JP4025197B2 - ハニカム体 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の排気ガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するためのハニカム体に関する。この種のハニカム体は特に内燃機関の排気ガス流を浄化するため、あるいは水素を生成するために炭化水素含有ガス流を改質するために採用される。
【０００２】
そのようなハニカム体は例えば欧州特許第０７８３３７０号明細書で知られている。そこには、内燃機関の排気装置における排気ガスを触媒変換するためのハニカム体が記載され、そのハニカム体は多数の通路を有し、それらの各通路は片側端が中央通路に開口している。各通路は中央通路から円弧状に外側に延び、互いに隣接する円板によって画成されている。その円板の少なくとも一部は、通路の横側境界を形成するマクロ構造物を有している。円板状に構成されたこのハニカム体は、マクロ構造物の形成時、特に中央通路の近くにおけるマクロ構造物の形成時、その個所に最も小さな間隔のマクロ構造物が発生されねばならないので、非常に厳しい要件が課せられる。
【０００３】
本発明の課題は、簡単に且つ安価に製造できるハニカム体を提供することにある。
【０００４】
この課題は請求項１に記載の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従属請求項に記載されている。
【０００５】
軸線を持つ入口通路とそれぞれ１つの平面内に配置された複数の薄板層とを有し、薄板層が、ガス流が貫流できる通路を形成するように少なくとも部分的に構造化され、軸線と平面が４５°〜１３５°、特に７０°〜１１０°の角度を成しているガス流、特に内燃機関の排気ガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するための本発明に基づくハニカム体は、薄板層が円周方向にセグメントの形に分割されていることを特徴としている。
【０００６】
これは、円板状薄板のエンボス加工が回避されるという利点を有する。むしろこれによって、薄板層は例えば装置に連続的に供給できる薄板で作られ、その薄板層の構造物は圧延によって発生される。この構造化された薄板は次いでセグメントの形に分割され、これらのセグメントが、本発明に基づくハニカム体が形成されるように重ね合わされる。本発明に基づくハニカム体は、その層状構造によって、通路形状を特に柔軟に形成できることを保証する。これによって、通路の形状は例えばハニカム体の軸線方向において異ならせることができる。
【０００７】
ガス流の少なくとも１つの成分は、排気ガス内に含まれる例えば不飽和の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物あるいは硫黄酸化物のような有害物質である。
【０００８】
本発明の有利な実施態様によれば、通路はほぼ半径方向に延びている。この場合、通路の流れ開口断面積が半径方向へ外側に向かって増大していると特に有利である。半径方向へ外側に延びる通路は非常に小さな圧力損失を保証し、流れ開口断面積がガス流の渦流を生じさせ、その結果、通路壁に場合によって生ずる堆積物（すす、粒子など）が除去される。さもないと、その堆積物は圧力損失を高めてしまう。
【０００９】
本発明の有利な実施態様によれば、セグメントは２つの側面並びに内側円弧と外側円弧で画成され、２つの側面がそれぞれほぼ半径方向に延び、内側円弧が外側円弧より短い。このようなセグメントのケーキ切片状形状はセグメントの薄板層ないし平面内における特に簡単な重ね合わせを可能にし、ハニカム体の全周に亘って特に個々の通路が構成される。
【００１０】
本発明の他の実施態様によれば、薄板層は複数の波形薄板で形成され、特に波形薄板間に平形薄板が配置され、交互に置かれた平形薄板と波形薄板とから成る層が軸線の方向に複数形成されている。平形薄板は特に構造化された薄板のようにセグメントの形に分割されている。平形薄板および波形薄板が交互に積層された場合、互いに隣接する平形薄板と波形薄板によってそれぞれ通路が形成される。そのような配置は特に柔軟に通路を形成でき精確に整列することができる。
【００１１】
薄板の厚さを、０．０８ｍｍより薄く、好適には０．０４ｍｍであり、特に０．０２ｍｍより薄くすると特に有利である。このようにして本発明に基づくハニカム体は極めて軽量となり、そのハニカム体の低温始動特性が改善される。極めて薄い厚さのために、ハニカム体は非常に小さな比表面熱容量を有し、特に始動直後にハニカム体を通る内燃機関の高温排気ガス流からはほんの僅かな熱量しか奪い取らない。従って、内燃機関の始動後にハニカム体は非常に急速に加熱される。
【００１２】
特に内燃機関の排気ガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するために、薄板層が触媒活性層を有していると有利である。その触媒活性層は低温時で既に化学変換を可能にする。公知の触媒活性層は２００°〜２５０°の温度で早くも変換を保証する。ハニカム体の小さな比表面熱容量と関連して、その活性温度までの到達時間が著しく短縮され、これによって大気への有害物質の放出が著しく減少する。
【００１３】
本発明の他の実施態様によれば、薄板層は通路の中に突入する隆起部及び／又は開口を有している。その隆起部は通路内においてガス流に追加的に渦流を生じさせ、これによって、特に触媒活性層を被覆された通路壁と排気ガス流との強い接触が保証される。また開口は部分ガス流が相互に流れ合うことを可能にし、これによって連通通路が形成される。隆起部及び／又は開口は、排気ガス流の少なくとも１つの成分の化学変換についてのハニカム体の効率を著しく改善する。
【００１４】
本発明の他の実施態様によれば、ハニカム体は、孔開き及び／又は多孔性の内側管で少なくとも部分的に形成された入口通路を有している。その場合特に、薄板層が半径方向の外側を、少なくとも部分的に、孔開き及び／又は多孔性の外被管で包囲されていると有利である。内側管ないし外被管の孔開き及び／又は多孔性の部分は好適には薄板層の近くに配置されている。このようにして、ガス流が例えば入口通路から孔ないし細孔を通して薄板層の通路に達し、この通路を半径方向へ外側に貫流し、外被管の孔及び／又は細孔を通して流出する。外被管を介してガス流が逆向きに流れる場合、逆の流れ方向も保証される。この場合、内側管及び／又は外被管は、好適には比較的薄壁に形成され、特に０．０８ｍｍより薄い、好適には０．０４ｍｍより薄い壁厚を有している。
【００１５】
本発明の他の実施態様によれば、ハニカム体は少なくとも部分的に薄板層を通って延びる加熱手段を有している。この加熱手段は始動特性の改善に利用され、これによって、内燃機関の始動後に極めて迅速にガス流内に含まれる有害物質の化学変換が行われることを保証する。加熱手段が少なくとも部分的に薄板層の内部に配置されていることによって、加熱手段から薄板層ないしガス流への十分な熱流が保証される。
【００１６】
ハニカム体が、少なくとも部分的に軸線の方向に延び加熱媒体が貫流する配管系を備えていると特に有利である。その配管系は熱交換器として作用し、この配管系は、好適には、ハニカム体の全軸線方向長に亘って延び、ハニカム体の円周に分布して配置されている。これによってハニカム体の特に一様な加熱が保証される。加熱媒体として、好適には、温水、高温蒸気あるいは温風が採用される。
【００１７】
本発明の他の実施態様によれば、ハニカム体は電熱器を備えている。その電熱器は例えば薄板層を通して配置されている電熱線で形成されている。ハニカム体を通る電流路を形成することもできる。その場合、ハニカム体に電圧を印加することによって、薄板の電気抵抗に関連して、電熱器が形成される。このような電熱器は、低温始動後に非常に急速に高温に達することを保証する。
【００１８】
以下において図を参照して本発明の特に有利な実施例およびその利点について詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【００１９】
図１には、ガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するためのハニカム体１が斜視図で示されている。ハニカム体１は、軸線３を持つ入口通路２とそれぞれ１つの平面５内に配置された複数の薄板層４とを有し、それらの薄板層４は、ガス流が貫流できる通路６を形成するように少なくとも部分的に構造化されている。軸線３と平面５は４５°〜１３５°の角度７を成している。薄板層４は円周方向８にセグメント９の形に分割されている。
【００２０】
ハニカム体１は平形薄板１７と波形薄板１６とによって形成され、平形薄板１７と波形薄板１６とによって半径方向１０に延びる通路６が画成されている。ハニカム体１は、交互に置かれた平形薄板１７と波形薄板１６とから成る層１８が軸線３の方向に複数形成されるように構成されている。ハニカム体１の薄板層４はその外周８を孔開き外被管２６で包囲されている。入口通路２は孔開き内側管２５で形成されている。
【００２１】
ガス流の流れ方向３２はここでは黒塗り矢印で示されている。それに応じてガス流は、入口通路２を形成しハニカム体１の範囲において孔開きされている内側管２５を通って、薄板層４の内部に流入する。そこでガス流は、通路６を貫流し、外被管２６の孔を通って半径方向１０へ外側に流れる。そして、孔開き外被管２６を介してハニカム体１からガス流が流出することによって、流れ方向３２が生ずる。
【００２２】
図２には、本発明に基づくハニカム体１のセグメント９の実施例が概略的に斜視図で示されている。図示されたセグメント９は、例えば平形薄板から、円錐状の波ロールあるいは深絞り加工によって製造される。そのセグメント９は円環セグメントの形をし、内側（第１の）円弧１４と外側（第２の）円弧１５および２つの側面１３によって画成されている。好適には、内外の両円弧１４、１５は互いに同心的に配置されている。図示されたセグメント９は通路６が半径方向１０に延びるように配置され、その通路６の流れ開口断面積は半径方向１０に増大している。図示されたセグメント９並びに破線で示された平形薄板１７は１つの通路６を画成し、この通路６はそれぞれ内側（第１の）流れ開口断面積１１と外側（第２の）流れ開口断面積１２とを有している。内側（第１の）波高１９を有する内側流れ開口断面積１１は、半径方向外側に配置され外側（第２の）波高２０を有する外側流れ開口断面積１２より小さく形成されている。セグメント９つまり波形薄板１６は好適には０．０４ｍｍより薄い厚さ２１を有している。波形薄板１６には隆起部２３および開口２４が形成されている。これらは、通路６を貫流するガス流の渦流を保証する。セグメント９の表面に、特にゼオライト構造および貴金属成分を有する触媒活性層２２が設けられている。
【００２３】
図３には、加熱手段を備えた本発明に基づくハニカム体１の実施例が概略的に斜視図で示されている。図示されたハニカム体１は、軸線３の方向に延び加熱媒体２８が貫流する配管系２７を備えている。配管系２７はハニカム体１の全軸線方向長３３に亘って延び、その薄板層４を貫通する配管系２７は、ハニカム体１の円周８に亘って一様に分布して配置されている。例えば温風あるいは温水のような加熱媒体２８が黒塗り矢印で示されているように配管系２７を貫流するとき、配管系２７は熱交換器として作用する。その場合特に、ハニカム体１に入れられた熱が蓄えられるように、外被管２６に（例えばセラミック材料から成る）断熱体３０を設けると有利である。そのような配管系２７を備えたハニカム体１の場合、ハニカム体１の薄板層４が波形薄板だけで形成されると有利である。これは、連通通路６が形成されるので、ガス流と高温配管系２７との強い接触を保証する。
【００２４】
図４には、電熱器２９を備えた本発明に基づくハニカム体１の実施例が示されている。薄板層４が軸線３を持つ入口通路２の周りに配置され、外被管２６によって包囲されている。ハニカム体１は電圧源３４に接続されている少なくとも１つの接続端子３１を有している。この接続端子３１は例えば１つあるいは複数のセグメント９（図示せず）に接続され、あるいは薄板層４内に配置された絶縁電線（図示せず）に接続される。印加された電圧およびセグメント９あるいは電線の電気抵抗に基づいて、ハニカム体１の加熱を保証する熱が生ずる。図４において、外被管２６は絶縁材料３０から成る網状あるいはふるい状の構造物として形成されている。その断熱性電気絶縁体３０は担体上に被覆としても形成できる。
【００２５】
それぞれ１つの平面内に配置された薄板層を備えガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するための本発明に基づくハニカム体は、その薄板層が円周方向にセグメントの形に分割されているので、特に安価に簡単に製造できる。またそのセグメントは、本発明に基づくハニカム体を非常に柔軟に種々の形状にすることを可能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づくハニカム体の実施例の斜視図。
【図２】 セグメントの実施例の概略斜視図。
【図３】 加熱手段を備えた本発明に基づくハニカム体の実施例の斜視図。
【図４】 加熱手段を備えた本発明に基づくハニカム体の異なった実施例の斜視図。
【符号の説明】
１ ハニカム体
２ 入口通路
３ 軸線
４ 薄板層
５ 薄板層配置平面
６ 通路
７ 角度
８ 円周方向
９ セグメント
１０ 半径方向
１１ 内側（第１の）流れ開口断面積
１２ 外側（第２の）流れ開口断面積
１３ セグメントの両側側面
１４ 内側（第１の）円弧
１５ 外側（第２の）円弧
１６ 波形薄板
１７ 平形薄板
１８ 層
１９ 内側（第１の）波高
２０ 外側（第２の）波高
２１ 厚さ
２２ 被覆
２３ 隆起部
２４ 開口
２５ 内側管
２６ 外被管
２７ 配管系
２８ 加熱媒体
２９ 電熱器
３０ 絶縁体
３１ 接続端子
３２ 流れ方向
３３ 全軸線方向長

Claims (12)

1. 軸線（３）を持つ入口通路（２）とそれぞれ１つの平面（５）内に配置された複数の薄板層（４）とを有し、薄板層（４）が、ガス流が貫流できる通路（６）を形成するように少なくとも部分的に構造化され、軸線（３）と平面（５）が４５°〜１３５°の角度（７）を成している、ガス流の少なくとも１つの成分を化学変換するためのハニカム体（１）において、薄板層（４）が円周方向（８）にセグメント（９）の形に分割され、セグメント（９）が２つの側面（１３）並びに内側円弧（１４）と外側円弧（１５）で画成され、２つの側面（１３）がそれぞれほぼ半径方向（１０）に延び、内側円弧（１４）が外側円弧（１５）より短いことを特徴とするハニカム体。
2. 通路（６）がほぼ半径方向（１０）に延びていることを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
3. 通路（６）の流れ開口断面積（１１、１２）が半径方向（１０）に増大してい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. 薄板層（４）が複数の波形薄板（１６）で形成され、波形薄板（１６）間に平形薄板（１７）が配置され、交互に置かれた平形薄板（１７）と波形薄板（１６）とから成る層（１８）が軸線（３）の方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のハニカム体。
5. 薄板（１６、１７）の厚さ（２１）が、０．０８ｍｍより薄いことを特徴とする請求項４記載のハニカム体。
6. 薄板層（４）が触媒活性層（２２）を有していることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のハニカム体。
7. 薄板層（４）が、通路（６）の中に突入する隆起部（２３）及び／又は開口（２４）を有していることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のハニカム体。
8. 入口通路（２）が少なくとも部分的に、孔開き及び／又は多孔性の内側管（２５）で形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のハニカム体。
9. 薄板層（４）が、半径方向（１０）の外側を、少なくとも部分的に、孔開き及び／又は多孔性の外被管（２６）で包囲されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のハニカム体。
10. ハニカム体（１）が、少なくとも部分的に薄板層（４）を通って延びる加熱手段（２７、２８、２９、３４）を有していることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載のハニカム体。
11. ハニカム体（１）が、少なくとも部分的に軸線（３）の方向に延び加熱媒体（２８）が貫流する配管系（２７）を備えていることを特徴とする請求項１０記載のハニカム体。
12. ハニカム体（１）が電熱器（２９）を備えていることを特徴とする請求項１０記載のハニカム体。

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