JP3281240B2 - 排ガス浄化触媒用メタル担体 - Google Patents
排ガス浄化触媒用メタル担体Info
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Description
する触媒担持用メタル担体に関し、特に、弾性保持材で
被覆してなるメタル担体の構造に係わるものである。
に設置される触媒担体は、触媒を担持するハニカム体が
セラミック製に代わってメタル製が用いられるようにな
り、近時その使用量も増加しつつある。
後、排ガス系に接続する金属製ケーシング内に装入支持
されるが、この際ケーシングとハニカム体との間に形成
される間隙に、ハニカム体を支持し、ケーシングとの衝
突を緩衝する保持材を充填介在させている。エンジン稼
働時排ガス系が高温になると、ケーシングが熱膨張す
る。セラミックハニカム体は熱膨脹を起こさないのでセ
ラミックハニカム体とケーシングの間隙が大きくなり、
充填されている保持材が熱膨張しない材料で構成されて
いる場合にはクリアランスが生じガスもれ等の不具合が
起こる。
充填材には熱膨張性を有する材料を用いることが必要と
なる。充填材の熱膨張率がケーシングのそれより大きい
場合には、ハニカム体に面圧が掛かるが、セラミックハ
ニカム体は高温になっても強度の低下はあまり見られな
いので、潰れる心配はない。この様にしてセラミックハ
ニカム体は排ガス系に支持されるが、セラミックの材質
上排ガスを通すハニカム体のセル開口面積は大きくする
ことができず、従って排ガスに対する圧損の問題が発生
する。
は、耐熱性金属よりなる板厚50μm程度或いはそれ以
下の平箔と、それをコルゲート加工した波箔とを重ねて
渦巻状に巻回して形成され、セラミックハニカム体で問
題になる圧損や耐衝撃性については有利である。
すように耐熱金属製の外筒10に装入されたメタル担体と
して構成されるが、近時、外筒を用いることなく、前記
セラミックハニカム体と同様に保持材を被覆したメタル
ハニカム体をケーシングに直接装入支持する構造のもの
が採用されている。
は、メタルハニカムの表面に、該ハニカム体をケーシン
グ内に装入する際に、しっかりと弾性的に支持するのに
役立つマットを装着している。このマットは触媒要素
(ハニカム体)とケーシングの間をシールし、排気ガス
がバイパスするのを防止するために設けており、膨脹シ
ート層とセラミック繊維層からなっている。
は、外筒にハニカム体を挿入するタイプのメタル担体で
あるが、外筒とハニカム体との間に中間筒を介在せし
め、この中間筒は外筒より大きい熱膨脹割合をもつと共
に、、外筒と中間筒とハニカム体とのそれぞれの間には
熱膨張性シール材を介在させたメタル担体が開示されて
いる。すなわち、膨脹割合の大きい中間筒の膨脹によ
り、ハニカム体と中間筒の間にハニカム体とシール材の
膨脹スペースが確保でき、ハニカム体を過度に押圧する
のを防いでいる。
ラミックハニカム体を用いた例であるが、シール材を内
外2層にし、外側に熱膨脹性の耐熱シール材、内側に熱
膨脹性を有しないセラミック繊維を用いることを開示し
ている。
ているように、ケーシングや外筒とハニカム体との間に
介在させるマットやシール等の保持部材は、いずれも熱
膨張性の材料を使用されている。これには次のような問
題が生じる。すなわち、薄い箔で形成されるメタルハニ
カム体は、排ガスで高温加熱されると、肉厚が厚く(強
度が高い)かつ外気に放熱されるケーシングや外筒より
も熱膨脹し、ケーシングや外筒との間隙を狭める。同時
に介在している上記保持部材も狭い間隙内で熱膨張する
ため、熱膨張性保持部材を用いる限りはハニカム体に圧
縮面圧が掛かる。特に高温雰囲気でのハニカム体の強度
低下は大きくなり、面圧が高くなるとハニカム体が縮径
を起こしたり、つぶれが生じることがある。すなわち、
メタルハニカムはこれを保持材を介してケーシングに装
着させる場合、高温におけるハニカム座屈がセラミック
ハニカムに比べて極めて生じやすい。
しようとするものであって、高温で熱膨張しない弾性保
持材を用い、ハニカム体に大きな面圧が掛からないよう
にしたメタル担体を提供することを目的とする。
に本発明は、以下の構成を要旨とする。すなわち、 (1)耐熱性金属箔よりなる平板と、波状に加工した波板
とを重ねて巻回し、渦巻き状に形成したハニカム体の外
周に、高温雰囲気でも熱膨脹性を有しない材質であり、
かつ、内側層が低密度、外側層が高密度となるように構
成した繊維状の弾性保持部材を被覆し、このハニカム体
をケーシングに装着してなることを特徴とする排ガス浄
化触媒用メタル担体であり、 (2)上記弾性保持部材はその内側層の嵩密度を0.04
〜0.3g/cm 3 、外側層の嵩密度を0.4g/cm 3 以
上とした繊維状マットで構成したことを特徴とする前項
(1) 記載の排ガス浄化触媒用メタル担体。および、(3)上記弾性保持部材は低密度の内側層を2mm以上、高
密度の外側層を1mm以上の厚さとした繊維状マットで構
成したことを特徴とする前記(1) または(2) 記載の排ガ
ス浄化触媒用メタル担体である。
として高温加熱された際でも熱膨脹しない材質の繊維を
用い、これをハニカム体に近い内側層とケーシングに近
い外側層で密度を異ならせ、好ましくは内側層が低密
度、外側層が高密度となるように上記繊維を配置してハ
ニカム体に巻き付け、これをケーシング内に装入するこ
とにより、ハニカム体とケーシングの間(間隙)には常
時保持部材が弾性的に充填された状態になり、排気ガス
をバイパスさせることがなく、かつ高温に加熱されても
保持材が熱膨張しないため、ハニカム体に面圧が掛って
不具合を生じることもない。
づいて詳細に説明する。図1は本発明の正面図及びA−
A断面図であり、本発明メタル担体1は2のハニカム体
と3の弾性保持部材とケーシング4で構成される。ハニ
カム体2は耐熱性の金属よりなる平坦な箔(平板)2a
と、この平板2aを波状のコルゲート加工して形成した
波板2bを重ね合わせて渦巻状に巻回して形成したもの
であり、平板2aと波板2bとの接触部を適当な箇所で
ロウ材や熱拡散で接合している。
3はハニカム体2に近い部分を内側層3a、その外周を
被覆する外側層3bの2層構成にするのが好ましい。す
なわち高温のエンジン排気ガスで加熱されても熱膨脹し
ない弾性繊維からなり、内側層3aには該繊維を低密度
に、外側層3bを高密度にした配置とすることがよい。
弾性保持部材3としてはアルミナ質繊維、ムライト質繊
維、セラミック繊維等の非熱膨脹性の繊維をマット状に
して用いることができる。
接続するためにコーン5に溶接した状態を示し、ハニカ
ム体2とケーシング4の間に弾性保持部材3が充填され
ている。6a,6bはコーン5を排気系に接続するフラ
ンジである。このように、内側層に低密度の弾性繊維層
を配設することにより、高温加熱時におけるハニカム体
の熱膨張を吸収し、クッション性を増大する。熱膨張性
を有しない繊維状の弾性保持材において、高温でメタル
ハニカム体を座屈させずに保持可能な嵩密度は0.04
〜0.3g/cm3 であり、これを低密度と定義する。
材を巻いて、パイプ状のケーシングに挿入する場合、上
記低密度の場合には上記繊維状の弾性保持材がまくれ上
がり、挿入が困難である。挿入性を良くするためには、
高密度の保持材を用いればよく、特に0.4g/cm3 以
上の嵩密度にすると挿入が容易で、保持材のまくれ上が
り等の不具合はない。すなわちメタルハニカム体との接
触部には低密度とし、ケーシングとの接触部には高密度
とするのがよい。挿入性の面から、高密度部分は少なく
とも1mm以上、低密度部分はメタルハニカム体の熱膨脹
吸収の面から、少なくとも2mm以上とするのが好まし
い。
る厚さ50μmの平箔と波箔を重ねて巻き回し、70mm
φのハニカム体を形成し、10-4Torrの真空中で平箔と
波箔をロウ剤で接点を接合し、さらに触媒を担持させた
後、弾性保持部材として、アルミナ繊維質で内層4mm、
外層2mmの厚さで、内層の嵩密度0.15g/cm3、外
層の嵩密度0.6g/cm3 の2層マットを用い、内層部
がハニカム体に接するように巻いて被覆し、内径81mm
のステンレス製のパイプケーシングに圧入して挿入し
た。保持材に不具合はなく装着できた。
し、さらにフランジを取り付けて、エンジンの排気管に
装着して冷熱繰返し耐久試験を実施した。1500ccの
エンジンを用いて、排気ガス温がメタルハニカム体の入
口で900℃から常温までの繰返し冷熱試験を600サ
イクル実施した結果、メタルハニカム体の座屈はなく、
ズレもなく良好であった。
張しない弾性保持材を内外層で密度を異にして配置して
いるため、クッション性の大きい保持部材としてケーシ
ングとハニカム体の間隙を有効に充填し、かつケーシン
グへの装着性を極めて良くしている。すなわちハニカム
体を座屈することがないため、ケーシングとハニカム体
の間に排ガスをバイパスする間隙を形成することもな
く、かつパイプのケーシングを用いることが可能であ
り、低コストのメタル担体を提供できる。
断面図。
Claims (3)
- 【請求項1】 耐熱性金属箔よりなる平板と、波状に加
工した波板とを重ねて巻回し、渦巻き状に形成したハニ
カム体の外周に、高温雰囲気でも熱膨脹性を有しない材
質であり、かつ、内側層が低密度、外側層が高密度とな
るように構成した繊維状の弾性保持部材を被覆し、この
ハニカム体をケーシングに装着してなることを特徴とす
る排ガス浄化触媒用メタル担体。 - 【請求項2】 上記弾性保持部材はその内側層の嵩密度
を0.04〜0.3g/cm 3 、外側層の嵩密度を0.4
g/cm 3 以上とした繊維状マットで構成したことを特徴
とする請求項1記載の排ガス浄化触媒用メタル担体。 - 【請求項3】 上記弾性保持部材は低密度の内側層を2
mm以上、高密度の外側層を1mm以上の厚さとした繊維状
マットで構成したことを特徴とする請求項1または2記
載の排ガス浄化触媒用メタル担体。
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