JPH09150063A - 導電性ハニカム体 - Google Patents
導電性ハニカム体Info
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- JPH09150063A JPH09150063A JP8157479A JP15747996A JPH09150063A JP H09150063 A JPH09150063 A JP H09150063A JP 8157479 A JP8157479 A JP 8157479A JP 15747996 A JP15747996 A JP 15747996A JP H09150063 A JPH09150063 A JP H09150063A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハニカム体の電気抵抗を広範囲にその容量と
は無関係に自由に選択できるようにする。 【解決手段】 多数の溝を形成する壁面を有する金属製
構造物からなり、溝を通して流体がほぼ軸方向に流れ得
るようになっている導電性ハニカム体100、110で
あって、壁面はほぼ0.03〜0.12mmの厚さを有
し、ハニカム体100、110は間隙118により横断
面及び/又は軸方向の延長部において電気的に細分さ
れ、金属製構造物を通して0.03〜2オームの電気抵
抗を有する電流路が生じるようにする。
は無関係に自由に選択できるようにする。 【解決手段】 多数の溝を形成する壁面を有する金属製
構造物からなり、溝を通して流体がほぼ軸方向に流れ得
るようになっている導電性ハニカム体100、110で
あって、壁面はほぼ0.03〜0.12mmの厚さを有
し、ハニカム体100、110は間隙118により横断
面及び/又は軸方向の延長部において電気的に細分さ
れ、金属製構造物を通して0.03〜2オームの電気抵
抗を有する電流路が生じるようにする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体が貫流可能な
溝が多数形成された排ガス触媒用担体、その他流体を加
熱し蒸発させるため等に使用される導電性ハニカム体に
関する。
溝が多数形成された排ガス触媒用担体、その他流体を加
熱し蒸発させるため等に使用される導電性ハニカム体に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来自動車の冷始動期における有害物質
の排出を減少させるために多くの場合いわゆる始動触媒
(予備触媒とも称される)が使用されている。このよう
なエンジンに近接して組み込まれた金属性の支持構造物
を有する始動触媒は、容積の大きい主触媒よりも迅速に
加熱される。なぜならこの触媒はエンジンに近接して配
設されておりかつ容積が小さいからである。それにもか
かわらず始動触媒も応答するまでに一定の時間を要す
る。それというのもその触媒活性材料、そのセラミック
製担体物質及び金属製支持構造物がまず排ガスによって
加熱されなければならないからである。この場合始動触
媒が排ガスからまず熱を奪い、その結果更に後方に配置
された主触媒は一層緩慢に作動温度に上昇することにな
る。
の排出を減少させるために多くの場合いわゆる始動触媒
(予備触媒とも称される)が使用されている。このよう
なエンジンに近接して組み込まれた金属性の支持構造物
を有する始動触媒は、容積の大きい主触媒よりも迅速に
加熱される。なぜならこの触媒はエンジンに近接して配
設されておりかつ容積が小さいからである。それにもか
かわらず始動触媒も応答するまでに一定の時間を要す
る。それというのもその触媒活性材料、そのセラミック
製担体物質及び金属製支持構造物がまず排ガスによって
加熱されなければならないからである。この場合始動触
媒が排ガスからまず熱を奪い、その結果更に後方に配置
された主触媒は一層緩慢に作動温度に上昇することにな
る。
【0003】金属製支持構造物としてはハニカム体の多
くの変種が公知であり、例えば欧州特許第004948
9号、同第0121174号及び同第0121175号
明細書、並びに欧州特許出願公開第0245737号及
び同第0245738号明細書に記載されている。特に
これらの文献からいわゆるS字状のハニカム体及びU字
状の薄板層を有するものも公知である。
くの変種が公知であり、例えば欧州特許第004948
9号、同第0121174号及び同第0121175号
明細書、並びに欧州特許出願公開第0245737号及
び同第0245738号明細書に記載されている。特に
これらの文献からいわゆるS字状のハニカム体及びU字
状の薄板層を有するものも公知である。
【0004】また金属製のハニカム体を電気的に加熱し
得ることもかなり以前から公知である。これについては
例えばドイツ連邦共和国特許第563757号明細書に
記載されている。触媒本体を電気加熱体により加熱する
他の研究はドイツ連邦共和国特許出願公告第22306
63号明細書から公知である。しかし触媒担体を直接電
気的に加熱することに関してはこれまで極めて大きな困
難に直面してきた。なぜなら通常の金属製構造物は、自
動車において通常用いられる電圧でこれを直接加熱体と
して使用し得るにはあまりにも低い電気抵抗を有するに
すぎないからである。従ってドイツ連邦共和国特許第5
63757号明細書では、適当な抵抗を有するように構
成された特定の部分範囲のみを加熱している。ドイツ連
邦共和国特許出願公告第2230663号明細書では特
殊な発熱体を使用しているが、この発熱体は同時に触媒
担体として利用されるものではない。
得ることもかなり以前から公知である。これについては
例えばドイツ連邦共和国特許第563757号明細書に
記載されている。触媒本体を電気加熱体により加熱する
他の研究はドイツ連邦共和国特許出願公告第22306
63号明細書から公知である。しかし触媒担体を直接電
気的に加熱することに関してはこれまで極めて大きな困
難に直面してきた。なぜなら通常の金属製構造物は、自
動車において通常用いられる電圧でこれを直接加熱体と
して使用し得るにはあまりにも低い電気抵抗を有するに
すぎないからである。従ってドイツ連邦共和国特許第5
63757号明細書では、適当な抵抗を有するように構
成された特定の部分範囲のみを加熱している。ドイツ連
邦共和国特許出願公告第2230663号明細書では特
殊な発熱体を使用しているが、この発熱体は同時に触媒
担体として利用されるものではない。
【0005】一方らせん状に巻かれたハニカム体の場
合、各薄板層を適当に絶縁することによって、巻き上げ
られた薄板の長さ全体を利用し尽くした場合には、加熱
に必要な電力を得るのに十分な電流強度を生じないおそ
れのある極めて高い抵抗を生じる可能性がある。
合、各薄板層を適当に絶縁することによって、巻き上げ
られた薄板の長さ全体を利用し尽くした場合には、加熱
に必要な電力を得るのに十分な電流強度を生じないおそ
れのある極めて高い抵抗を生じる可能性がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、その
電気抵抗を広範囲にその容量とは無関係に自由に選択す
ることができ、従って特にハニカム体の加熱が自動車で
通常利用される電圧又は電流源により問題なく可能であ
るように、導電性ハニカム体の構造を改良することにあ
る。
電気抵抗を広範囲にその容量とは無関係に自由に選択す
ることができ、従って特にハニカム体の加熱が自動車で
通常利用される電圧又は電流源により問題なく可能であ
るように、導電性ハニカム体の構造を改良することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば、多数の溝を形成する壁面を有する金属
製構造物からなり、溝を通して流体がほぼ軸方向に流れ
得るようになっている導電性ハニカム体であって、壁面
はほぼ0.03〜0.12mmの厚みを有し、ハニカム
体が間隙により横断面及び/又は軸方向の延長部におい
て電気的に細分され、金属製構造物を通して0.03〜
2オームの電気抵抗を有する少なくとも一つの電流路が
生じるようになっている。
本発明によれば、多数の溝を形成する壁面を有する金属
製構造物からなり、溝を通して流体がほぼ軸方向に流れ
得るようになっている導電性ハニカム体であって、壁面
はほぼ0.03〜0.12mmの厚みを有し、ハニカム
体が間隙により横断面及び/又は軸方向の延長部におい
て電気的に細分され、金属製構造物を通して0.03〜
2オームの電気抵抗を有する少なくとも一つの電流路が
生じるようになっている。
【0008】後に図面により更に詳述するように、この
場合一定の抵抗を得るのに必要な間隙の数は多くのパラ
メータによって左右される。個々の薄板の厚さ、その構
造、個々の溝の横断面及び材料の選択はある種の影響を
及ぼす。厚さ約003〜012mm、有利には003〜
006mmの薄板を使用することができる。通常使用さ
れる材料はクロム及びアルミニウム成分を有する鋼板で
ある。本発明には電気的に加熱可能の触媒担体の種々異
なる変形が含まれる。それらに共通していることは、触
媒担体が間隙層によって、0.03〜2オームの電気抵
抗を有する触媒担体により少なくとも一つの電流路が生
じるように細分されているか又はそのジャケット管によ
って分離されていることである。この範囲における抵抗
は通常の12ボルト装置での電気加熱用として特に適し
ている。その際考慮すべきことは高い電流強度ですでに
導線内にかなりの損失が生じるおそれがあり、従って触
媒担体自体にはおそらく例えば10ボルトの低い電圧が
印加されるにすぎないことである。
場合一定の抵抗を得るのに必要な間隙の数は多くのパラ
メータによって左右される。個々の薄板の厚さ、その構
造、個々の溝の横断面及び材料の選択はある種の影響を
及ぼす。厚さ約003〜012mm、有利には003〜
006mmの薄板を使用することができる。通常使用さ
れる材料はクロム及びアルミニウム成分を有する鋼板で
ある。本発明には電気的に加熱可能の触媒担体の種々異
なる変形が含まれる。それらに共通していることは、触
媒担体が間隙層によって、0.03〜2オームの電気抵
抗を有する触媒担体により少なくとも一つの電流路が生
じるように細分されているか又はそのジャケット管によ
って分離されていることである。この範囲における抵抗
は通常の12ボルト装置での電気加熱用として特に適し
ている。その際考慮すべきことは高い電流強度ですでに
導線内にかなりの損失が生じるおそれがあり、従って触
媒担体自体にはおそらく例えば10ボルトの低い電圧が
印加されるにすぎないことである。
【0009】車輌中に電気的に加熱可能の触媒が複数個
存在する場合には、常に種々異なる電気的接続法が生じ
る。高い抵抗を有する個々の触媒担体を構成し、次いで
並列的に接続するか、又はこれらが比較的低い電気抵抗
を有し、相応して直列に接続することもできる。加熱電
力が運転状態に左右されて変化する場合には、時間との
関連において並列接続から直列接続へ切り換わるように
することもできる。
存在する場合には、常に種々異なる電気的接続法が生じ
る。高い抵抗を有する個々の触媒担体を構成し、次いで
並列的に接続するか、又はこれらが比較的低い電気抵抗
を有し、相応して直列に接続することもできる。加熱電
力が運転状態に左右されて変化する場合には、時間との
関連において並列接続から直列接続へ切り換わるように
することもできる。
【0010】一般的に使用されている厚さ約003〜0
06mmの高温耐食性の薄板は、触媒担体を形成するの
に必要とされる全長にわたって、予定の電気加熱には高
すぎる抵抗を有するおそれがある。すべての構造化され
た薄板が接触するか又はいわゆる接合法により接続され
ている触媒担体は12ボルトでの電気加熱にはあまりに
も電気抵抗が低すぎるおそれがある。従って結果として
触媒担体を、その全容量との関連において長さと導電性
との間に協同作用を有する電流路が生じるように細分し
なければならない。この場合の一つの可能性として、横
断面を、例えばそれぞれ4つ以上の並列的に接続された
薄板層、有利には8〜12の薄板層からなる電気的に次
々に連結された部分に分割することである。他の可能性
としては触媒担体を電気的に直列に接続されている軸方
向に連続して配置された層に細分することである。この
2つの可能性は、実施例に基づき詳述するように組み合
わせて使用することも可能である。
06mmの高温耐食性の薄板は、触媒担体を形成するの
に必要とされる全長にわたって、予定の電気加熱には高
すぎる抵抗を有するおそれがある。すべての構造化され
た薄板が接触するか又はいわゆる接合法により接続され
ている触媒担体は12ボルトでの電気加熱にはあまりに
も電気抵抗が低すぎるおそれがある。従って結果として
触媒担体を、その全容量との関連において長さと導電性
との間に協同作用を有する電流路が生じるように細分し
なければならない。この場合の一つの可能性として、横
断面を、例えばそれぞれ4つ以上の並列的に接続された
薄板層、有利には8〜12の薄板層からなる電気的に次
々に連結された部分に分割することである。他の可能性
としては触媒担体を電気的に直列に接続されている軸方
向に連続して配置された層に細分することである。この
2つの可能性は、実施例に基づき詳述するように組み合
わせて使用することも可能である。
【0011】電気的に加熱可能の触媒担体をジャケット
管に詰め込む場合にはいくつかの特殊性がある。なぜな
らこの場合には触媒担体の少なくとも一部をジャケット
管から電気的に絶縁する必要があるからである。更にリ
ード線用の適当な絶縁ブッシングを設ける必要がある。
しかしこれは例えば半殻体から構成されるジャケット管
を使用することにより大した問題とはならない。この場
合触媒担体とジャケット管とを絶縁させる処理は同時に
熱的及び電気的に絶縁することができ、これは特に有利
である。
管に詰め込む場合にはいくつかの特殊性がある。なぜな
らこの場合には触媒担体の少なくとも一部をジャケット
管から電気的に絶縁する必要があるからである。更にリ
ード線用の適当な絶縁ブッシングを設ける必要がある。
しかしこれは例えば半殻体から構成されるジャケット管
を使用することにより大した問題とはならない。この場
合触媒担体とジャケット管とを絶縁させる処理は同時に
熱的及び電気的に絶縁することができ、これは特に有利
である。
【0012】本発明は特殊な用途に対するいくつかの個
々の事例での問題解決に関する。図面に基づき更に詳述
するように、ハニカム体内の電流密度の分布を比較抑制
するため、ハニカム体の片側又は両側に端子板を設ける
ことができる。加熱可能のハニカム体とそのジャケット
管との間に相対膨張の発生が予測される場合には、リー
ド線を弾性的に構成する必要があり、これによりその膨
張度を補償することができる。このリード線は場合によ
っては50〜400アンペアの電流強度を有していなけ
ればならない。
々の事例での問題解決に関する。図面に基づき更に詳述
するように、ハニカム体内の電流密度の分布を比較抑制
するため、ハニカム体の片側又は両側に端子板を設ける
ことができる。加熱可能のハニカム体とそのジャケット
管との間に相対膨張の発生が予測される場合には、リー
ド線を弾性的に構成する必要があり、これによりその膨
張度を補償することができる。このリード線は場合によ
っては50〜400アンペアの電流強度を有していなけ
ればならない。
【0013】ハニカム体が軸方向で高い機械的負荷を受
けることが予測される場合には、互いに電気的に絶縁さ
れた薄板層を型締め結合によって軸方向への移動を阻止
することが重要である。周知のようにセラミック絶縁層
は大規模には引張負荷不能である。この場合型締め結合
は、生じる力を吸収するのに役立つ。特に型締め結合が
絶縁層の厚さよりも大きくない深さを有する場合、軸方
向の力はこの範囲でセラミック中間層を圧縮荷重し、引
張荷重を生じない。
けることが予測される場合には、互いに電気的に絶縁さ
れた薄板層を型締め結合によって軸方向への移動を阻止
することが重要である。周知のようにセラミック絶縁層
は大規模には引張負荷不能である。この場合型締め結合
は、生じる力を吸収するのに役立つ。特に型締め結合が
絶縁層の厚さよりも大きくない深さを有する場合、軸方
向の力はこの範囲でセラミック中間層を圧縮荷重し、引
張荷重を生じない。
【0014】導電性の触媒担体、特にこれまでに文献に
記載されている例えば粉末冶金法で製造された他の触媒
担体は、これらが少なくとも部分的にそのジャケット及
びその支持体に対して絶縁されておりまた触媒活性被覆
を備えて内燃機関の排ガス系に使用される場合には、そ
の電気抵抗を全体的に又は一部の範囲で測定し、また触
媒排ガス系を監視し及び/又は調整するために利用する
ことによってコントロールすることができる。温度が上
昇するにつれて、ハニカム体の電気抵抗も上昇する。こ
のことは電気加熱状態を監視しまた調整するのに利用す
ることを可能とする。印加電圧が一定の場合触媒担体に
よって吸収される加熱電力が低下するという作用の他
に、この加熱行程はまた、電気抵抗が予め規定すること
のできる閾値を下回った際に終了することができる。例
えば交通の渋滞時における運転温度が触媒反応の点火温
度以下に下っている触媒の後加熱も、抵抗測定によって
解消することができる。この場合加熱回路を周期的に短
時間接続し、吸収した加熱電力又はこの加熱電力に比例
する大きさを測定することによって、加熱回路自体を抵
抗測定に利用することができる。
記載されている例えば粉末冶金法で製造された他の触媒
担体は、これらが少なくとも部分的にそのジャケット及
びその支持体に対して絶縁されておりまた触媒活性被覆
を備えて内燃機関の排ガス系に使用される場合には、そ
の電気抵抗を全体的に又は一部の範囲で測定し、また触
媒排ガス系を監視し及び/又は調整するために利用する
ことによってコントロールすることができる。温度が上
昇するにつれて、ハニカム体の電気抵抗も上昇する。こ
のことは電気加熱状態を監視しまた調整するのに利用す
ることを可能とする。印加電圧が一定の場合触媒担体に
よって吸収される加熱電力が低下するという作用の他
に、この加熱行程はまた、電気抵抗が予め規定すること
のできる閾値を下回った際に終了することができる。例
えば交通の渋滞時における運転温度が触媒反応の点火温
度以下に下っている触媒の後加熱も、抵抗測定によって
解消することができる。この場合加熱回路を周期的に短
時間接続し、吸収した加熱電力又はこの加熱電力に比例
する大きさを測定することによって、加熱回路自体を抵
抗測定に利用することができる。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図面について説明する。
【0016】図1には始動触媒及び主触媒に対する種々
の位置を有する自動車の部分的に二又状の排ガス系が略
示されている。なお以下に行う説明は下方の支線10
b、11b、12b、15b、16b、17b、18
b、19bをそれぞれ欠く単線状に構成された装置に対
しても該当する。この排気系は排ガスをエンジン排気管
10a、10bにより、ラムダプローブ14が配設され
ている混合域13に送る。そこから排ガス導管15a、
15bが主触媒17a、17b、18a、18bに、ま
た更にそこから排気管19a、19bに導かれる。主触
媒が唯一の担体からなるか又は図示するように2つの担
体からなるかは、エンジンの大きさ及び出力による。図
1には電気的に加熱される始動触媒の可能な3つの位置
が示されている。位置1は11a、11bで、位置2は
12a、12bで、また位置3は16a、16bで示
す。次にこれらの位置の利点及び欠点を詳述するが、こ
れらの位置の2箇所又はすべての箇所に加熱される始動
触媒を取り付ける組み合わせも可能である。更に主触媒
17a、17b、18a、18b自体を電気的に加熱す
ることも可能であり、この場合にはもちろん一層高い電
力が必要とされるが、場合によっては始動触媒を省くこ
ともできる。
の位置を有する自動車の部分的に二又状の排ガス系が略
示されている。なお以下に行う説明は下方の支線10
b、11b、12b、15b、16b、17b、18
b、19bをそれぞれ欠く単線状に構成された装置に対
しても該当する。この排気系は排ガスをエンジン排気管
10a、10bにより、ラムダプローブ14が配設され
ている混合域13に送る。そこから排ガス導管15a、
15bが主触媒17a、17b、18a、18bに、ま
た更にそこから排気管19a、19bに導かれる。主触
媒が唯一の担体からなるか又は図示するように2つの担
体からなるかは、エンジンの大きさ及び出力による。図
1には電気的に加熱される始動触媒の可能な3つの位置
が示されている。位置1は11a、11bで、位置2は
12a、12bで、また位置3は16a、16bで示
す。次にこれらの位置の利点及び欠点を詳述するが、こ
れらの位置の2箇所又はすべての箇所に加熱される始動
触媒を取り付ける組み合わせも可能である。更に主触媒
17a、17b、18a、18b自体を電気的に加熱す
ることも可能であり、この場合にはもちろん一層高い電
力が必要とされるが、場合によっては始動触媒を省くこ
ともできる。
【0017】位置1は始動触媒として一般的な配置箇所
であり、この場合各始動触媒はそのエンジンの近くにあ
ることから急速に加熱され、従って早期に応答するが、
高い熱交換による負荷に耐える必要がある。電気的に加
熱することによってこの位置での応答挙動は更に改良す
ることができるが、次の主触媒位置までの排ガス行程が
比較的長いため、運転開始直後の排ガスは主触媒までの
間に再び冷却され、主触媒の応答挙動が限られた範囲で
改良されるにすぎない可能性がある。
であり、この場合各始動触媒はそのエンジンの近くにあ
ることから急速に加熱され、従って早期に応答するが、
高い熱交換による負荷に耐える必要がある。電気的に加
熱することによってこの位置での応答挙動は更に改良す
ることができるが、次の主触媒位置までの排ガス行程が
比較的長いため、運転開始直後の排ガスは主触媒までの
間に再び冷却され、主触媒の応答挙動が限られた範囲で
改良されるにすぎない可能性がある。
【0018】位置2はエンジンから僅かに遠ざけられて
いることから、始動触媒の担体の熱交換による負荷を減
じることができ、また主触媒にも近いことから、主触媒
の応答挙動を若干促進させる。更にこの位置2は、そこ
で早期に応答する触媒がラムダプローブ14の応答挙動
をも改良するという利点を有する。
いることから、始動触媒の担体の熱交換による負荷を減
じることができ、また主触媒にも近いことから、主触媒
の応答挙動を若干促進させる。更にこの位置2は、そこ
で早期に応答する触媒がラムダプローブ14の応答挙動
をも改良するという利点を有する。
【0019】位置3は、始動触媒16a、16bの応答
と共に主触媒17a、17b、18a、18bの応答を
も急速に促進するのに有利である。エンジンから遠ざけ
ることによってこの位置における始動触媒は加熱にも拘
らず遅れて応答する。
と共に主触媒17a、17b、18a、18bの応答を
も急速に促進するのに有利である。エンジンから遠ざけ
ることによってこの位置における始動触媒は加熱にも拘
らず遅れて応答する。
【0020】しかし上記のそれぞれの位置で始動触媒、
特に電気的に加熱可能の始動触媒は著しい利点を有し、
どの位置が又はこれらの位置のどの組み合わせが特に好
ましいかは個々の周辺条件に左右される。この場合主触
媒の担体がセラミック製担体であるか又は金属製担体で
あるかは重要な問題ではない。
特に電気的に加熱可能の始動触媒は著しい利点を有し、
どの位置が又はこれらの位置のどの組み合わせが特に好
ましいかは個々の周辺条件に左右される。この場合主触
媒の担体がセラミック製担体であるか又は金属製担体で
あるかは重要な問題ではない。
【0021】図2及び図3には導電性触媒又は電気的に
加熱可能の触媒用の基本回路が略示されている。図2で
は触媒24は電源20からスイッチ23を介して電流を
供給される。図2、図3及び以下の図面において+/−
/〜という記号によって表されるように、電力供給がバ
ッテリーから直流で行われるか又は点灯用発電機から交
流で行われるかは本発明では全く問題ではない。一般に
一定の運転状態に達した後は触媒を更に電気的に加熱す
る必要はなく、従ってスイッチ23は定時継電器21及
び点火キー22と接続される。図2に示した装置により
逆に触媒24のその都度実際の(すなわち温度に関連す
る)抵抗R(T)について逆に推論することも可能であ
り、これは本発明の重要な点でもある。最も簡単な場合
この抵抗Rは電圧測定器25及び電流測定器26により
R=U/1(U=電圧、1=電流)から決定することが
でき、この場合、場合によっては電圧を一定として既知
であると仮定することも可能である。抵抗Rはまた触媒
担体の温度TK に直接比例する。加熱行程は予め設定さ
れた電流Imin を下回った際に終了し、その際十分に高
い温度TK が得られることから、加熱行程を自己調整す
ることができる。更に、加熱電流を規則的に短時間投入
しまた加熱電流を測定することによって(又は他の抵抗
測定系によって)、触媒の温度TK がなお触媒反応のた
めの点火温度TZ を上回っているか否かを確認すること
が可能である。そうでない場合には再び電気的に加熱す
ることができる。また触媒担体の抵抗Rの時間挙動を測
定することにより(自動車自体で又は工場実験で)、逆
に触媒の機能に関して推論することも可能である。なぜ
なら発熱性の触媒反応の発生は抵抗Rが急速に上昇する
ことによって認めることができるからである。自動車内
での適当な表示、例えば緑色灯は容易に実現可能であ
る。
加熱可能の触媒用の基本回路が略示されている。図2で
は触媒24は電源20からスイッチ23を介して電流を
供給される。図2、図3及び以下の図面において+/−
/〜という記号によって表されるように、電力供給がバ
ッテリーから直流で行われるか又は点灯用発電機から交
流で行われるかは本発明では全く問題ではない。一般に
一定の運転状態に達した後は触媒を更に電気的に加熱す
る必要はなく、従ってスイッチ23は定時継電器21及
び点火キー22と接続される。図2に示した装置により
逆に触媒24のその都度実際の(すなわち温度に関連す
る)抵抗R(T)について逆に推論することも可能であ
り、これは本発明の重要な点でもある。最も簡単な場合
この抵抗Rは電圧測定器25及び電流測定器26により
R=U/1(U=電圧、1=電流)から決定することが
でき、この場合、場合によっては電圧を一定として既知
であると仮定することも可能である。抵抗Rはまた触媒
担体の温度TK に直接比例する。加熱行程は予め設定さ
れた電流Imin を下回った際に終了し、その際十分に高
い温度TK が得られることから、加熱行程を自己調整す
ることができる。更に、加熱電流を規則的に短時間投入
しまた加熱電流を測定することによって(又は他の抵抗
測定系によって)、触媒の温度TK がなお触媒反応のた
めの点火温度TZ を上回っているか否かを確認すること
が可能である。そうでない場合には再び電気的に加熱す
ることができる。また触媒担体の抵抗Rの時間挙動を測
定することにより(自動車自体で又は工場実験で)、逆
に触媒の機能に関して推論することも可能である。なぜ
なら発熱性の触媒反応の発生は抵抗Rが急速に上昇する
ことによって認めることができるからである。自動車内
での適当な表示、例えば緑色灯は容易に実現可能であ
る。
【0022】図3の場合も電気的に加熱可能の触媒は電
源30からスイッチ33を介して電流を供給され、この
スイッチは定時継電器31を介して点火キー32と接続
されている。しかしこの実施例では触媒は複数個の個々
に加熱可能の部分領域34、35、36、37からな
り、まず第1の部分領域34が別個に高い電流で加熱可
能であり、その後初めて他の部分領域35、36、37
が有利には直列回路で接続される。
源30からスイッチ33を介して電流を供給され、この
スイッチは定時継電器31を介して点火キー32と接続
されている。しかしこの実施例では触媒は複数個の個々
に加熱可能の部分領域34、35、36、37からな
り、まず第1の部分領域34が別個に高い電流で加熱可
能であり、その後初めて他の部分領域35、36、37
が有利には直列回路で接続される。
【0023】図4に基づき更に詳述するように、電気的
に加熱可能の触媒を作動する場合、種々の選択可能の系
を使用することができる。図4のグラフには縦座標に温
度Tが横座標の時間tに対して示されている。TZ は通
常の触媒の点火温度例えば約350℃を表し、tz は点
火時点、すなわち触媒反応が付加的な措置を施すことな
く相当な規模に達した時点を表す。曲線TA は、時点t
S でのエンジン始動後における触媒前方の排ガス温度の
時間的経過を示すものである。破線TK1は電気的に加熱
された触媒担体内の温度経過を示す。触媒担体に対する
加熱電力を、その温度TK1が常に排ガス温度TA よりも
僅か上にあるように選択した場合、触媒担体を加熱する
ために排ガスから熱が除去されるのを阻止することがで
きる。この電力で排ガス自体が無視し得ないほどに加熱
されることはないが、冷却は阻止される。この運転法の
場合、触媒のセラミック材料及び触媒活性材料は排ガス
によって外から、また触媒担体によって内から同時に加
熱され、これにより明らかに早期に温度TZ に達し、こ
の温度で(発熱)反応が起こり、独りでに以後の加熱が
生じる。触媒を加熱するための電力は任意の大きさのも
のが得られないことから、図3の回路に基づいてまず触
媒の一部領域のみを、すなわち例えば軸方向の高さ約3
5〜6〓の最前の触媒円板のみを加熱し、ここで発熱反
応をできるだけ急速に起こすことが必要となる。TK2で
示した曲線はこの円板での可能な温度経過を示す。この
場合その温度は小さな部分領域に限定された高い短絡電
流で極めて急速に著しく、例えば600℃に高められ、
次いで他の触媒部分領域の加熱に切り換えられる。これ
により第1の円板は再び僅かに冷やされるが、これは十
分な予熱ではもはや点火温度を下回ることはなく、これ
により排ガスとの発熱反応は維持され、このことは更に
後続する部分領域をその応答状態にする。曲線TK3はエ
ンジン始動前に予め加熱された触媒担体の温度経過を示
すものである。時点tv での予加熱開始時から始動時点
ts までに温度は急速に、点火温度TZ を越えて上昇
し、もはやこれを下回ることはない。
に加熱可能の触媒を作動する場合、種々の選択可能の系
を使用することができる。図4のグラフには縦座標に温
度Tが横座標の時間tに対して示されている。TZ は通
常の触媒の点火温度例えば約350℃を表し、tz は点
火時点、すなわち触媒反応が付加的な措置を施すことな
く相当な規模に達した時点を表す。曲線TA は、時点t
S でのエンジン始動後における触媒前方の排ガス温度の
時間的経過を示すものである。破線TK1は電気的に加熱
された触媒担体内の温度経過を示す。触媒担体に対する
加熱電力を、その温度TK1が常に排ガス温度TA よりも
僅か上にあるように選択した場合、触媒担体を加熱する
ために排ガスから熱が除去されるのを阻止することがで
きる。この電力で排ガス自体が無視し得ないほどに加熱
されることはないが、冷却は阻止される。この運転法の
場合、触媒のセラミック材料及び触媒活性材料は排ガス
によって外から、また触媒担体によって内から同時に加
熱され、これにより明らかに早期に温度TZ に達し、こ
の温度で(発熱)反応が起こり、独りでに以後の加熱が
生じる。触媒を加熱するための電力は任意の大きさのも
のが得られないことから、図3の回路に基づいてまず触
媒の一部領域のみを、すなわち例えば軸方向の高さ約3
5〜6〓の最前の触媒円板のみを加熱し、ここで発熱反
応をできるだけ急速に起こすことが必要となる。TK2で
示した曲線はこの円板での可能な温度経過を示す。この
場合その温度は小さな部分領域に限定された高い短絡電
流で極めて急速に著しく、例えば600℃に高められ、
次いで他の触媒部分領域の加熱に切り換えられる。これ
により第1の円板は再び僅かに冷やされるが、これは十
分な予熱ではもはや点火温度を下回ることはなく、これ
により排ガスとの発熱反応は維持され、このことは更に
後続する部分領域をその応答状態にする。曲線TK3はエ
ンジン始動前に予め加熱された触媒担体の温度経過を示
すものである。時点tv での予加熱開始時から始動時点
ts までに温度は急速に、点火温度TZ を越えて上昇
し、もはやこれを下回ることはない。
【0024】ここで触媒の電気加熱に関する若干の基本
的な考察を行う。この場合次の点に注意すべきである。
的な考察を行う。この場合次の点に注意すべきである。
【0025】a) 触媒をエンジン始動前に予熱しなけれ
ばならない場合、その電力消費量は待ち時間があまり長
くならないように、しかしまたバッテリーが過度に負荷
されないように配慮する必要がある。バッテリーが過度
に負荷されることなく、またそれにもかかわらず触媒の
応答挙動を明確に制御するために、構成に応じて約40
〜400A(12V系の場合)の電流消費が考慮され
る。
ばならない場合、その電力消費量は待ち時間があまり長
くならないように、しかしまたバッテリーが過度に負荷
されないように配慮する必要がある。バッテリーが過度
に負荷されることなく、またそれにもかかわらず触媒の
応答挙動を明確に制御するために、構成に応じて約40
〜400A(12V系の場合)の電流消費が考慮され
る。
【0026】b) 触媒をエンジンの始動後に初めて加熱
する場合、触媒は一層長い期間又はより高い電力を供給
されるが、点灯発電機の許容負荷及び必要なケーブル布
線の枠内で最大の電流強度を考慮すべきである。特に電
気装置の可燃性に関して注意しなければならない。
する場合、触媒は一層長い期間又はより高い電力を供給
されるが、点灯発電機の許容負荷及び必要なケーブル布
線の枠内で最大の電流強度を考慮すべきである。特に電
気装置の可燃性に関して注意しなければならない。
【0027】これらの条件の下に、触媒の電気加熱に関
して12Vの電圧で作動する電気装置の場合、触媒又は
個々の触媒領域を加熱するために約5〜400アンペア
の電流強度を使用し得ることから出発することができ
る。このことは、触媒を加熱するために利用する電流路
の電気抵抗は、本明細書の導入部においてすでに記載し
たように特定の値を上回ってもまた下回ってもならない
ことを意味する。個々の薄板層から構成された触媒担体
の場合、抵抗Rに関しては次の式が成り立つ。 R=ρ・L/z・b・h ρ=電気抵抗率、L=層の長さ(場合によっては平坦な
薄板と波状の薄板とでは異なる)、b=箔厚、h=箔の
高さ、z=層の数。 触媒が高さhのN個の触媒円板から構成されている場
合、抵抗は直列接続では更に相応してN倍すべきであ
る。
して12Vの電圧で作動する電気装置の場合、触媒又は
個々の触媒領域を加熱するために約5〜400アンペア
の電流強度を使用し得ることから出発することができ
る。このことは、触媒を加熱するために利用する電流路
の電気抵抗は、本明細書の導入部においてすでに記載し
たように特定の値を上回ってもまた下回ってもならない
ことを意味する。個々の薄板層から構成された触媒担体
の場合、抵抗Rに関しては次の式が成り立つ。 R=ρ・L/z・b・h ρ=電気抵抗率、L=層の長さ(場合によっては平坦な
薄板と波状の薄板とでは異なる)、b=箔厚、h=箔の
高さ、z=層の数。 触媒が高さhのN個の触媒円板から構成されている場
合、抵抗は直列接続では更に相応してN倍すべきであ
る。
【0028】電流Iによって導体内に生じる熱は以下の
通りである。 Q=U・I・t=I2 ・R Q=熱量、U=電圧、I=電流、t=時間、R=抵抗。
通りである。 Q=U・I・t=I2 ・R Q=熱量、U=電圧、I=電流、t=時間、R=抵抗。
【0029】担体を温度Tに加熱するのに必要な熱量は
以下の通りである。 Q=c・m・ΔT c=比熱、m=質量、ΔT=温度差。 これから純粋な電気抵抗の加熱による加熱時間 te1= c・m・ΔT/U・I が得られる。エンジンの廃熱により触媒に供給される熱
量も含めて実際の加熱時間は著しく短く、経験値によれ
ば約2分の1te1にすぎない。
以下の通りである。 Q=c・m・ΔT c=比熱、m=質量、ΔT=温度差。 これから純粋な電気抵抗の加熱による加熱時間 te1= c・m・ΔT/U・I が得られる。エンジンの廃熱により触媒に供給される熱
量も含めて実際の加熱時間は著しく短く、経験値によれ
ば約2分の1te1にすぎない。
【0030】本発明の以下に記載する各実施例は、金属
薄板からなる触媒担体を、電気的加熱に適した抵抗を有
する電流路が生じるように構成する種々の可能性を示す
ものである。この場合本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、当業者による変形態様もまた先行技
術に基づく同等の実施態様も該当するものである。特に
薄板層は平坦な薄板と波状薄板とが交互に配設されたも
のである必要はなく、先行技術において多くの変形が公
知であるように、別様に構造化された薄板も同様に使用
することができる。
薄板からなる触媒担体を、電気的加熱に適した抵抗を有
する電流路が生じるように構成する種々の可能性を示す
ものである。この場合本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、当業者による変形態様もまた先行技
術に基づく同等の実施態様も該当するものである。特に
薄板層は平坦な薄板と波状薄板とが交互に配設されたも
のである必要はなく、先行技術において多くの変形が公
知であるように、別様に構造化された薄板も同様に使用
することができる。
【0031】図5は蛇行状に重ねられた触媒担体50を
示し、これは平坦な薄板51及び波状薄板52からな
り、方向変換部57を有する積層体からなる。本実施例
ではこの積層体は4つの波状薄板52と3つの平坦な薄
板51により構成されており、積層体の上側及び下側は
波状薄板からなる。これらの蛇行湾曲体間にはそれぞれ
電気的に絶縁性の中間層58が配設されており、これは
個々の蛇行湾曲体間に直接電気接続が生じるのを阻止す
る。積層体の両端でその薄板はそれぞれ互いに導電接続
され、電流導入線53及び電流導出線54又はそれに適
した接続片を備えている。担体全体は容器又はジャケッ
ト管55内に配置されている。その前面で方向変換部5
7の範囲は破線で記された縁カバー56a、56bを有
し、これは方向変換部57と容器55との間に望ましく
ない電流が流れるのを阻止し、また蛇行湾曲体と絶縁性
中間層58とを固定する。この装置の抵抗は蛇行状薄板
積層体中の薄板の数によって広範囲に変えることができ
る。更に装置のこの様式により横断面が長方形でないも
のも充填することができる。
示し、これは平坦な薄板51及び波状薄板52からな
り、方向変換部57を有する積層体からなる。本実施例
ではこの積層体は4つの波状薄板52と3つの平坦な薄
板51により構成されており、積層体の上側及び下側は
波状薄板からなる。これらの蛇行湾曲体間にはそれぞれ
電気的に絶縁性の中間層58が配設されており、これは
個々の蛇行湾曲体間に直接電気接続が生じるのを阻止す
る。積層体の両端でその薄板はそれぞれ互いに導電接続
され、電流導入線53及び電流導出線54又はそれに適
した接続片を備えている。担体全体は容器又はジャケッ
ト管55内に配置されている。その前面で方向変換部5
7の範囲は破線で記された縁カバー56a、56bを有
し、これは方向変換部57と容器55との間に望ましく
ない電流が流れるのを阻止し、また蛇行湾曲体と絶縁性
中間層58とを固定する。この装置の抵抗は蛇行状薄板
積層体中の薄板の数によって広範囲に変えることができ
る。更に装置のこの様式により横断面が長方形でないも
のも充填することができる。
【0032】図6はU字状に曲げられた平坦な薄板層6
1及び波状薄板層62を有するそれ自体は公知の触媒装
置を例示するものであるが、これらの薄板層はその両端
で支持壁65、66、69に固定されている。本発明に
よればこの装置も絶縁性中間層68によって、また支持
壁65、66、69を導電性の区域65、66と電気的
に絶縁性の構造物69とに区分けすることによって、適
切な抵抗を有する電流路が生じるように細分されてい
る。矢印で示されているように、電流は順次U字状の互
いに隣接する薄板の異なるグループを通って流れ、その
際支持壁の導電性区域はその都度次のグループを接続さ
せる。担体の内部で支持壁は、対向する導電性区域に対
する貫通電気接続部材67を有し、その結果支持壁69
の両側にあるU字状薄板の各グループは電流供給に関与
する。電流導出線64はこの実施例の場合電流導入線6
3の近くにある。触媒担体60全体は場合によっては更
に、図示されていないジャケット管に配置する必要があ
り、このジャケット管に対向する一番外側の薄板層は場
合によっては絶縁されていなければならず、またこのジ
ャケット管を介して電流導入線63及び電流導出線64
は場合によっては絶縁して通過させる必要がある。
1及び波状薄板層62を有するそれ自体は公知の触媒装
置を例示するものであるが、これらの薄板層はその両端
で支持壁65、66、69に固定されている。本発明に
よればこの装置も絶縁性中間層68によって、また支持
壁65、66、69を導電性の区域65、66と電気的
に絶縁性の構造物69とに区分けすることによって、適
切な抵抗を有する電流路が生じるように細分されてい
る。矢印で示されているように、電流は順次U字状の互
いに隣接する薄板の異なるグループを通って流れ、その
際支持壁の導電性区域はその都度次のグループを接続さ
せる。担体の内部で支持壁は、対向する導電性区域に対
する貫通電気接続部材67を有し、その結果支持壁69
の両側にあるU字状薄板の各グループは電流供給に関与
する。電流導出線64はこの実施例の場合電流導入線6
3の近くにある。触媒担体60全体は場合によっては更
に、図示されていないジャケット管に配置する必要があ
り、このジャケット管に対向する一番外側の薄板層は場
合によっては絶縁されていなければならず、またこのジ
ャケット管を介して電流導入線63及び電流導出線64
は場合によっては絶縁して通過させる必要がある。
【0033】本発明の他の実施例を図7、図8及び図9
に示す。図7は少なくとも断片的に平坦な薄板条片71
及び波状薄板条片72からなる、極めて長く引き伸ばさ
れた薄板積層体70の一部を示すものである。この積層
体は間隔をおいて複数個のくびれ部73を有する。この
くびれ部は、波状薄板72が断片的に波状でない場合又
は積層体を所望の範囲で圧搾することにより得ることが
できる。また例えばこの積層体をくびれ部なしに製造
し、平坦な薄板71と波状薄板72との間の接触箇所で
ろう付けし、その後に初めてくびれ部を圧搾することも
可能である。こうして形成した積層体から、図8に示す
ような触媒担体80を積層することができる。基本的に
は蛇行状の成層であるが、この場合方向変換部は積層体
70のくびれ部73によって形成されている。こうして
所望の横断面形状を容易に製造することができまた不規
則に成形される縁範囲を小さくすることができる。排ガ
スが流過しないくびれ部73は、この範囲で電気抵抗を
降下させるため補強材74を有していてもよい。積層体
の平坦な薄板81及び波状薄板82は両端で導電可能に
接続され、電流導入線83並びに電流導出線84で終わ
るが、これらは絶縁片85、86を介して、担体を包囲
するジャケット管に導かれる。個々の蛇行湾曲部及び積
層体の外側は絶縁層88により互いにまたジャケット管
から電気的に隔離されている。図9はジャケット管に対
する絶縁可能性の一例を示す図8からの一部拡大断面図
である。ジャケット管90は例えばポケット93を有
し、ここにはセラミック板98が装入され、また場合に
よってはそこにろう付けされている。このセラミック板
98は、平坦な薄板91及び波状薄板92からなる積層
体をジャケット管90から間隔を置いて保持し、これに
より電気的及び熱的絶縁が得られる。しかし絶縁体とし
てはセラミック繊維マット又は他のセラミック材料も使
用することができる。
に示す。図7は少なくとも断片的に平坦な薄板条片71
及び波状薄板条片72からなる、極めて長く引き伸ばさ
れた薄板積層体70の一部を示すものである。この積層
体は間隔をおいて複数個のくびれ部73を有する。この
くびれ部は、波状薄板72が断片的に波状でない場合又
は積層体を所望の範囲で圧搾することにより得ることが
できる。また例えばこの積層体をくびれ部なしに製造
し、平坦な薄板71と波状薄板72との間の接触箇所で
ろう付けし、その後に初めてくびれ部を圧搾することも
可能である。こうして形成した積層体から、図8に示す
ような触媒担体80を積層することができる。基本的に
は蛇行状の成層であるが、この場合方向変換部は積層体
70のくびれ部73によって形成されている。こうして
所望の横断面形状を容易に製造することができまた不規
則に成形される縁範囲を小さくすることができる。排ガ
スが流過しないくびれ部73は、この範囲で電気抵抗を
降下させるため補強材74を有していてもよい。積層体
の平坦な薄板81及び波状薄板82は両端で導電可能に
接続され、電流導入線83並びに電流導出線84で終わ
るが、これらは絶縁片85、86を介して、担体を包囲
するジャケット管に導かれる。個々の蛇行湾曲部及び積
層体の外側は絶縁層88により互いにまたジャケット管
から電気的に隔離されている。図9はジャケット管に対
する絶縁可能性の一例を示す図8からの一部拡大断面図
である。ジャケット管90は例えばポケット93を有
し、ここにはセラミック板98が装入され、また場合に
よってはそこにろう付けされている。このセラミック板
98は、平坦な薄板91及び波状薄板92からなる積層
体をジャケット管90から間隔を置いて保持し、これに
より電気的及び熱的絶縁が得られる。しかし絶縁体とし
てはセラミック繊維マット又は他のセラミック材料も使
用することができる。
【0034】図10は本発明のもう一つの特に好ましい
一実施例、すなわち逆方向に組み合わせた平坦な薄板1
01及び波状薄板102の積層体からなる公知の触媒担
体100を示すものである。触媒担体のこの構造はそれ
自体公知であり、しばしばS字状と呼ばれる。この実施
形式は、積層体の上面および下面に絶縁層108又は絶
縁被覆を設ける可能性を提供するものであり、これによ
り積層体を逆方向に組み合わせた場合、矢印で示されて
いるように比較的長い電流路が生じる。その長さは、原
料積層体の高さ対触媒担体の直径の比に依る。薄板層1
01、102がその両端で互いに絶縁されている導電性
の半殻体105、106に固定されている限り、これら
の半殻体に電流導入線103及び電流導出線104を取
り付けることができる。このため半殻体105、106
は例えば絶縁片107によって互いに分離されているこ
とを要し、この場合絶縁層108は丁度この絶縁片10
7の範囲内で終わっていなければならない。全装置は通
常更に電気的に絶縁して図示されていないジャケット管
に収納されるが、これには電流導入線103及び電流導
出線104が絶縁状態で導入される必要がある。また一
般に実際的なすべての実施例で、容器に対して及び自動
車の車体に対して良好な導電接続が得られる場合には、
電流導出線を省略することができる。逆方向に組み合わ
せられた薄板により、他の多くの横断面形状のものも公
知方法で満たすことができ、従ってこの実施例は横断面
が円形のものに限定されるものではない。
一実施例、すなわち逆方向に組み合わせた平坦な薄板1
01及び波状薄板102の積層体からなる公知の触媒担
体100を示すものである。触媒担体のこの構造はそれ
自体公知であり、しばしばS字状と呼ばれる。この実施
形式は、積層体の上面および下面に絶縁層108又は絶
縁被覆を設ける可能性を提供するものであり、これによ
り積層体を逆方向に組み合わせた場合、矢印で示されて
いるように比較的長い電流路が生じる。その長さは、原
料積層体の高さ対触媒担体の直径の比に依る。薄板層1
01、102がその両端で互いに絶縁されている導電性
の半殻体105、106に固定されている限り、これら
の半殻体に電流導入線103及び電流導出線104を取
り付けることができる。このため半殻体105、106
は例えば絶縁片107によって互いに分離されているこ
とを要し、この場合絶縁層108は丁度この絶縁片10
7の範囲内で終わっていなければならない。全装置は通
常更に電気的に絶縁して図示されていないジャケット管
に収納されるが、これには電流導入線103及び電流導
出線104が絶縁状態で導入される必要がある。また一
般に実際的なすべての実施例で、容器に対して及び自動
車の車体に対して良好な導電接続が得られる場合には、
電流導出線を省略することができる。逆方向に組み合わ
せられた薄板により、他の多くの横断面形状のものも公
知方法で満たすことができ、従ってこの実施例は横断面
が円形のものに限定されるものではない。
【0035】図10により構成された電気的に加熱可能
の触媒担体の達成可能な電気抵抗が所望の軸方向の長さ
を考慮して十分に高くない場合には、例えば図11に示
すように複数個の順次に配列された円板を相互接続する
ことができる。ここに示された実施例は4つの順次に接
続された図10により構成された高さhの円板100か
らなり、この場合個々の円板は、それぞれ2個の円板を
包括する円筒状半殻体116によって直列に接続されて
いることが明らかである。全担体は1本の電流導入線1
13と、4本までの電流導出線114を有し、これはそ
れぞれ短絡スイッチ115a、115b、115cを介
して接続又は遮断可能である。個々の円板100間の間
隙118は軸方向の電気絶縁を生ぜしめ、全担体はまた
電気的に絶縁して図示されていないジャケット管に収納
することができる。この装置の略示した電気結線は次の
作動法を可能とする。
の触媒担体の達成可能な電気抵抗が所望の軸方向の長さ
を考慮して十分に高くない場合には、例えば図11に示
すように複数個の順次に配列された円板を相互接続する
ことができる。ここに示された実施例は4つの順次に接
続された図10により構成された高さhの円板100か
らなり、この場合個々の円板は、それぞれ2個の円板を
包括する円筒状半殻体116によって直列に接続されて
いることが明らかである。全担体は1本の電流導入線1
13と、4本までの電流導出線114を有し、これはそ
れぞれ短絡スイッチ115a、115b、115cを介
して接続又は遮断可能である。個々の円板100間の間
隙118は軸方向の電気絶縁を生ぜしめ、全担体はまた
電気的に絶縁して図示されていないジャケット管に収納
することができる。この装置の略示した電気結線は次の
作動法を可能とする。
【0036】まず排ガスの流動方向に見て最前端の円板
100を、スイッチ115aのみを接続することによっ
て、この円板の抵抗に相当する極めて高い電流で負荷す
ることができる。従ってこれは図4に示した曲線TK2の
出発時に相応して急速に加熱される。一定の時限例えば
10秒が経過した後、スイッチ115aは遮断可能であ
り、その結果スイッチ115b、115cが遮断される
と、全円板は以後の加熱のために4分の1に減少した加
熱電流を得る。予め規定された時限で順次にスイッチ1
15a、115b及び115cを個々に開くことも可能
であり、これにより触媒は円板毎に減少する電力で加熱
される。これは同時に極く短時間での高い電流消費量で
触媒を急速に応答させることを可能にする。
100を、スイッチ115aのみを接続することによっ
て、この円板の抵抗に相当する極めて高い電流で負荷す
ることができる。従ってこれは図4に示した曲線TK2の
出発時に相応して急速に加熱される。一定の時限例えば
10秒が経過した後、スイッチ115aは遮断可能であ
り、その結果スイッチ115b、115cが遮断される
と、全円板は以後の加熱のために4分の1に減少した加
熱電流を得る。予め規定された時限で順次にスイッチ1
15a、115b及び115cを個々に開くことも可能
であり、これにより触媒は円板毎に減少する電力で加熱
される。これは同時に極く短時間での高い電流消費量で
触媒を急速に応答させることを可能にする。
【0037】図12及び図13は、再度S字状の電気的
に加熱可能の触媒担体を、横断面図(図12)及び縦断
面図(図13)で示すものである。図12には逆方向に
組み合わせられた平坦な薄板121と波状の薄板122
とからなる図10に相応する本来の触媒担体120の他
に、系及び接続部がジャケット管127a、127bに
装入されている状態が示されている。ジャケット管は2
個の半殻体127a、127bからなり、これらはセラ
ミック絶縁材129、130により電気的に互いに分離
されている。この半殻体127a、127b内で、これ
から電気的に絶縁して、もう一つの半殻体125、12
6が存在し、これらは電流導入線123又は電流導出線
124と接続されている。電気的構成及び絶縁層128
は図10のそれと同じである。導入線123、導出線1
24はセラミック片129を通して外部に導かれる。図
13から認め得るように、例えばこの種の2個の触媒担
体120a、120bを連続的にまた電気的に直列に接
続してジャケット管に収納することができる。
に加熱可能の触媒担体を、横断面図(図12)及び縦断
面図(図13)で示すものである。図12には逆方向に
組み合わせられた平坦な薄板121と波状の薄板122
とからなる図10に相応する本来の触媒担体120の他
に、系及び接続部がジャケット管127a、127bに
装入されている状態が示されている。ジャケット管は2
個の半殻体127a、127bからなり、これらはセラ
ミック絶縁材129、130により電気的に互いに分離
されている。この半殻体127a、127b内で、これ
から電気的に絶縁して、もう一つの半殻体125、12
6が存在し、これらは電流導入線123又は電流導出線
124と接続されている。電気的構成及び絶縁層128
は図10のそれと同じである。導入線123、導出線1
24はセラミック片129を通して外部に導かれる。図
13から認め得るように、例えばこの種の2個の触媒担
体120a、120bを連続的にまた電気的に直列に接
続してジャケット管に収納することができる。
【0038】図14はほぼ軸方向に、場合によっては蛇
行状に電流I(矢印参照)が貫流する触媒担体140及
び長手軸方向での断面図で示したジャケット管141へ
のその埋込状態を示すものである。この触媒担体140
は一端で良導電性の例えば金属環142を介してジャケ
ット管141と接続されている。他端は、一種のスライ
ド結合を形成する電気的に絶縁性の間隔保持体148に
よりジャケット管141から分離されている。この前面
又は両面は良導電性の端子板146を有し、これは大電
流Iを触媒担体140に均一に導入するのに役立つ。端
子板146は例えば約3〜10〓ほど軸方向で触媒担体
140内に突入しており、この薄板と良好に導電接続さ
れており、有利には硬ろう付けされている。端子板14
6にはリード線143が良導電的に固定されており、リ
ード線143は絶縁ブッシング145を通ってジャケッ
ト管141から外部に導かれている。リード線143は
弾性的に変形可能な範囲144を有し、この範囲44は
触媒担体140のジャケット管141に対する長手方向
熱膨張を補償することができる。リード線143、14
4は例えば高温耐食性の材料からなる折り曲げられた厚
い薄板条片からなっていてもよい。
行状に電流I(矢印参照)が貫流する触媒担体140及
び長手軸方向での断面図で示したジャケット管141へ
のその埋込状態を示すものである。この触媒担体140
は一端で良導電性の例えば金属環142を介してジャケ
ット管141と接続されている。他端は、一種のスライ
ド結合を形成する電気的に絶縁性の間隔保持体148に
よりジャケット管141から分離されている。この前面
又は両面は良導電性の端子板146を有し、これは大電
流Iを触媒担体140に均一に導入するのに役立つ。端
子板146は例えば約3〜10〓ほど軸方向で触媒担体
140内に突入しており、この薄板と良好に導電接続さ
れており、有利には硬ろう付けされている。端子板14
6にはリード線143が良導電的に固定されており、リ
ード線143は絶縁ブッシング145を通ってジャケッ
ト管141から外部に導かれている。リード線143は
弾性的に変形可能な範囲144を有し、この範囲44は
触媒担体140のジャケット管141に対する長手方向
熱膨張を補償することができる。リード線143、14
4は例えば高温耐食性の材料からなる折り曲げられた厚
い薄板条片からなっていてもよい。
【0039】図15及び図16は端子板を触媒担体の正
面に埋込むための種々の実施態様を示すものである。平
坦な薄板151と波状薄板152とから巻き上げられて
いる図15に示した触媒担体150では、直線状の板1
56が正面の相応するスリット内に挿入されている。図
16にはほぼS字状に組み合わせて構造化された薄板1
61、162からなる触媒担体160の正面側が示され
ている。この場合端子板166は同様にS字形である。
このような構造は例えば、S字状の触媒担体がこの薄板
積層体の端部を組み合わせることによって形成される薄
板積層体内に、端子板166を一緒に封入した場合に得
られる。
面に埋込むための種々の実施態様を示すものである。平
坦な薄板151と波状薄板152とから巻き上げられて
いる図15に示した触媒担体150では、直線状の板1
56が正面の相応するスリット内に挿入されている。図
16にはほぼS字状に組み合わせて構造化された薄板1
61、162からなる触媒担体160の正面側が示され
ている。この場合端子板166は同様にS字形である。
このような構造は例えば、S字状の触媒担体がこの薄板
積層体の端部を組み合わせることによって形成される薄
板積層体内に、端子板166を一緒に封入した場合に得
られる。
【0040】図17は2枚の電気的に互いに絶縁された
薄板層171、172の型締め結合を略示するものであ
り、これは矢印で示される軸方向の力を吸収することが
できる。この図は型締め結合173の範囲における2枚
の接触する薄板層171、172の縦断面図である。こ
のような型締め結合は例えば触媒担体の長手方向に対し
てほぼ直角に走る溝によって又は個々の合わせ目によっ
て得ることができる。例えばセラミック材料からなる絶
縁層178は両薄板層171、172を互いに分離す
る。この溝又は継ぎ目の深さdが絶縁層178の厚さよ
りも大きい限り、この層は型締め結合173の軸方向に
おける負荷に際して、引張られるのではなく、主として
押付けられ、その結果この結合の軸方向の高い強度が得
られる。
薄板層171、172の型締め結合を略示するものであ
り、これは矢印で示される軸方向の力を吸収することが
できる。この図は型締め結合173の範囲における2枚
の接触する薄板層171、172の縦断面図である。こ
のような型締め結合は例えば触媒担体の長手方向に対し
てほぼ直角に走る溝によって又は個々の合わせ目によっ
て得ることができる。例えばセラミック材料からなる絶
縁層178は両薄板層171、172を互いに分離す
る。この溝又は継ぎ目の深さdが絶縁層178の厚さよ
りも大きい限り、この層は型締め結合173の軸方向に
おける負荷に際して、引張られるのではなく、主として
押付けられ、その結果この結合の軸方向の高い強度が得
られる。
【0041】本発明及び上記の各実施例は、十分な電力
が得られる限り、原理的には始動触媒の電気加熱にも主
触媒の加熱にも適用することができる。複数個の触媒担
体を並列又は直列に相互接続することは与えられた状況
及び寸法に応じて可能である。点灯発電機によりエンジ
ンを始動しまた電流を得る場合には、これらの触媒は直
接交流によって加熱することもでき、その結果すべての
必要な電力はとりあえず整流する必要はない。自動車に
おける他の電気装置とは異なり、これらの触媒担体は電
圧の変化に左右されず、従って場合によっては不規則な
補助の電圧の供給によって給電することもできる。本発
明による電気的に加熱可能の触媒担体は、自動車の冷始
動時における放出物に対する特に厳格な要求に合わせ
て、有害物質の排出量を減少させるのに適している。上
記のハニカム体はその主な使用分野を自動車用触媒に有
するが、例えば流体用の加熱器又は蒸発器としての、他
の用途にも可能である。
が得られる限り、原理的には始動触媒の電気加熱にも主
触媒の加熱にも適用することができる。複数個の触媒担
体を並列又は直列に相互接続することは与えられた状況
及び寸法に応じて可能である。点灯発電機によりエンジ
ンを始動しまた電流を得る場合には、これらの触媒は直
接交流によって加熱することもでき、その結果すべての
必要な電力はとりあえず整流する必要はない。自動車に
おける他の電気装置とは異なり、これらの触媒担体は電
圧の変化に左右されず、従って場合によっては不規則な
補助の電圧の供給によって給電することもできる。本発
明による電気的に加熱可能の触媒担体は、自動車の冷始
動時における放出物に対する特に厳格な要求に合わせ
て、有害物質の排出量を減少させるのに適している。上
記のハニカム体はその主な使用分野を自動車用触媒に有
するが、例えば流体用の加熱器又は蒸発器としての、他
の用途にも可能である。
【図1】本発明の自動車における排ガス系の原理構成図
である。
である。
【図2】本発明の電気的に加熱可能の触媒用基本回路の
一例の接続図である。
一例の接続図である。
【図3】本発明の電気的に加熱可能の触媒用基本回路の
他の例の接続図である。
他の例の接続図である。
【図4】自動車の排ガス系、触媒系における温度の時間
的経過を示す線図である。
的経過を示す線図である。
【図5】本発明の蛇行状に重ねられた触媒担体の一部切
欠正面図である。
欠正面図である。
【図6】本発明のU字状に延びる薄板層及びそれに相応
する電流路を有する触媒担体の一部切欠正面図である。
する電流路を有する触媒担体の一部切欠正面図である。
【図7】本発明のくびれ部を有する薄板積層体の断面図
である。
である。
【図8】本発明の薄板積層体から形成された蛇行状に重
ねられた触媒担体の斜視図である。
ねられた触媒担体の斜視図である。
【図9】図8に示す薄板積層体のジャケット管に対する
絶縁処理を示す断面図である。
絶縁処理を示す断面図である。
【図10】本発明の絶縁性の中間層を有する逆方向に組
み合わされた薄板積層体からなる電気的に加熱可能な触
媒担体の断面図である。
み合わされた薄板積層体からなる電気的に加熱可能な触
媒担体の断面図である。
【図11】図10に示す触媒担体を複数個電気的に相互
接続したものの斜視図である。
接続したものの斜視図である。
【図12】本発明のジャケット管及び電気接続用ブッシ
ングを有する逆方向に組み合わされた薄板からなる触媒
担体の一例の断面図である。
ングを有する逆方向に組み合わされた薄板からなる触媒
担体の一例の断面図である。
【図13】図12に示す2つの円板から構成された触媒
担体の側面図である。
担体の側面図である。
【図14】本発明の導電性の触媒担体の組み込み法を示
す一部切欠き斜視図である。
す一部切欠き斜視図である。
【図15】本発明の端面側の端子板の一例の一部切欠き
側面図である。
側面図である。
【図16】本発明の端面側の端子板の一例の一部切欠き
側面図である。
側面図である。
【図17】2つの薄板層間の電気的に絶縁性の型締め結
合の断面図である。
合の断面図である。
10a、10b エンジン排気管 11a、11b、12a、12b、16a、16b 始
動触媒位置 13 混合域 14 ラムダプローブ 15a、15b 排ガス導管 17a、17b、18a、18b 主触媒 19a、19b 排気管 20 電源 21 定時継電器 22 点火キー 23 スイッチ 24 触媒 25 電圧測定器 26 電流測定器 30 電源 31 定時継電器 32 点火キー 33 スイッチ 34、35、36、37 触媒の部分領域 50 触媒担体 51 平坦薄板 52 波状薄板 53 電流導入線 54 電流導出線 55 ジャケット管 56a、56b 縁カバー 57 方向変換部 58 絶縁性中間層 60 触媒担体 61 平坦薄板層 62 波状薄板層 63 電流導入線 64 電流導出線 65、66、69 支持壁 67 貫通電気接続部材 68 絶縁性中間層 70 薄板積層体 71 薄板条片 72 波状薄板条片 73 くびれ部 74 補強材 80 触媒担体 81 平坦薄板 82 波条薄板 83 電流導入線 84 電流導出線 85、86 絶縁片 88 絶縁層 90 ジャケット管 91 平坦薄板 92 波状薄板 93 セラミック板 100 触媒担体 101 平坦薄板 102 波状薄板 103 電流導入線 104 電流導出線 105、106 半殻体 107 絶縁片 108 絶縁層 113 電流導入線 114 電流導出線 115a、115b、115c 短絡スイッチ 116 円筒状半殻体 118 間隙 120 触媒担体 121 平坦薄板 122 波状薄板 123 電流導入線 124 電流導出線 125、126、127a、127b 半殻体 128 絶縁層 129 セラミック片 140 触媒担体 141 ジャケット管 142 金属環 143 リード線 145 絶縁ブッシング 146 端子板 148 間隔保持体 150 触媒担体 151 平坦薄板 152 波状薄板 156 板 160 触媒担体 161、162 薄板 166 端子板 171、172 薄板層 173 型締め結合 178 絶縁層
動触媒位置 13 混合域 14 ラムダプローブ 15a、15b 排ガス導管 17a、17b、18a、18b 主触媒 19a、19b 排気管 20 電源 21 定時継電器 22 点火キー 23 スイッチ 24 触媒 25 電圧測定器 26 電流測定器 30 電源 31 定時継電器 32 点火キー 33 スイッチ 34、35、36、37 触媒の部分領域 50 触媒担体 51 平坦薄板 52 波状薄板 53 電流導入線 54 電流導出線 55 ジャケット管 56a、56b 縁カバー 57 方向変換部 58 絶縁性中間層 60 触媒担体 61 平坦薄板層 62 波状薄板層 63 電流導入線 64 電流導出線 65、66、69 支持壁 67 貫通電気接続部材 68 絶縁性中間層 70 薄板積層体 71 薄板条片 72 波状薄板条片 73 くびれ部 74 補強材 80 触媒担体 81 平坦薄板 82 波条薄板 83 電流導入線 84 電流導出線 85、86 絶縁片 88 絶縁層 90 ジャケット管 91 平坦薄板 92 波状薄板 93 セラミック板 100 触媒担体 101 平坦薄板 102 波状薄板 103 電流導入線 104 電流導出線 105、106 半殻体 107 絶縁片 108 絶縁層 113 電流導入線 114 電流導出線 115a、115b、115c 短絡スイッチ 116 円筒状半殻体 118 間隙 120 触媒担体 121 平坦薄板 122 波状薄板 123 電流導入線 124 電流導出線 125、126、127a、127b 半殻体 128 絶縁層 129 セラミック片 140 触媒担体 141 ジャケット管 142 金属環 143 リード線 145 絶縁ブッシング 146 端子板 148 間隔保持体 150 触媒担体 151 平坦薄板 152 波状薄板 156 板 160 触媒担体 161、162 薄板 166 端子板 171、172 薄板層 173 型締め結合 178 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キロン、テオドール ドイツ連邦共和国 D−5060 ベルギツシ ユグラートバツハ 1 クルト‐シユーマ ツヒアーシユトラーセ 12 (72)発明者 マウス、ウオルフガング ドイツ連邦共和国 D−5060 ベルギツシ ユグラートバツハ 1 グートホルスト (番地なし) (72)発明者 スワルス、ヘルムート ドイツ連邦共和国 D−5060 ベルギツシ ユグラートバツハ 1 リートヴエーク 11 (72)発明者 ウイーレス、ルートヴイツヒ ドイツ連邦共和国 D−5063 オフエラー ト オペルナーシユトラーセ 2
Claims (8)
- 【請求項1】 多数の溝を形成する壁面を有する金属性
構造物からなり、溝を通して流体がほぼ軸方向に流れ得
るようになっている導電性ハニカム体であって、前記壁
面はほぼ0.03〜0.12mmの厚みを有し、ハニカ
ム体は間隙により横断面及び/又は軸方向の延長部にお
いて電気的に細分され、金属製構造物を通して0.03
〜2オームの電気抵抗を有する少なくとも1つの電流路
が生じるようになっていることを特徴とする導電性ハニ
カム体。 - 【請求項2】 壁面の厚みが0.03〜0.06mmで
あることを特徴とする特許請求の範囲1記載のハニカム
体。 - 【請求項3】 電流路の電気抵抗が0.1〜1オームで
あることを特徴とする請求項1又2記載のハニカム体。 - 【請求項4】 ハニカム体が触媒活性の材料で被覆され
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。 - 【請求項5】 ハニカム体が粉末冶金により作られたも
のであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つ
に記載のハニカム体。 - 【請求項6】 壁面が高温耐食性の薄板から形成され、
平坦な薄板と波状薄板とが交互に配置されていることを
特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のハニカ
ム体。 - 【請求項7】 ハニカム体がその横断面に関して部分的
に互いに電気的に絶縁性の部分領域に細分されており、
これらの部分領域が限定された電気的接続ブリッジによ
りすべてを又はグループ毎に電気的に直列に接続されて
いることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記
載のハニカム体。 - 【請求項8】 電流路が蛇行状に走っていることを特徴
とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のハニカム
体。
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