废气净化用载体结构的制作方法

专利名称：废气净化用载体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废气净化用载体结构，该废气净化用载体结构应用于废 气净化装置，该废气净化装置使废气接触并通过载体，并对包含在废气中的 有害物质进行燃烧、氧化还原反应，从而除去该有害物质来净化废气。
背景技术：
以往，关于柴油发动机如下的废气净化方式已被公知，即，为了净化废气中的HC、 CO、 PM (微粒物质)中的SOF (可溶性有机成分)、NOx等有 害物质，将氧化催化剂或者NOx还原催化剂担载在堇青石的蜂窝载体上，并 且交替(alternate)封住蜂窝载体的废气通道的端部，使废气流过蜂窝的壁面， 并在蜂窝载体的壁面上捕捉PM，从而净化废气。催化剂用蜂窝载体存在两种 类型， 一种是交替封住每个蜂窝的气体通道的端部，捕捉包含在废气中的PM 的蜂窝载体，另外一种是不封住每个蜂窝的气体通道的端部，使废气流过气 体通道，从而净化废气中的有害物质的蜂窝载体。而且，柴油发动机作为C02排放量最少的发动机被重新研究，轿车上也采用柴油发动机的车一直在增加。最近在很多车辆上搭载了柴油颗粒过滤器(DPF: Diesel Particulate Filters)，将微粒物质(PM)捕捉到陶瓷蜂窝上， 并且在催化剂的作用下以低温燃烧并烧掉，从而净化废气。而且，关于包含 在废气中的PM，其绝大部分的组成成分为未燃烧的碳黑或者重油的碳化氢， 因此只要用DPF完全燃烧燃料的话，就不会以微颗粒排出。 一般，担载在过 滤器上的催化剂从300。C左右开始使碳黑燃烧，或者使废气中的NO氧化成 N02，以此有效利用N02。在上述的陶瓷蜂窝中，尤其是，具有没有交替封住气体通道端部的结构 的载体，为了增加与废气的接触面积而减少蜂窝的壁厚，做增加蜂窝的网眼 数(每1平方英寸的网眼数)的努力，在柴油发动机用蜂窝载体的实际应用 当中采用200 400网眼结构。而且，相对于陶瓷制蜂窝，用耐热金属制造的 该蜂窝的废气净化催化剂用载体也实现了实用化。这种金属蜂窝具有将以波板状成形的波状薄板和平展成形的平薄板交替重叠并巻绕成漩涡状的结构， 并且通过将板的厚度构成为薄厚度来保持强度，同时通过增加蜂窝的网眼数 来增加与废气接触的面积。
另一方面，为了净化市区的大气，不仅对新车，而且对在销售中的汽车
的废气也需要进行净化，从这种观点，正在积极推进将DPF搭载到汽车上。 然而，在目前正在使用的现有车中导入DPF时，由于不能与发动机驱动相关 联地进行综合控制，因此时常发生DPF不能正常工作的情况。
作为能够用于废气净化用途的过滤器，近年来，开始使用将金属薄板和 金属无纺布复合而成的过滤器。该过滤器的金属薄板的导向装置使废气冲击 到金属无纺布上，从而捕捉废气中的有害微粒物质，该过滤器的结构复杂， PM的减少率的上限为40 50%，存在不能提高到此范围以上的困难。针对 金属蜂窝，虽然增加与废气的接触面积是比较有效的方法，但是，另外还提 出了如下的蜂窝结构，即，使在蜂窝的网眼构成的气体通道内流动的废气发 生紊流，使废气积极地与催化剂接触的结构。该蜂窝结构通过将薄板形成为 开孔结构来增大表面积，在这一点上虽然有损失，但是在气体通道内产生紊 流，通过紊流，使废气与催化剂积极接触例如，Next generation catalysts are turbulent: Development of Support and Coating: 2004-01-1488 ，参照因特网 google。
而且，在JP特开平8-196918号公报中所公开的废气净化用催化剂载体在 形成多重巻体的同时，被放置在两端开口的筒状壳体内，在壳体内的催化剂 载体的带状薄板上设置紊流发生部，该紊流发生部形成改变风的流动的变化 面部，并且设置了阻挡放入到壳体内部的催化剂载体发生脱离的挡止部，从 而使流过的气体发生紊流，延长与催化剂的反应时间，因此能够提高净化性 能。
而且，JP特开平6-2536号公报所公开的废气净化催化剂用载体结构具有 外筒、上流测的第一蜂窝体以及下流侧的第二蜂窝体，第一蜂窝体通过从第 二蜂窝体突出且向轴向上流侧延伸的保持部件，保持与外筒非接触的状态。 第一蜂窝体和外筒之间夹着空气层，从而防止来自第一蜂窝体的放热。
而且，JP特开平1-123638号公报所公开的废气净化催化剂用金属载体， 因使用于汽车排气等废气的净化的催化剂的原因，具有交替排列金属平板和波板的蜂窝结构，并且从废气的上流侧开始向下流侧分割成多个，将上流侧 的蜂窝结构体和下流侧的蜂窝结构体的各个平板端部重叠排列的漩涡状或者 叠层状的蜂窝结构体，用筒体覆盖沿蜂窝结构体的网眼孔方向的外周面，在 该筒体的两端安装支撑板，并通过支撑板固定在筒体内部。
而且，JP特开平10-159552号公报所公开的废气净化装置，减少或除去 柴油发动机排出的废气中的碳黑状颗粒，而且具有将NO氧化为N02的第一 催化剂和将碳化氢、 一氧化碳、挥发性有机成分进行氧化的第二催化剂，使 被捕获在第二催化剂单块(monolith)之上或者之中的碳黑状颗粒在含有来自 第一催化剂的N02的气体中燃烧，从而作为第一催化剂载体而使用的单块将 碳黑状颗粒的捕捉抑制到最小限度。
而且，JP特表2005-534487公报所公开的净化柴油发动机废气的废气过 滤器由局部具有过滤部的带状过滤层和金属箔构成，并且过滤层具有接触部 和过滤部，其中，该过滤部由具有能够使流体流过的材料构成，该接触部具 有用于变换废气的气体成分的催化剂活性覆盖层，该过滤部用于从废气中过 滤并除去颗粒。
而且，JP特表2003-509620号公报所公开的带有加热单元的废气净化装 置具有催化剂载体和电加热单元，该催化剂载体配置在外壳管内，并具有能 够使废气流过的蜂窝结构，该加热单元的两端具有电接触端子，在该加热单 元内，通过电绝缘用间隙来规定曲折的流路，该加热单元的蜂窝体通过电绝 缘支撑单元固定在催化剂载体上，该蜂窝体配设在废气流向的催化剂载体的 下流上。
然而，在柴油发动机中，NOx和PM处于折中选择(tradeoff)的关系， 难以将其减少，而且，由于柴油发动机其废气中氧浓度高，因此在汽油发动 机中有效的通过三效催化剂减少NOx的方法，难以使用在柴油发动机中。进 一步地，作为PM的主要成分的碳黑因氧化温度高，所以需要特殊的减少装 置。虽然存在用担载催化剂的过滤器来净化PM的DPF，但是对于催化剂的 老化，通过事先将较多的铂等催化剂担载在过滤器中来确保性能，但是，这 个对于特别长的长距离行驶的车辆来说是不充分的，并且不能发挥从废气中 除去PM的本来的性能的可能性变大。
而且，虽然PM主要成分的碳黑由过滤器过滤并燃烧，但是在搭载DPF的车辆连续行驶于堵塞的道路等的情况下，发动机废气温度达到催化剂的PM 的燃烧温度的频率极其低，其结果，因碳黑而堵塞过滤器，这导致排气管的 堵塞，从而存在导致车辆不能行驶的可能性。更进一步地，沉积在过滤器上 的碳黑因行驶条件的变化而超过碳黑的燃烧温度时，PM剧烈爆炸燃烧，会导 致DPF的损坏，或烧坏过滤器，或甚至发生火灾。因此，最近通过压力传感 器等检测碳黑的沉积量，当碳黑的沉积量超过一定值时，通过附加提高废气 温度的装置来主动燃烧碳黑。而且，在设置了废气净化装置的发动机中如下 的装置已被公知，即，在膨胀行程的后半及排气行程中使用共轨(commonrail) 燃料喷射装置来喷射燃料并使其燃烧，从而提高排气温度；或者，通过设置 在后方的氧化催化剂来氧化发热上述所喷射的燃料；或者，通过设置在后方 的氧化催化剂来氧化发热燃料，从而提高废气温度，上述燃料来自另外设置 在PM除去装置的上流上的燃料供给装置。虽然这种PM净化系统因碳黑而 过滤器堵塞的危险性低，但是，在低速行驶等废气处于高温的频率低的情况 下，驱动使用所述燃料的废气升温系统，从而白白地浪费燃料，因此存在燃 料费增大的问题。尤其是，在PM催化剂的活性温度低的情况下，废气升温 系统的驱动日益增多，燃料费增多。

发明内容
本发明的目的在于提供一种废气净化用载体结构，其为了解决上述问题， 以在根本上与现有产品不同的方式构成载体的废气所通过的气体通道自身的 结构。并且，为了发挥超过由薄板形成的蜂窝结构的载体结构上限的性能， 将金属网或者金属无纺布巻绕或者层叠，形成圆柱或者棱柱的柱状体，并且， 在带体之间形成以直线或者锯齿状延伸的废气通道，几乎不使废气通过带体 的空隙，而使大部分废气沿着带体的通道壁面接触并通过，从而使废气发生 紊流，同时增大废气与带体壁面的接触面积，通过带体表面所担载的催化剂 的作用，提高对有害物质进行的氧化还原反应，从而除去有害物质，避免发 生如现有的那样，因微粒物质引起载体筛眼堵塞或者堵塞的现象。另外，使 微粒物质在冲击通道的带体壁面的同时接触通过，使废气时常畅通地流过通 道，且根据情况使废气与带体冲击或者使一部分废气通过带体，在带体壁面 沿着废气通道捕捉微粒物质等有害物质，例如，在弯曲路径上滞留或者捕捉微粒物质，且利用发动机废气温度升高时的发动机废气热来加热并燃掉所述
微粒物质，或者在催化剂的作用下将废气中的有害物质的70 99%左右进行 氧化还原来除去，从而净化废气。并且，将该废气净化用载体结构应用到能 够确保40 80%左右的废气中微粒物质的削减率的废气净化装置中。
本发明涉及一种废气净化用载体结构，其具有担载了催化剂的载体和放 置所述载体的筒状壳体，所述催化剂用于通过对包含在废气中的NOx、 HC、 微粒物质以及煤烟(soot)的有害物质进行燃烧或者氧化还原反应并除去包含 在废气中的NOx、 HC、微粒物质，从而净化所述废气；所述载体由将带体巻 绕或者层叠成筒状的柱状体构成，所述带体由金属网或者金属无纺布构成， 并具有至少成形为多条棱线和多条沟槽的波状带体，所述棱线相对所述柱状 体的轴以平行的直线形状或者倾斜形状延伸，所述沟槽位于所述棱线之间， 而且，在所述带体之间形成有沿着所述沟槽从所述柱状体的一个端面连通至 另一个端面的废气通道，以使流过所述废气通道的所述废气因所述带体的凹 凸表面而发生紊流。
而且，所述带体配设成所述波状带体彼此重叠，或者配设成所述波状带 体和平板状带体交替重叠，所述平板状带体位于所述波状带体之间。进一步 地，所述波状带体的所述棱线相对所述柱状体的轴以锯齿状倾斜并延伸，以 此使所述废气通道形成为弯曲路径。在所述波状带体彼此重叠配设的情况下， 由所述波状带体的所述棱线形成的所述弯曲路径分别相交叉。或者，所述波 状带体成形为如下形状，即，相对于所述柱状体只在规定长度上具有倾斜度 的所述棱线和只在规定长度上平行延伸的所述棱线交替重复地形成的形状， 并且沿着所述波状带的所述沟槽而形成的所述废气通道由平行路径和弯曲路 径构成。
而且，所述载体由将重叠带体巻绕或者层叠成筒状的柱状体构成，该重 叠带体是指，将所述波状带体和所述平板状带体作为一套，或者将2个以上 的所述棱线的倾斜角度相同或者不同的所述波状带体彼此作为一套进行重叠 的带体。
而且，构成所述带体的所述金属网或者所述金属无纺布由不锈钢或着铁 铬铝合金构成。而且，相重叠的所述带体彼此由钎料来接合，该钎料为钎或 者钎箔。进一步地所述载体的至少一侧端面由所述钎料接合，钎焊部形成为具有预定的宽度且以放射曲线状延伸的间歇的线状，或者形成为宽度在外周 侧变宽且以放射曲线状延伸的线状。而且，当巻绕了所述波状带体时，至少 在所述棱线相邻的所述带体上的预定区域的部位上，所述柱状体的所述带体 彼此由所述钎料钎焊在一起。进一步地，在相邻的所述带体上，所述带体彼 此钎焊的所述预定区域的部位在所述柱状体的轴向上互相错位。
而且所述波状带体的所述棱线相对所述柱状体的轴倾斜10° 50°的角 度，而且所述废气通道形成为所述弯曲路径。而且，在相对所述柱状体的轴 的所述锯齿形的倾斜度在0° 50°的角度范围内，所述波状带体的所述棱线组 合采用2种以上的倾斜度。进一步地，多个所述柱状体串联配设在所述筒状 壳体内，所述柱状体的所述波状带体的所述棱线的倾斜角度在所述废气的上 流侧和下流侧相同或者不同。而且，构成所述金属网的金属线的线直径为 0.03mm 0.35mm。
而且，所述金属网的筛眼为16 200个筛眼。所述金属网的筛眼在金属 网带的纵线上的筛眼数多于在所述金属网带的横线上的筛眼数，在所述金属 网带的所述纵线上的所述筛眼数设定为30 100个，而且在所述横线上的所 述筛眼数设定为60 200个。
而且，所述波状带体的波状凹凸的间距为lmm 6mm。进一步地，所述 波状带体的波状凹凸的高度为0.5mm 5mm。
而且，在构成所述载体的所述带体的线材表面上涂敷有氧化铝、氧化硅、 氧化锆、氧化铈中至少一种以上的陶瓷。进一步地，在所述涂敷层的表面上， 担载有从铂、银、钾、钯、铱、铁、铜、钡中选择的一种或多种催化剂。
而且，当所述废气通过沿着所述沟槽形成在所述带体之间的所述废气通 道时，包含在所述废气中的所述有害物质与所述带体接触的同时以紊流的状 态流过，并在担载于所述载体上的催化剂的作用下进行氧化还原反应，以此 被除去。进一步地，担载在所述载体上的催化剂是将氧化催化剂、三效催化 剂、碳化氢类燃料、氨或者尿素作为还原剂来发挥作用的NOx还原催化剂。
而且，所述废气净化用载体结构为在排出所述废气的排气通道中配设 了内置有所述载体的过滤器，使所述废气通过所述过滤器，以使所述带体捕 捉所述有害物质，并使所述有害物质接触通过所述带体，以对所述有害物质 进行燃烧、氧化还原反应，从而将所述有害物质除去，以此净化所述废气。即，所述废气净化用载体结构能够安装到废气净化装置来应用。 而且，所述带体在宽度方向上成形有凹凸部，在将所述带体巻绕或者层 叠成所述柱状体的状态下，相互层叠的所述凹凸部相互使所述带体卡合，以 使所述带体的废气的流动方向在所述柱状体的轴向上相互不发生错位。
而且，所述过滤器由将重叠带体巻绕或者层叠成筒状的所述柱状体构成，
所述重叠带体是指，将所述波状带体和所述平板状带体作为一套，或者将2 个以上的所述棱线的倾斜角度相同或者不同的所述波状带体彼此作为 一套进 行重叠的带体。进一步地，所述过滤器的至少一侧端面由钎料接合，钎焊部 形成为具有预定的宽度且以放射曲线状延伸的间歇的线状，或者钎焊部的度 宽在外周侧变宽且以放射曲线状延伸。
而且，所述过滤器以多个所述柱状体在所述废气的流动方向上串联配设 的方式构成。进一步地，所述波状带体的所述棱线的倾斜角度以在所述废气 的上流侧小且在下流侧大的方式成形。在将至少3条所述带体作为一套来成 形为所述波状带体的情况下，所述过滤器，以所述带体的内侧筛眼细且外侧 筛眼粗的方式配设而成。
而且，在将至少3个所述带体作为一套成形为所述波状带体的情况下， 将所述带体以在内侧金属线的线直径小且筛眼细而在外侧所述金属线的线直 径大且筛眼粗的方式配设，以此构成所述过滤器。
而且，交替重叠所述间距从废气流的上流越到下流就变得越小的所述波 状带体和所述间距从废气流的上流越到下流就变得越大的所述波状带体，以 此构成所述过滤器。
而且，当所述废气通过形成在所述带体之间的所述弯曲路径时，包含于 所述废气中的所述微粒物质在与所述带体的所述金属网或者金属无纺布接触 同时流过，或者在所述弯曲路径中暂且接触滞留，从而被氧化燃烧。而且， 当所述废气通过所述废气通道的所述弯曲路径时，随着时间的经过，捕捉于 所述弯曲路径中的所述微粒物质在担载于所述载体上的催化剂的作用下进行 氧化反应而被除去，所述废气通道由所述波状带体的所述沟槽形成在所述带 体之间。
该废气净化用载体结构如上所述地构成，因此，将成形为波板状的成形 金属网或者金属无纺布的波状带体和平展的平板状带体层叠，且巻绕或者层叠成螺旋状，沿着波状带体的多条沟槽形成蜂窝结构，且形成沿着波状带体 的沟槽入口和出口没有被封住而贯通的废气通道，并且，通过废气通道上带 体的凹凸表面，使废气的接触面积增大，且通过增加废气与担载在带体上的
氧化催化剂、三效催化剂、NOx选择还原催化剂等各种催化剂之间的接触机 会，并将HC、 NOx、 CO有害物质氧化还原为水、二氧化碳、氮，从而能够 促进除去有害物质的性能。尤其是，该废气净化催化剂用载体结构，通过将 波板状带体的棱线成形为锯齿形来将通道成形为锯齿状，并且增大废气的接 触面积的同时，通过构成金属网或者金属无纺布的带体的凹凸表面，使废气 流动发生紊乱，使废气与波板状壁接触并冲击的同时流过，并且，通过增大 有害物质与催化剂之间的接触机会，确保进行氧化还原反应的高性能。而且， 废气不通过带体，沿着波状带体的沟槽形成废气通道，因此，废气通道不因 碳黑等微粒物质而被堵塞，能够时常确保畅通。
而且，该载体结构具有如下的优异性能，g卩，由于担载催化剂的载体与 废气之间的接触面积大，因此具有极高的净化性能，由此，载体本身既能够 实现小型化构成又能够实现低成本制作，而且，使用还原剂的NOx选择还原 催化剂具有极高的性能，能够实现可使尺寸縮小一半得小型化，由于载体是 由金属制作，所以不发生如陶瓷那样的剥离等问题，具有优异的耐久性。而 且，载体通过改变金属网的规格(线直径、筛眼数、个数)，将由波板形成 的废气通道的剖面形状改变为平行路径或者锯齿形状的弯曲路径，以此能够 控制处理效率。通过将废气通道形成为弯曲路径，能够获得有效地捕捉并除 去废气中的微粒物质的功能。而且，该载体结构代替现有的不锈钢制薄板而 将由金属或者金属无纺布而成的带体巻绕成螺旋状或者层叠，从而制作载体， 因此成形载体的自由度大幅度改善，容易制作且廉价。例如，在现有的20 30lam不锈钢制薄板中，几乎不能进行拉伸等，但是如本发明那样载体的原料 为由金属或者金属无纺布而构成的带体中，成形的自由度高，能够简单且低 价地进行成形。S卩，在20 30pm的薄板的情况下，几乎不能进行拉伸等，但 是在由金属网或者金属无纺布成形的情况下，自由度提高。
而且，该载体结构以使带体通过一对凹凸成形工具或者仅按压成形的方 法，能够简单地成形棱线和该棱线之间的沟槽，并且波状带体的制造容易且 廉价，且带体相互缠绕，因此带体彼此之间无需接合。在具有该废气净化用载体结构的废气净化装置中，由于划分了废气通道
和捕捉微粒物质(下面，PM)等的部分，因此过滤器不会因PM等而发生堵 塞，能够将PM的捕捉率时常确保在40 80X左右，而且，能够通过对煤烟、 HC、 NOx等有害物质进行燃烧或者在催化剂的作用下进行氧化还原反应，从 而将其除去，从而过滤器不会因PM而堵塞。沿着波状带体沟槽的废气通道 形成为锯齿状，废气冲击波状带体的凹凸壁并流过，能够捕捉进行冲击的废 气中的PM，且即使捕捉PM，废气通道也不发生堵塞，其中，该波状带体由 金属网或者金属无纺布构成。通过改变带体金属网的筛眼的规格(线直径、 筛眼数、个数)，或者通过改变形成为波状带体的废气通道的剖面形状，改 变锯齿状的形状，从而能够调整PM的捕捉率。g卩，在过滤器中，废气中的 PM等有害物质在与弯曲路径或者平行路径的通道壁面接触的同时流过，并对 该有害物质进行加热燃烧或者氧化还原反应，即使假如没有对有害物质中的 PM立即进行加热燃烧或者氧化燃烧，PM处于滞留在壁面的状态，过滤器的 废气通道其本身在通道壁面也不发生堵塞，且随着时间的流逝对被捕捉的PM 进行加热燃烧或者氧化燃烧，从而将其除去，从而，能够实现从废气中除去 PM的除去率在40 80。％，废气时常能够经过长时间流畅地流过通道，且不 给发动机的运转状态带来不好影响。在该废气净化装置中的过滤器上形成有 弯曲路径及平行路径，由于废气通道和捕捉PM的部分分别形成，因此废气 通道不发生堵塞，且被捕捉的微粒物质随着经过时间，在催化剂的作用下逐 渐地氧化燃烧而被除去，或者发动机的废气温度升高，从而由废气热加热燃 烧或者由N02氧化除去，从而能够提高废气中PM的捕捉效率。


图1是表示形成本发明的废气净化用载体结构的工序的说明图。
图2是表示如下状态的主视图，g卩，构成图1载体的波状带体和平板状
带体的相重叠的状态。
图3是表示通过将图2的相重叠的带体巻绕成螺旋状来形成柱状体的主视图。
图4是表示形成柱状体的工序的立体图，S卩，将具有不同倾斜度棱线的 波状带体巻绕而形成该柱状体。图5是表示将图4的波状带体巻绕而形成的柱状体的主视图。 图6是表示图5的柱状体的侧视图。
图7是表示将2条棱线配设成交叉状态的说明图，其中，该2条棱线是 构成图4柱状体的波状带体的棱线。
图8是表示图7柱状体的I-I剖面的剖视图。 图9是表示图7柱状体的n-n剖面的剖视图。
图10A是表示流速慢的废气通过沿着柱状体的沟槽而形成的废气通道时 的状态的说明图。
图10B是表示流速快的废气通过沿着柱状体的沟槽而形成的废气通道时 的状态的说明图。
图IIA是表示用钎料将带体接合在过滤器的端面上的状态的说明图，上 述接合是指接合与过滤器的通道截面积成比例的几个部分的状态。
图IIB是表示用钎料将带体接合在过滤器的端面上的状态的说明图，且 表示断开从过滤器的中心部向外周部延伸的接合部的状态。
图IIC是表示用钎料将带体接合在过滤器的端面上的状态的说明图，且 表示将从过滤器的中心部向外周部延伸的接合部的接合面加大了的状态。
图12是表示，在壳体内串联配设3个载体的柱状体的状态下，用挡止部 件将柱状体的两侧端固定在壳体上的一个例子的说明图。
图13是表示，在壳体内串联配设3个载体的柱状体的状态下，壳体用凹 部将柱状体固定在壳体上的另 一个例子的说明图。
图14是表示，在壳体内串联配设3个载体的柱状体的状态下，用挡止部
件将柱状体的两侧端固定在壳体上的另 一个例子的说明图。
图15是表示，在壳体内串联配设3个载体的柱状体的状态下，壳体用凹
部将柱状体固定在壳体上的另 一个例子的说明图。
图16是表示将构成过滤器的柱状体的带体的2根棱线相交叉的方式配设
的状态的说明图。
图17是穿过过滤器中心的纵剖图，该过滤器的壳体内配设有一个例子的 柱状体，该柱状体是将在宽度方向上成形有凹凸部的带体巻绕而成的。
图18是穿过过滤器中心的纵剖图，该过滤器的壳体内配设有另一个例子 的柱状体，该柱状体是将在宽度方向上成形有凹凸部的带体巻绕而成的。图19是比较本发明产品与现有产品的废气中有害物质的CO和HC的削 减率的试验结果的曲线图。
图20是比较本发明产品与现有产品的废气中有害物质的HC的净化率的 试验结果的曲线图。
图21是比较本发明产品与现有产品的废气中有害物质的NOx的净化率 的试验结果的曲线图。
图22是比较本发明产品与现有产品的微粒物质的削减率和过滤器入口压 之间的关系的试验结果的曲线图。
图23是表示与发动机速度相对应的波状带体的棱线角度所发挥的PM净 化率的曲线图。
图24是表示，关于该废气净化装置的过滤器，在假设点火时的加速器的 关闭的时的熔损试验的曲线图。
具体实施例方式
内置本发明的废气净化用载体结构的废气净化装置适用于下述情况，艮卩， 使来自发动机、燃烧器及气体发生源的废气通过配设在排气通道上的过滤器， 并且在催化剂作用下对包含在废气中的微粒物质(PM)、煤烟(soot) 、 HC、 NOx等有害物质进行燃烧，或者进行氧化还原反应使其转化并除去，从而净 化废气。例如，比较适用于配设在排气管上的过滤器中，其中，该排气管排 出来自新车或I日车发动机的废气，尤其是来自柴油发动机的废气。
下面，参照附图，说明内置本发明的废气净化用载体结构的废气净化装置。
该废气净化装置内置过滤器20，该过滤器20由排气系统中担载催化剂的 载体l (总称为附图标记l)构成，该载体1将包含在从发动机、燃烧器、燃 烧装置、烟道等的排出口排出的废气中的微粒物质(PM)、煤烟、HC、 NOx 等有害物质，在催化剂的作用下氧化还原反应成水、二氧化碳以及氮并将其 除去。
如图1 图3所示，该废气净化用载体结构中的载体1的特征在于，交替 配置波状带体3和平板状带体13，其中，该波状带体3成形由金属网或者金 属无纺布而成的带体8，或者如图4 图6所示，配置一个或多个波状带体3，并将其巻绕成漩涡状即螺旋状或者层叠，从而构成柱状体4，并且形成废气通
道5，该废气通道5沿着成形带体8而做成的波状带体3的沟槽6，从柱状体 4的一个端面的流入口 9连通至另一个端面的流出口 10 (图12 图15)。从 整体上来讲柱状体4形成为圆柱、棱柱等的柱体形状。沿着波状带体3的沟 槽6所形成的废气通道5的端部未被封住，从一个端面的流入口连通至另一 个端面的流出口，形成了沿直线延伸或者以锯齿形延伸的多个蜂窝 (honeycomb)结构。在该废气净化装置中，具有图12、图13所示直线形状 的废气通道5的载体1适用于HC、 NOx等的有害物质的净化，具有如图14、 图17所示锯齿形的废气通道5的载体1适用于包含在HC、 NOx中的微粒物 质18等的有害物质的净化。
带体8既可以是以各种结构编织而成的金属网，也可以是金属无纺布。 波状带体3可以通过如下方式形成，g卩，通过齿轮状等形状的成形工具，将 平板带体8在宽度方向上成形为棱线7以及棱线7之间的沟槽6，而且，通过 将带体8成形为平板状，也可以形成平板状带体13。而且，形成柱状体4的 带体8在其表面上担载着通过氧化还原反应除去有害物质的催化剂。由于带 体8由金属网或者金属无纺布成形，并在其表面形成有多个凹凸，在凹凸表 面上担载有催化剂，从而由带体8所构成的载体1因废气G与带体表面相接 触的机会增加而能够发挥高度净化废气的能力。因废气G与载体1的带体壁 面接触并流过，从而发生紊乱既紊流(disturbed flow)，且废气G与催化剂 之间的接触机会及接触时间增加，从而能够促进有害物质的氧化还原。构成 载体1的带体8在时常反复地受到低温及高温的热应力，且温度分布也因带 体8的位置不同而不同。带体的金属网或者金属无纺布分别由非常细的金属 线构成，因此能够灵活地容许热分布导致的变形，而且不发生局部的塑性变 形等，因此由于涂敷在表面的陶瓷等未被脱落，所以耐久性高。载体1通过 使废气G产生紊流，大幅度加大废气与以涂层等方式担载在载体1表面上的 催化剂的接触，从而能够与担载在载体1上的催化剂的种类无关地提高净化 性能，或者只要想获得与现有净化性能相等的净化性能，则本发明能够实现 大幅度的小型化。
而且，虽然未图示，但是使波状带体3穿过一对锯齿形凹凸状的辊轮型 压力(press)机等成形工具，或者仅仅在辊轮之间的按压，就能够将波状带体3成形为由棱线7以及棱线7之间的沟槽6构成的波状。如图1及图10所 示，波状带体3的棱线7成形为平行延伸的形状或者倾斜于柱状体4的轴的 形状，具体地讲，如图4 图6所示，用成形工具相对于柱状体4的轴从流入 口 9到流出口 10成形为锯齿形。从而，载体1形成为波状带体3的棱线7平 行地延伸从而沿着沟槽6具有多个平行路径17，或者载体1形成为波状带体 3的棱线7弯曲地延伸从而沿着沟槽6具有多个弯曲路径16。而且，如图5、 图7以及图16所示，将至少2张的波状带体3作为一组巻绕成螺旋状，从而 形成柱状体4，其中，上述波状带体3为相互交叉(cross)即交叉重叠成棱 线7的倾斜角度向反方向延伸。图16示出了2个金属带3相层叠的状态，将 一侧的波状带体3用实线来表示，将另一侧的波状带体3用虚线来表示，进 而示出了波状带体3的棱线7层叠成相交叉的状态。或者，虽然未图示，但 是也可以通过将如下两个部分交替重复来形成成形在波状带体3上的棱线7， 上述两个部分是指，相对于柱状体4的轴，只在规定长度上倾斜的部分和只 在规定长度上平行延伸的部分。该废气净化装置的特征在于，当废气G通过 沿着带体8之间的沟槽6形成的废气通道5时，废气G中的有害物质与带体 8接触的同时变成紊流，且被燃烧或者被进行氧化还原反应，从而变为水、二 氧化碳以及氮而被除去。
如图7所示，形成在波状带体3的弯曲路径16中，废气G向箭头所示方 向流过，该波状带体3构成载体1。如图7 图9所示，在载体1中，当废气 G通过波状带体3之间形成的弯曲路径16时，废气中的微粒物质18与波状 带体3接触的同时流过，或者暂且滞留在由棱线7之间的沟槽6形成的弯曲 路径16的弯曲部分等区域中，在此，微粒物质18逐渐被氧化燃烧而烧掉。 随着包含在废气G中的微粒物质18与废气G —起流过弯曲路径16，与波状 带体3的带体壁面接触的同时流过，通过担载在带体8的金属网或者金属无 纺布上的催化剂的作用，被除去，但一部分微粒物质18暂且滞留在弯曲路径 16的弯曲部分等区域，因此，废气温度增高而被废气热加热烧掉或者被N02 氧化除去，或者，因催化剂的作用而逐渐被氧化燃烧并被烧掉，因此，弯曲 路径16不会被微粒物质18堵塞，使得废气G能够时常畅通地流过。
而且，图IOA的(a)为该废气净化装置的剖视图，(b)为该废气净化 装置的俯视图，且示出了在气体流速慢的情况下的废气G的流过。而且，图10B的(a)为该废气净化装置的剖视图，(b)为俯视图，且示出了在气体 流速快的情况下的废气G的流动。如图10所示，废气G的流速越快，废气G 越平行地流过过滤器20的筒内，因此，通过在废气G的流动路径上添加具有 微小角度的即弯曲路径16， 一边使包含在废气G中的PM附着在形成废气通 道5的金属网或者金属无纺布的壁面上， 一边使废气G流过，并且，气体流 速快的情况与流速慢的情况相比在筒内平行流动的特性更加强，其结果，穿 透构成废气通道5壁的金属网或者金属无纺布而流动，从而通过使PM附着 于壁来除去PM的特性减弱，进而PM净化率降低。同样地，在废气流速慢 的情况下，则具有与流速高的情况相反的特性。
而且，在该废气净化装置中，波状带体3的棱线7，对于柱状体4的轴锯 齿的倾斜角度相同或者不同，且对于柱状体4的轴以大致10° 50°的角度的 范围内倾斜，从而形成为废气通道5的作为斜路的弯曲路径16。而且，多个 柱状体4串联配设在筒状壳体2内，柱状体4的波状带体3的棱线4的倾角 度在废气G的上流测及下流侧相同或不同。若考虑到废气通道5中废气G的 流动，则棱线7的倾斜角度最好为10° 50 °。通过下述方法验证了棱线7的 倾斜角度范围，S卩，调查本发明与担载在现有金属蜂窝的铂的碳氢化合物的 净化性能。认为本发明能够确保高净化率的其中一个原因是，带体8的金属 网或者金属无紡布的表面引起废气G的紊流，从而大幅度增加废气G与催化 剂的接触。棱线7的倾斜角度存在对于废气G的最佳值。图23示出了这样的 情形，即，与发动机的转速相对应，PM净化率根据波状带体3的棱线7的倾 斜角度而不同的情形。即，在棱线7的角度为45。的情况下，如图23的曲线 A所示，在发动机速度为500rpm 2000rpm的情况下，PM的净化率良好， 在棱线7的角度为30 °的情况下，如图23的曲线B所示，在发动机速度为 2000rpm 3500rpm的情况下，PM的净化率良好。因此，由于发动机在道路 行驶条件下从怠速(idling)运转的低速起大幅度变化到发挥最高输出的高速， 而且废气G的流量与此相伴而大幅度变化，所以为了提高PM净化率，以组 合多个与低速相匹配的角度和与高速相匹配的角度的方式，从废气G的上流 侧向下流侧改变锯齿形角度2次以上，从而能够获得优异的PM净化率的性 能。
在该废气净化装置中，在废气G流的上流和下流上改变波状带体3的棱线7的倾斜角度的情况下，将由角度小的波状带体3制作而成的过滤器20配 设在上流，将由角度大的波状带体3制作而成的过滤器20配设在下流，这样 能够有效地发挥捕捉效率。即，在废气流量大的情况下，由于废气温度也大 概是高温，因此即使捕捉PM， PM也被氧化燃烧，所以PM对于过滤器20 的沉积量少。但是，在低速时废气流量小且废气温度也低，因此PM的沉积 量变多的情况也增多。在这种情况下，若将角度小的波状带体3的过滤器20 配设在上流，则虽然不是高捕捉率，但能够捕捉PM，从而使设置在下流的角 度大的过滤器20的沉积量减少，所以使其负担减少，因此通过过滤器整体能 够有效地捕捉PM。而且，在该废气净化装置中，将组合棱线7的倾斜角度大 的与倾斜角度小的波状带体3并巻绕带体8，从而能够从低速到高速平衡地捕 捉PM。而且，如果1个载体1的带体8的棱线角度为一定，且在废气G的 流动路径上串联配置2种以上不同的棱线角度的载体1，则能够获得从低速到 高速稳定的性能。或者，即使将组合2种以上的棱线角度不同的带体8并将 其巻绕或者层叠而作为1个载体1，也能够得到从低速到高速稳定的性能。更 进一步地，通过将组合了棱线7的倾斜角度不同的带体8的多个载体1串联 排列在废气G的流动路径上，能够获得更高的净化率，同时，由于能够以相 同规格制作多个，因此能够降低载体1的制作成本。
担载在载体1上的催化剂能够使用三效催化剂、氧化催化剂、NOx还原 催化剂(NOx选择还原催化剂)。本发明即使采用三效催化剂、氧化催化剂、 NOx还原催化剂中的任意一种催化剂，也能够大幅度提高净化性能，若是确 保与现有载体相同的净化性能的话，则能够大幅度进行小型化，且能够以低 成本进行制造。而且，对于使用尿素(或者氨)、轻油等还原剂的NOx还原 催化剂来讲，极其重要的一点是，将废气G和与废气G混合的还原剂均匀地 进行混合。在搭载于车体上的净化系统的情况下，需在极其狭窄的空间内使 废气G和还原剂均匀地分散及混合。在以往的载体中，由于还原剂相对废气 G发生浓度不均而难以进行分散及混合，但若使用本发明的产品，则能够顺 利地进行分散混合。该废气净化装置以捕捉PM作为一个目的而构成，但是， 除此之外，也能够将NOx还原催化剂担载在过滤器20上。作为还原剂使用轻 油的NOx还原催化剂作为催化剂使用铂、银等的情况比较多。在这种情况下， 由于具有燃烧PM的效果，因此通过在过滤器20上担载NOx还原催化剂，在捕捉并燃烧PM而进行净化的同时，进行NOx的净化，由此，能够使该废气 净化装置作为同时净化NOx、 PM的装置来发挥作用。在该废气净化装置中， 能够在过滤器20上担载使用沸石等的NOx还原催化剂，而且，在此情况下， 也能够用同一个过滤器20同时进行NOx的净化和PM的捕捉净化，从而能够 对装置本身进行小型化，而且能够实现低成本化。而且，在现有的陶瓷蜂窝 及金属蜂窝的载体中，从废气入口进入的废气流过某一网眼，而在不与相邻 网眼中的废气混合的状态下，到达载体的出口。然而，本发明的载体1的一 个网眼从流入口 9开始到流出口 IO为止直线延伸，同时，网眼与相邻网眼通 过金属网或者金属无纺布的多孔连通，因此废气G相混合地流过从而促进混 合，由此，即使位于载体l的流入口9的还原剂的均匀性稍弱，在废气G流 过载体1期间，废气G与还原剂的混合继续进行，其结果，能够获得极高的 净化率。在使用发动机的实际试验中确认到，本发明产品与现有产品的相比 具有3倍的SV (1/h)，且能够得到与现有产品相等的性能。其中，SV (1/h) 为气体流量除以载体容量的比率值。
而且，构成带体8的金属网或者金属无纺布由不锈钢或者铁铬铝合金的 金属线构成。而且，构成带体8的金属网的金属线的直径最好为0.03mm 0.25mm，而且，与波状带体3构成平板状带体13的金属网的筛眼(mesh) 最好为30 200个筛眼。进一步地，在将至少2个带体8作为一套成形为波 板状的情况下，将载体1即过滤器20的内侧带体8的金属网的筛眼变细，并 将载体1即过滤器20的外侧的带体8的金属网的筛眼加粗。带体8的金属网 的筛眼，带体8的纵线和横线上的筛眼数不同，带体8的纵线上的筛眼数比 带体8的横线上的筛眼数多。在该实施例中，带体8的纵线上的筛眼数为30 IOO个筛眼，带体8的横线上的筛眼数为60 200个筛眼。换言之，所谓带体 8的纵线是指带体8的长度方向延伸的金属线，带体8的横线是指带体8的宽 度方向延伸的金属线。 一般来讲，形成带体8的金属网由纵线和横线来编织， 但是金属网的编织速度因横线的筛眼数而受到约束。在横线的筛眼数多的情 况下，用编织机能够一次完成编织的速度减慢，即，编织所需的时间延长， 其结果，用于编织金属网的作业成本提高。然而，在纵线的筛眼数多的情况 下，虽然将纵线设置到编织机的作业略增加，但是横线上的筛眼数减少，由 此，编织所需时间大幅度縮短，从而提高编织作业效率。因此，要想降低金属网的制造成本的话，减少横线的网数来提速编织机编织的速度是有效的。
另一方面，例如，由80个筛眼的纵线和80个筛眼的横线构成的金属网与由 120个筛眼的纵线和40个筛眼的横线构成的金属网的每单位面积的表面积变 成相同，从而载体1的性能也变成相同。
而且，如图2所示，关于波状带体3的棱线7和沟槽6之间的尺寸，最 好是将棱线7之间的即凹凸间隔P设定为lmm 6mm，若间隔P为lmm以 下，则因废气通道5过于狭小而堆满PM等，另外，若间隔P大于等于6mm， 则因废气通道5过于宽而废气G不能充分地与催化剂接触。而且，在长度方 向上，通过使载体1的棱线7之间的间距P的大小相同或者将其改变，能够 改变废气通道5的宽度尺寸，从而能够使废气G在流动过程中发生所希望的 紊乱。例如，针对波状带体3，虽然未图示，但可以交替地形成流动路径上流 侧大且下流侧小的间距P和与此相反的间距P，或者可以在长度方向上以相 同大小的间距P形成。越减小波状带体3的棱线7之间的间距，则越提高PM 的捕捉率，但是，另一方面，若棱线7的间距过于小，则会发生PM堵满过 滤器20的情况。
从而，在该废气净化装置中，为了获得高捕捉率，采取如下的方法比较 有效果，即，将波状带体3制作成间距较小的，并将巻入一部分间距大的。 即使在行驶过程中经过了长时间PM不燃烧而沉积在过滤器的情况下，间距 大的部分不发生堵塞，因此发动机的输出多少会下降，但是不影响行驶。针 对过滤器20的波状带体3的棱线7的间距，如果交替地组合以上流侧大而下 流侧小的方式形成的过滤壁和以上流测的间距小而下流侧的间距大的方式形 成的过滤壁，则能够正确地调整废气G的流动即一部分废气G通过过滤器壁 的数量，从而能够调整PM捕捉率。进一步地，波状带体3最好是棱线7和 沟槽6的波板凹凸高度H为0.5mm 5mm，若高度H在0.5mm以下，则废气 通道5过于低，从而存在PM等堵塞的倾向，另外，若高度H在5mm以上， 则废气通道5过于高，从而废气G与催化剂的接触变得不充分。过滤器20 通过调整棱线7之间的距离P及棱线7与沟槽6之间的凹凸高度H，能够调 节弯曲路径16或者平行路径17的大小，且能够调节废气G的流动，只要对 应于发动机的大小及性能来确定这些尺寸即可。
构成过滤器20即载体1的带体8的金属网或者金属无纺布涂敷了氧化铝(A1203)、氧化硅(Si02)、氧化锆(Zr02)、氧化铈(Ce02)、氧化钛(Ti02) 中的至少一种以上的陶瓷。g卩，在构成载体1的载体基体材料上，事先覆盖 有氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆中的任意一种或者包含这些中 的至少一种的复合氧化物粉末。进一步地，在覆盖带体8的基体材料的陶瓷 涂敷层的表面担载有铂(Pt)、银(Ag)、钾(K)、钯(Pd)、铱(Ir)、 铁(Fe)、铜(Cu)、钡(Ba)、钌(Ru)、铑(Rh)中的至少一种以上的 氧化还原催化剂。
而且，如图11所示，在赋予了过大的振动等外力的环境下，或者在受到 大的热应力的环境下使用具有载体l的过滤器20时，为了防止分散、变形， 将构成过滤器20的波状带体3和平板状带体13或者波状带体3彼此能够用 镍、铜等钎料来相接合。在600'C以上的高温下使用过滤器20的情况下，最 好是用钎料接合波状带体3及/或者平板状带体13的带体8彼此来抑制过滤器 20的带体8的热变形。例如，过滤器20的一侧端面25或者两个端面25由钎 料相接合在接合线23 (总称为23)上。具体地说，如图11A或者11B所示， 钎焊部成为具有预定宽度并以放射曲线状延伸的间歇(intermittent)的线状接 合线23A、 23B，或者如图11C所示，钎焊部成为具有向外周侧扩大的宽度 并以放射曲线状延伸的接合线23C。在图11A中，为了使向带体8端面施加 的结合力均等，以越往外周侧则接合线23A越多方式构成，g卩，在最外周部 接合有12根接合线23A，在中间部接合有8根接合线23A，在最内周部接合 有4根接合线23A。在图11B中，以无不必要的外力施加在钎料的接合线23 上的方式构成，即，通过在接合线23B上形成切口部24来接合。进一步地， 在图11C中，为了使通过接合线23向带体8的端面施加的结合力均等，以越 往外周侧则接合线23C的粗细即宽度越大的方式形成。进一步地，在过滤器 20中，当巻绕波状带体3时，在重叠的波状带体3的棱线7和带体8相接触 的予定区域的部位上，涂敷钎料或者配设钎料箔，从而使带体8彼此相钎焊 在一起。更进一步地，在构成过滤器20的相邻带体8之间，带体8彼此钎焊 的予定区域的部位最好是在柱状体4的轴向上错位。
通常，在使用金属箔的蜂窝过滤器中， 一边将钎箔或者金属箔巻绕到金 属箔中， 一边涂敷钎料膏来进行钎焊，但是，本发明的由载体1构成的过滤 器20，能够通过只钎焊柱状体4的筒体的两个端面25来获得热应力强的强度，其中，该载体1使用了金属网或者金属无纺布。金属网或者金属无纺布，若 着眼于金属线，则在所有方向上具有灵活特性，因此即使将接合部只设定在
两端，也不易受到机械应力、热应力，从而能够获得足够强度的过滤器20。
即，载体1虽然时常反复受到低温和高温的作用，进一步地，温度分布也因
载体l的位置不同而不同，但是过滤器20由金属网或者金属无纺布做成，且 由非常细的金属线构成，因此能够非常灵活地阻止热分布所导致的变形，因 此不会发生塑性变形等。从而，即使在钎焊接合中，通过分散接合部，能够 发挥载体的优异特性。在焊接过滤器20的端面25的情况下，如果将接合线 23延伸为穿过载体筒体中心轴的放射曲线状，则载体提高该钎焊部分的刚性， 因此在该放射曲线状的钎悍接合部受到约束，从而灵活性降低。因此，在以 放射曲线状延伸的接合线23的情况下，通过以漩涡状等曲线状延伸，能够减 弱对于外部压力的抵抗能力，在此情况下，不在接合线23的各处接合，而设 置切口部24，从而能够获得更高的灵活性。而且，通过增加接合线23的面积， 提高过滤器20的强度。具有催化剂的过滤器20通常在其前后的压力不同， 因此受到规定的力。因该规定的力而载体1所受到的剪切力与半径成正比， 越到外周部一侧越强，因此在对过滤器20的端面25进行钎焊的情况下，载 体1最好是使接合面积越到外周越大。而且，波状带体3的金属网或者金属 无纺布存在相对完成后的柱状体4的轴向倾斜的棱线7，因此为了在巻绕了带 体8时涂敷钎料或者夹钎料箔，而使钎料或者钎料箔位于带体8彼此相接触 的区域。然而，带体8彼此相接触的区域时常在变化，因此为了有效发挥钎 料的作用，最好是以图像读取锯齿状棱线7，在巻绕了带体8时，使钎料正确 地位于带体8彼此接触的区域。
如图12 图15所示，多个(图中为3个)构成载体l的柱状体4配设在 外壳2内，例如，配设在排气管的途中，且能够将壳体2的端部与排气管连 接，或者能够将壳体2以压入的方式配设在排气管内。如果将成形在载体1 上的波状带体3的棱线7以平行于柱状体4的轴延伸的方式形成，则沿着波 状带体3的沟槽6而形成的废气通道5形成为直线形的平行路径17的废气通 道5 (图12、图13)。或者，如果将成形在波状带体3的棱线7以对于柱状 体4的轴倾斜的方式形成，则沿着波状带体3的沟槽6形成的废气通道5形 成为倾斜的弯曲路径16。进一步地，如果将成形在波状带体3的棱线7以对于柱状体4的轴锯齿状的方式形成，则沿着波状带体3的沟槽6形成的废气 通道5形成为弯曲路径16 (图14、图15)。
图12示出了，由配设在排气管中的载体1构成的过滤器20A的一个例子。 过滤器20A以配设在废气G的流动方向上的方式内置于排气管中。载体20A 由壳体2和配设在壳体2内的3个柱状体4构成。载体20A的气体通道5从 一个端面的流入口 9贯通至另一个端面的流出口 10，从而形成为直线形气体 通道14。而且，在载体1中，3个柱状体4固定在壳体2上，因此通过在位 于壳体2内的上下流侧的柱状体4的端面上将挡止部件11熔敷至壳体2，能 够将柱状体4固定在壳体2内。虽然未图示，但是在该废气净化装置中，当 然可以将1个载体1配设在壳体2内。而且，图13示出了由配设在排气管的 载体1构成的过滤器20B的另一个例子。过滤器20B以配设在废气G的流动 方向上的方式内置于排气管中。过滤器20B由壳体2和配设在壳体2内的3 个柱状体4构成。载体20B的气体通道5从一个端面的流入口 9贯通至另一 个端面的流出口IO，从而形成为直线形气体通道14。在该废气净化装置中， 3个柱状体4固定在壳体2上，因此如图17所示，变形柱状体4位于的壳体 2的外周面而形成凹部12，从而能够将柱状体4固定在在壳体2。
而且，图14示出了，由配设在排气管中的载体1构成的过滤器20C的其 它另一个例子。过滤器20C以配设在废气G的流动方向上的方式内置于排气 管中。过滤器20C由壳体2和配设在壳体2内的3个柱状体4构成。过滤器 20C的气体通道5从一个端面的流入口 9贯通至另一个端面的流出口 10，从 而形成为锯齿状的气体通道15。在该废气净化用载体结构中，为了将3个柱 状体4固定在壳体2上，而在位于壳体2内的上下流侧的柱状体4的端面上 将挡止部件11熔敷至壳体2，从而能够将柱状体4固定在壳体2内。而且， 图15示出了由配设在排气管中的载体1构成的过滤器20D的另一个例子。过 滤器20D以配设在废气G的流动方向上的方式内置于排气管中。过滤器20D 由壳体2和配设在壳体2内的3个柱状体4构成。过滤器20D的气体通道5 从一个端面的流入口 9贯通至另一个端面的流出口 10，从而形成为锯齿状的 气体通道15。在该废气净化用载体结构中，为了将3个柱状体4固定在壳体 2上，而使柱状体4所位于的壳体2的外周面变形以形成凹部19，从而能够 将柱状体4固定在壳体2上。进一步地，关于由载体1构成的过滤器20A、20B、 20C、 20D，虽然未图示，但是，为了使波状带体3和平板状带体13在 柱状体4的轴向上不发生相互错位，例如通过下述方法能够简单地实现，艮卩， 在柱状体4内置于壳体2内的状态下，使金属线在壳体2的横截面方向上以 十字形状横跨柱状体4的两端部即一个端面的流入口 9和另一个端面的流出 □ 10。
而且，如图17或者图18所示，在宽度方向上成形有凹凸部19，并且以 带体8的波状带体3巻绕成柱状体4的方式形成过滤器1的状态下，凹凸部 19相互层叠而波状带体3被相互卡合，从而带体8以在柱状体4的轴向上波 状带体3不发生相互错位的方式构成。在图17中，在轴向上，构成柱状体4 的波状带体3的中央部成形为凹凸部19,该凹凸部19被一对阶梯部21凹成 盘状的形状。而且，在图18中，在轴向上，构成柱状体4的波状带体3的中 央部成形为凹凸部19，该凹凸部19被突出的楔部(cuneus) 22凹成的形状。 即，对作为柱状体4的过滤器1，若施加振动、热应力、外力等轴向的力，则 所层叠的波状带体3有可能会在轴向上产生错位，但是通过相互层叠凹凸部 19，凹凸部19在波状带体3之间起到挡止装置的功能，从而能够防止波状带 体3在轴向上产生错位。在波状带体3上成形了凹凸部19的情况下，在将带 有凹凸部19的波状带体3巻绕成柱状体4时，需要在凹凸部19的边界区域 上以不压破废气G流动的弯曲路径16的方式成形。
图19示出了，将使用了本发明的废气净化用载体结构(本发明)的废气 G中CO和HC的削减率和使用了现有产品的废气G中CO和HC的削减率进 行了比较的试验结果。在图19中，横轴为催化剂温度'C，纵轴为有害物质的 削减率％ 。本发明产品的有害物质对于催化剂温度的削减率在废气温度即催 化剂温度从15(TC到25(TC的低温区域里削减很有效，但是现有产品在低温区 域里削减不充分。由此，可以知道本发明产品在低温区域中的除去有害物质 的效率高，对有害物质进行氧化还原反应从而将其除去。
为了对下述净化率进行试验，即在比较本发明载体1和担载铂的现有金 属蜂窝的载体的情况下的有害物质的净化率，对于SV(l/h)的净化率，例如， 制作如下的试验装置(未图示)。在壳体内，分别设置担载NOx还原催化剂 的本发明载体(200个网眼)和现有金属蜂窝载体(300个网眼)，并且在壳 体的入口侧和出口侧分别设置NOx浓度传感器，而且在壳体的入口侧配设了还原用燃料(轻油)的供给喷嘴。在壳体的入口侧设置了用于混合废气和燃
料的区域。废气的排气量为8000cc且废气的温度为40(TC，载体的直径为 240mm，并将还原用轻油对于NOx废气质量的供给量比设定为2倍。使用该 试验装置对本发明载体和现有载体进行试验的结果，如图20及图21所示。 图20示出了在比较本发明载体1和担载铂催化剂的现有金属蜂窝形载体时的 碳化氢(HC)的净化性能的曲线图，即示出了比较对于SV (1/h)的HC净 化率的试验结果的曲线图，从中可以知道本发明载体l即使在60000SV下 也维持着高水平的HC净化率，且在载体1中不发生堵塞，而现有载体不仅 净化率下降，而且在载体l中发生堵塞。而且，图21示出了在比较本发明载 体1和担载铂催化剂的现有金属蜂窝形载体时的NOx的净化性能的曲线图， 即示出了比较对于SV (1/h)的NOx净化率的试验结果的曲线图，从中可以 知道本发明载体l即使在60000SV下也维持着高水平的NOx净化率，且在 载体1中不发生堵塞，而现有载体不仅净化率下降，而且在载体1中发生堵 塞。
接下来，对内置该废气净化装置的废气净化用载体结构进行说明。废气 净化装置其主要特征在于，制作由载体1构成的过滤器20，在层叠的金属带 3之间由弯曲沟槽6制作多个废气G接触并通过的弯曲路径5，其中，该载体 1将带有沟槽的金属网3巻绕成螺旋状来成形。具体讲，如图5所示，过滤器 20主要通过由波板状的金属网3依次巻绕成圆形状的柱状体4来形成，该金 属网3由多个在宽度方向上弯曲延伸的棱线7以及棱线7之间的沟槽6构成。 在该废气净化装置的构成金属带3的金属网的表面上，担载有用于氧化烧掉 包含在废气G中的微粒物质8的氧化催化剂，其中，该金属带3形成柱状体 4。如图12 图15、图17以及图18所示，过滤器20是通过在壳体2内配设 l个或多个(图中为3个)柱状体4而形成的。过滤器20配设在排气管的途 中，并且能够通过下述方法配设该过滤器20，即将壳体2的端部与排气管连 接，或者将壳体2压入到排气管内。从柱状体4的一个端面的流入口 9向另 一个端面的流出口 10，在层叠即相邻的金属网3之间连通形成有多个废气通 道5，该废气通道5是沿着沟槽6通过废气G的通道。
对于该废气净化装置(本发明产品)的废气G中的PM的削减率与现有 产品的PM削减率进行了比较试验。用于试验的现有产品为 一种金属过滤器，是一种通过发动机的排气温度控制来进行再生的型号。图22示出了本发明产 品与现有产品在ETC模式下的试验结果。在图22中，纵轴的左侧表示PM削 减率(％)，右侧表示过滤器的试验中的代表入口压(KPa)，横轴表示试验 次数(n)。 一次测试(试验)是以车速约30Km的行驶距离。实线曲线表示 PM削减率， A为本发明产品，B为现有产品。而且，虚线曲线表示过 滤器的试验中的代表入口压(KPa) ， C为本发明产品，D为现有产品。从图 22可以知道，本发明产品的对于试验次数的PM削减率始终保持45X，但是 现有产品却随着试验次数的增加而下降。而且，本发明产品即使增加了试验 次数过滤器的入口压也不会下降，而现有产品若增加试验次数，则过滤器的 入口压下降。由此，本发明产品不发生因PM导致过滤器堵塞的现象，能够 顺利地氧化烧掉PM。
图24是关于该废气净化装置的过滤器的熔损试验的曲线图，该熔损试验 是表示在入口温度下有无对于PM捕捉率的熔损的试验，该入口温度是指， 在假设点火时关闭加速器的情况下的温度。通常，若利用催化剂，则微粒物 质(下面称作PM)在30(TC左右开始燃烧。然而，行驶在市区等的情况下， 汽车的废气温度达到30(TC的情况很少，从而，存在过滤器的PM捕捉量(沉 积量)增加的趋势。当汽车在低速行驶时，PM沉积在过滤器中，但是，当高 速行驶之后废气温度上升到300。C以上时，所沉积的PM开始燃烧，若PM开 始燃烧，则再加上其放热，从而PM有时会瞬间燃烧。此时，发热量必然与 PM沉积量成比例。从而，作为载体而要求即使所捕捉到的PM再多也不会熔 化的载体，这种载体可谓是优良的载体。图24示出了如下的调査结果，艮P， 使过滤器在低温下捕捉PM，并且对该过滤器突然导入高温气体，调查过滤器 是否受到熔损。可以知道，虽然本发明的过滤器20由载体1构成，该载体l 由金属网或者金属无纺布构成，但是与现有的堇青石(cordierite)蜂窝过滤 器相比，具有3倍以上的耐久性。图24示出了向过滤器吹入600'C高温气体 时的熔损界限，*表示本发明产品的无熔损的情形，x表示堇青石蜂窝过滤器 的无熔损界限的捕捉量(8g/升)，A表示碳化硅蜂窝过滤器的无熔损的界限 的捕捉量(12g/升)。B卩，示出了本发明无熔损的界限的捕捉量(28g/升)。 此外，》表示向本发明产品吹入70(TC高温气体时的发生熔损的最大捕捉量 (28g/升)。而且，实际车辆的过滤器对PM的最大捕捉量为25g/升。从而，可以知道本发明的通过由金属网或者金属无纺布而构成的载体1来制作的过
滤器20不发生熔损且具有优异的耐久性。
通常，过滤器时常反复受到低温和高温，而且温度分布也因过滤器的位 置不同而不同。本发明的过滤器20由用金属网或者金属无纺布制作的载体1 构成，并且金属网或者金属无纺布由非常细的金属线构成，因此能够非常灵 活地阻止即追踪热分布所导致的变形，因此不会发生局部的塑性变形等，其 结果，涂敷在表面上的陶瓷等不会发生脱落现象，因此具有优异的耐久性。
权利要求
1. 一种废气净化用载体结构，其特征在于，具有载体，其用于担载催化剂，该催化剂通过燃烧或者氧化还原反应，除去包含在废气中的NOX、HC、微粒物质以及煤烟的有害物质，从而净化所述废气；筒状壳体，其用于存放所述载体，其中，所述载体由将带体卷绕或者层叠成筒状的柱状体构成，所述带体由金属网或者金属无纺布构成，并具有至少成形为多条棱线和多条沟槽的波状带体，所述棱线相对所述柱状体的轴以平行的直线形状或者倾斜形状延伸，所述沟槽位于所述棱线之间，而且，在所述带体之间形成有沿着所述沟槽从所述柱状体的一个端面连通至另一个端面的废气通道，以使流过所述废气通道的所述废气因所述带体的凹凸表面而发生紊流。
2. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述带体 配设成所述波状带体彼此重叠，或者配设成所述波状带体和平板状带体交替 重叠，所述平板状带体位于所述波状带体之间。
3. 根据权利要求2所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波状 带体的所述棱线相对所述柱状体的轴以锯齿状倾斜并延伸，以此使所述废气 通道形成为弯曲路径。
4. 根据权利要求3所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在所述波 状带体彼此重叠配设的情况下，由所述波状带体的所述棱线形成的所述弯曲 路径分别相交叉。
5. 根据权利要求2所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述载体 由将重叠带体巻绕或者层叠成筒状的柱状体构成，该重叠带体是指，将所述 波状带体和所述平板状带体作为一套，或者将2个以上的所述棱线的倾斜角 度相同或者不同的所述波状带体彼此作为 一套进行重叠的带体。
6. 根据权利要求l所述的废气净化用载体结构，其特征在于，构成所述 带体的所述金属网或者所述金属无纺布由不锈钢或着铁铬铝合金构成。
7. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，相重叠的 所述带体彼此由钎料来接合，该钎料为钎或者钎箔。
8. 根据权利要求7所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述载体的至少一侧端面由所述钎料接合，钎焊部形成为具有预定的宽度且以放射曲 线状延伸的间歇的线状，或者形成为宽度在外周侧变宽且以放射曲线状延伸 的线状。
9. 根据权利要求7所述的废气净化用载体结构，其特征在于，当巻绕了 所述波状带体时，至少在所述棱线相邻的所述带体上的预定区域的部位上， 所述柱状体的所述带体彼此由所述钎料钎焊在一起。
10. 根据权利要求9所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在相邻 的所述带体上，所述带体彼此钎焊的所述预定区域的部位在所述柱状体的轴 向上互相错位。
11. 根据权利要求3所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波 状带体的所述棱线相对所述柱状体的轴倾斜10° 50°的角度，而且所述废气 通道形成为所述弯曲路径。
12. 根据权利要求3所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在相对 所述柱状体的轴的所述锯齿形的倾斜度在0° 50°的角度范围内，所述波状带 体的所述棱线组合采用2种以上的倾斜度。
13. 根据权利要求ll所述的废气净化用载体结构，其特征在于，多个所 述柱状体串联配设在所述筒状壳体内，所述柱状体的所述波状带体的所述棱 线的倾斜角度在所述废气的上流侧和下流侧相同或者不同。
14. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，构成所 述金属网的金属线的线直径为0.03mm 0.35mm。
15. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述金 属网的筛眼为16 200个。
16. 根据权利要求15所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述金 属网的筛眼在金属网带的纵线上的筛眼数多于在所述金属网带的横线上的筛 眼数，在所述金属网带的所述纵线上的所述筛眼数设定为30 100个，而且 在所述横线上的所述筛眼数设定为60 200个。
17. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波 状带体的波状凹凸的间距为lmm 6mm。
18. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波 状带体的波状凹凸的高度为0.5mm 5mm。
19. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在构成 所述载体的所述带体的线材表面上涂敷有氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化铈 中至少一种以上的陶瓷。
20. 根据权利要求19所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在所述 涂敷层的表面上担载有铂、银、钾、钯、铱、铁、铜、钡中的一种或多种催 化剂。
21. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，当所述 废气通过沿着所述沟槽形成在所述带体之间的所述废气通道时，包含在所述 废气中的所述有害物质与所述带体接触的同时以紊流的状态流过，并在担载 于所述载体上的催化剂的作用下进行氧化还原反应，以此被除去。
22. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，担载在 所述载体上的催化剂是将氧化催化剂、三效催化剂、碳化氢类燃料、氨或者 尿素作为还原剂来发挥作用的NOx还原催化剂。
23. 根据权利要求1所述的废气净化用载体结构，其特征在于，适用于 废气净化装置，该废气净化装置在排出所述废气的排气通道中配设了内置有 所述载体的过滤器，使所述废气通过所述过滤器，以使所述带体捕捉所述有 害物质，并使所述有害物质接触通过所述带体，以对所述有害物质进行燃烧、 氧化还原反应，从而将所述有害物质除去，以此净化所述废气。
24. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述带 体配设成所述波状带体彼此重叠，或者配设成所述波状带体和平板状带体交 替重叠，所述平板状带体位于所述波状带体之间。
25. 根据权利要求24所述的废气净化用载体结构，其特征在于， 所述带体在宽度方向上成形有凹凸部，在将所述带体巻绕或者层叠成所述柱状体的状态下，相互层叠的所述凹凸部相互使所述带体卡合，以使所述 带体的废气的流动方向在所述柱状体的轴向上相互不发生错位。
26. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波 状带体成形为如下形状，即，相对所述柱状体的轴只在规定长度上具有倾斜 度的所述棱线和只在规定长度上平行延伸的所述棱线交替重复地形成的形 状，并且沿着所述波状带的所述沟槽形成的所述废气通道由平行路径和弯曲 路径构成。
27. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述过 滤器由将重叠带体巻绕或者层叠成筒状的所述柱状体构成，所述重叠带体是 指，将所述波状带体和所述平板状带体作为一套，或者将2个以上的所述棱 线的倾斜角度相同或者不同的所述波状带体彼此作为一套进行重叠的带体。
28. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述过 滤器的至少一侧端面由钎料接合，钎焊部形成为具有预定的宽度且以放射曲 线状延伸的间歇的线状，或者钎焊部的度宽在外周侧变宽且以放射曲线状延 伸。
29. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述过 滤器以多个所述柱状体在所述废气的流动方向上串联配设的方式构成。
30. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，所述波 状带体的所述棱线的倾斜角度在所述废气的上流侧小且在下流侧大。
31. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在将至 少3个所述带体作为一套成形为所述波状带体的情况下，将所述带体以内侧 的筛眼细且外侧的筛眼粗的方式配设，以此构成所述过滤器。
32. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，在将至 少3个所述带体作为一套成形为所述波状带体的情况下，将所述带体以在内 侧金属线的线直径小且筛眼细而在外侧所述金属线的线直径大且筛眼粗的方 式配设，以此构成所述过滤器。
33. 根据权利要求29所述的废气净化用载体结构，其特征在于，交替重 叠所述间距从废气流的上流越到下流就变得越小的所述波状带体和所述间距 从废气流的上流越到下流就变得越大的所述波状带体，以此构成所述过滤器。
34. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，当所述 废气通过形成在所述带体之间的所述弯曲路径时，包含于所述废气中的所述 微粒物质在与所述带体的所述金属网或者金属无纺布接触同时流过，或者在 所述弯曲路径中暂且接触滞留，从而被氧化燃烧。
35. 根据权利要求23所述的废气净化用载体结构，其特征在于，当所述 废气通过所述废气通道的所述弯曲路径时，随着时间的经过，捕捉于所述弯 曲路径中的所述微粒物质在担载于所述载体上的催化剂的作用下进行氧化反 应而被除去，所述废气通道由所述波状带体的所述沟槽形成在所述带体之间。
全文摘要
本发明涉及一种废气净化用载体结构，该废气净化用载体结构将捕捉并清除包含在废气中的微粒物质等有害物质的载体由卷绕带沟槽的波状带体以其具有弯曲路径及/或者平行路径的柱状体构成，而且当内置于过滤器上时能够防止微粒物质引起的堵塞。废气净化用载体由柱状体构成，该柱状体是指，将由金属网或者金属无纺布构成的带体成形为波状带体，并将波状带体卷绕或者层叠成螺旋状的柱状体，其中，该波状带体由至少向宽度方向延伸的棱线和沟槽构成。
文档编号F01N3/28GK101298057SQ20081009284
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月4日 优先权日2007年5月2日
发明者松冈宽 申请人:株式会社Acr