JPH078756A

JPH078756A - 組み合わせ電気加熱可能なコンバータ本体

Info

Publication number: JPH078756A
Application number: JP6129939A
Authority: JP
Inventors: William A Whittenberger; ウイリアム・エイ・ホイツテンバーガー
Original assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1995-01-13
Also published as: DE69405929T2; ATE158845T1; CA2124157A1; EP0635627A3; EP0635627B1; US5441706A; DE69405929D1; EP0635627A2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱振動特性及び熱循環特性を向上させる。【構成】コンバータは、多細胞状ハニカムモノリスと
一体形の電気加熱可能でない多細胞状ハニカム「着火」
部分を特徴とする電気加熱可能な部分を含み、各部分は
薄シート金属層から構成される。電気加熱可能な部分
は、２００〜７００平方インチの表面積を有し、少なく
とも５００ワットの電力を送り出す電源から約２〜約４
０秒の期間において４００Ｆ〜９００Ｆの温度に急速に
加熱でき、そして電気加熱可能なハニカム部分は、４０
〜５００セル／平方インチのセル密度を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバータ本体に関
し、さらに詳細には、その部分が電気加熱可能なコンバ
ータ本体に関する。残余部分は、後述される如く、電気
加熱可能な部分と一体の電気加熱可能でない「着火」部
分である。コンバータ本体は、望ましくは保持シェルに
包含された薄金属葉又は細片から形成した細胞状金属ハ
ニカムを特徴とする。金属ハニカムと保持シェルの組み
合わせは、筺体に置かれるコアを形成する。一実施態様
において、筺体は、例えば、含有汚染物の除去を補助す
るために、内燃機関からの排気管路に挿入されるために
適合される。

【０００２】

【従来技術及びその課題】この発明は、例えば、固定又
は移動の火花点火又は圧縮点火形式の内燃機関、あるい
はガスタービンエンジン等、いろいろな形式のエンジン
からの排気管路において使用されるために特に適合され
た実施態様に関して記載される。しかし、本発明のコン
バータは、多様な化学反応、特に流体流、とりわけガス
流において発生する反応を行うために使用され、この反
応は、触媒作用又は非触媒作用される。

【０００３】例えば、自動車において使用されるもの
等、内燃機関からの排気管路において特に有益なコンバ
ータに注目すると、そのような触媒コンバータの目的
は、排気流に存在する汚染物質、例えば、一酸化炭素、
未燃炭化水素、窒素酸化物等を二酸化炭素、窒素と水に
大気への放出前に変換するものである。従来の自動車用
触媒コンバータは、セルの壁に触媒を堆積させた方形又
は三角形貫通開口又はセルを具える卵形又は円形断面セ
ラミックハニカムモノリス、触媒被覆耐火金属酸化物ビ
ード又はペレット、例えば、アルミナビード、あるいは
波形付き薄金属ホイル多細胞状ハニカムモノリス、例え
ば、耐火金属酸化物被覆と該被覆に保持されセルの表面
に支持された触媒を有するフェライトステンレス鋼ホイ
ルハニカムモノリスを使用する。触媒は、通常、貴金
属、例えば、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニ
ウム、又は２つ以上のそのような金属の混合物である。
沸石被覆がまた、それらの除去を補助するために、汚染
物の吸着と脱着のために使用される。触媒は、化学反
応、主に酸化、に触媒作用を及ぼし、これにより、汚染
物は、排気系を通って大気に流れる無害な副産物に変換
される。

【０００４】しかし、そのような無害な副産物への変換
は、排気ガスが、例えば、冷エンジン始動において比較
的冷たい時、初期的に効率的ではない。高変換率におい
て有効であるためには、触媒と排気ガスが接触するコン
バータの表面は、最低温度、例えば、一酸化炭素に対し
て３９０Ｆ、揮発性有機化合物に対して５７０Ｆ、そし
てメタン又は天然ガスに対して約９００Ｆ以上でなけれ
ばならない。そうでなければ、無害な副産物への変換は
弱く、そして大気の冷始動汚染は高い。車両によって生
じた大気汚染の８０％もが、従来の非電気加熱触媒コン
バータを装備したとしても、冷始動からのエンジンの最
初の２分の動作において発生することが推定された。い
ったん排気系がその正常動作温度に達したならば、非電
気加熱触媒コンバータは、最適に有効である。このた
め、比較的冷たい排気ガスが、満足な変換を行うように
熱触媒と接触することが必要である。圧縮点火エンジ
ン、火花点火エンジン、ガスタービンにおける反応器、
芝刈り機、トリマー、ボートエンジンにおいて使用され
る小内径エンジン等が、この必要性を有する。

【０００５】エンジン始動において触媒の初期加熱を達
成するために、電気加熱可能な触媒コンバータユニッ
ト、好ましくは、薄金属ハニカムモノリスから形成した
ものが、都合良く設けられる。このモノリスは、離間し
た平坦薄金属細片、直線波形付き薄金属細片、パターン
波形付き薄金属細片、例えば、矢筈模様又は山形紋波形
付き薄金属細片、又は（Ｂｕｌｌｏｃｋ他への１９８９
年３月７日付けの米国特許第４、８１０、５８８号にお
いて開示された如く）可変ピッチ波形付き薄金属細片、
あるいはそれらの組み合わせから形成され、このモノリ
スは、１２〜１０８ボルト以上の交流又は直流、単相又
は多相電源に、好ましくは、エンジン始動時以後に接続
され、触媒を少なくとも６５０Ｆプラス又はマイナス３
０Ｆに昇温させ、かつ維持する。代替的に、パワーはま
た、エンジン始動前数秒間供給される。波形付き薄金
属（ステンレス鋼）モノリスを含む触媒コンバータは、
少なくとも１９７０年代初期以降公知であった。１９７
３年１０月３０日付けのＫｉｔｚｎｅｒの米国特許第
３、７６８、９８２号と第３、７７０、３８９号を参照
せよ。さらに最近には、波形付き薄金属モノリスは、Ｃ
ｏｒｎｅｌｉｓｏｎ他への１９８７年１２月８日付けの
米国特許第４、７１１、００９号、すべてＮｏｎｎｅｎ
ｍａｎｎ又はＮｏｎｎｅｎｍａｎｎ他に付与された、１
９７９年５月１日付けの米国特許第４、１５２、３０２
号、１９８１年６月１６日付けの第４、２７３、６８１
号、１９８１年８月４日付けの第４、２８２、１８６
号、１９８３年５月３日付けの第４、３８１、５９０
号、１９８３年８月３０日付けの第４、４００、８６０
号、１９８５年５月２８日付けの第４、５１９、１２０
号、１９８５年６月１１日付けの第４、５２１、９４７
号、１９８７年３月３日付けの第４、６４７、４３５
号、１９８７年５月１２日付けの第４、６６５、０５１
号、Ｗｈｉｔｔｅｎｂｅｒｇｅｒへの１９９１年１２月
１０日付けの米国特許第５、０７０、６９４号、１９８
９年１１月２日提出され、１９８８年４月２５日の優先
日を請求する国際ＰＣＴ公開番号ＷＯ８９／１０４７０
（ＥＰ４１２、０８６）とＷＯ８９／１０４７１（Ｅ
Ｐ４１２、１０３）において開示された。上記の国際
公開番号は、離間円板を直列に配置するか、又は電気的
絶縁中間層により、装置の内部抵抗を増大させるための
方法と装置を開示する。別の国際ＰＣＴ公開は、１９９
０年４月９日に公開され、１９８９年４月２１日の優先
日を請求するＷＯ９０／１２９５１であり、絶縁板の層
を形成ロックすることにより軸強度を改良することを求
める。軸強度を改良することを求める別の参照は、Ｋａ
ｎｎａｉｎｉａｎ他への１９９１年１０月８日付けの米
国特許第５、０５５、２７５号である。また、１９９２
年１月２９日提出され、１９９１年１月３１日の優先日
を請求するＰＣＴ公開番号ＷＯ９２／１３６３６が参照
される。この出願は、流体が複数の導管を通って流れる
軸に沿ったハニカム本体に関する。ハニカムは、互いに
離間関係にある少なくとも２つの円板を有する。明細書
によれば、円板が一緒に連結され、相互支持された軸の
近くに少なくとも一つのバー形式支持部がある。発明
は、流れる排気ガス又は印加電流を通して高速加熱する
ための第１円板の設計を可能にすると言われる。ハニカ
ム本体は、内燃機関の排気系における触媒のための保持
体として役立つ。別の参照は、１９９１年１月３１日に
提出され、１９９２年８月６日に公開された独国特許出
願番号第４、１０２、８９０号Ａ１である。この出願
は、螺旋状に巻装された波形付き及び平坦細片の組み合
わせを開示し、この場合、平坦細片は、スロットと穿孔
を含み、電気加熱可能である。平坦細片は、前及び後部
分の間に架橋部を含む。そのような細片の群は、絶縁手
段によって分離される。コアには、絶縁手段によって分
離された一対の円形保持セグメントが設けられる。端部
タブは設けられず、そして平坦細片部分は一体的であ
る。別の参照は、１９９２年４月７日付けの米国特許第
５、１０２、７４３号である。この特許は、ジャケット
管と、ジャケット管において種々の方向に織り込まれた
少なくとも部分的に構造化されたシート金属層のスタッ
クとを含む、丸形、卵形又は楕円形断面のハニカム触媒
担体を開示する。スタックは、所与長と所与幅を有す
る。シート金属層の少なくとも一つは、次元の一つの少
なくとも部分で、他の層よりも大きな厚さを有する。そ
のような少なくとも一つの層は、薄金属又は隣接関係に
おける複数の同一構造化金属シートから形成される。

【０００６】先行装置での一般の問題は、熱振動試験
（ＨｏｔＳｈａｋｅＴｅｓｔ）と熱循環試験（Ｈｏ
ｔＣｙｃｌｉｎｇＴｅｓｔ）として公知の厳しい自
動車産業耐久試験に不合格であることであった。

【０００７】熱振動試験は、作動内燃機関から排気ガス
を装置に同時に通過させて、高温（８００〜９５０℃、
１４７２〜１７４２Ｆ）において垂直姿勢において装置
を振動させる（１００〜２００ヘルツ及び２８〜６０Ｇ
慣性負荷）ことに係わる。触媒装置が入れ子になる、す
なわち所定の時間、例えば、５〜２００時間までホイル
葉の前又は上流縁の分離又は折返しを表示するならば、
装置は、試験に落ちると言われる。通常、５時間持続す
る装置は、２００時間持続する。５時間は、１００ヘル
ツにおいて１．８ｘ１０⁶サイクルに等価である。

【０００８】熱循環試験は、排気は８００〜９５０℃
（１４７２〜１７４２Ｆ）において流れ、３００時間に
対して１５〜２０分毎に一度１２０〜１５０℃に循環さ
れる。薄金属ホイル細片の前縁の入れ子又は分離は故障
と考えられる。

【０００９】熱振動試験と熱循環試験は、以後、「熱試
験」と呼ばれ、合格が非常に難しいことが立証された。
成功装置を設ける多くの努力は、多様な理由のために費
用がかかり過ぎる又は無効であった。

【００１０】本発明の構造は、これらの熱試験に合格す
る。

【００１１】電気加熱可能な触媒コンバータの初期の実
施態様は、とりわけ軸方向において比較的大きく、例え
ば、７〜１０インチ長以上、最大４．５インチ径であっ
た。これらは、一般使用される従来の触媒コンバータの
置き換えとして、又は排気管路における従来の触媒コン
バータとタンデム関係において排気系に挿入された。こ
の時、軸方向に比較的薄い又は「パンケーキ」の電気加
熱された波形付き薄金属ハニカムモノリスは、従来の触
媒コンバータと密接なタンデム関係において使用される
ことが判明した。

【００１２】ずっと良い性能は、コンバータの「縦
続」、すなわち、すべて一般にガス流の同一軸にある、
低熱慣性電気加熱可能なコンバータ（ＥＨＣ）、続いて
中間熱慣性コンバータ、続いて大熱慣性主コンバータか
ら生ずることが後に判明した。各コンバータは、異なる
熱慣性だけでなく、従来の非加熱コンバータの最終卵形
サイズと形状に対して異なる幾何学的断面積又は異なる
幾何学的構成、例えば、小円形、大卵形を有する。この
解法は、ＥＨＣの高速、経済的加熱を設ける。ＥＨＣに
おいて開始された酸化反応から発生した熱は、その後、
中間コンバータを加熱し、次に大コンバータを加熱す
る。

【００１３】電気加熱可能なハニカムは、触媒の存在に
おいて汚染物が変換される「着火」温度に排気ガスを予
熱するために作用することが注目される。電気加熱可能
な装置においてある変換が発生し、そして変換の大部分
は、通常電気加熱されない最終触媒コンバータ区分にお
いて発生する。

【００１４】「パンケーキ」の電気加熱可能な装置と従
来の多細胞状金属モノリス触媒コンバータは、縦続装置
において共通直径及び／又は幾何学的構成（例えば、円
形、卵形又は楕円形）を利用するために、共通筺体内に
一緒に位置付けられ、タンデム関係又は先行縦続関係に
おいて必要とされるよりも短い軸長を有する。これらの
装置は、異なる熱慣性の３ユニットを設けた。しかし、
３構造部材縦続装置の代わりに、改良構造は、２部材縦
続装置を可能にした。１９９３年２月３日に提出され、
第０８／０１３、５１６号を付与された同時係属中の一
般所有された特許出願、ＷｉｌｌｉａｍＡ．Ｗｈｉｔ
ｔｅｎｂｅｒｇｅｒとＥｄｗａｒｄＴ．Ｗｏｏｄｒｕ
ｆｆ、「組み合わせ電気加熱可能及び着火コンバータに
おいて使用されるコア要素（”ＣｏｒｅＥｌｅｍｅｎ
ｔＵｓｅｆｕｌｉｎａＣｏｍｂｉｎｅｄＥｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＨｅａｔａｂｌｅａｎｄＬ
ｉｇｈｔ−ＯｆｆＣｏｎｖｅｒｔｅｒ”）」を参照す
る。改良「縦続」装置のさらに他の利点は、単一筺体に
おける収納のために、電気加熱可能な部分と従来の金属
モノリス部分の両方、あるいは「着火」部分を形成する
ために、薄金属細片からの製造を容易にすることであ
る。本発明の装置は、前述の「縦続」装置における改良
を含む。二重目的の装置は、例えば、一般使用セラミッ
ク形式、アルミナペレット形式、又は上記の金属モノリ
スハニカム形式の従来の触媒コンバータで支援される。
こうして、順次の着火のための縦続効果の利点は、多数
の付随問題になしに使用される。薄金属ハニカムの主要
部分の実質的な電気加熱の回避は、必要な電力における
主な節約を行う。本構造において明らかになる如く、電
力必要条件におけるずっと大きな縮小が行われる。本装
置のハイブリッド「パンケーキ」ＥＨＣ部分のずっと小
さな熱質量と生ずる発熱は、排気ガスと後続の「着火」
コンバータをさらに加熱し、一つ又は複数の触媒剤の存
在において汚染物質の酸化を実質的に完了させる。装置
は、薄シート金属層のすべてではないが少なくとも部分
が、コンバータ本体の全軸長にわたり、そして残部が、
コンバータ本体の軸長を構成するように電気加熱可能な
部分と非加熱部分に分裂又は分割されることにおいて
「一体的」として考えられる。電気加熱可能な「パンケ
ーキ」部分が「着火」部分から物理的に分離される前述
の出願第０８／０１３、５１６号において記載された改
良縦続装置と異なり、装置において分裂された薄シート
金属層又は細片は、それにも拘わらず、隣接する軸方向
全長の薄金属層又は細片と隣接関係にある。

【００１５】次の説明において、「フェライト」ステン
レス鋼が参照される。特にエンジンの排気応用において
使用される適切なフェライトステンレス鋼は、Ａｇｇｅ
ｎへの１９８３年１１月８日付けの米国特許第４、４１
４、０２３号において記載される。ここで使用される特
定のフェライトステンレス鋼合金は、２０％クロム、５
％アルミニウム、セリウム、ランタン、ネオジム、イッ
トリウム、及びプラセオジムから選択された少なくとも
一つの希土類金属、又は２つ以上のそのような希土類金
属の混合物０．００２％〜０．０５％、バランス鉄と不
純物を構成する微量鋼を含む。フェライトステンレス鋼
は、商標「ＡｌｆａＩＶ．」の下でＡｌｌｅｇｈｅｎ
ｙＬｕｄｌｕｍＳｔｅｅｌＣｏ．から市販され
る。ここでとりわけ使用される別の金属合金は、市販さ
れるＨａｙｎｅｓ２１４合金として識別される。この合
金と他の含ニッケル合金は、Ｈｅｒｃｈｅｎｒｏｅｄｅ
ｒ他への１９８７年６月９日付けの米国特許第４、６７
１、９３１号において記載される。これらの合金は、高
耐酸化性を特徴とする。特定例は、７５％ニッケル、１
６％クロム、４．５％アルミニウム、３％鉄、随意的
に、イットリウムを除く微量の一つ以上の希土類金属、
０．０５％炭素及び不純物を構成する鋼を含む。同様に
ここで使用されるＨａｙｎｅｓ２３０合金は、２２％ク
ロム、１４％タングステン、２％モリブデン、０．１０
％炭素、及び微量のランタン、バランスニッケルを含む
組成を有する。フェライトステンレス鋼とＨａｙｎｅｓ
合金２１４と２３０は、コンバータ本体において使用さ
れる薄金属細片を作製する際に使用されるために適し、
特に、ＥＨＣ部分と「着火」部分のための加熱器細片を
作製するために適する、耐高温性、耐酸化性（又は耐食
性）金属合金の例である。適切な金属は、長期にわたっ
て９００〜１２００℃（１６５２〜２０１２Ｆ）の「高
温」に耐えることができなければならない。

【００１６】他の耐高温性、耐酸化性金属も公知であ
り、ここで使用される。多くの応用、特に自動車応用の
ために、これらの合金は、「薄」金属細片として使用さ
れ、すなわち、約０．００１”〜約０．００５”、好ま
しくは、０．００１５”〜約０．００３”の厚さを有す
る。

【００１７】次の説明において、繊維状セラミックマッ
ト、織セラミックテープ又は織物、あるいは絶縁物を参
照する。ここで使用されたテープとマットを作製する際
に有益な繊維の処方と製造のために、Ｓｏｗｍａｎへの
１９７４年３月５日付け米国特許第３、７９５、５２４
号とＨａｔｃｈへの１９７５年１０月２８日付け米国特
許第３、９１６、０５７号を参照する。一つのそのよう
な織セラミック繊維材料は、登録商標「ＮＥＸＴＥＬ」
３１２織テープの下で３−Ｍから現在市販され、薄金属
細片又はその群の絶縁のために使用される。セラミック
繊維マットは、同様に３−Ｍから商標「ＩＮＴＥＲＡ
Ｍ」の下で市販される。多くの目的のために、例えば、
アルミナの被覆絶縁層が好ましい。

【００１８】

【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明
は、少なくとも２つの電気的隔離された周辺部分に軸方
向に分割された内側シート金属管状筺体と、包含された
細胞状金属ハニカムとを具備する金属コンバータ本体で
ある。電気的隔離された周辺部分の一つは、２つの電気
的隔離されたセグメント、例えば、円形のセグメントか
ら成り、そしてバッテリの如く、電気加熱手段に装着さ
れるために適合される。他の部分は全周囲であり、電気
加熱手段に連結されない。細胞状ハニカムの少なくとも
一部分は、１００〜７００平方インチの表面積を有し、
約２〜約４０秒の期間において約４００Ｆ〜約９００Ｆ
の温度に電気的手段によって加熱される。少なくとも約
５００ワットの電力を送り出す電源は、多数の加熱器細
片を通して熱を設ける。電気加熱可能なハニカム本体
は、約４０〜約５００セル／平方インチのセル密度、１
００〜７００平方インチの表面積を有し、そしてセル
は、薄シート金属層又は細片から構成される。

【００１９】第２又は「着火（ライトオフ：ｌｉｇｈｔ
−ｏｆｆ）」部分は、一般に、電気加熱可能ではなく、
約８００〜約５０００平方インチの範囲の一般により大
きな表面積、約８０ｃｐｓｉ〜７５０ｃｐｓｉのセル密
度を有し、そしてセルは、薄シート金属層又は細片から
構成される。上記の形式の耐高温性、耐酸化性合金
は、自動車排気応用における使用のために好ましいが、
薄金属シート又は層は、コンバータが使用される環境に
おいて耐性がある又は非反応性の任意の金属から作製さ
れる。金属は、例えば、耐火金属酸化物、例えば、アル
ミナ、アルミナ／セリア、チタニア、チタニア／セリ
ア、ジルコニア安定化セリア、セリア、チタニア／アル
ミナ、シリカ、ジルコニア、アルミナ／ジルコニア、又
は一つ以上の薄め塗膜として適用された及びカ焼された
沸石を被覆される又は被覆されない。触媒又は触媒の混
合物は、耐火金属酸化表面において、又はとともに随意
的に堆積され、あるいは金属自体は、反応触媒、例え
ば、銅、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、等である。耐
火金属酸化被覆物は、一般に、薄金属の層の隣接層又は
層群の間を絶縁するために絶縁性特性を有する。発明
は、内燃機関排気ガスから、主に酸化による汚染物質の
除去の分野において、以下に例示的に記載される。

【００２０】上記の如く、この発明は、単体コンバータ
本体ユニット、すなわち、ＥＨＣ（電気加熱可能なコン
バータ）と「着火」コンバータを同一外側管状筺体にお
いて一体又は重なり形式において有するものを考える。
コンバータ本体は、上記の如く、多細胞状ハニカムを設
けるためにシート金属から形成される。これは、コア要
素として波形付き細片と平坦細片を交互に設けることに
より都合良く達成される。ＥＨＣ部分と「着火」部分
は、一体又は内部結合されるが、２つの部分は、異なる
熱慣性を有する。各実施態様において、平坦細片の少な
くとも部分及び／又は波形付き細片の少なくとも部分
は、コアの全軸距離にわたり、電気加熱されない。加熱
器帯のみが電気加熱可能であり、そしてこれらは、全軸
長よりも短距離にわたる。この構造は、熱試験において
コンバータ本体の耐久性を改良し、以前望ましいことが
判明した「縦続」効果の利点を保存する。波形付きコア
要素は、望ましくは、平坦中央部分を有する。波形は、
好ましくは、真っすぐで、規則的である。すなわち、そ
れらは一定振幅及びピッチを有し、細片の縦周辺縁に一
般に垂直に配置される。波形は、規則的であり、真っす
ぐであるが、細片の縦周辺縁にある角度、例えば、約５
度〜約１５度において傾斜される。平坦細片は、Ｂｕｌ
ｌｏｃｋ他への前述の特許第４、８１０、５８８号にお
いて記載された如く、ピッチが可変であるならば除去さ
れる。平坦細片はまた、波形が、矢筈模様又は山形紋の
如く、パターン化されるならば除去される。後者の構造
は、例えば、自動車応用において、望ましくない高背圧
を生ずる。

【００２１】発明は、発明の好ましい実施態様を示す添
付の図面を参照することにより、より良く理解される。

【００２２】

【実施例】上記の如く、本発明は、コンバータ本体、と
りわけ電気加熱可能なコンバータ本体を考え、さらに詳
細には、２つの部分、電気加熱可能な部分と「着火」部
分、を特徴とする電気加熱可能な触媒コンバータ本体を
考える。電気加熱可能な部分と「着火」部分は、異なる
熱慣性を有し、電気加熱可能な部分の熱慣性は、軸方向
次元が小さいために、「着火」部分のそれよりも実質的
に小さい。コンバータの両部分は、好ましくは、同一筺
体に包含される。特定装置は、一般に炭素質化石燃料、
例えば、石油から導出された炭化水素燃料を使用するエ
ンジンからの排気系においてとりわけ有益である。

【００２３】ここで使用されるために適する波形付き薄
金属細片を作製するための一プロセスは、前述の米国特
許第４、７１１、００９号において開示される。薄金属
細片を波形付け被覆するためのここで開示されたプロセ
スの特別の利点は、細片が、長さへの切断とさらに組み
立ての前に、耐火金属酸化物塗膜、例えば、アルミナ、
ガンマアルミナ、ガンマアルミナ／セリア、バナジア、
チタニア／バナジア、チタニア、チタニア／セリア、シ
リカ、チタニア／アルミナ、ジルコニア、等、又は吸着
／脱着塗膜、例えば、沸石塗膜、及びその特許において
記載された貴金属触媒で被覆されることである。このプ
ロセスはまた、波形付けプロセスを省略することによ
り、平坦薄金属細片を被覆するために使用される。他の
段階、例えば、蛇腹式折畳みも省略され、この場合、例
えば、細片は所与長にプリカットされ、そしてさらに組
み立て前に処置又は処理される。代替的に、コンバータ
本体は、非被覆状態において完全に組み立てられ、そし
て耐火金属酸化物と貴金属触媒の塗膜が、例えば、浸漬
及びカ焼プロセスにより、組み立て後塗布される。ま
た、耐火金属酸化物塗膜が、上記の米国特許第４、７１
１、００９号において記載された如くプロセスにおいて
塗布され、そして触媒が、浸漬プロセスとカ焼プロセス
により後塗布される。

【００２４】ここで使用された薄金属細片を被覆する際
に、多数の種々の被覆方式が使用される。塗膜は、例え
ば、前述の特許第４、７１１、００９号において開示さ
れた如く処理中塗布される。代替的に、塗膜は、仕上げ
コンバータ本体を薄め塗膜スラリーに浸漬し、続いて、
乾燥とカ焼を行うことにより、後塗布されるが、この手
順は、「誘電」塗膜の場合に推奨されない。触媒塗膜は
また、触媒金属含有化合物を金属に分解するために浸漬
と加熱により後塗布される。さらに、耐火金属酸化物塗
膜は、コンバータ本体の組み立ての前に機械塗布され、
そして触媒は、コンバータ本体の構成の後浸漬すること
により塗布される。通常、そのような場合、細片のすべ
てにおける塗膜は同一であり、そしてそのような処理中
に塗布される触媒はまた、すべての細片において同一で
ある。与えられた実施態様における薄金属細片は、種々
の塗膜及び／又は種々の触媒を有することが判明した。
以下に見られる如く、薄金属細片は、通常、平坦薄金属
細片と隣接関係において配置された波形付き薄金属細片
と層状化される。これらの細片の各々は、異なる基部塗
膜及び／又は異なる触媒を有する。例えば、波形付き薄
金属細片は、アルミナ／セリアの如く薄め塗膜を塗布し
た耐火金属酸化物塗膜を有し、そして平坦薄金属細片
は、沸石塗膜を有する。あるいは、波形付き薄金属細片
は、アルミナ／セリア塗膜を有し、そして平坦薄金属細
片は、チタニア／セリア塗膜を有する。同様にして、波
形付き薄金属細片は、プラチナ／ロジウム触媒によるア
ルミナ／セリア塗膜を有し、そして平坦薄金属細片は、
パラジウム／ロジウム触媒によるアルミナ／ロジウム塗
膜を有する。また、交互波形付き薄金属細片は、種々の
耐火金属酸化物塗膜及び／又は種々の触媒の組み合わせ
を有する。さらに、同一薄金属細片における塗膜は、触
媒とともに異なる。例えば、波形付き薄金属細片では、
一方の側は、一つの耐火金属酸化物材料で被覆され、そ
して他方の側は、異なる耐火金属酸化物材料で被覆され
る。同様に、対向側において同一又は異なる耐火金属酸
化物を被覆された所与の細片における使用触媒は異な
り、例えば、一方の側においてプラチナ、そして他方の
側においてロジウムである。一般に、各導管又はセルに
おいて、化学反応を受けるガスが、両塗膜にさらされ
る。しかし、セル又は導管は、同様の塗膜を裏対裏に重
ねることにより、ガスが各導管又はセルにおける一つの
塗膜にさらされるようにして構成される。他の組み合わ
せは、裏対裏関係における同一薄金属細片又は異なる薄
金属細片の一方の表面において、沸石の如く吸着剤を、
他方の側において重金属又は貴金属触媒を含む。低温に
おいて、沸石は、例えば、炭化水素を吸着する。中温度
において、触媒は、例えば、存在する一酸化炭素の着火
を促進する。酸化反応からの熱は、別様に被覆された細
片又は側面により伝導又は放射され、沸石で炭化水素を
追放し、炭化水素はガスが導管又はセルを出る前に、貴
金属触媒を含有する表面を酸化させる。一細片が、所与
の吸着剤、例えば、沸石で両面を被覆され、（低又は中
電力レベルにおいて）電気加熱された隣接薄金属細片
が、所与の貴金属触媒で両面を被覆されたシステムにお
いて、触媒は、脱着が行われる前に着火温度に達する。
炭化水素が脱着する時、それは、加熱触媒により、二酸
化炭素と水に変換される。

【００２５】こうして、多数の組み合わせが、ガス組
成、ガス温度、ガス圧力、等の多様な状況を満たすため
に為される。

【００２６】図１をさらに詳細に参照すると、一般に１
０で示された薄金属細片の群又はスタックが示され、交
互関係において波形付き薄金属細片１２と平坦金属細片
１４から成る。図１に示された実施態様において、平坦
細片１４は、スタック１０の頂部と底部にあることが注
目される。個々の細片は、とりわけエンジン排気応用に
おいて使用された時、耐高温性、耐酸化性合金でなけれ
ばならない。波形付き薄金属細片１２は、各々、平坦化
中央部分１６を有し、そして平坦金属細片１４の各々
は、平坦中央部分１８を有する。群又はスタック１０
は、平坦中央部分１６と１８において集められ、そして
機械的手段、例えば、ステープリング又はリベット、あ
るいは二叉ピン、あるいは溶融金属、例えば、溶接又は
溶融金属ろう（後者が好ましい）により、一緒に連結さ
れる。層状細片１２と１４の平坦中央部分は、望ましく
は、約３／１６”〜１”幅である。適切なろう付けペー
ストは、望ましくは、層の合体結合を可能にするため
に、この領域において塗布される。層１２と１４は、望
ましくは圧砕され、そして中央領域において全層をろう
付け又は点溶接するために、電流が圧砕あごを通して印
加される。これは、ピン又は棒を使用する必要性なし
に、中心においてスタック１０を溶融させる。中央領域
１６と１８においてスタックを接合する他の手段、例え
ば、金属ステープル、リベット、あるいは金属クリップ
又は周辺バンドも使用される。薄金属細片１２と１４
が、数層を接合する前に、一層以上の耐火金属酸化物、
例えば、７５％ガンマアルミナ／２５％セリアで被覆さ
れるならば、中央部分１６と１８におけるこの塗膜は、
グリットブラスト又は回転式ワイヤブラッシングによ
り、除去されるべきである。そうでなければ、層間の溶
融金属の結合は、一般に、満足されない。それぞれの細
片１２と１４の自由端部はまた、下記の如く、管状筺体
の電気的隔離セグメントへの装着を可能にするために、
耐火金属酸化物塗膜を剥離されるべきである。これは、
前述の同時係属の一般所有された出願第０１３、５１６
号において記載された如く、端部タブを使用する必要性
を回避する。加熱器細片は、通常、「誘電」塗膜で部分
的に被覆され、こうして、都合良く溶着されず、そして
上記の如く機械的手段が使用される。約１／８”の端部
が被覆されず、その結果、加熱器帯は、下記の如く導電
体にろう付け又は溶接される。図１に示された如く、個
々の細片１２と１４は、一方の自由端部からそれぞれの
中央部分１６と１８を通って反対自由端部に連続であ
る。図１の層状シート金属細片の群は、展開された巻戻
し関係において示され、二叉ピン（不図示）の脚の如
く、適切な脚又はあごで中央部分において把持され、そ
して例えば、細片１２と１４が螺旋状形式において、又
は一方の側を反時計回り螺旋において、他方を時計回り
螺旋において、Ｓ形状に緊密に巻装されるまで、時計回
りに回転される。こうして、細片１２と１４は、隣接関
係にされる。巻装後、脚又はあご（又は二叉ピン）は除
去される。細片１２と１４が一様長であり、平坦部分が
中央に位置するならば、結果の構成は円形になる。細片
１２と１４が異なる長さである、及び／又は平坦化部分
が細片長の中心から変位されるならば、技術における当
業者により理解される如く、卵形又は楕円形状が達成さ
れる。加熱器細片はまた、例えば、導電セグメント２０
と２２（図３）への容易な装着のために、波形付き細片
よりも長くされる。それらはまた、抵抗を増大させるた
めに、Ｓ形状又は正弦式に一回以上折畳まれ、そしてそ
の自由端部は、電気隔離セグメントに装着される。装着
は、端部をセグメントに溶接することにより、又は細片
からそれぞれのセグメントにつながるワイヤによる。

【００２７】細片１２の波形は、平坦細片１４と１４ａ
−１４ｂ（図２）に、好ましくは、細片１２の縦周辺縁
に垂直な直線セルを設ける。直線セルはまた、細片１２
の縦周辺縁に斜めである。

【００２８】図２は、線２−２によって示された平面に
現れる時の、図１のろう付け中央部分の断面を示す。図
２に示された如く、ろう付け材料は、ＥＨＣ領域に存在
せず、ろう付けは、望ましくは、「着火」領域のみに限
定されることに注意せよ。圧砕の前に波形を付けられた
細片１２と細片１４、１４ａと１４ｂは平坦であり、以
前波形を付けられた細片１２は平坦細片１４の間にある
ことが観察される。図２（及び図５）に示された如く、
交互の平坦細片１４は、２つの部分１４ａと１４ｂに分
割され、部分１４ａは、ＥＨＣ部分を加熱するための手
段を設けるために電源（不図示）に連結された加熱器帯
１４ａである。残余部分１４ｂは、コンバータ本体の軸
方向下流の「着火」部分にあり、電気加熱されず、そし
て交互の平坦細片は、波形付き細片１２が互いに入れ子
になるのを防止するために役立つ。電気加熱可能な狭幅
細片１４ａは、導電セグメント２０と２２へのろう付け
のために被覆されないように適切にマスクされる端部を
除いて、下記の「誘電」塗膜で被覆される。コンバータ
本体の全軸長にわたる細片１４は、ＥＨＣ部分に達する
端部において除去されない耐火金属酸化物塗膜を被覆さ
れる。このため、これらの端部は、セグメント２０と２
２に装着されず、そしてこのため、電源から全軸長の薄
金属細片１２と１４に電流又は電力を伝導しない。こう
して、コンバータ本体の好ましい実施態様は、事実上一
体であるように、ＥＨＣ部分と「着火」部分を組み合わ
せることが見られる。ＥＨＣ部分は電気加熱可能である
が、「着火」部分はそうでない。

【００２９】「誘電」塗膜を塗布するための典型手順
は、最初に、好ましくは、アルミニウム含有耐高温性、
耐酸化性合金から形成され、表面の約５ｍｇ／平方イン
チの負荷においてガンマアルミナの単一塗膜を有する平
坦又は波形付きのいずれかの薄金属細片を被覆し、続い
て、乾燥させ、少なくとも約１０秒間、７００〜１２０
０℃（１２９２〜２１９２Ｆ）においてカ焼し、緊密結
合絶縁性塗膜を形成することに係わる。これは、一般
に、ガンマ−アルミナ／セリア混合物の１〜６塗膜以上
で約３０〜４０ｍｇｓ．／平方インチの負荷まで被覆
し、各塗膜の後に乾燥させ、それから、約５００℃（９
３０Ｆ）においてカ焼することにより従われる。触媒の
支持物として通常使用され、５００〜１２００Ｆの低温
において生産される耐火金属酸化物による通常塗膜はま
た、絶縁特性を有するが、「誘電」塗膜と同様の温度ま
ではない。「誘電」塗膜は、スピネルであると考えら
れ、こうして、低温においてカ焼された通常耐火金属酸
化物塗膜とは化学的に異なる。両形式の塗膜は、本発明
のコンバータ本体の所与の実施態様において使用され
る。「誘電」塗膜コア要素は、通常、加熱器細片１４ａ
のみである。別の形式の「誘電」塗膜は、表面において
緊密なＣｒアルミニウム酸化物塗膜を設けるために、１
０〜３００分間、１０００〜１２００℃においてオーブ
ンにおいてクロムとアルミニウムを含有する合金（例え
ば、Ｈａｙｎｅｓ２１４）を加熱することにより形成さ
れる。絶縁冗長のために、波形付きと平坦の全細片は、
ＥＨＣ部分と「着火」部分の両方において耐火金属酸化
物を被覆される。

【００３０】図２ａは、加熱器細片１４ａを適所により
良く保持するための組み立て用補助具を示す。これらの
補助具は、例えば、１／２”以下の狭く、好ましくは被
覆のない耐高温性、耐酸化性薄金属から形成したＵ形状
クリップ１５を具備し、Ｕクリップ１５の閉端部におい
て加熱器細片１４ａの縁又は加熱器細片１４ａ（点線で
図示）の群の縁を取り巻く。Ｕクリップ１５の自由脚
は、図２のろう付け区分１７内に達し、こうして、加熱
器細片１４ａを非所望の移動に対して保持する。図３
は、固定中央部分を把持し時計回りに回転させることに
より形成されたコンバータ本体の端面図を示す。中央部
分１６と１８は、ろう付けされた時、例えば、一般に２
１で示されたコンバータ本体の全軸長にわたる一般に１
９で示された中央ステム又は剛性本体を形成する。ステ
ム１９は、加熱器細片１４ａにおける「誘電」塗膜の存
在のために、ＥＨＣ部分において不連続である。全構造
は、熱試験の苛酷さに耐えるために十分な強度を有す
る。このろう付け機構は、前述の１９９３年２月３日に
提出された出願第０８／０１３、５１６号において記載
された如く、中央ピン、例えば、中央ピン３０と保持バ
ー１０２の必要性を除去する。ホイル加熱器細片１４ａ
の外端部は、ろう付けによる如く、電気的隔離された管
状筺体セグメント２０と２２への溶融金属ジョイントを
用いた装着を可能にするように次元を決め、かつ構成さ
れ、必要ならば、任意の塗膜を清浄される。これは、金
属ろうの軸方向に同延の薄層又は軸方向に離間した狭幅
層において、緊密に巻装された薄金属細片１２と１４の
（一般に２１で示された）束を包み、スタックを筺体セ
グメント２０と２２に挿入し、金属ろうを溶融させるた
めにアセンブリを誘導加熱することにより都合良く達成
される。筺体セグメント２０と２２は、０．０２０”〜
０．０６０”厚の＃４３３ステンレス鋼で都合良く作製
される。適切な金属ろうは市販される。

【００３１】図４は、この発明によるコンバータ本体の
前面斜視図を示し、そして電気加熱可能な装置の二重性
質をより良く示す。前方部分２４は、図３の電気的隔離
セグメント２０と２２である一対の弓状部材２２と２０
において保持された、一般に２１で示されたＳ巻コアに
よって規定される。この前方部分２４において、電気加
熱可能な平坦細片１４ａの上流端部、平坦細片１４の上
流端部と波形付き細片１２の上流端部が示される。平坦
細片のみに関して、交互の平坦細片１４は、図４のコン
バータ本体の全軸長にわたるが、平坦細片１４と交互関
係にある加熱可能な平坦細片１４ａは、比較的短い軸距
離、例えば、コンバータ本体内に０．２５”〜２”にわ
たる。平坦細片１４ａ−１４ｂの残余部分１４ｂは、図
４のコンバータ本体の残りの軸距離にわたる。平坦細片
部分又は加熱器帯１４ａは、残余部分１４ｂから離間さ
れて電気接触されず、軸方向離間距離は、約０．０５”
〜約０．２５”、例えば、０．０７５”である。例え
ば、下記の図５の概略図に示された好ましい実施態様に
おける如く、平坦細片１４ａ−１４ｂが一つおきに分裂
される代わりに、第３又は第４平坦細片毎に分割され、
分割部分は、電気加熱可能であるように包囲する保持器
セグメント２０と２２に連結された部分１４ａに対応す
る。このため、本発明のコンバータ本体のＥＨＣ部分と
「着火」部分は、例えば、幾つかの波形付き細片１２が
コンバータ本体の全軸長にわたるが、ＥＨＣ部分におけ
る加熱器帯１４ａは比較的短い軸距離のみにわたり、残
りの平坦細片１４ｂから分離されるために、実際に一体
的であることが見られる。

【００３２】コンバータ本体の「着火」部分に達する薄
金属細片１２、１４は、耐火金属酸化物塗膜の細片１
２、１４と１４ｂの端部を清浄し、螺旋状又はＳ巻薄金
属細片の束を、Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ、Ｎ．Ｊ．におけ
るＡｌｌｉｅｄＭｅｔｇｌａｓから市販されるものの
如く、金属ろうの薄金属で包み、包まれた束を適切な筺
体２６に配置し、そして金属ろうの溶融が行われるま
で、組立体を誘導加熱することにより、図４の筺体部材
２６の内側に装着される。電力は筺体２６に供給されな
いために、「着火」部分における薄金属細片１２、１４
と１４ｂは、電気加熱されない。

【００３３】装置は、望ましくは、薄金属細片又は幾つ
かの薄金属細片の端部において端部タブなしに作製さ
れ、例えば、加熱器帯１４ａは、端部タブを有し、そし
て他の波形付き及び他の平坦細片は、溶融金属、例え
ば、ろう付けにより保持筺体に固着される。端部タブ
は、一般所有の同時係属出願第０７／０１３、５１６号
において開示される。

【００３４】図５は、組み合わせＥＨＣ及び「着火」コ
ンバータにおいて平行な縦方向周辺縁を有する波形付き
及び平坦細片のシート金属層の配置を概略形式で示す。
ここで、前述の出願第０８／０１３、５１６号において
示された如くすべての平坦細片が分離加熱器帯を有する
代わりに、一つおきの平坦細片が、分離加熱器帯を有す
る。こうして、コンバータ本体３０の全軸長Ａにわたる
波形付き薄金属細片１２と隣接関係にあるコンバータ本
体３０の全軸長Ａにわたる第１薄金属平坦細片１４が図
５と図６に示される。次の平坦薄金属細片は、２つの電
気的隔離帯１４ａと１４ｂにあり、両者は、その両側に
おいて波形付き薄金属細片１２と隣接関係にある。加熱
器帯１４ａはすべて、一方の端部において、保持器筺体
セグメント、例えば、図３と図４に最良に示された如く
セグメント２０に連結され、そして他方の端部におい
て、別の保持器筺体セグメント、例えば、図３に示され
たセグメント２２に連結される。加熱器帯１４ａは、お
おまかには、約０．２”幅〜約１．５”幅、例えば、
０．６”幅であり、約０．００１〜約０．００３”厚、
例えば、０．００１６”厚である。平坦帯１４ｂは、お
おまかに約３．５”〜約１４”長、例えば、６．５”長
の長さを有する。平坦帯１４ｂは、おおまかに（最終コ
ンバータ本体の軸方向において）約２．０”〜約６．
０”幅、例えば、３．２５”幅であり、加熱器帯１４ａ
と同一又は異なる厚さであり、そして約３．５”〜約１
４”長、例えば、６．５”長である。帯１４ｂは、電気
加熱されない。波形付き細片１２は、本質的に、平坦細
片１４と同一全次元を有する。波形は、一般に三角形で
あり、頂点は応力を軽減するために丸くされる。波形
は、一般に、０．０２”〜約０．３”、例えば、０．０
５５”の振幅と、約０．０５”〜約０．３”、例えば、
０．１５”のピッチを有する。波形は、例えば、前述の
米国特許第４、７１１、００９号において記載された如
く、成形歯車の間に連続薄金属平坦細片を通過させるこ
とにより、都合良く作製される。耐火金属酸化物塗膜と
貴金属触媒は、望ましくは、該米国特許において同様に
記載された如く塗布される。セル密度、又はセル数／平
方インチ（ｃｐｓｉ）は、一般に、約４０〜約５００ｃ
ｐｓｉ、例えば、１８０ｃｐｓｉの範囲にある。図５と
図６の電気加熱可能な部分の表面積は、好ましくは、１
００〜７００平方インチである。ＥＨＣハニカムは、２
〜４０秒の期間において、４００Ｆ〜９００Ｆ、例え
ば、６５０Ｆの温度まで電気加熱可能である。

【００３５】図５と図６は、再び、コンバータ本体のＥ
ＨＣ及び「着火」部分の一体性質を示す。２つの部分の
異なる熱慣性は、それにも拘わらず、保存される。

【００３６】図７と図８は、加熱器帯が平坦の代わりに
波形を付けられた本発明の別の実施態様を示す、図５と
図６と同様の概略図である。ここで、加熱器帯における
波形の振幅は、残りのコンバータにおける波形よりもか
なり大きく、例えば、約２〜約４倍以上の振幅である。
こうして、図７は、軸方向における薄金属細片の層化の
概略図であり、矢印は、上流端部４０から下流端部４２
へのガス流の方向を示す。図８は、薄金属細片の層化を
示す、上流端部４０からの図７に示された構造の概略端
面図である。

【００３７】図７を参照すると、加熱器ゾーン４４と
「着火」ゾーン４６が示される。各ゾーン４４と４６
は、隣接関係における交互の波形付き及び平坦細片から
構成される。加熱器ゾーン４４は、高振幅波形付き薄金
属帯４８と平坦薄金属細片５０から作製され、後者の細
片５０は、コンバータ本体の軸長と同延である。「着
火」ゾーン４６は、全軸長平坦薄金属細片５０に隣接交
互関係にある低振幅波形付き薄金属帯５２と「着火」ゾ
ーン４６における短い平坦薄金属帯５４とから構成され
る。波形付き薄金属帯５２と平坦薄金属帯５４は、同一
軸長を有する。「高」振幅波形付き薄金属細片により、
「着火」ゾーンにおけるいわゆる「低」波形振幅の２〜
４倍以上の振幅を有する細片が意図される。例えば、波
形付き薄金属加熱器帯４８の振幅は、約０．０６”〜約
０．３”、例えば、０．１１”であり、ピッチは約０．
１〜約０．４”、例えば、０．２５”である。寸法例に
より、加熱器ゾーン４４におけるセル密度は、約７２ｃ
ｐｓｉである。加熱器帯４８は、おおまかに約０．２
５”〜約２”幅、例えば、０．７５”幅である。波形付
き加熱器帯４８は、後方即ち図７において下流方向に見
た時、２つ以上の波形付き層５２と平坦層５４の対向縁
における軸方向内側縁において機械的に支持される。特
定の実施例において、波形付き加熱器細片４８は、Ｈａ
ｙｎｅｓ２３０合金から作製される。加熱器細片４８
は、代替的に、Ｈａｙｎｅｓ２１４合金から作製され
る。波形付き「着火」部分帯５２は、フェライトステン
レス鋼、例えば、Ａｌｆａ−ＩＶから作製される。波形
付き帯５２は、熱試験において耐久性を改良するための
帯への補強を設けるために、波形付けの前に、１／８”
〜１インチに対して折畳まれた前又は上流縁を有する。
短い平坦帯５４は、フェライトステンレス鋼又はＨａｙ
ｎｅｓ２１４又はＨａｙｎｅｓ２３０合金から作製され
る。０．００２”厚の薄金属ホイルと加熱器ゾーン４４
において７２ｃｐｓｉと「着火」ゾーン４６において１
８０ｃｐｓｉを有する１．３７”の加熱器帯幅を使用す
る特定実施態様において、所望の４００平方インチの面
積と２２キロジュールの電力レベルを達することが可能
になる。

【００３８】図７と図８は、再び、コンバータ本体のＥ
ＨＣ及び「着火」部分の一体性質を示す。それにも拘わ
らず、種々の熱慣性が保存され、そして順次の縦続ユニ
ットの幾何学的断面構成は同一である。

【００３９】「着火」部分の一部も加熱されないこと
は、上記のことから推論されない。コンバータの２つの
部分の重なり又は織り込みのために、ＥＨＣ部分におけ
る加熱器帯から隣接波形付き薄金属細片への伝導と、こ
のため、コンバータの「着火」部分への伝導により、
「着火」部分の加熱がある。こうして、温度勾配は、両
部分を架橋して確立される。しかし、「着火」部分への
電力の直接の印加は発生しない。

【００４０】上記の如く、装置が形成される薄金属細片
は、望ましくは、被覆される。触媒が使用される時、薄
金属細片は、まず、耐火金属酸化物、例えば、アルミナ
／セリア、の少なくとも薄層、又は「誘電」塗膜の薄層
で被覆される。その後、触媒又は触媒の混合物は、場合
に応じて、耐火金属酸化物塗膜又は「誘電」塗膜上に堆
積される。通常、これは一つ以上の水溶性触媒金属塩の
水溶液から行われ、触媒層は乾燥され、それから、カ焼
又は水素還元され、金属塩を貴金属触媒に分解する。適
切な触媒金属は、上記の如く、プラチナ、パラジウム、
ロジウム、ルテニウム、又は２つ以上のそのような金属
の混合物である。自動車応用において使用される適切な
混合物は、プラチナ／パラジウム、プラチナ／ロジウ
ム、パラジウム／ロジウム、プラチナ／ルテニウム、パ
ラジウム／ルテニウム、プラチナ／ロジウム／沸石、プ
ラチナ／パラジウム／ロジウム、等を含む。

【００４１】図９は、平坦薄金属細片又は帯、あるいは
波形付き薄金属細片又は帯のいずれかとして使用される
改良薄金属細片６０を平面図において示す。矢印は、ガ
ス流の方向を示す。図１０は、細片６０を端面図におい
て示す。図９において、細片６０は、前又は上流縁６２
と下流又は後縁６４を有する。下流縁６４は、後縁６４
を補強するための二重厚縁７４を設けるために随意的に
折返される。上流縁６２は、望ましくは、正常厚、例え
ば、０．００１〜０．００３”、具体的には０．００１
６”である。縁６２はまた、同様に短い軸距離に対して
縁６２を折返すことにより補強される。上流部分６６は
加熱部分であり、そして質量をできる限り低く保つため
に、望ましくは、上流縁６２に対して補強は設けられな
い。細片６０に対する補強は、前縁６２と後縁６４の中
間に位置するひだ６８によって設けられ、そしてまず、
折畳み線７２に沿って、それから、再び、折畳み線７０
に沿って反対方向に、約３／１６”〜３／４”、例え
ば、１／２”の距離を２回細片６０を逆に折畳むことに
より形成される。加熱器部分６６の幅は、約０．２５”
〜約１．５”、例えば、０．７５”である。「着火」部
分６７の幅は、上記の如く、コンバータ本体の軸長の残
りである。細片６０は、６８における如く、最初に折畳
み及び／又はひだを付けられ、それから、補強縁７４を
設けるために折畳み線６４に沿って随意的に折畳まれ
る。これらの折畳みは、ひだ６８の部位における厚さが
三倍にされ、そして後縁６４における折返し７４の部位
における厚さが二倍にされる如く緊密に折り目を付けら
れる。細片が波形を付けられる時、波形付けは、折畳み
の後行われる。波形付けは、前述の米国特許第４、７１
１、００９号において記載された如く達成される。

【００４２】図１１は、加熱器帯と図３におけるセグメ
ント２０と２２の如く電気的隔離セグメントへのその装
着と干渉しない如く、全軸長の非加熱薄金属細片を構成
するための好ましい形態を示す。その展開状態において
全軸長波形付き薄金属細片１４２が示される。この細片
１４２は、電気加熱されない。図１２に示された如く頂
部縁１４４と底部縁１４６は、細片１４２が巻かれ、そ
の筺体、例えば、図４の筺体２６に入れられる時、軸方
向にある。薄金属細片１４２は、図１に関連して上述さ
れた如く平坦化中央部分１４８を有する。波形付き薄金
属細片１４２には、平坦薄金属加熱器帯１４８ａが重な
る。上記の如く、平坦加熱器帯１４８ａ（加熱器帯１４
ａに対応する）は、望ましくは、「誘電」塗膜を被覆さ
れ、この塗膜は、裸金属を露呈するために端部領域１５
０と１５２において除去又は排除され、それぞれ、電気
的隔離セグメント２０と２２（図３）へのろう付け又は
溶接を可能にする。加熱器帯１４８ａの中央部分におけ
る塗膜は、加熱器帯１４８ａの電気的隔離が維持される
如く保存されなければならない。波形付き薄金属細片１
４２には、平坦加熱器帯１４８の前縁１５４の切欠き部
分において可視の波形付き細片１４２の前縁１４９にお
いてノッチ１５６と１５８を設けてある。波形付き細片
１４２の縁１６０と１６２は、耐火金属酸化物塗膜を取
り除かれ、その結果、それらは、図４の筺体２６にろう
付けされる。図１１において、例えば、図５における平
坦帯１４ｂに対応する平坦帯１４８ｂは、部分的に切欠
きで示される。こうして、コンバータ本体において薄金
属細片の全パックと隣接薄金属細片によって提示された
相互支持物を維持しながら、非電気加熱薄金属細片が筺
体２６にろう付けされ、加熱器帯が電気的隔離セグメン
ト２０と２２（図３と図４）にろう付けされる準備が為
される。

【００４３】図１２は、同一筺体９６において加熱器部
分９０と「着火」部分９２を有する電気加熱可能なコン
バータ１２２の断面を概略的に示す。図１２から認めら
れる如く、加熱器部分９０の熱慣性は、その短軸長及び
／又はその異なる構造、例えば、異なるセル密度のため
に、「着火」部分９２の熱慣性よりも小さい。図１２に
示されたコンバータ本体は、ＥＨＣ部分と「着火」部分
が一体関係において包含される。加熱器部分９０には、
図３の電気的隔離セグメント２０と２２に対応するセグ
メント９８と１００から形成した一般管状筺体を設けて
ある。「着火」部分９２は、３６０度の円形管状筺体９
４において包含される。分裂薄金属シート、例えば、図
２と図５におけるシート１４ａ−１４ｂのために、帯１
４ａと１４ｂの間の小距離、例えば、０．０１”〜０．
１”は、単一点線９５によって示される。この分裂は、
装置の「着火」部分９２への電流損失を阻止する。装置
のＥＨＣ部分９０へ電力を供給するために、セグメント
９８は、カラー１０６と外側筺体９６から絶縁された端
子貫通スタッド１０４へストラップ１０２を用いて連結
される。カラー１０６は、外側筺体９６に溶接される。
スタッド１０４の遠位端部は、電源１１４、例えば、１
２ボルト自動車用バッテリからのケーブル端部（不図
示）を保持するための止めナット１１０と１１２を受け
入れるために、１０８における如くねじ込められる。第
２端子１１６は、外側金属筺体９６に直接に溶接され、
これは、別の電気的隔離セグメント１００にストラップ
１１８を用いて連結される。こうして、スイッチ１２０
が閉じられる時、電流は、外側筺体９６からハニカム加
熱器部分９０を形成する薄金属細片と上方セグメント９
８を通って下方セグメント１００に流れ、これにより、
加熱器部分９０を抵抗加熱し、貫通端子１０４を通って
バッテリ１１４に流れる。一般に１２２において示され
たコンバータ本体を通ったガス流の方向は、図９におい
て矢印により示される。コンバータ本体（図４参照）
は、例えば、負極に対して、フィードスルー８６と同様
に分離フィードスルーを使用することにより、外側ケー
ス又は筺体９６から完全に隔離される。

【００４４】こうして、細胞状ハニカムモノリスを特徴
とする改良コンバータ本体、とりわけ電気加熱可能なコ
ンバータ本体部分が設けられた。ＥＨＣ部分モノリス
は、電気加熱可能な部分において１００〜７００平方イ
ンチ、「着火」部分において８００〜５０００平方イン
チの表面積を有する。ＥＨＣハニカムは、少なくとも約
５００ワットのパワーを送り出す１２ボルト電源から、
約２〜約４０秒の期間において４００Ｆ〜９００Ｆの温
度まで急速加熱できる。全体ハニカムは、４０〜５００
セル／平方インチの範囲においてセル密度を有し、そし
てセルは、シート金属層から構成される。電気加熱可能
な部分の熱慣性は「着火」部分の熱慣性よりも小さく、
一方、それぞれの全断面積は同一であることは、本発明
の装置を特性付ける特徴である。電気加熱可能なＥＨＣ
部分の軸長は、「着火」部分の軸長よりも小さく、こう
して、２つの部分の熱容量は異なる。このため、装置の
「縦続効果」は、断面積よりもむしろ、それぞれの部分
の熱慣性による。電気加熱可能な部分と「着火」部分
は、軸方向シート金属葉又は層の少なくとも部分が全軸
長にわたり、コンバータ本体の電気加熱可能なシート金
属葉又は層と接触するということにおいて一体的であ
る。こうして、２つの部分は、単一筺体において一ユニ
ットに合体される。

【図面の簡単な説明】

【図１】管状筺体への挿入のために、巻装の前に中央部
分において集められ溶融金属によって合体連結された交
互関係にある複数の波形付き細片と複数の平坦細片の端
面図である。

【図２】ろう付け部分における線２−２によって示され
た平面において現れる時の図１に示された構造の拡大さ
れた断面図である。

【図３】密な組立体に同時巻装され、分割管状シート金
属筺体内に包含された交互の波形付き及び平坦細片の群
を示すコンバータ本体の端面図である。

【図４】ＥＨＣ部分におけるセグメント化保持シェルと
着火部分における完全管状シェルを示す本発明のコア本
体の等角斜視図である。

【図５】完全軸長平坦細片が２つの部分に分割された平
坦細片と交互にされ、２つの部分の一方が、比較的狭
く、加熱可能であり（波形付き細片は全平坦細片の間に
ある）、低減された熱慣性と急速加熱のＥＨＣ部分を設
ける配置を示す、波形付きと平坦の一連の細片の層化縦
縁の概略図である。ガス流の方向が、矢印によって示さ
れる。この図は、図２に示されたろう付け区分の上流に
ある。

【図６】図５に示された如く、層化細片の上流端部の概
略図である。

【図７】「着火」部分における波形付き細片の２倍の振
幅を有する波形付き薄金属加熱器細片から構成され、す
べての波形付き細片が平坦細片と交互関係にある加熱可
能な部分を示す、層化波形付き及び平坦細片の別の配置
の概略図である。ガス流の方向は矢印によって示され
る。

【図８】図７に示される如く、層化細片の上流端部の概
略図である。

【図９】対向縦周辺縁の中間と、随意的に、下流周辺縁
に沿った細片にひだを付けることによる補強を示す薄金
属細片の平面図である。矢印はガス流の方向を示す。

【図１０】図９のひだ付き薄金属細片の端面図を拡大し
て示す。

【図１１】薄金属加熱器帯によって重ねた波形付き薄金
属細片を示し、加熱器帯を具える全軸長非加熱細片を配
置するための好ましい方法を示す。

【図１２】筺体において図１〜図４に示された如くコン
バータユニットを使用し、電気加熱を行うためにユニッ
トに電源を装着するための手段を備えるコンバータの断
面図を部分概略形式において示す。ＥＨＣ及び「着火」
部分の組み合わせは、線図又は概略形式において示され
る。

【符号の説明】１０スタック１２金属細片１４金属細片１６中央部分１８中央部分３０コンバータ本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｊ 35/04 ＺＡＢ 8017−4Ｇ３２１Ａ 8017−4ＧＦ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＫ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管状筺体と、該筺体に包含された薄シー
ト金属層から形成した多細胞状金属ハニカムとを含む金
属電気加熱可能なコンバータ本体において、該多細胞状
金属ハニカムは、電気加熱可能なハニカム部分と織り込
み一体形ハニカム「着火」部分とを有し、電力を供給す
るためのコネクタ手段が、該電気加熱可能なハニカム部
分を形成する薄シート金属層の端部に連結され、該電気
加熱可能なハニカム部分は、２００〜７００平方インチ
の加熱表面積を有し、該電気加熱可能なハニカム部分
は、約４０〜約５００セル／平方インチのセル密度を有
し、そして該セルは、縦周辺縁を有するシート金属層か
ら構成される金属電気加熱可能なコンバータ本体。
【請求項２】多細胞状ハニカムの部分が、電気加熱可
能であり、そして別の部分が電気加熱可能でない請求項
１に記載のコンバータ本体。
【請求項３】該セルが直線セルである請求項１に記載
のコンバータ本体。
【請求項４】該シート金属層の少なくとも一つが波形
を付けられる請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項５】該複数の薄金属層の少なくとも一つが、
他のものよりも厚い請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項６】該複数の薄金属層の少なくとも一つが、
他の薄金属層とは異なる化学組成を有する耐高温性、耐
酸化性合金である請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項７】該シート金属層の少なくとも一つが平坦
である請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項８】該コネクタ手段が、少なくとも一対の電
気的隔離セグメントを含む請求項１に記載のコンバータ
本体。
【請求項９】該電気的隔離セグメントが、円形構成の
セグメントである請求項８に記載のコンバータ本体。
【請求項１０】該シート金属層が、隣接関係において
少なくとも一対の細片を具備する請求項１に記載のコン
バータ本体。
【請求項１１】該少なくとも一対の細片が、波形付き
細片と平坦細片を含む請求項１０に記載のコンバータ本
体。
【請求項１２】該波形付き細片と該平坦細片が、それ
らの隣接の少なくとも部分で金属によって接合される請
求項１１に記載のコンバータ本体。
【請求項１３】該波形付き細片と該平坦細片がステー
プルによって接合される請求項１２に記載のコンバータ
本体。
【請求項１４】該シート金属層の少なくとも一つがひ
だを付けられる請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項１５】該少なくとも一つシート金属層がひだ
と波形を付けられる請求項１４に記載のコンバータ本
体。
【請求項１６】該少なくとも一つのシート金属層がま
た、その周辺縁の少なくとも一つに沿って折返し縁を設
けられる請求項１５に記載のコンバータ本体。
【請求項１７】周辺縁の該少なくとも一つが上流縁で
ある請求項１６に記載のコンバータ本体。
【請求項１８】周辺縁の該少なくとも一つが下流縁で
ある請求項１６に記載のコンバータ本体。
【請求項１９】該少なくとも一つのシート金属層が、
その周辺縁の中間の軸点においてひだを付けられる請求
項１４に記載のコンバータ本体。
【請求項２０】該本体が、加熱器部分と「着火」部分
を含む請求項１に記載のコンバータ本体。
【請求項２１】加熱器部分が、２つの端部を有する少
なくとも一つの加熱器帯を含み、該端部の一方は、該電
気的隔離セグメントの一方に固着され、そして他方の端
部は、該電気的隔離セグメントの別のものに固着される
請求項２０に記載のコンバータ本体。
【請求項２２】加熱器部分が、複数の加熱器帯を含む
請求項２０に記載のコンバータ本体。
【請求項２３】加熱器帯が波形を付けられる請求項２
２に記載のコンバータ本体。
【請求項２４】該波形付き加熱器帯が、平坦細片と交
互隣接関係にある請求項２３に記載のコンバータ本体。
【請求項２５】加熱器部分が、平坦細片と交互隣接関
係において複数の波形付き加熱器帯を含み、そして着火
部分が、平坦細片と交互隣接関係において電気加熱可能
でない複数の波形付き細片を含む請求項２４に記載のコ
ンバータ本体。
【請求項２６】加熱器部分における波形付き加熱器帯
が、着火部分における波形付き細片から軸方向に離間さ
れる請求項２５に記載のコンバータ本体。
【請求項２７】加熱器部分における波形付き加熱器帯
の波形が、着火部分における波形の振幅とピッチよりも
大きな振幅とピッチを有する請求項２５に記載のコンバ
ータ本体。
【請求項２８】加熱器帯が平坦である請求項２２に記
載のコンバータ本体。
【請求項２９】平坦加熱器帯の部分が、電気加熱可能
であり、該平坦細片の残部から軸方向に離間され、この
残部は電気加熱可能でない請求項２８に記載のコンバー
タ本体。
【請求項３０】平坦細片が、波形付き細片と交互隣接
関係にあり、該波形付き細片が、コンバータ本体の全軸
長に対して軸方向に連続である請求項２０に記載のコン
バータ本体。
【請求項３１】一つおきの平坦細片が、コンバータ本
体の全軸長にわたり、そして該一つおきの平坦細片の部
分は電気加熱可能でない請求項３０に記載のコンバータ
部分。
【請求項３２】電気加熱可能な第１コンバータハニカ
ムと電気加熱可能でない第２コンバータハニカムとを有
する共通筺体における電気加熱可能なコンバータハニカ
ムと「着火」コンバータハニカムの組み合わせにおい
て、該第１電気加熱可能なコンバータハニカムにおける
所定セル密度と該第２コンバータハニカムにおける異な
る所定セル密度とを具備することを特徴とする組合せ。
【請求項３３】電気加熱可能な第１コンバータハニカ
ムと電気加熱可能でない第２コンバータハニカムとを有
する共通筺体における電気加熱可能なコンバータハニカ
ムと「着火」コンバータハニカムの組み合わせにおい
て、第１耐高温性、耐酸化性薄金属合金の複数の細片を
含む該第１ハニカムコンバータと、第２耐高温性、耐酸
化性薄金属合金の複数の細片を含む該第２ハニカムコン
バータとを具備することを特徴とする組合せ。
【請求項３４】第１耐高温性、耐酸化性薄金属合金
が、耐火金属酸化物の「誘電」塗膜を有する請求項３３
に記載の改良。
【請求項３５】第２耐高温性、耐酸化性薄金属合金
が、ハニカムの少なくとも部分の表面において吸着剤／
脱着剤塗膜を有する請求項３３に記載の改良。
【請求項３６】吸着剤／脱着剤塗膜が沸石塗膜である
請求項３５に記載の改良。
【請求項３７】第１ハニカムコンバータが、該ハニカ
ムを補剛するための手段を含む請求項３３に記載の改
良。
【請求項３８】第２ハニカムコンバータが、該ハニカ
ムを補剛するための手段を含む請求項３３に記載の改
良。
【請求項３９】該ハニカムを補剛するための手段が、
該ハニカムの残余薄金属細片よりも厚い断面を有する少
なくとも一つの薄金属合金細片を含む請求項３７に記載
の改良。
【請求項４０】該ハニカムを補剛するための手段が、
該ハニカムの残余薄金属細片よりも厚い断面を有する少
なくとも一つの薄金属合金細片を含む請求項３８に記載
の改良。
【請求項４１】該薄金属層の少なくとも一つが、一方
の側において耐火金属酸化物を含む塗膜と、他方の側に
おいて異なる耐火金属酸化物を含む塗膜を有する請求項
１に記載のコンバータ本体。
【請求項４２】該薄金属層の少なくとも一つが、一方
の側において耐火金属酸化物を含む塗膜と、他方の側に
おいて沸石塗膜を有する請求項１に記載のコンバータ本
体。
【請求項４３】該薄金属層の少なくとも一つが、一方
の側において耐火金属酸化物と貴金属触媒を含む塗膜
と、他方の側において沸石塗膜を有する請求項１に記載
のコンバータ本体。
【請求項４４】該薄金属層の少なくとも一つが、一方
の側において貴金属触媒を含む塗膜と、他方の側におい
て異なる貴金属触媒を有する請求項１に記載のコンバー
タ本体。
【請求項４５】波形付き薄金属細片が、第１種の耐火
金属酸化物を含む塗膜を有し、そして平坦薄金属細片
が、第２種の耐火金属酸化物を含む塗膜を有する請求項
１１に記載のコンバータ本体。
【請求項４６】第１種の耐火金属酸化物を含む塗膜
が、貴金属触媒を含む請求項４５に記載のコンバータ本
体。
【請求項４７】第２種の耐火金属酸化物を含む塗膜が
また、貴金属触媒を含む請求項４５に記載のコンバータ
本体。