CN111013938A - 催化剂用浆料的涂布装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种催化剂用浆料的涂布装置。涂布装置(10)具备从蜂窝基材(1)的一端向多个流通孔(2)供给浆料的供给架(8)和对风箱(12)抽真空的鼓风机(7)。在风箱(12)的开口(11b)，安装有环状的阻挡体(5)，夹隔着隔离件(6)在阻挡体(5)的上方配置蜂窝基材(1)。如果使鼓风机(7)运转而供给浆料，与涂布于蜂窝基材(1)的位于中央区域(2a)的流通孔(2)的浆料的涂布幅度相比，涂布于位于外周区域(2b)的流通孔(2)的浆料的涂布幅度变短。

Description

催化剂用浆料的涂布装置

本申请是申请号为201680004901.5(国际申请号为PCT/JP2016/057328)、申请日为2016年3月9日、发明名称为“催化剂用浆料的涂布装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及例如向净化汽车废气的整体型催化剂的蜂窝基材涂布包含催化物质的浆料的装置。

背景技术

以往，作为净化汽车的废气的装置，已知有使用了整体型催化剂的净化装置。整体型催化剂包含具有使气体向一个方向流通的多个相互平行的流通孔的近似圆柱状的蜂窝基材，在该蜂窝基材的各流通孔的内面涂布有包含催化物质的浆料。这样，当废气沿着蜂窝基材的轴向通过整体型催化剂的多个流通孔时，就可以利用与催化物质之间的化学反应将废气净化。

这样，在废气流过圆柱状的整体型催化剂的情况下，一般而言，与沿着整体型催化剂的径向位于中心部的流通孔相比，周部附近的流通孔的废气的流动变差。因此，整体型催化剂的周部附近与中心部相比废气的净化效率差。

为了消除上述的不佳状况，在催化剂的制造时，想了使蜂窝基材的中心部的浆料的涂布量多于周部等各种办法用于提高废气的净化效率。例如，根据日本特开2009－136833号公报中公开的涂布装置，在蜂窝基材的浆料的供给侧配置网体、板体等阻挡体，使周部的流动比中心部差，给中心部和周部的浆料的涂布量带来差别。

发明内容

但是，如果像日本特开2009－136833号公报的涂布装置那样，在浆料向蜂窝基材的供给侧配置阻挡体，浆料就会附着并残留于阻挡体，相应地使得浆料的消耗量变多。由于浆料中所含的催化物质包含铂、钯等贵金属，因此如果浆料的消耗量变多，整体型催化剂的制造成本就会升高。另外，如果浆料向阻挡体的附着量产生不均，则浆料向蜂窝基材的涂布量会产生不均，从而在整体型催化剂的品质上产生不均。

另外，附着于阻挡体的浆料干燥而凝固，当该干燥了的浆料块混入液状的浆料时，该块就会进入蜂窝基材的多个流通孔而产生堵塞，整体型催化剂的性能降低，品质降低。

此外，当在浆料的供给侧配置阻挡体时，浆料中所含的无机氧化物会起到研磨剂的作用而切削阻挡体，不久之后就需要更换阻挡体，相应地使整体型催化剂的制造成本升高。

本发明的目的在于，提供可以廉价地制造品质良好、性能高的整体型催化剂的催化剂用浆料的涂布装置。

本发明的催化剂用浆料的涂布装置是向在第一方向上贯通基材而相互邻接地延伸的多个流通孔的内面涂布含有催化物质的浆料的装置，具有：供给机构，其从沿着第一方向的基材的一端侧向多个流通孔供给浆料；气流发生机构，其产生从基材的一端侧朝向沿着第一方向的另一端侧流过多个流通孔的气流，使由供给机构从基材的一端侧供给的浆料通过多个流通孔而送向另一端，使浆料从基材的一端到达沿着第一方向的基材的全长的中途；和气流抑制机构，其被与基材的另一端隔开间隔、并与多个流通孔中的几个第一流通孔的沿着第一方向的下游侧的端部相对地配置，使流过第一流通孔的空气的流动比流过其他第二流通孔的空气的流动慢。

附图说明

图1是表示实施方式的涂布装置的示意图。

图2是表示投入图1的涂布装置的蜂窝基材的一例的立体图。

图3是表示安装于图1的涂布装置中的圆环状的网的俯视图。

图4是表示安装于图1的涂布装置中的圆环状的板的俯视图。

图5是表示使用图3的网或图4的板并改变隔离件的厚度时的组合例的表。

图6是表示基于图5的表的浆料的涂布幅度差的关系的图。

图7是用实际的蜂窝基材表示基于图5的表的图6的涂布幅度差的一例的剖面图。

图8是表示使涂布装置的参数(开口率)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图9是表示使涂布装置的参数(流通孔的直径)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图10是表示使涂布装置的参数(间隙)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图11是表示使涂布装置的参数(抽吸风速)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图12是表示使涂布装置的参数(抽吸时间)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图13是表示使涂布装置的参数(浆料的粘度)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图14是表示使涂布装置的参数(浆料的供给量)变化时的浆料的涂布幅度差的变化的图。

图15是表示投入图1的涂布装置的蜂窝基材的另一例的立体图。

图16是表示对于图15的蜂窝基材不设置阻挡体地涂布浆料时的涂布形状的剖面图。

图17是表示对于图15的蜂窝基材在设有阻挡体的状态下涂布浆料时的涂布形状的剖面图。

具体实施方式

以下，在参照附图的同时，对实施方式进行详细说明。

图1是表示在蜂窝基材1的多个流通孔的内面涂布浆料的涂布装置10的一例的示意图。浆料例如包含净化汽车的废气的催化物质。该种催化物质包含铂、钯等贵金属。本实施方式的涂布装置10是用于制造用于净化汽车的废气的整体型催化剂的装置。

对于汽车的废气，流过整体型催化剂的废气的流量分布随着车种类而不同，废气的流动方式也随着催化剂的包壳形状、配管的弯曲情况而改变。因此，为了提高废气的净化效率，优选与车种类、催化剂的安装位置等匹配地设计浆料向蜂窝基材1的涂布形状。本实施方式的涂布装置10是能够控制浆料向蜂窝基材1的涂布形状的装置。

蜂窝基材1例如如图2所示，具有近似圆柱状的外形，具有沿轴向贯通了蜂窝基材1的多个流通孔2。图1中，为了使说明容易理解，用实线表示出实际上观察不到的多个流通孔2。多个流通孔2被沿着轴向相互平行地邻接地延伸设置。本实施方式中，将所有的流通孔2的截面积设计为相同的截面积。各流通孔2的截面形状可以制成圆形、六角形等任意的形状。另外，蜂窝基材1可以利用堇青石等陶瓷、不锈钢来制造。

涂布装置10具有支撑蜂窝基材1的轴向的下端1b的支撑台11。支撑台11的内部为空腔，该具有空腔的支撑台11作为风箱12发挥作用。在支撑台11的上面11a，形成有与风箱12的空腔连通的圆形的开口11b。在开口11b，安装有例如图3所示的圆环状的网3(网状构件)、或图4所示的圆环状的板4(板状构件)等阻挡体5(气流抑制机构)。此外，为了从该阻挡体5向图示上方隔开间隔地配置蜂窝基材1，在阻挡体5与蜂窝基材1的下端1b之间配置圆环板状的隔离件6(调节机构)。即，通过改变隔离件6的厚度，可以改变阻挡体5与蜂窝基材1的下端1b之间的距离。

涂布装置10还具备对风箱12的空腔抽真空的鼓风机7(气流发生机构)。本实施方式中，作为气流发生机构使用了鼓风机7，然而也可以通过从蜂窝基材1的上端1a侧向多个流通孔2送入压缩空气来产生流过多个流通孔2的气流。

如果在夹隔着隔离件6将蜂窝基材1安置于支撑台11的状态下使鼓风机7运转，风箱12的空腔被抽吸而在开口11b产生负压，产生从蜂窝基材1的上端1a朝向下端1b通过多个流通孔2的气流。此时，如果经由安装于蜂窝基材1的上端1a的漏斗状的供给架8(供给机构)供给浆料，则浆料被从蜂窝基材1的上端1a侧抽吸到多个流通孔2中，在各流通孔2的内面涂布浆料。

浆料的供给量被设定为如下的量，即，在将经由供给架8一次性供给的浆料的全部量涂布于蜂窝基材1的流通孔2的状态下，浆料到达多个流通孔2的全长的中途的量。也就是说，根据本实施方式的涂布装置10，浆料不会从蜂窝基材1的下端1b流出，阻挡体5不会被浆料润湿。因此，基本上没有浆料的浪费，相应地可以使成本便宜。

隔离件6具有与蜂窝基材1的外径大致相同直径的圆形的开口6a。另外，支撑台11也具有与蜂窝基材1的外径大致相同直径的圆形的开口11b。因此，如果在支撑台11的开口11b没有安装阻挡体5的状态下使鼓风机7运转，流过蜂窝基材1的全部流通孔2的气流的速度就会相同，浆料向全部流通孔2的涂布幅度会大致相同。需要说明的是，此处所说的浆料的涂布幅度是从蜂窝基材1的上端1a到浆料到达的位置的距离。

与之相对，如果像本实施方式那样，在支撑台11的开口11b安装有圆环状的阻挡体5的状态(图1的状态)下使鼓风机7运转而供给浆料，向位于蜂窝基材1的径向的外侧的外周区域2b的流通孔2(第一流通孔)抽吸浆料的抽吸力就会比向位于靠近蜂窝基材1的径向的中心的中央区域2a的流通孔2(第二流通孔)抽吸浆料的抽吸力弱。其结果是，在浆料向位于蜂窝基材1的中央区域2a的流通孔2的涂布幅度与浆料向位于外周区域2b的流通孔2的涂布幅度之间产生差别。

即，阻挡体5具有直径小于蜂窝基材1的外径的开口5a，与位于蜂窝基材1的径向的外侧、即外周区域2b的流通孔2(第一流通孔)相对。于是，阻挡体5的开口5a与位于蜂窝基材1的径向的内侧、即中央区域2a的流通孔2(第二流通孔)相对。其结果是，流过与阻挡体5相对的外周区域2b的流通孔2的气流的速度比中央区域2a的流通孔2慢，浆料的涂布幅度在外周区域2b比中央区域2a短。

本申请发明人们为了将该涂布幅度差(蜂窝基材1的外周区域2b与中央区域2a中的浆料的涂布幅度的差别)控制为所期望的值，测定了对阻挡体5的种类(网3或板4)及隔离件6的厚度(蜂窝基材1与阻挡体5之间的距离)进行各种改变时的涂布幅度差，考察了阻挡体5的种类和隔离件6的厚度对涂布幅度差造成的影响。将此时的阻挡体5的种类与隔离件6的厚度的组合例表示于图5中。另外，将此时的涂布幅度差的测定结果表示于图6中。

需要说明的是，其他的测定条件如下所示地设定。

·蜂窝基材1的外径：103mm

·阻挡体5的外径：103mm、开口5a的内径：60mm

·网3的网眼的大小：250目

·浆料的固含量：30％、粘度：0.4s－1…4000mPa·s、涂布量：250g

·鼓风机7的抽吸时间：5sec、风速：40m/s

而且，利用鼓风机7产生的气流的风速是在投入浆料前的状态下测量的值。

在以上的条件下，将浆料涂布于蜂窝基材1并使之干燥后，将蜂窝基材1沿着长度方向(第一方向)在中央切断，实际测定出浆料的涂布幅度差。

其结果是，如图6所示，可知在作为阻挡体5设置板4的情况和设置网3的情况这两种情况下，如果减小蜂窝基材1的下端1b与阻挡体5之间的距离(间隙)(即隔离件6的厚度)，则显示出涂布幅度差变大的趋势，如果增大两者的距离，则显示出涂布幅度差变小的趋势。可以认为这是因为，通过使阻挡体5靠近蜂窝基材1，在与阻挡体5相对的外周区域2b的流通孔2的出口处气流的流动变差。

换言之，可知通过改变蜂窝基材1的下端1b与阻挡体5之间的距离，即隔离件6的厚度，可以控制涂布幅度差。即，该情况下，对于不受阻挡体5的影响的与开口5a相对的中央区域2a的流通孔2，浆料的涂布幅度不会随着隔离件6的厚度而变化，仅外周区域2b的流通孔2中的涂布幅度根据隔离件6的厚度而变化。然而也可知，如果使阻挡体5与蜂窝基材1间隔30mm以上，则与不设置阻挡体5的情况相比基本上没有改变。

另外，在作为阻挡体5使用网3的情况下也可以不使用隔离件6而使网3与蜂窝基材1接触地配置，然而在使用板4的情况下需要使之与蜂窝基材1的下端1b隔开间隔。然而，即使在使用网3的情况下，也不优选与蜂窝基材1的下端接触地配置。

即，如果使网3与蜂窝基材1的下端1b接触，则蜂窝基材1可能会破裂或缺损。为了防止蜂窝基材1的破损，也可以考虑减慢安置蜂窝基材1时与网3接触的速度(使之缓慢地接触)的方法，然而导致生产节拍时间变长，生产率降低。另外，还可以考虑使网3的原材料比蜂窝基材1柔软的方法，然而网3的刚性降低而变得容易变形，有可能不会作为阻挡体5令人满意地发挥作用。

因此，本实施方式中，将阻挡体5(即使是网3)至少与蜂窝基材1的下端1b隔开间隔地配置。如上所述，为了形成涂布幅度差，使蜂窝基材1的下端1b到阻挡体5的距离大于0mm且小于30mm即可，然而实际上，如果该距离大于15mm，则涂布幅度差为10mm以下，因此优选使阻挡体5不与蜂窝基材1接触，且两者的距离为20mm以内。

另外，如图6所示，可知在作为阻挡体5使用了网3的情况和使用了板4的情况下，如果隔离件6的厚度相同，则使用了板4的情况与使用了网3的情况相比涂布幅度差变大。可以认为这是因为，网3可以使气流通过，而板4不能使气流通过。即可知，在意图形成较大的涂布幅度差的情况下，有效的做法是作为阻挡体5使用板4。例如，在如图6所示使板4与蜂窝基材1的下端1b隔开1.8mm地配置的例子中，涂布幅度差最大，抑制气流的流动的效果最大地表现出来。将此时的蜂窝基材1的实际的涂布形状表示于图7中。

另一方面，如图6所示，可知在使网眼较粗的200目的网3与蜂窝基材1的下端1b接触地配置的例子中，涂布幅度差小于5mm，基本上未作为阻挡体5发挥作用。即，如果网3不是网眼小于200目的网，则基本上不会作为阻挡体5发挥作用。

根据以上的结果可知，为了控制涂布幅度差，只要恰当地选择阻挡体5的种类(也包括网的网眼)、恰当地设定隔离件6的厚度即可。另外，浆料向蜂窝基材1的涂布形状当然可以通过变更阻挡体5的形状及与蜂窝基材1的轴向正交的面方向上的阻挡体5的配置位置而任意地变更。

以下，考察对涂布幅度差造成影响的其他条件。对涂布幅度差造成影响的参数除了上述的阻挡体5与蜂窝基材1之间的间隙、阻挡体5的种类以外，还有阻挡体5(板4’)的开口率、蜂窝基材1的流通孔2的直径、鼓风机7的抽吸风速、抽吸时间、浆料的粘度、浆料的涂布量等。

模拟了基本条件如下的情况：将具有直径103mm、轴向的长度83mm的外径的蜂窝基材1安置于涂布装置10中，使具有多个开口孔(0.8mmφ)的板4’(未图示)与蜂窝基材1的下端1b间隔3mm地配置，供给粘度130mPas的浆料180g，以抽吸风速40m/s、抽吸时间3sec使鼓风机7运转。而且，板4’的开口率(开口孔的总面积相对于不含开口5a的板4’的面积的比)设为30％。该基本条件下涂布浆料时的涂布幅度差的模拟结果为13.6mm。

此后，逐个地变更上述的各参数而考察了涂布幅度差的变化。将其结果表示于图8～图14中。

如图8所示，如果减小板4’的开口率(即，减少开口孔的数目)，则通过板4’的开口孔的气流变少，涂布幅度差变大。相反，如果增大板4’的开口率，则通过板4’的开口孔的气流变多，涂布幅度差变小。另外可知，如果减小板4’的开口率而减少通过开口孔的气流的流动，则浆料向蜂窝基材1的中央区域2a的流通孔2的涂布部与浆料向外周区域2b的流通孔2的涂布部之间的阶梯形状变得陡峭，如果增大板4’的开口率而增多通过开口孔的气流的流动，则上述的阶梯形状变得平缓。

如图9所示，即使使板4’的开口孔的直径变化(开口率恒定)，在涂布幅度差方面也基本上不会显现出变化。

如图10所示，如果减小蜂窝基材1的下端1b与板4’之间的间隙，则与板4’相对的流通孔2的气流的流动变差，涂布幅度差变大。相反，如果增大蜂窝基材1的下端1b与板4’之间的间隙，则空气容易流过与板4’相对的流通孔2，涂布幅度差变小。另外可知，如果减小板4’相对于蜂窝基材1的间隙，则浆料向蜂窝基材1的中央区域2a的流通孔2的涂布部与浆料向外周区域2b的流通孔2的涂布部之间的阶梯形状变得陡峭，如果增大板4’相对于蜂窝基材1的间隙，则上述的阶梯形状变得平缓。

如图11所示，如果减慢鼓风机7的抽吸风速，则流过与板4’的开口5a相对的流通孔2的气流也变慢，涂布幅度差变小。相反，如果加快鼓风机7的抽吸风速，则流过与板4’的开口5a相对的流通孔2的气流也变快，涂布幅度差变大。另外可知，如果减慢鼓风机7的抽吸风速，则浆料向蜂窝基材1的中央区域2a的流通孔2的涂布部与浆料向外周区域2b的流通孔2的涂布部之间的阶梯形状变得平缓，如果加快鼓风机7的抽吸风速，则上述的阶梯形状变得陡峭。

如图12所示，如果缩短鼓风机7的抽吸时间，则产生的气流的量(风量)也变化，涂布幅度差变小。相反，如果延长鼓风机7的抽吸时间，则产生的气流的量(风量)也变化，涂布幅度差变大。

如图13所示，如果降低浆料的粘度，则浆料容易流过与板4的开口5a相对的流通孔2，涂布幅度差变大。相反，如果提高浆料的粘度，则浆料流过与板4的开口5a相对的流通孔2的速度变慢，涂布幅度差变小。

如图14所示，在使浆料的供给量变化的情况下，在涂布幅度差方面基本上不会显现出变化。

如上所述，根据本实施方式，在将涂布装置10的上述的各种参数设定为恰当的值后，例如通过仅调整隔离件6的厚度，就可以将蜂窝基材1的中央区域2a与外周区域2b中的流通孔2的涂布幅度差控制为所期望的值。由此，利用简单的构成，就可以廉价地制造品质良好且性能高的整体型催化剂。

上述的实施方式中，由于具有通过蜂窝基材1的外周区域2b的流通孔2的气流比通过中央区域2a的流通孔2a的气流慢的性质，因此使浆料向外周区域2b的流通孔2的涂布幅度比中央区域2a小。然而，有效的做法是，优选使通过外周区域2b的流通孔2的气流的速度与通过中央区域2a的流通孔2的气流的速度相同。因此，可以考虑使外周区域2b的流通孔2的直径大于中央区域2a的流通孔2的直径的方法。

近年来，不断开发出使蜂窝基材1的外周区域2b的流通孔2的直径大于中央区域2a的流通孔2的直径的整体型催化剂。

图15表示出使位于中央区域2a的流通孔22的直径较小、使包围该流通孔22的外侧的外周区域2b的流通孔24的直径较大的蜂窝基材21的一例。该蜂窝基材21除了使中央区域2a的流通孔22与外周区域2b的流通孔24的直径不同以外，具有与上述的蜂窝基材1相同的结构及相同的尺寸。具体而言，对于中央区域2a的流通孔22，在1英寸见方中设有600个，对于外周区域2b的流通孔24，在1英寸见方中设有400个。

这样，如果使外周区域2b的流通孔24的直径大于中央区域2a的流通孔22的直径，则外周区域2b的流通孔24中气流容易流动，可以使流过中央区域2a的流通孔22的气流的速度与流过外周区域2b的流通孔24的气流的速度为大致相同的速度。

然而，如果将该蜂窝基材21安置于涂布装置10中，不使用阻挡体5，使全部的流通孔22、24中产生气流而供给浆料，则与中央区域2a的流通孔22相比，外周区域2b的流通孔24的浆料的流动变得更好。由此，如图16所示，与中央区域2a的流通孔22中的浆料的涂布幅度相比，外周区域2b的流通孔24中的浆料的涂布幅度更大。

与此相对，如果将图15的蜂窝基材21安置于涂布装置10中，将阻挡体5安装于装置中而供给浆料，使鼓风机7运转而进行抽吸，则如图17所示，可以使位于中央区域2a的流通孔22中的浆料的涂布幅度与位于外周区域2b的流通孔24中的浆料的涂布幅度为大致相同的长度。换言之，在将涂布装置10的上述的各种参数设定为恰当的值后，例如仅通过调节隔离件6的厚度，就可以使浆料的涂布幅度在中央区域2a和外周区域2b相同。本实施方式中，相对于中央区域2a的流通孔22的截面积将外周区域2b的流通孔24的截面积设计为约1.5倍而使浆料的涂布幅度在全部的流通孔22、24中相同，然而最佳的面积比根据阻挡体5的开口率、隔离件6的厚度而变化。

另外，作为其他的整体型催化剂，从蜂窝基材的轴向的两端涂布了不同种类(或相同种类)的浆料的催化剂正在得到普及。本实施方式的涂布装置10作为该种整体型催化剂的制造装置而言也有用。即，在制造这样的整体型催化剂的情况下，由于从蜂窝基材的一端侧涂布的浆料的涂布幅度与从另一端侧涂布的浆料的涂布幅度彼此相关，因此控制涂布幅度是有效的。

上述的实施方式并不限定本发明，而是给出一例，并非限定发明的范围。由此，上述的实施方式可以在不脱离发明的主旨的范围中进行各种变更。

例如，上述的实施方式中，对沿着浆料的供给方向与蜂窝基材的下游侧隔开间隔地设置网、板等阻挡体而使通过流通孔的气流的速度具有差别的情况进行了说明，然而并不限定于此，只要是可以在不与浆料接触的状态下抑制流通孔的气流的方法，则可以使用任何方法。另外，上述的实施方式中，对使圆环状的阻挡体与蜂窝基材相对的情况进行了说明，然而阻挡体的形状可以是任何的形状，只要设为与意图减小浆料的涂布幅度的流通孔相对的形状即可。

Claims (1)

1.一种涂布装置，是向具有轴向上贯通的多个流通孔的基材的所述多个流通孔的内面涂布含有催化物质的浆料的涂布装置，

该涂布装置具有：

供给机构，其从所述基材的与轴向正交的一端面向所述多个流通孔供给浆料；

气流发生机构，其产生从所述基材的所述一端面朝向另一端面流过所述多个流通孔的气流，使浆料涂布在所述多个流通孔的内面；和

环状构件，其从所述基材的所述另一端面隔开间隔地与该另一端面的外周区域相对而配置，且具有多个开口孔。

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