JPH10288027A - 高周波加熱触媒 - Google Patents

高周波加熱触媒

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JPH10288027A
JPH10288027A JP9100530A JP10053097A JPH10288027A JP H10288027 A JPH10288027 A JP H10288027A JP 9100530 A JP9100530 A JP 9100530A JP 10053097 A JP10053097 A JP 10053097A JP H10288027 A JPH10288027 A JP H10288027A
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JP
Japan
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catalyst
frequency
metal oxide
layer
exhaust gas
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JP9100530A
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English (en)
Inventor
Katsumi Takatsu
勝美 高津
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Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F01N3/202Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means using microwaves
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の冷間始動時に、高周波を効果的に
吸収して触媒の温度をを急速に触媒動作温度に到達さ
せ、排出される有害排気ガスを浄化することのできる高
周波加熱触媒を提供することを目的とする。 【解決手段】 高周波をほとんど吸収しない材料から成
る基板8の表面に形成された高周波吸収材料から成る高
周波吸収層と、上記高周波吸収層に担持された排気ガス
中に含まれる有害物質の浄化を行うPd,Pd/Rh,
Pt/Rh等の触媒とから成る高周波加熱触媒11であ
って、上記高周波吸収層を、高周波が伝送される媒体の
インピーダンスと、反射電力が−10dB以下となるよ
うな状態に整合したインピーダンスを有する,電気伝導
性金属酸化物と絶縁材料との混合物から構成したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス装置等に使用される高周波加熱触媒に関するもので、
特に冷間始動時に排出される有害排気ガスを浄化する高
周波加熱触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気ガスには、炭化水素,一酸
化炭素,窒素酸化物等の大気汚染物質が含まれている。
このような有害排気ガスを浄化する方法として、エンジ
ン燃焼方式や触媒による後処理方式がある。上記触媒に
よる後処理方式は、自動車の排気ガスをPd/Rh,P
t/Rh等の貴金属元素の合金から成る三元触媒を備え
た浄化手段中を通過させ、炭化水素,一酸化炭素を酸化
するとともに窒素酸化物を還元し、無害な炭酸ガス,水
蒸気,窒素に変換し車外に排出するものである。しかし
ながら、従来の触媒装置を有する内燃機関の排気ガス装
置においては、触媒は内燃機関の排気ガスによって加熱
されるため、上記触媒の温度が触媒機能が有効に機能す
る温度まで達するのに時間がかかり、内燃機関の冷間始
動時には上記有害物質を十分に取り除くことができない
という欠点があった。
【0003】ところで、冷間始動時においても排気ガス
中の有害物質を取り除くため、マイクロ波を用いて上記
浄化手段の触媒を急速に加熱する方法が開示されている
(特開平4−353208)。これは、図5に示すよう
に、排気管1aから送られてくる排気ガスGを加熱室2
に備えられた浄化手段3Aを通過させて上記排気ガスを
浄化し、排気管1bより排出するもので、高周波発振器
5で発生したマイクロ波が導波経路6を介して上記浄化
手段3Aに照射される。浄化手段3Aは、図6(a),
(b)に示すように、高周波をほとんど吸収しないアル
ミナ等のセラミック材料から成るハニカム構造を持つ基
板8と、上記基板8の隔壁8Kにマイクロ波を吸収する
ZnO等の高周波吸収材料9と上記Pd/Rh,Pt/
Rh等の三元触媒10とを担持させた高周波加熱触媒1
1Aから成り、上記高周波吸収材料9は照射されたマイ
クロ波のエネルギーを熱エネルギーに変換し上記触媒の
温度を動作温度まで上昇させ、上記基板8の貫通孔8S
を通過する排気ガス中の有害物質を取り除くものであ
る。また、図7(a),(b)は、従来使用されている
浄化手段3Bの構造を示す図で、ハニカム構造を有し絶
縁性の耐熱衝撃性の高いコーディライト焼結体から成る
基板8と、上記基板8の隔壁8Kの表面にコーティング
された高周波吸収層12と,上記高周波吸収層12の表
面に形成されたPt/Rhを分散担持させたウオッシュ
コート層13とから成る高周波加熱触媒11Bとにより
構成される。なお、触媒であるPt/Rhは、ウオッシ
ュコート層13の表面近傍に分散担持されている。浄化
手段3Bに照射されたマイクロ波は上記高周波吸収層1
2で熱に変換され、ウオッシュコート層13の表面近傍
に分散担持されたPt/Rhの温度を動作温度まで上昇
させることにより、浄化手段3Bを通過する排気ガス中
の有害物質が取り除かれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記浄
化手段3Bでは、ウオッシュコート層13の熱容量が大
きいため、ウオッシュコート層13の表面近傍に分散担
持されているPt/Rh触媒を急速に加熱するために
は、入射マイクロ波の電力を大きくしなければならない
という問題点があった。一方、浄化手段3Aでは、高周
波加熱触媒11Aが高周波吸収材料9と三元触媒10の
混合物であるので、熱の伝播効率は上記高周波加熱触媒
11Bよりは向上しているが、上記高周波加熱触媒11
A,11Bのインピーダンスは、照射される高周波(マ
イクロ波)の周波数や高周波の伝播する媒体によって決
定される伝播空間の特性インピーダンスを考慮して設計
されていないため、上記高周波加熱触媒11A,11B
のインピーダンスと伝播空間の特性インピーダンスとは
整合状態にはない。したがって、上記従来の高周波加熱
触媒11A,11Bでは触媒表面での高周波の反射が起
こるため、高周波の吸収効率が著しく低下してしまうと
いう欠点があった。また、高周波加熱触媒11Aにおい
ては、ZnO,CoO等の高周波吸収材料9と三元触媒
10の混合物である従来の高周波加熱触媒8の触媒能を
向上させるためには、上記三元触媒10の含有量を増加
させる必要があるが、上記三元触媒10の含有量を増加
させると加熱効率が低下するという問題点があった。更
に、高周波加熱触媒11A,11Bは基板8の表面また
は内部に一様に担持させたもので、排気ガスの通過方向
に対する考慮がされていないので、効率的な高周波加熱
ができないという欠点があった。
【0005】本発明は、従来の問題点に鑑みてなされた
もので、内燃機関の冷間始動時に、高周波を効果的に吸
収して触媒の温度を急速に触媒動作温度に到達させ、冷
間始動時に排出される有害排気ガスを浄化することので
きる高周波加熱触媒を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の高周波加熱触媒は、高周波をほとんど吸収しない材料
から成る基板の表面に形成された高周波吸収材料から成
る高周波吸収層と、上記高周波吸収層に担持された排気
ガス中に含まれる有害物質の浄化を行うPd,Pd/R
h,Pt/Rh等の触媒とから成る高周波加熱触媒であ
って、上記高周波吸収層を、高周波が伝送される媒体の
特性インピーダンスと反射電力比が10dB以上(反射
電力が入射電力の1/10以下)となるような状態に整
合したインピーダンスを有する,電気伝導性金属酸化物
と絶縁材料との混合物から構成したことを特徴とする。
【0007】本発明の請求項2に記載の高周波加熱触媒
は、高周波吸収材料が電気伝導性金属酸化物と絶縁材料
との混合物から成り、上記絶縁材料はセリアもしくはセ
リア安定化ジルコニア等の助触媒能を有する金属酸化物
を含有することを特徴とする。
【0008】本発明の請求項3に記載の高周波加熱触媒
は、高周波吸収材料が電気伝導性金属酸化物と絶縁材料
との混合物から成り、上記絶縁材料はγアルミナ等の高
比表面積を有する金属酸化物を含有することを特徴とす
る。
【0009】本発明の請求項4に記載の高周波加熱触媒
は、高周波をほとんど吸収しない材料から成る基板の表
面に形成された排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を
行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒材料が高分
散担持させれた助触媒能を有する金属酸化物および高比
表面積を有する金属酸化物材料のいずれかもしくは両方
から成る触媒担持層と、上記触媒担持層の表面の一部に
形成された絶縁材料と電気伝導性金属酸化物とから成る
高周波吸収層とから構成される高周波加熱触媒であっ
て、上記高周波吸収層を、浄化処理する排気ガスの上流
側に形成したことを特徴とする。
【0010】本発明の請求項5に記載の高周波加熱触媒
は、高周波をほとんど吸収しない材料から成る基板の表
面に形成された排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を
行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒材料が高分
散担持させれた助触媒能を有する金属酸化物および高比
表面積を有する金属酸化物材料のいずれかもしくは両方
から成る第1の触媒担持層と、上記第1の触媒担持層の
表面の一部に形成された排気ガス中に含まれる有害物質
の浄化を行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒が
高分散担持された助触媒能を有する金属酸化物および高
比表面積を有する金属酸化物材料のいずれかもしくは両
方から成る絶縁材料と電気伝導性金属酸化物とから成る
第2の触媒担持層とから構成される高周波加熱触媒であ
って、上記第2の触媒担持層を、浄化処理する排気ガス
の上流側に形成したことを特徴とする。
【0011】本発明の請求項6に記載の高周波加熱触媒
は、高周波をほとんど吸収しない材料から成る基板の表
面に形成された比表面積の大きなγアルミナ、セリア安
定化ジルコニア等の耐熱性材料から成るウオッシュコー
ト層と、上記ウオッシュコート層の表面の一部に形成さ
れた電気伝導性金属酸化物と絶縁材料との混合物から成
る高周波吸収層とを有するとともに、上記ウオッシュコ
ート層と高周波吸収層の表面または表面近傍に排気ガス
中に含まれる有害物質の浄化を行うPt,Pt/Rh,
Pd/Rh等の触媒を担持させて成る高周波加熱触媒で
あって、上記高周波吸収層を浄化処理する排気ガスの上
流側に形成したことを特徴とする。
【0012】本発明の請求項7に記載の高周波加熱触媒
は、高周波吸収層または第2の触媒担持層が助触媒能を
有するセリア安定化ジルコニア、セリア等の助触媒材料
および高比表面積を有するγアルミナ、セリア安定化ジ
ルコニア等を含有していることを特徴とする。なお、上
記高周波吸収層は請求項4記載の触媒担持層及び請求項
6に記載の高周波吸収層で、第2の触媒担持層は請求項
5に記載の第2の触媒担持層を指すものである。
【0013】本発明の請求項8に記載の高周波加熱触媒
は、助触媒材料および耐熱性材料が上記電気伝導性金属
酸化物に含有されている金属元素と反応する元素を含有
しない材料であることを特徴とする。なお、上記助触媒
材料耐熱性材料は、請求項4に記載の触媒担持層,請求
項5に記載の第1の触媒担持層と第2の触媒担持層,請
求項7に記載の高周波吸収層または第2の触媒担持層を
指すもので、耐熱性材料は、請求項6記載のウオッシュ
コート層を指すものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき説明する。なお、以下の説明中、従来
例と共通する部分については同一符号を用いて説明す
る。
【0015】実施の形態1.図1(a),(b),
(c)は、本発明の実施の形態1に係わる排気ガスの浄
化手段3の構造を示す図で、浄化手段3は、ハニカム構
造を有し絶縁性の耐熱衝撃性の高いコーディライト焼結
体から成る基板8と、上記基板8の隔壁8Kの表面にコ
ーティングされた高周波加熱触媒11とから成る。な
お、同図において、符号8sは基板8の貫通孔である。
排気ガスGは、図1(c)に示すように、浄化手段3の
貫通孔8sを通過する間に、高周波加熱触媒11により
浄化され排出される。高周波加熱触媒11は、電気伝導
性金属酸化物であるLa0.6Sr0.4MnO3と、助触媒
能を有しかつ高比表面積を有する絶縁材料であるセリア
安定化ジルコニアの混合物から成る高周波吸収層に三元
触媒であるPt/Rhを担持させたもので、上記高周波
吸収層は、そのインピーダンスが高周波が伝送される伝
送経路の特性インピーダンスに、マイクロ波の発振周波
数において、反射電力比が10dB以上となるような状
態に整合するように上記電気伝導性金属酸化物と絶縁材
料の混合比を調整し、基板8にコーティングされた後加
熱処理され、基板8の隔壁8Kに強固に固定される。ま
た、三元触媒であるPt/Rhは、上記高周波吸収層が
形成された基板8を、Pt/Rhを含有する溶液中に含
浸させた後加熱処理を行うことにより、上記高周波吸収
層の表面及び内部に担持させられる。このとき、上記高
周波吸収層に含まれている絶縁材料であるセリア安定化
ジルコニアは高比表面積を有しているので、触媒である
Pt/Rhは上記高周波吸収層中に均一に分散させるこ
とができる。
【0016】図2は、上記高周波加熱媒体11を備えた
浄化手段3を備えた排気ガス浄化装置の構成図で、高周
波発振器5で発生したマイクロ波は、導波経路6を経由
して結合スロット14において上記導波経路6と円筒形
加熱室2(キャビティー)のインピーダンス整合が達成
され、上記加熱室2に伝送される。また、排気ガスG
は、排気管1aから加熱室2に導入され、排気管1bか
ら排出される。上記加熱室2の両端にはパンチングメタ
ルから成る反射板7a,7bが設置されており、マイク
ロ波が加熱室2内で共振するように、加熱室2の内径及
び長さ等が設計されている。なお、図2において、符号
Pは上記加熱室2内の定在波の電界強度を示すもので、
上記高周波加熱媒体11は加熱室2の排気ガスGの下流
側に配設された反射板7bから(λg/4)の位置(λ
gは管内波長)、すなわち上記定在波の最大振幅の位置
に設置される。
【0017】高周波加熱触媒11の高周波吸収層のイン
ピーダンスと上記加熱室2の伝送経路の特性インピーダ
ンスとは、上述したような整合状態になるように材料設
計されているので、浄化手段3によるマイクロ波の反射
が少ないため、高周波加熱触媒11に照射されたマイク
ロ波のエネルギーは効率よく上記高周波吸収層に吸収さ
れる。したがって、高周波加熱触媒11中の触媒の温度
を急上昇させることができ、内燃機関の冷間始動時にお
いても触媒の温度をを急速に触媒動作温度に到達させ、
冷間始動時に排出される有害排気ガスを浄化することの
できる。例えば、高周波発振器5で発生した出力電力6
00Watt,周波数2.45GHzのマイクロ波を上
記浄化手段3に照射した場合、従来の高周波加熱触媒1
1Bでは表面温度が400℃に達するのに約20秒を要
したが、本実施の形態1の高周波加熱触媒11を用いる
と約8秒で表面温度が400℃に達した。また、高周波
加熱触媒11に含有される絶縁材料であるセリア安定化
ジルコニアは助触媒能を有しているので、触媒であるP
t/Rhの触媒機能が向上し、有害排気ガスの浄化作用
が更に向上した。
【0018】このように、本実施の形態1によれば、高
周波加熱触媒11中の高周波吸収層のインピーダンスを
高周波が伝送される伝送経路の特性インピーダンスと、
マイクロ波の発振周波数において、反射電力比が10d
B以上となるような状態に整合させるようにしたので、
高周波吸収層でのマイクロ波の反射が少なくなり、触媒
の温度を急上昇させることができ、内燃機関の冷間始動
時においても触媒の温度をを急速に触媒動作温度に到達
させ冷間始動時に排出される有害排気ガスを浄化するこ
とのできる。また、高周波加熱触媒11に含有される絶
縁材料であるセリア安定化ジルコニアは助触媒能を有し
かつ高比表面積を有しているので、触媒であるPt/R
hの触媒機能が向上し、有害排気ガスの浄化作用を向上
させることができる。
【0019】なお、本実施の形態1においては、絶縁材
料としてセリア安定化ジルコニアを用いたが、絶縁材料
としては、高比表面積を有するγアルミナ等の金属酸化
物と助触媒能を有するセリアの混合物を用いても同様の
効果が得られる。また、上記例では、基板8に高周波吸
収層を形成した後、触媒であるPt/Rhを高周波吸収
層の表面または内部に担持させたが、上記電気電導性金
属酸化物と絶縁材料との混合物スラリーにPt/Rh等
の触媒を含有する溶液を混合攪拌し、基板8上にコーテ
ィングして高周波加熱触媒11を形成すれば、Pt/R
h等の触媒が高周波吸収材料中へ均一に分散されるの
で、高周波加熱触媒11の触媒機能を更に向上させるこ
とができる。
【0020】実施の形態2.図3は、本発明の実施の形
態2に係わる排気ガスの浄化手段3の構造を示す図で、
浄化手段3は、ハニカム構造を有し絶縁性の耐熱衝撃性
の高いコーディライト焼結体から成る基板8と、上記基
板8の隔壁8Kの表面に形成された高周波加熱触媒11
とから成り、上記高周波加熱触媒11は、Pd/Rhか
ら成る触媒を含有するセリア安定化ジルコニアから成る
第1の触媒担持層15と、上記第1の触媒担持層15の
表面の一部に形成され,助触媒能を有するセリア安定化
ジルコニアと触媒Pdとを含有するLaSrMnO3か
ら成る第2の触媒担持層16とから構成されている。な
お、上記第2の触媒担持層16は、図3に示すように、
浄化処理する排気ガスGの上流側に形成される。また、
上記第2の触媒層16は、そのインピーダンスが高周波
が伝送される伝送経路の特性インピーダンスと、反射電
力比が10dB以上となるような状態に整合するように
上記電気伝導性金属酸化物であるLa0.6Sr0.4MnO
3と絶縁材料であるセリア安定化ジルコニアの混合比を
調整したスラリーを作製し、上記第1の触媒担持層15
上にディップコーティングされる。そのとき、上記基板
8の片面のみを上記スラリー中に含浸することで、第2
の触媒担持層16を基板8の片側のみに形成することが
できる。
【0021】このような高周波加熱触媒11を備えた浄
化手段3を、上記実施の形態1と同様に、図2に示すよ
うな排気ガス浄化装置に設置し、アイドリング時の内燃
機関の排気ガスを流しながら、高周波発振器5で発生し
た出力電力800Watt,周波数2.45GHzのマ
イクロ波をφ90−30mmLの浄化手段に照射した場
合、従来の高周波加熱触媒11Bを用いた浄化手段3A
では表面温度が触媒反応開始温度(約300℃)に達す
るのに約20秒を要したが、排気ガスGの上流側の10
mmの範囲に上記第2の触媒担持層16を形成した本実
施の形態2の高周波加熱触媒11を用いた場合には、マ
イクロ波の照射後約10秒で触媒反応の開始が確認され
た。これは、高周波吸収層である上記第2の触媒担持層
16のインピーダンスと上記加熱室2の伝送経路の特性
インピーダンスとが反射電力比が10dB以上となるよ
うな整合状態になるように材料設計されているので、浄
化手段3によるマイクロ波の反射が少ないため、高周波
加熱触媒11に照射されたマイクロ波のエネルギーは効
率よく上記高周波吸収層に吸収される。また、上記第2
の触媒担持層16により高周波加熱触媒11の前面が効
率的に加熱されるため、送られて来た排気ガスGの温度
が上昇し、上記排気ガスGにより浄化手段3の下流の触
媒が加熱されるので、触媒反応の開始時間を早めること
ができる。更に、第2の触媒担持層16には助触媒能を
有するセリア安定化ジルコニアと触媒Pdとが含有され
ているので、高周波加熱触媒11の前面では触媒反応に
よる熱も同時に発生する。したがって、送られて来た排
気ガスGの温度は、浄化手段3の前面に高周波吸収層の
みを形成した場合よりも更に上昇し、触媒の温度上昇が
早めることができる。
【0022】本実施の形態2においては、第1の触媒担
持層15に用いた絶縁材料をセリア安定化ジルコニアと
したが、γアルミナの単体あるいはγアルミナとセリア
の混合物等にPt/Rh,Pd/Rh等の触媒を含有さ
せて第1の触媒単体層15を形成しても良い。また、第
2の触媒層16に含有する絶縁材料としてセリア安定化
ジルコニアを用いたが、絶縁材料としては、助触媒能を
有しかつ高比表面積を有するγアルミナとセリアの混合
物等の金属酸化物を用いても同様の効果が得られる。な
お、上記第2の触媒担持層16に代えて、絶縁材料と電
気伝導性金属酸化物とから成る高周波吸収層を排気ガス
Gの上流側に形成した場合も、高周波加熱触媒11の前
面が効率的に加熱されるため、排気ガスGの温度が上昇
し、上記排気ガスGにより浄化手段3の下流の触媒が加
熱されるので、触媒反応の開始時間を早めることができ
ることは言うまでもない。
【0023】実施の形態3.図4は、本発明の実施の形
態3に係わる排気ガスの浄化手段3の構造を示す図で、
浄化手段3は、ハニカム構造を有し絶縁性の耐熱衝撃性
の高いコーディライト焼結体から成る基板8と、上記基
板8の隔壁8Kの表面に形成された高周波加熱触媒11
とから成り、上記高周波加熱触媒11は、セリア安定化
ジルコニアから成るウオッシュコート層17と、上記ウ
オッシュコート層17の表面の一部に形成されたセリア
安定化ジルコニアを含有するLa0.6Sr0.4MnO3
ら成る高周波吸収層18と、上記ウオッシュコート層1
7と高周波吸収層18の表面近傍に担持されたPd/R
hから成る触媒層19とから構成されている。なお、上
記高周波吸収層18は、図4に示すように、浄化処理す
る排気ガスGの上流側に形成される。また、上記高周波
吸収層18は、そのインピーダンスが高周波が伝送され
る伝送経路の特性インピーダンスに、反射電力比が10
dB以上となるような状態に整合するように上記電気伝
導性金属酸化物であるLa0.6Sr0.4MnO3と絶縁材
料であるセリア安定化ジルコニアの混合比を調整したス
ラリーを作製し、上記ウオッシュコート層17上にディ
ップコーティングされる。そのとき、上記基板8の片面
のみを上記スラリー中に含浸することで、高周波吸収層
18を基板8の片側のみに形成することができる。な
お、上記触媒層19は、上記ウオッシュコート層17と
高周波吸収層18が形成された基板8を、Pd/Rhを
含有する溶液中に含浸させた後加熱処理を行うことによ
り、上記ウオッシュコート層17と高周波吸収層18の
表面及び内部に担持させられる。このとき、上記高周波
吸収層18に含まれている絶縁材料であるセリア安定化
ジルコニアは高比表面積を有しているので、触媒である
Pd/Rhは高周波吸収層18に高濃度に担持される。
【0024】このような高周波加熱触媒11を備えた浄
化手段3を、上記実施の形態1と同様に、図2に示すよ
うな排気ガス浄化装置に設置し、アイドリング時内燃機
関の排気ガスを流しながら、高周波発振器5で発生した
出力電力800Watt,周波数2.45GHzのマイ
クロ波をφ90−30mmLの浄化手段に照射した場
合、従来の高周波加熱触媒11Bを用いた浄化手段3A
では表面温度が触媒反応開始温度(約300℃)に達す
るのに約20秒を要したが、排気ガスGの上流側の10
mmの範囲に第2の触媒層16を形成した本実施の形態
3の高周波加熱触媒11を用いた場合には、マイクロ波
の照射後約10秒で触媒反応の開始が確認された。これ
は、高周波吸収層18のインピーダンスと上記加熱室2
の伝送経路の特性インピーダンスとが、反射電力比が1
0dB以上となるような整合状態になるように材料設計
されているので、浄化手段3によるマイクロ波の反射が
少ないため、高周波加熱触媒11に照射されたマイクロ
波のエネルギーは効率よく上記高周波吸収層18に吸収
されるためである。また、上記高周波吸収層18により
高周波加熱触媒11の前面が効率的に加熱され、送られ
て来た排気ガスGの温度が上昇し、上記排気ガスGによ
り浄化手段3の下流のウオッシュコート層17に担持さ
れている触媒を加熱するので、触媒反応の開始時間を早
めることができる。更に、高周波吸収層18の表面近傍
には触媒Pd/Rhが高濃度に担持されているので、触
媒反応による熱も同時に多量に発生するので、触媒の温
度上昇を更に早めることができるとともに、触媒に使用
される貴金属使用量を減少させることができる。なお、
本実施の形態3においては、ウオッシュコート層17に
用いた絶縁材料をセリア安定化ジルコニアとしたが、γ
アルミナの単体あるいはγアルミナとセリアの混合物で
あったても良い。
【0025】また、上記本実施の形態1,2,3では、
高周波吸収材料としてLa0.6Sr0 .4MnO3を用いた
が、La(1-x)SrxCoO3,La(1-x)SrxCrO3
La( 1-x)SrxMnO3,La(1-x)SrxCo(1-y)Pd
y3,La(1-x)SrxMn(1- y)Pdy3,La(1-x)
xCoO3,La(1-x)CaxMnO3(0〈x〈1,0
〈y〈1)等の複合金属酸化物の1種もしくは2種以上
の混合物を用いても同様の効果が得られる。ただし、上
記電気伝導性金属酸化物がMnを含有している場合に
は、上記高周波吸収材料を含む層と接触している層、例
えば実施の形態2の第1の触媒担持層16や実施の形態
3のウオッシュコート層17を構成する材料が、Siを
含有する化合物であれば、高温においてMnとSiが反
応し、高周波吸収材料のマイクロ波吸収効率が低下する
とともに、第1の触媒担持層16や高周波吸収層12の
インピーダンスも変化してしまいマイクロ波吸収効率が
著しく低下する。また、上記電気伝導性金属酸化物がC
oを含有している場合には、高周波吸収材料を含む層と
接触している層をAlを含有しない化合物で構成する必
要がある。例えば、本実施の形態2においては、高周波
吸収材料としてLa0.6Sr0.4MnO3を用い、第2の
触媒担持層16を構成する材料としてセリア安定化ジル
コニアを用いているので、浄化手段3の表面温度が上昇
しても、上記反応が起こることがなく、高周波加熱触媒
11の触媒能に変化は見られなかった。また、本実施の
形態3においては、高周波吸収材料としてLa0.6Sr
0.4MnO3を用い、ウオッシュコート層17を構成する
材料としてセリア安定化ジルコニアを用いているので、
同様に、浄化手段3の表面温度が上昇しても高周波加熱
触媒11の触媒能に変化は見られなかった。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
高周波加熱触媒によれば、高周波をほとんど吸収しない
材料から成る基板の表面に形成された高周波吸収材料か
ら成る高周波吸収層と、上記高周波吸収層に担持された
排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を行うPd,Pd
/Rh,Pt/Rh等の触媒とにより高周波加熱触媒を
構成し、かつ上記高周波吸収層を、高周波が伝送される
媒体の特性インピーダンスと反射電力比が10dB以上
となるような状態に整合したインピーダンスを有する,
電気伝導性金属酸化物と絶縁材料との混合物から構成し
たので、照射された高周波の反射が少なく、高周波を効
果的に吸収し熱エネルギーに変換することができ、した
がって内燃機関の冷間始動時には触媒の温度をを急速に
触媒動作温度に到達させて冷間始動時に排出される有害
排気ガスを浄化することのできる。
【0027】また、請求項2に記載の高周波加熱触媒
は、電気伝導性金属酸化物と絶縁材料の混合物から成る
高周波吸収材料を用い、かつ上記絶縁材料としてセリア
等の助触媒能を有する金属酸化物を用いたので、高周波
加熱触媒の触媒機能を更に向上させることができる。
【0028】更に、請求項3に記載の高周波加熱触媒
は、電気伝導性金属酸化物と絶縁材料の混合物から成る
高周波吸収材料を用い、かつ絶縁材料としてセリア安定
化ジルコニア等の高比表面積を有する金属酸化物を用い
たので、Pd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒を上記
高周波吸収層にほぼ均一に担持することができるので、
高周波加熱触媒の機能の場所によるばらつきをなくすこ
とができる。
【0029】請求項4に記載の高周波加熱触媒は、高周
波をほとんど吸収しない材料から成る基板の表面に形成
された排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を行うP
d,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒材料が高分散担持
させれた助触媒能を有する金属酸化物および高比表面積
を有する金属酸化物材料のいずれかもしくは両方から成
る触媒担持層と、上記触媒担持層の表面の一部に形成さ
れた絶縁材料と電気伝導性金属酸化物とから成る高周波
吸収層とから構成される高周波加熱触媒であって、上記
高周波吸収層を、浄化処理する排気ガスの上流側に形成
したので、上流で加熱された排気ガスも高周波加熱触媒
の下流部を加熱するため、触媒の温度を更に急速に触媒
動作温度に到達させることができる。
【0030】請求項5に記載の高周波加熱触媒は、高周
波をほとんど吸収しない材料から成るを基板の表面に形
成された排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を行うP
d,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒を含有する比表面
積の大きなγアルミナ、セリア安定化ジルコニア等の耐
熱性材料から成る第1の触媒担持層と、上記第1の触媒
担持層の表面の一部に形成された排気ガス中に含まれる
有害物質の浄化を行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等
の触媒を含有する比表面積の大きなγアルミナ、セリア
安定化ジルコニア等の耐熱材料と電気伝導性金属酸化物
との混合物から成る第2の触媒担持層とから構成し、か
つ上記第2の触媒担持層を、浄化処理する排気ガスの上
流側に形成したので、排気ガスは、上流において、第2
の触媒担持層での触媒反応によって更に加熱されるの
で、触媒の温度を更に急速に触媒動作温度に到達させる
ことができる。
【0031】請求項6に記載の高周波加熱触媒は、高周
波をほとんど吸収しない材料から成る基板の表面に形成
された比表面積の大きなγアルミナ、セリア安定化ジル
コニア等の耐熱性材料から成るウオッシュコート層と、
上記ウオッシュコート層の表面の一部に形成された電気
伝導性金属酸化物と絶縁材料との混合物から成る高周波
吸収層とを有するとともに、上記ウオッシュコート層と
高周波吸収層の表面または表面近傍に排気ガス中に含ま
れる有害物質の浄化を行うPt,Pt/Rh,Pd/R
h等の触媒を担持させるように構成し、かつ上記高周波
吸収層を浄化処理する排気ガスの上流側に形成したの
で、上流の排気ガスは触媒反応による発熱でも加熱され
るため、触媒の温度を更に急速に触媒動作温度に到達さ
せることができる。
【0032】また、請求項7に記載の高周波加熱触媒
は、高周波吸収層または第2の触媒担持層が助触媒能を
有するセリア、セリア安定化ジルコニア等の助触媒材料
およびおよび高比表面積を有するγアルミナ、セリア安
定化ジルコニア等を含有しているので、高周波加熱触媒
の触媒機能を更に向上させることができる。
【0033】更に、請求項8に記載の高周波加熱触媒
は、助触媒材料および耐熱性材料が電気伝導性金属酸化
物に含有されている金属元素と反応する元素を含有しな
い材料であるので、高周波加熱触媒を広い温度範囲で使
用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係わる高周波加熱媒体を
用いた浄化手段の構造を示す図である。
【図2】本発明の実施形態1に係わる排気ガス浄化装置
の構成を示す図である。
【図3】本発明の実施形態2に係わる浄化手段の構造を
示す図である。
【図4】本発明の実施形態3に係わる浄化手段の構造を
示す図である。
【図5】従来の排気ガス浄化装置の構成を示す図であ
る。
【図6】従来の浄化手段の構造を示す図である。
【図7】従来の他の浄化手段の構造を示す図である。
【符号の説明】
1 排気管 2 加熱室2 3 浄化手段 4 保持部材 5 高周波発振器 6 導波経路 7 マイクロ波遮蔽手段(反射板) 8 基板 8K 隔壁 8s 貫通孔 9 電波吸収材料 10 触媒 11 高周波加熱触媒 12,18 高周波吸収層 13,17 ウオッシュコート層 14 結合スロット 15 第1の触媒担持層 16 第2の触媒担持層 19 触媒層 G 排気ガス W 定在波

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波をほとんど吸収しない材料から成
    る基板の表面に形成された高周波吸収材料から成る高周
    波吸収層と、上記高周波吸収層に担持された排気ガス中
    に含まれる有害物質の浄化を行うPd,Pd/Rh,P
    t/Rh等の触媒とから成る高周波加熱触媒であって、
    上記高周波吸収層を、高周波が伝送される媒体の特性イ
    ンピーダンスと、反射電力比が10dB以上となるよう
    な状態に整合したインピーダンスを有する,電気伝導性
    金属酸化物と絶縁材料との混合物から構成したことを特
    徴とする高周波加熱触媒。
  2. 【請求項2】 高周波吸収材料は、電気伝導性金属酸化
    物と絶縁材料との混合物から成り、上記絶縁材料はセリ
    アもしくはセリア安定化ジルコニア等の助触媒能を有す
    る金属酸化物を含有することを特徴とする請求項1記載
    の高周波加熱触媒。
  3. 【請求項3】 高周波吸収材料は、電気伝導性金属酸化
    物と絶縁材料との混合物から成り、上記絶縁材料はγア
    ルミナ等の高比表面積を有する金属酸化物を含有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の高周波加熱触媒。
  4. 【請求項4】 高周波をほとんど吸収しない材料から成
    る基板の表面に形成された排気ガス中に含まれる有害物
    質の浄化を行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒
    材料が高分散担持させれた助触媒能を有する金属酸化物
    および高比表面積を有する金属酸化物材料のいずれかも
    しくは両方から成る触媒担持層と、上記触媒担持層の触
    媒担持層の表面の一部に形成された絶縁材料と電気伝導
    性金属酸化物とから成る高周波吸収層とから構成される
    高周波加熱触媒であって、上記高周波吸収層を、浄化処
    理する排気ガスの上流側に形成したことを特徴とする高
    周波加熱触媒。
  5. 【請求項5】 高周波をほとんど吸収しない材料から成
    る基板の表面に形成された排気ガス中に含まれる有害物
    質の浄化を行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh等の触媒
    材料が高分散担持させれた助触媒能を有する金属酸化物
    および高比表面積を有する金属酸化物材料のいずれかも
    しくは両方から成る第1の触媒担持層と、上記第1の触
    媒担持層の表面の一部に形成された排気ガス中に含まれ
    る有害物質の浄化を行うPd,Pd/Rh,Pt/Rh
    等の触媒が高分散担持された助触媒能を有する金属酸化
    物および高比表面積を有する金属酸化物材料のいずれか
    もしくは両方から成る絶縁材料と電気伝導性金属酸化物
    とから成る第2の触媒担持層とから構成される高周波加
    熱触媒であって、上記第2の触媒担持層を、浄化処理す
    る排気ガスの上流側に形成したことを特徴とする高周波
    加熱触媒。
  6. 【請求項6】 高周波をほとんど吸収しない材料から成
    る基板の表面に形成された比表面積の大きなγアルミ
    ナ、セリア安定化ジルコニア等の耐熱性材料から成るウ
    オッシュコート層と、上記ウオッシュコート層の表面の
    一部に形成された電気伝導性金属酸化物と絶縁材料との
    混合物から成る高周波吸収層とを有するとともに、上記
    ウオッシュコート層と高周波吸収層の表面または表面近
    傍に排気ガス中に含まれる有害物質の浄化を行うPt,
    Pt/Rh,Pd/Rh等の触媒を担持させて成る高周
    波加熱触媒であって、上記高周波吸収層を浄化処理する
    排気ガスの上流側に形成したことを特徴とする高周波加
    熱触媒。
  7. 【請求項7】 高周波吸収層または第2の触媒担持層
    は、助触媒能を有するセリア安定化ジルコニア、セリア
    等の助触媒材料および高比表面積を有するγアルミナ、
    セリア安定化ジルコニア等を含有していることを特徴と
    する請求項4または請求項5または請求項6記載の高周
    波加熱触媒。
  8. 【請求項8】 助触媒材料および耐熱性材料は、上記電
    気伝導性金属酸化物に含有されている金属元素と反応す
    る元素を含有しない材料であることを特徴とする請求項
    4または請求項5または請求項6または請求項7記載の
    高周波加熱触媒。
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