JPH11128683A - 反応効率の良い排ガス浄化用メタル担体及びその製造方法 - Google Patents
反応効率の良い排ガス浄化用メタル担体及びその製造方法Info
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Abstract
良い断面形状を有し、また、エンジン始動時のメタル担
体の温度上昇速度を増大させるため、ガスからメタル担
体への熱伝達率の向上、及びメタル担体の熱容量の小さ
い排気ガス浄化用メタル担体を提供する。 【解決手段】 全面に突起を有するステンレス平箔を渦
巻状に巻き回して円筒体とし、該渦巻状円筒体の隣接す
るステンレス箔の間は、前記突起によって互いに間隙を
有してガスが該円筒体を通過可能であることを特徴とす
る排気ガス浄化用メタル担体及びその製造方法である。
Description
ス浄化装置に用いられる触媒コンバータ用メタル担体及
びその製造方法に関するものである。
触媒コンバータ用メタル担体は、従来、ハニカム体の形
状をなし、図3に示すように、耐熱性を有する材質の平
板状の金属箔(平箔)と、同じ耐熱性を有する材質の金
属箔をコルゲート加工して波形とした箔(波箔)とを交
互に巻回して製造していた。形成されたハニカム体の平
箔と波箔のハニカム通路表面に触媒を担持させて排気ガ
スを浄化する触媒コンバータを形成する。触媒コンバー
タは内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中のH
C、CO、NO2 等を浄化している。
ガスは、ガス内の物質移動によって反応すべき物質が触
媒表面へ移動し、触媒表面に到達して所定の化学反応が
進行し、触媒から生成物質が移動し離反することで完了
する。従って、触媒コンバータ内での排ガス浄化速度
は、反応すべき物質の触媒表面への移動速度、触媒表面
での化学反応速度、触媒表面からの生成物質の移動速度
によって律速される。排ガス浄化速度が速い場合には触
媒コンバータの長さ(反応距離)は短くて済み、排ガス
浄化速度が遅い場合には、排気ガス中のすべての有害物
質が反応を完了するに足る十分に長い触媒コンバータを
準備する必要が生じる。
影響を受け、十分に高い温度では触媒表面での化学反応
速度は非常に高く、そのような場合の触媒コンバータ全
体の排ガス浄化速度はガス通路内での反応物質の移動速
度によって決定される。
の特性として、エンジン始動時のメタル担体の温度上昇
速度がある。触媒反応は触媒担体の温度が約300℃以
上にならないと開始しないので、エンジン始動時の触媒
担体の温度が低い間は排気ガスの浄化は行われず、不純
物を含んだ排気ガスが系外に排出される。そのような不
都合を極力防止するためには、エンジン始動時に触媒コ
ンバータに流入する排気ガスの顕熱を吸収し、メタル担
体がいかに早く触媒反応が進行する温度に到達するかが
問題となる。
度を増大させるためには、ガスからメタル担体への熱伝
達率が向上すること、及びメタル担体の熱容量を小さく
することが有効である。
反応物質が触媒表面に到達し置換されるためには、ガス
と触媒表面との距離が短いほど短時間で完了することは
明らかである。そのため、同一のガス通路断面形状で断
面積を小さくする、あるいは断面形状を偏平にしてガス
通路の両側の壁を接近させることが反応速度増大に有効
である。Analytical Investigation of the Performanc
e of Catalytic Monoliths of Varying Channel Geomet
ries Based on Mass Transfer Controlling Condition
s, Society of Automotive Engineers, Automotive Eng
ineering Congress, Feb. 25, 1974 において、ガス通
路の断面形状を波箔・平箔巻き回し型、円形、正方形、
三角形、長方形等とし、断面積を種々変更してガス通路
内での反応速度の計算を行い、反応を完了するのに必要
な触媒コンバータの長さ、触媒コンバータを通過すると
きの圧力損失等を求めている。それによると、同一断面
形状で断面積を小さくすれば反応速度が増大し、短い触
媒コンバータ長さで反応が完了するという結果が当然得
られている。更に、総合的にみると、縦横比4の長方形
を断面形状としたものが、触媒コンバータでの圧力損失
の少なさを含め総合的に最も優れていることを明らかに
している。
組合わせにより、メタル担体のガス通路の断面形状を長
方形とすることはもちろん可能である。ただし、その場
合、図4に示すように長方形の長辺において平箔と波箔
が接する部分が長く、この部分においては実質的に箔の
厚みが倍増することとなり、メタル担体全体の重量増大
の原因となる。メタル担体の重量の増大はメタル担体の
熱容量の増大につながるため、エンジン始動時のメタル
担体の温度上昇速度が遅くなるという弊害を招来する。
に反応効率の良い断面形状を有するメタル担体を提供す
ることを目的とする。
上昇速度を増大させるため、ガスからメタル担体への熱
伝達率の向上、及びメタル担体の熱容量を小さくするこ
とを目的とする。
決するためになされたものであり、その要旨とするとこ
ろは、以下の通りである。その第1は、全面に突起を有
するステンレス平箔を渦巻状に巻き回して円筒体とし、
該渦巻状円筒体の隣接するステンレス箔の間は、前記突
起によって互いに間隙を有してガスが該円筒体を通過可
能であることを特徴とする排ガス浄化用メタル担体であ
る。平箔の長手方向の突起の間隔が平箔表面からの突起
の高さの4倍以上であることが好ましい。また、前記突
起は平箔をエンボス加工されてなることが好ましい。更
に、前記突起先端と対向する平箔との接触部は拡散接合
されてなることが好ましい。
とポンチとを用いたエンボス加工を施すことによって形
成することを特徴とする上記第1の排ガス浄化用メタル
担体の製造方法である。
ずに反応効率の良い断面形状を有するメタル担体を提供
することができる。
ガス中の熱の移動は物質移動に伴って行われるので、一
般にガス〜接触表面間の物質移動速度、及びガス〜接触
表面間の熱伝達速度との間には、正の相関が見られる。
即ち、物質移動速度が速いほど熱伝達速度も速くなる。
従って、触媒反応を促進するために物質移動速度の早い
形状のメタル担体を選択すれば、必然的に熱伝達速度も
向上することが期待できる。更に、物質移動速度の速い
形状のメタル担体は、結果としてメタル担体の長さを短
くすることができるため、メタル担体の重量が軽減し、
熱容量も軽減する。即ち、物質移動速度の優れたメタル
担体の採用は、エンジン始動時のメタル担体内の速やか
な温度上昇が期待できることとなる。そのため、上記手
段の採用により、メタル担体の触媒反応効率を増大させ
ると同時にエンジン始動時のメタル担体の温度上昇速度
を向上させることができる。
わせによって長方形の断面形状を得ようとすると必然的
に箔同士が長い距離にわたって接する部分が生じてしま
うので、本発明では平箔のみを用いてメタル担体を構成
する。また、断面形状として長方形が良好であるとの結
果が従来得られているのは、断面が偏平であることで相
接する長辺同士が接近し、ガス通路内での物質移動速度
が速くなったことが原因であると考えられることから、
本発明では長方形という形状にはとらわれず、巻き回し
の結果できる渦巻構造の相接する平箔同士の間隔を狭く
することで長方形と同様の効果を実現することができ
た。
スペーサとして、本発明では平箔に配置した突起を用い
た。突起の高さが即ち平箔と平箔との間隔となる。突起
は、平箔と平箔との間隔が渦巻体の全周・全長にわたっ
て概略平行になるのに必要な間隔で配置する必要があ
る。一方、突起は平箔と平箔の間隔のガス通過の抵抗と
なるので、必要以上に多くを設置することは好ましくな
い。また、断面積の大きな突起を設置することも、ガス
に対する抵抗を増大することとなるので好ましくない。
は突起の高さの4倍以上とする。これにより、通過する
ガスの抵抗を減少し、圧力損失の少ないメタル担体を構
成することができる。ただし、平箔の長手方向の突起の
間隔が突起の高さの20倍を超えると、平箔同士を平行
に保つことが難しくなる。
の5倍から15倍の間が好ましい。理由は長手方向の突
起間隔についてと同様である。平箔の横方向の突起の配
置は、できるかぎり一直線上に並べることが好ましい。
これにより、突起に起因するガスの受ける抵抗を最少に
することができる。
ようなポンチ12とダイス11を用いたエンボス加工が
適しているが、これに限定することなく、同様の形状の
突起が得られるものであればどのような方法でも構わな
い。
ような同心円状の突起のほか、図6(d)〜(f)に示
すような長さをもった突起としてもよい。長さをもった
突起とすると、突起先端と対向する平箔との接合長さの
増大により、接合強度を向上できるという効果がある。
長さをもった突起とする場合は、突起の長手方向とガス
流の方向とを平行に配置することが必要である。
が好ましい。その理由は、熱伝達物質伝達を極限まで高
めることができるからである。しかしながら、ガス通路
の間隔を狭くするほど流路の抵抗が増大する。一方、ガ
ス通路の間隔を狭くすると排気ガス反応速度が増大する
ので、メタル担体の長さを短くすることができる。その
結果、ガス通路の間隔を変更しても、メタル担体トータ
ルとしての圧力損失は大きくは変化しないという結果が
得られた。ただし、使用する平箔の厚さを一定とする
と、ガス通路の間隔が狭いほど全体の平箔使用量が増大
し、メタル担体の重量が増大して熱容量が増大するとい
う弊害が生じるので注意が必要である。
は接合する。接合には従来からメタル担体の箔の接合に
用いられているろう付けを用いることもできるが、拡散
接合とすることがより好ましい。平箔を巻き回してハニ
カム体を構成した後、巻き回しの張力による突起先端と
対向する平箔との間の押し付け力が解除されないように
保持したままで真空炉に装入し、高温高真空の中で拡散
接合を行う。拡散接合で接合されたメタル担体は、従来
のろう付け法に比較して、ろう材が不要となることか
ら、ろう材の影響による酸化劣化のない低廉で高強度の
担体を製造することができる。
の幅)は、メタル担体を通過する排気ガスの反応成分が
必要なだけ反応を終了するに必要な長さとする。通常は
上述のように平箔同士の間隔を狭くするほどメタル担体
円筒体の必要長さは短くなる。
体円筒体の長さとの組合わせによってメタル担体の特
性、即ちメタル担体の重量(熱容量)、圧力損失を適切
に定めることができる。
r−5Alステンレス鋼平箔を用い、突起高さ0.7m
m、平箔長手方向の突起間隔10mm、平箔幅方向の突
起間隔10mmの突起を形成した。メタル担体形成に際
しては、まず中心部に従来タイプの平箔と波箔を交互に
巻回したハニカム体を形成し、これをコア部としてその
外周に前記突起を形成した平箔を渦巻状に巻き回してメ
タル担体を形成した。突起はエンボス加工方法で形成し
た。
μmの20Cr−5Alステンレス鋼平箔を準備し、こ
の平箔と、該平箔をコルゲート加工して波形とした波箔
とを交互に巻き回し、ハニカム状のメタル担体を形成し
た。ハニカムはセル高さを1.25mm、ピッチを2.
54mmとした。
90mmとした。メタル担体の長さは、比較例は120
mmである。排気ガスの浄化を十分に行うために必要な
長さである。本発明例においては、比較例と同じ120
mmの長さのもの(No.1)、及び比較例より短い1
00mmの長さのもの(No.2)を製作した。メタル
担体の重量は、本発明例No.1が514g、本発明例
No.2が428g、比較例が458gとなった。
ンジンに装着し、エンジン停止状態からエンジンを始動
したときのメタル担体の温度上昇速度を比較した。メタ
ル担体内の温度測定箇所は、図2(b)に示すように、
メタル担体後端から10mmの位置において、メタル担
体の中央部、R/2部、外周部の3箇所とした。メタル
担体入り側のガス温度推移は図2(a)に示す通りであ
る。メタル担体各箇所の温度の推移をそれぞれ図2
(c)(d)(e)に示す。本発明例No.2は、比較
例よりも重いので熱容量は不利であるにもかかわらず、
温度上昇は比較例よりも速い。これは、本発明例No.
1の方が流入した排気ガスからメタル担体への熱伝達効
率が優れているということであり、本発明例No.1の
熱伝達速度が比較例よりも優れていることの証左であ
る。本発明例No.2は重量が軽いので熱容量が小さ
く、熱伝達速度は本発明例No.1と同等であるから、
当然のことながら極めて速くメタル担体の温度が上昇し
ている。エンジン始動から触媒に着火するまでの時間
は、本発明例No.2では比較例の60%に短縮され
た。
に装着して触媒コンバータにおけるCOガスの燃焼状況
を比較した。触媒コンバータ入口において排気ガス中に
存在したCOガスが触媒コンバータ中で燃焼する燃焼率
は、本発明例No.1が99%、本発明例No.2が9
9%、比較例が99%と、差が生じなかった。比較例の
メタル担体長さ120mmはもともと比較例において十
分に排気ガスが燃焼するに必要な長さであるから、比較
例、及び比較例と同じ長さの本発明例No.1の燃焼率
が高いのは当然である。本発明例No.2は、比較例よ
りも長さが短いが、比較例と同等の燃焼率を実現してい
る。本発明例は比較例に対してメタル担体内での化学反
応速度が向上している証左であり、このため本発明例は
従来例に比較して短いメタル担体で十分な排気ガス浄化
を実現することができた。
いガス流路のメタル担体により、排ガス浄化速度、熱伝
達速度が速く、軽量で熱容量が小さく、エンジン始動時
の温度上昇速度が極めて速い触媒コンバータが製造で
き、エンジン始動時の有害排気ガス排出が少なく、軽量
で安価な触媒コンバータを提供することが可能になっ
た。
担体を形成する様子を示す斜視図である。
を比較する図であり、(a)はメタル担体入り側のガス
温度の推移を示し、(b)はメタル担体温度測定箇所を
示し、(c)はメタル担体の中央部の温度推移を示し、
(d)はメタル担体のR/2部の温度推移を示し、
(d)はメタル担体の外周部の温度推移を示す。
状のメタル担体を形成する様子を示す斜視図である。
断面を長方形としたメタル担体のガス通路を垂直に見た
詳細図である。
であり、(a)は加工前、(b)は加工中、(c)は加
工後の状況を示す図である。
同心円状の突起の平面図であり、(b)は(a)の突起
の断面図であり、(c)は(b)と直角方向の断面図で
あり、(d)は長さをもった突起の平面図であり、
(e)は(d)の突起の長手方向の断面図であり、
(f)は(e)と直角方向の断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 全面に突起を有するステンレス平箔を渦
巻状に巻き回して円筒体とし、該渦巻状円筒体の隣接す
るステンレス箔の間は、前記突起によって互いに間隙を
有してガスが該円筒体を通過可能であることを特徴とす
る排ガス浄化用メタル担体。 - 【請求項2】 平箔の長手方向の突起の間隔が平箔表面
からの突起の高さの4倍以上であることを特徴とする請
求項1記載の排ガス浄化用メタル担体。 - 【請求項3】 前記突起は平箔をエンボス加工されてな
ることを特徴とする請求項1又は2記載の排ガス浄化用
メタル担体。 - 【請求項4】 前記突起先端と対向する平箔との接触部
は拡散接合されてなることを特徴とする請求項1乃至3
記載の排ガス浄化用メタル担体。 - 【請求項5】 平箔の突起は、平箔にダイスとポンチと
を用いたエンボス加工を施すことによって形成すること
を特徴とする請求項3又は4記載の排ガス浄化用メタル
担体の製造方法。
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JP30237897A JP3899378B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 反応効率の良い排ガス浄化用メタル担体及びその製造方法 |
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Publications (2)
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JPH11128683A true JPH11128683A (ja) | 1999-05-18 |
JP3899378B2 JP3899378B2 (ja) | 2007-03-28 |
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Family Applications (1)
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JP30237897A Expired - Lifetime JP3899378B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 反応効率の良い排ガス浄化用メタル担体及びその製造方法 |
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JP (1) | JP3899378B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009087054A1 (de) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Wabenkörper mit strukturiertem blechmaterial |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30237897A patent/JP3899378B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN101910576A (zh) * | 2008-01-09 | 2010-12-08 | 排放技术有限公司 | 包括具有一定结构的板材的蜂窝体 |
JP2011509179A (ja) * | 2008-01-09 | 2011-03-24 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 構造体化されたシート材料を有するハニカム体 |
US8460612B2 (en) | 2008-01-09 | 2013-06-11 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mgh | Honeycomb body with structured sheet metal material and particle separator, catalyst carrier body and motor vehicle having the honeycomb body |
Also Published As
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JP3899378B2 (ja) | 2007-03-28 |
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Date | Code | Title | Description |
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