JPH0639294A

JPH0639294A - 触媒式コンバーターのためのコア要素

Info

Publication number: JPH0639294A
Application number: JP5122152A
Authority: JP
Inventors: David T Sheller; デイビツド・テイ・シエラー
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1992-05-04
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-02-15
Also published as: FI931995A; FI931995A0; EP0569109A1

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒式コンバーターに有用な簡単で、少ない
コストで製造可能なコア要素を提供する。【構成】波形の薄い金属ストリップを備えた触媒式コ
ンバーターのためのコア要素であって、該ストリップは
その各端部に取り付けられた反対の向きに曲げられたタ
ブを有しており、該タブはその形状が一般に長方形であ
り、該タブは、該タブの長手方向にありそしてより短い
縁に対して一般に直角な１本又はそれより多くの線に沿
って角度をなして曲げられていることを特徴とするコア
要素、該コア要素を使用した触媒式コンバーターのため
のコア及び該コアを含む電気的に加熱可能な触媒式コン
バーター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒式コンバーターの
ための新規なコア要素に関するものであり、特に、電気
的に加熱可能な触媒式コンバーターのためのコア要素に
関する。本発明は、複数のこのようなコア要素を利用す
るコアを含む電気的に加熱可能な触媒式コンバーターに
も関する。

【０００２】

【従来の技術及び本発明が解決しようとする課題】内燃
機関又はガスタービンのための触媒式コンバーターの目
的は、排気ガス中の汚染物質、例えば、一酸化炭素、未
燃焼炭化水素、酸化窒素等を二酸化炭素、窒素及び水に
転化することである。慣用の触媒式コンバーターは、四
角形又は三角形の、ストレートスルーな(straight-thro
ugh)開口を有するセラミックハニカムモノリス又はセル
の壁に触媒を沈着させたセル、触媒コーティングした耐
火性金属酸化物ビーズ又はペレット、例えば、アルミナ
ビーズ、又は波形の薄い金属フォイルモノリス、例え
ば、表面に担持され又は支持された触媒を有する、フェ
ライトステンレス鋼フォイル又はニッケル合金フォイ
ル、を利用する。触媒は、普通は貴金属、例えば、白
金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム又はこのような
金属の２種又はそれより多くの混合物及び／又はゼオラ
イトコーティングである。触媒は、化学反応、主として
酸化を触媒し、それにより、汚染物は、無害な副生物に
転化され、次いでこのものは排気系を通って大気中に行
く。

【０００３】しかしながら、このような無害な副生物へ
の転化は、排気ガスが相対的に低温であるときは、最初
は効率的ではない。高い転化速度で有効であるために
は、触媒及びガスが接触するコンバーターの表面は、最
小温度であるか又は最小温度より高くなくてはならず、
例えば、一酸化炭素では３９０°Ｆ、揮発性有機化合物
（ＶＯＣ）では５７０°Ｆ及びメタン又は天然ガスでは
１０００°Ｆ又はそれより高くなければならない。さも
なければ、無害な副生物への転化は不十分であり且つ大
気の低温開始汚染は高い。排気系がその正常な操作温度
に達すると、触媒式コンバーターは、最適に有効であ
る。故に、相対的に低温の排気ガスが熱い触媒と接触し
て、満足な転化を行うことが必要である。圧縮点火機
関、火花点火機関及びガスタービンにおけるリアクター
はこの要求を持つ。

【０００４】機関始動時又は始動の前に触媒の最初の加
熱を達成するために、便利には、電気的に加熱可能な触
媒式コンバーター、好ましくは、薄い金属モノリス、平
坦な薄い金属ストリップ、真っすぐな波形の薄い金属ス
トリップ、パターン波形の薄い金属ストリップ（例え
ば、ヘリンボン又はシェブロン波形の）又は可変ピッチ
波形の薄い金属ストリップ（バルロック等に対する１９
８９年３月７日付け米国特許第４，８１０，５８８号参
照）又はそれらの組み合わせから形成され、該モノリス
は電圧源、例えば、１２ボルト、乃至１０８ボルト又は
それより高い電源に、好ましくはエンジン始動時に又は
その後に接続されて、触媒を少なくとも６５０°Ｆ±２
０°Ｆに上昇させそしてその温度に維持するようにした
電気的に加熱可能な触媒式コンバーターが提供される。
或いは、エンジンの始動の前に５秒乃至１０秒くらいパ
ワーを供給することもできる。波形の薄い金属（ステン
レス鋼製）モノリスを含む触媒式コンバーターは、７０
年代の初期以後知られていた。それぞれ１９７３年１０
月３０日付けのキッツナーの米国特許第３，７６８，９
８２号及び第３，７７０，３８９号参照。もっと最近で
は、波形の薄い金属モノリスが、１９８７年１２月８日
付けの米国特許第４，７１１，００９号、１９８３年３
月３日付けのノンネンマン等に対する米国特許第４，３
８１，５９０号、ウイリアム・エー・フィッテンバーガ
ーにより１９９０年１０月３１日に出願されそして電気
的に加熱可能な触媒式コンバーターと題する同時係属中
の米国特許出願第６０６，１３０号であって、現在本出
願人と共同して所有されている、１９９１年１２月１０
日付けの米国特許第５，０７０，６９４号及び各々１９
８９年１１月２日に出願された国際ＰＣＴ公開番号ＷＯ
８９／１０４７０及びＷＯ８９／１０４７１、に開
示されている。しかしながら、多くのこのような先行技
術の装置に関する共通の問題は、ホット・シェーク・テ
スト(Hot Shake Test)及びホット・サイクリング・テス
ト(Hot Cycling Test)として知られている厳しい自動車
工業耐久性試験に耐えることができないことであった。

【０００５】ホット・シェーク・テストは、走行してい
る内燃機関からの排気ガスを同時に装置に通しながら、
装置を、鉛直方向の姿勢で高温で（８００℃乃至９５０
℃、１４７２°Ｆ乃至１７４２°Ｆ）振動させる（１０
乃至２００ヘルツ、及び２８乃至６０Ｇ慣性負荷）こと
を伴う。もしも、所定の時間、例えば５乃至２００時間
までに、電気的に加熱可能な触媒装置が、入れ子式に重
なる（terescopes)か又は前縁の分離又は折り重なり(fo
lding over)を示すか又はフォイルの上流の縁が離れる
ならば、装置は、試験に不合格であると言われる。通常
は、装置は、もしそれが不合格となろうとしているなら
ば、５時間以内に不合格となるであろう。５時間は、１
００ヘルツで１．８百万サイクルに相当する。

【０００６】ホット・サイクリング・テストは、走行し
ているエンジンで８００℃乃至９５０℃（１４７２°Ｆ
乃至１７４２°Ｆ）で行われそして１５分乃至２０分ご
とに１回１２０℃乃至１５０℃に、３００時間サイクリ
ングされる。フォイルストリップの前縁の入れ子式重な
り(terescoping)又は分離は、不合格とみなされる。

【０００７】以後“ホット・テスト”と呼ぶホット・
シェーク・テスト及びホット・サイクリング・テスト
は、生き残るのが非常に困難であることを証明しそし
て、成功した装置を得るための多くの努力は、種々の理
由であまりにもコスト高であるか又は非効果的であっ
た。

【０００８】全体が電気的に並列のヒーターストリップ
から成りそして自動車サービスにおけるＥＨＣの先に試
験された試料は、ホット・テストにおいて十分な耐久性
を持たなかったか又は低いパワー比率に対する要求を満
足しなかった。純粋に並列な回路構造を使用して適当な
デザインに到達しようとする努力を繰り返して、０．５
乃至１．５の長さ対直径アスペクト比、平方インチ当た
り１００乃至５００個のセルのセル密度、１５インチの
長さの個々のストリップヒーター及び２個のヒータース
トリップという少数に限定された並列回路を含む試料が
作られそして広い範囲のパラメーターについて試験され
た。

【０００９】これらのデザインパラメータに従って作ら
れた装置は、ホット・テストでは不満足であることが証
明された。何故ならば、（ａ）端子抵抗があまりにも低
く、それ故装置はあまりも多くのパワーを吸い込み、
（ｂ）少ない数の並列ヒーターストリップと関連したラ
ミネーション間の相対的に高い電圧差はいくらかのアー
ク発生を引き起こし、そして（ｃ）ホット・テストに
は、一貫して通ることはできなかった。（ｃ）に関し
て、コアの中心からコアの外側まで測定して約７インチ
より長いヒーターストリップを有するＥＨＣ′ｓは、一
般にホット・シェーク・テストに通らなかった。あまり
にも低い抵抗は、１種又は１種より多くの下記の問題を
引き起こした。（ａ）バッテリーの重量と寸法が受け入
れられない程大きくなり及び／又は高価になった。
（ｂ）ＥＨＣはより長いヒーターストリップを使用しな
ければならない程直径を大きくされなければならず、こ
れはホット・テストに不合格となる傾向を誘発する。こ
の装置は、もちろん、より厳しさの少ない環境では有用
であった。

【００１０】米国特許第４，９２８，４２５号に記載の
如き先行技術の構造物では、波形の薄い金属ヒータース
トリップ部材のすべては、該ストリップのすべてが中心
電極から反対の極性の電極として作用する円形シェルに
向けて外向きに延びるように、接続されている。ストリ
ップは、コアののヒーターとして作用した。しかしなが
ら、ヒーターストリップのすべてが並列であるときは、
ＥＨＣの端子抵抗があまりも低かったので、ＥＨＣ端子
で測定して７ボルドにおける２．１キロワット未満のパ
ワーレベルは達成できなかった。

【００１１】下記の説明においては、フェライト系ステ
ンレス鋼について言及されるであろう。フェライト系ス
テンレス鋼合金のための好適な配合物が、１９８３年１
１月８日付のアゲンに対する米国特許第４，４１４，０
２３号に記載されている。該米国特許において有用な特
定のフェライト系ステンレス鋼は、クロム２０％、アル
ミニウム５％、及びセリウム、ランタン、ネオジム、イ
ットリウム及びプラセオジム又はこれらの希土類金属の
２種又はそれより多くの混合物から成る群より選ばれる
少なくとも１種の希土類金属０．００２％乃至０．０５
％、及び残りの鉄及び痕跡鋼製造不純物を含む。ここで
特に有用な他の金属合金は、商業的に入手可能なヘイネ
ス(Ｈａｙｎｅｓ）２１４と呼ばれる。この合金は、ハ
ーヘンレーダー等に対する１９８７年６月９日付の米国
特許第４，６７１，９３１号に記載されている。ヘイネ
ス２１４は高い耐腐食性により特徴付けられる。特定の
例は、ニッケル７５％、クロム１６％、アルミニウム
４．５％、鉄３％、痕跡量の１種又は１種より多くの希
土類金属、炭素０．０５％及び鋼製造不純物を含む。フ
ェライト系ステンレス鋼及びヘイネス２１４は、本発明
で有用な耐高温性、耐腐食性金属合金の例である。好適
な合金は、長期間にわたり９００℃乃至１１００℃の温
度に耐えることができなければならない。

【００１２】他の耐高温性、耐腐食性金属合金が知られ
ておりそして本発明で使用することができる。金属フォ
イルヒーターストリップの厚さは、０．００１インチ乃
至０．００３インチ、好ましくは０．００１インチ乃至
０．００２インチの範囲にあるべきである。上記の２種
の合金、特にヘイネス２１４は、本発明に使用するのに
最も満足なものであることが分かった。

【００１３】下記の説明において、繊維状セラミックマ
ット、織られたセラミック繊維テープ又は絶縁物につい
ても言及されるであろう。本発明に有用なセラミック繊
維及びマットの配合及び製造についてソウマンに対する
１９７４年３月５日付の米国特許第３，７９５，５２４
号及びハッチに対する１９７５年１０月２８日付の米国
特許第３，９１６，０５７号を参照することができる。
１つのこのようなセラミック繊維材料は、登録商標“ネ
クステル”３１２ウォーブンテープ(“NEXTEL"312 Wove
n Tape)の下に３−Ｍから現在入手可能でありそして本
発明に特に有用である。セラミック繊維マットは、３−
Ｍから“インテラム”(“INTERAM")として入手可能であ
る。

【００１４】本発明の目的は、触媒式コンバーターに有
用なコアの簡単な且つコストの少ない製造を可能とする
コア要素を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】簡単に述べると、本発明
は、触媒式コンバーター、特に電気的に加熱可能な触媒
式コンバーターのためのコア要素であり、該コア要素
は、波形の薄い金属ストリップを備え、該ストリップ
は、該ストリップの各端部に取り付けられた反対向きに
曲げられた金属タブを有しており、該タブは、該波形の
薄い金属ストリップの縁に直角な１つ又は１つより多く
の線に沿って角度をなして曲げられている(angularly b
ent)。タブが無数の線に沿って均一に角度をなして曲げ
られている場合には、結果は円のセグメントとなりそし
て両方のタブは、同じ曲率半径を有している。好ましい
態様では、タブは、薄い金属ストリップと同じ幅を有し
ている。又好ましい態様では、波形の薄い金属ストリッ
プは、ストリップの中央に横断方向に延びている平坦な
部分を有している。

【００１６】

【実施例】本発明は、本発明の好ましい態様を示しそし
てそれから触媒式コンバーターコアを製造する方法を説
明する添付図面を参照することによりより良く理解され
るであろう。

【００１７】上記の如く、本発明は、特に電気的に加熱
可能な触媒式コンバーターにおいて有用な新規なコア要
素である。コア要素は、各端部に反対の向きに曲げられ
た金属タブを有している、薄い波形の、耐高温性、耐酸
化性の薄い金属合金ストリップである。“薄い”とは、
０．００１５インチ乃至約０．００５インチを意味す
る。本発明のコア要素の特徴は、タブが、自由端におけ
るその一部がタブの平面から変位していることであり、
そして、これらのタブは、これらのタブが取り付けられ
ているストリップが中心ポスト又はピンのまわりに堅く
螺旋状に巻かれているとき、重なり合いそしてコア要素
のまわりにセグメント化した一般的に円形の保持器シェ
ル(retainer shell)を定めるということである。一連の
タブは、例えば図１０及び図１１に示されたように一緒
に溶接されるとき、並列に接続された複数のヒータース
トリップのための電気伝導性コネクタを定め、与えられ
たコアには少なくとも２つのこのような電気伝導性セグ
メントがある。与えられたコアにおける波形のストリッ
プの端部にはより多くのこのような間隔を置いて配置さ
れた電気伝導性セグメントがあってもよい。すべてのこ
のようなセグメントは、お互いに間隔を置いて配置され
ておりそして電圧源と直列に接続されている。これらの
タブは、部分的に重なり合いそして一緒に溶接されると
き、一般的に円形のセグメントを規定する。薄いフォイ
ルストリップは、望ましくはヘリンボンパターンにおい
て波形であり、その結果隣接する螺旋状に巻かれたもの
はぴったり重ならず、かくして排気ガスの通路を盲にし
ない。これは、互い違いの(alternate)平坦な薄い金属
ストリップの必要をなくする。波形にするための他のぴ
ったり重ならないパターン、例えば可変ピッチ波形を使
用することができる。このコア要素の構造は、コアの簡
単な製造を可能とし、これは、連続的製造方法に適して
いる。ここに定められたコアは、適当なハウジング内に
含まれるときは、上記の“ホット・テスト”に生き残る
ことが分かった。

【００１８】ここで更に特定的に図面を参照すると、図
１は、現在知られている本発明を実施するための最善の
方法であり、そして本発明に従うコア要素１０を示す。
コア要素１０は、ヘイネス２１４又はフェライトステン
レス鋼のような耐高温性、耐酸化性金属合金１２の薄
い、例えば０．００２インチ厚さのストリップから形成
される。ストリップは、連続的に波形であることができ
そして耐火性金属酸化物の薄いコーティング、例えば
０．０００２インチ乃至０．００１５インチ厚さのコー
ティング及び上記米国特許第４，７１１，００９号に記
載の如き方法により少なくとも１種のオーバーレイ触媒
金属でコーティングされることができる。前記の方法を
使用する際には、しわ付け(creasing)及びアコーディオ
ン状折りたたみ(accordion folding)を含む最終工程は
省かれ、プレコートされたストリップを所定の長さに切
断し、中央部及び端部を平坦にしそしてコーティングを
端部からワイヤブラッシングすることが、該方法に加え
られる。別法として、仕上げられた波形ストリップは、
スタンピングされ、次いで耐火性金属酸化物コーティン
グ、例えば、アルミナ、チタニア、アルミナ／セリア、
チタニア／アルミナ、チタニア／セリア、マグネシア／
ジルコニア等、によりコーティングされる。好ましい耐
火性金属酸化物組成物は、７５％ガンマアルミナ／２５
％セリアである。コーティングは、ウオッシュコーティ
ング(wash-coating)し、続いて焼成、又はプラズマスプ
レーすることにより施すことができる。貴金属触媒、例
えば、白金／ロジウム混合触媒を、次いで上記コーティ
ングされた表面に施す。図１に示されたように、ストリ
ップ１２は、ヘリンボン波形パターンを備えている。こ
のパターンは、入り口から出口までのジグザグ路に沿っ
た排気ガスの混合流れを与える。ストレートスルーな(s
traight-through)流れは、入り口から出口までストレー
トスルーな軸線方向路に従う。

【００１９】ストリップ１２は、中心線１６にまたがる
(spanning)平坦な部分１４を備えている。これは、便利
には、プレコーティングされ、予備触媒化された(pre-c
atalyzed)上記のような波形ストリップを平坦にするこ
とによりなされる。別法として、平坦な中央部は、スト
リップの平坦な中央部となるべき部分を選択的に波形に
しないことにより作り出すことができる。平坦な部分
は、１／８インチ乃至３／４インチ幅、例えば３／８イ
ンチである。ストリップ１２の端部１８及び２０は、平
坦にされそしてワイヤブラッシングされて耐火性金属酸
化物コーティングを除去して、ストリップ１２のタブへ
の溶接を可能とする。タブ２２及び２４は、１本の横断
線１９に沿って１５°乃至約３５°好ましくは約２６
°、タブの面から角度をなして曲げられる。タブは、１
本より多くの線例えば２本乃至１０本の線、例えば、無
数の数までの長手方向線に沿って曲げられて、下記する
ような円弧を形成することができる。曲げ線１９（図
６）は、好ましくはタブの長手方向縁間の中程にある
が、０．２インチ程度まで長手方向中心線から変位して
いてもよい。タブ２２及び２４は端部１８及び２０に取
り付けられており、ストリップ１２の同じ表面に対して
一方のタブは凹形配置（２４）にありそして他方のタブ
は凸形配置（２２）にある。かくして、波形ストリップ
１２が中心線１６又はそれぞれ図３及び図４に示された
ような線１６ａに沿って折りたたまれるか、又は図１０
及び１１に示されたように螺旋状に巻かれるとき、タブ
２４及び２２、並びにタブ２４ａ及び２２ａは、ストリ
ップ１２（又は１２ａ）の他方の波形部分に関して追従
しなければならないストリップ１２（又は１２ａ）の一
方の波形の部分のより長い路により、不完全に重なり合
う。通常６個又は７個のストリップ１２が使用される。
タブ２５及び２７（図５）は、図１のタブ２２及び２４
又は図２のタブ２２ａ及び２４ａより長い。このような
長いタブ２５及び２７は、コアが螺旋状に巻かれるとき
正反対の位置に対向している(diametrically oposed）
ように配置されている。図５に示された位置では、タブ
２５及び２７は、端子、例えば図１２の端子２８及び３
１をスタッド溶接するための十分な表面を与えるであろ
う。端子２８及び３１は、３／８インチ直径のニッケル
であることができる。

【００２０】特定の態様では、波形ストリップ１２又は
１２ａは、端から端まで１２．２５インチの長さであ
り、そして幅が１．７２インチ、厚さが０．００２０イ
ンチである。波形は、０．０２インチ乃至０．０９イン
チ、例えば０．０２５インチ、の振幅と、０．０８イン
チ乃至０．１８インチ、例えば０．１２６インチのピッ
チを有する。波形の断面形状は、三角形、截頭三角形、
丸くなった頂点を有する三角形（好ましい）、波状、例
えば，正弦曲線の形をしたものであることができる。パ
ターンは、望ましくは、ヘリンボン又はシェブロンであ
り、その際、側部は薄い金属合金ストリップの長手方向
縁に垂直な線に対して３°乃至２０°、例えば１６°の
勾配を有する。別法として、触媒式コンバーターを通し
ての圧力降下がより低い場合には、波形のパターンは、
平坦なストリップでバックアップされた(backed up)規
則的でそしてストレートスルーな(straight through)波
形であることができるか又は、バルロックに対する１９
８９年３月７日付けの米国特許第４，８１０，５８８号
に記載の如き可変ピッチを有していてストレートスルー
なものであることができる。図１に示されそして本発明
で使用される好ましいヘリンボン波形ストリップは、コ
ストを増加させる、ネスティング(nesting)を防止する
ために平坦なストリップによりバックアップされるこ
と、を必要としない。しかしながら、所望により、この
後者の手段を使用することができる。

【００２１】タブ２２及び２４（図３）並びに２２ａ及
び２４ａ（図４）は、薄い金属ストリップ１２又は１２
ａの幅と同じ長さ（“長さ”はタブのより長い寸法であ
ると考えられる）、例えば１．７２インチを有する。よ
り短いタブの幅は、約０．７５インチである。タブ２５
及び２７は、タブ２２及び２４より広くて、下記するよ
うに端子をスタッド溶接するためのスペースを可能とす
る。端子ポストタブ２５及び２７は、０．０４０インチ
厚さ×１．２５インチ×１．７２インチである。タブの
面からのタブの自由長手方向縁の最終の変位の程度又は
曲率半径は、触媒式コンバーターコアの最終直径に依存
する。タブの長手方向要素は、タブ本体の１つ又はそれ
より多くの長手方向要素、例えば単一の線又は複数の線
に沿って又は連続的に任意の弧、例えば円形、放物線、
双曲線、楕円等の弧に沿ってタブの面から角度をなして
変位することができる。特定の態様では、コアの直径は
約２インチである。タブ材料は、約０．０４０インチ厚
さの、金属、例えば、ステンレス鋼、例えば＃４０９ス
テンレス鋼である。波形の薄い金属ストリップ１２とタ
ブ２２及び２４、及び図４の対応するタブ２２ａ及び２
４ａとの重なりは、約０．２５インチであり、そしてス
トリップ１２又は１２ａの端部への取り付け方式は、溶
接、例えばスポット溶接による。弧状タブ１２ａは、１
０°乃至４５°の円弧をなしそしてそれらの幅の１／１
０乃至５／８重なり合う。半径は０．７５インチ乃至
６．０インチ又はそれより大であることができる。１２
の狭いタブピース及び２つのより広いタブピースが、７
つのストリップのコアには必要である。

【００２２】図５は、５個のみのコア要素が示されてい
る、コア要素１０を螺旋状に巻く前の本発明に従うコア
の断面図である。２乃至１８のいかなる数のフォイルス
トリップ、例えば、４，６，７，８，１０又はそれよの
多くの数のストリップ１０が存在しうる。図５では、平
坦な部分１４は、集められそして硬質中心ピンの脚２６
と２８との間のギャップ３１内に挿入される。硬質中心
ピンは、コッターピンのような形状であるのが好都合で
ある。フォイルストリップ１２上の耐火性金属酸化物コ
ーティング及び触媒は、中心の平坦な部分１４から除去
されてはならない。脚２６及び２８は、望ましくは、コ
ッターピン形状の中心ポスト又はピンの分岐した脚であ
る。フォイルストリップ１０を挿入する前に、脚２６及
び２８は、柔軟な織られたセラミックスリーブ３０及び
３２で覆われる。セラミックスリーブ３０及び３２は、
それぞれ、柔軟な織られたセラミックテープストリップ
３４及び３６の各々の端部に形成されている。柔軟な織
られたセラミックストリップ３４及び３６は、１．２２
インチ幅でありそして８．３７インチ長さである。脚２
６及び２８は、かくしてフォイルストリップ１０との接
触から絶縁される。織られたセラミックテープストリッ
プ３４及び３６は、極めて長いので、コアの最終組立体
のまわりに螺旋状に巻き付けられて図１２に関して下記
するようにハウジングからコアを絶縁することができ
る。織られたセラミックテープストリップ３４及び３６
は、一般に０．７５インチ乃至２インチ、例えば１．５
インチの、フォイルストリップ１０の幅より少ない幅を
有する。これは、タブを溶接して下記するような部分的
保持シェルを形成するためのタブの各端部におけるスペ
ースを許容する。別の織られたセラミックスストリップ
２９が、望ましくは集められた、平坦にされたストリッ
プ１０の中央部１４のまわりに巻かれる。

【００２３】図６は、端部タブ、例えば図５の端部タブ
２５の修正した形態を平面図で示す。ここでは、自由縁
２７にノッチ２６が設けられている。ノッチ２６は、織
られたセラミックテープストリップ、例えば図５の織ら
れたセラミックテープストリップ３６のコアの外側への
通過を可能とする。反対側の縁１７又は１７ａは、波形
フォイルストリップ、例えば図１の波形フォイルストリ
ップ１２又は図２に示されたような波形フォイルストリ
ップ１２ａに溶接される縁である。ノッチの幅は、図６
及び７では、０．０２５インチ乃至約０．１インチであ
り、そしてノッチ２６又は２６ａの長さは、織られたセ
ラミックテープの幅を収容するのに十分なもの、例えば
１．５インチである。

【００２４】コアをハウジング１２０に挿入する前に
（図１２）、コアは、便利にはクランプによって、又は
便利には外径のまわりに巻かれた０．０２インチ直径の
ワイヤによって一緒に保持される。このワイヤは、ハウ
ジング１２０への最終的挿入中を通じてコアを保持す作
用をする。組み立てられたＥＨＣは、電気的に試験され
そして電源に接続されると、０．０２インチワイヤ固定
具はコアの外径のまわりに作り出される短絡回路の故に
破壊される。０．０２インチのワイヤタイの除去によ
り、コアは織られたセラミックテープ及びハウジング１
２０により支持されそして保持される。

【００２５】図８は、図５に示されたものと同様な別の
構造を示す。この態様では、フォイルストリップ１０
は、それらの中央部で折られておりそして得られる折ら
れた線（図１の１６）に沿って中心ポストに溶接されて
おり、中心ポストは、好ましくは少なくとも一端で閉じ
られそして便利にはニッケルから作られた管３８であ
る。隣接したフォイルストリップ１０間で短絡するとい
う問題はない。第１に、ストリップ１０は、その表面
に、耐火性金属酸化物、例えばアルミナの誘電性コーテ
ィングを有している。第２に、１つのタブ２２から対応
するタブ２４までのストリップの長さに沿ったいかなる
点においても隣接ストリップ間の電位差は小さい。

【００２６】図９は、図５に示されたような脚２６及び
２８を有する割ピンを使用した螺旋状に巻かれたコアの
端面図を示す。図５に示すような構造が脚２６及び２８
のまわりに螺旋状に巻かれる場合には、いくつかのコア
要素１０のタブ２２は、示されたように重なり合う関係
において配列されそしていくつかのコア要素１０のタブ
２４も又重なり合う関係において配列される。織られた
セラミック繊維テープ３４及び３６は、フォイルストリ
ップ１０と同時に螺旋状に巻かれ、そしてそれらのはる
かに大きい長さの故に、部分的シェル部分５２及び５４
をギャップ５６及び５８で分離し、そして図９に示され
たように十分にそれらを越えて延びている。織られたセ
ラミックテープ３４及び３６は、フォイルストリップの
群をお互いから電気的に隔離するという非常に重要な機
能も果たす。テイル部分６０及び６２は、シェル部分５
２及び５４の外側の上に織られたセラミック繊維テープ
絶縁の少なくとも二重層６４（図１０）を与えるのに十
分なものである。絶縁層６４の厚さは、約１／８インチ
乃至約３／８インチであり、そして後に説明するハウジ
ングから螺旋状に巻かれたコアを電気的に隔離する働き
をする。コア要素１０が、中心ピン又はポスト２５のま
わりに十分に螺旋状に巻かれたとき、織られたセラミッ
クテープストリップ３４及び３６の細長いテイル６０及
び６２（図５）の端部は、適当な接着性テープ、例え
ば、接着性テープ部分６８及び７０によりくっつけられ
る。ダクトテープをこの目的に使用することができる。
シェルセグメント５２及び５４は、各々１８０°より少
ない円弧を覆いそして電圧源、例えばバッテリーに直列
に接続される。複数のコア要素１０は、シェルセグメン
ト５２及び５４の間で並列に接続される。もし、例え
ば、４つのシェルセグメント（例えばより小さい円弧の
セグメント５２及び５４のような）があるならば、セグ
メントの各々は、９０°より小さい弧をなすであろう。
そしてセグメントの各々は、コア要素１０を介してお互
いに直列に接続されそして電圧源と直列に接続されるで
あろう。

【００２７】図１１に示されたように、タブ、例えば、
重なり合う関係にあるタブ２２の見える端部が軸線方向
に間隔を置いて配置された一般に円周の線７２及び７４
に沿って、例えば、ＭＩＧ（金属不活性ガス）又はＴＩ
Ｇ（タングステン不活性ガス）により、互いに溶接さ
れ、その結果、タブ２２及びタブ２４（図１１に示され
ていない）は、それぞれ、硬質の電気伝導性シェル部分
５２及び５４（図１０）を形成し、シェル部分５２は図
１１には示されていない。織られたセラミックテープ層
６４及び接着テープ部分６８が図１１に示されている。
中心線７６はコア６６の軸線を示す。

【００２８】図１２は、本発明に従うコアを利用した電
気的に加熱可能な触媒式コンバーター１１９を断面図で
示す。この組立体は、内燃機関の排気ラインに挿入する
ための用意が整っている。コンバータ１１９は、ステン
レス鋼、例えば＃３０４又は＃４０９ステンレス鋼又は
合金金属から形成されたハウジング１２０を備えてお
り、ハウジング１２０は、はフレヤー付き端部キャップ
１２２及び１２４及びそれと一体的なニップル１２６及
び１２８を有する。ニップル１２６及び１２８は、車両
排気管、例えば２．５インチ内径管に適応するような寸
法である。ハウジング１２０は、電気的に加熱可能な触
媒式コンバーターコア１３０、例えば、図１に示された
ようなコア要素１０を使用する図１１に示されたコア、
を収容する。コア１３０は、便宜上図１２では複数の平
行な線として図解的に示された、複数の一般に軸線方向
に延びているセル１３３を規定する。上記したように、
シェルセグメント５２及び５４は、お互いに電気的に隔
離されている。コア１３０は排気ガスを透過性であり、
流れは入り口端部及び出口端部の矢印により示されてい
る。コア１３０は、複数の波形の薄い耐高温性、耐酸化
性金属合金ストリップ１２（図１，２，３，４，９及び
１０）から形成される。薄い金属フォイルヒータースト
リップ１２の中央部は、絶縁ストリップ３４及び３６と
共に中心ピン又はポスト２６／２８の脚２６及び２８に
より掴まれる。図１２に示された態様では、中心ポスト
又はピン２６／２８は、コッターピンの形態にありそし
てアイ２７を有しており、アイ２７は、直径方向に延び
ているバー３２を取り囲んでおりバー３２は、バーをコ
ア要素１０の端部から絶縁するためにプラズマ塗布コー
ティング３８を有する。コーテッドバー３２は、コアの
下流端でコア要素１０の端部に当接し、そしてコア１３
０の入れ子式重なり(terescoping)を防止するのを助け
る。バー３２は、その極端部で端部キャップ１２２に溶
接される。脚２６及び２８は、カップルを形成し、この
カップルはコア１３０の螺旋状の巻きつけを促進する。
端子２８及び３１は、ハウジング１２０を通って延びて
おり、そして適当なパワー切り替え装置１５４（ホイッ
テンバーガー等により１９９０年９月２４出願された米
国特許出願番号第５８７，２１９号参照）を介してケー
ブル１５０及びスイッチ１５２により電源１５６に好適
に接続されている。上記のように形成された絶縁層１４
２は、コア１３０をハウジング１２０から電気的に隔離
する。ハウジングの半部シェル（ハウジング１２０によ
りコア１３０を取り囲む最も便利な方法である）が施さ
れそして絶縁１４２が所定の位置に施されるその時に、
非常に薄いフォイル区域を、シェル半部が合う(mate)領
域で、絶縁１４２の外表面に接着させることが望まし
い。これは、絶縁層１４２からのセラミック繊維がハウ
ジング１２０のシェル半部の縁間に挟まれるのを防止す
るためである。これらのフォイル区域は、その装置にお
ける目的を果たさない。

【００２９】端部キャップ１２２及び１２４は、シーム
溶接によるなどして取り付けられるべき最後の部品であ
る。随意に、接点１９５を有する熱電対１９４を、コア
１３０内に配置して温度を感知することができる。熱電
対１９４のリードは絶縁体１４６、好ましくはセラミッ
クスリーブ１４６及びハウジング１２０を通って延びて
いるブッシュ１４８を通過する。端子２８の突き出して
いるスタッド２９は、望ましくはねじを切られていて、
ナット又はナットの対を受け入れて、（示されていな
い）上記したようにバッテリー１５６の正極から延びて
いるケーブル１５０から標準ケーブルコネクタを保持す
る。例えば１２ボルト、２４ボルト又は４８ボルトバッ
テリーであることができるバッテリーの負極は、端子３
１に取り付けることができるか又は車両のシヤシを介し
て端子３１に間接的に取り付けることができ、シヤシは
慣用の接地ストラップによりバッテリー１５６に取り付
けられる。

【００３０】コア１３０のセル密度は、８０〜３５０セ
ル／平方インチ、好ましくは１００〜１８０セル／平方
インチの範囲にあり、そして特定の態様では１６０セル
／平方インチであることが好都合である。

【００３１】図１３は、ストリップ１０についてずれた
(staggered)関係を示す。この配列は、重なり合いの量
を修正する。ずれの程度は、望ましくは、１つのタブと
次の隣接タブの間で０．２５インチである。ストリップ
１０がずれていない、図５に示されたコアのようなコア
においては、中心における電圧差は各ストリップ１０に
ついてわずかである。ヒーターストリップ１０の遠位端
に向かって、電圧差は徐々に大きくなりそしてアーク発
生が起こる点に到達する。図１３に示されたようにスト
リップをずらせることにより、蓄積された電圧の点は中
心から移動しそしてコア全体にわたってより一様に分布
して、アーク発生のための電圧を回避し、この際最も高
い電位差の点はコアの中心から離れた小さな領域におい
て最大である。中心線２４ｂ、１４ｂ及び２２ｂは、マ
ッチした電圧又は電位の点を示す。図１４は、ずれてい
ない関係にあるストリップ１２を示しそして中心線２４
ｃ、２２ｃ及び１４ｃは、マッチした電圧又は電位の線
を示す。ここでは、電圧は、ずれた関係の場合よりも高
いレベルに集合する傾向がありそしてアーク発生のため
の電位はより高い。換言すれば、ずれた関係の場合の電
圧勾配は、隣接ストリップ間のいかなる点における電圧
差も、機械的偏倚(offset)を伴わない場合よりも少ない
ようなものである。

【００３２】図１５は、本発明の端部タブの他の使用を
示す。この場合、重なり合っている端部タブ２２，２４
及び単一のより長い端部タブ２０２により形成された外
側シェル２００は、十分に硬質で、一般に円形体であ
り、そして織られたセラミックテープ絶縁ストリップは
設けられていない。中心管状コア２０４が電圧源の１つ
のポールに接続されているので、この構造においては１
つのみのより長いタブ２０２が必要である。電圧源の他
のポールは、タブ２０２に溶接された端子スタッドを介
してフィードにより取り付けられている。フォイルヒー
ターストリップは、それらの近位端で例えば溶接によ
り、電気伝導性金属中心管状コア２０４に固定されるこ
とができる。別法として、図３に示されたような折られ
たコア要素は、折り線１６に沿って溶接するなどして中
心コア２０４及び図１５に示されたように螺旋状に巻か
れた組立体に取り付けて、堅く巻かれた金属ハニカムを
形成することができる。わかりやすくするために、波形
の薄い金属フォイルヒーターストリップ１２は、ジグザ
グ破線よりもむしろ連続線として示される。

【００３３】この触媒式コンバーターは、電気的加熱な
しに又は関連した電気的接続部、端子及び絶縁体なしに
使用することができるが、好ましい態様は、“電気的に
加熱可能である”。パワーは、機関始動の時点から及び
／又は機関始動の前に又は触媒がその予め決められた設
定点温度下にある任意の時点で要求に対してコンバータ
ーに供給される。かくして、触媒式コンバーター、特に
電気的に加熱可能な触媒式コンバーターのための新規な
改良されたコア要素であって、該コア要素は、図１に示
されたような１つの線に沿って又は１つより多くの線、
例えば円弧に沿って曲げられた端部タブを有しており、
複数のこのようなコア要素を中心ポスト又はピンのまわ
りに螺旋状にまくと、部分的に重なり合いそして最終的
にシェルセグメントを規定するようになっていることを
特徴とする、触媒式コンバーターが提供された。このコ
ア要素は、自動化することができる簡単化された製造を
可能とする。この新規なコア要素により特徴付けられる
電気的に加熱可能な触媒式コンバーターも提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うコア要素の斜視図でありそし本発
明を実施するための最善の方法を例示する。

【図２】本発明に従う他のコア要素の斜視図である。

【図３】波形の薄い金属ストリップの平坦な中心部分を
二分する横断線に沿って半部に折られた図１のコア要素
の端面図である。

【図４】波形の薄い金属ストリップの平坦な中心部分を
二分する横断線に沿って半分に折られた図１のコア要素
の端面図である。

【図５】複数のコア要素の平坦な中央部が二又の中心ポ
スト又はピンの脚の間で延びている複数のコア要素、及
びピンの脚から該要素を隔離している延びた織られたセ
ラミック繊維テープを示す部分的に組み立てられたコア
の断面図である。

【図６】自由端にノッチを有していて絶縁ストリップの
通過を可能とする角度をなして曲げられたタブの平面図
である。

【図７】自由端にノッチを有していて絶縁ストリップの
通過を可能とする曲げられたタブの平面図である。

【図８】コア要素の平坦な中央部が中心管状ピンに溶接
されておりそして延びた織られたセラミック繊維テープ
が管状ピンにおいて軸線方向に延びているスロットを通
って延びている、複数の折られたコア要素を示す別の部
分的に組み立てられたコアの断面図である。

【図９】織られたセラミック繊維テープが保持シェルの
外側に延びている、セグメント化された保持シェルを形
成するためのコア要素の重なり合いを示している図１に
示されたような、複数のコア要素から成る螺旋状に巻か
れたコアの端面図である。

【図１０】織られたセラミック繊維テープが、タブを溶
接して保持シェルを形成する前に、重なり合ったタブの
まわりに巻かれている、本発明のコアの端面図である。

【図１１】タブ及びハウジングからコアを絶縁するため
の織られたセラミック繊維テープのための溶接を示す完
成した触媒式コンバーターコアの側面図である。

【図１２】本発明のコア要素を利用する電気的に加熱可
能な触媒式コンバーターの断面図である。

【図１３】中心ピンのまわりに螺旋状に巻く前にずれた
関係にありそして一点鎖線により共通の電圧の領域を示
す本発明のコア要素の別の配列を示す。

【図１４】共通の電圧の一点鎖線領域により示しており
そしてフォイルストリップのずれていない配列の図であ
る。

【図１５】溶接されるとき（例えば図１０及び図１１に
示されたように）螺旋状に巻かれたフォイルストリップ
のまわりに完全なシェルを形成しそして中心管状ポスト
に取り付けられたフォイルストリップの近位端を有する
フォイルストリップの遠位端に、図１に示されたのと同
様な、角度をなして曲げられたタブを有するコアの図で
ある。

【符号の説明】

１０コア要素１２．１２ａ波形の薄い金属ストリップ２２，２４タブ２６．２８中心ピンの脚３０，３２柔軟な織られたセラミックスリーブ３４，３６織られたセラミックテープストリップ５２，５４電気伝導性シェル部分１１９触媒式コンバーター１２０ハウジング１３０触媒式コンバーターコア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波形の薄い金属ストリップを備えた触媒
式コンバーターのためのコア要素であって、該ストリッ
プはその各端部に取り付けられた反対の向きに曲げられ
たタブを有しており、該タブはその形状が一般に長方形
であり、該タブは、該タブの長手方向にありそしてより
短い縁に対して一般に直角な１本又はそれより多くの線
に沿って角度をなして曲げられていることを特徴とする
コア要素。
【請求項２】該タブは、該タブの長手方向にある単一
の中心に位置した線に沿って約１５°乃至約３５°の角
度で曲げられている、請求項１の触媒式コンバーターの
ためのコア要素。
【請求項３】波形の薄い金属ストリップを備えた触媒
式コンバーターのためのコア要素であって、該ストリッ
プはその各端部に取り付けられた反対の向きに曲げられ
たタブを有しており、該タブは１０°乃至４５°の弧を
含む円のセグメントであり、そして各々は実質的に同じ
曲率半径を有していることを特徴とするコア要素。
【請求項４】少なくとも１つのタブが絶縁体テープの
通過を受け入れるようになっている自由縁におけるノッ
チを有している、請求項１のコア要素。
【請求項５】一方のタブが他方のタブよりも大きい幅
を有している、請求項１のコア要素。
【請求項６】一方のタブが他方のタブよりも大きい円
弧をなす、請求項２のコア要素。
【請求項７】波形の薄い金属ストリップが、中心に位
置した平坦な部分を有している、請求項１のコア要素。
【請求項８】波形の薄い金属ストリップが、中心に位
置した平坦な部分を有している、請求項２のコア要素。
【請求項９】波形の薄い金属ストリップが、耐火性金
属酸化物のコーティングを有している、請求項１のコア
要素。
【請求項１０】耐火性金属酸化物がアルミナを含んで
成る、請求項９のコア要素。
【請求項１１】耐火性金属酸化物がアルミナ／セリア
混合物である、請求項９のコア要素。
【請求項１２】耐火性金属酸化物がマグネシア／ジル
コニア混合物である、請求項９のコア要素。
【請求項１３】波形の薄い金属ストリップが、ヘリン
ボンパターンで波形になっている、請求項１のコア要
素。
【請求項１４】波形の薄い金属ストリップが、頂点が
丸くなっている三角形断面を有している波形を有する、
請求項１のコア要素。
【請求項１５】波形の薄い金属ストリップが、触媒を
含む、請求項１のコア要素。
【請求項１６】耐火性金属酸化物でコーティングされ
た波形の薄い金属ストリップが、その表面に触媒を含
む、請求項９のコア要素。
【請求項１７】触媒が貴金属触媒である、請求項１６
のコア要素。
【請求項１８】貴金属がパラジウム、白金、ロジウ
ム、ルテニウム及び２種又はそれより多くのこのような
金属の混合物から成る群より選ばれる、請求項１７のコ
ア要素。
【請求項１９】薄い金属ストリップが、薄い耐高温
性、耐酸化性合金金属ストリップである、請求項１のコ
ア要素。
【請求項２０】薄い金属ストリップが、薄いフェライ
トステンレス鋼ストリップである、請求項１９のコア要
素。
【請求項２１】薄い金属ストリップが、ニッケル／ク
ロム／アルミニウム／鉄合金金属ストリップである、請
求項１９のコア要素。
【請求項２２】触媒式コンバーターのためのコアであ
って、二また中心ピンと、複数の波形の薄い金属ストリ
ップを備え、該ストリップの各々は各ストリップの各端
部に取り付けられた反対向きに曲げられたタブを有して
おり、該タブは形状が一般に長方形であり、該タブは、
該タブの長手方向にありそしてより短い縁に一般に直角
な１本又はそれより多くの線に沿って角度をなして曲げ
られており、該ストリップは、該二またピンの脚の間に
位置しておりそして該ストリップは該二またピンのまわ
りに螺旋状に巻かれており、それにより該タブは部分的
に重なり合った関係にあり、前記コアは、該部分的に重
なり合ったタブをこのような部分的に重なり合った関係
において取り付けるための手段を備え、該取り付けられ
た部分的に重なり合ったタブは、少なくとも２つの電気
的に隔離された一般に円形のセグメントを規定している
ことを特徴とするコア。
【請求項２３】該二また中心ピンの脚を少なくとも部
分的に取り囲んでおりそして該波形の薄い金属ストリッ
プを該二また中心ピンの脚との接触から電気的に隔離す
る、織られたセラミックテープストリップを含む、請求
項２２のコア。
【請求項２４】電気的に加熱可能な触媒式コンバータ
ーであって、（１）ハウジング、（２）該コンバーター
を排気管に挿入するよう適合させるためのハウジングの
各端部のための端部キャップアダプター、ここに、該コ
ンバーターは汚染物を含有する排気ガスを接触して取り
入れるための上流端部及び汚染物の減少した排気ガスを
出すための下流端部を有している、（３）上流端部及び
下流端部を有する該触媒式コンバーターのためのコア、
該コアは（ａ）二また中心ピンと（ｂ）複数の波形の薄
い金属ストリップを備え、各ストリップは、（ｃ）該波
形ストリップの各々の各端部に取り付けられた反対向に
曲げられた金属タブを有しており、該タブは、形状が一
般に長方形でありそしてその幅よりも大きい長さを有し
ており、該タブは、該タブの長手方向にありそしてより
短い縁に一般に直角な１本又はそれより多くの線に沿っ
て角度をなして曲げられており、該ストリップは、該二
またピンの脚の間に位置しており、そして該ストリップ
は、該二またピンのまわりに螺旋状に巻かれており、そ
れにより該タブは部分的に重なり合った関係にあり、そ
して該コアは、（ｄ）該部分的に重なり合ったタブをこ
のような部分的に重なり合った関係において取り付ける
ための手段を備え、該取り付けられた部分的に重なり合
ったタブは少なくとも２つの電気的に隔離された一般に
円形のセグメントを規定しており、該コアは、（ｅ）該
二また中心ピンの各脚と薄い金属ストリップの各群との
間に配置された織られたセラミックテープストリップを
備え、該セラミックテープストリップは、該波形の薄い
金属ストリップを該二また中心ピンの脚との接触から電
気的に隔離しそして薄い金属ストリップの隣接した群か
ら電気的に隔離しており、該コアは、（ｆ）該中心ピン
に溶接されておりそして該波形の薄い金属ストリップの
下流端部と接触している、該コアの下流端部を横切って
延びている横断方向バーを備え、該バーは該波形の薄い
金属ストリップと接触している少なくともその側に絶縁
コーティングを有している、（４）該コアから延びてい
る絶縁手段であって、該コアの外側のまわりに及び該コ
アと該ハウジングとの間に螺旋状に巻かれた絶縁手段、
（５）該一般に円形のセグメントの一方に取り付けられ
たハウジングを通って延びておりそして電圧源の１方の
極に取り付けられるようになっているフィードスルー端
子、（６）該ハウジングを通って延びておりそして該一
般に円形のセグメントの他方に取り付けられた、電圧源
の他方の極に取り付けるための第２端子、及び（７）電
圧源、を備えて成る電気的に加熱可能な触媒式コンバー
ター。
【請求項２５】耐火性金属酸化物がチタニアを含んで
成る、特許請求の範囲９のコア要素。