JP4067119B2 - 接続リムを有する、部分に分割された電気加熱可能なハニカム本体 - Google Patents

Description

この発明は、特に自動車における加熱可能な触媒コンバータ用のキャリア本体として用いるための、互いに電気的に分離された複数の部分を備えたハニカム本体に関する。
電気加熱可能なハニカム本体は、内燃機関からの燃焼排気ガス中の汚染物質を転換するための触媒コンバータ用のキャリア本体として用いられる。汚染物質の排出を低減するための世界中での熱心な取り組みや、このためますます厳しくなる内燃機関の排気ガスに関する規定に鑑みて、コールドスタート段階時にも燃焼排気ガスをできるだけ完全に転換することが重要である。電気加熱可能な触媒はこの目的のために用いられ、このような触媒は内燃機関が始動する前および／または後に短時間加熱される。これにより、始めはまだ比較的冷たい燃焼排気ガスが、確実に急速に触媒転換されるようになる。電気加熱可能なハニカム本体は他の排気ガスシステムおよび空気ヒータなどにも用いられる。
この種の電気加熱可能なハニカム本体は、たとえばＷＯ ８９／１０４７１およびＷＯ ９２／０２７１４に開示されている。ここでは、適切なレベルの電気抵抗を達成するために、ハニカム本体は、所望の抵抗を有する少なくとも１つの電流経路を与えるようギャップまたは電気絶縁性の中間層によって電気的に分離されている。
ＤＥ ４３ ０７１ ４３１ Ａ１には、とりわけ押出し成形によって製造され得るハニカム本体の形態が開示されている。個々の部品または部分を備えた、ギャップを有するハニカム本体の場合には、作動時に起こる衝撃、振動および揺れによって材料に疲れが生じるリスクがある。また、互いに対向して配置された、ギャップの側面が、温度の上昇などによって確実に接触しないようにすることも必要である。このため、ＷＯ ９２／０２７１４には、ハニカム構造を安定化するための可能なさまざまな方法が記載されている。これらの構造では、ハニカム本体のキャリア構造は互いに接続されているか、かつ／または電気絶縁性支持部によってケーシングチューブに接続されている。しかしながら、たとえばＤＥ ４３ ０７１ ４３１ Ａ１に記載されているハニカム本体の形態では、接続点としての役割を果たし得るキャリア構造は設けられていない。
したがってこの発明の目的は、電気加熱可能なハニカム本体の部分間の電気絶縁ギャップをかなり安定化させ、特に、対向して配置された、ギャップの側面が互いに接触することなく、またはハニカム本体の部分間の接続部が疲れにより破断することなく、変動する不利な機械的および熱的負荷の下でもハニカム本体が作動し得るようにすることである。
この発明によると、この目的はクレーム１に記載のハニカム本体によって達成される。
この発明によると、ハニカム本体の部分間を接続リムまたはウェブによって接続することにより、ハニカム本体の部分に作用する力およびモーメントが確実に適切に保持されるようになる。接続リムを設けることにより結果としてハニカム本体の全体的な構造の剛性が高まり、この構造は個々の部分から形成され、リムは、衝撃、振動および揺れだけでなく温度の上昇などによって生ずる力をハニカム本体構造が保持し、さらにはそれらをケーシングチューブに伝達し得るようにする。この点で、部分を互いに接続する接続リムを、ハニカム本体の端部にある、ハニカム本体の個々の部分間に設けることが望ましい。このために、接続リムは好ましくはブリッジ形態である。これは、ハニカム本体のうちいくつかの部分しか互いに接続する必要がない場合に特に有利である。付加的なキャリア構造を設ける必要がないよう、このような接続リムは１つの部分内に単に１つの固定点を有することが重要である。
この発明は、たとえば積極的なロック接続をなすようコーム状の形態において個々のリム接続部材を互いに結合し、これをハニカム本体上に押圧することにより有利に開発される。これにより、多くの個々の部分が容易に相互接合されるようにする。個々の部分間での電気絶縁性は、接続リムの材料、コーティングおよび／または設計形態を適切に選択することにより与えられる。
ハニカム本体の前および／または背後に、かつ／またはハニカム本体の中に延びる接続リムを設けることにより、ハニカム本体およびケーシングチューブ間がさらに接続される。
積極的なロック接続の別の有利な実施例は、接続リムをケーシング本体の端部のカラーに一体化することに関わる。この構成では、少額の据え付け費用でケーシングチューブとハニカム本体とが接続される。カラーの据え付けに問題がある場合には、接続リムのためのホルダ構造をフレーム手段として用いることが可能である。こうすると、ハニカム本体を次のコンポーネントに接続する際の据え付けの問題がなくなる。
接続リムの特定的な実施例はピン形状の接続リムによって達成され、個々の部分の電気絶縁性はピン接続部の設計形態によって与えられる。この目的に適した公知の形態は、互いに電気的に分離された導電性コンポーネントの金属接続に関するＷＯ ９４／１７２９２に記載されている支持構造によるものである。支持エレメントの層状の格納または包囲構造もまた、独国実用新案第９３ １７０５０．５号に開示されている。
この発明のさらなる利点、特徴および可能な用途は、この発明が制限されない選択された実施例の説明により、図面から明らかである。
図１は、主触媒と、その上流に配置された加熱触媒とを含む、構成の長手方向の断面の概略図である。
図２は、ハニカム本体の部分における種々のハニカム構造が例として示される、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った、ハニカム本体の主な流れの方向に対して垂直な断面図である。
図３は、リム接続部材によって互いにかつケーシングチューブに接続された、ハニカム本体の３つの部分を示す図である。
図４は、正面から見た斜視図として示される、ハニカム本体の２つの部分間の接続リムを概略的に示す図である。
図５は、ブリッジ状の形態のリム接続部材の内部構造を示す図である。
図６は、ハニカム本体の個々の部分のコーム状のリム接続部材を示す図である。
図７は、コーム状のリム接続部材をより詳細に示す斜視図である。
図８は、リム接続部材が組込まれた状態のカラーを示す図である。
図９は、ピン状のリム接続部材によるケーシングチューブとハニカム本体との接続を示す図である。
図１０は、組込まれたピン状のリム接続部材の一部分を示す図である。
図１は、加熱触媒１０ａと、主触媒１０ｂと、それらを取囲むケーシングチューブ１１とを含む排気ガス清浄装置の構造を示す。矢印で示される主な流れの方向Ｓにおいて、切り開いた領域に見られる、加熱触媒１０ａ中に配置されたハニカム本体１２は、この発明に従った接続リムまたはウェブ１３によって安定化される。このために、接続リム１３はハニカム本体１２の端部から突出し得る。これは、接続リム１３に関して有利な梃子長さをもたらすため、たとえばハニカム本体１２に作用する曲げモーメントに対して、その剛性を向上するために有利である。接続リム１３とハニカム本体１２との間の接続場所１４は、ハニカム本体１２内での１つの接続につき少なくとも１つある。しかしながら、これは後により詳細にさらに説明する。
図２は、ハニカム本体１２の構造を一例として示す。これは種々のハニカム本体部分２２ａ−ｄを含む。可能なハニカム構造に鑑みた変形が個々のハニカム本体部分２２ａ−ｄに示される。一般に、ハニカム本体には、可能な構造のうち１つしか用いられないため、すべての部分は同じ設計形態を有することが認められるであろう。さて、発明の利点は、それが実際にあらゆる種類の構造に適切に用いられ得るという点である。部分２２ａ−ｄは電気絶縁ギャップ２１によって隔てられる。これらのギャップは空気または絶縁材料によって満たされる。後に、個々の通路２４を通って流体が流れる。ハニカム本体１２の個々の部分２２ａ−ｄの導電性取付接続部材２６により曲流状の電流経路２５がもたらされ、この導電性取付接続部材２６の形態はたとえばＤＥ ４３ ０７ ４３１ Ａ１に記載されている。電流経路２５は矢印付の破線で示される。この種のハニカム本体１２の場合、任意の場所に接続リム２３を用いることが可能である柔軟性に、発明のさらなる利点がある。たとえばハニカム本体部分２２ａ−ｄのエッジに大きな引張力およびトルクが生じた場合でも、接続リム２３ａは、この種の負荷を十分に保持し得るよう、適切な壁において配置される。たとえば部分２２ａ−ｄの中心に圧縮力が加えられる場合には、接続リム２３ｂは異なった形態を有する。これはたとえば図４に明白に示される。これらの２つの例は、異なった負荷状況に対して異なった方法でいかに接続リムが用いられるかを明白に示す。
図３は、ここで選択したハニカム形状の種々の部分間のギャップ２１を接続リム３３によって安定化することを示す。接続リム３３は、ハニカム本体１２の個々の部分２２ａ−ｄに種々の電圧電位を維持するよう少なくとも連続しておらず、導電性である。このような接続リム３３により個々のハニカム部分２２ａ−ｄ間のギャップ２１が安定化し、形状に関するそれらの剛性が高まる。接続リム３３は、ハニカム本体１２自体に少なくとも１つの固定点３４を有することが望ましい。これによりたとえば、圧縮力は接続リム３３の接続部３４のみでなく、ハニカム部分２２を圧迫する、接続リム３３の部分によって与えられる接触面３５によっても保持されるようになる。この結果、ハニカム部分２２ａ−ｄの、互いに対向して配置された側面が互いに接触しなくなる。ハニカム本体に作用するモーメントおよび力を伝達できるようにするために、この発明によると、接続リム３３によってケーシングチューブ１１とハニカム本体１２の部分２２ａ−ｄとがさらに接触する。ケーシングチューブ１１によって力が保持されることにより、ハニカム部分２２ａ−ｄおよびそれらと共にギャップ２１が結果としてさらに安定化する。
図４に示されるような接続リム３３とハニカム本体１２との間の接続部３４は、接続リム３３の材料の選択に依存して、半田付け、溶接、焼結または他の態様でもたらされ得る。また図４は接触面３５をより詳細に示し、この接触面３５は、圧縮力発生時の接続リム３３とハニカム本体１２との間の力の伝達を結果として改善する。接続リム３３の部分が通路２４の中に突出するとすれば、接触面３５によって接続リム３３の横方向の部分の曲げモーメントが低減する。
図５は、ブリッジ形状における接続リム３３の可能な形態を示す。これは左側の接続リム部分５３ａと右側の接続リム部分５３ｂとを含み、これらの部分は電気絶縁性の不導体５４によって互いに接続され、この不導体５４はこれらの部分を中央において包囲し、かつセラミック材料などを含む。不導体５４は金属エンクロージャ５５によって包囲される。接続リム３３が３４においてハニカム本体１２の、異なったそれぞれの２つの部分２２ａ−ｄに固定されると、一方ではそれらの電位差が確実に保持されるようになる。他方では、このブリッジ状の接続部材により引張力および圧縮力ならびにモーメントが等しくうまく保持されて伝達され得る。金属エンクロージャ５５、電気絶縁性不導体５４ならびに接続リム部分５３ａおよび５３ｂのそれぞれに関わる接続態様は、ＷＯ ９４／１７２９２に開示されている。
図６は、ハニカム本体１２の種々の部分を有利に互いに保持しかつ安定化するだけでなく、同時にケーシングチューブ１１に対する支持機能も果たす接続リム６３を示す。したがってこのような接続部材６４は形状ロックおよび／または力ロック形態を有し得るが、ここでは他の接続形態および手順を除外しない。コーム形状部材６３の利点は、ハニカム本体１２に作用する力をケーシングチューブ１１に伝達し、同時にハニカム部２２ａ−ｄ間のギャップ２１を安定化することにある。一方、たとえば衝撃によってケーシングチューブ１１に外部から力が加えられても、ケーシングチューブ１１またはハニカム本体１２が損傷を受けることなくこの力を吸収することができる。したがって、６３で示され図７により詳細に示されるコーム形状の接続リムは、交互の凹部６５と脚部６６とを有し、これらはハニカム形状部１２の中に嵌められ、通路２４またはギャップ２１の、互いに対向する側面が互いに圧迫しないようにする。凹部６５および脚部６６の長さは、たとえばそれぞれの安定性の計算に従って変化してもよい。ハニカム形状部１２の個々の部分２２ａ−ｄ間での短絡を防止するために、本実施例では、凹部６５の面６７はたとえばセラミックの電気絶縁性材料を含む。これにより、接続リム６３の材料を、強度を考慮して選択することが可能になる。
図８は、接続リム８３ａ−ｃの据え付け費用をあまりかけずに、ギャップ２１の安定性を可能な限り高くする発明に従った構造を表わす。種々の形態の接続リム８３ａ−ｃが一体化されるカラー８１は、カラー８１がケーシングチューブ１１に嵌められたときにハニカム本体８２の部分を単に係合して接続部８４をなし、さらに、後にケーシングチューブ１１とハニカム本体部分８２との間で再度解放可能である。接続リム８３およびカラー８１間での可能な接続は、図面の破断部分から見られる。広い接触面区域をもたらし、ハニカム本体部分８２と接続リム８３との間の力を十分に伝達するためには、たとえば接続リム８３ａによって示されるように、接続リム８３を通路断面８５の大きさに適合させることも望ましい。カラーの代わりに、ケーシングチューブ１１の中に入れられるフレーム形状である、機能的に対応する形態の、接続リム８３ａ−ｃのキャリアを用いてもよい。
図９は、接続リム９３であって、この発明に従い、かつここでは２２ｄで示される１つの形状に特徴があるハニカム本体部分をケーシングチューブ１１に非常に有利に接続するものを示す。接続リム９３はハニカム本体１２の２つの断面間に延びるピンの形状であるため、互いに接続されるハニカム本体部分２２ａ−ｄは適切に掘削されるだけでよい。接続リム９３の構成は図１０に示される。図５を参照して説明した接続リム３３に基づいて、接続リム９３は、電気絶縁性エンクロージャ９３ｂおよび金属エンクロージャ９３ｃをさらに備えた金属支持ピン９３ａを含み、この金属エンクロージャ９３ｃはケーシングチューブ１１と接続リム９３との間の接触面９４をもたらす。このため、接続リム９３に対し垂直にハニカム本体に作用する力およびモーメントは接続リム９３によって保持され、ケーシングチューブ１１に伝達される。このために、接続リム９３の２つの端部はケーシングチューブ１１に溶接または半田付けされるが、それにより他の接続手順および形態を除外することはない。ケーシングチューブ１１の外周に対して種々の角度をなして、かつ／またはその種々の軸方向の長さにおいて配置された複数の接続リム９３によって、ギャップ２１の安定性を著しく高めることができる。
この発明は、適切な接続部材によって、部分を含むハニカム本体の強度を高めることおよびハニカム本体部分間のギャップを安定化することに特に適する。
参照符号の説明
Ｓ 主な流れの方向
１０ａ 加熱触媒
１０ｂ 主触媒
１１ ケーシングチューブ
１２ ハニカム本体
１３ 接続リム
１４ 接続リムおよびハニカム本体間の接続場所
２１ 電気絶縁ギャップ
２２ａ−ｂ ハニカム本体部分
２３ａ 中央に配置された接続リム
２３ｂ エッジ領域に配置された接続リム
２４ 流体が流れる通路
２５ 曲流状経路
２６ ハニカム本体部分の取付接続部材
３３ 接続リム
３４ 接続リムおよびハニカム本体間の接続場所
３５ 接触面
５３ａ 左側接続リム部分
５３ｂ 右側接続リム部分
５４ セラミックなどの充填材料を含む不導体
５５ 金属エンクロージャ
６３ コーム形状の接続リム
６４ 固定点
６５ 凹部
６６ 脚部
６８ 電気絶縁手段
８１ カラー
８２ ハニカム本体の部分
８３ａ，ｂ，ｃ カバーに組込まれた接続リム
８４ 固定点
８５ 通路断面
９３ ピン
９３ａ 金属支持ピン
９３ｂ 電気絶縁性エンクロージャ
９３ｃ 金属エンクロージャ
９４ 接続リム９３およびケーシングチューブ１１間の接続部

Claims (10)

1. ハニカム本体（１２）であって、前記ハニカム本体（１２）は、ほぼ平行に延び、かつそれを通って流体が流れ得る通路（２４）を含み、さらに前記ハニカム本体（１２）は電気加熱可能な部分（２２ａ−ｄ）を含み、前記電気加熱可能な部分（２２ａ−ｄ）は、１つまたは複数個のギャップ（２１）によって部分的に互いに電気的に絶縁され、それにより前記ハニカム本体（１２）を通る略曲流状の曲がりくねった（２５）がもたらされ、前記部分（２２ａ−ｄ）間の前記ギャップ（２１）は空気によって満たされており、かつ１つまたは複数個の電気絶縁性接続リム（１３；３３；６３；８３ａ−ｃ；９３）によって安定化され、前記電気絶縁性接続リムは前記部分（２２ａ−ｄ；５２）内に１つまたは複数個の固定点（１４；３４；６４；８４；９４）を有し、前記接続リム（１３；３３；６３；８３）の少なくとも一端は前記通路（２４）の中に突出し、そこに固定されることを特徴とする、ハニカム本体。
2. ケーシングチューブ（１１）によって包囲され、前記接続リム（１３；３３；８３ａ−ｃ；９３）が前記ハニカム本体（１２）の前記部分（２２ａ−ｄ；８２）に前記ケーシングチューブ（１１）を接続することを特徴とする、請求項１に記載のハニカム本体。
3. 前記接続リム（１３；３３；６３；８３ａ−ｃ；９３）が、前記ハニカム本体（１２）の種々の部分（２２ａ−ｄ；８２）間に１つまたは複数個の接続（３４；６４；８４；９４）をなすことを特徴とする、請求項１または２に記載のハニカム本体。
4. 前記ケーシングチューブ（１１）によって包囲され、前記接続リム（６３；９３）が、直径方向に対向して配置された、前記ケーシングチューブ（１１）の部分と前記部分（２２ａ−ｄ）との間に接続（６４；９４）をもたらすことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のハニカム本体。
5. 前記接続リム（１３；３３）が、前記ハニカム本体（１２）の１つまたは複数個の端部を越えて全体的にまたは部分的に突出することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のハニカム本体。
6. 前記接続リム（６３；９３）が前記ハニカム本体（１２）の端部において前記端部間の面に延びることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のハニカム本体。
7. 前記接続リムがピン（６３）の形状であり、前記多層包囲ピン（６３）の内層（９３ａ）および外層（９３ｃ）の各々は金属材料を含み、介在層（９３ｂ）は電気絶縁性である、請求項１から６のいずれかに記載のハニカム本体。
8. 前記接続リム（１３；３３；６３）が少なくとも２つの支柱を備えたブリッジの形状であり、前記支柱の各々は互いに電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のハニカム本体。
9. 前記ケーシングチューブ（１１）によって包囲され、前記接続リム（８３）はカラー（８１）に固定され、前記カラー（８１）は前記ケーシングチューブ（１１）に嵌められることを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載のハニカム本体。
10. 前記接続リム（１３；３３；６３；８３）の、前記通路（２４）の中に延びる端部が、前記通路（２４）の断面形状および断面の大きさに適合されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のハニカム本体。

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