▶ シー・ピー・ティー グループ ゲー・エム・ベー・ハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-31
(54)【発明の名称】排ガスを後処理するための装置
(51)【国際特許分類】
F01N 3/20 20060101AFI20220824BHJP
F01N 3/22 20060101ALI20220824BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20220824BHJP
F01N 3/28 20060101ALI20220824BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20220824BHJP
【ＦＩ】
F01N3/20 K
F01N3/22 301J
F01N3/24 L
F01N3/28 301P
F01N3/08 A
F01N3/22 301M
F01N3/24 P
F01N3/24 N
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021576953
(86)(22)【出願日】2020-06-24
(85)【翻訳文提出日】2021-12-24
(86)【国際出願番号】 EP2020067586
(87)【国際公開番号】W WO2020260331
(87)【国際公開日】2020-12-30
(31)【優先権主張番号】102019209304.3
(32)【優先日】2019-06-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519031896
【氏名又は名称】ヴィテスコ テクノロジーズ ゲー・エム・ベー・ハー
【氏名又は名称原語表記】Ｖｉｔｅｓｃｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｉｅｍｅｎｓｓｔｒａｓｓｅ １２，９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ホルガー シュトック
(72)【発明者】
【氏名】フィリップ ランゲンフェルト
(72)【発明者】
【氏名】ペーター ヒルト
(72)【発明者】
【氏名】エルヴィン アッハライトナー
(72)【発明者】
【氏名】ゲアハート ハフト
(72)【発明者】
【氏名】フローリアン クライナー
(72)【発明者】
【氏名】パウル ロダッツ
【テーマコード（参考）】
3G091
【Ｆターム（参考）】
3G091AA02
3G091AB02
3G091AB05
3G091AB08
3G091AB13
3G091BA03
3G091CA03
3G091CA22
3G091GA08
3G091GA10
3G091GA16
3G091GB01X
3G091GB17X
3G091HA02
3G091HA08
3G091HA31
3G091HA45
3G091HA46
3G091HA47
3G091HB07
(57)【要約】
本発明は、排ガス源の排ガスを後処理するための装置であって、排ガス源を起点にして通流可能である、空間的に画定された流れ区間と、この流れ区間内に配置された加熱式触媒（１）とを備えており、この加熱式触媒（１）は、流れ方向（８）で見て、まず、触媒活性のかつ通流可能な触媒（２）を有し、この触媒（２）に流れ方向（８）で続いて、電気的に加熱可能な加熱式ディスク（３）を有しており、加熱式触媒（１）の領域で流れ区間内に、二次空気と呼ばれるガス流が供給可能であるように、加熱式触媒（１）の領域に、二次空気供給部（５，１１）の少なくとも１つの流出口が配置されている、装置に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
排ガス源の排ガスを後処理するための装置であって、前記排ガス源を起点にして通流可能である、空間的に画定された流れ区間と、前記流れ区間内に配置された加熱式触媒（１）とを備えており、前記加熱式触媒（１）は、流れ方向（８）で見て、まず、触媒活性のかつ通流可能な触媒（２）を有し、前記触媒（２）に流れ方向（８）で続いて、電気的に加熱可能な加熱式ディスク（３）を有している、装置において、前記加熱式触媒（１）の領域で前記流れ区間内に、二次空気と呼ばれるガス流が供給可能であるように、前記加熱式触媒（１）の領域に、二次空気供給部（５，１１）の少なくとも１つの流出口が配置されていることを特徴とする、装置。
【請求項2】
前記触媒（２）は、金属製のハニカム体として形成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項3】
前記加熱式ディスク（３）は、前記触媒（２）に機械的に結合されており、前記触媒（２）は、支持用触媒として作用することを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
【請求項4】
前記二次空気は、前記触媒（２）と前記加熱式ディスク（３）との間で前記流れ区間内に供給可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項5】
前記二次空気供給（５，１１）は、複数の混加箇所（１０）を介して行われることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項6】
１つ以上の局所的な温度最大値を発生させることができるように、前記加熱式ディスク（３）に接してまたは前記加熱式ディスク（３）内に加熱導体が配置かつ設計されており、前記加熱式ディスク（３）における前記温度最大値の位置は、二次空気の混加によって発生させることができる、前記二次空気の流れ最大値の位置と相関関係にあることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項7】
前記二次空気供給（１１）は、前記触媒（２）の前記ハニカム体内に形成された少なくとも１つの空洞（１２）内へ向かって行われることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項8】
前記触媒（２）の前記ハニカム体は、流れ方向（８）で前記ハニカム体の流入側から前記空洞（１２）まで吸着性被膜でコーティングされており、前記ハニカム体は、前記空洞（１２）から流出側まで酸化性被膜でコーティングされていることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項9】
前記空洞（１２）は、流れ方向（８）で見て、前記触媒（２）の中間と前記流出側との間の領域に配置されていることを特徴とする、請求項５または６記載の装置。
【請求項10】
前記触媒（２）を形成する波形層と平滑層とが、流れ方向（８）で見て、前記少なくとも１つの空洞（１２）の下流にパーフォレーション孔を備えて形成されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項11】
前記触媒（２）を形成する波形層と平滑層とが、流れ方向（８）で見て、前記少なくとも１つの空洞（１２）の下流にエキスパンドメタルとして形成されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排ガス源の排ガスを後処理するための装置であって、排ガス源を起点にして通流可能である、空間的に画定された流れ区間と、この流れ区間内に配置された加熱式触媒とを備えており、この加熱式触媒は、流れ方向で見て、まず、触媒活性のかつ通流可能な触媒を有し、この触媒に流れ方向で続いて、電気的に加熱可能な加熱式ディスクを有している、装置に関する。
【背景技術】
【0002】
排ガスの後処理を改善するために、電気的に加熱可能な触媒が用いられており、これにより、排ガス温度を高め、特に内燃機関の冷間始動後に、より迅速に有効となる排ガスの後処理を保証することができる。
【0003】
先行技術から公知のシステムは、通常、排ガスの流れ方向で、まず、電気的な加熱導体を有する、例えば金属製のハニカム体から成る加熱式ディスクが組み込まれ、続いて、加熱式ディスクが機械的に結合された、いわゆる支持用触媒が組み込まれているように構成されている。支持用触媒と、場合によっては流れ方向で下流に続く複数の触媒とが、排ガスの実際の後処理のために設けられているのに対し、加熱式ディスクは、実質的に排ガスの加熱に役立つ。
【0004】
さらに、流れ方向で見て、すでに加熱式ディスクの上流に、通流可能な触媒を有するシステムが公知である。
【0005】
公知の装置の欠点は、特に、それぞれ異なる触媒において、排ガスの最適な化学変換が達成できないことである。なぜならば、触媒の配置が最適ではないか、またはそれぞれの触媒の配向が最適ではないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
それゆえ本発明の課題は、排ガスの後処理に関して最適化された構造を有し、ひいてはあらゆる動作状況において、排ガスの特に最適な後処理、つまり排ガス内に含まれる有害物質の化学変換を可能にする、排ガスを後処理するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この装置に関する課題は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。
【0008】
本発明の一実施例は、排ガス源の排ガスを後処理するための装置であって、排ガス源を起点にして通流可能である、空間的に画定された流れ区間と、この流れ区間内に配置された加熱式触媒とを備えており、この加熱式触媒は、流れ方向で見て、まず、触媒活性のかつ通流可能な触媒を有し、この触媒に流れ方向で続いて、電気的に加熱可能な加熱式ディスクを有しており、加熱式触媒の領域で流れ区間内に、二次空気と呼ばれるガス流が供給可能であるように、加熱式触媒の領域に、二次空気供給部の少なくとも１つの流出口が配置されている、装置に関する。
【0009】
排ガス源は、例えば、自動車を駆動するための内燃機関である。本装置は、排ガス源の使用される燃料に左右されることなく使用することができる。
【0010】
本発明に係る装置では、加熱式ディスクと触媒とを有する基本的に公知の加熱式触媒が、１８０度回転されて流れ区間内に配置される。これによって、加熱式触媒内に留められた、例えば、吸着層が施された触媒の部分に留められた有害物質が、二次空気の噴射に関連して、加熱式ディスクのライトオフ温度または加熱式触媒に続く主触媒のライトオフ温度に到達する前に脱着せず、加熱式ディスクおよび／または主触媒に到達しないようになっている。仮に有害物質が脱着してしまうと、こうした有害物質の変換が不十分となるかあるいは生じなくなってしまう。
【0011】
加熱式触媒内にある触媒は、複数の機能を果たすことができ、それぞれ異なる形態で構成されていてよい。セラミックス製のハニカム体の他に、金属製のハニカム体も触媒のベースを形成することができる。それぞれ異なる被覆により、触媒は、排ガス内のそれぞれ異なる有害物質の後処理用に構成することができる。
【0012】
二次空気とは、好ましくは、排ガス源の周辺からの空気を指す。本明細書では明確に、燃焼によって生じたガス混合物のことではない。空気の噴射は、例えば、ポンプおよび計量装置を有する適切な圧送システムによって実現することができる。
【0013】
加熱式ディスクは、コーティングされたハニカム体および／またはコーティングされてないハニカム体によって形成されていてよい。電気的な加熱導体は、加熱式ディスクのハニカム構造部内に包み込まれていてもよいし、ハニカム構造部の流入側または流出側に結合されていてもよい。
【0014】
加熱式ディスクは、例えば、金属製の被膜を有するセラミックマトリックスによって形成されていてもよい。この被膜は電圧源に接続することができ、ひいては電気抵抗を利用して加熱作用を生み出すことができる。このようなセラミックマトリックスの中へ金属材料を押出成形し、続いて電圧源に接続して、加熱手段として作用させることができる。
【0015】
さらに、触媒が、金属製のハニカム体として形成されていると有利である。触媒および／または加熱式ディスクは、どちらもそれぞれ、金属製のハニカム体として、またはセラミックマトリックスとして形成されていてよい。金属製のハニカム体とセラミックマトリックスとの組合せも想定可能である。
【0016】
そのうえ、加熱式ディスクが、触媒に機械的に結合されており、この触媒が、支持用触媒として作用すると有用である。加熱式ディスクを確実に流れ区間内に位置決めすることができるように、加熱式ディスクは、機械的な支持手段、例えば、ハニカム体内に差込み可能なピンによって、支持用触媒に支持されている。
【0017】
したがって、支持用触媒は、特殊な構成の触媒であり、この触媒は、特に、後続の加熱式ディスクが支持用触媒に機械的に支持されており、ひいては流れ区間内で支持用触媒に対して不動である点で優れている。一実施例では、加熱式ディスクが触媒に対して、例えば両要素を取り囲む周壁を介して位置固定されていてもよい。
【0018】
二次空気が、触媒と加熱式ディスクとの間で流れ区間内に供給可能であると、特に有利である。
【0019】
二次空気の噴射は、好ましくは流れ方向で触媒の下流で行われるか、または少なくとも、吸着性被膜が施された触媒の区分の下流で初めて行われる。これにより、基本的に有害物質を含まない二次空気によって、場合によってはすでに触媒の吸着性区分に付着した有害物質の脱着が妨げられてしまうことを防ぐことができる。
【0020】
また、二次空気供給が、複数の混加箇所を介して行われると有利である。複数の混加箇所を介した噴射が有利であり、これにより、流れ横断面にわたって二次空気の可能な限り均一な分配が得られる。このために例えば、流れ区間を画定する壁の周面に複数の混加箇所が設けられていてよく、この複数の混加箇所を介して二次空気を供給することができる。これらの混加箇所は、例えばノズル、または単にスリットであってよく、これらは外部から流れ区間内への二次空気の供給を可能にする。
【0021】
好ましい一実施例は、１つ以上の局所的な温度最大値を発生させることができるように、加熱式ディスクに接してまたは加熱式ディスク内に加熱導体が配置かつ設計されており、加熱式ディスクにおける温度最大値の位置が、二次空気の混加によって発生させることができる、二次空気の流れ最大値の位置と相関関係にあることを特徴とする。このために特に、加熱導体の配置を相応に適合させることができる。例えば加熱導体は、ループ状に設置されてもよいし、特定の領域において二重に設置されてもよい。これにより、高められた加熱性能がそこで達成される。同様に加熱導体は、特定の領域において、例えば、より高い抵抗（Ω）に基づいて、より高い加熱性能が達成されるように、材料側でも適合させることができる。
【0022】
複数の混加箇所の配置によって、横断面にわたって分配されて、二次空気の流れ最大値が生じる。排ガスおよび二次空気から成るガス流全体の均一かつ可能な限り迅速な加熱を達成するために、二次空気の流れ最大値の範囲内で加熱性能が高められていると好ましい。
【0023】
また、二次空気供給が、触媒のハニカム体内に形成された少なくとも１つの空洞内へ向かって行われると好ましい。
【0024】
そのうえ、触媒のハニカム体が、流れ方向でハニカム体の流入側から空洞まで吸着性被膜でコーティングされており、ハニカム体が、空洞から流出側まで酸化性被膜でコーティングされていると有利である。このことは、二次空気が当たらない触媒の領域での有害物質の吸着を可能にするために有利である。仮にこの領域内またはこの領域の上流で二次空気がすでに混加されてしまうと、さもなくば、吸着した有害物質の不所望な、特に早期の脱着が生じてしまう。したがって、有害物質を少なくとも画定された領域で吸着することができると同時に、触媒内での二次空気の混加を有利に行うことができる。
【0025】
さらに、空洞が、流れ方向で見て、触媒の中間と流出側との間の領域に配置されていると有利である。流れ方向で見て、空洞がより下流に配置されているほど、有害物質の吸着に用いることができる触媒の領域をより長く形成することができる。
【0026】
また、触媒を形成する波形層と平滑層とが、流れ方向で見て、少なくとも１つの空洞の下流にパーフォレーション孔を備えて形成されていると有用である。このことは、横断面積にわたる二次空気と排ガス流との混合を促進し、全体としてより均質な流れを可能にする。
【0027】
そのうえ、触媒を形成する波形層と平滑層とが、流れ方向で見て、少なくとも１つの空洞の下流にエキスパンドメタルとして形成されていると有利である。エキスパンドメタルとは、複数の開口を有する網状に構造化された金属のことを指す。これによって、個々の流路間のオーバフローが可能となる。
【0028】
本発明の有利な発展形態は、従属請求項および以下の図面の説明に記載されている。
【0029】
以下に、図面を参照しつつ実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】加熱式触媒と、二次空気供給部と、主触媒とを備えた装置の概略図である。
【図2】加熱式触媒と、流れ区間の周面に沿った複数の箇所での二次空気の供給を可能にする二次空気供給部と、主触媒とを備えた装置の概略図である。
【図3】加熱式触媒と、触媒の空洞への二次空気供給部と、主触媒とを備えた装置の概略図である。
【図4】加熱式触媒と、触媒の空洞への二次空気供給部であって、支持用触媒を形成する金属層にパーフォレーション孔が設けられている、二次空気供給部と、主触媒とを備えた装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
【0032】
各図には、加熱式触媒１が示してある。この加熱式触媒１は、触媒２と、排ガスの流れ方向８において下流に設けられた加熱式ディスク３とから形成されている。この加熱式ディスク３と触媒２との間には、間隙６が形成されている。加熱式ディスク３は、概略的に示した電気的な接触接続部４を介して電圧源に接続されており、これにより、加熱式ディスクを電気的に加熱することができる。
【0033】
流れ方向８において加熱式触媒１の下流には、主触媒７と呼ばれる触媒が設けられている。この主触媒７は、排ガスを後処理するための１つ以上の別の触媒に代用される。これは、例えば、酸化触媒、ＳＣＲ触媒、ＮＨ３スリップ触媒であってもよいし、フィルタ要素であってもよい。
【0034】
間隙６には、二次空気供給部５を介して、二次空気、つまり周辺からの空気を供給することができる。図１には、ただ１つの箇所において間隙６に直接供給することが示してある。
【0035】
図２には、図１とは異なり、複数の箇所において間隙６に二次空気を供給することが示してある。このために、間隙６の領域を取り囲んで、環状の構造体９が配置されている。この環状の構造体９は二次空気によって通流可能である。これにより、二次空気が加熱式触媒１を取り囲むように流れて、開口１０を通って間隙６内に流れ込むことができる。このように二次空気を複数の箇所で同時に供給することは一例である。
【0036】
図３には、二次空気の供給の代替的な形態が示してある。触媒２は空洞１２を有している。この空洞１２は、例えば、ハニカム体を形成する金属層に設けられた切抜き部によって形成することができる。この空洞１２内には、二次空気供給部１１を介して、二次空気が直接混加される。二次空気はそこから、触媒２の、空洞１２によって分断された流路にわたって分配される。
【0037】
図４には、図３による構造が示してある。付加的に、触媒２を形成する金属層は複数のパーフォレーション孔１３を有している。これらのパーフォレーション孔１３は特に、触媒２の流路間での排ガス・二次空気混合物のオーバフローを可能にし、ひいては、より均質な分配を可能にする。
【0038】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【国際調査報告】