JPH07504254A - 電気的に加熱可能な自動車用触媒コンバータのための導電性のあるハニカム状の構造 - 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】 電気的に加熱可能な自動車用触媒コンバータのための導電性のあるハニカム状の 構造 この発明は、電流が曲がりくねった経路に沿ってその構造を通って流れ得るよう にスロットおよび／または電気的絶縁層によって電気的に分割された導電性材料 のハニカム状の構造に関する。

そのような構造は、たとえば、国際出願ＷＯ３９／＋０４７０、ＷＯ３９／１０ ４７１またはＥＰ　０　４５２１２５　Ａ２から周知である。この発明の出発点 であるＥＰ　０　４５２　１２５　Ａ２では、スロットによって／％ユニカム状 構造を分割するための多くの異なる可能な方策が述べられている。しかし、曲が りくねった経路を通るようにされる電流は、通常最も短い経路すなわち最も電気 抵抗の少ない経路を見いだす傾向にあることが示されている。

このため電流のかなりの割合が導電性を制限するスロットまたは層の近くの非常 に小さな領域内を流れる。典型的には、そこを通って電流が曲がりくねった経路 で流れる上述の設計のハニカム状の構造は、均一に加熱されるのではなく、電流 経路のカーブの内側にある、特に熱いスポットを有する。これはレッドホラ）・ 加熱または融解にさえつながるかもしれず、少なくとも構造の軟化につながり、 このことはその安定性および有効寿命を損なう。特にそのようなハニカム状の構 造は自動車の電気的に加熱可能な触媒コンバータとして使用されるとき、このこ とは決定的に重大である。なぜならそこでは大きな変形か生じ、限られた電気エ ネルギしか利用できないからであり、そのエネルギはできる限り最適に利用しな ければならない。ＥＰ　０　４５２　１２５　Ａ２は、構成の異なった部分ごと に電気抵抗を変える様々な可能性について述べている。これらは、個々のハニカ ムの様々な壁の厚さ、単位断面積当たりの異なった数のハニカム、または個々の セル壁の異なった軸の長さを含む。しかし、そのような法則は、原理的に導電性 ハニカム状の構成の電流のより均等な電流の配分を達成するのには適していない 。この理由は、材料の比電気抵抗は常に同しままなので、材料を多くするかまた は少なくすることによってその領域の抵抗を変えることはできても、そこにある 材料の単位当たりの比電流密度を変えることはできないからである。たとえば、 特に強い電流が流れる領域で壁の厚さを増すと、そこでは抵抗は減るかより強い 電流か流れるので、厚い材料も薄い材料と同じように加熱されるようになる。逆 に、壁の厚さまたはセルの数を減じると、より少ない電流が流れるか、それはそ こにあるより少ない量の材料を以前と同じ強さで加熱する。セル壁の軸のいろい ろな長さについても同じことか論理的に真である。この発明の目的は、これらの 不利益を克服し、かつその全断面領域にわたってより均等に電流か作用し得る、 導電性材料のハニカム状の構造を開示することである。そのようなハニカム状の 構造を製造するための方法はまた、この発明の主題である。

この目的は、電流か曲がりくねった経路に沿ってその構造を流れ得るように、ス ロットおよび／または電気的絶縁層によって電気的に分割された導電性材料のハ ニカム状の構造で達成され、そのハニカム状の構造は異なった比電気抵抗を有す る異なった材料の領域を含む。この発明の本質は、ある特定のセルジオメトリに 関して、このジオメトりは必ずしも均質である必要はないのだか、この特定のセ ルジオメトリ内の電流の配分か特定のセルジオメトリのためにそこにある様々な 領域で質量を本質的に変えることなく、比電気抵抗を変えることによって達成す ることである。こうして、比抵抗の高い領域での電流密度を減じることができ、 これによって電流の流れのいくらかが他の領域に分散されることとなり、同時に 比抵抗の高い領域で材料の加熱はもはや起こらない。なぜなら加熱すべき質量を 同時に減じる必要はないからである。

特に簡潔な方法で、金属パウダーまたは金属およびセラミックパウダーの混合物 の押出成形されたハニカム状構造のために異なった比抵抗を有する領域か生産さ れ得る。ハニカム状構造の異なった領域でのパウダー化された材料の異なった組 成によって、比抵抗を広範囲に調整することができる。たとえば、金属およびセ ラミックパウダーの混合物中の金属パウダーの割合を減らすことによって、比抵 抗は減らされ得る。ある領域の電気抵抗は、様々な強さの酸化および他の物理化 学的処理によってまた増やされ得る。

このように生産されたハニカム状の構造は、触媒活性材料、特に自動車に関する 電気的に加熱可能な触媒コンバータのための、キャリア本体として特に適してい る。まさにそのようなハニカム状の構造で、決定的な要素は、利用可能な電気エ ネルギを経済的に利用するための均質的な加熱、ならびに難しい動作状況下での 安定性および長い有効寿命である。

この発明は、たとえば、電流がおよそ曲かりくねった態様で構造中を流れ得るよ うに、はぼ平行であるか互いにずらされた複数のスロットによって分割されるハ ニカム状の構造に適している。スロットは一般的に、ハニカム状の構造の内部に 端部を存する。ハニカム状の構造か、少なくともスロットの端部の領域で池の領 域より高い比電気抵抗を有する材料を含むならば、いくらかの電流かこの領域か ら取除かれ、そこの過熱は回避される。より高い比抵抗を有する領域か結合しか つ単一の大きな領域を形成することは絶対的に必要ではないか、それは一般的に 生産的観点から見ると利益がある。抵抗がスロットの端部の近傍で十分に増大さ れる限り、そのようなより高い比抵抗の領域の正確な形状は重大ではない。

技術的な製造上の理由で、特に押出成形のハニカム状構造では、この発明は、お よそ軸方向に延びるスロットを有する円筒形または長円−円筒形のハニカム状構 造に特に容易に応用でき、そこでスロットは互い半径に対してほぼ平行にずらさ れ、かつ外側からハニカム状の構造の内部のそれらの端部まて延びる。少なくと もスロットのすべての端部を含むその内部の断面領域で、ハニカム状の構造は、 その外部の断面領域よりも高い比電気抵抗を有する材料を含む。図面と関連して より詳細に説明されるであろうが、このようなハニカム状の構造は押出成形によ って容易に生産され得る。

そのようなハニカム状の構造の全抵抗はたとえば、およそ０．０１−１の範囲で あるだろう。これは特に１２〜２４ｖの電圧の電気システムを有する、自動車の 加熱可能な触媒コンバータの典型的な範囲である。

たとえば押出成形されたハニカム状構造の比電気抵抗は広い範囲内で変わり得る か、より高い比電気抵抗が低い比電気抵抗の領域の比電気抵抗のおよそ２倍であ ることが有利である。ハニカム状の構造には、原理的に当然、２以上の異なった 比電気抵抗、または比電気抵抗の連続したバリエーションを存する領域があるだ ろう。異なった比電気抵抗の領域を有するハニカム状の構造を生産するための、 特に上述のハニカム状の構造を生産するための、発明に従った方法は、次のよう なステップを含む。

ａ）　金属パウダーまたは金属およびセラミックパウダーの混合物の２つの異な った成分か押出機に与えられるステップ、具体的には、１つは内側の領域へ、か つ１つは内側の領域のまわりの外側の領域に与えられるステップと、ｂ）　異な った成分が一緒に押出されてモノリシックなハニカム状の構造を作るステップと 、 Ｃ）　押出成形されたハニカム状構造が焼成されまたは焼結され、もしくはそれ ぞれの領域ごとに選択的に違えて物理化学的に処理されるステップと、 ｄ）　押出成形されたハニカム状構造はオフセットスロットを設けるステップと を含む。

これらのステップの順序は異なってもよい。たとえば、ハニカム状の構造に、押 出の際にまたはその直後の、他のステップが行なわれる前に、スロットを先に設 けてもよい。

２つ以上の異なった成分が使用されてもよく、そうすればそれらは比電気抵抗を 有する混合領域を生成する。異なる成分という語は必ずしも、その成分が実質的 に異なった材料の組成またはパウダーの大きさを存さなければならないという意 味に解釈されるへきではない。ある状況では、たとえば、添加物が成分のどれか に混合され後の物理化学的処理でその添加物かより顕著な酸化を生みそれによっ て比抵抗か減少されるだけて十分である。しかし、一般的には、異なった比抵抗 は、パウダー混合物中の異なった割合のセラミック成分によって達成される。

この発明の例示的実施例は具体的に図面と関連してさらに詳しく述へられる。

図１は発明に従ったハニカム状の構造の略透視前面図である。

図２は、発明に従ったハニカム状の構造の断面を概略的に示す図である。

図３は、発明に従った押出成形されたハニカム状構造を生産するための処理を概 略的に示す図である。

図１は、ハニカム状の構造ＩＯを示し、それは多（のチャネル１２を形成する多 くの薄い壁１１を含み、それを通して流体か軸方向に流れ得る。波線１７によっ て示されているように、端子１５．１６に与えられる電流が曲がりくねった態様 でハニカム状の構造１０を通して流れるように、スロット１３、］４によってハ ニカム状の構造ＩＯは電気的に分割される。より高い比電気抵抗の領域１８は、 ハニカム状の構造の内部にあり、特にスロット１３．１４の端部１９を囲む。こ のように、通常端部１９のできるだけ近くを流れる電流１７は、そこからさらに 外向きに外らされるので、結果として、過熱は回避されかつ均質な電流の配分か 達成され得る。

図２は、断面図の形で丸いハニカム状の構造に関するこの発明の結果を象徴的に 示す。ハニカム状の構造２０はここてもまた壁２１によって規定される多くのチ ャネル２２を含む。スロット２３．２４は、ハニカム状の構造を電気的に分割す るので、電圧か端子２５．２６に与えられると、電流２７はハニカム状の構造を 通って曲がりくねった態様で流れる。より高い電気抵抗２８の領域はスロット２ ３．２４の端部２９を囲み、電流２７はこれらの端部２９から外側にそらされる 。この作用か用いられると、スロット２３．２４はある状況では、増大された比 抵抗の領域２８がない場合よりもより短くなり、それは構造全体の安定性のため に好都合である。

図３は、この発明に従ったハニカム状の構造の押出の際の方法を概略的に示す。

２つの異なったパウダーからなる成分ＭＬ　Ｍ２は押出機３０に与えられる。具 体的には、より低い比電気抵抗のＭｌか外側の領域３１に与えられ、より高い比 電気抵抗のＭ２が内部領域３２に与える。もちろん、成分の電気抵抗は実際押出 の際には決定的な役割を果たさない。焼結の後または他のそのような処理の後に 生成された電気抵抗か決定的な役割を果たす。

この発明は、特に自動車の触媒コンバータに関する電気的に加熱可能なハニカム 状の構造を生産することを可能にし、それほぼは均質な電流分布を有し、そこで それらの内部のホットスポットはほぼ回避される。このことは自動車でなされる ような大きな機械的要求に直面しても安定性および有効身命を増大する。

ＩＧ　１ フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号ＨＯ５Ｂ　３／１２　 Ａ　７７１５−３に３／１４　Ｂ　７７１５−３Ｋ Ｉ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．電流がその構造（１０；２０）を通して曲がりくねった経路（１７；２７） に沿って流れ得るように、スロット（１３，１４；２３，２４）および／または 電気的絶縁層によって電気的に分割される、導電性材料のハニカム状の構造（１ ０；２０）であって、異なった比電気抵抗を有する異なった材料（Ｍ１、Ｍ２） の領域（１８、４８；２８、５８）を含むことを特徴とする、ハニカム状の構造 。
2. ２．ハニカム状の構造（１０；２０）は、金属パウダーまたは金属およびセラミ ックパウダーの混合物の押出形成された構造であることを特徴とする、請求項１ に記載のハニカム状の構造。
3. ３．ハニカム状の構造（１０；２０）は、触媒活性材料、特に自動車に関する電 気的に加熱可能な触媒コンバータのための、キャリヤ本体であることを特徴とす る、請求項１または２に記載のハニカム状の構造。
4. ４．電流（１７；２７）がほぼ曲がりくねった態様で構造を流れるように、互い におよそ平行であるがずらされた複数のスロット（１３、１４；２３、２４）に よって、ハニカム状の構成（１０；２０）が分割されることを特徴とする、請求 項１、２または３に記載のハニカム状の構造。
5. ５．スロット（１３、１４；２３、２４）はハニカム状の構造の内部に端部（１ ９；２９）を有し、ハニカム状の構造（１０；２０）は少なくともスロット（１ ３、１４；２３、２４）の端部（１９；２９）の領域（１８；２８）に、他の領 域（４８；５８）より高い比抵抗を有する材料（Ｍ１）を含むことを特徴とする 、請求項４に記載のハニカム状の構造。
6. ６．ハニカム状の構造は、およそ軸方向に延びるスロット（１３、１４；２３、 ２４）を有する円筒形（２０）または長円一円筒形（１０）の構造であって、ス ロットの各々は、半径に対しておよそ平行にずらされ、かつ外側からハニカム状 の構造（１０；２０）の内部の一方端（１９；２９）まで延び、かつ少なくとも スロット（１３、１４；２３、２４）のすべての端部（１９；２９）を含むその 内部の断面領域（１８；２８）で、ハニカム状の構造（１０；２０）は、その外 側の断面領域（４８；５８）よりも高い比電気抵抗を有する材料（Ｍ２）を含む ことを特徴とする、請求項４または５に記載のハニカム状の構造。
7. ７．ハニカム状の構造（１０；２０）は０．０ｌ〜１Ωの電気的全抵抗を有する ことを特徴とする、前掲の請求項のうちの１つに記載のハニカム状の構造。
8. ８．より高い比電気抵抗を有する領域（１８；２８）は、より低い比電気抵抗を 有する領域（４８；５８）の少なくともおよそ２倍の比電気抵抗を有することを 特徴とする、前掲の請求項のうちの１つに記載のハニカム状の構造。
9. ９．ａ）金属パウダーまたは金属およびセラミックパウダーの混合物の２つの異 なった成分（Ｍ１、Ｍ２）が押出機（３０）に与えられるステップ、特に１つは 内部領域（３２）におよび１つは内部領域（３２）のまわりの外部領域（３１） に与えられるステップと、ｂ）異なった成分（Ｍ１、Ｍ２）が押出されてモノリ シックなハニカム状の構造（１０；２０）を作るステップと、 ｃ）押出成形されたハニカム状構造（１０；２０）が焼成されまたは焼結され、 もしくはそれぞれの領域ごとに選択的に違えて物理化学的に処理されるステップ と、ｄ）押出ハニカム状構造（１０；２０）にオフセットスロット（１３、１４ ；２３、２４）を設けるステップとを含む、前掲請求項のうちの１つに従った、 異なる比電気抵抗の領域（１８；４８、２８、５８）を有するハニカム状の構造 を生産するための方法。