JPH08509903A - スリットにより電気抵抗を高めた電気加熱可能なハニカム体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に内燃機関を備えた自動車における触媒コンバータの担体として使用するため流体により主流れ方向に貫流される電気加熱可能なハニカム体は、巻回、積み重ねあるいは別の形で積層され少なくとも部分的に構造化された板金層がら成り、導電経路を延長および／又は狭める開口を備えた少なくとも一つの帯状板金を有している。その場合、隣り合う板金層が帯状板金の開口が存在しない個所でしか接触しないように、板金層は構造化され開口が形成および配置されている。この配置構造によって、抵抗を滅少する望ましくない開口の橋絡は避けられ、製造の際に電気抵抗は狭い許容誤差を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】 スリットにより電気抵杭を高めた電気加熱可能なハニカム体 本発明は、特に内燃機関に接続した加熱可能な触媒コンバータ用の担体として 使用され、電気抵抗の値がその担体を通って流れる電流に影響を与えるようにし た、流体により貫流され巻回、積み重ねあるいは別の形で積層された板金層から 構成された電気加熱可能なハニカム体に関する。 加熱可能なハニカム体は内燃機関の排気ガスに対する触媒コンバータ用の担体 として使用され、特に加熱式触媒体あるいはいわゆる前置触媒体として使用され る。燃焼排気ガスを触媒変換する場合、触媒コンバータが燃焼排気ガスの発熱触 媒変換が始まる点火温度より高い運転温度を有していることが重要である。内燃 機関の低温始動過程において排気装置のマフラおよび触媒コンバータは、燃焼排 気ガスを十分に触媒変換するのに十分な高い温度をまだ有していない。従って次 第に激しくなる自動車の往来およびこれに伴って生ずる厳しい排気ガス規制に関 して、内燃機関の運転の際に低温始動過程中においても既に燃焼排気ガスのほぼ 完全な触媒変換を保証することが望まれる。このために電気加熱可能な触媒コン バータあるいは一般的な触媒コンバータに前置された加熱可能な前置触媒体を採 用することが知られている。 この種の電気加熱可能なハニカム体は例えば国際特許出願公開第９２／０２７ １４号明細書に開示されている。この明細書には特に、板金層の積層体をＳ字状 に絡めた構造様式が示されている。これによって電気加熱可能なハニカム体を通 って流れる電流の経路が延長されている。 更に国際特許出願公開第９２／１３６３５号明細書において、非均質の電流分 布従って非均質の熱出力で加熱されるハニカム体が知られている。このハニカム 体は層状に巻回あるいは積層されて絡められ少なくとも部分的に構造化された少 なくとも一つの板金から成り、その際流体により貫流される多数のチャネルが形 成されている。板金層には少なくとも一つの電流経路が形成されている。この電 流経路の電気抵抗はその板金層の全長にわたって非均質に分布している。この抵 抗の非均質性は、巻回されたハニカム体の内部において個々の板金層の所定の個 所に存在するスリットによって得られている。ハニカム体の形に巻回する前に個 々の板金層にスリットを設けることによって、そのハニカム体の電気抵抗はスリ ット無しの板金層から成るハニカム体に比べて高められる。従ってこのようなス リットにより、例えば乗用車の排気装置に組み込まれる電気加熱可能な前置触媒 体の電気抵杭を所望通りに設定することができる。 更にヨーロッパ特許出願第０３１６５９６号明細書において、担体の巻回前あ るいは折り重ね前に既に帯状板金に直接切欠きを設けることが知られている。そ のようにして作られた担体は、運転中における外被管とその中に巻回された帯状 板金との間の熱応力を減少する働きをする。 加熱可能な担体の電気抵抗を上述の従来技術に記載されているように所望通り に設定するためには、個々の板金層に所望のスリットあるいはスリット構造を加 工する必要がある。続いて行われる板金層の巻回、積み重ねあるいは別様の積層 過程の際、一つの板金層におけるスリットが隣の板金層における隆起個所によっ てしばしば橋絡されることがあり、この結果この種の担体の電気抵抗は不所望な 再現困難な変化をこうむることがある。更にこのような点状の「短絡」によって その範囲に過度に高い電流密度が生じ、この結果非常に熱い個所を生じてしまう おそれがある。この橋絡現象は特に、板金層にその構造に関して斜めにスリット が設けられている場合に主として生ずる。 所定の電気抵抗を有する担体の構成にとっては、板金層を担体の形に加工する 前に個々の板金層の抵抗を例えば測定および計算によって正確に決定することが 重要である。これによって個々の板金層を所定の様式で積み重ねや巻回する際に 担体全体の予期すべき電気抵抗を正確に予め決定することができる。しかしこれ は、個々の板金層を担体の形に加工する際にスリットの制御不能な橋絡を生ぜず 、これに伴う短絡が完成担体の内部に生じないときだけしか可能でない。 本発明の課題は、電気抵抗が板金層における開口によって少なくとも部分区域 において良好に高められるハニカム体を作ることにある。 本発明の課題はまた、担体への加工後において良好に規定される電気抵抗を有 する担体を生ずるような開口を備えた板金層の適切な製造方法を提供することに ある。 この課題は請求項１記載の手段によって解決される。 流体により主流れ方向に貫流される電気加熱可能なハニカム体は、巻回、積み 重ねあるいは別の形で積層され、少なくとも部分的に構造化された板金層から成 っている。この積層された板金層は開口を備えた少なくとも一つの帯状板金を有 しており、その開口は帯状板金における電流経路を延長するか狭めるかあるいは 延長し且つ狭める。その際板金層は、隣り合う板金層が帯状板金の開口が存在し ない個所だけで主として接触するように、構造化され、開口が形成され配置され ている。 従って本発明は、個々の帯状板金にスリットを設けることによって引き起こさ れた抵抗の増大が個々の帯状板金をハニカム体の形に加工する際にハニカム体全 体の電気抵杭を制御して増大させることを保証する。 ハニカム体は交互に配置された複数の平板帯状板金および構造化された帯状板 金から成る有利にはスパイラル状にあるいはＳ字状に巻回された積層体を有して いる。典型的には帯状板金における開口は個々の帯状板金においてそれぞれ主流 れ方向に対して所定の角度αを成して配置されたスリットの形をしており、その 角度αは０〜４５°、好適には１０〜３０°である。 本発明の第１の観点に基づいて、互いに接触する帯状板金の少なくとも一つは 開口が存在する個所に、、両帯状板金が開口の範囲において互いに間隔を隔てら れるような変形部を有している。これによって第２の帯状板金との接触による第 １の帯状板金の開口における導電的な橋絡が避けられる。その開口は変形された 帯状板金あるいは変形されてない帯状板金に設けられる。 本発明の第２の観点に基づいて、互いに隣接する多数の板金層の少なくとも一 つは、隣接する板金層の開口をこのような開口無しに導電的に橋絡するであろう 個所に同様に開口を有しているハニカム体を準備することによって、隣接する第 ２の帯状板金による第１の帯状板金の開口の導電的な橋絡が避けられる。 本発明の第３の観点に基づいて、ハニカム体の構造化された帯状板金は周期Ｌ の周期的な特に波状の構造を有し、帯状板金に開口が周期的な構造の方向に隣接 する開口の中心間の間隔Ａを隔てて配置され、その際ＡはほぼＬと同じであり、 構造化された帯状板金の周期的な構造の隆起個所は常に他方の帯状板金にこの帯 状板金の門口間の個所でしか接触しない。 本発明の有利な実施態様においては、帯状板金の周期的な構造はほぼサイン曲 線あるいは台形状の周期的構造である。その際開口は上昇範囲および／又は下降 範囲にしか即ち周期的な構造の側縁範囲にしか存在しない。このような開口の配 置構造は、特に平板中間層無しに構造化された板金だけで構成されたハニカム体 に対しても特に適している。 本発明の有利な実施態様は、ハニカム体を形成する巻回された帯状板金の側縁 範囲において構造に対してほぼ平行に延びるスリット状開口によって特徴づけら れる。 波状あるいは台形状の構造を備えた帯状板金の隆起個所に対してほぼ平行に延 びるスリットを形成する方法は次の工程を有する。 まず周期的な構造を備えた帯状板金が、互いにずれて対向する二つのシャーを 有する同様に周期的な構造を備えたせん断装置に導入される。このせん断装置は 波板帯状板金の周期Ｌと同じ周期Ｌの矩形プロフィルを有しているので、帯状板 金はせん断装置とは周期的な構造の上昇および／又は下降範囲においてしか接触 しない。これにより波板帯状板金が挟み付けられるまで両シャーが互いに接近さ せられる。次いで、帯状板金材料をせん断するために第１のシャーと第２のシャ ーが相対移動させられ、これによって対応した側縁範囲にそれぞれスリットが加 工される。最後に両シャーが互いに引き離され、スリット付きの完成帯状板金が 自由にされる。 本発明の他の利点、特徴および用途は図面に示されている実施例から明らかで あるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 図１は平板板金層および波板板金層を交互に重ね合わされＳ字状に絡められ一 部が互いに絶縁されたＳ字状の電流経路を規定している板金層を備えた本発明に 基づくハニカム体の断面図、 図２は変形部および開口を備えた従来における典型的に構造化された帯状板金 の斜視図、 図３は斜めに配置されたスリット状の開口を備えた典型的な平板帯状板金の部 分平面図、 図４は変形部を備えた典型的な波板帯状板金であり、その隆起個所が図３にお ける平板帯状板金のスリット無し区域と接触し、波板帯状板金の変形範囲が図３ における平板帯状板金のスリット付き区域から間隔を隔てられている波板帯状板 金の部分斜視図、 図５は平板板金と波板板金とから成る二つの隣接する板金層であって、平板板 金における孔間隔の周期性が波板板金の波周期性とほぼ同じであるような板金層 の断面図、 図６は帯状板金の側縁範囲にだけスリットを備えた波板帯状板金の部分斜視図 、 図７は波板帯状板金にせん断加工によってスリットを形成するためのせん断装 置の概略図、 図８は図７のせん断装置のせん断作用の結果を示した図である。 図１は、互いに交互に配置された７枚の平板板金２と７枚の波板板金３からそ れぞれ形成された二つの積層体から成っている典型的なハニカム体１を示してい る。それら両積層体は互いにＳ字状に絡まされている。絡められた両積層体は絶 縁層８によって互いに分離され、ハウジング４の内部に置かれている。電流５の 導入は電流導入線６を介して行われ、電流５の導出は電流導出線７を介して行わ れる。電流分配構造９はハニカム体１内における電流密度を均一に分布する働き をする。電流５はまず電流導入線６および第１の積層体の一端をくちばし状に包 囲する電流分配構造９を介して第１の積層体に流入し、第１の積層体の他端を同 様にくちばし状に包囲する電流分記措浩９によって受けられるようにするために Ｓ字状の経路をたどって流れる。電流はここから第２の積層体の一端をくちばし 状に包囲する電流分配構造９を介して第２の積層体に流入し、第１のＳ状状経路 に対して逆向きに第２の積層体を通って流れ、電流は第２の積層体の他端をくち ばし状に包囲する電流分配構造９によって受けられる。電流はここからブッシン グを通って電流導出線７を介して外に導出される。電流分配構造９の一部はハウ ジング４の反ブッシング側においてキャップの内部に延びている。電流導入線６ および電流導出線７はブッシング内と同様にこのキャップの内部において絶縁層 ８によって互いに分離されている。絶縁層（間隙あるいは絶縁材料）はハニカム 体１の内部でも部分区域を電気的に互いに分離している。本発明に基づいて平板 帯状板金２あるいは波板帯状板金３あるいはこれら両方に、板金層の電気抵杭を 高める孔、特にスリットが設けられている。これによってハニカム体１の電気抵 抗はそのスリットの大きさおよび数に応じて全体として多少高められる。これに よって電圧が一定に印加される場合のハニカム体１の電力消費量ないし加熱量は 多少とも減少され、および／又は部分区域に制限される。 図２は構造化された帯状板金３を示している。この場合、構造は開口１３ない し変形部１７を持った周期的な三角構造である。この帯状板金３のこの種の構造 は従来において例えば米国特許第５１３０２０８号明細書で知られている。三角 構造を備えたこの帯状板金３は図１における波板板金３に置き換えることもでき る。このように構造化された帯状板金３は変形部１７によって隣接する板金層の 波の山ないし谷に沿って随所で接触することはない。なおより良く理解できるよ うに、図１のハニカム体１を通って流れる流体の主流れ方向Ｓが図１において紙 面に対して垂直に延び、図２においてＶ字状の谷に沿って延びていることを言及 しておく。このような開口１３および変形部１７はハニカム体１を通る流体の流 れ挙動にも影響を与え、これによって流体内において分解すべき排気ガスの変換 率に影響を与えるが、これはここではあまり重要ではない。変形部１７はここで は、隣接する板金層におけるスリットがこの個所において電気的に橋絡されない ように作用する。 図３は互いに平行に延びる二列のスリット１２を有する平板帯状板金２を示し ている。加工された状態において即ち板金２が積層あるいは巻回されてハニカム 体１の中に存在するとき、燃焼排気ガスはこの板金２のそばを通って主流れ方向 Ｓに流れる。燃焼排気ガスの主流れ方向Ｓは帯状板金の長手縁に対してほぼ垂直 に延びている。これは図３に示されているスリット１２に対しては、スリット１ ２が流体の主流れ方向Ｓに対して角度αを成して配置されていることを意味して いる。互いに平行な二列のスリット１２は各列ごとに主流れ方向Ｓに対して逆向 きに傾斜させることができる。しかしすべての列におけるすべてのスリットを同 じ方向に傾斜させることも考えられる。更に隣接するスリット列の数は図３にお けるように二列に限定されない。このように互いに平行なスリット列を配置する ことによって、電流はほぼ帯状板金の長手方向にしか即ち流体の主流れ方向Ｓに 対して垂直にしか流れず、図３に示されている帯状板金構造の場合に互いに平行 に延びる三つの電流経路に分配されるようにできる。その一つの電流経路は帯状 板金２の中央に沿って両スリット列間を流れ、残りの他の二つの電流経路はこれ に対して平行に帯状板金２の上縁および下縁に沿って延びている。ハニカム体１ の帯状板金２には図３において左に遠く隔たって位置する帯状板金端と右に遠く 隔たって位置する帯状板金端との間に電位差が印加されるので、各スリット列に おいて隣接するスリット１２間の板金領域に沿って僅かな電位差しか存在せず、 これによって非常に僅かな電流しか流れない。帯状板金２への電力の放出従って その加熱はまず帯状板金２の両外側縁領域および中央領域で行われる。これは帯 状板金２従ってハニカム体１を所望のように非均質に加熱することを可能にし、 全体としてハニカム体１の電気抵抗の所望の増大を生ずる。熱伝導および熱放射 が非均質の加熱を短時間のうちに十分に補償することは当然である。 図４は隆起個所１５を有する波板帯状板金３の一部を示している。波板帯状板 金３はハニカム体１の形に加工する際に隆起個所１５で図３における平板帯状板 金２にスリットの無い範囲で接触する。波板帯状板金３の隆起個所１５は波形の 山および谷である。更に波板帯状板金３は変形部１７を有している。隆起個所１ ５はこの変形部１７によって曲げられ、成形あるいは平らに圧縮されている。こ れによって変形部１７の個所で平板帯状板金２と図４における波板帯状板金３と が接触しないようにされている。この実施例の波板帯状板金３は三列の隆起個所 １５を有し、それらの各列の間に変形部１７による二列の低い隆起個所が存在し ている。本発明の有利な実施例の場合、積層体内においてそれぞれ図３における 平板帯状板金２が図４における波板帯状板金３に隣接して置かれ、平板帯状板金 ２のスリット列は波板帯状板金３の変形部１７の個所に接触している。これによ って平板帯状板金２におけるスリット１２が波板帯状板金３によって導電的に橋 絡されることが阻止される。 他の有利な実施例においては、波板帯状板金３における変形部１７を開口によ って置き換えることもできる。その場合図４に示され個所１７で変形されている 板金材料は完全に無くされ、これは特別な用途において重量および材料を節約で きるという追加的な利点を有する。 図５は、波板帯状板金３とその隆起個所１５の接触範囲１８で接触する開口１ ２付きの平板帯状板金２を示している。波板帯状板金３は周期Ｌを有し、即ち隣 接する隆起個所１５の間隔は周期Ｌと同じである。Ａは平板帯状板金２における 隣り合う開口の中心間の間隔であり、このＡはＬとほぼ同じである。ＡはＬと同 じでもよいが、ＡがＬより幾分大きいかＬより幾分小さいと有利である。これに よって、たとえ図５における波板帯状板金３が図５における平板帯状板金２に対 してずれているときも開口１２は隆起個所１５によってほんの僅かしか橋絡され ないことが保証される。これは例えば、平板帯状板金２と波板帯状板金３の二つ を巻回する際、平板帯状板金２に極めて小さな「短絡」しか生ぜず、これによっ て板金層を巻回する際に電気抵抗が各板金層２、３の測定あるいは計算された抵 抗から生ずる所定の電気抵抗から変化しないという利点を有する。 図６は、隆起個所１５に対して即ち波構造の山および谷に対してほぼ平行に延 びているスリット１３を備えた波板帯状板金３を示している。その際スリットは 好適には波板帯状板金の上昇範囲２１あるいは下降範囲２２に設けられている。 即ちスリット状開口１３は有利には波形構造の側縁範囲２１、２２に設けられ、 これによって隣接する帯状板金がスリット１３を導電的に橋絡することはできな くなる。またスリットを二番目ごとあるいは三番目ごとなどの側縁範囲に設ける ことも考えられる。このようにして波板帯状板金３の電気抵抗を所望のように調 整することができる。 図７は波板帯状板金３に本発明に基づくスリットを加工するための装置を概略 断面図で示している。この装置は互いに上下に位置する第１のシャー３１と第２ のシャー３２とから成っており、対向して位置するシャー縁３３は互いに平行に 延びている。まず波板帯状板金３は第１のシャー３１と第２のシャー３２とのを 導入され、その後両シャー３１、３２が帯状板金３が対向して位置するシャー縁 で挟み付けられるまで互いに接近させられる。そして第１のシャー３１と第２の シャー３２が更に相対移動させられることによって、波板帯状板金３にシャー縁 ３３によるせん断作用によってスリットが加工される。第１のシャー３１および 第２のシャー３２が矢印Ａ、Ｂの方向に相対移動させられると、図６における 波板帯状板金の上昇範囲２１にだけスリットが設けられる。これに対して両シャ ー３１、３２が矢印Ａ′、Ｂ′の方向に相対移動させられると、すべての上昇範 囲２１および下降範囲２２にスリットが設けられ、即ち各側縁範囲２１、２２に スリットが設けられる。 図８は図６の波板帯状板金３の平面Ｉ−Ｉに沿った横断面を概略的に示してい る。図７において述べた矢印Ａ、Ｂに基づく操作は、すべての上昇範囲２１およ び下降範囲２２にスリット１３を設けるために二回行われる。 本発明は特に、内燃機関を備えた自動車においてその電気抵抗を供給電圧、バ ッテリの負荷容量などのような所定の周辺条件に正確に合わせなければならない 大きな機械的負荷に曝される電気加熱可能な触媒コンバータに適している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に触媒コンバータに対する担体として使用するため流体により主流れ方向 （Ｓ）に貫流される加熱可能なハニカム体（１）であって、巻回、積み重ねある いは別の形で積層され少なくとも部分的に構造化された板金層から成り、導電経 路を延長および／又は狭める開口（１２、１３）を備えた少なくとも一つの帯状 板金（２、３）を有しているハニカム体（１）において、隣り合う板金層（２、 ３）が帯状板金（２、３）の開口（１２、１３）が存在しない個所（１８）でし か接触しないように、板金層が構造化され開口が形成および配置されていること を特徴とする電気加熱可能なハニカム体。 ２．板金層（２、３）が交互に積み重ねられた平板帯状板金（２）と波板帯状板 金（３）から成っていることを特徴とする請求項１記載のハニカム体。 ３．帯状板金（２、３）における開口（１２、１３）が、帯状板金（２、３）に おいて主流れ方向（Ｓ）に対して０〜４５°、好適には１０〜３０°の角度αを 成して配置されているスリット（１２、１３）であ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．接触する板金層（２、３）の少なくとも一方（３）が、開口が存在する個所 に板金層（２、３）が開口の範囲において互いに間隔を隔てられるような変形部 を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のハニカ ム体。 ５．隣接する板金層（２、３）の少なくとも一方（３）が、他方の板金層（２） の開口（１２）を開口（１６）無しに導電的に橋絡する個所に開口（１６）を有 していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のハニカム体 。 ６．構造化された板金層（３）が周期Ｌの周期的な特に波状の構造を有し、帯状 板金（２、３）に開口（１２、１３）が周期的な構造の方向に隣り合う開口（１ ２、１２′、１３、１３′）の中心間に間隔Ａを隔てて配置され、その際Ａがほ ぼＬと同じであり、構造化された板金層（３）の周期的な構造の隆起個所（１５ ）が隣の板金層（２）に常に開口（１２）間の個所でしか接触しないことを特徴 とする請求項１又は２記載のハニカム体。 ７．板金層（３）の周期的な構造がサイン曲線あるいは台形状の周期的構造であ り、開口（１３）が周期的な構造の上昇範囲（２１）および／又は下降範囲（２ ２）にしか設けられていないことを特徴とする請求項１又は２記載のハニカム体 。 ８．開口（１３）が、帯状板金（３）の主流れ方向（１５）に対してほぼ平行に 延びるスリット（１３）であることを特徴とする請求項６又は７記載のハニカム 体。 ９．ａ）周期的な構造を備えた帯状板金（３）が互いにずれて上下に位置する二 つのジャー（３１、３２）を有する周期的な構造を備えたせん断装置（３１、３ ２）に導入され、このせん断装置の周期的な構造の周期性が帯状板金（３）の周 期Ｌの周期性と同じであり、従って帯状板金（３）がせん断装置（３１、３２） の周期的な構造の上昇範囲（２１）および／又は下降範囲（２２）でしか接触せ ず、 ｂ）帯状板金（３）が挟み付けられるまで両シャー（３１、３２）が互いに接近 させられ、 ｃ）第１のシャー（３１）と第２のシャー（３２）が相対移動させられ、その際 せん断によって上昇範囲（２１）および下降範囲（２２）にそれぞれスリットが 加工され、 ｄ）シャー（３１、３２）が互いに離され、スリット付き帯状板金（３）が押し 出される ことを特徴とする周期的な特にほぼ波状あるいは台形状の構造を備えた帯状板金 （３）の隆起個所に対してほぼ平行に延びるスリット（１３）を加工する方法。