm 2 / cm 3 ) or more and less than 300 (cm 2 / cm 3 ). (2) The ratio A / L (m) between the cross-sectional area A (m 2 ) perpendicular to the cell direction of the honeycomb catalyst body and the length L (m) is 0.45 (m) or more, Less than 8 (m), (3) the angle formed by the end face of the honeycomb catalyst body and the metal container connecting pipe is 0 (°) or more and less than 30 (°), and (4) honeycomb contact The cross-sectional shape perpendicular to the cell direction of the medium is rectangular, the ratio LD / SD of the short diameter SD (m) to the long diameter LD (m) in the cross-sectional shape is 1.5 or more and less than 8, and the honeycomb A straight line connecting the center of gravity of the end face of the catalyst body and the center of gravity of the cross section of the end of the connecting pipe portion is projected vertically onto the end face of the honeycomb catalyst body. The angle θx formed by the direction of the straight line and the major axis direction of the honeycomb catalyst body is 0 ° (match the direction) or the angle θx is kept within 30 °, so that the purification efficiency is excellent and the pressure It can be seen that a honeycomb catalytic converter can be obtained which has a small loss and can be mounted even in a limited space.
本発明は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の被浄化成分を浄化するための触媒コンバータとして好適に利用することが出来る。 The present invention is for purifying components to be purified such as carbon monoxide, hydrocarbons, nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from automobiles, construction machinery, industrial stationary engines, and combustion equipment. It can be suitably used as a catalytic converter.
１，１１ ハニカム構造体
２ａ 端面
２ｂ 端面
３ セル
４ 隔壁
５ （気孔形成面の）触媒層
８ 排気管
９ マット
１０ 目封止部
１５ （セル形成面の）触媒層
２０ 外壁
２５ 気孔
３０，４０，１４０ ハニカム触媒体
３１，４１，１４１ ハニカム触媒コンバータ
３２，４２，１４２ 金属容器
３３ ハニカム構造体
３４ 外壁
３５ａ，４５ａ，１４５ａ （排気ガスの入口側の）接続管部
３５ｂ，４５ｂ，１４５ｂ （排気ガスの出口側の）接続管部
５０，６０ ハニカム触媒体
６１ 触媒コンバータ
６２ 金属容器
1, 11
Claims (4)
二つの接続管部を有する金属容器と、を具備し、
前記ハニカム触媒体が前記金属容器に収められ、前記金属容器の前記接続管部によって排気管に接続され得る構造を有するハニカム触媒コンバータであって、
次の（１）、（２）、（３）、（４）を満たすハニカム触媒コンバータ。
（１）前記ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡが、８０（ｃｍ２／ｃｍ３）以上、３００（ｃｍ２／ｃｍ３）未満である。
前記ハニカム触媒体の幾何学的表面積ＧＳＡは、前記セル形成面に相当する、前記隔壁の前記セルに面した全内表面積Ｓ１（ｃｍ２）と、前記気孔形成面に相当する、前記隔壁の気孔に面した全内表面積Ｓ２（ｃｍ２）と、の合計Ｓ１＋Ｓ２（ｃｍ２）を、前記ハニカム構造体の全容積Ｖ（ｃｍ３）で除した値（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｖ（ｃｍ２／ｃｍ３）である。
（２）前記ハニカム触媒体は、前記セルの方向に垂直な断面積Ａ（ｍ２）と、長さＬ（ｍ）と、の比 Ａ／Ｌ（ｍ）が、０．４５（ｍ）以上、８（ｍ）未満となる形状である。
（３）前記ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面と、前記金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面と、金属容器の他の接続管部と、が成す角度のうち、少なくとも何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）未満である。
ハニカム触媒体の端面と、金属容器の接続管部と、が成す角度は、ハニカム触媒体の端面と、接続管部の端の断面の重心とハニカム触媒体の端面の重心とを結ぶ直線と、が成す角度のうちの鋭角である。
（４）前記ハニカム触媒体は、前記セルの方向に垂直な断面形状が、楕円、レーストラック形状、又は略長方形状であり、その断面形状における短径ＳＤ（ｍ）と長径ＬＤ（ｍ）との比ＬＤ／ＳＤが、１．５以上８未満であり、且つ、前記ハニカム触媒体の二つの端面のうちの一の端面の重心と、前記金属容器の二つの接続管部のうちの一の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の前記一の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度、及び、ハニカム触媒体の他の端面の重心と、金属容器の他の接続管部の端の断面の重心と、を結ぶ直線を、ハニカム触媒体の前記他の端面に垂直に投影した直線の方向と、ハニカム触媒体の長径方向と、が成す角度のうち、少なくとも何れかの角度が、０（°）以上、３０（°）以下である。 A porous partition wall having a large number of fine pores arranged so as to form a plurality of cells communicating between the two end faces, and either one of the end portions of the cells on the two end faces are alternately arranged. A honeycomb structure having a plugging portion disposed so as to be sealed, a cell forming surface of the partition facing the cell, and a pore of the partition facing the pore of the partition A honeycomb catalyst body in which a catalyst is supported on the formation surface;
A metal container having two connecting pipe parts,
A honeycomb catalytic converter having a structure in which the honeycomb catalyst body is housed in the metal container and can be connected to an exhaust pipe by the connection pipe portion of the metal container,
A honeycomb catalytic converter satisfying the following (1), (2), (3), (4).
(1) The geometric surface area GSA of the honeycomb catalyst body is 80 (cm 2 / cm 3 ) or more and less than 300 (cm 2 / cm 3 ).
The honeycomb catalyst body has a geometric surface area GSA corresponding to the cell forming surface, a total inner surface area S1 (cm 2 ) facing the cell of the partition wall, and a pore of the partition wall corresponding to the pore forming surface. (S1 + S2) / V (cm 2 / cm 3 ), which is obtained by dividing the total S1 + S2 (cm 2 ) of the total internal surface area S2 (cm 2 ) facing the substrate by the total volume V (cm 3 ) of the honeycomb structure It is.
(2) In the honeycomb catalyst body, the ratio A / L (m) between the cross-sectional area A (m 2 ) perpendicular to the cell direction and the length L (m) is 0.45 (m) or more. , The shape becomes less than 8 (m).
(3) An angle formed by one end surface of the two end surfaces of the honeycomb catalyst body and one connection pipe portion of the two connection pipe portions of the metal container, and other honeycomb catalyst body Of the angles formed by the end surface and the other connecting pipe portion of the metal container, at least one of the angles is 0 (°) or more and less than 30 (°).
The angle formed by the end face of the honeycomb catalyst body and the connecting pipe portion of the metal container is an end face of the honeycomb catalyst body, a straight line connecting the center of gravity of the cross section of the end of the connecting pipe portion and the center of gravity of the end face of the honeycomb catalyst body, Is an acute angle of angles formed by.
(4) In the honeycomb catalyst body, a cross-sectional shape perpendicular to the cell direction is an ellipse, a racetrack shape, or a substantially rectangular shape, and a short diameter SD (m) and a long diameter LD (m) in the cross-sectional shape The ratio LD / SD is 1.5 or more and less than 8, and the center of gravity of one end face of the two end faces of the honeycomb catalyst body and one of the two connecting pipe portions of the metal container. The angle formed by the direction of the straight line that is projected perpendicularly to the one end face of the honeycomb catalyst body and the major axis direction of the honeycomb catalyst body, and the honeycomb contact The direction of the straight line obtained by projecting a straight line connecting the center of gravity of the other end face of the medium and the center of gravity of the cross section of the other connecting pipe part of the metal container perpendicularly to the other end face of the honeycomb catalyst body, At least one of the angles formed by the major axis direction of the medium But, 0 (°) or more, 30 (°) or less.
前記セルの方向に垂直な断面形状におけるハニカム触媒体の短径ＳＤ（ｍ）と、前記排気管の径ＶＤ（ｍ）と、の比ＳＤ／ＶＤが、１以上３以下である排気管に接続されたハニカム触媒コンバータ。 The honeycomb catalytic converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the honeycomb catalytic converter is connected to an exhaust pipe through which exhaust gas flows.
Connected to an exhaust pipe having a ratio SD / VD between 1 and 3 or less of the short diameter SD (m) of the honeycomb catalyst body in the cross-sectional shape perpendicular to the cell direction and the diameter VD (m) of the exhaust pipe Honeycomb catalytic converter.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012187510A (en) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Honeycomb filter |
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2006
- 2006-11-30 JP JP2006322918A patent/JP2008136891A/en active Pending
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