JPH1147613A

JPH1147613A - 金属触媒担体

Info

Publication number: JPH1147613A
Application number: JP9208781A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Sugimoto; 保杉本
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、自動車等の車輛のエンジンから排
出される排ガスを浄化するための触媒コンバータに用い
られる金属触媒担体に関し、排気効率を低下させること
なく、排ガスを確実に浄化することができ、耐久性を従
来よりも大幅に向上することを目的とする。【解決手段】金属材からなる平板１５と波板１７とが
交互に重ね合わせられて多重に積層され、軸長方向に複
数のセル１９が形成されるハニカム体１３と、前記ハニ
カム体１３が収容される金属材からなる外筒１１とを備
え、前記ハニカム体１３には、前記平板１５と前記波板
１７とに複数の孔１５ａ，１７ａを有する流量調整層１
３ａが形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車輛の
エンジンから排出される排ガスを浄化するための触媒コ
ンバータに用いられる金属触媒担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等の排気系には、エンジ
ンから排出される排ガスを浄化するために触媒コンバー
タが装着されている。そして、触媒コンバータには、図
９に示すような金属触媒担体が構成部品として広く用い
られている。

【０００３】この金属触媒担体では、金属材からなる外
筒１にハニカム体２が収容されており、このハニカム体
２は、金属材からなる平板３と波板４とが交互に重ね合
わせられて円柱形状に巻回されて形成されており、ハニ
カム体２の中心から放射方向に平板３と波板４とが多重
に積層されている。ハニカム体２には、平板３と波板４
により仕切られ軸長方向に連通する複数のセル５が形成
されている。

【０００４】これ等のセル５の内壁面には、白金，白金
パラジウム，白金ロジウム等の触媒材からなる触媒層が
形成されている（図示せず）。この金属触媒担体では、
上流側から流入した排ガスが、各セル５内に分散されて
流入し、セル５内を通過する間に触媒層と化学反応して
浄化されて下流側に流出され、排ガス中の有害成分を浄
化して排出することができる。

【０００５】また、同様の触媒担体として、例えば、実
開昭６２−９０７４２号公報に開示されるようなものも
知られている。図１０は、この公報の金属触媒担体を示
すもので、この金属触媒担体では、金属材からなる外筒
６にハニカム体７が収容されている。このハニカム体７
は、金属材からなる平板８と波板９とが交互に重ね合わ
せられ円柱形状に巻回されて形成されており、ハニカム
体７の中心から放射方向に平板８と波板９とが多重に積
層されている。

【０００６】また、ハニカム体７には、平板８と波板９
により仕切られ軸長方向に連通する複数のセル１０が形
成されている。平板８と波板９には、それぞれ複数の孔
８ａ，９ａが全面に亘って形成されており、隣接するセ
ル１０は、孔８ａ，９ａを介して相互に連通されてい
る。そして、セル１０の内壁面には、白金，白金パラジ
ウム，白金ロジウム等の触媒材からなる触媒層が形成さ
れている（図示せず）。

【０００７】この金属触媒担体では、上流側から各セル
１０に流入した排ガスが、孔８ａ，９ａを通過して各セ
ル１０間を移動しながら乱流となって攪拌され、触媒層
に有効的に接触するため、排ガスを確実に浄化すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示した金属触媒担体では、上流から流入した排ガスが、
上流側から下流側に亘って同一のセル５内を通過し排出
されるため、排ガスがセル５の内壁面に担持される触媒
層と効果的に化学反応せず、排ガスが充分に浄化されな
い虞があるといった問題があった。

【０００９】また、図１０に示した金属触媒担体では、
ハニカム体７の平板８と波板９とに孔８ａ，９ａが全面
に亘って形成されているため、セル１０全体の流路抵抗
が増大して圧力損失が大きくなり、排気効率が低下する
という問題があった。さらに、図９，図１０に示した金
属触媒担体では、平板３，８に張力を負荷しながら平板
３，８と波板４，９とを巻回してハニカム体２，７が形
成されており、ハニカム体２，７の巻回外径が大きくな
るにつれて、ハニカム体２，７の外周から中心部に向け
て巻回圧力が生じ、ハニカム体２，７の外周から中心部
に向けてセル５，１０の密度が高くなり、ハニカム体
２，７の中心部の周囲に、排ガスの流速が速い高流速領
域が生じるため、高流速領域に該当するセル５，１０と
低流速領域に該当するセル５，１０との間に、触媒反応
熱による極度の温度差が生じ、ハニカム体２，７内の熱
応力が不均一になり、金属触媒担体が熱疲労破壊を起こ
す虞があり、金属触媒担体の耐久性を充分に確保するこ
とが難しいという問題があった。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、排気効率を低下させることなく、
排ガスを確実に浄化することができ、耐久性を従来より
も大幅に向上することができる金属触媒担体を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の金属触
媒担体は、金属材からなる平板と波板とが交互に重ね合
わせられて多重に積層され、軸長方向に複数のセルが形
成されるハニカム体と、前記ハニカム体が収容される金
属材からなる外筒とを備え、前記ハニカム体には、前記
平板と前記波板とに複数の孔を有する流量調整層が形成
されていることを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載の金属触媒担体は、請求項
１に記載の金属触媒担体において、前記ハニカム体は、
前記平板と前記波板とが交互に重ね合わせれて巻回さ
れ、前記ハニカム体の中心から放射方向に前記平板と前
記波板とが多重に積層され、前記流量調整層を前記ハニ
カム体と同心状に円環形状に形成してなることを特徴と
する。

【００１３】（作用）請求項１に記載の金属触媒担体で
は、金属材からなる平板と波板とが交互に重ね合わせら
れて多重に積層され、軸長方向に複数のセルが形成され
るハニカム体が形成され、このハニカム体に、平板と波
板とに複数の孔を有する流量調整層が形成される。

【００１４】そして、ハニカム体の流量調整層以外の領
域に該当するセルに流入した排ガスは、上流側から下流
側まで同一のセル内を層流となって通過する。一方、ハ
ニカム体の流量調整層に該当するセルに流入した排ガス
は、部分的に層流をなし、平板および波板に形成される
孔を通過して、各セル間を移動しながら乱流となって通
過する。

【００１５】すなわち、流量調整層に該当するセルを通
過する排ガスは、乱流化により流速が遅くなり流量が減
少され、この減少した分の流量に該当する排ガスが流量
調整層以外の領域に該当するセルに流入して、ハニカム
体内の流速分布が平滑化され、触媒反応が均一となって
ハニカム体内の温度分布が均一になる。また、低流量で
は、乱流による圧力損失が流量の２乗に比例することか
ら大きな影響がなくなる。

【００１６】請求項２に記載の金属触媒担体では、ハニ
カム体に、平板と波板とが交互に重ね合わせれて巻回さ
れ、ハニカム体の中心から放射方向に平板と波板とが多
重に積層され、ハニカム体と同心状に円環形状の流量調
整層が形成される。すなわち、ハニカム体における中心
部と外周部との間に円環形状に形成される流量調整層を
通過する排ガスが、乱流化により流速が遅くなり流量が
減少され、この減少した分の流量に該当する排ガスが流
量調整層以外の領域に該当するセルに流入して、ハニカ
ム体内の流速分布が平滑化され、触媒反応熱が均一とな
りハニカム体内の温度分布が均一になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図に示す実
施形態について説明する。図１は、本発明の金属触媒担
体の請求項１に対応する一実施形態を示すもので、図に
おいて符号１１は、外筒を示している。外筒１１は、Ｓ
ＵＳ３０４やＳＵＳ４３０等のステンレス材からなり、
内径寸法１６０ｍｍ，板厚寸法２ｍｍ，長さ寸法１５０
ｍｍの円筒形状に形成されている。

【００１８】この実施形態では、外筒１１は、ステンレ
ス材からなる板材を円筒形状にロール加工を行った後、
突き合わせ端部をレーザー溶接によりシームレス溶接さ
れ形成されているパイプ材を、所定寸法（１５０ｍｍ）
に切断することにより形成されている。外筒１１内に
は、外形寸法１６０ｍｍの円柱形状に形成されるハニカ
ム体１３が収容されている。

【００１９】これ等の外筒１１とハニカム体１３とは、
外筒１１内にハニカム体１３を圧入し、ろう付けや拡散
接合により接合されている。ハニカム体１３は、帯状の
平板１５と正弦波形状に波付け加工が施されている帯状
の波板１７とを交互に重ね合わせ、これ等を中心から外
側に向けて渦巻き状に巻回する（巻き上げる）ことによ
り形成されており、ハニカム体１３の中心から放射方向
に平板１５と波板１７とが多重に積層されている。

【００２０】この実施形態では、平板１５と波板１７
は、板厚寸法５０μｍ，幅寸法１５０ｍｍのＳＵＳ３０
４やＳＵＳ４３０等のステンレス材により形成されてい
る。また、波板１７は、コルゲート加工またはロール加
工あるいは波付け加工により形成されている。平板１５
と波板１７とは、ろう付けや拡散接合により相互に接合
されており、ハニカム体１３の軸長方向には、平板１５
と波板１７に仕切られた横断面形状が三角形やサインカ
ーブ状の複数のセル１９が形成されている。

【００２１】これ等のセル１９の内壁面には、触媒材か
らなる厚み寸法が３０μｍの触媒層が形成されている
（図示せず）。触媒層は、セル１９の内壁面にウォッシ
ュコート法によりアルミナ等の触媒担持層を形成した
後、この触媒担持層の表面に白金材等の触媒成分を担持
することにより形成されている。

【００２２】ハニカム体１３は、平板１５と波板１７の
巻き初めと巻き終わりの巻回途中に円環形状の流量調整
層１３ａを有している。この実施形態では、流量調整層
１３ａは、ハニカム体１３の直径寸法６０ｍｍから直径
寸法１００ｍｍの間に亘って形成されている。この流量
調整層１３ａの形成位置は、平板１５と波板１７とに孔
１５ａ，１７ａが形成されていない、流量の分布を改善
すべき金属触媒担体の流速分布を予め測定し、他に比較
して流速が速い高流速領域に該当する位置に選定されて
いる。

【００２３】流量調整層１３ａには、下流側端部から上
流側に寸法５０ｍｍの範囲の多孔部１３ｂが形成されて
いる。そして、この多孔部１３ｂの平板１５と波板１７
には、それぞれ複数の孔１５ａ，１７ａが形成されてい
る。

【００２４】この実施形態では、図２に示すように、直
径寸法が１ｍｍの円形状の孔１５ａ，１７ａが２０ｍｍ
の間隔を置いてプレス加工により千鳥状に形成されてい
る。また、波板１７は、プレス加工により孔１７ａを形
成した後、上述した波付け加工が施されて形成されてい
る。上述した金属触媒担体では、図３に示すように、ハ
ニカム体１３の流量調整層１３ａ以外の低流速領域に該
当するセル１９に流入した排ガスは、上流側から下流側
まで同一のセル１９内を層流となって通過する。

【００２５】一方、ハニカム体１３の流量調整層１３ａ
のセル１９に流入した排ガスは、平板１５および波板１
７に形成される孔１５ａ，１７ａを通過して、各セル１
９間を移動しながら乱流となって通過する。すなわち、
流量調整層１３ａに該当するセル１９を通過する排ガス
は、乱流化のため圧力損失を生じ流量が減少し、この減
少した分の流量に該当する排ガスが流量調整層１３ａ以
外のセル１９に流入して、ハニカム体１３内の流速分布
が平滑化され、触媒反応が均一となってハニカム体１３
内の温度分布が均一になる。

【００２６】図４は、上述した本発明の金属触媒担体
と、ハニカム体１３の平板１５と波板１７とに孔１５
ａ，１７ａが形成されていない従来の金属触媒担体の流
速分布を示しており、横軸にハニカム体１３の横断面位
置，縦軸に横断面位置に対応する排ガスの流速を示して
いる。図において、黒塗り四角印と黒塗り三角印は、従
来の金属触媒担体の流速分布を示しており、白塗り菱形
印と白塗り三角印は、本発明の金属触媒担体の流速分布
を示している。

【００２７】黒塗り四角印と白塗り菱形印は、１分間あ
たり５立米の流量の排ガスを流した時のものであり、黒
塗り三角印と白塗り三角印は、１分間あたり１立米の流
量の排ガスをハニカム体１３に流した時のものである。
この図から明らかなように、従来の金属触媒担体では、
ハニカム体１３の直径寸法８０ｍｍ近傍の流速が突出し
ており、高流速領域と低流速領域との差が顕著なものと
なっていたが、本発明の金属触媒担体では、高流速領域
と低流速領域との差が解消され、ハニカム体１３のほぼ
全域に亘って流速分布が平滑化されていることが分か
る。

【００２８】また、乱流化による圧力損失は、流量の２
乗に比例するため、この図に示すように低流量では乱流
化の影響は僅少であり、流量分布は平滑である。以上の
ように構成された金属触媒担体では、平板１５と波板１
７とを交互に重ね合わせて巻回し、中心から放射方向に
平板１５と波板１７とが多重に積層されるハニカム体１
３を形成し、このハニカム体１３に、平板１５と波板１
７とに複数の孔１５ａ，１７ａを有する円環形状の流量
調整層１３ａをハニカム体１３と同心状に形成したの
で、ハニカム体１３内の排ガスの流速分布が平滑化さ
れ、排ガスを触媒層と充分に化学反応させることがで
き、排ガスを確実に浄化することができる。

【００２９】また、上述した金属触媒担体では、平板１
５と波板１７とを交互に重ね合わせて巻回し、中心から
放射方向に平板１５と波板１７とが多重に積層されるハ
ニカム体１３を形成し、このハニカム体１３に、平板１
５と波板１７とに複数の孔１５ａ，１７ａを有する円環
形状の流量調整層１３ａをハニカム体１３と同心状に形
成したので、図４に示したように、ハニカム体１３内の
排ガスの流速分布が平滑化され、触媒反応が均一となっ
てハニカム体１３の温度分布を均一にすることができ、
耐久性を従来よりも大幅に向上することができる。

【００３０】なお、上述した実施形態では、ハニカム体
１３における内径寸法６０ｍｍ，外形寸法１００ｍｍの
流量調整層１３ａに巻回される平板１５と波板１７とに
孔１５ａ，１７ａを形成した例について説明したが、本
発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、流量
調整層は、平板と波板とに孔が形成されていない金属触
媒担体の流速分布を予め測定し、他の箇所と比較して流
速が突出している高流速領域に対応する巻回層に流量調
整層を形成するのが良い。

【００３１】この場合には、通常、ハニカム体内を通過
する排ガスの流速分布は、図４に黒塗り四角印で示した
ように、平板と波板の巻回途中でハニカム体の中心部の
セルの密度が高くなる傾向があるため、中心部の流速が
遅くなりハニカム体の中心と最外周の中間部分で流速が
速くなる特性があり、ハニカム体の中心から最外周まで
の寸法の半分の寸法位置に環状の流量調整層を形成する
のが良い。

【００３２】また、本発明を中心から放射方向に平板１
５と波板１７とが多重に積層されたハニカム体１３を用
いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に
限定されるものではなく、図５に示すように、平板と波
板とが交互に積み重ねられた、または、九十九折りに重
ね合わされたハニカム体２１等のように、平板と波板と
が重ね合わせ方向に多重に積層されたハニカム体２１を
用いることもできる。

【００３３】この場合には、ハニカム体２１のセルが均
一に形成され、中心部での排ガスの流速が速くなる特性
があるので、図６に示すように、ハニカム体２３の中心
部に流量調整層２５を形成し、排ガスの流速分布を均一
にするのが良い。さらに、上述した実施形態では、平板
１５と波板１７とに形成される孔１５ａ，１７ａを図２
に示したように、排ガスの下流側に形成した例について
説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるもの
ではなく、ハニカム体内に流入される排ガスの流量，ハ
ニカム体の外形寸法等に応じて、例えば、図７（ａ）に
示すように、平板２７と波板２９の幅全体に孔２７ａ，
２９ａを形成することもでき、また、図７（ｂ）に示す
ように、平板３１と波板３３の中心近傍に孔３１ａ，３
３ａを形成することもできる。

【００３４】図７（ａ）に示した平板２７と波板２９を
用いた場合には、流入側から流出側に亘って多数の孔２
７ａ，２９ａが高流速領域、すなわちハニカム体の中心
と最外周の中間部分に形成されるので、高流速領域の排
ガスの流速を確実に低下することができる。また、図７
（ｂ）に示した平板３１と波板３３とを用いた場合に
も、図２に示した平板１５と波板１７とを用いた場合と
ほぼ同様の効果を得ることができる。また、平板２７，
３１と波板２９，３３は配置方向に拘わらず、ハニカム
体製造装置に設置することができ、製造工程を確実に低
減することができる。

【００３５】さらに、上述した実施形態では、ハニカム
体１３の平板１５と波板１７とに円形状の孔１５ａ，１
７ａを形成した例について説明したが、本発明はかかる
実施形態に限定されるものではなく、例えば、楕円形
状，三角形状等の孔を形成することもできる。また、上
述した実施形態では、円柱形状に形成されるハニカム体
１３に孔１５ａ，１７ａを形成した例について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、図８に示すように、平板３５と波板３７とが横断面
形状が楕円扁平形状に巻回されるハニカム体３９が収容
される金属触媒担体に適用することもできる。

【００３６】この場合には、金属触媒担体の高さ寸法を
小さくすることができるので、自動車の床下に容易に配
置することができ、床下空間を有効に利用することがで
きる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の金
属触媒担体では、金属材からなる平板と波板とを交互に
重ね合わせて多重に積層してハニカム体を形成し、この
ハニカム体に、平板と波板とに複数の孔を有する流量調
整層を形成したので、ハニカム体内の排ガスの流速分布
が平滑化され、ハニカム担体内の温度分布を均一にする
ことができ、耐久性を従来よりも大幅に向上することが
できる。

【００３８】また、金属材からなる平板と波板とを交互
に重ね合わせて多重に積層してハニカム体を形成し、こ
のハニカム体に、平板と波板とに複数の孔を有する流量
調整層を形成したので、ハニカム体内の排ガスの流速分
布が平滑化され、排ガスを触媒層と充分に化学反応させ
ることができ、排ガスを確実に浄化することができる。
請求項２に記載の金属触媒担体では、ハニカム体を、平
板と波板とを交互に重ね合わせれて巻回し、ハニカム体
の中心から放射方向に平板と波板とを多重に積層して形
成し、ハニカム体と同心状に円環形状の流量調整層を形
成したので、ハニカム体の中心部が密に巻回され、中心
部の流速が遅くなり中心部の周囲の流速が速くなる特性
のハニカム体内の流速分布を確実に平滑化することがで
き、触媒反応が均一となり、ハニカム体内の温度分布が
均一となり、耐久性を従来よりも大幅に向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属触媒担体の一実施形態を示す斜視
図である。

【図２】図１の金属触媒担体の平板，波板を示す平面図
である。

【図３】図１の金属触媒担体の要部を示す斜視図であ
る。

【図４】図１の金属触媒担体と従来の金属触媒担体の流
速分布を比較して示す説明図である。

【図５】流量を調整すべき金属触媒担体の流速分布を示
す断面図である。

【図６】本発明の金属触媒担体の他の実施形態を示す断
面図である。

【図７】図１の金属触媒担体の平板，波板の他の実施形
態を示す平面図である。

【図８】本発明の金属触媒担体の他の実施形態を示す斜
視図である。

【図９】従来の金属触媒担体を示す斜視図である。

【図１０】従来の金属触媒担体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１外筒１３，２３，３９ハニカム体１３ａ，２５流量調整層１５，２７，３１，３５平板１５ａ，２７ａ，３１ａ孔１７，２９，３３，３７波板１７ａ，２９ａ，３３ａ孔１９セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材からなる平板（１５，２７，３
１，３５）と波板（１７，２９，３３，３７）とが交
互に重ね合わせられて多重に積層され、軸長方向に貫通
する複数のセル（１９）が形成されるハニカム体（１
３，２５，３９）と、前記ハニカム体（１３，２５，３９）が収容される金属
材からなる外筒（１１）とを備え、前記ハニカム体（１３，２５，３９）には、前記平板
（１５，２７，３１，３５）と前記波板（１７，２９，
３３，３７）とに複数の孔（１５ａ，２７ａ，３１ａ，
１７ａ，２９ａ，３３ａ）を有する流量調整層（１３
ａ，２５）が形成されていることを特徴とする金属触媒
担体。
【請求項２】請求項１に記載の金属触媒担体におい
て、前記ハニカム体（１３）は、前記平板（１５）と前記波
板（１７）とが交互に重ね合わせれて巻回され、前記ハ
ニカム体（１３）の中心から放射方向に前記平板（１
５）と前記波板（１７）とが多重に積層され、前記流量
調整層（１３ａ）を前記ハニカム体（１３）と同心状に
円環形状に形成してなることを特徴とする金属触媒担
体。