JPH07500285A - フレーム内に保持された内部構造物を備えたハニカム体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 フレーム内に保持された内部構造物を備えたハニカム体本発明は、流体がそれに 沿って貫流する軸線を有し、この軸線の方向に互いに対向して位置する少な（と も二つの端面で境界づけられている少なくとも一つの板金を有するハニカム体に 関する。

本発明は特に例えば自動車の排気系統における触媒に対する担体として適してい るハニカム体に関する。

金属構造物特に少なくとも部分的にパターン化された板金で形成されているハニ カム体は、国際特許出願公開第８９１０７４８ＢＡ１号公報および第９０１０２ ３２２０Ａ１号公報に記載されている。かかるハニカム体を形成するために板金 特に波形板金が層状に積層され、軸線を中心に巻かれる０機械的安定性を高める ためにその層は部分的に補強され、その補強部分はハニカム体の軸線に沿って全 長にわたって延びる必要はなく、部分範囲特にハニカム体の端面の近くの部分範 囲に限定できる。

流体例えば内燃機関からの排気ガスがハニカム体を通って流れる流量に所望の影 響を与えるために、ハニカム体を形成する板金は小さなパターンを備えている。

かかるパターンにおいて例えば乱流が生じ、この乱流は流体とハニカム体との接 触を改善し、従ってハニカム体上に触媒によって生ずる流体内における反応を助 成する０国際特許出願公開第９０１０８２４９Ａ１号公報におけるハニカム体を 形成する板金は、流体の流れ方向に対して直角にあるいは角度を成して延びる微 細パターンを備えている。かかる微細パターンは例えば条溝、窪み、突起あるい は溝である０国際特許出願公開第９１１０１１７８Ａ１号公報におけるハニカム 体を形成する板金は開口を備えており、その開口に流れ案内面が付設され、その 流れ案内面はハニカム体を貫流する流体の一部を開口を通して導き、従って境膜 効果を減少し、その開口および流れ案内面の系統的な配！によってハニカム体内 における流れプロフィルの標準化が補助的に達成される０国際特許出願公開第９ １１０１８０７Ａ１号公報におけるハニカム体内における波形板金は折り曲げ部 を備えており、この折り曲げ部はハニカム体の内部において追加的な上流縁を形 成し、これによって同様に境膜効果が抑えられる。

ヨーロッパ特許出願公開第０２７９１５９Ａ１号公報における金属触媒担体は二 つの異なった波形板金を交互に重ね合わせた層から成っている。かかるハニカム 体は特に大きな機械的安定性によって特色づけられ、これは特に高い熱的交番荷 重が生ずる用途に対して適用される。

国際特許出願公開第８９／１０４７０Ａ１号公報および第８９／１０４７ＩＡ１ 号公報には、板金で形成され電気式に直接加熱できるハニカム体が記載されてい る。内燃機関の排気系統に使用される通常の触媒は高温度例えば約３００°Ｃ以 上の温度ではじめて有効に作用するので、低温の触媒を排気ガスが洗流し始める 際には触媒反応は生しない、従って触媒を十分に高い温度に予熱しておかねばな らない、かかる予熱を加速するために、または内燃機関の始動前に既に予熱を実 施するために、金属ハニカム体は、電流がその中を流されることによって直接電 気式に加熱される。ハニカム体の電気抵抗は場合によっては使用される電源の特 性に合わす必要があり、自動車に採用されるハニカム体においては電流を導くた めに約０．１オームの大きさの抵抗を有する電流経路が設けられなければならな い、これを達成するために、ハニカム体はその横断面および／または軸方開広が りに関して間隙および／または電気絶縁中間層によって電気的に分離される。

国際特許出願公開第９０／１２９５１Ａ１号公報における電気式に直接加熱でき るハニカム体の強度は、板金とセラミックス層間層とのかみ合い結合部がハニカ ム体に編入されることによって高められ、その場合二つの板金の間にセラミック ス中間層が封じ込められている。

特に自動車の排気系統における触媒に対する担体として使用するための電気式に 加熱可能なハニカム体を形成するための従来技術の開示内容は、いずれも十分に 安定し機械的に負荷できる構造を保証しておらず、空隙および／または例えばセ ラミックス層のような電気絶縁層の設置はハニカム体内における種々の層を互い に力学的に結合するという課題を生じ、これによってハニカム体の機械的な結合 が場合によっては緩んでしまうおそれがある。

本発明の課題は、電気加熱に有用な抵抗が機械強度に殆ど影響を与えないような ハニカム体を提供し、かかるハニカム体を製造する際に必要な力学的な結合部を 形成するために、電気式に加熱しないハニカム体の製造法による単純で信頼のあ る方式が採用できるようにすることにある。

本発明によればこの課題は、 ａ）流体がそれに沿って貫流する軸線を有し、ｂ）この軸線の方向において互い に対向して位置する少なくとも二つの端面で境界づけられ、 Ｃ）少なくとも一つの板金で形成され加熱のために電流が導入される内部構造物 を有し、 ｄ）各端面に内部構造物を保持する主として金属製のフレームを有し、内部構造 物とフレームとの間に電気絶縁体が設けられている、ハニカム体によって解決さ れる。

本発明に基づくハニカム体においては、機械的強度を保証する構成部品は直接電 気で加熱できる構造部品から分離されており、このハニカム体は電気式に加熱で きる内部構造物から成り、その具体的な形成において、所定の有用な電気抵抗の 付与を保証するための既に公知のすべての教示も利用できる。更に、ハニカム体 の機械的強度および荷重容量が本発明に基づいて二つのフレームによって規定で きるので、内部構造物が特別な固有安定性を必要としないことになり、それらの フレームはハニカム体の各端面において内部構造物を保持し、しかもその場合内 部構造物から電気的に絶縁されている。

内部構造物への電気接続端子の接合は電流がそれに沿って内部構造物を通って流 れる電流経路の形状に応じて行われるが、電気接続端子は内部構造物自体のよう な負荷を全く受ける必要がなく、従って本発明に基づいて電流経路および電気接 続端子を設計するにあたり形状に関し大きな自由度が与えられる。

各フレーム内における内部構造物の保持は本発明の有利な実施ｍ様において摩擦 によって行われ、例えば内部構造物を形成する板金が各フレームに押し込まれる ことによって行われる。一般に摩擦による保持は、特にハニカム体がフレームに おいて配管系統の他の構成要素に結合されているときに十分である。

内部構造物とフレームとの間の絶縁は有利には主として少な（とも一つのセラミ ックス層であり、内側構造物およびフレームの形状に応しては複数あるいは多数 のセラミックス層である。セラミックス層は熱的に特に安定し、従って特に高い 熱負荷に耐えねばならないようなハニカム体に適している。セラミックス層は内 部構造物の板金およびフレームの被膜でよく、変形例においては、セラミックス 繊維マット、焼結ガラスセラミックス薄膜などで形成される。焼結ガラスセラミ ックス薄膜は、この薄膜が非常に薄く、非常に柔軟であり且つ脆性破壊傾向が小 さいので有利である。

各フレームにおける内側構造物の保持は有利には、板金が内部構造物においてフ レーム内に存在する総合によって取り囲まれ締め付けられることによって行われ 、勿論この総合は板金と共に相応した絶縁体をも包囲しなければならない。有利 にはこの絶縁体は総合に付着するセラミックス層である。

総合はそれが折り曲げられている端面において、それを構成している金属組織が 非常に大きく変化している。将来の運転荷重における脆性破壊などにより考えら れる材料の損傷を予防するために、総合は端面の近くにろうを含む特にろうから 成るろう封入物を備えている。このろう封入物は総合の互いに上下に位置する部 品のろう付けを行い、総合の引き裂きを確実に防止する。勿論ろう封入物は内部 構造物の絶縁すべき板金から間隔を隔てなければならない。

有利には、特に配管系統におけるハニカム体の有利な固定に関しては、各フレー ムが外被管によって取り囲まれ、これに固定されている。かかる外被管は他の管 との結合部を形成するために好適であり、必要に応じてこれはフランジを備えて いる。

有利には本発明に基づくハニカム体の内部構造物における板金は波形にされ、こ れによって波高および波長が規定される０本発明に基づくハニカム体を形成する ための波形板金の使用は、それ自体公知の多数の構造形状の特徴を実現するため に重要である。更に本発明に基づくハニカム体を構成するために利用される板金 における波は、各フレームに板金を保持するための総合の使用と関連して特別な 利点を有している。一般にハニカム体における波形板金の波は軸線に対して平行 に向けられており、フレーム内において本発明に基づくハニカム体の端面でそれ 自体公知の形式の波形板金を包囲する総合は波形にされなければならない、有利 には板金およびこの板金を包囲する総合は同時に波形にされ、即ち平滑な縁金は 平滑な板金の上に押し被せられ、続いて波がそれ自体公知の方式で設けられる。

波形総会は、これが巻かれるか絡められたハニカム体を形成するために曲げられ るときに、これが全くあるいはほとんど折り曲げられないという利点を存する。

平滑な総合はそのような巻回あるいは絡め合わせの際に容易に折り曲げられ、そ れにより事情によってはかかる総合で形成されたフレームの強度の減少が避けら れることが判明している。

波形板金の使用により生ずる利点は、特にハニカム体を形成するために波形板金 だけを、殊に交互に積層される二つの異なった波の形をした波形板金だけが使用 されるときに得られる。

第１の波長と第１の波高を備えた第１の波形板金並びに第２の波長と第２の波高 を備えた第２の波形板金から本発明に基づくハニカム体を形成する場合、有利に は第１の波長は第２の波高とほぼ同じに選ばれ、このようにして波が互いにかみ 合わされる。これは大きな機械的強度を得るために重要である。その上、波が巻 回されるか絡められるときは、二つの波のがみ合わせは必ずしも一様ではなく、 波長の相応した決定によってかみ合わせは場合によって最適化される。好適には 、波が十分に大きな通路を自由に開けることなしに大きな範囲にわたって互いに 直接接触することを避けるために、第１の波高および第２の波高は互いにはっき りと異なって選択される。第１の波高はを利には第２の波高より大きく選択され 、しかも特に少なくとも２倍の大きさ、好適には約３倍の大ききさに選択される 。

ハニカム体の内部構造物並びにフレームは有利には（特殊な場合について既に述 べたように）層の形に積層され、層はスパイラルあるいはインボリュートの形式 に軸線を中心として巻回されている。かかる実施形態はそれ自体公知の多数の形 状があり、本発明の実施態様に取り入れることができる。

特に有利な実施Ｂ様の枠内において内部構造物は層の間で電気絶縁によって分離 されている。既に述べたように本発明は内部構造物の機械的安定性について非常 に僅かな要件しか課せられず、従って、内部構造物を特に所定の電源に適合され た電気抵抗の形をした電流経路を形成するために適しており、そのために絶縁層 および間隙の形をした分割部が設けられる０本発明によれば、加熱用に２ｋＷの 電気出力が用いられなければならないような自動車の排気系統に使用するための 電気式に加熱可能なハニカム体において、電気抵抗を０．０５オーム（約１２■ の電源に対して有用である）と２０オーム（約２００ｖの電圧−ヨー口・７パに おける公共を源系統の電圧の電源に対して有用である）との間で実現することが 考えられる。

実施態様に応してフレームはハニカム体の支持部分となっているので、を利には 各フレームにおいて層は十分に完全に互いに強制的に結合され、特にろう付けに よって結合される。フレームはハニカム体の端面に配置されているので、これは ろうを予め着けずに組み立てられ、ろうを着けるためにろうを含んでいる浴ある いは流動床の中に漬けられ、場合によってはろうを溶かすために熱処理される。

単純なハニカム体を製造するために知られているこの方式も本発明の意味におい て複雑に組み合わされ電気式に加熱できるハニカム体を製造するために利用でき る。

追加的な実施態様においてハニカム体の各フレームにおいて、層、詳しくは積層 された締金などを意味する層の間に平滑な板金テープおよびまたは波形板金テー プが挿入され、層に力学的に結合されている。かかる板金テープの挿入によって 一方では内部構造物に安定した空隙が形成され、これは電気式に加熱可能な内部 構造物に対して重要である。他方ではかかる金属テープの挿入によってフレーム の熱容量が減少される。これも電気式に加熱可能な内部構造物を備えたハニカム 体にとっては、内部構造物と同時に各フレームも加熱されなければならず、これ はフレームの熱容量が大きくなればなる程大きなエネルギーが必要であるので、 重要である。

本発明は本発明に基づく対象の特徴を有するハニカム体を製造する方法にも関す る。この方法の枠内においてはまず、互いに両側に位置し軸線に対してほぼ直角 に向けられている端縁を備えたほぼ矩形の少なくとも一つの板金が用意され、各 端縁が、板金に被覆すべきセラミックス層を有する総合で包囲され、板金および 締金を鈍角に、好適には軸線に対してほぼ垂直に波形にされ、板金が締金と層の 形に積層され軸線を中心として巻きつけられ、フレームを形成する総合を外被管 で取り囲み、最後に締金で形成された層の間に力学的な結合部が形成される。

かかる力学的な結合部はろう付けであり、このろう付けは例えば、フレームがろ うの浴あるいは流動床の中に漬けられ、続いてろうを溶かすために熱処理される ことにより行われる。

有利には本発明に基づくノじカム体の製造は複数の、好適には多数の板金から行 われ、場合によってはすべての板金が一つあるいは二つの波で波形にされる。

本発明の詳細な説明を図面に示されている実施例を参照して行う０本発明の特別 な特徴を明瞭にするために図面は部分的に概略的および／または誇張して示され ている。

図１は本発明の枠内で使用するための締金を備えた波形板金の斜視図、図２は本 発明に基づくハニカム体の実施例の軸断面図、図３は他の実施例の部分概略斜視 図、 図４は種々の波形板金から成るハニカム体構造の横断面図、図５は本発明に基づ くハニカム体のフレームの部分断面図、および図６は補助的なろう封入物を備え た締金の断面図である。

図１はその端縁１６が締金９で包囲されている板金３を示している。締金９と板 金３との間に絶縁層７、例えば各締金９にセラミックス層が存在している。板金 ３および締金９は波形にされ、しかも板金３で構成すべきノじカム体の軸線１に 対して垂直に波形にされている。

図２は本発明に基づくノしカム体の実施例の概略軸断面図である。

ハニカム体は軸線１の方向に端面２で境界づけられている。各端面２にはフレー ム６があり、このフレーム６は層の形に積層され巻かれた板金３で形成された内 部構造物５を支持している。各フレーム６は板金３の端縁１６を包囲する総合９ を含んでいる。締金９は板金３からセラミックス絶縁層７および間隙８によって 絶縁されている。各フレーム６において締金９で与えられた二つの層の間に板金 テープ１４が挿入されている。この板金テープ１４は一方ではフレーム６におけ る熱容量を低減し、他方では内部構造物５内において隣接する層の間隔を保証す る。これによって内部構造物５に絶縁体１１．１２を設けることができる。かか る絶縁体は間隙１２であり、また板金３の隣接する二つの層の間にセラミックス 絶縁層１１などを挿入することもできる。かがる絶縁層１１は、二つの層の間に 挿入されるセラミックス繊維マットであるかあるいは板金３におけるセラミック ス層である。各フレーム６は外被管ｌＯによって取り囲まれ、これによりハニカ ム体は補助的に安定化されている。

図３は本発明に基づくハニカム体の斜視図である。ハニカム体は軸線１の方向に おいて端面２で境界づけられている。各端面２にはフレーム６があり、これは外 被管１０によって取り囲まれている。互いに間隔を隔てられたフレーム６の間に 電気式に直接加熱できる内部構造物５が位置している。加熱のために必要な電流 を導入および導出するために内部構造物５は接続端子エフを備えており、図面で は選択された斜面に応じて一つの接続端子１７しが見えていない。

図４は互いに積層された種々の波形板金３．４の複合状態を示している。第１の 板金３はその波の方向に規定すべき波長ｄ１と波の振幅である波高ｈ１とを有し ている。第２の板金４は相応した波長ｄ２および波高ｈ２を有し、その第２の板 金の波高ｈ２は第１の板金３の波高ｈｌの約３分の１に相応している。第２の板 金４の波長ｄ２は第１の板金３の波長ｄ１にほぼ相応している。第１の板金３お よび第２の板金４の複合状態は、これらの板金３．４が補助的に層の形に巻かれ るか否かに左右されることが明らかであり、そのような場合、図示したパターン の変化も生ずる。しかし波長ｄ１、ｄ２および波高ｈ１、ｈ２に対する上述の選 択が一般に有利であることが実証されている。

図５は本発明に基づ（）じカム体のフレーム６の部分図であり、フレーム６は互 いに積層された締金９、平滑な板金テープ１４および波形板金テープ１５がら成 っている。各締金９は内部構造物（図示せず）の板金（図示せず）を取り囲み、 板金テープ１４．１５は内部構造物の中に突出しておらず、フレーム６上に限ら れている０図５は本発明の特に有利な実施例の特長を示し、即ちフレーム６の完 全なろう付けを示している。実際に締金９と板金テープＩ４．１５との間の接触 個所に硬ろう付け１３が施されている。これによってフレーム６は著しく安定化 し、それにも拘わらず依然として、内部構造物を間隙、絶縁層などの挿入によっ て、加熱の付与に相応した大きな電気抵抗を備えた電流経路が得られるように形 成することができる０本発明に基づくノじカム体の頑丈性はこの間隙などによっ て阻害されない。

図６は絶縁層７で取り囲まれた板金３を包囲している締金９を示している。締金 ９は端面１８において折り曲げられ、その近くに板金３の端縁１６から間隔を隔 ててろう封入物１９を有している。ろう封入物１９は締金９の互いに上下に位置 する範囲をろう付けし、そのようにして補助的な強度を与え、折り曲げによって 制限されるおそれがある締金９の端面１８の強度を有利に補充する。なお折り曲 げられた締金９の代わりに、互いに上下に位置し端面１８でろう付けされた部品 から成る締金９を本発明の枠内において利用することもできる。

本発明に基づくノしカム体において機械的強度を保証する構成部品は、直接電気 式に加熱できるとともに電気抵抗の付与に応じて形成されている構造部品から分 離されている。ハニカム体は簡単に製造でき、特に大きな堅牢性を有する。

ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　３ 手続補正書 平成６年　８月２２日醗ｅ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）流体がそれに沿って貫流する軸線（１）を有し、ｂ）この軸線（１）の 方向において互いに対向して位置する少なくとも二つの端面（２）で境界づけら れ、 ｃ）少なくとも一つの板金（３、４）で形成され加熱のために電流を導入される 内部構造物（５）を有し、 ｄ）各端面（２）に内部構造物（５）を保持する金属フレーム（６）を有し、内 部構造物（５）とフレーム（６）との間に電気絶縁体（７、８）が設けられてい る ハニカム体。
2. ２．板金（３、４）が各フレーム（６）に摩擦によって保持されている請求の範 囲１記載のハニカム体。
3. ３．各フレーム（６）において絶縁体（７、８）が主として少なくとも一つのセ ラミックス層（７）で形成されている請求の範囲１または２記載のハニカム体。
4. ４．端フレーム（６）が絶縁体（７、８）および板金（３、４）を包囲する少な くとも一つの縁金（９）を有している先行請求の範囲の１つに記載のハニカム体 。
5. ５．絶縁体（７、８）が主として縁金（９）に付着するセラミックス層（７）に よって形成されている請求の範囲４記載のハニカム体。
6. ６．縁金（９）が端面（１８）において折り曲げられ、端面（１８）の近くで板 金（３、４）から間隔を隔ててろうを含むろう封入物（１９）を有している請求 の範囲４または５項記載のハニカム体。
7. ７．各フレーム（６）が付設の外被管（１０）で取り囲まれ、これに固定されて いる先行の請求の範囲の１つに記載のハニカム体。
8. ８．板金（３、４）が波形にされ、波高（ｈ１、ｈ２）並びに波長（ｄ１、ｄ２ ）を有している先行の請求の範囲の１つに記載のハニカム体。
9. ９．第１の波高（ｈ１）と第１の波長（ｄ１）を備えた少なくとも一つの第１の 波形板金（３）と、第２の波高（ｈ２）と第２の波長（ｄ１）を備えた少なくと も一つの第２の波形板金（４）とを有している請求の範囲８記載のハニカム体。
10. １０．第１の波長（ｄ１）がほぼ第２の波長（ｄ１）と同じである請求の範囲９ 記載のハニカム体。
11. １１．第１の波高（ｈ１）が第２の波高（ｈ２）より大きく、特に少なくとも２ 倍の大きさ好適には約３倍の大きさをしている請求の範囲９または１０記載のハ ニカム体。
12. １２．内部構造物（５）およびフレーム（６）がそれぞれ層の形に積層されてい る先行の請求の範囲の１つに記載のハニカム体。
13. １３．層が軸線（１）を中心として巻かれている請求の範囲１２記載のハニカム 体。
14. １４．内部構造物（５）が層の間で電気絶縁体（１１、１２）によって分けられ ている請求の範囲１２または１３記載のハニカム体。
15. １５．各フレーム（６）内において層が互いに結合され、特に硬ろう付け（１３ ）によって結合されている請求の範囲１２ないし１４の１つに記載のハニカム体 。
16. １６．各フレーム（６）において平滑な板金テープ（１４）および／または波形 板金テープ（１５）が層の間に挿入され、これに結合され、特に硬ろう付け（１ ３）されている請求の範囲１２ないし１５の１つに記載のハニカム体。
17. １７．ａ）互いに両側に位置し軸線（１）に対してほぼ直角に向けられている端 縁（１６）を備えたほぼ矩形の少なくとも一つの板金（３、４）を用意し、ｂ） 各端縁（１６）を、板金（３、４）に被覆すべきセラミックス層（７）を有する 縁金（９）で包囲し、 ｃ）板金（３、４）および縁金（９）を鈍角に好適には軸線（１）に対してほぼ 垂直に波形にし、 ｄ）板金（３、４）および縁金（９）を層（１１、１２）の形に積層し、この層 を軸線（１）を中心として巻きつけ、 ｅ）縁金（９）を外被管（１０）で取り囲み、ｆ）縁金で形成された層の間の結 合部（１３）を形成する先行の請求の範囲の１つに記載のハニカム体を製造する 方法。
18. １８．少なくとも一つの第１の板金（３）および少なくとも一つの第２の板金（ ４）が用意され、縁金（９）で包囲され、波形にされ、層の形に積層される請求 の範囲１７記載の方法。
19. １９．多数の板金（３、４）が用意される請求の範囲１７または１８記載の方法 。