JPH03504405A - 導電性ハニカム体及び排ガス触媒担体としてのその監視並びに作動方法 - 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】 ｓＮ性ハニカム体及び排ガス触媒担体としてのその監視並びに作動方法 本発明は、液体が貫流可能の溝が多数形成されている、少なくとも部分的に構造 化された高温耐食性の薄板を巻き上げ、積み重ね又は他様に層状化した層から成 る、特に排ガス触媒用担体としての導電性ハニカム体、並びにその作動及びその 監視方法に関する。

本発明によるハニカム体の本質的な特徴は次の長所により触媒担体として使用す ることにあるが、これは他の比較可能の（を用を排除するものではない。すなわ ちこのハニカム体は例えば流体を加熱し、液体を蒸発させるため等に使用するこ ともできる。

自動車の触媒すなわち制御された三路触媒において以前より公知の先行技術から 出発して、本発明の各実施例は主としてこの種触媒装置の応答を促進し、調整し また監視することに関する。

従来自動車の冷始動期における有害物質の排出を減少させるために多くの場合い わゆる始動触媒（予備触媒とも称される）が使用されている。このようなエンジ ンに近接して組み込まれた金属性の支持構造物を有する始動触媒は、容積の大き い主触媒よりも迅速に加熱される。なぜならこの触媒はエンジンに近接して配設 されておりかつ容積が小さいからである。それにもかかわらず始動触媒も応答す るまでに一定の時間を要する。それというのもその触媒活性材料、そのセラミッ ク製担体物質及び金属製支持構造物がまず排ガスによって加熱されなければなら ないからである。

この場合始動触媒が排ガスからまず熱を奪い、その結果更に後方に配置された主 触媒は一層緩慢に作動温度に上昇することになる。

金属製支持構造物としてはハニカム体の多くの変種が公知であり、例えば次の各 文献に詳述されている：欧州特許第００４９４８９号、同第０１２１１７４号及 び同第０１２１１７５号明細書、並びに欧州特許出願公開第０２４５７３７号及 び同第０２４５７３８号明細書。

特にこれらの文献からはいわゆるＳ字状のハニカム体及びＵ字状の薄板層を有す るものも公知である。

最後に金属製のハニカム体を電気的に加熱し得ることもかなり以前から公知であ る。これについては例えばドイツ連邦共和国特許第５６３７５７号明細書に記載 されている。触媒本体を電気加熱体により加熱する他の研究はドイツ連邦共和国 特許出願公告第２２３０６６３号明細書から公知である。しかし触媒担体を直接 電気的に加熱することに関してはこれまで極めて大きな困難に直面してきた。な ぜなら通常の金属製構造物は、自動車において通常用いられる電圧でこれを直接 加熱体として使用し得るにはあまりにも低い電気抵抗を有するにすぎないからで ある。従ってドイツ連邦共和国特許第５６３７５７号明細書では、適当な抵抗を 有するように構成された特定の部分範囲のみを加熱している。ドイツ連邦共和国 特許出願公告第２２３０６６３号明細書では特殊な発熱体を使用しているが、こ れは同時に触媒担体として利用されているものではない。

一方らせん状に巻かれたハニカム体の場合各薄板層を適当に絶縁することによっ て、巻き上げられた薄板の長さ全体を利用し尽くした場合には、加熱に必要な電 力を得るのに十分な電流強度を生じないおそれのある極めて高い抵抗を生じる可 能性がある。

従って本発明の課題は、その抵抗を広範囲にその容量とは無関係に自由に選択す ることができ、従って特にノ＼ニカム体の加熱が自動車で通常利用される電圧又 は電流源により問題なく可能であるように、金属製ハニカム体の構造を改良する ことにある。付加的に又は選択的にハニカム体の温度に依存する抵抗を観察する ことによってその温度を求め、この情報により調整又は監視過程を可能とするこ とがもたらされるべきである。

この課題を解決するため本発明は、ハニカム体が間隙及び／又は電気的に絶縁性 の中間層又は被覆によって、その横断面及び／又はその軸方向の延長部において 電気的に、０．０３〜２オーム、有利には０．１〜１オーム、特に約０．６オー ムの電気抵抗を有する・薄板により少なくとも一つの電流路が生じるように、細 分されるべきことを提案する。図面により更に詳述するように、この場合一定の 抵抗を得るのに必要な間隙及び／又は中間層の数は多くのパラメータによって左 右される。個々の薄板の厚さ、その構造、個々の溝の横断面及び材料の選択はあ る種の影響を及ぼす。厚さ約０．０３〜０．１２踵、有利には０．０３〜０．０ ６ｍの薄板を使用することができる。常用の材料はクロム及びアルミニウム成分 を有する鋼板である。本発明には電気的に加熱可能の触媒担体の種々異なる変形 が含まれる。それらに共通していることは、触媒担体が間隙及び／又は電気絶縁 性の中間層によって、０．０３〜２オームの電気抵抗を有する触媒担体により少 なくとも一つの電流路が生じるように細分されているか又はそのジャケット管に よって分離されていることである。この範囲における抵抗は通常の１２ボルト装 置での電気加熱用として特に適している。その際考慮すべきことは高い電流強度 ですでに導線内にかなりの損失が生じるおそれがあり、従って触媒担体自体には おそらく例えば１０ポルトの低い電圧が印加されるにすぎないことである。

車輌中に電気的に加熱可能の触媒が複数個存在する場合には、常に種々異なる電 気的接続法が生じる。高い抵抗を有する個々の触媒担体を構成し、次いで並列的 に接続するか、又はこれらが比較的低い電気抵抗を有し、相応して直列に接続す ることもできる。

加熱電力が運転状態に左右されて変化する場合には、時間との関連において並列 接続から直列接続へ切り換わるようにすることもできる。

−Ｃ的に使用されている厚さ約０６０３〜０．０６ｍｍの高温耐食性の薄板は、 触媒担体を形成するのに必要とされる全長にわたって、予定の電気加熱には高す ぎる抵抗を有するおそれがある。すべての構造化された薄板が接触するか又はい わゆる接合法により接続されている触媒担体は１２ボルトでの電気加熱にはあま りにも電気抵抗が低すぎるおそれがある。従って結果として触媒担体を、その全 容量との関連において長さと導電性との間に協同作用を有する電流路が生じるよ うに細分しなければならない。この場合の一つの可能性として、横断面を、例え ばそれぞれ４つ以上の並列的に接続された３板層、有利には８〜１２の薄板層か らなる電気的に次々に連結された部分に分割することである。

他の可能性としては触媒担体を電気的に直列に接続されている軸方向に連続して 配置された層に細分することである。この２つの可能性は、実施例に基づき詳述 するように組み合わせて使用することも可能である。

電気的に加熱可能の触媒担体をジャケット管に詰め込む場合にはいくつかの特殊 性がある。なぜならこの場合には触媒担体の少なくとも一部をジャケット管から 電気的に絶縁する必要があるからである。更にリード線用の適当な絶縁プンシン グを設ける必要がある。しかしこれは例えば半殻体から構成されるジャケット管 を使用することにより大した問題とはならない。この場合触媒担体とジャケット 管とを絶縁させる処理は同時に熱的及び電気的に絶縁することができ、これは特 に有利である。

本発明は特殊な用途に対するいくつかの個々の事例での問題解決ニ関スる。図面 に基づき更に詳述するように、ハニカム体内の電流密度の分布を比較抑制するた め、ハニカム体の片側又は両側に端子板を設けることができる。加熱可能のハニ カム体とそのジャケット管との間に相対膨張の発生が予測される場合には、リー ド線を弾性的に構成する必要があり、これによりその膨張度を補償することかで きる。このリーＦ″線は場合によっては５０〜４゜Ｏアンペアの電流強度を有し ていなければならない。

ハニカム体が軸方向で高い機械的負荷を受けることが予測される場合には、互い に電気的に絶縁された薄板層を型締め結合によって軸方向への移動を阻止するこ とが重要である。周知のようにセラミック絶縁層は大規模には引張負荷不能であ る。この場合型締め結合は、生じる力を吸収するのに役立つ。特に型締め結合が 絶縁層の厚さよりも大きくない深さを有する場合、軸方向の力はこの範囲でセラ ミック中間層を圧縮荷重し、引張荷重を生じない。

導電性の触媒担体、特にこれまでに文献に記載されている例えば粉末冶金法で製 造された他の触媒担体は、これらが少なくとも部分的にそのジャケット及びその 支持体に対して絶縁されておりまた触媒活性被覆を備えて内燃機関の排ガス系に 使用される場合には、その電気抵抗を全体的に又は一部の範囲で測定しまた触媒 排ガス系を監視し及び／又は調整するために利用することによってコントロール することができる。温度が上昇するにつれて、ハニカム体の電気抵抗も上昇する 。これは電気加熱をコントロールしまた調整するのに利用することを可能とする 。触媒担体によって吸収された加熱電力が一定不変の電圧で低下するという作用 の他に、この加熱行程はまた、電気抵抗が予め規定することのできる閾値を下回 った際に終了することができる。例えば交通の渋滞時における運転温度が触媒反 応の点火温度以下に下げられる触媒の後加熱も、抵抗測定によって解消すること ができる。この場合加熱回路を定期的に短時間接続し、吸収した加熱電力又はこ の加熱電力に比例する大きさを測定することによって、加熱回路自体を抵抗測定 に利用することができる。

本発明の実施例及び概要を図面において部分的に略示して記述する。

第１図は始動及び主触媒用として種々異なる位置を有する、自動車の部分的に二 叉状に構成された排ガス系を示し、第２図は電気的に加熱可能の触媒用基本回路 を示し、第３図は円板状の加熱可能の触媒用基本回路を示し、第４図は自動車の 排ガス系又は触媒系内における温度を運転開始後の時間の経過との関連において 示すグラフであり、第５図は蛇行状に重ねられた触媒担体を示し、第６図はＵ字 状に延びる薄板層及びそれに相応する電流路を有する触媒担体を示し、 第７図はくびれ部を有する薄板積層体を示し、第８図はこの薄板積層体から製造 された蛇行状に重ねられた触媒担体を示し、 第９図はジャケット管に対する薄板積層体の絶縁処理法を明確に示す第８図から の断面図を示し、 第１０図は絶縁性の中間層を有する、逆方向に絡み合った薄板積屠体（Ｓ字型） からなる電気的に加熱可能の触媒担体を示し、第１１図は第１０図に基づく触媒 担体から構成された、電気的集合回路が略示されている多数の円板からなる触媒 を示し、第１２図はジャケット管及び電気接続用ブンシングを有する、逆方向に 絡み合った薄板からなる他の触媒担体を示し、第１３図は第１２図に基づく２つ の円板から構成されている触媒担体の長手軸に沿った断面図を示し、 第１４図は部分的に長手軸方向で破断して略示した導電性の触媒担体の組み込み 法を示し、 第１５図及び第１６図は端面側の端子板の種々の変形を示し、また 第１７図は２つの薄板層間の電気的に絶縁性の型締め結合を示すものである。

第１図には自動車の部分的に二叉状の排ガス系が略示されている。しかし次に行 う説明は下方の支線１０ｂ、Ｉｌｂ、！２ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ 、１９ｂがそれぞれ欠落する単線状に構成された装置に対しても該当する。この 排気系は排ガスをエンジン排気管１０ａ、ｌＯｂにより、ラムダプローブが配設 されている混合域１３に送る。そこから排ガス導管１５ａ、１５ｂが主触媒１７ ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂにまた更にそこから排気管１９ａ、１９ｂに導かれ る。主触媒が唯一の担体からなるか又は図示するように２つの担体からなるかは 、エンジンの大きさ及び出力による。第１図には電気的に加熱される始動触媒の 可能な３箇所が示されている。位置１はＩｌａ、ｌｌｂで、位置２は１２ａ、１ ２ｂでまた位置３は１６ａ、１６ｂで示す。次にこれらの位置の利点及び欠点を 詳述するが、これらの位置の２箇所又はすべてに加熱触媒を取り付ける組み合わ せも考えることもできる。更に主触媒１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ自体を電 気的に加熱することも可能であり、この場合にはもちろん一層高い電力が必要と されるが、場合によっては始動触媒を省くこともできる。

位置ｌは始動触媒用として一般的な配置箇所であり、この場合各触媒はそのエン ジンの近くにあることから急速に加熱され、従って早期に応答するが、その際高 い熱交換による負荷に耐える必要がある。電気的に加熱することによってこの位 置での応答挙動は更に改良することができるが、次の主触媒位置までの排ガス行 程が比較的長いため、排ガスは運転開始直後主触媒までの間に、主触媒の応答挙 動が限られた範囲で改良されるにすぎない程度に、再び冷却する可能性がある。

位置２はエンジンから僅かに遠ざけられていることから、触媒担体の熱交換によ る負荷を減じることができ、また主触媒にも、近いことから、その応答挙動は僅 かながら促進される。更に位置２は付加的に、そこで早期に応答する触媒がラム ダプローブ１４の応答挙動をも改良するという利点を有する。

位置３は、始動触媒１６ａ、１６ｂの応答と共に主触媒１７ａ、１７ｂ、ｌｅａ 、１８ｂの応答をも急速に促進するのに有利である。エンジンから遠ざけること によってこの位置における始動触媒は加熱にも拘らず遅れて応答する。

しかし上記のそれぞれの位置で始動触媒、特に電気的に加熱可能の始動触媒は著 しい利点を有する。従ってどの位置が又はこれらの位置のどの組み合わせが特に 好ましいかは個々の周辺条件に左右される。この場合主触媒の担体がセラミック 製担体であるか又は金属製担体であるかは重要ではない。

第２図及び第３図には導電性触媒又は電気的に加熱可能の触媒用の基本回路が略 示されている。第２図では触媒２４は電源２０カラスイツチ２３を介して電流を 供給される。ここで以下のように＋／−／〜の記号によって、本発明にとって電 力供給がバッテリーから直流で行われるか又は点灯用発電機から交流で行われる かは全く問題でないことを表す。一般に一定の運転状態に達した後は触媒を更に 電気的に加熱する必要はなく、従ってスイッチ２３は定時継電器２１及び点火ロ ック２２と接続される。第２図に示した装置により逆に触媒２４のその都度実際 の（すなわち温度に関連する）抵抗Ｒ（Ｔ）に関する結論を導き出すことも可能 であり、これは本発明の本質的な利点でもある。最も簡単な場合この抵抗Ｒは電 圧測定器２５及び電流測定器２６によりＲ−’−（ｕ＝雷電圧Ｉ＝電流）から決 定することができ、この場合場合によっては電圧を一定及び既知数であると仮定 することも可能である。抵抗Ｒはまた触媒担体の温度ＴＫに直接比例する。加熱 行程は予め設定された電流１．．７を下回った際に終了し、その後十分に高い温 度ＴＫが得られることから、加熱行程を自己調整することができる。更に規則的 に短時間接続しまた加熱電流を測定することによって（又は他の抵抗測定系によ って）、触媒の温度Ｔ、がなお接触反応用の点火温度Ｔ２を上回っているか否か を確認することが可能である。そうでない場合には再び電気的に加熱することが できる。また触媒担体の抵抗Ｒの時間挙動を測定することにより（自動車自体で 又は工場実験で）、逆に触媒の機能に関して結論を導き出すことも可能である。

なぜなら発熱性の接触反応の発生は抵抗Ｒが急速に上昇することによって認める ことができるからである。自動車内での適当な表示、例えば緑色灯は容易に実現 可能である。

第３図の場合も電気的に加熱可能の触媒は電源３０からスインチ３３を介して電 流を供給され、このスイッチは定時継電器３１を介して点火ロック３２と接続さ れている。しかしこの実施例では触媒は複数個の個々に加熱可能の部分領域３４ ．３５．３６．３７からなり、この場合まず第１の部分領域３４が別個に高い電 流で加熱可能であり、その後初めて他の部分領域３５．３６．３７が有利には直 列回路で接続される。

第４図に基づき更に詳述するように、電気的に加熱可能の触媒を作動する場合、 種々の選択可能の系を使用することができる。

第４図のグラフには縦座標に温度Ｔが横座標の時間ｔに対して示されている。Ｔ ２は通常の触媒の点火温度例えば約３５０°Ｃを表し、ｔ２は点火時点、すなわ ち接触反応が付加的な措置を施すことなく言及するに値する規模に達した時点を 表す。曲線ＴＡは、時点も、でのエンジン始動後における触媒前方の排ガス温度 の経過を時間との関連において示すものである。破線ＴＫｌは電気的に加熱され た触媒担体内の温度経過を示す。触媒担体に対する加熱電力を、その温度Ｔ０が 常に排ガス温度ＴＡよりも僅かに上にあるように選択した場合、触媒担体を加熱 するために排ガスから熱が除去されるのを阻止することができる。この電力で排 ガス自体が無視し得ないほどに加熱されることはないが、冷却は阻止される。こ の運転法の場合、触媒のセラミ’）り材料及び触媒活性材料は排ガスによって外 からまた触媒担体によって内から同時に加熱され、これにより明らかに早期に温 度Ｔ２に達し、この温度で（発熱）反応が起こり、独りでに以後の加熱が生しる 。触媒を加熱するための電力は任意の大きさのものが得られないことから、第３ 図の回路に基づいてまず触媒の一部領域のみを、すなわち例えば軸方向の高さ約 ３．５〜６ｃ＋ｎの最前の触媒円板のみを加熱し、ここで発熱反応をできるだけ 急速に起こすことが必要となる。ＴＫｚで示した曲線はこの円板での可能な温度 経過を示す。この場合その温度は小さな部分領域に限定された高い短絡電流で極 めて急速に著しく、例えば６００°Ｃに高められ、次いで他の触媒部分領域の加 熱に切り換えられる。これにより第１円板は再び僅かに冷やされるが、これは好 ましい予熱ではもはや点火温度を下回ることはなく、これにより排ガスとの発熱 反応は維持され、これは更に後続する部分領域をその応答状態にする。曲線Ｔに 、はエンジン始動前に予め加熱された触媒担体の温度経過を示すものである。時 点ｔｖでの予加熱開始時から始動時点ｔ、、までに温度はで、速に、点火温度Ｔ ２を越えて上昇し、もはやこれを下回ることはない。

ここで触媒の電気加熱に関する若干の基本的な考察を行う。この場合次の点に注 意すべきである。

ａ）触媒をエンジン始動前に予熱しなげればならない場合、その電力消費量は待 ち時間があまり長くならないように、しかしまたバッテリーが過度に負荷されな いように配慮する必要がある。

実験結果によれば、充電率は約４０〜４００Ａ（１２Ｖ系）であり、これにより バッテリーが過度に負荷されることはなく、またそれにもかかわらず触媒の応答 挙動は明らかに影響される。

ｂ）触媒をエンジンの始動後に初めて加熱する場合、これは一層長い期間又はよ り高い電力を供給されるが、点灯発電機の許容負荷及び必要なケーブル布線の枠 内で最大の電流強度を考慮すべきである。特に電気装置の可燃性に関して注意し なければならない。

これらの条件の下に、触媒の電気加熱に関して１２Ｖの電圧で作動する電気装置 の場合、触媒又は個々の触媒領域を加熱するには約５〜４００アンペアの電流強 度が必要となることから出発しなければならない。この事実は、触媒を加熱する ために利用する電流路の電気抵抗は、本明細書の導入部においてすでに記載した ように、一定の値を上回ってもまた下回ってもならないことを意味する０個々の 薄板層から構成された触媒担体の場合、抵抗Ｒに関しては次の式が成り立つ。

−ｂ−ｈ ρ＝電気抵抗率、Ｌ一層の長さく場合によっては平坦な薄板と波状の薄板とでは 異なる）、ｂ−箔厚、ｈ＝箔の高さ、２＝層の数。

触媒が高さｈのＮ個の触媒円板から構成されている場合、抵抗は直列接続では更 に相応してＮ倍すべきである。

電流■によって導体内に生じる熱は以下の通りである。

Ｑ＝Ｕ−Ｉ−ｔ＝Ｉ”　　−Ｒ Ｑ＝熱量、Ｕ−電圧、■＝雷電流ｔ＝待時間Ｒ＝低抵抗担体を温度１゛に加熱す るのに必要な熱量は以下の通りである。

Ｑ＝ｃ−ｍ・ΔＴ Ｃ＝比熱、ｍ−質量、ΔＴ＝温度差。

これから純粋な電気抵抗の加熱による加熱時間が得られる。エンジンの廃熱によ り触媒に供給される熱量も含めて実際の加熱時間は著しく短く、経験値によれば 約２分の１も、。

にすぎない。

本発明の以下に記載する各実施例は、金属薄板からなる触媒担体を、電気的加熱 に適した抵抗を有する電流路が生じるように構成する種々の可能性を示すもので ある。この場合本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者によ る変形態様もまた先行技術に基づく同等の実施態様も該当するものである。特に 薄板層は平坦な薄板と波状薄板とが交互に配設されたものである必要はなく、先 行技術において多くの変種が公知であるように、別様に構造化された薄板も同様 に使用することができる。

第５図は蛇行状に重ねられた触媒担体５０を示し、これは平坦な薄板５１及び波 状薄板５２からなる、数箇所の方向変換部５７を有する積層体からなる。本実施 例ではこの積層体は４つの波状薄板５２と３つの平坦な薄板５１により構成され ており、その際積層体の上側及び下側は波状薄板からなる。これらの蛇行湾曲体 間にはそれぞれ電気的に絶縁性の中間層５８が配設されており、これは個々の蛇 行湾曲体間に直接電気接続が生しるのを阻止する。

積層体の両端でその薄板はそれぞれ導電可能に互いに接続され、電流導入線５３ 及び電流導出線５４又はそれに通した接続片を備えている。担体全体は容器又は ジャケット管５５内に配置されている。その前面で方向変換部５７の範囲は破線 で記された縁カバー５６ａ、５６ｂを有し、これは方向変換部５７と容器５５と の間に不所望の電流が流れるのを阻止し、また蛇行湾曲体と絶縁性中間層５８と を固定する。この装置の抵抗は蛇行状薄板積層体中の薄板の数によって広範囲に 変えることができる。更に装置のこの様式により横断面が長方形でないものも充 填することができる。

第６図はＵ字状に曲げられた平坦な薄板層６１及び波状薄板層６２を有するそれ 自体は公知の触媒装置を例示するものであるが、これらの薄板層はその両端で支 持壁６５．６６．６９に固定されている。本発明によればこの装置も絶縁性中間 層６８によって、また支持壁６５．６６．６９を導電性の区域６５．６６と電気 的に絶縁性の構造物６９とに区分けすることによって、適当な抵抗を有する電流 路が生しるように細分されている。矢印で示されているように、電流は順次Ｕ字 状の互いに隣接する薄板の異なるグループを通って流れ、その際支持壁の導電性 区域はその都度次のグループを接続させる。担体の内部で支持壁は、対向する導 電性区域に対する直通電気接続部材６７を有し、その結果支持壁６９の両側にあ るＵ字状薄板の各グループは電流供給部に含まれる。

電流導出線６４はこの実施例の場合電流導入線６３の近くにある。

触媒担体６０全体は場合によっては更に、図示されていないジャケット管に配置 する必要があり、このジャケット管に対向する一番外側の薄板層は場合によって は絶縁されていなければならず、またこのジャケット管を介して電流導入線６３ 及び電流導出線６４は場合によっては絶縁して通過させる必要がある。

本発明の他の実施例を第７．８図及び第９図に示す。第７図は少なくとも断片的 に平坦な薄板条片７１及び波状薄板条片７２からなる、極めて長（引き伸ばされ た薄板積層体７０の一部を示すものである。この積層体は間隔をおいて複数個の くびれ部７３を有する。このくびれ部は、波状薄板７２が断片的に波状でない場 合にか又は積層体を所望の範囲で圧搾することにより得ることができる。また例 えばこの積層体をくびれ部なしに製造し、平坦な薄板７１と波状薄板７２との間 の接触箇所でろう付けし、その後に初めてくびれ部を圧搾することも可能である 。こうして形成した積層体から、第８図に示すような触媒担体８０を積層するこ とができる。基本的には蛇行状の成層であるが、この場合方向変換部は積層体７ ０のくびれ部７３によって形成されている。こうして所望の横断面形状を容易に 製造することができまた不規則に成形される縁範囲を小さくすることができる。

排ガスが流過しないくびれ部７３は、この範囲で電気抵抗を降下させるため補強 材７４を有していてもよい。積層体の平坦な薄板８１及び波状薄板８２は両端で 導電可能に接続され、電流導入線８３並びに電流導出線８４で終わるが、これら は絶縁片８５．８６を介して、担体を包囲するジャケット管に導かれる。個々の 蛇行湾曲部及び積層体の外側は絶縁層８８により互いにまたジャケット管から電 気的に隔離されている。第９図はジャケット管に対する絶縁可能性の一例を示す 第８図からの一部拡大断面図である。ジャケット管９０は例えばポケット９３を 有し、ここにはセラミック板が装入されまた場合によってはそこにろう付けされ ている。このセラミック板９８は、平坦な薄板９工及び波状薄板９２からなる積 層体をジャケット管９０から間隔を置いて保持し、これにより電気的及び熱的絶 縁が得られる。しかし絶縁体としてはセラミック繊維マット又は他のセラミック 材料も使用することができる。

第１０図は本発明のもう一つの特に好ましい一実施例、すなわち逆方向に絡み合 った平坦な薄板１０１及び波状薄板１０２の積層体からなる公知の触媒担体１０ ０を示すものである。触媒担体のこの構造はそれ自体公知であり、しばしばＳ字 状と呼ばれる。

この実施形式は、積層体の上面および下面に絶縁層１０８又は絶縁被覆を設ける 可能性を提供するものであり、これにより積層体を逆方向に組み合わせた場合、 矢印で示されているように比較的長い電流路が生じる。その長さは、原料積層体 の高さ対触媒担体の直径の比に依る。薄板層１０１．１０２がその両端で互いに 絶縁されている導電性の半殻体１０５．１０６に固定されている限り、これらの 半殻体に電流導入線１０３及び電流導出線１０４を取り付けることができる。こ のため半殻体１０５．１０６は例えば絶縁片１０７によって互いに分離されてい ることを要し、この場合絶縁層１０８は丁度この絶縁片１０７の範囲内で終わっ てぃなければならない。全装置は通常更に電気的に絶縁して図示されていないジ ャケット管に収納されるが、これには電流導入線１０３及び電流導出線１０４が 絶縁状態で導入される必要がある。また一般に実際的なすべての実施例で、容器 に対して及び自動車の車体に対して良好な導電接続が得られる場合には、電流導 出線を省略することができる。逆方向に絡み合った薄板により、他の多くの横断 面形状のものを公知方法で満たすことができ、従ってこの実施例は横断面が円形 のものに限定されるものではない。

第１０図により構成された電気的に加熱可能の触媒担体の達成可能な電気抵抗が 所望の軸方向の長さを考慮して十分に高くない場合には、例えば第１１図に示す ように複数個の順次に配列された円板からなる集合結線とすることができる。こ こに示された実施例は４つの順次に接続された第１０図により構成された高さｈ の円板１００からなり、この場合個々の円板は、それぞれ２個の円板を包括する 円筒状半殻体１１６によって直列に接続されていることが明らかである。全担体 は１本の電流導入線１１３と、４本までの電流導出線１１４を有し、これはそれ ぞれ短絡スイッチ１１５ａ、１１５ｂ、１１５Ｃを介して接続又は遮断可能であ る。

個々の円板１００間の間隙１１８は軸方向に電気絶縁を生ぜしめ、全担体はまた 電気的に絶縁状態で図示されていないジャケット管に収納することができる。こ の装置の略示した電気結線は次の作動法を可能とする。

まず排ガスの流動方向で見て最前端の円板１００を、スイッチ１１５ａのみを接 続することによって、この円板の抵抗に相当する極めて高い電流で負荷すること ができる。従ってこれは第４図に示した曲線Ｔに２の出発時に相応して急速に加 熱される。一定の時限例えば１０秒が経過した後、スイッチ１１５ａは遮断可能 であり、その結果スイッチ１１５ｂ、１１５ｃが遮断されると、全円板は以後の 加熱のために４分の１に減少した加熱電流を得る。

予め規定された時限で順次にスイッチ１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃを個々に 開くことも可能であり、これにより触媒は円板毎に減少する電力で加熱される。

これは同時に掻く短時間での高い電流消費量で触媒を急速に応答させることを可 能にする。

第１２図及び第１３図は、再度Ｓ字状の電気的に加熱可能の触媒担体を、横断面 図（第１２図）及び縦断面図（第１３図）で示すものである。第１２図には逆方 向に絡み合った平坦な薄板１２１と波状の薄板１２２とからなる第１０図に相応 する本来の触媒担体１２０の他に、系及び接続部がジャケット管１２７ａＸ　１ ２７ｂに装入されている状態が示されている。ジャケット管は２個の半殻体１２ ７ａ、１２７ｂからなり、これらはセラミック絶縁材１２９．１３０により電気 的に互いに分離されている。この半殻体１２７ａ、１２７ｂ内で、これから電気 的に絶縁して、もう一つの半殻体１２５．１２６が存在し、これらは電流導入線 工２３又は電流導出線１２４を接続している。電気構成部及び絶縁層１２８は第 １０図のそれと同じである。銅線１２３．１２４はセラミック片１２９を介して 外部に導かれる。第１３図から認め得るように、例えばこの種の２個の触媒担体 １２０ａ、１２０ｂを連続的にまた電気的に直列に接続してジャケット管に収納 することもできる。

第１４図はほぼ軸方向に、場合によっては蛇行状に電流Ｉ　（矢印参照）が貫流 する触媒担体１４０及び長手軸方向での断面図で示したジャケット管１４１への その埋込状態を示すものである。

この触媒担体１４０は一端で良好に導電性の例えば金属環１４２を介してジャケ ット管１４１と接続されている。他端は、一種のスライド結合を形成する電気的 に絶縁性の間隔保持体１４８によりジャケット管１４１から分離されている。こ の前面又は両面は良好に導電性の端子板１４６を有し、これは高い電流Ｉを触媒 担体１４０に比較的穏やかに導入させる。端子板１４６は例えば約３〜１ｏＩＩ Ｉｆｆｌはど軸方向で触媒担体１４０内に突入しており、この薄板と良好に導電 接続されており、有利には硬くろう付けされている。端子板１４６にはリード線 １４３が良好に導電性に固定されており、これは絶縁ブッシング１４５を通って ジャケット管１４１から外部に導かれる。リード線１４３は弾性に成形可能の範 囲１４４を有し、これは触媒担体１４０の長手方向への熱膨張をジャケット管１ ４１に対して補償することができる。リード線１４３．１４４は例えば高温耐食 性の材料からなる折り曲げられた厚い薄板条片からなっていてもよい。

第１５図及び第１６図は端子板を触媒担体の正面に埋込む種々の実施態様を示す ものである。平坦な薄板１５１と波状薄板１５２とから巻き上げられている第１ ５図に示した触媒担体１５０では、直線状の板１５６が正面の相応するスリット 内に挿入されている。第１６図にはほぼＳ字状に組み合わせて構造化された薄板 １６１．１６２からなる触媒担体１６０の正面が示されている。

この場合端子板１６６は同様にＳ字形である。この構造は例えば、。

Ｓ字状の触媒担体がこの薄板積層体の端部を組み合わせることによって形成され る薄板積層体内に、端子板１６６を一緒に封入した場合に得られる。

第１７図は２枚の電気的に互いに絶縁された薄板層１７１．１７２の型締め結合 を略示するものであり、、これは矢印で示した力によって軸方向で同化する状態 にある。この図は型締め結合の範囲１７３における２枚の接触する薄板１’１１ ７１．１７２の縦断面図である。この型締め結合は例えば触媒担体の長手方向に 対してほぼ直角に走る溝によって又は個々の合わせ目によって得ることができる 。例えばセラミック材料からなる絶縁Ｎ１７８は双方の１枚層１７１．１７２を 互いに分離する。この溝又は継ぎ目の深さｄが絶縁Ｎ１７８の厚さよりも大きい か又はこれに等しい限り、この層は型締め結合１７３の軸方向における負荷に際 して、引張られるのではなく、主として押付けられ、その結果この結合は軸方向 で強化されることになる。

本発明及び上記の各実施例は基本的に十分な電力が得られる限り、始動触媒の電 気加熱にまた主触媒の加熱にも通用することができる。複数個の触媒担体からな る並列的又は直列的な集合結線は与えられた状況及び寸法に応じて可能である。

点灯発電機によりエンジンを始動しまた電流を得る場合には、これらの触媒は直 接交流によって加熱することもでき、その結果すべての必要な電力はとりあえず 整流する必要はない。自動車における他の電気装置とは異なり、これらの触媒担 体は電圧の変化に左右されず、従って場合によっては不規則な付加的電圧の供給 によって給電することもできる。本発明による電気的に加熱可能の触媒担体は、 自動車の冷始動時における放出物番こ対する特に厳格な要求に合わせて、有害物 質の排出量を減少させるのに通している。上記の／Ｓニカム体はその主な使用分 野を自動車用触媒に有するが、例えば流体用の加熱器又は蒸発器としての、他の 用途も可能である。

ＩＧ　４ ＦＩＧ　１６ 国際調査報告 国際調査報゛告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に排ガス触媒用担体である導電性ハニカム体（５０；６０；８０；１００ ；１１０；１２０；１４０；１５０；１６０）において、これが、液体が貫流可 能の溝が多数形成されている少なくとも部分的に構造化された高温耐食性の薄板 （５１、５２；６１、６２；７１、７２；８１、８２；９１、９２；１０１、１ ０２；１２１、１２２；１５１、１５２；１６１、１６２；１７１、１７２）を 巻き上げ、積み重ね又は他様に層状化した層、有利にはほぼ平坦な薄板と波状薄 板とが互いに配置されている層からなり、薄板（５１、５２；６１、６２；７１ 、７２；８１、８２；９１、９２；１０１、１０２；１２１、１２２；１５１、 １５２；１６１、１６２；１７１、１７２）が約０．０３〜０．１２ｍｍ、有利 には０．０３〜０．０６ｍｍの厚さを有し、ハニカム体（５０；６０；８０；１ ００；１１０；１２０；１４０；１５０；１６０）が間隙（１１８）及び／又は 電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；９８；１０８；１２８；１４８； １７８）又は被覆によって、その横断面及び／又はその軸方向の延長部において 電気的に０．０３〜２オーム、有利には０．１〜１オーム、特に約０．６オーム の電気抵抗を有する薄板（５１、５２；６１、６２；７１、７２；８１、８２； ９１、９２；１０１、１０２；１２１、１２２；１５１、１５２；１６１、１６ ２；１７１、１７２）により少なくとも一つの電流路が生じるように細分されて いることを特徴とする導電性ハニカム体。 ２．ハニカム体（６０；８０；１００）がその横断面及び／又はその軸方向範囲 に関して部分的に互いに電気的に絶縁性の部分領域に細分されており、これらが 限定された電気的接続ブリッジ（７３；６５、６６；１１６）によってすべてを 又はグループ毎に電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載 のハニカム体。 ３．各電流路が並列的に電流の流れる隣接して配置された少なくとも４つの有利 には８〜１２の薄板からな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．並列的に電流の流れる隣接して配置された少なくとも４つの薄板層が蛇行状 （５７）に被覆されて担体（５０）を形成し、その際中間層（５８）が蛇行湾曲 体の相対する面を絶縁させることを特徴とする請求項３記載のハニカム体。 ５．方向変換領域（７３）で少なくとも４つの層が扁平な状態で互いに接し、そ の際この領域で電気抵抗を降下させる付加的な補強体（７４）が設けられること を特徴とする請求項４記載のハニカム体。 ６．ハニカム体（６０）がほぼＵ字状に曲げられた層（６１、６２）からなり、 これらの層がグループ毎に相互に、中間層（６８）又は被覆によって電気的に絶 縁されまた支持隔壁（６５、６６、６９）に固定されており、支持隔壁（６５、 ６６、６９）は電気的に導電性であるが、互いには絶縁された断片（６５、６６ ）を有し、これらがそれぞれ層の２つ以上のグループからなる直列回路を形成す ることを特徴とする請求項１、２又は３の１つに記載のハニカム体。 ７．ハニカム体（１００；１２０）が逆方向に絡み合った薄板の積層体（１０１ ；１０２；１２１；１２２）からなり、その際積層体は少なくともその上面及び 下面に電気的に絶縁性の層（１０８；１２８）又は被覆を有し、少なくとも薄板 の端部は積層体の各面で導電性に互いに接続されまた電源（２０、３０）の両極 と接続するための端子（１０３、１０４；１２３、１２４）を有することを特徴 とする請求項１、２又は３の１つに記載のハニカム体。 ８．ハニカム体（１００）が環状の横断面を有し、積層体の高さがこの横断面の 直径の３分の１以下であることを特徴とする請求項７記載のハニカム体。 ９．数個のハニカム体（１００）が円板状に前後して順次に配置されており、電 気的に並列的又は直列的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし８の １つに記載のハニカム体。 １０．電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；１０８；１２８）又は被覆 が粒状のセラミック材料からなり、これが各隣接面に塗布、有利には火炎噴射塗 布されていることを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載のハニカム体。 １１．電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；１０８；１２８；１４８； １７８）がセラミック部分又はセラミック繊維マットからなることを特徴とする 請求項１ないし９の１つに記載のハニカム体。 １２．薄板を金属ジャケット管（９０；１４１）から絶縁させるため、これにろ う付けされたセラミック板（９８；１４８）を使用することを特徴とする請求項 １１記載のハニカム体。 １３．互いに電気的に絶縁された薄板層（１７１；１７２）が型締め結合（１７ ３）により互いに軸方向に移動するのを阻止され、その際電気的に絶縁するため セラミック中間層（１７８）が型締め結合内に挿入されていることを特徴とする 請求項１ないし１２の１つに記載のハニカム体。 １４．ほぼ軸方向に電流が貫流可能のハニカム体（１４０；１５０；１６０）に おいて、一方又は双方の正面に少なくとも一つの良好に導電性の端子板（１４６ ；１５６；１６６）が設けられ、これがハニカム体（１４０；１５０；１６０） の横断面にわたっての電流密度の均一な分配を改良することを特徴とする請求項 １ないし１３の１つに記載のハニカム体。 １５．端子板（１４６）の少なくとも一つが、弾性（１４４）でかつ良好に導電 性で耐高温性であり、また電気的に絶縁性のプッシング（１４５）を介して外部 に導かれるリード線（１４３）と接続されており、このリード線は例えば５０〜 ４００Ａの高い電流強度に適し、端子板（１４６）とブッシング（１４５）との 間で熱による相対移動を行い得ることを特徴とする請求項１４記載のハニカム体 。 １６．内燃機関の排ガス系における導電性の、少なくとも部分的にそのジャケッ ト及び支持体に対して絶縁されている触媒活性の被覆を備えた触媒担体、特に請 求項１記載の触媒担体を作動又は監視する方法において、触媒担体の（温度に比 例する）電気抵抗を全体的に又は一部の範囲で測定し、触媒排ガス系を監視及び ／又は調整するために利用することを特徴とする触媒担体の作動又は監視方法。 １７．触媒担体の電気抵抗で予め規定することのできる閾値以下か又はこれを下 回る際に、閾値に達するか又は再び達成する迄加熱電力を負荷し、その際予め規 定することのできる閾値が有利には触媒反応を自発的に生じる温度を僅かに上回 る触媒担体の抵抗に相当することを特徴とする請求項１６記載の方法。 １８．少なくとも短時間にわたり触媒担体により吸収された加熱電力又はこれに 比例する値を測定することによって、触媒担体の抵抗を予め設定可能の時間間隔 で測定することを特徴とする請求項１６又は１７記載の方法。