JPH09267045A

JPH09267045A - 電気加熱式触媒装置用メタル担体

Info

Publication number: JPH09267045A
Application number: JP8079765A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Matsuoka; 克憲松岡
Original assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Current assignee: Showa Aircraft Industry Co Ltd
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電気加熱式触媒装置用メタル担体１０を形成
するロール状の第２のハニカム体１２の上流に直列に配
設され、接合されない電気絶縁用波板を有する、軸方向
に短いロール状の電気加熱式の第１のハニカム体１１
の、テレスコーピングを防止する。【解決手段】直列に配設された電気加熱式第１のハニ
カム体１１と第２のハニカム体１２との間の間隔Ｃの中
に、ガス流の方向にハニカム状の通気路を有するセラミ
ックスで形成された一体のハニカム体をなすストッパ組
立体１３を配設し、電気加熱式第１のハニカム体１１に
生じるテレスコーピングを第２のハニカム体１２によっ
て抑える。第２のハニカム体１２は軸方向長さが長いの
でテレスコーピングを生じない。ストッパ組立体１３の
網目状通気路の密度は、第１のハニカム体１１の密度と
等しいかそれ以下とする。

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、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６５−４３７３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、ＮＯｘ
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、あ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】また、ハニカム体を通過する排気ガスの流
速がハニカム体の外層部より内層部に至るほど大きく、
したがってハニカム体では高温の排気ガスとの接触、触
媒反応による発熱および外筒からの熱放散により、内層
部ほど高温で外層部ほど低温となる温度分布を生じる。
この温度分布により、温度の高いハニカム体の内層部の
膨張・収縮量が、温度の低い外層部の膨張・収縮量より
大となるため、内層部と外層部との間に熱応力が発生す
る。この熱応力は、ハニカム体の膨張・収縮の度に繰り
返されるが、従来の触媒装置用メタル担体においては、
全ての平板材と波板材とがろう材を介して一体にろう付
けされているため熱応力を逃がすことができず、長期間
の使用により平板材と波板材との接合箇所が破断すると
いう欠点がある。

【０００６】この欠点を除くため、ハニカム体を形成す
る平板を２枚重ね、それら平板同志の間は接合せず単に
重ねられており、接合されない平板の間が、互いに自由
に滑って熱応力が緩和されるメタル担体が開示されてい
る。

【０００７】しかしながら、このような触媒装置用メタ
ル担体においては、内燃機関の始動時には排気ガスの温
度が低いため触媒反応が充分に行われず、そのため排気
ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ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種々の電気加熱式触媒装
置用メタル担体が開示されていて、始動時にメタル担体
を電気的に加熱して触媒反応を促進するようになってい
る。

【０００８】上述のように、複数の平板とそれら平板の
間に第２の波板を装入した形式のハニカム体において
は、第２の波板の表面に酸化アルミニウムなどの被膜層
を施して、ハニカム体のロール状に巻き回された層の間
を電気的に絶縁し、ハニカム体の巻き始めと巻き終りの
板材の端部にそれぞれ電源と接続するための電極を設け
て、ハニカム体の巻き取り方向に電流を流す方式が採用
されている。このようなハニカム体全体を加熱する電気
加熱式メタル担体では、同じ外形の場合に軸方向の長さ
が短い方が同じ消費電力に対して所要温度までの加熱時
間は短くなる。

【０００９】したがって、容量の大きいメタル担体や、
容量は小さいがより少ない消費電力で有効な電気加熱を
行わんとする電気加熱式メタル担体では、図３に示すよ
うにメタル担体３０の中のハニカム体を２分割して、電
気加熱するのに適当な容量の第１のメタル担体３１と、
加熱部分を含まない主要なメタル担体を形成する第２の
メタル担体３２とを直列に配設したものが開示されてい
る。

【００１０】図３において、第１のメタル担体３１の容
量が小さく、軸方向の長さが例えば２０ｍｍ以下のよう
に短い場合には、第１のメタル担体は絶縁用波板に施さ
れた絶縁層のために、絶縁用波板はろう材による接合が
行なわれず、使用中に層がずれる、図４に示すような、
所謂テレスコーピングが生じるという欠点がある。この
現象を防止するため、図５に示すように、電気加熱式の
第１のハニカム体２１の中心部に設けられた中心電極２
６を延長して第２のハニカム体２２の中心部に装入し、
第１のハニカム体２１の中心部と第２のハニカム体２２
の中心部とを結合することによってテレスコーピングを
防止している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の第１のハニカム
体の中心部の中心電極を延長して第２のハニカム体に結
合し、第１のハニカム体のテレスコーピングを防止する
方法において、第１のハニカム体のうち軸方向に固定さ
れている部分は、中心電極に近い部分と外筒に近い部分
だけで、その他の部分は充分に固定されていないためテ
レスコーピングを完全に防止できないという欠点がある
ほか、第１と第２のハニカム体の中心部分の位置がそれ
ぞれのハニカム体で異なるために、保持筒に装入する場
合無理な心合わせを行うので、加熱の際に第１のハニカ
ム体が変形するという欠点がある。さらに電気加熱を行
わない第２のハニカム体においても絶縁を考慮する必要
があるため構造が複雑になるという欠点がある。

【００１２】本発明の目的は、軸方向長さが短くテレス
コーピングを生じ易い電気加熱式メタル担体のテレスコ
ーピングを防止することにある。

【００１３】

【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、帯状の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枚の波板材と、平坦な帯状
の薄い金属板からなる複数枚の平板材とが相互に当接し
て重なり合い、かつ複数枚の平板材の中の隣り合う２枚
の間に、電気絶縁性被膜層を有する絶縁用波板が接合さ
れることなく配設され、軸の周りにロール状に巻かれて
形成された多数の網目状通気路を備えたハニカム体であ
って、ハニカム体のロール状に巻き回された層間が電気
的に絶縁され、ハニカム体の中心部に中心電極を有し、
ハニカム体の外周部に中心電極と逆性の外周電極を有す
る電気加熱式の、軸方向長さが短い第１のハニカム体
と、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形の凹凸を
形成した波板材と、平坦な帯状の薄い金属板からなる平
板材とが相互に当接して重なり合い、軸の周りにロール
状に巻かれて形成された多数の網目状通気路を備えたハ
ニカム体であって、第１のハニカム体の下流に直列にか
つ間隔を置いて配設された第２のハニカム体と、第１と
第２のハニカム体を覆って両ハニカム体を保持する保持
筒とを含む、電気加熱式触媒装置用メタル担体におい
て、第１のハニカム体と第２のハニカム体の間の所定の
間隔内に配設されて保持筒に保持され、両ハニカム体の
対向する軸方向両端面に当接し、第１のハニカム体が第
２のハニカム体の方向へ軸方向に移動するのを防止する
ための、ストッパ組立体を有している。

【００１４】前述のストッパ組立体は、セラミックスで
一体に形成され、排気ガス流の方向に多数の網目状通気
路を備え、軸方向長さが所定の間隔に等しいハニカム体
をなし、またハニカム体をなすストッパ組立体の網目状
通気路の密度は、第１のハニカム体の網目状通気路の密
度に等しいか又はそれ以下とする。

【００１５】

【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、巾の狭い金属板で形成された１枚の波板材
と複数枚の平板材とを重ね合わせ、さらに複数枚の平板
材の中の隣り合う２枚の間に、電気絶縁被膜層を有する
絶縁用波板を接合されることなく配設して、ロール状に
巻き回して軸方向長さが短いハニカム体を形成し、ロー
ルの巻き始めと巻き終りにそれぞれ電極を設けて電気加
熱が可能の第１のハニカム体を形成し、別の波板材と平
板材とを重ね合わせてロール状に巻き、触媒を担持させ
た第２のハニカム体を形成して、第１のハニカム体の下
流に直列に、所定の間隔を隔てて配設し、所定の間隔内
には、対向する両ハニカム体の端部に当接する１個のス
トッパ組立体を配設して、第１、第２のハニカム体およ
びストッパ組立体を、それらの外径と等しい内径を有す
る保持筒の中に収容して形成される。

【００１６】第２のハニカム体は、触媒を担持する主担
体であるため、通常軸方向長さを外径よりも大きくとる
ので、ガス流による軸方向下流へ向かってテレスコーピ
ングが発生することは極めて少ない。これに反し第１の
ハニカム体は、上述の如く電気加熱式ハニカム体であっ
て、より少ない消費電力で有効な電気加熱を行なう必要
があるため、軸方向長さを外径に比べて極めて短くし、
さらにまた複数の平板材を有する平板多重構造や、平板
材と波板材を重ね合わせた層が２層以上積み重ねられて
形成される多層構造のハニカム体のような、板材の軸方
向の拘束力が極めて小さい構造をとるので、ガス流によ
るテレスコーピングが発生し易い構造となっている。

【００１７】本発明による上述のストッパ組立体は、第
１のハニカム体と第２のハニカム体の間の所定の間隔内
に配設されて、両ハニカム体の対向する端面に当接して
保持筒の中に収容されているから、第１のハニカム体が
ガス流により第２のハニカム体に向ってテレスコーピン
グを起こしたとき、これを防止することができる。

【００１８】本発明によるストッパ組立体の構造は、排
気ガス流の方向にハニカム状の通気路を備え、セラミッ
クスで形成された一体のハニカム構造であって、外径が
第１、第２のハニカム体と同一であり、軸方向長さが第
１と第２のハニカム体の間の所定の間隔と同じで、かつ
両端面に於て第１と第２のハニカム体の対向する端面に
当接するように形成されている。

【００１９】上述のストッパ組立体は、ガス流に対する
通気抵抗が出来るだけ小さい方が好ましく、ハニカム体
をなすストッパ組立体の網目状通気路の密度は、第１の
ハニカム体の密度に対し、等しいか又はそれ以下とす
る。

【００２０】さらに、本発明によるメタル担体を上述の
構成としたため、電気的に加熱される第１のハニカム体
の構造が、複数の平板材を有する平板多重構造の場合
や、２層以上の層が重ね合わされて形成された多層構造
の場合のような、板材の軸方向の拘束力が極めて小なる
場合であっても、テレスコーピングが発生することはな
い。

【００２１】従って、第１のハニカム体の消費電力を設
計するに際し、多層構造において積み重ねる層の数の増
減や、さらに各層の板材の全長の増減によって、比較的
大幅な消費電力の増減を行なうことができ、また平板多
重構造において平板の枚数の増減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、これらの組み合せに
よって更に細かい客先の消費電力のニーズに合致したハ
ニカム体を提供することが出来る。

【００２２】

【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１（Ａ）は本発明の電気加熱式触媒装置用
メタル担体の一実施例の軸を含む断面略図、図１（Ｂ）
はストッパ組立体の外観の斜視図、図１（Ｃ）は、図１
（Ａ）の電気加熱式の第１のハニカム体の板材の構成を
示す模式的断面図である。

【００２３】図１（Ａ）において、電気加熱式触媒装置
用メタル担体１０には、電気加熱式の第１のハニカム体
１１と、第１のハニカム体１１の下流に同軸に所定の間
隔Ｃを隔てて第２のハニカム体１２が配設されており、
所定の間隔Ｃには、一体のセラミックスで形成されたス
トッパ組立体１３が設けられている。第１のハニカム体
１１と第２のハニカム体１２の外側面は、それぞれ外筒
１１ａ，１２ａで覆われ、さらに電気絶縁体１４を介し
て共通の保持筒１５内に装入されている。

【００２４】第１のハニカム体１１は、図１（Ｃ）に示
すような、帯状の薄い金属板を折り曲げて連続的な波形
の凹凸を形成した１枚の波板材１と、平坦な帯状の薄い
金属板からなる１枚の平板材２₁ とで形成される層と、
１枚の平板材２₂ と帯状の薄い金属板を折り曲げて連続
的な波形の凹凸を形成した電気絶縁性被膜層を有する絶
縁用波板３とで形成される層とが積み重ねられ、平板材
２₁ ，２₂ と絶縁用波板３との間はろう材で接合される
ことなく、ロール状に巻かれて形成されている。第１の
ハニカム体１１の中心部には、断面が円形で細長い棒状
の中心電極１６が配設されて、波板材１および平板材２
₁ ，２₂ の端部に接合されている。第１のハニカム体１
１のロール状の各層は、絶縁用波板３によって絶縁され
ているから、波板材１と平板材２₁ ，２₂ のロールの外
周部の端末に外周電極１７を設けることにより、中心電
極１６と外周電極１７との間の板材はロール状の電気抵
抗体を形成する。したがって、中心電極１６と外周電極
１７とをそれぞれ不図示の電源に接続すれば、第１のハ
ニカム体１１は電気加熱が可能なハニカム体となる。

【００２５】第２のハニカム体１２は、第１のハニカム
体１１と同様に、波板材と平板材とを重ねてロール状に
巻き回して形成したハニカム体であるが、必ずしも平板
二重構造や多層構造である必要はない。また絶縁用波板
は配設されない。第２のハニカム体１２は主要な触媒装
置用メタル担体としての役目を果たすものであるから、
第１のハニカム体１１に比べ軸方向長さは長くなってい
る。したがって一部の板材間がろう材によって接合され
ていない場合、または平板二重構造や多層構造の場合で
も、テレスコーピングを起こすことはない。

【００２６】ストッパ組立体１３は、セラミックス材で
一体に形成され、排気ガス流の方向に多数の網目状通気
路を具備するハニカム体であって、ストッパ組立体１３
の外形寸法は、直径が絶縁体１４又は保持筒１５に内接
する寸法で、軸方向長さは第１のハニカム体１１と第２
のハニカム体１２の間に形成される所定の間隔Ｃと同一
とする。したがってストッパ組立体１３は、軸方向端面
１３ａ、１３ｂがそれぞれ第１のハニカム体１１と第２
のハニカム体１２との対向する端面に当接するから、第
１のハニカム体１１がガス流によって第２のハニカム体
１２に向かって軸方向に移動したりテレスコーピングを
生じるのを防止することができる。

【００２７】第１と第２のハニカム体の間の間隔Ｃの寸
法、すなわちストッパ組立体１３の軸方向長さは、両ハ
ニカム体間の絶縁および加熱式メタル担体としての熱効
率を考慮して２〜３０ｍｍの間に設定することが望まし
い。

【００２８】ストッパ組立体１３を形成するセラミック
スは、コージェライト〔ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ、Ｍｇ₂
（ＡＬ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈）〕、ムライト（ｍｕｌｌｉｔｅ、Ａ
ｌ₆Ｓｉ₂Ｏ₁₃）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などから成形、
焼成などの工程をへて作られる。

【００２９】ハニカム体をなすストッパ組立体１３に形
成された網目状通気路の密度は、第１のハニカム体１１
の網目状通気路の密度に等しいか、又はそれ以下として
通気抵抗を極力減らすことが好ましい。

【００３０】第１のハニカム体１１と第２のハニカム体
１２及びストッパ組立体１３を配設するには、図１
（Ａ）に示すような保持筒１５が用いられるが、保持筒
１５の使用方法には、さらに図２（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示すようなものがある。図２（Ａ）に示す実施
例では、第１のハニカム体１１の外筒を延長して第２の
ハニカム体１２の外筒１２ａを覆い、保持筒１５を形成
するものであり、図２（Ｂ）に示す実施例では、第２の
ハニカム体１２の外筒を延長して第１のハニカム体１１
の外筒１１ａを覆い、保持筒１５を形成するものであ
る。これらの保持筒１５はそれぞれの外筒１２ａまたは
１１ａと溶接などによって固定する。図２（Ｃ）に示す
実施例は、図２（Ｂ）に示すストッパ組立体１３の外周
を絶縁性のある材料例えばセラミックスペーパーなどよ
りなる環状の保持体１８によって保持している。

【００３１】触媒担持を行うには、第１と第２のハニカ
ム体およびストッパ組立体を組み付け後同時に行うこと
も可能であるが、第１と第２のハニカム体について別個
の触媒担持を行って異なる担持仕様とし、または第１の
ハニカム体に触媒担持を行わないなど、種々の方法をと
ることができる。

【００３２】本発明によるストッパ組立体を、第１と第
２のハニカム体の間に設けることにより、電気加熱式の
第１のハニカム体のテレスコーピングの発生を防止する
ことができるので、第１のハニカム体を電気加熱するに
適した形状とするとともに、さらに客先の消費電力のニ
ーズに合致するように、軸方向長さの短縮を図ったり、
多層構造や平板多重構造のハニカム体を自由に採用する
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、１枚の波
板材と複数枚の平板材とが重なり合い、かつ隣り合う２
枚の平板材の間に電気絶縁性被膜を施された絶縁用波板
が接合されることなく配設され、ロール状に巻かれて形
成された、軸方向長さが短い電気加熱式の第１のハニカ
ム体を形成し、その下流に直列に所定の間隔を隔てて、
主要な触媒担体をなす第２のハニカム体を配設して、両
ハニカム体の対向する端部の間にセラミックスで形成さ
れたストッパ組立体を設けたため、第１のハニカム体が
ガス流によってテレスコーピングを発生するのを防止で
きるという効果がある。

【００３４】したがって第１のハニカム体に設けた中心
電極を、従来のように第２のハニカム体まで延長して保
持させる必要がないため、第２のハニカム体の電気的絶
縁を考慮する必要がなくて構造が簡単となり、かつ第１
のハニカム体と第２のハニカム体を保持筒の中へ無理な
く装入でき、また両ハニカム体の熱による膨張・収縮に
際しても無理がかからないため、耐久性が向上するとい
う効果を奏する。

【００３５】また従来の中心電極を延長するタイプでは
不可能であった触媒の担持仕様、すなわち第１のハニカ
ム体には触媒を担持しない仕様や、第１と第２のハニカ
ム体に別個の触媒を担持させる仕様が可能となるほか、
ストッパ組立体にも触媒を担持させ、さらに第１と第２
のハニカム体を別々の工程で触媒担持させることが可能
となるため、製作工程の自由度が大きくなるほか、触媒
効率が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の電気加熱式触媒装置用メタル
担体の軸を含む断面略図、（Ｂ）はハニカム体をなすス
トッパ組立体の外観の斜視図、（Ｃ）は、（Ａ）の第１
のハニカム体の板材の構成を示す摸式的断面図である。

【図２】本発明において保持筒の使用方法を示す断面略
図である。

【図３】従来の技術による電気加熱式触媒装置用メタル
担体の軸を含む断面略図である。

【図４】テレスコーピングの状態を示す斜視略図であ
る。

【図５】従来の技術による別の電気加熱式触媒装置用メ
タル担体の軸を含む断面略図である。

【符号の説明】

１波板材２₁ ，２₂ 平板材３絶縁用波板１０，３０メタル担体１１第１のハニカム体１２第２のハニカム体１１ａ，１２ａ外筒１３，ストッパ組立体１３ａ，１３ｂ端面１４絶縁体１５保持筒１６中心電極１７外周電極１８保持体３１第１のメタル担体３２第２のメタル担体Ｃ間隔

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Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の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枚の波板材と、平坦な帯状をなす
薄い金属板からなる複数枚の平板材とが相互に当接して
重なり合い、かつ前記複数枚の平板材の中の隣り合う２
枚の間に、電気絶縁性被膜層を有する絶縁用波板が接合
されることなく配設され、軸の周りにロール状に巻かれ
て形成された多数の網目状通気路を備えたハニカム体で
あって、該ハニカム体のロール状に巻き回された層間が
電気的に絶縁され、前記ハニカム体の中心部に中心電極
を有し、前記ハニカム体の外周部に前記中心電極と逆性
の外周電極を有する、軸方向長さが短い電気加熱式の第
１のハニカム体と、帯状の薄い金属板を折曲げて連続的な波形の凹凸を形成
した波板材と、平坦な帯状をなす薄い金属板からなる平
板材とが相互に当接して重なり合い、軸の周りにロール
状に巻かれて形成された多数の網目状通気路を備えたハ
ニカム体であって、前記第１のハニカム体の下流に直列
にかつ所定の間隔を置いて配設された第２のハニカム体
と、前記第１と第２のハニカム体を覆って両ハニカム体を保
持する保持筒とを含む、電気加熱式触媒装置用メタル担
体において、前記第１と第２のハニカム体の間の前記所定の間隔内に
配設されて前記保持筒に保持され、前記両ハニカム体の
対向する軸方向両端面に当接し、前記第１のハニカム体
が第２のハニカム体の方向へ移動することを防止するた
めのストッパ組立体を有することを特徴とする、電気加
熱式触媒装置用メタル担体。
【請求項２】前記ストッパ組立体は、セラミックスで
一体に形成され、排気ガス流の方向に多数の網目状通気
路を備えたハニカム体をなし、該ハニカム体の軸方向長
さが前記所定の間隔に等しい、請求項１に記載の電気加
熱式触媒装置用メタル担体。
【請求項３】前記ストッパ組立体の網目状通気路の密
度は、前記第１のハニカム体の網目状通気路の密度に等
しいか又はそれ以下である、請求項２に記載の電気加熱
式触媒装置用メタル担体。