JPH0622683B2 - 金属製ハニカム体 - Google Patents

金属製ハニカム体

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JPH0622683B2
JPH0622683B2 JP2502010A JP50201090A JPH0622683B2 JP H0622683 B2 JPH0622683 B2 JP H0622683B2 JP 2502010 A JP2502010 A JP 2502010A JP 50201090 A JP50201090 A JP 50201090A JP H0622683 B2 JPH0622683 B2 JP H0622683B2
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EMITETSUKU G FUYUA EMITSUSHIONSU TEKUNOROGII MBH
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に自動車の触媒担体として使用するため
の金属製ハニカム体に関する。従来の技術から金属製ハ
ニカム体の種々の形状が知られており、その際この種の
ハニカム体を形成する個々の板の形状付与に関しては機
械的安定性の観点及び個々の流路の形状が重視される。
更に加工技術上の問題及び有効表面の増大の観点がこれ
に加わる。この種のハニカム体は例えば欧州特許出願公
開第0159468号、同第0220468号、同第0245737号及び同
第0254738号公報に記載されている。
例えば個々の流路の間の結合孔により、又は相互に斜め
に波打ち上下に重なり合った二つの板層の使用により、
ハニカム体中の流れの巨視的混合に影響を与えるような
種々のマクロ構造も既に提案されている。
また欧州特許第0136515号明細書では、平板と波板の交
互の層から螺旋形に巻かれたハニカム体において、平板
に流れ方向に対しほぼ直角なミクロ構造を設けることが
既に提案されている。本来はこの種のハニカム体の加工
及びろう付けを有利にするために開発されたこのような
従来技術をこの発明は出発点としている。すなわち流れ
に対するミクロ構造の作用効果の研究により、個々の流
路中の流れの微視的混合を助成する補助的な効果が現れ
ることが判明した。
この種の効果は、螺旋形に巻き付けられたハニカム体の
平板と波板の間の形状結合が記載されている欧州特許出
願公開第0298943号公報でも言及されている。しかしな
がらこの効果の系統立つた利用は行われていない。
従ってこの発明の課題は、ハニカム体の個々の流路中の
微視的混合に対するミクロ構造の作用を特に有利な方法
で利用し、それにより触媒作用の効果を高めることので
きる金属製ハニカム体を提供することにある。同時にハ
ニカム体の機械的特性に有利に影響を与えようとするも
のである。
この課題の解決のためにこの発明によれば、ハニカム形
状、平均の流路幅及び主な機械的特性を決定する少なく
とも一つの第１のマクロ構造を少なくとも部方的に備え
る板から成る金属製ハニカム体が用いられ、その際ハニ
カム体は流れ方向へ流体を貫流可能な平均流路幅を備え
る複数の流路を有し、少なくとも板の一部が少なくとも
部分域に補助的なミクロ構造を備え、このミクロ構造が
平均流路幅の０．０１〜約０．３倍で少なくとも１５μ
ｍの高さを有し、その際ミクロ構造が流れ方向に対し直
角に又は角度を成して延び、かつ流れ方向に１〜１０mm
の間隔を置いて連続して並ぶようにされる。このような
形状は下記の知見に基づいている。すなわち触媒のため
のハニカム体は、単位断面積当たり多数の（通常平方イ
ンチ当たり２００〜５００個の）流路に基づき、ハニカ
ム体の全体積に関して大きい内部表面を有する。有効な
触媒作用のために特にできる限り大きい触媒表面積が必
要である。有効表面積はアルミナから成る層を被覆する
ことにより通常３桁以上増すことができる。その理由は
μｍ領域の粗い割れ目の多い結晶質の表面構造にある。
しかしながら有効な触媒作用による変換のためには、壁
に近い流れ領域と中心流との活発な交換もまた重要であ
る（第７図参照）。ハニカム体の流体中の乱流ではある
がしかし特に層流として図示された流れ分布曲線は、移
行域において壁に向かって著しく低下する速度を有す
る。ガス流速が全体として高められると確かに壁近傍で
の交換は良好となるが、しかしハニカム体中での高い絞
り損失及び触媒活性領域でのガスの短い滞留時間という
犠牲を払わなければならない。アルミナ自体の粗い表面
は１０μｍ領域の均一な粗さのゆえに特に横方向の混合
をもたらさない。しかしながらこの発明によれば、アル
ミナの表面粗さより明らかに大きくしかし流路幅より明
らかに小さい個々の板の密に連続する補助的ミクロ構造
が、すべての流路特に壁近傍の微視的な流れ状況の著し
い改善を可能にする。それにより流れ損失がほとんど上
昇しないにもかかわらず、流路壁の多数の微視的隆起が
局部的なガス流速上昇をもたらし、また凹所がガス流速
の局部的な減速をもたらす。
この発明の有利な実施態様は請求の範囲の従属項に記載
されている。平板と波板の交互の層から成るハニカム体
の場合には波板が流路壁の大部分を形成するので、波板
にミクロ構造を設けるのが特に有利である。この種のミ
クロ構造を備える板の波形加工が問題無く可能であり、
しかも波形及びミクロ構造を場合により一つの工程で作
ることができるということが判明した。すべての流路壁
の少なくとも部分域に連続するミクロ構造を備えるのが
一般に有効である。
前記の点に関してはミクロ構造の正確な形状は特に重要
ではない。ミクロ構造は、流れ方向に対し直角に又は角
度を成して延び片側又は両側に向かって板表面から突出
する凹み、筋、節、溝などから成ることができる。もち
ろんすべての流路に均一な影響を与えるために、板の両
側に向かう構造が有効である。もちろんミクロ構造は個
々の板にわたり中断せずに延びる必要は無く、中断して
又は相互にずれて延びることができる。
中心流に向かう方向への周縁流の成分にとっては、ミク
ロ構造が流れ方向に対し正確に直角に置かれることは必
ずしも重要ではない。従ってミクロ構造は例えば流れ方
向に対し７５°〜１０５°の角度αを成すことができ
る。
中心流の方向への周縁流の成分を発生させるばかりでな
く、全体としてすべての個々の流路中に旋回をもたらそ
うとするときには、ミクロ構造は流れ方向に対し±（１
５°〜７５°）、望ましくは約４５°の角度を成すこと
ができる。この種の形状の場合に中心流の方向への周縁
流の成分ばかりでなく全体として周縁流の旋回が生じ、
両者は共に改善された混合を結果としてもたらす。
特に有効な旋回をすべての流路中で発生させるために、
上下に重なる二つの板層に流れ方向に対し等しい角度の
しかし逆の正負符号の角度のミクロ構造を設けることが
有効である。この場合には一つの流路を形成する板の両
ミクロ構造がほぼ螺旋形のミクロ構造となるように補い
合うので、旋回が特に促進される。
０．０５〜８mm、特に約０．５〜３mmの流れ方向の寸法
がミクロ構造にとって有利であることが判明した。ミク
ロ構造の高さに対してはハニカム体の流路の大きさが重
要である。ミクロ構造の高さに対しては流路の平均幅の
望ましくは約０．０５〜０．１倍が有利であることが判
明している。流れ方向におけるミクロ構造の相互間隔は
１〜１０mm、望ましくは２〜８mm、特に４〜６mmとする
ことができる。
板の積層又は巻き付けの際に、予め予期できたように、
ミクロ構造は必ずしも妨げとはならずそれどころか補助
的な機械的効果を発揮できるので有利である。板上のミ
クロ構造の形状、間隔及び配置の調和により巻き付け、
積層又はより合わせの際に板の接触範囲でのこれらの構
造の形状的相互係合を可能にすることができ、それによ
り接触範囲の事後のろう付けが問題なく可能となるばか
りでなく、ハニカム体全体の補助的な機械的強度をも達
成することができる。部分的にはミクロ構造はまた板の
線膨張を補償することもできる。
ミクロ構造の形成は種々の方法で可能である。例えばこ
の形成は成形された鋼ローラとゴムローラとの間で、又
は相応に成形され場合によりかみ合う二つの鋼ローラの
間で行うことができる。断続的処理による構造の型押し
もまた可能である。ミクロ構造は一般に板の塑性変形性
がその加工にとって十分であればあるほど小さくなる。
この発明の実施例が図面に概略的に示されており、その
際第１図はミクロ構造を備える帯板を、第２図はミクロ
構造の一実施例を備えるこの種の帯板の断面を、第３図
は別のミクロ構造を示すための第１図による断面を、第
４図は流れ方向に対し角度を成すミクロ構造を備えた帯
板を、第５図は旋回発生に適したミクロ構造を備える帯
板を、第６図はこの発明に基づくミクロ構造を備えほぼ
巻き付け完了したハニカム体を、第７図は個々の流路中
の流れの状態を示す。
第１図は、帯板２又は３の一部を示し、この帯板はその
長手方向にすなわち後の貫流方向に対し直角に延びるミ
クロ構造５を有する。
第２図は、第１図に示す切断線II／III−II／IIIによる
断面を示し、しかもこの発明に基づくミクロ構造５の複
数の変形例のうちの一つを示す。帯板２又は３はほぼ平
行に延びる複数の溝６、７を有し、これらの溝の間隔ａ
は相互に１〜１０mm、例えば約２mmとすることができ
る。ミクロ構造の個々の山６又は谷７の流れ方向におけ
る寸法は例えば約０．１〜０．５mmとすることができ
る。帯板２又は３の表面に関するミクロ構造の最大高さ
は、ハニカム体中の流路の平均幅の分数、例えば約０．
０５倍とすべきである。絶対値としてミクロ構造は例え
ば１５〜１００μｍの高さとすることができる。
第３図は、ミクロ構造の別の実施例を示し、この実施例
では個々の隆起８及び凹所９がほぼ型押しされた溝又は
凹みの形を有する。
第４図は、帯板２又は３上のミクロ構造５が後の貫流方
向Ｓに対し角度αを成すことができることを示す。効果
の大きい横方向の混合のために、ミクロ構造は流れ方向
に対し直角とする必要は無く、直角方向から約１５°そ
らすことができる。
第５図は、特別な目的に対しては後の貫流方向Ｓに関し
て帯板２又は３上のミクロ構造５の間の更に小さい角度
を考慮することもできることを概略的に示す。すべての
個々の流路中で旋回を発生させるために角度αを例えば
約４５°とすることができ、その際この角度範囲は流路
の寸法及び流路中の流速に関係して±（１５°〜７５
°）とすることができる。
第６図は、完成直前の状態におけるハニカム体１を示
す。ハニカム体１は貫流方向Ｓに対し直角に延びるミク
ロ構造５を有する巨視的に平らな帯板２と、貫流方向Ｓ
に対し直角なミクロ構造５を補助的に有する巨視的に波
打った帯板３とから成る。個々の流路４の平均幅ｂが示
されている。第１のマクロ構造が例えばインボリュート
歯形により作られた波形である限り、一般に平均の流路
幅ｂは第１のミクロ構造の平均波高とほぼ同じ大きさを
有する。従って第２のマクロ構造の大きさも波高に関連
づけることができる。特に波高も平均流路幅もハニカム
体全体に対して正確に定義できないようなマクロ構造が
存在する。この発明を同様に適用可能なこの種の場合に
対しては、平均流路幅を同様に成形された二つの板層間
の平均間隔と理解すべきである。これは簡単な構造の場
合には支配的な波高に相応する。螺旋形に巻き付けられ
た触媒担体はこの発明を適用可能な複数の可能性のうち
の１例にすぎない。従来の技術で知られているのと同様
にミクロ構造は、積層した又はより合わせた帯板から成
るハニカム体の改良に適している。
第７図は、ハニカム体の個々の流路４中の流速分布を示
す。流路の周縁領域では流れは比較的緩やかであり、層
流の場合に流路中央の中心流に対する交換はほとんど行
われない。比較のためにミクロ構造を備えずに流路４を
部分的に画成する板３は、この流速分布に影響を与えな
い。しかしながらミクロ構造５を備える板２は、流路４
中の圧力損失を過度に高めることなく、まさに触媒的に
有効な周縁領域に流れの混合をもたらす。
この発明は個々の流路中の流れの微視的旋回により排気
ガス触媒中で触媒作用による変換を高めるので、その他
の著しい欠点無しに例えば自動車の排気ガス触媒は数％
高い変換率を有することができる。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の流れ方向（Ｓ）に流体を貫流させる
    ための複数の流路（４）を形成する少なくとも１つのマ
    クロ構造を少なくとも部分的に有する板（２、３）を備
    え、前記マクロ構造によりハニカム形状が形成され、板
    （２、３）の少なくとも一部が少なくとも部分域におい
    て補助のミクロ構造（５）を備え、このミクロ構造
    （Ｓ）は流路（４）の平均流路幅（ｂ）の０．０１〜約
    ０．３倍で少なくとも１５μｍの高さ（ｈ）を有し、さ
    らにミクロ構造（５）は流れ方向（Ｓ）に対して直角又
    は角度（α）を成して延び、かつ１〜１０mmの間隔を置
    いて流れ方向（Ｓ）に連続的に設けられていることを特
    徴とする金属製ハニカム体。
  2. 【請求項２】平板（２）と波板（３）の交互の層から成
    るか、又は異なる波板の層から成り、波板（３）の少な
    くとも一部が第２のミクロ構造（５）を有することを特
    徴とする請求項１記載のハニカム体。
  3. 【請求項３】第２のミクロ構造（５）が凹み、筋、節、
    溝など（６、７、８、９）から成り、これらのミクロ構
    造が流れ方向（Ｓ）に対し直角又は角度（α）を成して
    延び、片側又は両側に向かって板（２、３）の表面から
    突出す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. 【請求項４】ミクロ構造（５）が流れ方向（Ｓ）に対し
    ７５°〜１０５°の角度（α）を成して延びることを特
    徴とする請求項１又は２記載のハニカム体。
  5. 【請求項５】ミクロ構造（５）が流れ方向（Ｓ）に対し
    ±（１５°〜７５°）の角度（α）を成して延びること
    を特徴とする請求項１又は２記載のハニカム体。
  6. 【請求項６】ミクロ構造（５）と流れ方向（Ｓ）との間
    の角度（α）が上下に重なり合う二つの板層に対してほ
    ぼ同じ大きさであり、しかし逆の正負符号を有すること
    を特徴とする請求項５記載のハニカム体。
  7. 【請求項７】第２のミクロ構造（５）が相互に２〜８mm
    の間隔（ａ）を有することを特徴とする請求項１又は２
    記載のハニカム体。
  8. 【請求項８】第２のミクロ構造（５）が流れ方向（Ｓ）
    へ０．０５〜８mmの広がり又は長さ（ｅ）を有すること
    を特徴とする請求項１又は２記載のハニカム体。
  9. 【請求項９】第２のミクロ構造（５）が平均流路幅
    （ｂ）の約０．０５〜０．１倍の高さ（ｈ）を有するこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載ハニカム体。
  10. 【請求項１０】すべての板（２、３）が第２のミクロ構
    造（５）を有し、ミクロ構造の形状、間隔及び配置が板
    （２、３）の接触範囲におけるミクロ構造の形状的相互
    係合を助成することを特徴とする請求項１又は２記載の
    ハニカム体。
  11. 【請求項１１】ハニカム体（１）が自動車の排気ガス処
    理装置のための触媒担体であることを特徴とする請求項
    １記載のハニカム体。
JP2502010A 1989-01-17 1990-01-16 金属製ハニカム体 Expired - Lifetime JPH0622683B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8900467.1 1989-01-17
DE8900467U DE8900467U1 (de) 1989-01-17 1989-01-17 Metallischer Wabenkörper, vorzugsweise Katalysator-Trägerkörper mit Mikrostrukturen zur Strömungsdurchmischung
PCT/EP1990/000086 WO1990008249A1 (de) 1989-01-17 1990-01-16 Metallischer wabenkörper, vorzugsweise katalysator-trägerkörper mit mikrostrukturen zur strömungsdurchmischung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03505701A JPH03505701A (ja) 1991-12-12
JPH0622683B2 true JPH0622683B2 (ja) 1994-03-30

Family

ID=6835115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2502010A Expired - Lifetime JPH0622683B2 (ja) 1989-01-17 1990-01-16 金属製ハニカム体

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5157010A (ja)
EP (1) EP0454712B1 (ja)
JP (1) JPH0622683B2 (ja)
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