JPH03174220A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持さ
せるための金属製ハニカム体から成る排気ガス浄化装置
に関する。

更に詳しくは、本発明は過酷な条件下で使用されるこの
種の排気ガス浄化装置において、金属製ハニカム体とし
て、熱膨張や熱応力にょる変形や破損に対する耐久性を
改善したものを使用することを特徴とする排気ガス浄化
装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、一般に耐熱性の薄
肉鋼板の平板状帯材と前記薄肉鋼板を波付成形した波板
状帯材とを、相互に当接部を有するように重積し、これ
を−括渦巻状に巻回積層して製作した軸方向に排気ガス
通路のための多数の網目状通気孔路を有するハニカム状
積層体（以下、巻回タイプのハニカム体という。）と、
前記巻回タイプのハニカム体を環装し固着するための両
端が開口した筒状の金属ケースから構成されている。な
お、該ハニカム体の壁面に排気ガス浄化用触媒が担持さ
れることはいうまでもないことである。

そして、前記巻回タイプのハニカム体と金属ケースとは
、排気ガス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒との
発熱反応などによる熱膨張や熱的応力に耐えるように、
また自動車走行時の振動などに耐え得るようにろう接な
どにより強固に固着される。一方、ハニカム体を構成す
る平板状帯材と波板状帯材の当接部は種々の方法により
固着される。

しかしながら、前記した巻回タイプのハニカム体と金属
ケースとから構成される従来の排気ガス浄化装置は、長
期の使用に耐えるものではない。特に、ハニカム体の軸
方向（即ち、排気ガスの流入、通過方向）において、前
記した高い温度雰囲気下による熱膨張や熱応力に基づく
変形力が、ハニカム体外周部近傍あるいはハニカム体の
外周面と金属ケースの内壁面近傍に集中するため、ハニ
カム体の外周部近傍において該ハニカム体を構成する平
板及び／又は波板の剥離、ヒビ割れ、破損が大きく、ま
たハニカム体と金属ケース間の剥離も大きくなるという
欠点がある。

これは、巻回タイプのハニカム体を構成する平板状帯材
と波板状帯材との間を、あるいはハニカム体の外周面と
金属ケースの内壁面とを強固に固着すればよいという考
え方に修正をせまるものである。

（発明が解決しようとする問題点） 前記した厳しい温度条件下における巻回タイプのハニカ
ム体の欠点は、特開昭６２−２７３０５０号公報に開示
されるハニカム体、即ち、平板状帯材と波板状帯材を重
積して配置した浄化エレメントを中心の固定軸を起点と
して、多数、放射状に放射させた構造のハニカムコア体
（以下、放射状ハニカム体という。）において幾分解消
されるものの十分なものではない。

本発明者は、放射状ハニカム体を使用した排気ガス浄化
装置において、特に厳しい熱的交番負荷に対する耐久性
を改善するために鋭意検討を加えた。その結果、放射状
ハニカム体を構成する波板状帯材に放射起点から金属ケ
ースに至るように開口した連通孔を設けた場合、従来の
巻回タイプのハニカム体より格段に優れた効果を発現す
ることを見い出し、本発明を完成するに至った・ 【発明の構成１ （問題屯を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、薄肉金属板の平板状帯
材と波板状帯材を交互に配置した排気ガス浄化用触媒を
担持するための浄化エレメントを固定軸を起点として放
射状に所望の数を外延させて放射状ハニカム体とし、該
ハニカム体を筒状金属ケース内に固着してなる排気ガス
浄化装置において、前記平板状帯材と波板状帯材のうち
少なくとも波板状帯材が連通孔を設けたものであること
を特徴とする排気ガス浄化装置に関するものである。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

金属製ハニカム体を使用した排気ガス浄化装置において
、熱膨張や熱応力（歪）に基づく変形力に対する耐久性
を十分なものにすることが極めて重要である。これは巻
回タイプ、階層タイプ（平板状帯材と波板状帯材を階層
状に積層したもの）、及び放射状タイプのいずれのハニ
カム体についていえることである。

即ち、排気ガス浄化装置は、排気ガスの流量分布の相違
（中央部と周辺部の流量の相違）、及びハニカム体の表
面部に担持されたＰｔ、　Ｐｄ。

Ｒｈなどの排気ガス浄化用触媒と排気ガスの接触反応（
発熱反応）により、ハニカム体の中央部は周辺部より高
部にさらされる。因みに、この種の排気ガス浄化装置内
の温度は、一般には７００〜８００℃であるが、ＨＣ（
炭化水素）が多く排出される場合などには１２００”Ｃ
前後にもなる。

前記したハニカム体内部の温度勾配をさらに詳しくみる
と、ハニカム体の外周部とそれより少し内側の部位間に
おける温度勾配は、中央部近傍における温度勾配より著
しく大きなものとなる。このことはハニカム体が外気と
接したり、あるいは天候によっては水飛沫をかぶる筒状
金属ケース内に固着されるので、より一層、助長される
ことになる。

従って、このことが起因してハニカム体のみからなる（
金属ケースを使用しないタイプの）排気ガス浄化装置、
あるいはハニカム体と金属ケースとから構成される排気
ガス浄化装置において、ハニカム体外周面近傍、特にそ
の軸方向にハニカム体の構成部材の熱膨張や熱応力に基
づく強い変形力が集中することになる。

即ち、ハニカム体の外周面近傍の構成部材（平板状帯材
と波板状帯材）の当接部が固着されていても、前記した
変形力により経時的に相互に剥離したり、各構成部材が
ヒビ割れしたり破損したりする。

そして、これら剥離、ヒビ割れ、破損と連動して、各構
成部材の表面にコーティングされた高価な触媒層も剥離
し、排気ガスの浄化能力の低下を招くことになる。また
、金属ケース内にハニカム体が環装され、ハニカム体の
最外周面が金属ケースの内壁面に強固に固着された排気
ガス浄化装置においても、前記した状況は同じである。

従って、前記した剥離などの欠点を解消ないし抑制する
ためには、ハニカム体の構造において、熱膨張や熱応力
に基づく変形力を緩和させる手段を講じることが不可欠
である。

このため、本発明においては、排気ガス浄化装置の主要
な構成要素である金属製ハニカム体を放射状タイプにす
るとともに、該放射状ハニカム体を構成する平板状帯材
と波板状帯材のうち、少なくとも波板状帯材において開
口した連通孔をその放射の起点部近傍から金属ケースに
向って設けるという技術的構成を採用する。

放射状ハニカム体を採用するのは、巻回タイプのハニカ
ム体より製作コストが割高になるもののハニカム体と金
属ケースとの接点及びその近傍部位に集積される熱に基
づく大きな変形力を効果的に吸収、緩和しつるからであ
る。これは当該部位において放射状ハニカム体の端部が
開放されて金属ケースに当接するため、巻回タイプのハ
ニカム体と相違してねじれ変形が可能となるためである
。

本発明において、前記したように少なくとも波板状帯材
にその放射起点から金属ケースに当接する部位にわたり
開口した連通孔を設けられる。

この種のハニカム体においては、排気ガスの流速分布が
中心部において最大となること、従って、排気ガスと担
持された排気ガス浄化用触媒（Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ｒｈな
ど）との反応（発熱反応）により中心部が外周部より高
温になり、これが熱応力発生の引き金となることからし
て、本発明においては、波板状帯材に金属ケースの内壁
面に至る連通孔を設けて中心部の高温を外方へ分散化し
ようとするものである。この場合、放射状ハニカム体＆
；おいては、巻回タイプのハニカム体と比較して極めて
短時間のうちに均一な温度分布とすることができる。こ
れは、放射状ハニカム体の方が巻回タイプのハニカム体
より中心部の高温の排気ガスが該連通孔により金属ケー
スの内壁面側へ拡散して到達する距離が短いためである
。そして、均一な温度分布により均一な排気ガスの浄化
が達成されることはいうまでもないことである。

本発明において、前記したように波板状帯材の側にのみ
連通孔を設ける以外に、平板状帯材にも連通孔を設ける
ことができることはいうまでもないことである。即ち、
放射状ハニカム体を構成する平板状帯材と波板状帯材の
両者に連通孔を設けると、中心部の高温の排気ガスをよ
り早くハニカム体の外周部方向に拡散させることができ
るため好ましいものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて更に詳しく説明
するが、図示のものは本発明を限定するものではない。

第１図は本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）の略示断面図
である。

本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）を構成する放射状ハニ
カム体＋１１は、薄肉金属板の平板状帯材ｆｉｌ）と波
板状帯材（１２）を交互に配置した排気ガス浄化用触媒
を担持するための浄化エレメント（Ｅｌを固定軸（３）
を起点として！！ｌ＃を状に所定の数を外延させること
により製作される。第１図には、１つの浄化エレメント
［Ｅｌの細部のみしか示されていない。

なお、平板状帯材ｆｉｌ）と波板状帯材（１２）を交互
に配置するとき、排気ガスの通路となる多数の網目状通
気孔路ｆ１３）　（セル）は自動的に形成される。

前記平板状帯材として、例えばＦｅ＜ｒ２０％−Ａ４２
５％の耐熱性のステンレス鋼、あるいはこれに耐酸化性
を改善するために希土類を加えた耐熱性のステンレス鋼
などの厚さ０．０４ｍｍ、幅７５ｍｍのものが、そして
波板状帯材として前記平板状帯材を波形加工したものが
使用される。各帯材にＡＩ２を含有したステンレス鋼を
用いると、熱処理により帯材表面にウィスカー状のＡＩ
２＊ｏ３が析出し、これが排気ガス浄化用触媒を強固に
担持するので好ましいものである。

次に、固定軸（３）の外周に所望の数の浄化エレメント
（Ｅ）を放射させてなるハニカム体（１）を筒状金属ケ
ース（２）に環装し、固着することにより排気ガス浄化
装置＋Ａｌが製作される。なお、ハニカム体（１１と金
属ケース（２）との固着は、両者を組立ててからその少
なくとも一方の端部な所望の深さにろう材のスラリー浴
に浸漬処理してろう接合したり、あるいは、ハニカム体
（１）の金属ケースと接する近傍部位のみなろう接合し
たりすればよく、特段の制限を受けるものではない。

本発明の排気ガス浄化装置ｆＡ）の概要は前記した通り
であるが、本発明の特徴点が第２図〜第４図に示される
。

第２図は１つの浄化エレメントｆＥ）を構成する波板状
帯材（１２）の断面図であり、該波板状帯材（１２）に
は固定軸（３）からの放射始端から金属ケース（２）に
当接する全幅にわたり開口した連通孔（１２１＋が穿設
される。第３図は波板状帯材（１２）が二枚の平板状帯
材ｆｕｌｌの間に挟持されたちのにおいて、排気ガスが
波板状帯材（１２）に穿設された連通孔（１２１１を通
して矢印方向に排気ガスが拡散する状態を説明する図で
ある。第４図は、隣接する二つの浄化エレメント（Ｅ）
において、波板状帯材（１２）に設けられた連通孔ｆ１
２１＋と、平板状帯材ｆｉｌ）に設けられた連通孔ｆｌ
ｌｌ）を通して矢印方向に排気ガスが拡散する状態を説
明する図である。

［発明の効果］ 本発明は、排気ガス浄化装置の主要要素であるハニカム
体を放射状ハニカム体とするとともに５該ハニ力ム体の
構成部材のうち少なくとも波板状帯材に放射起点から金
属ケースの内壁面側に至るように開口した連通孔を設け
ているため、次のような優れた効果を奏するものである
。

ｆｉ）ハニカム体内部の温度分布、温度勾配を短時間に
均一化することができるため、排気ガスと浄化用触媒と
の反応条件が均一なものとなり、安定した浄化能が達成
される。

（ｉｉ）また、ハニカム体内部の排気ガス流の流速分布
が均一化するため担持された浄化用触媒の触媒能を十分
に生かすことができる。

また、単位触媒量に対する接触ガス量が一定化するため
安定した浄化能が達成される。

ｆｉｉｉ）前記ｆｉ）、　ｆｉｉ）と関連して、かつハ
ニカム体が放射状のちのであることに関連して、ハニカ
ム体内部の温度分布がより均一化するため、特にハニカ
ム体と筒状金属ケースとの当接部及びその近傍部位にお
けるハニカム体と金属ケースとの剥離、該剥離に誘因さ
れたハニカム体の構成部材（平板状帯材と波板状帯材）
の亀裂、破損などが効果的に防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の浄化装置の略示断面図である。第２
図は、波板状帯材の断面図である。 第３図は、波板状帯材の連通孔を通して排気ガスが拡散
する状態を説明する図である。第４図は、波板状帯材の
連通孔と平板状帯材の連通孔の両者を通して排気ガスが
拡散する状態を説明する図である。 Ａ・・・・・・・・・排気ガス浄化装置Ｅ・・・・・・
・・・・浄化ニレメントド・・・・・・・・・放射状ハ
ニカム体１１・・・・平板状帯材 １２・・・・波板状帯材 １１１・・・・連通孔（平板状帯材側）１２１・・・・
連通孔（波板状帯材ｍ１１）１３・・・・網目状通気孔
路（セル） ２・・・・・・・・・・筒状金属ケース３・・・・・・
・・・固定軸 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材を交互に配置
   した排気ガス浄化用触媒を担持するための浄化エレメン
   トを固定軸を起点として放射状に所望の数を外延させて
   放射状ハニカム体とし、該ハニカム体を筒状金属ケース
   内に固着してなる排気ガス浄化装置において、前記平板
   状帯材と波板状帯材のうち少なくとも波板状帯材が連通
   孔を設けたものであることを特徴とする排気ガス浄化装
   置。 ２、波板状帯材が、固定軸の近傍部位から金属ケースの
   内壁面に至るように開口した連通孔を設けたものである
   請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。 ３、平板状帯材と波板状帯材に連通孔を設けたものであ
   る請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。