JP3213508B2

JP3213508B2 - 電気加熱式触媒装置用メタル担体

Info

Publication number: JP3213508B2
Application number: JP10924395A
Authority: JP
Inventors: 克憲松岡
Original assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Current assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JPH08299804A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガス浄化
装置に用いられるハニカム体をなす触媒装置用メタル担
体に関し、特に消費電力の少ない小形の電気加熱式触媒
装置用メタル担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒装置用メタル担体は、薄い金属の平板と波板の間にろ
う材を介在させて、平板と波板を重ねて中心からロール
状に巻き込んでハニカム体を形成し、高真空炉を使用し
てろう材を溶融させ、板材の接触部分において接合を行
っていた。ろう材にはＮｉ基ろう材を用い、かつ平板と
波板にはフェライト系ステンレス材料が使用されてい
た。そのようにして形成されたハニカム体を金属製外筒
内に収容したものが触媒装置用メタル担体として知られ
ている（例えば特開昭６５−４３７３号公報）。

【０００３】ハニカム体のハニカム通路表面には触媒担
持層が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担持さ
れて排気ガス浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の
排気通路に配設されて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ
などを浄化する。なお限られた容積中にできるだけ多く
のハニカム通路面積を確保する必要から、平板および波
板の厚さは強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くな
っている。また触媒担持層に担持された貴金属触媒は、
ある程度の高温環境下で触媒反応が促進されるので、触
媒装置はできるだけ高温の排気ガスに曝されるように内
燃機関の排気弁の近くに設けられている。

【０００４】また、ハニカム体を通過する排気ガスの流
速がハニカム体の外層部より内層部に至るほど大きく、
したがってハニカム体では高温の排気ガスとの接触、触
媒反応による発熱および外筒からの熱放散により、内層
部ほど高温で外層部ほど低温となる温度分布を生じる。
この温度分布により、温度の高いハニカム体の内層部の
膨張・収縮量が、温度の低い外層部の膨張・収縮量より
大となるため、内層部と外層部との間に熱応力が発生す
る。この熱応力は、ハニカム体の膨張・収縮の度に繰り
返されるが、従来の触媒装置用メタル担体においては、
全ての平板材と波板材とがろう材を介して一体にろう付
けされているため熱応力を逃がすことができず、長期間
の使用により平板材と波板材との接合箇所が破断すると
いう欠点がある。

【０００５】この欠点を除くために、ハニカム体の外側
から２層以上の範囲において平板材を２枚重ねとし、そ
の２枚の間は接合せず単に重ねられて、その２枚の平板
材同志が互いに自由に滑って熱応力を緩和するようにな
っている所謂平板二重構造のハニカム体をなすメタル担
体が開示されているが、実際には２枚の平板材の間は密
着しているので、ハニカム体をろう付けする際の加熱に
よって、２枚の平板材の間は固相拡散によるメタルタッ
チが生じてある程度固定されるほか、２枚の平板材の間
は接触面積が大きいため相互移動に対する抵抗が大であ
って、自由な動きが制約されるという欠点があるので、
この欠点を除くため、帯状をなす薄い金属板を折曲げて
連続的な波形の凹凸を形成した第２の波板材が、２枚重
ねられた平板材の間において、接合されることなく配設
されて、熱応力の緩和が行われるメタル担体が開示され
ている。

【０００６】しかしながら、このような触媒装置用メタ
ル担体においては、内燃機関の始動時には排気ガスの温
度が低いため触媒反応が充分に行われず、そのため排気
ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどを浄化する能力が不充
分となる。この欠点を除くため種々の電気加熱式触媒装
置用メタル担体が開示されている。上述の平板二重構造
の電気加熱式メタル担体においては、前述の第２の波板
材の表面に酸化アルミニウムなどの被膜層を施して絶縁
用波板を形成し、ハニカム体のロール状に巻き回された
層の間を電気的に絶縁し、またハニカム体の巻き始めと
巻き終りの板材の端部にそれぞれ電源と接続するための
電極を設けている。

【０００７】上述したようなハニカム体全体を電気加熱
する電気加熱式メタル担体においては、同じ外径の場合
に軸方向寸法が短い方が、同じ消費電力を使用しても所
要温度までの加熱時間は短くなる。したがって、容量が
小さくより少ない消費電力で有効な電気加熱を行わんと
する電気加熱式メタル担体では、図８に示すように、メ
タル担体６０の中のハニカム体を２分割して、電気加熱
するのに適当な容量の第１のメタル担体６１と、加熱部
分を含まない主要なメタル担体を形成する第２のメタル
担体６２とを直列に配設したものが開示されている。

【０００８】しかしながら、上述したようなハニカム体
全体を加熱する電気加熱式メタル担体においては、その
容量や使用目的に応じて電気抵抗値を変化させる必要が
あるので、通常は平板材の枚数、板材の厚さ、波板材の
波高又は形状などを調整することによって対応してい
る。

【０００９】特にオートバイ等に用いられる５００ワッ
ト以下の小形で消費電力の少ない電気加熱式触媒装置用
メタル担体においては、その対策として平板材の数を２
枚に減らしたり、細かいセル数の採用や担体の外径増に
より板材の全長を長くしたり、板材の厚さを減らし又は
担体の軸方向長さを短縮するなどの方法により、担体の
電気抵抗値を変えて消費電力を少なくするような試みが
行われている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した小形で消費電
力の少ない電気加熱式メタル担体の容量調整の方法に
は、それぞれ次のような欠点がある。すなわち平板材の
数は１枚の増減によって消費電力で１００ワット単位、
小径の場合には５００〜１０００ワット単位で変化し、
かつ２枚以下に減らすことができないため客先の要求に
対応できず、セル数や担体の外径寸法は客先の指示する
仕様によって決まり、板材の厚さには耐久性の点から限
界がある。したがって軸方向長さを短縮することが唯一
の対応策となるが、この場合例えば消費電力を４００ワ
ット、担体の外径寸法を７０ｍｍに指定したときには、
設計上軸方向寸法は２０ｍｍ位になるので、触媒容量が
小さくかつ反応時間も短かくなって触媒効率が低下する
という欠点があって、この場合には触媒効率を確保する
ために別のメイン触媒担体を直列に配設したタンデム型
を採用しなければならぬためコスト高となるという欠点
があるほか、軸方向長さの短かいメタル担体は構造上テ
レスコーピングを起しやすいという欠点がある。

【００１１】本発明の目的は、小形でかつ電気抵抗値を
容易に設定することができ、したがって消費電力が少な
く、触媒効率が良好でかつ安価に製造できる電気加熱式
触媒装置用メタル担体を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電気加熱式触媒
装置用メタル担体は、帯状をなす薄い金属板を折曲げて
連続的な波形の凹凸を形成した１枚の波板材と、平坦な
帯状をなす薄い金属板からなる複数枚の平板材とが相互
に当接して重なり合いロール状に巻かれて形成されて多
数の網目状通気路を備えたハニカム体をなし、また複数
枚の平板材の中の隣り合う２枚の間に、電気絶縁性被膜
層を有する絶縁用波板が接合されることなく配設され
て、ハニカム体のロール状に巻き回された層間を電気的
に絶縁し、またハニカム体の巻始めと巻終りの板材の端
部に電源と接続するための導体接続部を有する電気加熱
式触媒装置用メタル担体において、絶縁用波板の軸方向
の幅が、波板材および平板材の軸方向の幅より広い幅を
有している。

【００１３】また、軸方向に直列に配設された少なくと
も２個のハニカム体を、共通の１枚の幅の広い絶縁用波
板を含んで形成することもでき、さらに、担体の電気抵
抗値の微細な調整を設計上容易に行うために、少なくと
も１枚の波板材または平板材に孔部を設けることが好ま
しい。

【００１４】

【作用】軸方向の幅が他の波板材および平板材より広い
絶縁用波板を使用することにより、触媒容量を充分にと
ることができ、しかも加熱部分が小形で消費電力の少な
いメタル担体が得られる。絶縁用波板の軸方向長さが長
いので触媒反応時間が長く触媒効率は良好となる。共通
の１枚の絶縁用波板を含んで直列に複数のハニカム体を
配列することにより、メタル担体を小形化することがで
きるほか、複数の電気加熱部分によって効率の良い電気
加熱を行うことができ、さらにガス流が乱流となって触
媒効率が向上する。板材に設けた孔部は、板材の電気抵
抗値の細かい調整を容易とするほか、乱流が発生するの
で効率の向上が計れる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。図１は本発明の電気加熱式触媒装置用メタ
ル担体の略図であって、図１（Ａ）は中心軸を含む断面
の略図、図１（Ｂ）は板材の巻き始めの部分の構成を示
す斜視図である。

【００１６】メタル担体２０は、ロール状に形成された
ハニカム体１０を外筒７で覆ったものである。ハニカム
体１０は、帯状をなす薄い金属板を折曲げて連続的な波
形の凹凸を形成した１枚の波板材１と、軸方向の幅が波
板材１と等しい平坦な帯状をなす薄い金属板からなる２
枚の平板材２とが重なり、さらに２枚の平板材２の間に
は、波板材１、平板材２よりも軸方向の幅が広くかつ電
気絶縁性被膜層が施された絶縁用波板３が、軸方向中央
部においてろう材を用いずに配設され、２枚の平板材２
の外側にはそれぞれろう材４を挟んで、円筒状の中心電
極５を中心としてロール状に巻かれて形成されている。
ハニカム体１０の外周において、外周電極６が波板材１
または平板材２の少なくとも１枚に接続され、外筒７の
外側に延びて中心電極５とともに導体接続部を形成して
いる。

【００１７】電気加熱部Ｘは、波板材１、平板材２およ
び絶縁用波板３が重なり合ってハニカム体１０の電気加
熱部分を形成する部分であり、絶縁用波板部分Ｙは絶縁
用波板３のみがロール状に巻かれている部分である。こ
のように形成されたハニカム体１０は、波板材１、平板
材２および絶縁用波板３の総てに触媒担持層を施すこと
により、電気加熱部Ｘが小容量で電力消費の少ない電気
加熱式メタル担体を形成し、軸方向に幅の広い絶縁用波
板３が大きな触媒担持層の絶縁用波板部分Ｙを形成する
から、触媒容量を大きくとることができ、かつ触媒反応
時間が長くなることと相俟って所望の良好な触媒効率が
得られる。

【００１８】波板材１、平板材２および絶縁用波板３で
形成されるロール状の電気加熱部Ｘは、その軸方向の長
さが極めて短い場合であっても、軸方向に長い絶縁用波
板３を巻込んでいるため、テレスコーピングを起すこと
はない。

【００１９】図２は、本発明による電気加熱式触媒装置
用メタル担体の波板材１、平板材２と絶縁用波板３とを
重ね合わせる場合の関係位置を示す斜視略図であって、
図２（Ａ）は波板材１、平板材２が絶縁用波板３の軸方
向中央部に配設された図、図２（Ｂ）は波板材１と平板
材２がガス入口側に配設された図、図２（Ｃ）は波板材
１と平板材２がガス出口側に配設された図である。これ
らの形式をとることによって、外径の小さい小容量のメ
タル担体において、消費電力の少ない電気加熱式メタル
担体が可能となり、かつ触媒容量が確保され触媒反応時
間を長くとることができて、触媒効率を低下させない一
体形の電気加熱式メタル担体が得られる。

【００２０】図３は、図２（Ａ）に示すメタル担体にお
いて、消費電力を増したメタル担体を必要とする場合の
一実施例を示す斜視略図であって、平板材２の枚数を所
定の枚数に増して重ね合わせハニカム体を形成すること
により対応することができる。

【００２１】図４は、本発明による第２の電気加熱式触
媒装置用メタル担体の実施例の、板材の配置を示す斜視
略図であって、図４（Ａ）は、軸方向に直列に配列され
る２個のハニカム体を形成する波板材１₁ と平板材２₁
および波板材１₂ と平板材２ ₂ が、２個のハニカム体の
軸方向の幅の合計より少なくとも５ｍｍ長い１枚の広幅
の絶縁用波板３を共通に含んで軸方向両端部に配設され
ている図であり、図４（Ｂ）は、軸方向に直列に配列さ
れる２個のハニカム体が、共通の１枚の絶縁用波板３を
含んで軸方向中央部寄りに少なくとも５ｍｍ離れて配設
された図であり、図４（Ｃ）は、軸方向に直列に配列さ
れる３個のハニカム体が、互いに少なくとも５ｍｍ離れ
て共通の１枚の絶縁用波板３を含んで配設された図であ
る。

【００２２】上述のように複数のハニカム体を直列に配
設すれば、容易にメタル担体を小形にすることができる
とともに、その中の１個又は複数個のハニカム体を任意
に電１気加熱式メタル担体として使用することができる
ので、使用目的に適合した効率の良い電気加熱を行なう
ことが可能となるほか、複数のハニカム体によってガス
が乱流となり易いので触媒効率の向上を計ることができ
る。

【００２３】図５は、本発明による第３の電気加熱式触
媒装置用メタル担体の一実施例の板材の構成を示す斜視
略図、図６（Ａ）ないし図６（Ｅ）は、図５に示す波板
材又は平板材に用いられる金属板の形状の一例を示す略
図である。

【００２４】図５に示す板材は、図１において説明した
板材と同様であるが、波板材１_a または平板材２_a の中
の少なくとも１枚が、図６（Ａ）ないし図６（Ｅ）に示
すような孔部Ａ〜Ｅを有する金属板８_a〜_e によって形
成されている。孔部Ａ〜Ｅの形状は、丸味の付いた輪郭
を持つものが好ましく、角形や三角形のような金属板の
長手方向に対して断面積が急激に変化する形状は適当で
ない。

【００２５】上述のような孔部を設けた金属板から形成
された少なくとも１枚の波板材または平板材を用いてロ
ール状のハニカム体をなす電気加熱式メタル担体を形成
することによって、メタル担体の消費電力を１０ワット
単位にコントロールすることができるので、細かい仕様
の客先の要求に容易に対応することができるほか、孔部
によってガス流に乱流を発生させるので触媒効率を向上
させることができる。

【００２６】次に、孔部を有する金属板の電気抵抗値を
計算する方法を述べる。図７において、巾４０ｍｍの金
属板の長手方向中心線上に（巾２０ｍｍ×長さｂ）の角
形の孔を、間隔ａを隔てて等間隔に設けた場合、ａとｂ
の個数が等しいと仮定すると、金属板の抵抗値は（ａ＋
ｂ）の長さの部分について次のようになる。

【００２７】ａ：ｂ＝１：１の場合（４０巾×１＋２０巾×１）／２＝３０となり、孔の
ない３０巾の金属板と同じ抵抗値となる。ここで２０巾
は孔部の残りの巾の合計。

【００２８】同様に、ａ：ｂ＝１：１００とａ：ｂ
＝１００：１の場合には、それぞれ（４０巾×１＋２０巾×１００）／１０１＝２０．２≒２０（４０巾×１００＋２０巾×１）／１０１＝３９．８≒４０となりａとｂとの比が大きくなるとａまたはｂは無視で
きる。

【００２９】ただし、ａ＞ｂの場合、ａ：ｂ＝１０以
下：１にする必要があり、その理由はｂの部分を流れる
電流密度が大となって、ｂの部分が溶融する場合がある
からである。ａ＜ｂの場合には、金属板の構造体として
の強度を考慮して１：３０以下にするのが望ましい。ま
たａの寸法は金属板の剛性を保つ必要上波板材のピッチ
以上とすることが必要であり、５ｍｍ以上とすることが
望ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、平板二重
構造を有するロール状のハニカム体の２枚の平板材の間
に配設された、絶縁用波板の軸方向の幅を他の波板材お
よび平板材の幅より広くすることにより触媒容量が確保
できるため、加熱部分が小形で消費電力の少ないメタル
担体が得られ、また軸方向の長さが長いため触媒反応時
間が長くなって触媒効率が良好となり、さらに、１枚の
絶縁用波板を共通に用いて軸方向に直列に複数の電気加
熱式のハニカム体を配列すれば、メタル担体を容易に小
形化することができるとともに、その中の１個または複
数個のハニカム体を任意に電気加熱用として使用するこ
とができるので、効率の良い電気加熱を行うことができ
るほか、ガスが乱流を形成し易いので、触媒効率が向上
するという効果がある。さらにロール状のハニカム体を
形成する波板材または平板材のうちの少なくとも１枚に
所定の孔部を設ければ、メタル担体の消費電力を１０ワ
ット単位でコントロールできるので、小形のメタル担体
においても客先の細かい要求仕様に対応できるほか、孔
部によってガス流に乱流が生じるので触媒効率が向上す
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の略
図であって、図１（Ａ）は中心軸を含む断面略図、図１
（Ｂ）は板材の巻き始めの部分の斜視図である。

【図２】図１の板材の関係位置を示す斜視略図であっ
て、図２（Ａ）は波板材と平板材を軸方向中央部に配設
した図、図２（Ｂ）はガス入口側に、図２（Ｃ）はガス
出口側にそれぞれ両板材を配設した図である。

【図３】図２（Ａ）の別の実施例の斜視略図である。

【図４】本発明による第２の電気加熱式触媒装置用メタ
ル担体の略図であって、図４（Ａ）、（Ｂ）は２個のハ
ニカム体が共通の１枚の絶縁用波板を含んで軸方向に直
列に配設された斜視略図、図４（Ｃ）は３個のハニカム
体による同様の斜視略図である。

【図５】本発明による第３の電気加熱式触媒装置用メタ
ル担体の板材の構成を示す斜視略図である。

【図６】図６（Ａ）ないし図６（Ｅ）は、孔部Ａないし
Ｅを有する金属板の斜視略図である。

【図７】電気抵抗を計算するための金属板の平面略図で
ある。

【図８】従来の技術による分割形電気加熱式メタル担体
の縦断面略図である。

【符号の説明】

１、１₁ 、１₂ 、１_a 波板材２、２₁ 、２₂ 、２_a 平板材３絶縁用波板４ろう材５中心電極６外周電極７外筒８、８_a 、８_b 、８_c 、８_d 、８_e 金属板１０ハニカム体２０、６０メタル担体６１第１のメタル担体６２第２のメタル担体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ孔部Ｘ電気加熱部Ｙ絶縁用波板部分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状をなす薄い金属板を折曲げて連続的
な波形の凹凸を形成した１枚の波板材と、平坦な帯状を
なす薄い金属板からなる複数枚の平板材とが相互に当接
して重なり合いロール状に巻かれて形成されて多数の網
目状通気路を備えたハニカム体をなし、また前記複数枚
の平板材の中の隣り合う２枚の間に、電気絶縁性被膜層
を有する絶縁用波板が接合されることなく配設されて、
前記ハニカム体のロール状に巻き回された層間を電気的
に絶縁し、また前記ハニカム体の巻始めと巻終りの板材
の端部に電源と接続するための導体接続部を有する電気
加熱式触媒装置用メタル担体において、前記絶縁用波板の軸方向の幅が、前記波板材および前記
平板材の軸方向の幅より広いことを特徴とする、電気加
熱式触媒装置用メタル担体。
【請求項２】軸方向に直列に配設された少なくとも２
個の前記ハニカム体が、共通の１枚の前記幅の広い絶縁
用波板を含む、請求項１に記載の電気加熱式触媒装置用
メタル担体。
【請求項３】前記波板材または前記平板材の少なくと
も１枚が、担体の電気抵抗を調整するための孔部を有す
る、請求項１に記載の電気加熱式触媒装置用メタル担
体。