JP2709302B2 - 電気的に加熱可能な自動車用触媒コンバータのための導電性のあるハニカム状の構造 - Google Patents

電気的に加熱可能な自動車用触媒コンバータのための導電性のあるハニカム状の構造

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電流が曲がりくねった経路に沿ってその
構造を通って流れ得るようにスロットおよび／または電
気的絶縁層によって電気的に分割された導電性材料のハ
ニカム状の構造に関する。
そのような構造は、たとえば、国際出願WO89/10470、
WO89/10471またはEP ０ 452 125 A2から周知であ
る。この発明の出発点であるEP ０ 452 125 A2で
は、スロットによってハニカム状の構造を分割するため
の多くの異なる可能な方策が述べられている。しかし、
曲がりくねった経路を通るようにされる電流は、通常最
も短い経路すなわち最も電気抵抗の少ない経路を見いだ
す傾向にあることが示されている。このため電流のかな
りの割合が導電性を制限するスロットまたは層の近くの
非常に小さな領域内を流れる。典型的には、そこを通っ
て電流が曲がりくねった経路で流れる上述の設計のハニ
カム状の構造は、均一に加熱されるのではなく、電流経
路のカーブの内側にある、特に熱いスポットを有する。
これはレッドホット加熱または融解にさえつながるかも
しれず、少なくとも構造の軟化につながり、このことは
その安定性および有効寿命を損なう。特にそのようなハ
ニカム状の構造は自動車の電気的に加熱可能な触媒コン
バータとして使用されるとき、このことは決定的に重大
である。なぜならそこでは大きな変形が生じ、限られた
電気エネルギしか利用できないからであり、そのエネル
ギはできる限り最適に利用しなければならない。EP ０
452 125 A2は、構成の異なった部分ごとに電気抵抗
を変える様々な可能性について述べている。これらは、
個々のハニカムの様々な壁の厚さ、単位断面積当たりの
異なった数のハニカム、または個々のセル壁の異なった
軸の長さを含む。しかし、そのような法則は、原理的に
導電性ハニカム状の構成の電流のより均等な電流の配分
を達成するのには適していない。この理由は、材料の比
電気抵抗は常に同じままなので、材料を多くするかまた
は少なくすることによってその領域の抵抗を変えること
はできても、そこにある材料の単位当たりの比電流密度
を変えることはできないからである。たとえば、特に強
い電流が流れる領域で壁の厚さを増すと、そこでは抵抗
は減るがより強い電流か流れるので、厚い材料も薄い材
料と同じように加熱されるようになる。逆に、壁の厚さ
またはセルの数を減じると、より少ない電流が流れる
が、それはそこにあるより少ない量の材料を以前と同じ
強さで加熱する。セル壁の軸のいろいろな長さについて
も同じことが論理的に真である。この発明の目的は、こ
れらの不利益を克服し、かつその全断面領域にわたって
より均等に電流が作用し得る、導電性材料のハニカム状
の構造を開示することである。そのようなハニカム状の
構造を製造するための方法はまた、この発明の主題であ
る。
この目的は、電流が曲がりくねった経路に沿ってその
構造を流れ得るように、スロットおよび／または電気的
絶縁層によって電気的に分割された導電性材料のハニカ
ム状の構造で達成され、そのハニカム状の構造は異なっ
た比電気抵抗を有する異なった材料の領域を含む。この
発明の本質は、ある特定のセルジオメトリに関して、こ
のジオメトリは必ずしも均質である必要はないのだが、
この特定のセルジオメトリ内の電流の配分が特定のセル
ジオメトリのためにそこにある種々な領域で質量を本質
的に変えることなく、比電気抵抗を変えることによって
達成することである。こうして、比抵抗の高い領域での
電流密度を減じることができ、これによって電流の流れ
のいくらかが他の領域に分散されることとなり、同時に
比抵抗の高い領域で材料の加熱はもはや起こらない。な
ぜなら加熱すべき質量を同時に減じる必要はないからで
ある。
特に簡潔な方法で、金属パウダーまたは金属およびセ
ラミックパウダーの混合物の押出成形されたハニカム状
構造のために異なった比抵抗を有する領域が生産され得
る。ハニカム状構造の異なった領域でのパウダー化され
た材料の異なった組成によって、比抵抗を広範囲に調整
することができる。たとえば、金属およびセラミックパ
ウダーの混合物中の金属パウダーの割合を減らすことに
よって、比抵抗は減らされ得る。ある領域の電気抵抗
は、様々な強さの酸化および他の物理化学的処理によっ
てまた増やされ得る。
このように生産されたハニカム状の構造は、触媒活性
材料、特に自動車に関する電気的に加熱可能な触媒コン
バータのための、キャリア本体として特に適している。
まさにそのようなハニカム状の構造で、決定的な要素
は、利用可能な電気エネルギを経済的に利用するための
均質的な加熱、ならびに難しい動作状況下での安定性お
よび長い有効寿命である。
この発明は、たとえば、電流がおよそ曲がりくねった
態様で構造中を流れ得るように、ほぼ平行であるが互い
にずらされた複数のスロットによって分割されるハニカ
ム状の構造に適している。スロットは一般的に、ハニカ
ム状の構造の内部に端部を有する。ハニカム状の構造
が、少なくともスロットの端部の領域で他の領域より高
い比電気抵抗を有する材料を含むならば、いくらかの電
流がこの領域から取除かれ、そこの過熱は回避される。
より高い比抵抗を有する領域が結合しかつ単一の大きな
領域を形成することは絶対的に必要ではないが、それは
一般的に生産的観点から見ると利益がある。抵抗がスロ
ットの端部の近傍で十分に増大される限り、そのような
より高い比抵抗の領域の正確な形状は重大ではない。
技術的な製造上の理由で、特に押出成形のハニカム状
構造では、この発明は、およそ軸方向に延びるスロット
を有する円筒形または長円−円筒形のハニカム状構造に
特に容易に応用でき、そこでスロットは互いに半径に対
してほぼ平行にずらされ、かつ外側からハニカム状の構
造の内部のそれらの端部まで延びる。少なくともスロッ
トのすべての端部を含むその内部の断面領域で、ハニカ
ム状の構造は、その外部の断面領域よりも高い比電気抵
抗を有する材料を含む。図面と関連してより詳細に説明
されるであろうが、このようなハニカム状の構造は押出
成形によって容易に生産され得る。
そのようなハニカム状の構造の全抵抗はたとえば、お
よそ0.01〜１の範囲であるのだろう。これは特に12〜24
Vの電圧の電気システムを有する、自動車の加熱可能な
触媒コンバータの典型的な範囲である。
たとえば押出成形されたハニカム状構造の比電気抵抗
は広い範囲内で変わり得るが、より高い比電気抵抗が低
い比電気抵抗の領域の比電気抵抗のおよそ２倍であるこ
とが有利である。ハニカム状の構造には、原理的に当
然、２以上の異なった比電気抵抗、または比電気抵抗の
連続したバリエーションを有する領域があるだろう。異
なった比電気抵抗の領域を有するハニカム状の構造を精
算するための、特に上述のハニカム状の構造を生産する
ための、発明に従った方法は、次のようなステップを含
む。
ａ） 金属パウダーまたは金属およびセラミックパウダ
ーの混合物の２つの異なった成分が押出機に与えられる
ステップ、具体的には、１つは内側の領域へ、かつ１つ
は内側の領域のまわりの外側の領域に与えられるステッ
プと、 ｂ） 異なった成分が一緒に押出されてモノリシックな
ハニカム状の構造を作るステップと、 ｃ） 押出成形されたハニカム状構造が焼成されまたは
焼結され、もしくはそれぞれの領域ごとに選択的にに違
えて物理化学的に所謂されるステップと、 ｄ） 押出成形されたハニカム状構造はオフセットスロ
ットを設けるステップとを含む。
これらのステップの順序は異なってもよい。たとえ
ば、ハニカム状の構造に、押出の際にまたはその直後
の、他のステップが行なわれる前に、スロットを先に設
けてもよい。２つ以上の異なった成分が使用されてもよ
く、そうすればそれらは比電気抵抗を有する混合領域を
生成する。異なる成分という語は必ずしも、その成分が
実質的に異なった材料の組成またはパウダーの大きさを
有さなければならないという意味に解釈されるべきでは
ない。ある状況では、たとえば、添加物が成分のどれか
に混合され後の物理化学的処理でその添加物がより顕著
な酸化を生みそれによって比抵抗が減少されるだけで十
分である。しかし、一般的には、異なった比抵抗は、パ
ウダー混合物中の異なった割合のセラミック成分によっ
て達成される。
この発明の例示的実施例は具体的に図面と関連してさ
らに詳しく述べられる。
図１は発明に従ったハニカム状の構造の略透視前面図
である。
図２は、発明に従ったハニカム状の構造の断面を概略
的に示す図である。
図３は、発明に従った押出成形されたハニカム状構造
を生産するための処理を概略的に示す図である。
図１は、ハニカム状の構造10を示し、それは多くのチ
ャネル12を形成する多くの薄い壁11を含み、それを通し
て流体が軸方向に流れ得る。破線17によって示されてい
るように、端子15、16に与えられる電流が曲がりくねっ
た態様でハニカム状の構造10を通して流れるように、ス
ロット13、14によってハニカム状の構造10は電気的に分
割される。より高い比電気抵抗の領域18は、ハニカム状
の構造の内部にあり、特にスロット13、14の端部19を囲
む。このように、通常端部19のできるだけ近くを流れる
電流17は、そこからさらに外向きに外らされるので、結
果として、過熱は回避されかつ均質な電流の配分が達成
され得る。
図２は、断面図の形で丸いハニカム状の構造に関する
この発明の結果を象徴的に示す。ハニカム状の構造20は
ここでもまた壁21によって規定される多くのチャネル22
を含む。スロット23、24は、ハニカム状の構造を電気的
に分割するので、電圧が端子25、26に与えられると、電
流27はハニカム状の構造を通って曲がりくねった態様で
流れる。より高い電気抵抗28の領域はスロット23、24の
端部29を囲み、電流27はこれらの端部29からの外側にそ
らされる。この作用が用いられると、スロット23、24は
ある状況では、増大された比抵抗の領域28がない場合よ
りもより短くなり、それは構造全体の安定性のために好
都合である。
図３は、この発明に従ったハニカム状の構造の押出の
際の方法を概略的に示す。２つの異なったパウダーから
なる成分M1、M2は押出機30に与えられる。具体的には、
より低い比電気抵抗のM1が外側の領域31に与えられ、よ
り高い比電気抵抗のM2が内部領域32に与える。もちろ
ん、成分の電気抵抗は実際押出の際には決定的な役割を
果たさない。焼結の後または他のそのような処理の後に
生成された電気抵抗が決定的な役割を果たす。
この発明は、特に自動車の触媒コンバータに関する電
気的に加熱可能なハニカム状の構造を生産することを可
能にし、それはほぼ均質な電流分布をに有し、そこでそ
れらの内部のホットスポットはほぼ回避される。このこ
とは自動車でなされるような大きな機械的要求に直面し
ても安定性および有効寿命を増大する。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電流がその構造（10;20）を通して曲がり
    くねった経路（17;27）に沿って流れ得るように、スロ
    ット（13,14;23,24）および／または電気的絶縁層によ
    って電気的に分割される、導電性材料のハニカム状の構
    造（10;20）であって、導電性材料のハニカム状の構造
    の内部に異なった比電気抵抗を有する異なった材料（M
    1、M2）の領域（18、48;28、58）を含むことを特徴とす
    る、ハニカム状の構造。
  2. 【請求項２】ハニカム状の構造（10;20）は、金属パウ
    ダーまたは金属およびセラミックパウダーの混合物の押
    出形成された構造であることを特徴とする、請求項１に
    記載のハニカム状の構造。
  3. 【請求項３】ハニカム状の構造（10;20）は、触媒活性
    材料、特に自動車に関する電気的に加熱可能な触媒コン
    バータのための、キャリア本体であることを特徴とす
    る、請求項１または２に記載のハニカム状の構造。
  4. 【請求項４】電流（17;27）がほぼ曲がりくねった態様
    で構造を流れるように、互いにおよそ平行であるがずら
    された複数のスロット（13、14;23、24）によって、ハ
    ニカム状の構成（10;20）が分割されることを特徴とす
    る、請求項１、２または３に記載のハニカム状の構造。
  5. 【請求項５】スロット（13、14;23、24）はハニカム状
    の構造の内部に端部（19;29）を有し、ハニカム状の構
    造（10;20）は少なくともスロット（13、14;23、24）の
    端部（19、29）の領域（18;28）に、他の領域（48;58）
    より高い比抵抗を有する材料（M1）を含むことを特徴と
    する、請求項４に記載のハニカム状の構造。
  6. 【請求項６】ハニカム状の構造は、およそ軸方向に延び
    るスロット（13、14;23、24）を有する円筒形（20）ま
    たは長円−円筒形（10）の構造であって、スロットの各
    々は、半径に対しておよそ平行にずらされ、かつ外側か
    らハニカム状の構造（10;20）の内部の一方端（19;29）
    まで延び、かつ少なくともスロット（13、14;23、24）
    のすべての端部（19;29）を含むその内部の断面領域（1
    8;28）で、ハニカム状の構造（10;20）は、その外側の
    断面領域（48;58）よりも高い比電気抵抗を有する材料
    （M2）を含むことを特徴とする、請求項４または５に記
    載のハニカム状の構造。
  7. 【請求項７】ハニカム状の構造（10;20）は0.01〜１Ω
    の電気的全抵抗を有することを特徴とする、前掲の請求
    項のうちの１つに記載のハニカム状の構造。
  8. 【請求項８】より高い比電気抵抗を有する領域（18;2
    8）は、より低い比電気抵抗を有する領域（48;58）の少
    なくともおよそ２杯の比電気抵抗を有することを特徴と
    する、前掲の請求項のうちの１つに記載のハニカム状の
    構造。
  9. 【請求項９】ａ） 金属パウダーまたは金属およびセラ
    ミックパウダーの混合物の２つの異なった成分（M1、M
    2）が押出機（30）に与えられるステップ、特に１つは
    内部領域（32）におよび１つは内部領域（32）のまわり
    の外部領域（31）に与えられるステップと、 ｂ） 異なった成分（M1、M2）が押出されてモノリシッ
    クなハニカム状の構造（10;20）を作るステップと、 ｃ） 押出成形されたハニカム状構造（10;20）が焼成
    されまたは焼結され、もしくはそれぞれの領域ごとに選
    択的に違えて物理化学的に処理されるステップと、 ｄ） 押出ハニカム状構造（10;20）にオフセットスロ
    ット（13、14;23、24）を設けるステップとを含む、前
    掲請求項のうちの１つに従った、異なる比電気抵抗の領
    域（18;48、28、58）をその内部に有するハニカム状の
    構造を生産するための方法。
JP5517924A 1992-04-22 1993-03-18 電気的に加熱可能な自動車用触媒コンバータのための導電性のあるハニカム状の構造 Expired - Lifetime JP2709302B2 (ja)

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