JPH09117673A - 電気加熱式触媒装置用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はロール状のハニカム体よりなる電気
加熱式触媒装置用メタル担体の消費電力を設定する際、
客先の細かいニーズに対応できる細かい設定が可能なメ
タル担体を提供する。 【解決手段】 １枚の波板１と少なくとも１枚の平板２
とを重ね合わせた層を、少なくとも２層積み重ね、少な
くとも１枚の波板に電気絶縁性被膜層を施して絶縁用波
板３とし、ロール状に巻いてハニカム体を形成し、ハニ
カム体の巻取り方向に電流を流してハニカム体を加熱す
るようにする。消費電力を設定するには積み重ねる層の
数と平板２の枚数のうちの少なくとも何れか一方の数を
増減するか、さらに巻取り方向の層の長さｌを増減する
ことによって行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に用いられるハニカム体をなす触媒装置用メ
タル担体に関し、特に電気加熱式触媒装置用メタル担体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置に用いられる触
媒装置用メタル担体は、薄い金属の平板と波板の間にろ
う材を介在させて、平板と波板を重ねて中心からロール
状に巻き込んでハニカム体を形成し、高真空炉を使用し
てろう材を溶融させ、板材の接触部分において接合を行
っていた。ろう材にはＮｉ基ろう材を用い、かつ平板と
波板にはフェライト系ステンレス材料が使用されてい
た。そのようにして形成されたハニカム体を金属製外筒
内に収容したものが触媒装置用メタル担体として知られ
ている。（例えば特開昭５６−４３７３号公報）。

【０００３】ハニカム体のハニカム通路表面には触媒担
持層が形成され、その触媒担持層に貴金属触媒が担持さ
れて排気ガス浄化触媒の役目をなす。そして内燃機関の
排気通路に配設されて排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_x
などを浄化する。なお限られた容積中にできるだけ多く
のハニカム通路面積を確保する必要から、平板および波
板の厚さは強度を維持できる範囲内でできるだけ薄くな
っている。

【０００４】上述した触媒担持層に担持された貴金属触
媒は、或る程度の高温環境下で触媒反応が促進されるの
で、触媒装置はできるだけ、高温の排気ガスに曝される
ように内燃機関の排気弁の近くに設けられている。

【０００５】しかしながら、内燃機関の始動時には排気
ガスの温度が低いため、このような触媒装置でも触媒反
応が充分に行われず、そのため排気ガス中のＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯ_x などを浄化する能力が不充分となる。この欠
点を除くため電気加熱式触媒装置用メタル担体が開示さ
れており、その一例を挙げると図８に示すように、１枚
の波板４１と複数枚の平板４２とが重なり合い、複数枚
の平板４２の中の隣り合う２枚の間に電気絶縁性被膜層
を有する絶縁用波板４３を介在させてロール状に巻いて
ハニカム構造をなすメタル担体を形成し、ロール状に巻
回された層間を電気的に絶縁して、ハニカム体４０の巻
始めと巻終りの板材の端部に電源と接続するための導体
接続部を設け、ハニカム体４０の巻取り方向に電流を流
すことによってハニカム体４０を電気的に加熱するよう
になっている。絶縁用波板４３は通常ろう付けによる接
合を行なわない。このように形成された電気加熱式触媒
装置用メタル担体の消費電力すなわち発熱量の設定は、
平板４２の枚数を増減して電気抵抗体の断面積を加減す
ることにより行なっている。（以下これを平板多重構造
という）。

【０００６】さらに別の例として、図９に示すように、
１枚の波板５１と少なくとも１枚の平板５２を重ねて１
層とし、その層を２層以上重ね合わせ、重ね合わせた層
の中の少なくとも１枚の波板に電気絶縁性被膜層を施し
て絶縁用波板５３とし、ロール状に巻き回してハニカム
構造のメタル担体を形成し、ハニカム体５０の巻始めと
巻終りの板材の端部に電源と接続するための導体接続部
４，５を設け、ハニカム体５０の巻取り方向に電流を流
すことによってハニカム体５０を電気的に加熱するよう
になっている。このように形成された電気加熱式触媒装
置用メタル担体の消費電力すなわち発熱量の設定は、重
ね合わせる層の数を増減することによって行なってい
る。（以下これを多層構造という）。

【０００７】上述した消費電力の設定方法のほかに、ハ
ニカム体の外径、軸方向長さ、通気路の密度及び金属板
の厚さによって消費電力の調整が行なわれるが、これら
は一般に客先のニーズによって決められる場合が多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の平板多
重構造の電気加熱式触媒装置用メタル担体は、設計上消
費電力すなわちハニカム体の発熱量を増加させる場合に
は、平板の枚数を増して電気抵抗体としての断面積を増
して対応する必要があるが、そのため平板の厚みの合計
が大となってハニカム体の圧力損失が無視できない程度
となり、したがって平板の重量が大となり、また重ね合
わせによる平板部分の発熱が大となってハニカム体全体
が均一に加熱されず、重ね枚数が多くなると平板に接す
る波板のろう付け部が高温となって溶融するおそれがあ
り、さらに消費電力の増加を図るために平板枚数を増加
させた結果、加熱すべき熱容量が大となって加熱速度は
むしろ遅くなるという欠点があり、さらに一般に平板間
はろう付けを行なわないのでテレスコーピングを生じ易
いという欠点もある。

【０００９】さらに、上述の従来の多層構造の電気加熱
式触媒装置用メタル担体は、積み重ねる層の数を増すこ
とによって消費電力を増し、同時に加熱速度も速くなる
ような構造となっているが、積み重ねる層が１層増減す
る毎に消費電力の増減の割合が大きいために、消費者の
細かいニーズに対応できないという欠点がある。

【００１０】本発明の目的は、電気加熱式メタル担体の
発熱量を増す場合に圧力損失や重量増を生ぜず、均一に
加熱可能でろう付け部分が過熱せず、加熱速度が速く、
テレスコーピングを生じる恐れがなく、かつ消費電力に
対する消費者の細かいニーズに対応できる電気加熱式触
媒装置用メタル担体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の電気加熱式触媒
装置用メタル担体は、帯状をなす薄い金属板を折曲げて
連続的な波形の凹凸を形成した１枚の波板と、平坦な帯
状をなす薄い金属板からなる少なくとも１枚の平板とが
相互に当接して重なり合って形成された層が、少なくと
も２層以上積み重ねられてロール状に巻かれて形成され
て多数の網目状通気路を備えたハニカム体をなし、積み
重ねられた層のうちの少なくとも１層の波板が電気絶縁
性被膜層を施されてロール状に巻回された層間を電気的
に絶縁し、ハニカム体の巻取り方向に電流を流すことに
よりハニカム体が加熱されるようになっている。

【００１２】上述のメタル担体の消費電力を設計上増減
するには、積み重ねる層の数と平板の枚数のうちの少な
くとも何れか一方の数を増減して行ない、或いはさらに
層の巻取り方向の長さの増減によって行なうことが好適
である。

【００１３】メタル担体の消費電力を設計上増加させる
場合、長さｌの波板と平板よりなる層を中央にて切断し
て長さｌ／２の層を形成すれば、消費電力は２倍とな
り、長さｌ／２の層を２層積み重ねた場合には４倍の消
費電力のハニカム体が得られる。この場合板材の長さの
合計が当初と変らぬため、ハニカム体の重量や圧力損失
は不変であり、加熱速度は速くなる。

【００１４】さらに長さｌの１枚の波板と１枚の平板か
らなる層を２層積み重ね巻き回して形成したハニカム体
に於て、２層のうちの１層の平板を２枚に増加した場合
の消費電力は、（５／４倍）＝１．２５倍となる。

【００１５】このように、ハニカム体を形成する層の積
み重ねの数、平板の枚数及び層の全長を増減することに
より、設計上所望の消費電力のハニカム体を形成するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の電気加熱式触媒装置用メ
タル担体は、１枚の波板と少なくとも１枚の平板とを重
ね合わせた層を、少なくとも２層以上積み重ね、積み重
ねた層のうちの少なくとも１層の波板に電気絶縁性被膜
層を施し、絶縁用波板として層間を電気的に絶縁し、積
み重ねた層の一方の端部を中心としてロール状に巻いて
ハニカム体を形成し、ハニカム体の巻取り方向に電流を
流すことによってハニカム体の加熱を行なうようにした
ものである。

【００１７】この電気加熱式触媒装置用メタル担体の消
費電力を設計上所望の値に調整するには、ハニカム体を
構成する層の数と平板の枚数のうちの、少なくとも何れ
か一方の数を増減することによって行なうか、或いはさ
らに層の巻取り方向の長さを増減することによって、ハ
ニカム体の電気抵抗値を変化させて行なう。

【００１８】図１（Ａ）に示すように、全長がｌの波板
１枚と平板１枚を重ねた層を２層積み重ねた多層構造の
ハニカム体を、本発明によるハニカム体の基本形式とす
ると、その積み重ねた２層を長手方向中央で切断して長
さがｌ／２となった層を、図１（Ｂ）に示すように積み
重ねた場合には、巻取り方向の抵抗値が１／４となるか
ら消費電力を４倍とすることが出来る。しかも重量は増
加せず、圧力損失に変化は無く、ハニカム体全体を均一
に加熱することが出来、かつ重量当りの消費電力が増加
することによって加熱速度が向上する。さらに多層構造
に於て層の数が多くなればろう材で固定されている部分
の断面積が大きくなるため、テレスコーピングが発生し
づらくなる。

【００１９】上述の本発明の基本形式のハニカム体を、
図１（Ｃ）に示すように、板材の全長を変えずに平板の
枚数を２枚から３枚にした平板多重構造のハニカム体に
於ては、板材全体の枚数が４枚から５枚に増すために、
各々の板材の電気抵抗値が同一と仮定すれば、全体の電
気抵抗値は（４／５倍）となり、従って消費電力は（５
／４倍）＝１．２５倍となる。この場合、板材の全長が
不変であるから個々の板材に流れる電流密度は同じであ
り全体の加熱速度も変らない。

【００２０】このように多層構造の層を更に積み重ね、
さらに各層の板材の全長を短縮することにより、比較的
大幅の消費電力の増加を行うことが出来、また平板多重
構造の平板の枚数を増減することによって比較的小幅の
消費電力の増減が可能となるので、この多層構造と平板
多重構造との両者を組み合わせることによって更に細か
い客先のニーズに合致した消費電力のハニカム体を設計
することが出来る。

【００２１】積み重ねた層のうちの少なくとも１層を形
成する波板に電気絶縁性被膜層を施して絶縁用波板を形
成する場合、その被膜層は波板の片面又は両面に施すこ
とが出来る。両面に被膜層を施した場合には平板と接合
しないが、片面のみに被膜層を施した場合には、被膜層
を施さない面を平板と接合できるので、テレスコーピン
グの防止に効果がある。

【００２２】電気絶縁性被膜層を波板に施す方法には、
下記の方法がある。

【００２３】イ．物理的方法（ＰＶＤ）例えば真空蒸
着、スパッタ、イオンプレーティングによって絶縁被膜
をコーティングする。

【００２４】ロ．化学的方法（ＣＶＤ）によって絶縁被
膜をコーティングする。

【００２５】ハ．大気焼成によって絶縁性被膜層に変化
する材料、例えばアルミニウムをコーティングした後大
気焼成して絶縁被膜層を得る。

【００２６】ニ．波板の母材にアルミニウムを含有する
ステンレスを用い、板材の状態で大気焼成するか又はろ
う付け後大気焼成して、酸化アルミニウム被膜を析出さ
せる。

【００２７】ホ．板材又はろう付け後の状態で溶融アル
ミニウム中に浸漬し、浸漬中にアルミニウム（Ａｌ）と
板材中の鉄（Ｆｅ）とを相互拡散させることによって表
面に合金層を形成し、その後大気焼成して酸化アルミニ
ウム被膜を析出させる。

【００２８】上述の方法によって電気絶縁性被膜層を両
面に施した絶縁用波板を用いて形成したロール状ハニカ
ム体において、絶縁用波板の巻き始め及び巻き終りの部
分を平板材とろう付けすることにより、絶縁用波板にも
電流を流して発熱体とすることが出来るので消費電力を
増加させる方法として効果がある。また片面のみに被膜
層を施した絶縁用波板は、平板と片面を接合出来るので
発熱体とすることが出来同様の効果が得られる。

【００２９】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図２は本発明の電気加熱式触媒装置用メタル
担体の種々の板材の構成を示す模式的断面の図であっ
て、従来の技術による全長がｌで各１枚の平板と波板を
含む１層からなるハニカム体を基準層とし、以下この基
準層を分割して長さｌ／２ないしｌ／８の層としてそれ
ら各層を積み重ねたときの板材の構成を示す断面略図
と、基準層及び２層積み重ねた本発明の基本形式の層を
基準とした夫々の比較消費電力（発熱量）とを示してい
る。この際層毎の各板材の電気抵抗値を同一と仮定し、
また波板のうち少なくとも１枚に絶縁被膜層を施して、
全ての板材に対し巻取り方向に電流を流しうるようにし
てある。

【００３０】図２に於て、従来の技術による全長ｌで波
板１と平板２各１枚からなる「基準層」を、長手方向に
１／２に切断して積み重ねて、本発明の基本形式である
２層積み重ね構造を形成すれば、板材の断面積の合計は
基準層に比し２倍となり、全長は１／２であるため電気
抵抗値は１／４となり、従って消費電力を４倍とするこ
とができるのに対して、重量と圧力損失は不変であり、
加熱速度は速くなる。以下同様に全長ｌを１／３ないし
１／８に切断して３層ないし８層に積み重ねれば、板材
の断面積は３倍ないし８倍となり、全長は１／３ないし
１／８となるため、従来の技術の基準層に対し電気抵抗
値は１／９ないし１／６４となり、従って消費電力を９
倍ないし６４倍とすることができる。

【００３１】このようにして形成した本発明による多層
構造のハニカム体は、重量及び圧力損失を増加させるこ
となく大幅な消費電力の増加を計ることができる。

【００３２】さらに本発明の基本形式の２層構造を基準
にとれば、３層に積み重ねた場合の消費電力は２．２５
倍となる。この場合２．２５倍迄の間に更に細かい段階
の消費電力を設定が必要な場合には、図３に示すよう
に、本発明の基本構造である２層積み重ね構造に於て、
板材の全長を変えずに平板１枚を追加することによって
板材の断面積が５／４倍となり、従って消費電力も５／
４倍＝１．２５倍となる。同様にして２層積み重ね構造
の平板をさらに１枚づつ増すことによって１．５倍、
１．７５倍、２．０倍と細かい消費電力の増加設定が可
能となる。

【００３３】このように本発明により２層構造を基本形
式として層の数と平板の枚数の少なくとも何れか一方の
数を増減し、さらに層の巻き取り方向長さを増減するこ
とを併せて行えば、所望の消費電力を有するハニカム体
が得られる。

【００３４】図４は、１枚の波板１と１枚の平板２より
なる層を３層積み重ねた、本発明によるロール状のハニ
カム体１０の図であって、図４（Ａ）はハニカム体の軸
に直角な断面略図、図４（Ｂ）は板材の構成を示す略図
であって、内側の波板が絶縁用波板３を形成している。
図４（Ｃ）はハニカム体の斜視略図で、中心及び外周に
ハニカム体の巻き取り方向に電流を流す為の電極４，５
が設けられている。

【００３５】図５は、図４と同様の本発明による５層積
み重ねたロール状のハニカム体２０の図であって、外側
の波板が絶縁用波板３を形成している。絶縁用波板３の
位置は、積み重ねた層のどの層の波板の位置に配設する
こともできる。図５（Ｃ）は図４（Ｃ）と同様の斜視図
である。

【００３６】図６は、１枚の波板１と３枚の平板２とを
重ねた層を３層積み重ねた本発明によるロール状のハニ
カム体３０の図であって、外側の波板が絶縁用波板３と
して配置されている。図６（Ａ）のＸ部詳細図に、平板
２が３枚重ねられた状態を示してある。

【００３７】図７は、本発明によるロール状のハニカム
体を形成する絶縁用波板のろう付けの要領を示す説明図
であって、図７（Ａ）は３層積み重ねられた層のうちの
最下部の層の波板が絶縁用波板３を形成し、その両面が
絶縁性被膜層３ａを有する場合に、巻始めと巻終りの部
分のみの被膜を除き平板２とろう材６で接合して、絶縁
用波板３にも電流を通して他の板材と同様の発熱体とす
ることが出来る。図７（Ｂ）は３層積み重ねられた層の
うちの最下部の層の波板３が、その片面にのみ絶縁性被
膜層３ａが施され、他の面は被膜層が施されないためそ
の面を平板２にろう材６で接合することが出来る。この
場合は絶縁用波板３にも電流を流して他の板材と同様に
発熱体となしうる。図７（Ａ）（Ｂ）に示す絶縁用波板
３以外の波板１がすべて平板２と接合されても、絶縁用
波板３の平板２と接合されない面が滑りに対する自由度
を有するので、ハニカム体の熱応力を緩和する役割を果
すことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、１枚の波
板と少なくとも１枚の平板とで形成された層を、少なく
とも２層積み重ね、積み重ねた層の中の少なくとも１枚
の波板を絶縁用波板としてロール状のハニカム体を形成
し、積み重ねた層の数と平板の枚数のうちの少なくとも
何れか一方の数を増減するか、或いはさらに層の巻き取
り方向の長さを増減するようにして、設計時の消費電力
を広範囲にかつ細かく設定出来るようにしたため、ハニ
カム体の重量や圧力損失を増加させず、均一に加熱可能
でろう付け部分が過熱せず、加熱速度が速く、テレスコ
ーピングを生じる恐れがなく、かつ消費電力に対する客
先の細かいニーズに対応できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の、
ハニカム体を形成する板材の構成を示す模式図で、
（Ａ）は基本形式、（Ｂ）は多層構造、（Ｃ）は多層＋
平板多重構造の図である。

【図２】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の、
種々の多層構造を示す模式的断面と、基準層と比較した
各多層構造の消費電力の比較を示す図表である。

【図３】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の、
多層＋平板多重構造の消費電力の比較を示す図表であ
る。

【図４】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の略
図であって、（Ａ）はハニカム体の軸に直角な断面の
図、（Ｂ）は板材の構成を示す模式図、（Ｃ）はハニカ
ム体の斜視図である。

【図５】図４と同様の図である。

【図６】図５と同様の図である。

【図７】本発明の電気加熱式触媒装置用メタル担体の、
絶縁用波板のろう付けの要領を示す説明図である。

【図８】従来の技術による電気加熱式触媒装置用メタル
担体の図で、（Ａ）は板材の構成を示す模式図、（Ｂ）
はハニカム体の軸に直角な断面略図である。

【図９】従来の技術による電気加熱式触媒装置用メタル
担体の図で、（Ａ）は板材の構成を示す図、（Ｂ）はハ
ニカム体の斜視図である。

【符号の説明】

１，４１，５１ 波板 ２，４２，５２ 平板 ３，４３，５３ 絶縁用波板 ３ａ 絶縁性被膜層 ４，５ 電極 ６ ろう材 １０，２０，３０，４０，５０ ハニカム体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状をなす薄い金属板を折曲げて連続的
   な波形の凹凸を形成した１枚の波板と、平坦な帯状をな
   す薄い金属板からなる少なくとも１枚の平板とが相互に
   当接して重なり合って形成された層が、少なくとも２層
   以上積み重ねられてロール状に巻かれて形成されて多数
   の網目状通気路を備えたハニカム体をなし、 前記積み重ねられた層のうちの少なくとも１層の前記波
   板が電気絶縁性被膜層を施されて前記ロール状に巻回さ
   れた層間を電気的に絶縁し、前記ハニカム体の巻取り方
   向に電流を流すことにより該ハニカム体が加熱される、
   電気加熱式触媒装置用メタル担体。
2. 【請求項２】 帯状をなす薄い金属板を折曲げて連続的
   な波形の凹凸を形成した１枚の波板と、平坦な帯状をな
   す薄い金属板からなる少なくとも１枚の平板とが相互に
   当接して重なり合って形成された層が、少なくとも２層
   以上積み重ねられてロール状に巻かれて形成されて多数
   の網目状通気路を備えたハニカム体をなし、 前記積み重ねられた層のうちの少なくとも１層の前記波
   板が電気絶縁性被膜層を施されて前記ロール状に巻回さ
   れた層間を電気的に絶縁し、前記ハニカム体の巻取り方
   向に電流を流すことにより該ハニカム体が加熱され、 かつメタル担体の設計上の消費電力の増減を、前記層の
   数と前記平板の枚数のうちの少なくとも何れか一方の数
   の増減によって行なう、電気加熱式触媒装置用メタル担
   体。
3. 【請求項３】 前記メタル担体の設計上の消費電力の増
   減を、さらに前記層の前記巻取り方向の長さの増減によ
   って行なう、請求項２に記載の電気加熱式触媒装置用メ
   タル担体。