JP2001501705A - 特に排気ガス触媒用の断熱体付きハニカム体 - Google Patents

特に排気ガス触媒用の断熱体付きハニカム体

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、多数のハニカムと断熱体(43)とを備えたハニカム体に関し、その断熱体は互いに積層および/又は巻回された多数の絶縁板金層(4、34)を有し、これらの絶縁板金層がそれらに形成されたミクロパターン(5)によって相互に支持され、絶縁板金層(4、34)間に中間空間が存在する。ミクロパターン(5)は15〜250μmの高さを有している。このようにしてハニカム体は周囲に対し僅かしか熱損失を生じない。

Description

【発明の詳細な説明】 特に排気ガス触媒用の断熱体付きハニカム体 本発明は、特に自動車における触媒担体として使用される多数のハニカムを備 えたハニカム体に関する。ハニカムの壁に設けられた触媒材料から成る被覆層は 内燃機関からの排気ガスを変換することを可能にする。 国際特許出願公表第WO90/08249号明細書および同第WO96/09 892号明細書にはハニカム形状を規定するミクロパターンを備えたハニカム体 が記載されている。ハニカム体はハニカムを通って流れる排気ガスに影響を与え る追加的なミクロパターンを有している。 ハニカム壁は例えば金属から成っている。このようなハニカム壁を備えたハニ カム体の製造方法はろう付け工程を含んでいる。適当なろう付け方式は例えば国 際特許出願公表第WO89/07488号明細書で知られている。 ヨーロッパ特許第0229352号明細書から熱放射防護体を使用することが 知られている。この熱放射防護体は外被管の外側に配置されている一つあるいは 複数の板金層から成っている。その場合、外被管の内部におけるハニカム構造物 を形成する板金層と同じ板金層が使用されている。 特に自動車工業において排気ガス触媒の特性に課せられる要求はますます高ま っている。ますます厳しくなる排気ガス基準に関連して特に低温始動特性および 再始動特性は絶えず改善する必要がある。エンジンをその停止時間後に再起動す る際、触媒のハニカム体がなおできるだけ高い温度を有していることが重要であ る。国際特許出願公表第WO96/07021号明細書には、外被管の内外にそ れぞれ熱絶縁体を有する排気ガスを変換するための触媒が記載されている。この 絶縁体の例として空隙および絶縁マットが挙げられている。 上述の従来技術では絶縁作用は空気ないし固形絶縁材料で得られている。静止 空気は公知の固形絶縁材料より小さな熱伝導率を有するが、これは放射による熱 移送はきわめて僅かしか妨げない。これに対して国際特許出願公表第WO96/ 07021号明細書で提案されているような複数の板金層は熱放射をかなり阻止 する。しかしこの板金層層はそれらの接触個所に熱ブリッジを形成するので、熱 伝達によりかなりの熱移送が生ずるおそれがある。 本発明の課題はハニカム体を周囲への熱損失がごく僅かであるように改良する ことにある。 この課題は本発明によれば、請求項1に記載の特徴を有するハニカム体によっ て解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。 本発明に基づくハニカム体は、互いに積層および/又は巻回された多数の絶縁 板金層から成る断熱体を有し、それらの絶縁板金層がそれらに形成されたミクロ パターンによって絶縁板金層間に中間空間が存在するように相互に支持されてい ることを特徴としている。ミクロパターンはほぼ15〜250μmの高さを有し ている。従ってこのパターンはヨーロッパ特許第0229352号明細書から知 られている排気ガスで貫流されるハニカム状通路を形成するための構造物よりか なり低くなっている。この高さのミクロパターンは国際特許出願公表第WO96 /09892号明細書で知られているが、ここではハニカム状通路内において層 流で流れる排気ガスを混合するための構造が提案されている。しかし本発明に基 づくハニカム体では、そのような低いミクロパターンの特性は全く別の目的で利 用されている。その低い高さのために、多数の絶縁板金層を狭い空間内に上下に 重ね合わせることができ、これによって積層体を通しての熱放射に基づく熱移送 が著しく減少される。その減少率は近似的には絶縁板金層の枚数にのみ左右され るので、従来技術に比べて場所が節約されるか、あるいはより大きな絶縁作用が 得られる。 またより大きな積層密度も別の利点を生ずる。ミクロパターンを適当に形成す ることによって、例えばこのパターンが細長く先が尖ったリブを有するように形 成されることによって、それぞれ2つの絶縁板金層間の接触面積は著しく小さく される。これによって熱伝達に基づく熱移送も著しく減少できる。 特に多数のハニカムを備えたハニカム体を熱損失から有効に保護するために、 絶縁板金層がハニカムをできるだけ閉鎖して包囲すると有利である。排気ガス触 媒担体として使用するハニカム体では、勿論排気ガスの入口ないし出口用の開口 をあけておかなければならない。しかしこの本発明に基づく様式の断熱体は特に 有利な実施態様においてはハニカム体の周囲に存在する熱に敏感な物体を保護す るためにも使用される。この場合断熱体は、ハニカムから見て限られた立体角範 囲において断熱作用が得られるようにハニカムを一部しか包囲しない。 本発明に基づくハニカム体の有利な実施態様において、断熱体の絶縁板金層は 少なくとも部分的に互いに接合技術で結合、特にろう付けされている。その利点 は断熱体の機械的安定性が得られることにある。 有利な実施態様においてハニカムは金属ハニカム壁を有している。ハニカムに 隣接する絶縁板金層も金属である実施態様において、ハニカム相互のろう付けお よびハニカムと絶縁板金層とのろう付けは同じろう付け工程で同時に実施するこ とができる。 あるいはまたハニカム壁に対して別の材料、例えばセラミックスを利用するこ とあるいは種々の材料を組み合わせることもできる。特に有利な実施態様は、多 数のハニカムを備えた未焼結セラミックに絶縁板金層が設けられ、続いてそのセ ラミックが焼結されることによって得られる。その変形例において絶縁板金層は 未焼結セラミックにそのミクロパターンによってこのミクロパターンが未焼結セ ラミックに圧入されることにより固着する。 金属ハニカム壁の場合、その耐食性について厳しい要求が課せられている。適 当な方式で触媒作用材料が装備されている本発明に基づくハニカム体は、内燃機 関、特にガソリンエンジンの排気ガスを触媒変換するのに適している。そのよう なエンジンの排気ガス温度は代表的には800℃を越えている。この用途に対す るハニカム体は数千時間を越える運転時間にわたってこの温度における腐食過程 に耐えなければならない。これに対して断熱体にはこれと同じ要件は課せられな い。断熱体はハニカム壁のような高い温度には曝されない。絶縁作用が良好な場 合せいぜいハニカム壁に隣接する絶縁板金層しか同様の高い温度にはならない。 本発明に基づくハニカム体の有利な実施態様においては、特に断熱体がその中間 室へのあらゆるガス入口を閉ざされている場合、断熱体はまた腐食性ガスと接触 することもない。 他の実施態様においては、ハニカム体は外被管を有し、その管内室にハニカム が設けられている。このような態様は機械的安定性の理由からもまた製造技術的 な理由からも有利である。このようなハニカム体は種々の実施態様が考えられる 。その一つの実施態様においては上述の断熱体も管内室中に設けられる。別の実 施態様においてはその代わりにまたそれに加えて、断熱体が外被管の外側に設け られる。この場合、例えば特に厚く形成された最外側の絶縁板金層あるいは第2 の外部外被管が機械的損傷から保護する。金属外被管を備えた実施態様において 、断熱体と外被管との結合部が有利には少なくとも部分的にろう付けされている 。 他の実施態様においては、断熱体の絶縁板金層はスパイラル状に巻回された一 枚の帯状板金の一部となっている。特別な実施態様においては、断熱体は二枚の 帯状板金を有し、その少なくとも一枚にミクロパターンが形成されている。両帯 状板金はスパイラル状に巻回され、互いに絡み合わされている。このような巻回 は例えば両帯状板金がまず互いに重ねられ、そして一端が相互におよび/又はハ ニカム体の他の部分に例えば外被管に固定され、続いて巻回されることによって 作られる。他の実施態様においては三枚以上の帯状板金が使用される。スパイラ ル状の巻回は特にそれが特に容易に形成できるので有利である。あるいはまた無 端リング状の絶縁板金層も使用できる。その構成原理を維持した状態で特別な目 的のために、全く異なった形状の断熱体も考えられる。ハニカム体の外側の個々 の敏感な物体を熱放射から保護するために、例えばハニカム体の表面の限られた 部分に僅かに湾曲された絶縁板金層の積層体が配置される。 他の実施態様においては、ハニカムは少なくとも部分的に加熱可能にされる。 断熱体に基づいて加熱可能な部位は大きな熱損失なしに迅速に所望の運転温度に もたらされる。断熱体はエネルギー源、例えば自動車のバッテリを保護するのに 役立つ。 他の実施態様においては、断熱体の端面に多数の絶縁板金層の縁が位置してい る。このようなハニカム体の端面が例えば空気で洗流されると、中間空間を通る 空気流によって望ましくない冷却作用が生ずるおそれがある。有利な実施態様に おいては、絶縁板金層は片側端面あるいは両側端面の近くで少なくとも部分的に 互いに結合され、これにより中間空間と断熱体の周囲との間における空気流ある いは他のガス流の発生が防止または阻止される。例えば絶縁板金層は端面の近く で相互にろう付けされ、端面に詰め物が設けられるかあるいは端面に補助的な閉 鎖部材が設けられる。 断熱体の効率は、絶緑板金層間の中間空間がすべてあるいは部分的に空気をし ゃ断および真空引きされることによって高められる。総熱伝導率が減少するとと もに場合によっては断熱体への腐食性ガスの侵入も阻止される。 断熱体の内部における熱放射および/又はハニカム体から外部への放熱は、断 熱体の絶縁板金層の少なくとも一部特に少なくとも一つの外側の絶縁板金属が0 .1より小さな放射率を有する表面を備えることによって一層減少される。他の 実施態様においては、この絶縁板金層は全体が所望の放射特性を有する材料から 成り、さらに他の実施態様においては絶縁板金層の主要部分の材料とは異なった 材料から成る材料層がその表面上に設けられている。この層は例えば蒸着するこ とができる。 以下図面に示した実施例を参照して本発明に基づくハニカム体の他の特徴およ び利点を詳細に説明する。しかし本発明は図示された実施例に限定するものでは ない。各図において、 図1は巻回して形成された断熱体を備えた円筒状ハニカム体の斜視図、 図2は二つの外被管を備えたハニカム体の断面図、 図3は帯状板金から成る断熱体を備えたハニカム体、 図4は二枚の帯状板金から成る断熱体を備えたハニカム体、 図5はミクロパターンと非放射層とを備えた絶縁板金層の一部、 図6は絶縁板金層の両側面に交互に突出して互いに平行に延びているミクロパ ターンを備えた絶縁板金層、 図7は互いに交差しているミクロパターンを備えた絶縁板金層、 図8は端面縁に対して平行に延びているミクロパターンを備えた絶縁板金層、 図9はミクロパターンを備えたおよび絶縁板金層とミクロパターン無しの絶縁 板金層とから成る断熱体を備えたハニカム体の部分断面図、 図10は両側面がミクロパターン化された絶縁板金層を有する断熱体を備えた ハニカム体の部分断面図である。 図1には本発明に基づく有利な実施例のハニカム体1が示されている。そのコ アは平形板金層および波形板金層を重ね合わせて巻回して形成された多数のハニ カム2から成っている。ハニカムは両端面10を結ぶ通路を形成している。コア は円筒状外被管6で包囲され、この外被管は更に断熱体43で包囲されている。 断熱体43はこの実施例においては平形絶縁板金層4と両側面にミクロパターン 5を備えた絶縁板金層34とから成る積層絶縁板金層を有している。図1は両絶 縁板金層4、34がコアの周りに完全に巻回される直前の時点における状態を示 している。 図2は内部外被管6で包囲されている図1と同様のコア付きハニカム体を示し ている。内部外被管6の外側に設けられる断熱体3はコアの直径に比して図1に 示されている実施例よりも大きな厚さを有している。この断熱体3は第2の外部 外被管6で包囲されている。 図3には断熱体23の特殊な構造が示されている。断熱板金層24は、連続し てスパイラル状に巻回され内側面にミクロパターン5が隆起してしている一枚の 帯状板金11の部分である。この帯状板金11はその一端8が外被管6に結合さ れ、他端9がこの帯状板金自体の他の部分に固定されている。 図4は断熱体の別の構造を示している。この構造は図1に類似しているが、こ こでは帯状板金11のミクロパターン5は通路にほぼ平行に延びている。図1の 例ではミクロパターン5は通路に対してほぼ直角に延びている。断熱体33は図 3における断熱体23と異なって二枚の帯状板金11、12から成り、その一方 の帯状板金12は平形板金層であり、即ちミクロパターン5を持たない。 図5を参照して絶縁板金層14の二つの細部を説明する。絶縁板金層14はそ のミクロパターン5の部分においても他の部分とほぼ同じ厚さをしている。この ようなミクロパターンは例えば絶縁板金層14の刻印加工あるいは曲げ加工によ って作られる。ミクロパターンの別の形成方法は絶縁板金層上に別の材料を施す ことにある。絶縁板金層14は層状に構成されている。薄い非放射層15は絶縁 板金層層14の一方の側の表面全体を形成している。この層は基礎材料16で支 持されている。非放射層15は例えば基礎材料16上にめっきで施される。 図6はミクロパターン5が互いに平行に線状に延びる一群のリブを有している 絶縁板金層34を示している。これらのリブは絶縁板金層34の両側面に交互に 突出している。ミクロパターン5は絶縁板金層34の端面縁10に直角に突き当 たっている。 このような絶縁板金層34をこれと同じ形状の絶縁板金層と組み合わせること によって特に有利な構造の断熱体3が得られる。その場合互いに交差方向に延び るリブを備えた絶縁板金層が重ね合わされる。互いに交差して延びるリブはほぼ 点状の接触個所だけで平行なミクロパターン5の距離の二倍の間隔で接触する。 絶縁板金層34とその上下の絶縁板金層との接触個所は平行なミクロパターン5 の間隔があけられている。平行なミクロパターンの間隔の値は1〜20mmが好 ましく、好適には5〜15mmである。全般的には絶縁板金層34に対して垂直 に伝えられる熱はそれ故かなりの迂回を強いられる。この迂回および点状接触に 基づいて特に大きな断熱作用が得られる。 図7に示されているミクロパターン5付きの絶縁板金層44は互いに交差して 延びるリブによって機械的に特に安定している。この板金層は所望の曲げ半径に 関係して場合によっては所定の方向にしか曲げられずにハニカム体コアの周囲に 巻きつけられる。リブは絶縁板金層44の片側にしか突出していないので、この 絶縁板金層44は反対側面に同様にミクロパターンを有する絶縁板金層14、2 4、34が組み合わされると有利である。もしミクロパターン無し絶縁板金層と 組み合わされると、片側において望ましくない大面積の接触が生じてしまう。そ の場合特に形状、交差角度および/又はミクロパターンの間隔についてのミクロ パターンの全体形状が絶縁板金層44のそれと異なっている絶縁板金層14、2 4、34と組み合わせることが有利である。このようにして、絶縁板金層のミク ロパターンが他の絶縁板金層のミクロパターンと係合してかみ合ってしまうこと が防止される。図8は図7に示されている絶縁板金層と良好に組み合わせるのに 適したミクロパターン5を備えた絶縁板金層を示している。 図9および図10にはハニカム体コアおよび断熱体43、53の一部が部分断 面図で示されている。コアから断熱体43、53への移行は、ミクロパターン無 しの絶縁板金層4(図9)を介してないしはミクロパターン付きの絶縁板金層3 4(図10)を介して行われている。絶縁板金層4、34はそれぞれ異なった積 層順序をした積層体を形成している。図10においては全ての絶縁板金層34の 両側面がミクロパターン化されている。図9においてはミクロパターン付きの絶 縁板金層34はすぐ隣りの絶縁板金層として少なくとも一枚のミクロパターン無 しの絶緑板金層4を有している。 図1に示されている円筒状空間形状ないし他の図に示されている円形の横断面 は本発明に基づくハニカム体の形状に対する唯一のものではない。例えば別の形 状として円錐状の空間形状ないし横断面が多角形のものも考えられる。ミクロパ ターン化された絶縁板金層を備えた断熱体3、23、33、43、53はコア2 に対して図示の方式と異なって配置することもできる。断熱体は例えばハニカム 2を半分だけ包囲するか、あるいはまたその外側にハニカム2を置くこともでき る。 符号の説明 1 ハニカム体 2 ハニカム 3 断熱体 4 平形絶縁板金層 5 ミクロパターン 6 外被管 7 破損保護体としての絶縁板金層 8 帯状板金の始端 9 帯状板金の終端 10 端面 11 ミクロパターン付き帯状板金 12 ミクロパターン無し帯状板金 14 非放射層付き絶縁板金層 15 非放射層 16 基礎材料 23 一枚の帯状板金から成る断熱体 24 片側がミクロパターン化された絶縁板金層 33 二枚の帯状板金から成る断熱体 34 両側がミクロパターン化された絶縁板金層層 43 ミクロパターン付き帯状板金とミクロパターン無し帯状板金から成る断 熱体 44 片側に互いに交差するミクロパターンを備えた絶縁板金層 53 ミクロパターン化された帯状板金から成る断熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW 【要約の続き】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.多数のハニカムと断熱体とを備えたハニカム体において、断熱体(3、23 、33、43、53)が互いに積層および/又は巻回された多数の絶縁板金層( 4、7、14、24、34、44)を有し、これらの絶縁板金層(4、7、14 、24、34、44)がそれらに形成されたミクロパターン(5)によって絶縁 板金層(4、7、14、24、34、44)間に中間空間が生ずるように相互に 支持され、ミクロパターン(5)が15〜250μmの高さを有していることを 特徴とするハニカム体。 2.断熱体(3、23、33、43、53)がハニカム(2)を一部だけ包囲し ていることを特徴とする請求項1記載のハニカム体。 3.排気ガス、特に内燃機関、特にガソリンエンジンの排気ガスを触媒変換する ためのコンバータであることを特徴とする請求項1又は2記載のハニカム体。 4.絶縁板金層(4、7、14、24、34、44)が少なくとも部分的に互い に接合技術で結合、特にろう付けされていることを特徴とする請求項1ないし3 のいずれか1つに記載のハニカム体。 5.ハニカム(2)が金属ハニカム壁を有していることを特徴とする請求項1な いし4のいずれか1つに記載のハニカム体。 6.金属ハニカム壁が少なくとも部分的に互いに接合技術で結合され特にろう付 けされていることを特徴とする請求項5記載のハニカム体。 7.金属ハニカム壁の材料および絶縁板金層(4、7、14、24、34、44 )の材料が互いに異なり、特に前者の材料が800℃以上の温度で耐食性を有し 、後者の材料が弱い耐食性を有していることを特徴とする請求項5又は6記 載のハニカム体。 8.ハニカム壁の一部が少なくとも一つの絶縁板金層(4、7、14、24、3 4、44)に接合技術で結合、特にろう付けされていることを特徴とする請求項 5ないし7のいずれか1つに記載のハニカム体。 9.外被管(6)を有し、この外被管の管内室にハニカム(2)が設けられてい ることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載のハニカム体。 10.外被管(6)を有し、断熱体(3、23、33、43、53)がこの外被 管(6)の外側に設けられていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか 1つに記載のハニカム体。 11.最も外側の絶縁板金層(7)がその内側にある絶縁板金層(4、14、2 4、34、44)より厚くされていることを特徴とする請求項1ないし10のい ずれか1つに記載のハニカム体。 12.外被管(6)を有し、この外被管の管内室に断熱体(3、23、33、4 3、53)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1 つに記載のハニカム体。 13.絶縁板金層(4、14、24、34、44)がスパイラル状に巻回された 一枚の帯状板金(11、12)の一部であることを特徴とする請求項1ないし1 2のいずれか1つに記載のハニカム体。 14.断熱体(33)が二枚の帯状板金(11、12)を有し、その少なくとも 一枚にミクロパターン(5)が形成され、両帯状板金(11、12)がスパイラ ル状に巻回され絡み合わされていることを特徴とする請求項13記載のハニカム 体。 15.ハニカム(2)が少なくとも一部に加熱可能な壁を有していることを特徴 とする請求項1ないし14のいずれか1つに記載のハニカム体。 16.断熱体(3、23、33、43、53)の端面(10)に多数の絶縁板金 層(4、7、14、24、34、44)の縁が位置し、絶縁板金層(4、7、1 4、24、34、44)がその端面(10)の近くで少なくとも部分的に互いに 接続され、絶縁板金層間の中間空間と断熱体(3、23、33、43、53)の 周囲との間における空気流が防止または阻止されていることを特徴とする請求項 1ないし15のいずれか1つに記載のハニカム体。 17.中間空間のすべてあるいは一部が空気をしゃ断および真空引きされている ことを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1つに記載のハニカム体。 18.絶縁板金層(4、7、14、24、34、44)の少なくとも一部特に少 なくとも断熱体(3、23、33、43、53)の外側にある絶縁板金層(4、 7、14、24、34、44)が熱放射に対して0.1より小さな放射率を有し ていることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載のハニカム体 。 19.絶縁板金層(14)の表面にこの絶縁板金層(16)と異なった材料から 成る非放射材料層(15)が設けられていることを特徴とする請求項18記載の ハニカム体。 20.少なくとも一つ、好適にはすべてのミクロパターン(5)付き絶縁板金層 (14、24、34、44)においてミクロパターン(5)が互いに平行に延び る少なくとも一群のリブを有していることを特徴とする請求項1ないし19のい ずれか1つに記載のハニカム体。 21.各群のミクロパターン(5)が1〜20mm、特に5〜15mmの相互間 隔を有していることを特徴とする請求項20記載のハニカム体。 22.ミクロパターン(5)が互いに交差して延びる二つの群のリブを有してい ることを特徴とする請求項20又は21記載のハニカム体。 23.少なくとも一つの共通の中間空間を有する少なくとも一対の絶縁板金層( 4、7、14、24、34、44)を備えたハニカム体において、一対の絶縁板 金層がそれぞれその一群のリブによって相互に支持され、それらのリブが互いに 交差方向に延びていることを特徴とする請求項20又は21記載のハニカム体。
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