JPH06327981A - 通電加熱式触媒担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通電加熱式触媒担体の低電力化をはかる。 【構成】 平箔１と波箔２の何れか一方の少なくとも１
つの箔（たとえば平箔１）を２枚重ね構造とし、この２
枚重ね箔１ａ、１ｂの間にヒータ箔３をはさみ込み、ヒ
ータ箔３の幅を触媒担体の軸方向長さより小にした。狭
幅ヒータとすることにより高抵抗化でき、低電力型ヒー
タとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排気ガス浄化
などに利用される通電加熱式触媒担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン始動直後には多量のＨＣ（未燃
炭化水素）が生成されるが、触媒が活性化温度以上に加
熱される迄はＨＣはそのまま大気に放出される。このエ
ンジン始動直後の大気へのＨＣ放出を抑えるために、エ
ンジン始動時に触媒担体をヒータで一時的に加熱して、
速やかに活性化温度以上に昇温させるヒータ付き触媒担
体は知られている。たとえば特開平２−２２３６２２号
公報は、金属箔からハニカム触媒担体を構成し、これに
アルミナをコートし該アルミナに触媒金属を担持せしめ
て触媒を構成し、エンジン始動時にメタルハニカム担体
に通電して触媒を短時間のうちに加熱するようにしたヒ
ータ付き触媒を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の触媒担
体では、全ての金属箔に通電されるため、消費電力が大
きくなるという問題があった。この消費電力が大に適応
するために、バッテリ容量を大にすると、重量増加、コ
ストアップを招く。また、低消費電力ヒータとするため
に金属箔の幅を狭くすると、触媒担体の箔間接合力が小
になり、スコーピング（層間軸方向ずれ）などの強度上
の問題が生じる。本発明の目的は、強度低下を招くこと
なく電力消費を低くすることができる通電加熱式触媒担
体を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の通電加熱式触媒担体は次のものから成る。
すなわち、平箔と波箔とを交互に配列したハニカム型金
属触媒担体において、前記平箔と波箔の何れか一方の少
なくとも１つを２枚重ね箔構造とし、該２枚重ね箔の間
に金属触媒担体の軸方向長さよりも小さい幅をもち表面
に電気絶縁皮膜を形成したヒータ用金属箔を挾み込み、
該ヒータ用金属箔にヒータ用電極を接続した通電加熱式
触媒担体。

【０００５】

【作用】上記本発明の通電加熱式触媒担体では、通電加
熱されるのはヒータ用金属箔だけであり、それを挟んで
いる平箔、波箔は通電されない非ヒータ箔であるので、
触媒担体は部分加熱されることになり、消費電力は全体
加熱に比べて著しく低減される。また、ヒータ用金属箔
は２枚の平箔または波箔間に挟まれており、非ヒータ箔
の平箔と波箔は強度上必要な幅をもたせて巻回されるの
で十分な圧接力が得られ、必要な強度が得られる。ま
た、必要なら、平箔と波箔の巻回構造の軸方向端面の少
なくとも一端面を放電接合、ロー付け等により端面接合
することにより、スコーピングに対して十分な強度が得
られる。

【０００６】

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参
照して説明する。図１〜図５は本発明の第１実施例を示
している。図１〜図５に示すように、平箔１と波箔２と
は交互に配列されてハニカム（はちの巣）型金属触媒担
体が構成される。たとえば、６枚の平箔と６枚の波箔と
を交互に配列してそれらを中心電極４まわりにうず巻状
に巻回し、自動車の排気管の一部となる外筒５内に納め
る。排気ガスは外筒の軸方向に、ハニカム担体の波箔と
平箔とで形成される隙間を通って流れる。ハニカム金属
触媒担体にはアルミナ等がコーティングされ、それにＰ
ｔ（白金）やＲｈ（ロジウム）などの触媒成分が担持さ
れて、触媒を構成する。

【０００７】平箔１と波箔２とのうち何れか一方（第１
実施例では平箔）の少なくとも１つの箔は、２枚重ね箔
構造とされ、この２枚箔１ａ、１ｂの間にヒータ用金属
箔（以下、単にヒータ箔という）３が挟み込まれてい
る。ヒータ箔３は、金属触媒担体の軸方向長さよりも小
さい幅（触媒担体軸方向におけるヒータ箔寸法）をも
ち、表面に電気絶縁被膜が形成された箔から成る。ここ
で、ヒータ箔３の幅を触媒担体の軸方向長さより小とす
るのは、ヒータ電気抵抗を大にし、低消費電力ヒータを
提供できるからである。またヒータ箔３の表面に絶縁皮
膜を形成するのは、平箔１、波箔２に電流が流れずにヒ
ータ箔３だけに電流を流し、触媒担体を部分加熱できる
ようにして電力消費を小にするためである。

【０００８】通常の平箔、波箔は約５０ミクロン厚のＡ
ｌ（アルミ）入りステンレス箔から成り、ヒータ箔３を
挟み込む時点では、平箔１、波箔２は表面が非酸化状態
の生箔の状態にある。ヒータ箔３は挟み込む前に焼成し
てＡｌ成分をアルミナとすることにより表面に絶縁皮膜
を形成する。平箔、波箔が生箔のため、ヒータ箔３を挟
み込んだ後、２枚重ね箔１ａ、１ｂは端面近傍にて互い
にロー付け等により固定され得、取扱い上１枚の箔と同
様の状態にされる。ヒータ箔３の表面が酸化されている
にかかわらず圧着可能であれば、ヒータ箔３を２枚重ね
箔１ａ、１ｂ間に挟んだ後圧着して金属拡散によってヒ
ータ箔３と２枚重ね箔１ａ、１ｂを一体に圧着してもよ
い。また、上記のロー付けに代えて、２枚重ね箔１ａ、
１ｂを、ヒータ箔３を挟み込んだ後、図４に示すよう
に、レーザ溶接、放電接合等により、端面接合して一体
化してもよい。また、２枚重ね箔１ａ、１ｂの厚さを通
常の箔の厚さより小にしてヒータ箔３を挟んで重ね合せ
一体化したときに約５０ミクロンになるようにしてもよ
く、このようにすることによって通常の箔と同様にとり
扱うことができる。

【０００９】上記の金属触媒担体において、図５に示す
ように、ヒータ箔３の一端は＋の電極に、他端は−の電
極に接続され、ヒータ箔３は通電可能とされる。第１実
施例では、ヒータ箔３は一端が中心電極４にレーザ溶接
接合され（溶接接合により接合部表面の酸化皮膜が破壊
されて中心電極４とヒータ箔３間は通電可能となる）、
他端が外筒５にレーザ溶接により接続される。そして、
中心電極４が＋の電極とされ、外筒５がアースとなって
−の電極となる。他の平箔１、波箔２も、それぞれの一
端は中心電極４にレーザ溶接固定されるが、他端と外筒
５との間には電気絶縁層を配置して、平箔１、波箔２に
は電気が流れないようにしてある。

【００１０】平箔１と波箔２は交互に配置された後、軸
方向端面の何れか少なくとも一方の端面を、放電接合さ
れる。これによって巻回構造がスコーピング（熱応力や
ガス圧を受けて層間ずれを起して望遠鏡を伸ばすような
変形が生じ触媒担体が損傷する現象）を起すことを防止
できる。平箔、波箔の全体がヒータとなる場合は端面接
合すると、その部分で導通してヒータ機能を失うが、本
発明の場合は平箔１、波箔２は非ヒータ箔として用いる
ため、ヒータ機能の維持と無関係に、自由に端面接合す
ることができ、容易に強度を維持できる。

【００１１】第１実施例の場合は、ヒータ箔３は金属触
媒担体のうち軸方向上流側端面からわずかに（２〜３ｍ
ｍ）下流側に隔たった位置に配置されている。こうする
ことによって、触媒担体最上流側端部で起りやすい、触
媒のリン被毒（オイル中のリンの酸化物によるポーラス
な触媒の目詰りによる触媒被毒）や、Ｐｂ被毒（燃料中
のＰｂ成分による触媒被毒）に左右されない部分を、速
やかにヒータ加熱することができる。また、ヒータ箔３
を触媒担体のうち上流側部分に配置することにより、そ
れより下流側の触媒担体部分の熱伝達による速やかな加
熱を可能としている。

【００１２】図６は本発明の第２実施例を示している。
第２実施例では、ヒータ箔３の端部のうち一端は中心電
極４に接続し、他端は途中でアースすることにより、渦
巻中心部だけを加熱するようにして、さらに部分的なヒ
ータとし、消費電力の低減をはかってある。中心部加熱
とするのは、排気ガスの流速が外筒近傍より中心部の方
が大のため、中心部のガスを速やかに浄化するためであ
る。アースの方法は、平箔１、波箔２の巻回体を外周部
のみで端面放電接合して短絡し、これを外筒５に電気的
に接合し、ヒータ箔３の外周側端部をそれを挟み込んで
いる２枚重ね箔１ａ、１ｂにレーザ溶接接合して電気的
に導通させることによって行うことができる。他は第１
実施例に準じる。

【００１３】図７は本発明の第３実施例を示している。
第１実施例ではヒータ箔３を平箔１の２枚重ね箔１ａ、
１ｂに挟み込んだが、第３実施例ではヒータ箔３を波箔
２を２枚重ね箔とし、この波箔２の２枚重ね箔２ａ、２
ｂの間にヒータ箔３を挟み込むようにしてある。その他
は第１実施例に準じる。

【００１４】図８は本発明の第４実施例を示している。
第４実施例では、ヒータ箔３がじぐざく状にして平箔１
または波箔２のうちの２枚重ね箔間に挟み込まれる。じ
ぐざく状によってヒータ箔３の長さが直線状に比べて長
くなり、ヒータ箔３の電気抵抗が大になって、さらにヒ
ータ消費電力を小にできる。その他は第１実施例に準じ
る。

【００１５】図９は本発明の第５実施例を示している。
第５実施例では、スリットを利用してヒータ箔３の長さ
をさらに長くし、高抵抗化して、ヒータ付き触媒担体の
低電力化をはかってある。このような形状のヒータ箔３
は、箔の打ち抜きのみならず、プリント基板としても製
作可能である。その他は第１実施例に準じる。ただし、
図８、図９の実施例では、ヒータ箔３の配置は、触媒担
体の上流側部分配置とはならないが、箔３の幅などを上
流側と下流側で変えて、ヒータ発熱に強弱をつけて第１
実施例のように上流側部加熱に近づけることはできる。

【００１６】図１０は本発明の第６実施例を示してい
る。第６実施例では、図８、図９に示したようなヒータ
密度の高い部分で高ヒータ密度部６を形成し、その他の
部分を図１に示したような低ヒータ密度部７に形成して
ある。このようにすることによって、排気ガスの流量分
布に応じてヒータ密度に強弱をつけ、ガス流量の多い部
分を効果的に加熱することができ、効率よい低電力化を
はかることができる。その他は、第１実施例に準じる。

【００１７】図１１は本発明の第７実施例を示してい
る。第７実施例では、中心電極を除去してある。すなわ
ち、ヒータ箔３を２枚重ね箔の間に挟んで巻回し、ヒー
タ箔３の外周側端部を＋の電極８に接続し、ヒータ箔３
の内周側端部を２枚重ね箔に導通し、平箔１、波箔２の
端面放電接合によって電極化された部分を介して外筒５
にアースしたものである。非ヒータ箔を軸方向放電接合
によって層間固定できるので、中心電極を外しても強度
上問題を生じない。中心電極を除去することによって、
中心電極による排気ガス流れの阻害を除去できる。その
他は第１実施例に準じる。

【００１８】つぎに作用を説明する。エンジン始動時、
ヒータ箔３に通電され、ヒータ箔３の電気発熱によっ
て、触媒担体が電気加熱される。触媒担体は排気ガスの
熱によっても加熱されるがヒータ箔３の部分は部分的に
電気的に加熱されて他の部分よりも先に活性化温度（た
とえば２５０℃）以上になる。いったん活性化温度以上
になった部分では、触媒によるＨＣ、ＣＯの酸化反応が
行われ、その反応熱によってもさらに加熱される。この
熱はまわりの部分に対流熱伝達、熱伝導によって伝わ
り、触媒全体を速やかに活性化温度以上にする。エンジ
ン始動時のＨＣ量は多いが、ヒータ付き触媒として速や
かに触媒を活性化させることにより、ＨＣの大気への放
出が抑制される。触媒全体が活性化温度以上になれば、
ヒータ箔３への通電は停止される。

【００１９】上記において、ヒータ箔３のみを通電加熱
して触媒を部分加熱するようにし、しかもヒータ箔３の
幅を狭くして高抵抗化して低電力型ヒータとしたことに
よって、電力消費を小にしてある。また、ヒータ箔３
を、２枚重ね箔の間に挟み込むようにし、平箔１、波箔
２同志は、端面放電接合またはろう付け等により、ヒー
タ箔３と無関係に、互いに固定できるので、スコーピン
グは防止され、強度上信頼性の高い触媒担体となってい
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、平箔と波箔とを交互に
配列したハニカム担体において、平箔と波箔の何れか一
方の少なくとも１つの箔を２枚重ね箔としてその間に狭
幅のヒータ箔を挟み込み、このヒータ箔に通電する構造
としたので、触媒の部分的加熱とヒータ箔の高抵抗化に
よって電力消費を小にでき、しかも平箔、波箔は端面接
合できるため強度も十分に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の通電加熱式触媒担体の２
枚重ね平箔とヒータ箔の巻回前の斜視図である。

【図２】ヒータ箔をはさみ込んだ平箔と波箔とを巻回し
た触媒担体の部分斜視図である。

【図３】図２の触媒担体の部分正面図である。

【図４】ヒータ箔を挟み込んだ２枚重ね平箔同志を端面
接合した断面図である。

【図５】図３の触媒担体を中心電極と外筒間に装着した
触媒において、箔のうちヒータ箔のみを示した正面図で
ある。

【図６】本発明の第２実施例の通電加熱式触媒担体の正
面図である。

【図７】本発明の第３実施例の通電加熱式触媒担体で波
箔を２枚重ねとしてその間にヒータ箔を挟み込んだ斜視
図である。

【図８】本発明の第４実施例の通電加熱式触媒担体でヒ
ータ箔をじぐざぐ状にした状態の斜視図である。

【図９】本発明の第５実施例の通電加熱式触媒担体でヒ
ータ箔をスリット状にした状態の斜視図である。

【図１０】本発明の第６実施例の通電加熱式触媒担体で
ヒータ密度に強弱をつけた場合の斜視図である。

【図１１】本発明の第７実施例の通電加熱式触媒担体で
中心電極を除去した場合の斜視図である。

【符号の説明】

１ 平箔 ２ 波箔 ３ ヒータ箔 ４ 中心電極 ５ 外筒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平箔と波箔とを交互に配列したハニカム
   型金属触媒担体において、前記平箔と波箔の何れか一方
   の少なくとも１つを２枚重ね箔構造とし、該２枚重ね箔
   の間に金属触媒担体の軸方向長さよりも小さい幅をもち
   表面に電気絶縁皮膜を形成したヒータ用金属箔を挟み込
   み、該ヒータ用金属箔にヒータ用電極を接続したことを
   特徴とする通電加熱式触媒担体。