JPH09155203A - 排ガス浄化用複合担体 - Google Patents

排ガス浄化用複合担体

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JPH09155203A
JPH09155203A JP7323260A JP32326095A JPH09155203A JP H09155203 A JPH09155203 A JP H09155203A JP 7323260 A JP7323260 A JP 7323260A JP 32326095 A JP32326095 A JP 32326095A JP H09155203 A JPH09155203 A JP H09155203A
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JP
Japan
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honeycomb body
metal
ceramic
ceramic honeycomb
exhaust gas
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Pending
Application number
JP7323260A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Ota
仁史 太田
Masayuki Kasuya
雅幸 糟谷
Yoichi Abe
安部  洋一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はメタルハニカム体とセラミックハニ
カム体をタンデムに配置することにより、夫々のハニカ
ム体の長所を生かし、排ガスの浄化効率を向上させる複
合担体を提供する。 【解決手段】 耐熱性金属箔よりなる平箔と波箔とを重
ねて巻回し、渦巻き状に形成したメタルハニカム体と、
セラミックハニカム体とを交互に、メタルハニカム体外
周には非膨脹性弾性シール材を、セラミックハニカム体
の外周には膨脹性弾性シール材をそれぞれ介在せしめて
同一ケーシング内に直列装入してなることを特徴とす
る。この際、メタルハニカム体を上流側にし、セラミッ
クハニカム体を下流側にして直列配置し、或いはさらに
これらの配置を交互に実施してもよく、これによりメタ
ル担体の加熱と保温を効率よく行える。更に上記配列
は、セラミックハニカム体の間にメタルハニカム体を配
置する構成にしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車排ガスを浄化
する触媒担持用複合担体に関し、特に、エンジン始動
時、あるいは一時停止後の再起動時における初期の反応
性の高い複合担体に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の排ガスを浄化するためにその排
気系に設置される触媒担体は、触媒を担持するハニカム
体がセラミック製に代わってメタル製が次第に用いられ
るようになっている。
【0003】セラミックハニカム体は主としてコーデェ
ライトで構成され、耐熱性が高く、かつ熱膨脹係数が低
いが、機械的強度は高々40kgf/cm2 であり、また衝撃
に対して弱いため、排ガスを通すセルを形成するハニカ
ム壁の厚さは、ほぼ170μmと厚くなり、従って保温
性はすぐれているが、セル開口率も70%に過ぎないた
め排気に対する圧力損失も大きく、かつ、エンジン始動
時などの熱エネルギーの低い排気ガスとの接触では触媒
活性温度に達するのに時間がかかる。
【0004】一方、メタルハニカム体は、平らな箔と波
加工した波箔を重ね合わせて巻回して形成され、この箔
にはAlを含有するフェライト系ステンレス鋼であって
箔の厚さはほぼ50μm以下のものが用いられる。すな
わち、従来のセラミックハニカム体の壁厚に比べて1/
3以下の厚さであるため、セル開口率も大きく従って圧
損も小さくでき、かつ熱容量を小さくできるために急速
加熱が可能であり、触媒の活性化には有利であるが、箔
圧延や加工および接合が難しく、製造コストも安くなら
ない。また熱膨脹係数も大きい。
【0005】この様に両者は一長一短があり、それぞれ
の長所を生かす使用が検討されている。例えば、一排気
系に高温部、すなわちマニホールド直下にメタル担体
を、アンダーフロー側にセラミック担体を用いた例もあ
るが、それぞれの担体についての効用は果すものの、組
合わせによる特別の効果は見られない。
【0006】特開平4−341348号公報には、図3
に示すように、メタルハニカム体11の外周にセラミッ
ク担体10を配置する担体が浄化性能向上の目的で提案
されているが、それぞれの熱膨張特性に差があるため、
熱膨張しないセラミック担体10に接している部分のメ
タルハニカム体11は座屈して、繰り返し使用する内
に、ハニカム体10,11間に隙間ができ、振動でのが
たつきや、衝撃でセラミックハニカム体10が割れるこ
とがある。また、ハニカム体間の隙間により浄化性能も
低下してくる。
【0007】一方、特開平6−241037号公報に
は、図4に示すようにセラミックハニカム体10を内側
にし、メタルハニカム体11をその外側に配置した二重
構造のハニカム体12が、セラミックハニカム10を外
部衝撃から保護する目的で提案されているが、セラミッ
クハニカム体10よりメタルハニカム体11の熱膨脹係
数が大きいため、繰返し使用の内にハニカム体間に隙間
ができ、振動でのがたつきや、衝撃で割れが起こること
もある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消しようとするものであって、メタルハニカム
体とセラミックハニカム体を同一ケーシング内に直列に
配置することにより、それぞれのハニカム体の長所を生
かし、排ガスの浄化効率を向上させる複合担体を提供す
ることを目的をする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、以下の構成を要旨とする。すなわち、耐熱
性金属箔よりなる平箔と波箔とを重ねて巻回し、渦巻き
状に形成したメタルハニカム体と、セラミックハニカム
体とを、メタルハニカム体外周には非膨脹性弾性シール
材を、セラミックハニカム体の外周には膨脹性弾性シー
ル材をそれぞれ介在せしめてケーシング内に直列装入し
てなることを特徴とする排ガス浄化用複合担体である。
この際、メタルハニカム体を上流側にし、セラミックハ
ニカム体を下流側にして直列配置し、或いはさらにこれ
らの配置を交互に実施してもよく、これによりメタル担
体の加熱と保温を効率よく行える。さらに上記配列は、
セラミックハニカム体の間にメタルハニカム体を配置す
る構成にしてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明を図に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。図1は排ガス系に接続するケー
シング1内にハニカム体を直列に配置した場合の断面説
明図である。すなわち、図において2は平箔と波箔とを
重ね合わせて渦巻状に形成したメタルハニカム体であ
り、排気ガスの入側、すなわち上流側に配置され、か
つ、ケーシング1との間にはシール材4として非膨脹性
弾性断熱材を充填して固定している。3はセラミックハ
ニカム体であり、その外周、すなわちケーシング1との
間にはシール材5として膨脹性弾性緩衝材を充填し、メ
タルハニカム体2の下流側に配置固定される。
【0011】この様に、本発明においては上流側にシー
ル材に被覆されたメタルハニカム体2を配置することに
より、最初に排ガスと接触し、メタルハニカム体の熱容
量が小さいため、エンジン可動開始時の熱エネルギーの
小さい排ガス流と接触しても昇温が早く、従って温度降
下の少ないガス流がセラミックハニカム体に供給される
ことになる。すなわち、従来のメタル担体のように、ハ
ニカム体と金属製外筒とが直接接合されているため、外
気に晒されている外筒の放熱や抜熱にともなってハニカ
ム体よりも抜熱され、ハニカム体の温度上昇が妨げられ
るようなことはなく、触媒が自己反応する活性温度に達
する時間が短くてすむと共にセラミックハニカム体へ温
度降下の少ないガスが供給される。
【0012】一方、セラミックハニカム体はメタルハニ
カム体に比べて加熱速度は遅いが、加熱されたメタルハ
ニカム体からの輻射熱や、供給される温度降下の少ない
ガス流により、セラミックハニカム体単体で用いられる
ときより早く昇温する。
【0013】エンジン停止時などの冷却時には、セラミ
ックハニカム体自体の温度降下が遅いため保温効果があ
り、メタルハニカム体自体の冷却速度が早いとしても、
セラミックハニカム体の輻射熱で保温され、再始動する
に際しての、メタルハニカム体の熱効率を向上させる役
割を果たしている。
【0014】この様な効果を奏するためにシール材4,
5は重要な役割を果たしており、本発明ではメタルハニ
カム体に用いるシール材としては、ケーシングとの熱伝
導を遮断する断熱性を有すると共に、メタルハニカム体
が高温で熱膨張するためにその際に加圧(圧縮)力が作
用しないように非膨脹性の弾性材を用いるのがよく、こ
れには例えばアルミナ繊維、セラミック繊維、ムライト
繊維等が挙げられる。
【0015】セラミックハニカム体のシールには、セラ
ミックハニカム体自体は熱膨張性が小さいが、ケーシン
グが熱膨張するためにこれに準じて熱膨張する材質が適
用される。
【0016】メタルハニカム体とセラミックハニカム体
の間隙は狭い方が良く、2〜20mm程度とするのが望ま
しい。本発明において上流側をメタルハニカム体、下流
側をセラミックハニカム体配置とする組合わせは一対の
みならず、二対以上設けてもよい。
【0017】図2は本発明の別な例を示すものであっ
て、ハニカム体A,B,Aの3個を組合わせて並列配置
する。すなわちAはセラミックハニカム体、Bはメタル
ハニカム体でありセラミックハニカム体A,A間に挟ま
れている。このような配置にすることにより、前記した
ように、メタルハニカム体Bに初期(エンジン始動時)
加熱の昇温効果を持たせ、冷却−昇温時における保温効
果をセラミックハニカム体A,Aに持たせるものであ
り、特にメタルハニカム体Bは上下流両側から加熱され
るためにメタルハニカム体の保温効果は大きく、触媒効
率を向上させる。
【0018】この配置はAをメタルハニカム体、Bをセ
ラミックハニカム体としてもよく、また、各ハニカム体
の長さ(幅)を小さくして、これらを二対以上配置する
こともできる。この際ケーシングとの間に充填するシー
ル材はそれぞれに対応した膨脹、非膨脹弾性材を用いる
ことが必要である。
【0019】
【実施例】
[実施例]図1に示すように、Fe−Cr−Alフェラ
イト系ステンレスの厚み50μmの平箔と波箱を重ね巻
き回し、直径89mm、長さ80mm、セル密度400個/
in2 のメタルハニカム体2を形成する。メタルハニカム
体の平箔と波箱は拡散接合で接合した。
【0020】一方、コージェライト製の壁厚170μm
の400個/in2 の直径89mm、長さ80mmのセラミッ
クハニカム体3を作成した。
【0021】メタルハニカム体2には厚み6mm、長さ6
0mmで0.2g/cm3 の嵩密度に圧縮成形されたアルミ
ナ繊維の成形体4を巻き、セラミックハニカム体3に
は、厚み6mm、長さ60mmの膨脹性成形体5を巻きつけ
た。そして、各々のハニカム体2,3と成形体4,5を
ステンレス製の板厚1.5mmからなる一つのケーシング
1内に、ガス入口側にメタルハニカム体2をセットし、
各ハニカム体2,3間の間隙は10mmとなるように装着
した。
【0022】得られた複合担体を(図5に示すように)
2000ccのガソリンエンジンの排気系に排気マニホー
ルド10から90cmの位置に装着し、常温から入ガス温
0500℃に昇温し、5分間保持した後、常温まで昇
温し、5分間保持し、再び500℃まで昇温するパター
ンを繰り返して、各ハニカム体の中心部の温度T1 ,T
2 を熱電対で測温した。結果を図7に示す。
【0023】[比較例]図6に示すように、実施例と同
様にFe−Cr−Alフェライト系ステンレスの厚み5
0μmの平箔と波箱を重ね、巻き回し、直径89mm、長
さ80mm、セル密度400個/in2 のメタルハニカム体
2を形成し、ステンレス製の板厚1.5mmからなる内径
89mmのケーシング6に圧入し、平箔と波箱とを拡散接
合でハニカム体とケーシングをロウ付けで接合し、従来
型のメタル担体7を形成する。
【0024】一方、コージェライト製の壁厚170μm
の400個/in2 の直径89mm、長さ80mmのセラミッ
クハニカム体3を作成した。セラミックハニカム体3に
は、厚み6mm、長さ60mmの膨脹性成形体5を巻きつけ
て、ステンレス製の板厚1.5mmからなるケーシング8
に装着し、セラミック担体9を形成した。
【0025】得られたメタル担体7とセラミック担体9
を実施例と同じく、2000ccのガソリンエンジンの排
気系に排気マニホールド10から30cmの位置にメタル
担体7を、90cmの位置にセラミック担体9を装着し、
昇温降温を繰り返し、同様に各担体温度T3 ,T4 を測
温した。結果を図8に示す。
【0026】本実施例では図7より降温時、メタルハニ
カムとセラミックハニカムがほぼ同様の降温挙動を示す
ことがわかる。メタルハニカムとセラミックハニカムの
相互作用により、降温速度勾配がゆるやかになる効果が
ある。
【0027】従って、次の昇温時には、担体に十分な余
熱が比較例に比べて残っているため、特にメタル担体の
昇温が早くなり、1サイクル運転後の2サイクル目昇温
時において担体温度が触媒活性温度350℃に到達する
までの時間を早めることができる。本実施例は比較例に
比べて約30%触媒不活性時間を短縮することができ
た。
【0028】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明はメタルハニ
カム体とセラミックハニカム体を直列に配置することに
より、それぞれのハニカム体の長所を生かし、排ガスの
浄化効率を向上させる排ガス浄化用複合担体を得ること
ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明複合担体の断面説明図。
【図2】本発明複合担体の他の例を示す説明図。
【図3】従来の触媒担体の断面を示す説明図。
【図4】従来の2重構造のハニカム体を示す斜視図。
【図5】本発明複合担体の実施例を示す説明図。
【図6】比較例を示す説明図。
【図7】本発明実施例の温度測定結果を示す図。
【図8】比較例の温度測定結果を示す図。
【符号の説明】
1 :ケーシング 2 :メタルハニカム体 3 :セラミックハニカム体 4 :シール材 5 :シール材 A,B :ハニカム体 6 :ケーシング 7 :メタル担体 8 :ケーシング 9 :セラミック担体 10 :排気マニホールド T0 :入ガス温 T1 ,T2 ,T3 ,T4 :ハニカム体温度
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/28 311 F01N 3/28 311M

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐熱性金属箔よりなる平箔と波箔とを重
    ねて巻回し、渦巻き状に形成したメタルハニカム体とセ
    ラミックハニカム体とを、メタルハニカム体外周には非
    膨脹性弾性シール材を、セラミックハニカム体の外周に
    は膨脹性弾性シール材をそれぞれ介在せしめてケーシン
    グ内に直列装入してなることを特徴とする排ガス浄化用
    複合担体。
  2. 【請求項2】 メタルハニカム体を上流側にし、セラミ
    ックハニカム体を下流側にして直列配置したことを特徴
    とする請求項1記載の排ガス浄化用複合担体。
  3. 【請求項3】 セラミックハニカム体の間にメタルハニ
    カム体を配置して直列したことを特徴とする請求項1記
    載の排ガス浄化用複合担体。
JP7323260A 1995-12-12 1995-12-12 排ガス浄化用複合担体 Pending JPH09155203A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999002263A1 (en) * 1997-07-10 1999-01-21 The University Court Of The University Of Dundee Monolith
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JP2011021485A (ja) * 2009-07-13 2011-02-03 Isuzu Motors Ltd 自動車用排気浄化装置

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