(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のハニカムと断熱体とを備えたハニカム体において、断熱体（３、２３、３３、４３、５３）が互いに積層および／又は巻回された多数の絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）を有し、これらの絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）がそれらに形成されたミクロパターン（５）によって絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）間に中間空間が生ずるように相互に支持され、ミクロパターン（５）が１５〜２５０μｍの高さを有していることを特徴とするハニカム体。
【請求項２】
断熱体（３、２３、３３、４３、５３）がハニカム（２）を一部だけ包囲していることを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
【請求項３】
排気ガス、特に内燃機関、特にガソリンエンジンの排気ガスを触媒変換するためのコンバータであることを特徴とする請求項１又は２記載のハニカム体。
【請求項４】
絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）が少なくとも部分的に互いに接合技術で結合、特にろう付けされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項５】
ハニカム（２）が金属ハニカム壁を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項６】
金属ハニカム壁が少なくとも部分的に互いに接合技術で結合され特にろう付けされていることを特徴とする請求項５記載のハニカム体。
【請求項７】
金属ハニカム壁の材料および絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）の材料が互いに異なり、特に前者の材料が８００℃以上の温度で耐食性を有し、後者の材料が弱い耐食性を有していることを特徴とする請求項５又は６記載のハニカム体。
【請求項８】
ハニカム壁の一部が少なくとも一つの絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）に接合技術で結合、特にろう付けされていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項９】
外被管（６）を有し、この外被管の管内室にハニカム（２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１０】
外被管（６）を有し、断熱体（３、２３、３３、４３、５３）がこの外被管（６）の外側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１１】
最も外側の絶縁板金層（７）がその内側にある絶縁板金層（４、１４、２４、３４、４４）より厚くされていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１２】
外被管（６）を有し、この外被管の管内室に断熱体（３、２３、３３、４３、５３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１３】
絶縁板金層（４、１４、２４、３４、４４）がスパイラル状に巻回された一枚の帯状板金（１１、１２）の一部であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１４】
断熱体（３３）が二枚の帯状板金（１１、１２）を有し、その少なくとも一枚にミクロパターン（５）が形成され、両帯状板金（１１、１２）がスパイラル状に巻回され絡み合わされていることを特徴とする請求項１３記載のハニカム体。
【請求項１５】
ハニカム（２）が少なくとも一部に加熱可能な壁を有していることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１６】
断熱体（３、２３、３３、４３、５３）の端面（１０）に多数の絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）の縁が位置し、絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）がその端面（１０）の近くで少なくとも部分的に互いに接続され、絶縁板金層間の中間空間と断熱体（３、２３、３３、４３、５３）の周囲との間における空気流が防止または阻止されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１７】
中間空間のすべてあるいは一部が空気をしゃ断および真空引きされていることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１８】
絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）の少なくとも一部特に少なくとも断熱体（３、２３、３３、４３、５３）の外側にある絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）が熱放射に対して０．１より小さな放射率を有していることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項１９】
絶縁板金層（１４）の表面にこの絶縁板金層（１６）と異なった材料から成る非放射材料層（１５）が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のハニカム体。
【請求項２０】
少なくとも一つ、好適にはすべてのミクロパターン（５）付き絶縁板金層（１４、２４、３４、４４）においてミクロパターン（５）が互いに平行に延びる少なくとも一群のリブを有していることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１つに記載のハニカム体。
【請求項２１】
各群のミクロパターン（５）が１〜２０ｍｍ、特に５〜１５ｍｍの相互間隔を有していることを特徴とする請求項２０記載のハニカム体。
【請求項２２】
ミクロパターン（５）が互いに交差して延びる二つの群のリブを有していることを特徴とする請求項２０又は２１記載のハニカム体。
【請求項２３】
少なくとも一つの共通の中間空間を有する少なくとも一対の絶縁板金層（４、７、１４、２４、３４、４４）を備えたハニカム体において、一対の絶縁板金層がそれぞれその一群のリブによって相互に支持され、それらのリブが互いに交差方向に延びていることを特徴とする請求項２０又は２１記載のハニカム体。
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に自動車における触媒担体として使用される多数のハニカムを備えたハニカム体に関する。ハニカムの壁に設けられた触媒材料から成る被覆層は内燃機関からの排気ガスを変換することを可能にする。
国際特許出願公表第ＷＯ９０／０８２４９号明細書および同第ＷＯ９６／０９８９２号明細書にはハニカム形状を規定するミクロパターンを備えたハニカム体が記載されている。ハニカム体はハニカムを通って流れる排気ガスに影響を与える追加的なミクロパターンを有している。
ハニカム壁は例えば金属から成っている。このようなハニカム壁を備えたハニカム体の製造方法はろう付け工程を含んでいる。適当なろう付け方式は例えば国際特許出願公表第ＷＯ８９／０７４８８号明細書で知られている。
ヨーロッパ特許第０２２９３５２号明細書から熱放射防護体を使用することが知られている。この熱放射防護体は外被管の外側に配置されている一つあるいは複数の板金層から成っている。その場合、外被管の内部におけるハニカム構造物を形成する板金層と同じ板金層が使用されている。
特に自動車工業において排気ガス触媒の特性に課せられる要求はますます高まっている。ますます厳しくなる排気ガス基準に関連して特に低温始動特性および再始動特性は絶えず改善する必要がある。エンジンをその停止時間後に再起動する際、触媒のハニカム体がなおできるだけ高い温度を有していることが重要である。国際特許出願公表第ＷＯ９６／０７０２１号明細書には、外被管の内外にそれぞれ熱絶縁体を有する排気ガスを変換するための触媒が記載されている。この絶縁体の例として空隙および絶縁マットが挙げられている。
上述の従来技術では絶縁作用は空気ないし固形絶縁材料で得られている。静止空気は公知の固形絶縁材料より小さな熱伝導率を有するが、これは放射による熱移送はきわめて僅かしか妨げない。これに対して国際特許出願公表第ＷＯ９６／０７０２１号明細書で提案されているような複数の板金層は熱放射をかなり阻止する。しかしこの板金層層はそれらの接触個所に熱ブリッジを形成するので、熱伝達によりかなりの熱移送が生ずるおそれがある。
本発明の課題はハニカム体を周囲への熱損失がごく僅かであるように改良することにある。
この課題は本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有するハニカム体によって解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。
本発明に基づくハニカム体は、互いに積層および／又は巻回された多数の絶縁板金層から成る断熱体を有し、それらの絶縁板金層がそれらに形成されたミクロパターンによって絶縁板金層間に中間空間が存在するように相互に支持されていることを特徴としている。ミクロパターンはほぼ１５〜２５０μｍの高さを有している。従ってこのパターンはヨーロッパ特許第０２２９３５２号明細書から知られている排気ガスで貫流されるハニカム状通路を形成するための構造物よりかなり低くなっている。この高さのミクロパターンは国際特許出願公表第ＷＯ９６／０９８９２号明細書で知られているが、ここではハニカム状通路内において層流で流れる排気ガスを混合するための構造が提案されている。しかし本発明に基づくハニカム体では、そのような低いミクロパターンの特性は全く別の目的で利用されている。その低い高さのために、多数の絶縁板金層を狭い空間内に上下に重ね合わせることができ、これによって積層体を通しての熱放射に基づく熱移送が著しく減少される。その減少率は近似的には絶縁板金層の枚数にのみ左右されるので、従来技術に比べて場所が節約されるか、あるいはより大きな絶縁作用が得られる。
またより大きな積層密度も別の利点を生ずる。ミクロパターンを適当に形成することによって、例えばこのパターンが細長く先が尖ったリブを有するように形成されることによって、それぞれ２つの絶縁板金層間の接触面積は著しく小さくされる。これによって熱伝達に基づく熱移送も著しく減少できる。
特に多数のハニカムを備えたハニカム体を熱損失から有効に保護するために、絶縁板金層がハニカムをできるだけ閉鎖して包囲すると有利である。排気ガス触媒担体として使用するハニカム体では、勿論排気ガスの入口ないし出口用の開口をあけておかなければならない。しかしこの本発明に基づく様式の断熱体は特に有利な実施態様においてはハニカム体の周囲に存在する熱に敏感な物体を保護するためにも使用される。この場合断熱体は、ハニカムから見て限られた立体角範囲において断熱作用が得られるようにハニカムを一部しか包囲しない。
本発明に基づくハニカム体の有利な実施態様において、断熱体の絶縁板金層は少なくとも部分的に互いに接合技術で結合、特にろう付けされている。その利点は断熱体の機械的安定性が得られることにある。
有利な実施態様においてハニカムは金属ハニカム壁を有している。ハニカムに隣接する絶縁板金層も金属である実施態様において、ハニカム相互のろう付けおよびハニカムと絶縁板金層とのろう付けは同じろう付け工程で同時に実施することができる。
あるいはまたハニカム壁に対して別の材料、例えばセラミックスを利用することあるいは種々の材料を組み合わせることもできる。特に有利な実施態様は、多数のハニカムを備えた未焼結セラミックに絶縁板金層が設けられ、続いてそのセラミックが焼結されることによって得られる。その変形例において絶縁板金層は未焼結セラミックにそのミクロパターンによってこのミクロパターンが未焼結セラミックに圧入されることにより固着する。
金属ハニカム壁の場合、その耐食性について厳しい要求が課せられている。適当な方式で触媒作用材料が装備されている本発明に基づくハニカム体は、内燃機関、特にガソリンエンジンの排気ガスを触媒変換するのに適している。そのようなエンジンの排気ガス温度は代表的には８００℃を越えている。この用途に対するハニカム体は数千時間を越える運転時間にわたってこの温度における腐食過程に耐えなければならない。これに対して断熱体にはこれと同じ要件は課せられない。断熱体はハニカム壁のような高い温度には曝されない。絶縁作用が良好な場合せいぜいハニカム壁に隣接する絶縁板金層しか同様の高い温度にはならない。本発明に基づくハニカム体の有利な実施態様においては、特に断熱体がその中間室へのあらゆるガス入口を閉ざされている場合、断熱体はまた腐食性ガスと接触することもない。
他の実施態様においては、ハニカム体は外被管を有し、その管内室にハニカムが設けられている。このような態様は機械的安定性の理由からもまた製造技術的な理由からも有利である。このようなハニカム体は種々の実施態様が考えられる。その一つの実施態様においては上述の断熱体も管内室中に設けられる。別の実施態様においてはその代わりにまたそれに加えて、断熱体が外被管の外側に設けられる。この場合、例えば特に厚く形成された最外側の絶縁板金層あるいは第２の外部外被管が機械的損傷から保護する。金属外被管を備えた実施態様において、断熱体と外被管との結合部が有利には少なくとも部分的にろう付けされている。
他の実施態様においては、断熱体の絶縁板金層はスパイラル状に巻回された一枚の帯状板金の一部となっている。特別な実施態様においては、断熱体は二枚の帯状板金を有し、その少なくとも一枚にミクロパターンが形成されている。両帯状板金はスパイラル状に巻回され、互いに絡み合わされている。このような巻回は例えば両帯状板金がまず互いに重ねられ、そして一端が相互におよび／又はハニカム体の他の部分に例えば外被管に固定され、続いて巻回されることによって作られる。他の実施態様においては三枚以上の帯状板金が使用される。スパイラル状の巻回は特にそれが特に容易に形成できるので有利である。あるいはまた無端リング状の絶縁板金層も使用できる。その構成原理を維持した状態で特別な目的のために、全く異なった形状の断熱体も考えられる。ハニカム体の外側の個々の敏感な物体を熱放射から保護するために、例えばハニカム体の表面の限られた部分に僅かに湾曲された絶縁板金層の積層体が配置される。
他の実施態様においては、ハニカムは少なくとも部分的に加熱可能にされる。断熱体に基づいて加熱可能な部位は大きな熱損失なしに迅速に所望の運転温度にもたらされる。断熱体はエネルギー源、例えば自動車のバッテリを保護するのに役立つ。
他の実施態様においては、断熱体の端面に多数の絶縁板金層の縁が位置している。このようなハニカム体の端面が例えば空気で洗流されると、中間空間を通る空気流によって望ましくない冷却作用が生ずるおそれがある。有利な実施態様においては、絶縁板金層は片側端面あるいは両側端面の近くで少なくとも部分的に互いに結合され、これにより中間空間と断熱体の周囲との間における空気流あるいは他のガス流の発生が防止または阻止される。例えば絶縁板金層は端面の近くで相互にろう付けされ、端面に詰め物が設けられるかあるいは端面に補助的な閉鎖部材が設けられる。
断熱体の効率は、絶縁板金層間の中間空間がすべてあるいは部分的に空気をしゃ断および真空引きされることによって高められる。総熱伝導率が減少するとともに場合によっては断熱体への腐食性ガスの侵入も阻止される。
断熱体の内部における熱放射および／又はハニカム体から外部への放熱は、断熱体の絶縁板金層の少なくとも一部特に少なくとも一つの外側の絶縁板金属が０．１より小さな放射率を有する表面を備えることによって一層減少される。他の実施態様においては、この絶縁板金層は全体が所望の放射特性を有する材料から成り、さらに他の実施態様においては絶縁板金層の主要部分の材料とは異なった材料から成る材料層がその表面上に設けられている。この層は例えば蒸着することができる。
以下図面に示した実施例を参照して本発明に基づくハニカム体の他の特徴および利点を詳細に説明する。しかし本発明は図示された実施例に限定するものではない。各図において、
図１は巻回して形成された断熱体を備えた円筒状ハニカム体の斜視図、
図２は二つの外被管を備えたハニカム体の断面図、
図３は帯状板金から成る断熱体を備えたハニカム体、
図４は二枚の帯状板金から成る断熱体を備えたハニカム体、
図５はミクロパターンと非放射層とを備えた絶縁板金層の一部、
図６は絶縁板金層の両側面に交互に突出して互いに平行に延びているミクロパターンを備えた絶縁板金層、
図７は互いに交差しているミクロパターンを備えた絶縁板金層、
図８は端面縁に対して平行に延びているミクロパターンを備えた絶縁板金層、
図９はミクロパターンを備えたおよび絶縁板金層とミクロパターン無しの絶縁板金層とから成る断熱体を備えたハニカム体の部分断面図、
図１０は両側面がミクロパターン化された絶縁板金層を有する断熱体を備えたハニカム体の部分断面図である。
図１には本発明に基づく有利な実施例のハニカム体１が示されている。そのコアは平形板金層および波形板金層を重ね合わせて巻回して形成された多数のハニカム２から成っている。ハニカムは両端面１０を結ぶ通路を形成している。コアは円筒状外被管６で包囲され、この外被管は更に断熱体４３で包囲されている。断熱体４３はこの実施例においては平形絶縁板金層４と両側面にミクロパターン５を備えた絶縁板金層３４とから成る積層絶縁板金層を有している。図１は両絶縁板金層４、３４がコアの周りに完全に巻回される直前の時点における状態を示している。
図２は内部外被管６で包囲されている図１と同様のコア付きハニカム体を示している。内部外被管６の外側に設けられる断熱体３はコアの直径に比して図１に示されている実施例よりも大きな厚さを有している。この断熱体３は第２の外部外被管６で包囲されている。
図３には断熱体２３の特殊な構造が示されている。断熱板金層２４は、連続してスパイラル状に巻回され内側面にミクロパターン５が隆起してしている一枚の帯状板金１１の部分である。この帯状板金１１はその一端８が外被管６に結合され、他端９がこの帯状板金自体の他の部分に固定されている。
図４は断熱体の別の構造を示している。この構造は図１に類似しているが、ここでは帯状板金１１のミクロパターン５は通路にほぼ平行に延びている。図１の例ではミクロパターン５は通路に対してほぼ直角に延びている。断熱体３３は図３における断熱体２３と異なって二枚の帯状板金１１、１２から成り、その一方の帯状板金１２は平形板金層であり、即ちミクロパターン５を持たない。
図５を参照して絶縁板金層１４の二つの細部を説明する。絶縁板金層１４はそのミクロパターン５の部分においても他の部分とほぼ同じ厚さをしている。このようなミクロパターンは例えば絶縁板金層１４の刻印加工あるいは曲げ加工によって作られる。ミクロパターンの別の形成方法は絶縁板金層上に別の材料を施すことにある。絶縁板金層１４は層状に構成されている。薄い非放射層１５は絶縁板金層層１４の一方の側の表面全体を形成している。この層は基礎材料１６で支持されている。非放射層１５は例えば基礎材料１６上にめっきで施される。
図６はミクロパターン５が互いに平行に線状に延びる一群のリブを有している絶縁板金層３４を示している。これらのリブは絶縁板金層３４の両側面に交互に突出している。ミクロパターン５は絶縁板金層３４の端面縁１０に直角に突き当たっている。
このような絶縁板金層３４をこれと同じ形状の絶縁板金層と組み合わせることによって特に有利な構造の断熱体３が得られる。その場合互いに交差方向に延びるリブを備えた絶縁板金層が重ね合わされる。互いに交差して延びるリブはほぼ点状の接触個所だけで平行なミクロパターン５の距離の二倍の間隔で接触する。絶縁板金層３４とその上下の絶縁板金層との接触個所は平行なミクロパターン５の間隔があけられている。平行なミクロパターンの間隔の値は１〜２０ｍｍが好ましく、好適には５〜１５ｍｍである。全般的には絶縁板金層３４に対して垂直に伝えられる熱はそれ故かなりの迂回を強いられる。この迂回および点状接触に基づいて特に大きな断熱作用が得られる。
図７に示されているミクロパターン５付きの絶縁板金層４４は互いに交差して延びるリブによって機械的に特に安定している。この板金層は所望の曲げ半径に関係して場合によっては所定の方向にしか曲げられずにハニカム体コアの周囲に巻きつけられる。リブは絶縁板金層４４の片側にしか突出していないので、この絶縁板金層４４は反対側面に同様にミクロパターンを有する絶縁板金層１４、２４、３４が組み合わされると有利である。もしミクロパターン無し絶縁板金層と組み合わされると、片側において望ましくない大面積の接触が生じてしまう。その場合特に形状、交差角度および／又はミクロパターンの間隔についてのミクロパターンの全体形状が絶縁板金層４４のそれと異なっている絶縁板金層１４、２４、３４と組み合わせることが有利である。このようにして、絶縁板金層のミクロパターンが他の絶縁板金層のミクロパターンと係合してかみ合ってしまうことが防止される。図８は図７に示されている絶縁板金層と良好に組み合わせるのに適したミクロパターン５を備えた絶縁板金層を示している。
図９および図１０にはハニカム体コアおよび断熱体４３、５３の一部が部分断面図で示されている。コアから断熱体４３、５３への移行は、ミクロパターン無しの絶縁板金層４（図９）を介してないしはミクロパターン付きの絶縁板金層３４（図１０）を介して行われている。絶縁板金層４、３４はそれぞれ異なった積層順序をした積層体を形成している。図１０においては全ての絶縁板金層３４の両側面がミクロパターン化されている。図９においてはミクロパターン付きの絶縁板金層３４はすぐ隣りの絶縁板金層として少なくとも一枚のミクロパターン無しの絶縁板金層４を有している。
図１に示されている円筒状空間形状ないし他の図に示されている円形の横断面は本発明に基づくハニカム体の形状に対する唯一のものではない。例えば別の形状として円錐状の空間形状ないし横断面が多角形のものも考えられる。ミクロパターン化された絶縁板金層を備えた断熱体３、２３、３３、４３、５３はコア２に対して図示の方式と異なって配置することもできる。断熱体は例えばハニカム２を半分だけ包囲するか、あるいはまたその外側にハニカム２を置くこともできる。
符号の説明
１    ハニカム体
２    ハニカム
３    断熱体
４    平形絶縁板金層
５    ミクロパターン
６    外被管
７    破損保護体としての絶縁板金層
８    帯状板金の始端
９    帯状板金の終端
１０    端面
１１    ミクロパターン付き帯状板金
１２    ミクロパターン無し帯状板金
１４    非放射層付き絶縁板金層
１５    非放射層
１６    基礎材料
２３    一枚の帯状板金から成る断熱体
２４    片側がミクロパターン化された絶縁板金層
３３    二枚の帯状板金から成る断熱体
３４    両側がミクロパターン化された絶縁板金層層
４３    ミクロパターン付き帯状板金とミクロパターン無し帯状板金から成る断熱体
４４    片側に互いに交差するミクロパターンを備えた絶縁板金層
５３    ミクロパターン化された帯状板金から成る断熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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