JP2001038224A - メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セル内部に形成される境界層を薄くし、排気
ガス分子の拡散行程を短距離にして浄化効率を上げる。 【解決手段】 平箔１と波箔２とを重ね合わせて巻いて
一体的なハニカム構造としたメタル担体であって、ハニ
カム構造におけるガスの流通方向の中間部に、平箔１お
よび波箔２とによって構成されるセル３どうしが互いに
連通する連通部４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの排気
系に設けられて排気ガスの浄化に用いられるメタル担体
に係り、特に、排気ガスの浄化効率を向上させる技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排気ガスの浄化用触媒として、白
金やロジウム、パラジウムなどを含む触媒でコーティン
グした金属製のハニカム構造からなるメタル担体を、外
筒に挿入し固定したメタル担体触媒コンバータが知られ
ている。メタル担体は、セラミックス製のものと比較し
てハニカム構造の板厚が薄いため、機関の始動後に触媒
活性化温度に達するまでの時間が短く、また、排気抵抗
が少ないという特性を有している。したがって、排気ガ
スの浄化能力が高いとともにエンジンの効率化が図れる
ため、近年その適用が拡大しつつある。

【０００３】ここで、メタル担体は、耐熱性金属からな
る平箔とそれを波付け加工した波箔とを重ね合わせると
ともに、これを巻いて円筒状ないし円柱状にし、この状
態であるいは外筒に挿入後、平箔および波箔どうしをろ
う付けや溶接などによって接合して製造される。そし
て、メタル担体内では、排気ガスが平箔と波箔とで形成
されたセル内を通過する際に、ガスの位置が流れと直交
する方向で入れ替わるガス交換によって触媒と接触し、
これにより排気ガスが反応を起こして浄化が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排気ガスが
セル内を通過する際の流速は、メタル担体内では一様で
はない。すなわち、排気ガスの流速はセルの表面に近い
部分ほど低下し、セルの表面近傍には流速が初速の１／
１００以下になる境界層と呼ばれる領域が生じる。こ
の、境界層が生じると上述したガス交換が妨げられ、排
気ガス分子は専ら拡散によって境界層を通過し、触媒に
達して反応するという緩慢な反応系が生じることにな
る。このため、浄化される排気ガスの量が少なくなり、
メタル担体の機能が充分に発揮されないという問題があ
る。よって、本発明は、セル内部での境界層の厚さを薄
くし、浄化効率を向上させることができるメタル担体を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のメタル担体は、
平箔と波箔とを重ね合わせて巻いて一体的なハニカム構
造としたメタル担体において、ハニカム構造におけるガ
スの流通方向の中間部に、平箔および波箔とによって構
成されるセルどうしが互いに連通する連通部を設けたこ
とを特徴としている。

【０００６】上記構成のメタル担体にあっては、隣接す
るセルから連通部に出た排気ガスどうしが混じり合って
流れが乱流となり、その乱流の状態で下流側のセルに流
入する。このため、下流側のセルの入口付近では乱流が
ある程度維持され、上述の境界層が乱されてその厚さが
薄くなる。したがって、排気ガスの分子が拡散移動する
距離が短く、浄化効率を向上させることができる。ま
た、一体的なハニカム構造を採用しているため、構造が
シンプルになるとともに、外筒への挿入や固定といった
組立作業が簡単になるという利点もある。さらに、連通
部も平箔や波箔で覆われているため、連通部での浄化機
能の低下を抑制することができる。

【０００７】ここで、連通部を挟んで上流側のセルの中
心と下流側のセルの中心とを互いにずらすことが望まし
い。このように構成することにより、連通部よりも下流
側のセル内で効果的に乱流を生じさせることができ、境
界層の薄い部分を多く生成することができる。

【０００８】以上のようなメタル担体は、平箔の両側に
平箔よりも幅の狭い波箔を重ね合わせ、これを巻くこと
によって製造することができる。こうして製造されたメ
タル担体は、ハニカム構造のガス流通方向中間部に波箔
が存在しない連通部を有する。そして、セルから連通部
へ出た排気ガスは、波箔による円周方向への拘束が無い
ため他のセルから出た排気ガスと混じり合い、乱流とな
って下流側のセルへ流入する。あるいは、波箔の両側に
波箔よりも幅の狭い平箔を重ね合わせ、これを巻くこと
によっても製造することができる。こうして製造された
メタル担体は、ハニカム構造のガス流通方向中間部に平
箔が存在しない連通部を有する。そして、セルから連通
部へ出た排気ガスは、半径方向に隣接するセルおよび円
周方向の他のセルから出た排気ガスと混じり合い、乱流
となって下流側のセルに流入する。

【０００９】平箔と波箔は複数段に重ね合わせることが
できる。たとえば、同じ幅の平箔と波箔とを１層または
２層以上重ね合わせ、この積層構造の両側に幅の狭い平
箔および波箔を２層以上重ね合わせる。そして、これを
巻くことにより、連通部が半径方向で多段に形成された
メタル担体を構成することができる。なお、連通部は、
排気ガスの流通方向の複数箇所に設けるとさらに効果的
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】１．第１実施形態 以下、図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態を説
明する。図１において符号１は平箔、２は波箔である。
図１および図２に示すように、平箔１の両側には波箔
２，２が重ね合わせられる。そして、これらを一端から
巻いて平箔１の他端を溶接等で固定することにより、図
３に示すメタル担体が構成される。このメタル担体は、
平箔１と波箔２とで構成された複数のセル３からなるハ
ニカム構造を有するとともに、ガス流通方向中間部に波
箔２の無い連通部４を有している。

【００１１】上記構成のメタル担体では、セル３から連
通部４へ出た排気ガスは、円周方向の拘束が無いため混
じり合って乱流となり、この排気ガスが連通部４から下
流側のセル３に流入すると乱流がある程度維持される。
図５は排気ガスの流れの境界層を説明するための図であ
る。従来のメタル担体では、図５（Ａ）に示すように、
セル３の入口から境界層５が徐々に厚くなって一定の厚
さとなるが、この実施形態では、連通部４によって排気
ガスの乱流が生じるから、下流側のセル３の入口からし
ばらく入った部分の境界層５の厚さも薄くなる。このた
め、境界層５の薄い部分では排気ガス分子の拡散の行程
が短く、触媒との接触が迅速に行われるので、浄化効率
を向上させることができる。また、このメタル担体で
は、一体的なハニカム構造であるため、構造がシンプル
になるとともに、外筒への挿入や固定といった組立作業
が簡単になるという利点もある。さらに、連通部４も平
箔１で覆われているため、連通部４での浄化機能の低下
を抑制することができる。なお、この第１実施形態では
連通部４を排気ガスの流通方向中間部の１箇所にのみ設
けているが、連通部４を複数箇所に設けることにより浄
化効率をさらに向上させることができる。

【００１２】２．第２実施形態 図６および図７は本発明の第２実施形態を示すものであ
る。この実施形態は、２つの波箔２，２の波の位相をず
らせたものである。そして、平箔１および波箔２を一端
から巻くことにより、図３に示すものと同等のハニカム
構造を有するメタル担体が構成される。このようなメタ
ル担体では、上流側のセルから連通部に出た排気ガス
は、下流側のセルに分断されるから、下流側のセルに流
入した排気ガスは効果的に乱流となる。したがって、境
界層の厚さをさらに薄くして排気ガスの浄化効率を一層
向上させることができる。

【００１３】３．第３実施形態 図８および図９は本発明の第３実施形態を示すものであ
る。このメタル担体では、図８に示すように、まず、平
箔１０の上にこれと同一の幅をもった波箔２０が重ね合
わせられている。さらに、波箔２０の上には同じ平箔１
０と波箔２０が重ね合わせられている。最も上の波箔２
０の両側には、これよりも幅の狭い平箔１１が重ね合わ
せられ、この平箔１１の上には、これと同じ幅の波箔２
１が重ね合わせられている。さらに、この波箔２１の上
には、平箔１１と波箔２１とが重ね合わせられ、これら
を巻いて第３実施形態のメタル担体が構成される。

【００１４】このメタル担体では、図９に示すように、
ガス流通方向中間部に、半径方向に隣接する２つのセル
の波箔および平箔が存在しない連通部４０が形成されて
いる。このため、半径方向に隣接するセルどうしの間で
図９中矢印で示すようなガス交換が行われる。すなわ
ち、上流側の３段のセルから連通部４０に出た排気ガス
は、上下に入れ替わるガス交換を行って下流側の３段の
セルに流入する。したがって、排気ガスのより激しい乱
流を生じさせることができ、境界層をさらに薄くして排
気ガスの浄化効率を一層向上させることができる。

【００１５】なお、この実施形態では、連通部４０にお
ける平箔および波箔を半径方向の２段に亘って抜くこと
により、３段のセルどうしでガス交換を行うようにした
が、図９の符号１１ａで示す平箔を幅の広い平箔１０と
することにより、２段のセルどうしでガス交換を行うよ
うにすることもできる。あるいは、連通部４０における
平箔および波箔をもっと多段に亘って抜くこともでき
る。ただし、連通部での排気ガスの浄化機能の低下を抑
制するためには、本実施形態よりも１段多い３段程度が
限界と考えられる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ハニカム構造におけるガスの流通方向の中間部に、平箔
および波箔とによって構成されるセルどうしが互いに連
通する連通部を設けているから、境界層の厚さを薄くし
て排気ガスの浄化効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態のメタル担体の製造過
程を説明するための斜視図である。

【図２】 第１実施形態のメタル担体の製造過程を説明
するための斜視図である。

【図３】 （Ａ）は第１実施形態のメタル担体の全体を
示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図４】 図３（Ａ）に示すメタル担体の一部を示す縦
断面図である。

【図５】 （Ａ）は従来のメタル担体における境界層を
示す断面図であり、（Ｂ）は本発明における境界層を示
す断面図である。

【図６】 本発明の第２実施形態のメタル担体の巻く前
の状態を示す斜視図である。

【図７】 図６の矢印VII方向矢視である。

【図８】 本発明の第３実施形態のメタル担体の巻く前
の状態を示す斜視図である。

【図９】 第３実施形態のメタル担体の一部を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１…平箔、２…波箔、３…セル、４…連通部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 BA01 BA39 CA27 GA08 GA17 GA18 GA24 GB01X HA46 4D048 AA06 BA39X BA39Y BB02 4G069 AA08 BA17 CA03 CA13 CA14 EA21 EA24

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平箔と波箔とを重ね合わせて巻いて一体
   的なハニカム構造としたメタル担体において、上記ハニ
   カム構造におけるガスの流通方向の中間部に、上記平箔
   および上記波箔とによって構成されるセルどうしが互い
   に連通する連通部を設けたことを特徴とするメタル担
   体。
2. 【請求項２】 前記連通部を挟んで上流側のセルの中心
   と下流側のセルの中心とを互いにずらしたことを特徴と
   する請求項１に記載のメタル担体。