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JPH07289914A - 組み合わせられた電気加熱式及び着火式のコンバーターに有用なコアエレメント - Google Patents

組み合わせられた電気加熱式及び着火式のコンバーターに有用なコアエレメント

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Publication number
JPH07289914A
JPH07289914A JP6109078A JP10907894A JPH07289914A JP H07289914 A JPH07289914 A JP H07289914A JP 6109078 A JP6109078 A JP 6109078A JP 10907894 A JP10907894 A JP 10907894A JP H07289914 A JPH07289914 A JP H07289914A
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JP
Japan
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thin metal
flat
core
strip
core element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6109078A
Other languages
English (en)
Inventor
William A Whittenberger
ウイリアム・エイ・ホイツテンバージヤー
T Woodruff Edward
エドワード・テイ・ウツドラフ
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.)
WR Grace and Co Conn
WR Grace and Co
Original Assignee
WR Grace and Co Conn
WR Grace and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to EP94250094A priority Critical patent/EP0677649B1/en
Application filed by WR Grace and Co Conn, WR Grace and Co filed Critical WR Grace and Co Conn
Priority to JP6109078A priority patent/JPH07289914A/ja
Publication of JPH07289914A publication Critical patent/JPH07289914A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F01N3/2026—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means directly electrifying the catalyst substrate, i.e. heating the electrically conductive catalyst substrate by joule effect
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐久性を増大させる。 【構成】 コンバーター、特に触媒コンバーター用の改
良されたコアエレメントが提供される。このコアは２部
分からなり、その一方は電気的に加熱され、他方は第１
の部分から電気的及び熱的に絶縁されかつ着火部分と呼
ばれる。多数のコアエレメントが中央の強固な金属ピン
の回りで渦巻き状にきつく巻かれ、コアを形成する。合
成コアエレメントの各は平らな２部材式のストリップで
バックアップされた波形のストリップを有し、２部材式
の平らなストリップの一方のバンドは一般に比較的狭幅
のものであり、波形ストリップの前方部分と連続し、更
に他方のバンドは波形ストリップの後方部分と連続しか
つ通常は比較的広幅のものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、内燃機関又は
ガスタービンエンジンからの排出ガス、或いは揮発性の
有機排出物の流れを、化学反応、例えば酸化させる目的
で通過させるコアの形成に有用なコアエレメントに関す
る。多数のかかるコアエレメントがコア内で使用される
ことが普通である。触媒は、これをコア内に置くことが
できる。これらのコアエレメントは、コンバーター、特
に触媒コンバーター、とりわけ自動車用コンバーターの
製作に使用され、これらは排出汚染物質を許容水準まで
減らす方法で汚染物質含有の排出ガスを処理する。以下
の説明は車両用触媒コンバーターに限定されるが、その
原理は、自動車用エンジンと同様に静止装置、及び排出
ガス汚染物質用のコンバーター以外の化学反応装置に応
用し得ることが理解されるであろう。
【０００２】
【従来技術及びその課題】内燃機関用又はガスタービン
エンジン用の触媒コンバーターの目的は、排気中に存在
する汚染物質、例えば一酸化炭素、未燃焼炭化水素、窒
素酸化物などを二酸化炭素、窒素及び水に変換させるこ
とである。普通の自動車用触媒コンバーターは、正方形
又は三角形の真っすぐな貫通開口を有する長円形断面又
は円形断面のセラミックのハニカムモノリス、又はセル
壁に付着させた触媒を有するセル；触媒で被覆した耐火
金属酸化物のビーズ又はペレット、例えばアルミナビー
ズ；或いは耐火金属被覆及びその上に支持された触媒又
はセルの表面上に支持された触媒を有する波形の薄い金
属箔のマルチセル型のハニカムモノリス、例えばフェラ
イトステンレス鋼の箔のハニカムモノリスを使用する。
触媒は、通常は、貴金属、例えば白金、パラジウム、ロ
ジウム、ルテニウム、又はかかる金属の２種以上の混合
物である。触媒の活性を助けるために、汚染物質の吸収
用又は脱着用としてゼオライト被覆も使用することがで
きる。触媒は化学反応、主に酸化を促進し、これにより
汚染物質は無害な副産物に変換され、排気システムを通
って大気中に出て行く。
【０００３】しかし、かかる無害の副産物は、排出ガス
が比較的低温であるとき、例えばエンジンの冷間始動の
場合には最初は有効でない。高い変換率を得るために
は、排出ガスと接触する触媒及びコンバーターの表面
は、最低温度、例えば一酸化炭素については１９９℃
（３９０゜Ｆ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）について
は２９９℃（５７０゜Ｆ）、そしてメタン又は天然ガス
については約４８２℃、（約９００゜Ｆ）以上でなけれ
ばならない。そうでない場合は、無害な副産物への変換
は貧弱であり、従って大気の冷間始動時汚染が大きい。
通常の電気加熱されない触媒コンバーターを装着した場
合でも、車両に起因する大気汚染の８０％はエンジンの
運転の最初の２分間内に生ずると見積もられている。排
気システムがその正常運転温度に達すると、加熱されな
い触媒コンバーターは最適に効果を上げる。従って、比
較的低温の排出ガスに対しては、満足な変換が得られる
ように高温の触媒と接触させることが必要である。圧縮
着火エンジン、火花着火エンジン、ガスタービンのリア
クター、芝刈機、刈込機、ボートエンジン、及び同等の
用途に使用されるような小型エンジンは、これが要求さ
れる。
【０００４】エンジン始動の際の触媒の初期加熱を達成
するために、通常は、電気的に加熱し得る触媒コンバー
ターユニット、好ましくは薄い金属のハニカムモノリス
で形成された物がある。このモノリスは、間隔を空けら
れた平らな薄い金属ストリップ、真っすぐな波形の薄い
金属ストリップ、パターン状の波形にされた薄い金属ス
トリップ（例えば、ヘリンボン型又はシェブロン型の波
形）、又は（バロックほかの１９８９年３月７日付け米
国特許第４８１０５８８号に説明されたような）変動ピ
ッチ波形の薄い金属ストリップ或いはこれらの組合せで
形成され、このモノリスは電源、例えば１２ボルトない
し１０８ボルト又はそれ以上の交流源又は直流源に接続
され、エンジンの始動時及びその後において触媒の温度
を上昇させ、触媒を少なくも３４３±１７℃（６５０±
３０゜Ｆ）に維持することが好ましい。或いは、エンジ
ンの始動前に数秒間、電力を供給することもできる。
【０００５】波形の薄い金属（ステンレス鋼）のモノリ
スを有する触媒コンバーターは、少なくも１９７０年代
初期から知られている。いずれも１９７３年１０月３０
日付けのキッツナーの米国特許第３７６８９８２号及び
第３７７０３８９号を参照されたい。より近年では、波
形の薄い金属モノリスが、モネンマンほかの１９８７年
１２月８日付け米国特許第４７１１００９号；１９８３
年５月３日付け米国特許第４３８１５９０号、ウイッテ
ンバーガーの１９９１年１２月１０日付け米国特許第５
０７０６９４号；及びいずれも１９８９年１１月２日付
け、優先日１９８８年４月２５日の国際ＰＣＴ公開番号
ＷＯ ８９／１０４７０（ＥＰ４１２０８６）及びＷＯ
８９／１０４７１（ＥＰ４１２１０３）に説明されて
いる。上記の国際公報番号は、円盤を間隔を空けて直列
に置くことにより、又は電気絶縁している中間層により
装置の内部抵抗増加させる方法及び装置を明らかにす
る。別の国際ＰＣＴ公報番号は、１９９０年４月９日付
け、優先日１９８９年４月２１日のＷＯ ９０／１２９
５１であり、これは絶縁板の形状固定用の層により軸方
向強度の改良を探求するものである。軸方向強度の改良
を探る別の文献はカナイニアンほかの１９９１年１０月
８日付け米国特許第５０５５２７５号である。また、優
先日１９９１年１月３１日のＰＣＴ公報番号ＷＯ ９２
／１３６３６も参照すべきである。この出願は、中心軸
に沿って流体が多数の通路を通って流れ得るハニカム体
に関する。ハニカム体は、互いに間隔を空けられた少な
くも２個の円盤を持つ。明細書によれば、中心線の付近
に少なくも１個の支持体があり、これにより円盤は一緒
に連結され互いに支持される。この発明は、排気の通過
により又は電流を流すことにより迅速に温度が上昇する
ような第１の円盤の設計を可能にすると述べている。ハ
ニカム体は内燃機関の排気システム内の触媒のための支
持体として作用する。別の文献は１９９１年１月３１日
付け、１９９２年８月６日発行のドイツ特願第４１０２
８９０ Ａ１号である。この出願は波形及び平らなスト
リップの渦巻き状に巻かれた組合せを開示し、これにお
いては、平らなストリップはスロットと穿孔とを有しか
つ電気的に加熱可能である。平らなストリップは前方部
分と後方部分との間に連絡用部材を備える。かかるスト
リップのグループは絶縁手段により分離される。コアに
は、絶縁手段により分離された１対の円形の保持用セグ
メントが設けられる。端部のタブは設けられず、平らな
ストリップ部分は一体である。
【０００６】かかる従来の装置における共通の問題は、
厳しい自動車産業の耐久性、又はその試験が熱間振動試
験及び熱サイクル試験として知られる試験に耐え残るこ
とが不可能なことであった。
【０００７】熱間振動試験は、運転している内燃機関か
らの排出ガスを装置を流すち同時に高温（８００から９
５０℃（１４７２から１７４２゜Ｆ）の間）で装置を垂
直方向に振動させる（１００から２００ヘルツで慣性負
荷が２８から６０Ｇ）ことを含む。予定時間、例えば５
から２００時間までに、触媒装置が出入り又は分離を示
し或いは箔片の先端又は後端が折り重なると、その装置
は試験に不合格とされる。通常は、５時間持ちこたえた
装置は２００時間持ちこたえるであろう。５時間は、約
１００ヘルツで１８０万サイクルに相当する。
【０００８】熱サイクル試験は、８００から９５０℃
（１７４２から１７４２゜Ｆ）で流れている排気で行わ
れ、３００時間にわたり、各１５から２０分間ごとに１
２０から１５０℃に繰り返される。薄い金属箔のストリ
ップの先端の出入り又は分離は、不合格と考えられる。
【０００９】熱間振動試験及び熱サイクル試験は以後
「熱間試験」と呼び、耐え残ることは非常に困難なこと
が確かめられている。試験に合格する装置を提供するた
めの多くの努力は、多くの理由であまりにも費用がかか
るか或いは効果的でないかのどちらかであった。
【００１０】本発明の構造はこれらの熱間試験に耐える
であろう。
【００１１】電気的に加熱可能な触媒コンバーターの初
期の具体例は、特に軸方向で比較的大きく、例えば長さ
は１７７.８から２５４mm（７から１０インチ）又はそ
れ以上であり、直径は１１４.３mm（４.５インチ）であ
った。これは、排気管路において、今日普通に使用され
る通常の触媒コンバーターに代わり、又はこのような通
常の触媒コンバーターと直列にするかのいずれかで排気
システム内に挿入された。次いで、通常の触媒コンバー
ターと密に直列に補助の比較的薄い又は「パンケーキ」
型の電気的に加熱される波形の薄い金属ハニカムモノリ
スを使用できることが見いだされた。
【００１２】後に、コンバーターの「縦続接続」が、よ
り一様な良好な性能が得られることが見いだされ。縦続
接続とは、熱慣性の小さな電気加熱可能なコンバーター
（ＥＨＣ）に中間の熱慣性のコンバーターが続き、更に
熱慣性の大きな主コンバーターが続き、これらのすべて
が一般にガスの流れと同じ中心軸上にあることである。
この解決法は迅速かつ経済的なＥＨＣを提供した。この
場合、ＥＨＣ内で開始された酸化反応により発生した熱
は中間のコンバーターを加熱し、一方この中間のコンバ
ーターは大きなコンバーターを加熱した。
【００１３】電気加熱可能なハニカムは、排出ガスを、
その「着火」温度、即ち触媒の存在下で汚染物質が変換
される温度に予熱するように作用することに注意すべき
である。電気加熱可能な装置において多少の変換が生
じ、そして、変換の大部分は、通常は電気加熱されない
最終の触媒コンバーターにおいて発生する。
【００１４】「パンケーキ」型の電気加熱可能な装置と
通常の金属モノリス触媒コンバーターとは、縦続接続を
している装置内で共通の直径及び／又は幾何学的形状を
取ることができ、かつ直列関係又は従来の縦続接続関係
のいずれに必要なよりも短い軸方向長さを有するように
共通ハウジング内に一緒に置き得ることが現在では見い
だされている。本装置においては３個の構造部材の縦続
接続装置の代わりに「縦続接続」内に異なった熱慣性の
３個のユニットがなおあるが、本構造は２個の部材の縦
続接続装置を可能とする。本装置の更なる利点は、１個
のハウジング内に収納するために、電気加熱可能な部分
と通常の金属モノリス触媒コンバーター部分、又は「着
火」部分との両者を形成するために薄い金属ストリップ
より製造することが容易なことである。本発明の２重の
目的の装置は、これを、例えば通常使用されるセラミッ
ク式、アルミナペレット式、又は上述の金属モノリスハ
ニカム式のような通常の触媒コンバーターでバックアッ
プすることができる。従って、連続着火についての縦続
接続効果の利点を、これに伴う多くの問題点に遭遇する
ことなしに利用することができる。薄い金属ハニカムの
主要部分の実質的な電気加熱の回避により所要の電力の
大幅な節約が得られ、これが第１の場所における［パン
ケーキ」又は軸方向の比較的薄い、例えば５０.８mm
（２インチ）以下の構造の理由の一つである。「パンケ
ーキ」装置の小さな熱慣性のため、非常に短い温度上昇
時間、即ち事実上全くの数秒間を可能とする。排出ガス
中の汚染物質の酸化は「パンケーキ」部分で開始され、
発生した熱は排出ガス及び次の「着火」コンバーターを
更に加熱して、触媒の存在下で続いて汚染物質を完全に
酸化させる。
【００１５】以下の説明においては、「フェライト」ス
テンレス鋼が引用されるであろう。適切なフェライトス
テンレス鋼合金がエーゲンの１９８３年１１月８日付け
米国特許第４４１４０２３号に説明される。これに有用
な特別のフェライトステンレス鋼は、クロム２０％、ア
ルミニウム５％、並びにセリウム、ランタン、ネオヂウ
ム、イットリウム、及びプラセオジウムより選定された
少なくも１種の希土類金属、又はこれら希土類金属の２
種以上の混合物が０.００２％から０.０５％、残量は鉄
であり、更に製鉄用不純物の痕跡を含む。これに特に有
用な別の金属合金は市場で入手可能なハイネス（Hayne
s）２１４合金として確認された。種々のニッケル鉄合
金がハーチェンレーダーほかの１９８７年６月９日付け
米国特許第４６７１９３１号に記述される。これらの合
金は酸化に対する高い抵抗性を特徴とする。特別な例
は、ニッケル７５％、クロム１６％、アルミニウム４.
５％、鉄３％、イットリウムを除いた１種又は複数種の
希土類金属を選択的に痕跡量、炭素０.０５％、及び製
鋼不純物を含む。ハイネス２３０合金もまた有用であ
り、これはクロム２２％、タングステン１４％、モリブ
デン２％、炭素０.１０％、及びランタンを痕跡量、残
量分のニッケルを含んだ組成を持つ。フェライトステン
レス鋼（商品名「アルファＩＶ」でアレグニー・ラドラ
ム・スチール社（Allegheny Lumdum Steel Co.）より市
販）及びハイネス合金は、高耐熱性、耐酸化性（又は耐
食性）金属の例であり、コンバーターに使用する薄い金
属ストリップの製作、及び特に電気加熱されるコア用の
ヒーターストリップの製作に適している。適切な金属は
長期間にわたり９００℃から１１００℃の温度に耐えね
ばならない。
【００１６】その他の耐熱性、酸化抵抗性の高い金属が
知られ、これに使用することができる。最多の用途、特
に自動車用としては、これらの合金は「薄い」、即ち厚
さが０.０２５mmから０.１２７mm(０.００１インチから
０.００５インチ）、特に好ましくは０.０３８mmから
０.０６４mm(０.００１５インチから０.００２５イン
チ）を有する金属ストリップとして使用される。
【００１７】以下の説明においては、繊維状セラミック
マット、ウーブンセラミックもテープ又は布、又は絶縁
物についても引用するであろう。これに有用なセラミッ
ク繊維のテープ及びマットの処方および製造について、
ソーマンの１９７４年３月５日付け米国特許第３７９５
５２４号及びハッチの１９７５年１０月２８日付け米国
特許第３９１６０５７号を参照しなければならない。か
かるウーブンセラミック繊維材料は、現在は、３Ｍから
登録商品名「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）」で入手可能
であり、これは下記のように薄い金属ストリップの絶縁
に有用である。セラミック繊維マットもまた３Ｍから
「インテラム（ＩＮＴＥＲＡＭ）」として市場で入手可
能である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】略述すれば、本発明は組
み合わせられた電気加熱可能な触媒コンバーターと着火
式コンバーターに有用なコアエレメントである。このコ
アエレメントは、１対の薄い金属ストリップ又は金属箔
のストリップであって、各が先端を含んだ長手方向に伸
びている前方部分、及び後端を含んだ長手方向に伸びて
いる後方部分を有するストリップを特徴とする。１個の
ストリップは、一方の部分を他方の部分から電気的及び
熱的に絶縁する手段を含む。より特別な実施例において
は、コアエレメントは、予め定められた長さ及び幅の以
下説明されるような合成ストリップであり、このストリ
ップには波形の薄い金属ストリップ、及びこれと連続し
た平たいストリップを含み、この平たいストリップは長
手方向に伸びている先端を通してすべての電流を通過さ
せるように向ける手段を含む。これら手段は、前方部分
で発生した熱の後方部分への熱伝導を制限するようにも
作用する。
【００１９】本発明は、特殊な触媒コンバーターユニッ
ト、即ち同一ハウジング内に一緒に接近、又は隣接した
ＥＨＣ（電気加熱式コンバーター）と着火式コンバータ
ーとを有しかつ本発明のコアエレメントを備えているも
のについても着目する。
【００２０】
【実施例】本発明は、その好ましい実施例を示す付属図
面を参照し更に理解されるであろう。
【００２１】上述のように、本発明の合成コアエレメン
トは２種の薄い金属ストリップ、好ましくは薄い金属合
金のストリップで形成され、各は平行な縁の部分を有
し、かつこのストリップは、被処理ガスがまず通過する
前方部分、及び被処理ガスが最後に通過する後方部分の
２個の長手方向に伸びている部分を特徴とする。１個の
ストリップにおいて、２個の部分は電気的及び熱的に互
いに絶縁される。これは次のようにいえる。即ち、この
好ましい実施例においては、例えば、１個のストリップ
の前方部分を通して電流を流させかつ後方部分を通る電
流はこれを抑制し又は完全に阻止する手段が設けられ
る。従って、１個のストリップにおいて、薄い金属スト
リップの前方部分は前方部分の電気抵抗により急速に加
熱され、一方、後方部分は加熱されない。
【００２２】第１のストリップの前方部分は第２のスト
リップの前方部分と物理的に接触し、伝導及び輻射によ
りこれを加熱する。第２のストリップの長手方向に伸び
ている空間が伝導による熱の移動を阻止し、従ってコア
エレメントの前方部分に大部分の熱を保持する傾向があ
る。伝導により前方部分から下流に向けて幾分かの熱移
動が生ずるかもしれないが、大部分は対流による。対流
による熱の移動は効果的にコンバーターの後方部分の迅
速な加熱を生じて、後方部分を着火又は酸化促進を可能
とさせ、汚染物質を変換する。排気流の中の潜在化学エ
ネルギー及び後方部分において生ずる「着火」又は酸化
反応もまた後方部分の加熱をもたらすであろう。
【００２３】この構造の基本的目標は、（ａ）機械的完
全性のあるシステム、及び（ｂ）熱慣性が非常に小さく
軸方向で比較的薄い又は「パンケーキ」型の電気加熱可
能な部分を提供することであり、後者は極めて急速に、
即ち事実上数秒間で着火温度に到達でき、より大きな熱
慣性を有することが望ましいコンバーターの後方部分に
おける「着火」又は例えば酸化を開始する。この二つの
部分は一体化され、同一の横断方向形状を有し、従って
３個の構造部材の［縦続接続」配置の要求を含んだ小直
径の電気加熱可能な触媒コンバーターから大きくて長円
形の通常の触媒コンバーターへの排出ガスの移動の際に
生ずる諸問題は、本装置においては遭遇しない。更に、
本発明の装置は上述の高温試験に耐えるであろう。更
に、本発明により、排出ガス中の汚染物質含有量を、Ｅ
ＰＡ及び少なくも１州（カルフォルニア）により設定さ
れた機関始動時における限度内とすることができる。
【００２４】さて、図１を参照すれば、上下に連続して
置かれたときに本発明の合成コアエレメント１６を形成
する１対の薄い金属ストリップ１２及び１４が展開され
た形式で示される。一般に１０で示された第１の薄い金
属ストリップは波形、好ましくは規則的な直通パターン
の波形にされる。用語「規則的」は、ここでは、波形が
均一なピッチを有することを意味し、用語「直通」は波
形がヘリンボン型又はシェブロン型とは異なって真っす
ぐであり、かつこれらが薄い金属ストリップの一方の長
手方向の縁から反対側の長手方向の縁に、望ましくは直
角方向に伸びることを意味する。波形の薄い金属ストリ
ップ１２は長手方向の先端１８、及び長手方向の後端２
０を持つ。用語「先端」は、後述するように、ガスが触
媒コンバーターに入るときにガス、例えば汚染物質を含
んだ排出ガスと最初に接触する縁１８を意味する。用語
「後端」は縁２０を意味し、これはガスが組み合わせら
れた電気加熱可能なコンバーター（ＥＨＣ）及び着火コ
ンバーターから出るときにガスと接触する最後の縁であ
る。
【００２５】ストリップ１２は、表面積を大きくするた
めに、波形形成用歯車間の通過により、或いはスタンピ
ングにより通常は連続的な波形にされる。また、ストリ
ップ１２は、熱に安定な金属酸化物、又は「耐火金属酸
化物」、又は耐火金属酸化物の混合物、例えば７５％ガ
ンマアルミナ／２５％セリアで被覆される。ストリップ
１２に金属酸化物被覆を設けるために、ストリップ１２
の表面に被覆物が１回又は複数回ウオッシュコートされ
乾燥されて塗装され、次いでストリップは、温度が通常
約４９９℃（約９３０゜Ｆ）から約９８２℃（約１８０
０゜Ｆ）、処理中のストリップの線速度約３.０４８から
３０.４８m/min（約１０から１００ft/min)、例えば６.
０９６/min（２０ft/min）で、かつ接触時間１０から６
０秒間、例えば３０秒で焼付けられ又はか焼される。
【００２６】波形ストリップと平たいストリップのいず
れか又は双方が、まずガンマアルミナの水分散液で塗装
され、線速度６.０９６/min（２０ft/min）、接触時間
約３０秒、温度約８７１℃（約１６００゜Ｆ）以上、例
えば９５４℃（１７５０゜Ｆ）で乾燥されか焼され、更
に続けて２から６回ガンマアルミナ／セリア分散液でウ
オッシュコートされ約４９９℃（約９３０゜Ｆ）で乾燥
又はか焼されたとき、非常に良好な絶縁性を特徴とする
「誘電性」被覆と呼ぶものが形成される。被覆の付着重
量は０.１５５から６.２００mg/cm2（１から４０mg/i
n2)、例えば４.３４０mg/cm2（２８mg/in2）である。
「誘電性」被覆としてここで有用なガンマアルミナ材料
は市場で入手可能であり「キャタパル］（Catapal)とし
て知られる。
【００２７】「誘電性」被覆を行う典型的な手順は、ま
ず薄い金属ストリップを「キャタパル」（ガンマアルミ
ナ）で０.７７５mg/cm2（５mg/in2）の塗布量で１回塗
装し乾燥し、次に絶縁性被覆又は確りと焼付けられた被
覆を形成するように９５４℃（１７５０゜Ｆ）でか焼
し、更に４.６５０mg/cm2(３０mg/in2）までの塗装量に
ガンマアルミナ／セリア混合物を２回から６回再被覆
し、乾燥し、次いで約４９９℃（約９３０゜Ｆ）で乾燥
しか焼することを包含する。低いか焼温度、例えば２６
０から６４９℃（５００から１２００゜Ｆ）で製造され
た通常の金属酸化物も絶縁性を有するが、「誘電性」被
覆としては程度が異なる。両形式の被覆を本発明のコア
の与えられた実施例に使用することができる。「誘電
性」被覆のコアエレメントは、通常は、以下説明される
電気的に加熱されるバンド、例えば図１のヒーターバン
ド４８である。絶縁の冗長性を得るため、総てのストリ
ップを耐火金属酸化物で被覆することができる。
【００２８】波形ストリップ１２は先端１８を有する前
方部分２４、及び後端２０のある後方部分２６を持つ。
ストリップ１２の横断方向中心線２８に横断方向の平ら
な中央部分２２が設けられ、これは幅３.１７５から１
２.７mm（1/8から1/2インチ）、例えば９.５２５mm（3/
8インチ）である。この平らな中央部分２２は、中央の
強固な金属製心棒３０、又は好ましい事例においてはワ
イヤーで形成され好ましくは平らな対向面を有する分岐
した中心ピン３０（図２）を有する合成コアエレメント
１６の使用を容易にするためである。中心ピン３０は、
多数の合成コアエレメント１６を（この場合は）渦巻き
状にきつく巻いた後、被加工物又はコア内に留まる心棒
として大きく作ることもできる。
【００２９】中央部分２２、切取り部３２と３４、及び
平らな部分３６と３８を除いた薄い金属ストリップ１２
のその他の部分は先端１８から後端２０まで波形にされ
る。上述のように波形ストリップ１２は「誘電性」被覆
で被覆されるが、波形ストリップ１２は、１回又は複数
回のウオッシュコートで塗装されか焼された耐火金属酸
化物被覆で被覆されることが望ましい。好ましい耐火金
属酸化物は、ウオッシュコートとして塗装され約５３８
℃（約１０００゜Ｆ）でか焼されたガンマアルミナ７５
％／セリア２５％の混合物である。ただし、被覆をガン
マアルミナ、アルファアルミナ、チタニア、チタニア／
セリア、チタニア／アルミナ、チタニア／シリカ、燐化
アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア／シリカ、又
はこれらの混合物などとすることができる。金属酸化物
被覆は、特に少量（重量で約５％以下）のアルミニウム
を含んだときの金属基層とよく接着し、貴金属触媒の適
用に適した基層を提供する。通常の耐火金属酸化物及び
貴金属触媒の適用は前述の米国特許第４７１１００９号
に説明される。耐火金属酸化物被覆は触媒用の優秀な支
持体を提供する。
【００３０】ストリップ１２の波形は、ヘリンボン、又
はシェブロン、又は規則的な直通型、或いは均一ピッ
チ、又は直通変動ピッチなどのようなパターンにするこ
とができる。波形を直通型でかつ規則的なピッチ又は変
動ピッチにすることが好ましい。一般に、波形は、三角
形、切頭三角形、サイン波形、応力を逃がすように先の
丸くされた切頭三角形などである。波形は、振幅が一般
に約０.５０８mmから約６.３５mm（約０.０２インチか
ら０.２５インチ）、例えば２.５４mm（０.１インチ）
で、形状のピッチ又は波長は約０.７６２mmから約６.３
５mm（約０.０３インチから約０.２５インチ）、例えば
５.０８mm（０.２インチ）である。特別な例において
は、波形は、ストリップ１２の長手方向の縁と９０゜の
角度に走りかつ先端が丸くされた直通かつ規則的な切頭
三角形であり、振幅は２.１０８mm（０.０８３インチ）
でピッチは４.７５２mm（０.１８７インチ）であり、こ
れは１cm2当たりセル数が約１５.５個（１in2当たり約
１００個）のセル密度となる。この構造は、ヘリンボン
又はシェブロンパターンの波形構造による圧力低下と比
較してこの装置を通る最小の背圧又は圧力低下を与え
る。ヘリンボン又はシェブロン形のパターンを使用する
ときは、薄い金属ストリップの縁への垂線に対して７゜
から３５゜、例えば２５゜の傾斜、及び頂点から頂点へ
の形状のピッチは約１９.０５mmから約３８.１mm（約
０.７５インチから約１.５インチ）とすべきである。
【００３１】波形の薄い金属ストリップ又は箔１２の端
部４０と４２とは約６.３５mm（約1/4インチ）間を平ら
にされることが望ましく、更に金属酸化物被覆を総て除
去するようにワイヤブラシ掛け又はグリットブラストさ
れることが都合よい。端部４０と４２とは、出願人の同
時係属出願ダビッド・テー・シェラーの１９９２年５月
２０日付け特願第８８６００９号に示されるように溶
接、好ましくはプロジェクション溶接により金属の端部
タブ４４と４６とに固定される。この出願は、曲げられ
次いで一緒にプロジェクション溶接された２個のピース
間に薄い金属ストリップの端部、例えば端部４０と４２
とを挟む分割され又は２個のピース端部タブを示す。タ
ブ４４と４６とは、厚さ約１.０１６mm（約０.０４イン
チ）のステンレス鋼、例えば＃４３３ステンレス鋼、又
はクロム／コロンビウム合金のものとすることができ
る。タブ４４と４６とは、図１に示されるように線４５
及び４７に沿って曲げられ、又は弓形に曲げられる。端
部タブ４４と４６の構成の完全な詳細は、参照した共通
の出願人の１９９２年５月４日付け米国特願第８８００
８２号、及び上述の米国特願第８８６００９号に見いだ
せる。この事例においては、金属タブ４４と４６とは、
タブの平面外に１５゜から３５゜の角度、例えば２６゜
で角張って曲げられることが好ましい。
【００３２】更に、合成コアエレメントの第２のストリ
ップも図１に示され、これは一般に１４で示された２ピ
ースの平らなストリップであり、幅が１２.７mmから約
３８.１mm（約１インチから約１.５インチ）でかつバン
ド４８の各端部に固定される弓形の端部タブ５０及び５
２を有する比較的狭い前方のバンド４８を備える、第２
のストリップは弓形の端部タブ５６及び５８を有する比
較的幅の広い後部バンド５４を持つ。狭くて平らな薄い
金属バンド４８はヒーターバンドであり、即ちこれは電
力が供給されかつ「パンケーキ」ＥＨＣの加熱を行う部
材である。ヒーターバンド４８には端部タブ５０と５２
とが設けられ、これらは、好ましい事例においては図
８、９、９Ａ及び１０に関連して後述されるように弓形
に曲げられる。
【００３３】波形ストリップ１２と平らなストリップ１
４の両者の後方部分の別々の端部タブの代わりに、それ
ぞれのストリップ１２と１４の端部にそれぞれ同じ端部
タブを取り付け、これにより装置の端部タブの数を実質
的に減らすことができる。この場合、例えば、端部タブ
４４及び５６は１個の端部タブに組み合わせられ、更に
端部タブ４６と５８とは１個の端部タブに組み合わせら
れ、ストリップ１２と１４のそれぞれの端部に固定され
る。
【００３４】ヒーターバンド４８は、一般に幅が約１
２.７mmから約３８.１mm（約１インチから約１.５イン
チ）で、長さは約２５７mmから約４０６.４mm（約１０
インチから約１６インチ）又はそれ以上である。ヒータ
ーバンド４８は、通常は０.０５０８mm（０.００２イン
チ）厚の金属であり、補強用として「ヘム」又は折り返
された先端５１を持つ。従って、「ヘム」領域の金属の
厚さはヒーターバンドのその他の部分の金属の厚さの約
２倍である。
【００３５】平らなストリップ１４の第２の平らな金属
バンド５４はヒーターバンド５４よりもかなり幅広であ
り、かつ端部タブ５４と５６とを含んだその全長にわた
ってバンド５４より１.５８８mmから６.３５mm（1/16イ
ンチから1/4インチ）間隔を空けられる。平らなバンド
４８と５４とは図１に示された展開された状態において
は同一面にあり、かつ間隔を空けられているので前方の
電気加熱される部分４８から後方部分５４を絶縁するだ
けでなく波形の金属ストリップ１０のネスティングも防
止するように作用する。このネスティングは、対面して
いる平らな薄い金属バンドではなくて特に規則的に波形
にされた薄い金属ストリップで生ずる。バンド５４は平
らなストリップ層１４の「後方部分」を構成する。平ら
な金属バンド５４には、波形のストリップ１２と同じ方
法で端部タブ５６と５８とが設けられる。端部タブ５６
及び５８はタブ５０及び５２より分離され、角を付けて
曲げられかつ端部タブ４４及び４６と同じ材料で作られ
ることが望ましい。この構造の材料はステンレス鋼、例
えば上述のようにフェライトステンレス鋼かハイネス合
金、又はクロム／コロンビウム合金とすることができ
る。
【００３６】薄い金属ストリップ１２、４８及び５４に
取り付けられる端部タブ４４と４６、５０と５２、及び
５６と５８は反対方向に曲げられることに注意すべきで
ある。そこで、コアが多数のコアエレメント１６で作り
上げられ、コアエレメントの各が波形のストリップ１２
及び平らなバンド４８と５４を備えかつ中央ピン３０の
回りに渦巻き状に巻かれたときは、連続した層はネステ
ィングなしに波形／平形、波形／平形、波形／平形、等
となり、かつ合成コアを形成するように総てが同じ軸方
向寸法のものとなるであろう。端部タブ４４と５６、及
び端部タブ４６と５８は重なっている関係にあり、かつ
円周方向の保持用の円形セグメント７８及び８０を形成
するように円周方向で互いに溶接されることが望ましい
（図２）。弓形の端部タブ５０と５２もまた波形の薄い
金属ストリップ１２と電気的接触はないが重なった関係
にあるであろう。端部タブ５０及び５２も円形セグメン
ト７３及び７５を形成するように溶接され、かつセグメ
ント７３と７５に電力を供給するように最終的には端子
に接続される（図４）。両ストリップ１２及び１４は穿
孔されないことが好ましい。
【００３７】電力が供給されるヒーターバンド４８及
び、選択的に、その他の平らなバンド５４及び波形スト
リップ１２は絶縁性の「誘電性」被覆で被覆される。総
てのストリップとバンドとは上層被覆としてガンマアル
ミナ／セリアのウオッシュコートでウオッシュコートさ
れる。多数の合成コアエレメント１６（図１）が図１０
を参照し以下説明されるようにコアを形成するために層
にされたとき、ある層の次の層へのネスティング（これ
はガスの流れを阻止するであろう）は防止される。平ら
なストリップ１４の数より１個多い数の波形ストリップ
１２があるであろう。波形の薄い金属ストリップ１２は
３２及び３４において切取り部が設けられ、かつ番号３
６及び３８により示された領域の波形は平らにされて電
気加熱可能なバンド４８又は同じ長手方向の縁の両端に
おける端部タブ５０及び５２との接触を防ぐ。切取り部
３２及び３４は横断方向の端部の縁４０ａ及び４２ａを
通って伸びる。電力は、組み立てられたコアのタブ部分
５０と５２との間に供給される。波形／平型の合成コア
エレメント１６においてはストリップ１２と１４の両者
が端部タブを有し、好ましい実施例では、例えば前方部
分の平らなバンド４８に取り付けられた端部タブは弓形
であるがその他のタブは角度を付けて曲げられることに
注意すべきである。高温試験における耐久性の理由で、
波形の尖端部から耐火金属酸化物被覆を除去すること及
び波形ストリップ１２の突き出している尖端部２１に例
えば平らなバンド４８及び平らなバンド５４を鑞付けす
ることが望ましいことが見いだされた。これが必要であ
ることは知られていなかった。
【００３８】上述のように、多数の合成コアエレメント
１６、例えば４個から１２個のかかるエレメント、及び
分割ストリップ１３０（図７）と余分に１個の波形スト
リップ１２が集められ、波形にされた平らなストリップ
１２の中央の平らな部分２２及び平らなバンド４８と５
４の平らな中央部分、並びに分割ストリップ１３０の端
部は、例えばウーブンセラミック繊維絶縁テープ７４及
び７６（図４）と共に分岐ピン３０の脚の平らな対向面
７０ａと７０ｂとの間に置かれる。或いは、絶縁テープ
７４と７６とを省略して耐火金属酸化物、特に高温（９
５４℃（１７５０゜Ｆ））でか焼されたガンマアルミナ
被覆の絶縁効果でコア部材相互間を絶縁するように代え
ることができる。図１０は特別な実施例における波形の
薄い金属ストリップと平らな薄い金属ストリップとの層
の作成を示す。
【００３９】図２は対面している平面７０ａと７０ｂと
により定められた間隙７０を通って伸びている６個から
８個のコアエレメント１０と共に中央に置かれたピン３
０を示す。次いで、本発明の合成コアエレメント１６と
ピン３０との組合せは、コアエレメント１６を渦巻き状
にきつく巻くキーとして中央ピン３０を使用して巻かれ
る。これにより、上流側の端部から見たときに図２に示
されるようなコア７２が得られる。ヒーターバンド４８
の弓形金属の端部タブ５０及び５２は部分的に重なって
それぞれ保持用シェル部分７８及び８０を形成すること
が観察されるであろう。合成コアエレメント１６（図２
では見えない）の後方部分２６及び５４（図１）の金属
の端部タブ４４と４６、及び５６と５８もまた部分的に
重なって、図４に３２で一般に示された保持用シェル部
分を形成する。重なっている端部タブ５０と５２、及び
端部タブ５６と５８に関して交互に重なっている端部タ
ブ４４と４６は、渦巻き状の巻き付けの完了後、それぞ
れ互いに円周方向で溶接され、強固な弓形の保持用シェ
ル部分７８、８０及び３２を形成する。得られたシェル
部分７８と８０とは円周方向では互いに電気的に絶縁さ
れ、また軸方向では後方部分の保持用シェル部分、例え
ば保持用シェル部分３２（図４）から絶縁される。
【００４０】コア７２を囲んで絶縁層８２、例えば一般
に厚さ約４.７６３mm（約3/16インチ）の「インテラ
ム」（INTERAM）セラミック繊維マット、及びハウジン
グ８４が設けられる。軸方向に伸びている金属ストラッ
プ９０を経て保持用シェル部分７８に電源８５から電力
を供給するために、一般に８６で示された給電用貫通体
が設けられる。この端子は、通常は電池、例えば自動車
用１２ボルト電池（図示せず）の正極に接続される。一
般に８８で示された他方の端子（図３）は、溶接による
などでハウジング８４に直接取り付けられ、これはケー
ブル８９の手段により電池８５の負極に接続される。電
流は、ハウジング８４と保持用シェル部分８０とに溶接
された金属ストラップ９２の手段によりハウジング８４
から保持用シェル部分８０に導かれる。
【００４１】一般に９４で示された貫通端子（図２）は
コアの温度を感知できるようにするための熱電対用端子
９４である。これは本発明のコンバーターの本質的要素
ではない。
【００４２】図３は、本発明により組み合わせられ一体
化されたＥＨＣ及び着火式の組立体の長手方向断面の図
解的かつ図式的な図面である。２個の部分３０ａと３２
ａとを有するコア７２が図解形式で示される。部分３０
ａはＥＨＣであり、即ちこれは電気加熱が可能である。
部分３２ａは着火用部分であり、即ちこれは電気的に直
接加熱されない。線９６は部分３０ａと３２ａとの間の
端部タブ５０と５６、及び端部タブ５２と５８との分離
を示す。合成ストリップ１６がコア７２を形成するよう
に渦巻き状にきつく巻かれたときは、先端１８を含んだ
前方部分２４、及び後端２０を含んだ後方部分２６が、
それぞれ、コア７２へのガスの入り口、及びコア７２か
らのガスの出口にあることに注意すべきである。換言す
れば、波形ストリップ１２は、コア７２内に入れられた
ときはコア７２の軸方向の全長を占める。平らなバンド
４８と５４の先端５１と後端５３は、それぞれ波形スト
リップ１２の先端１８と後端２０と同じ横断方向で軸方
向に間隔を空けられた面にあるが、空間４９（図１）の
ため、平らなバンド４８と５４とは、コア７２の軸方向
の全長を占めない。
【００４３】図３においては、部品の数は図２において
使用されたものと同じである。上に示されたように、中
央ピン３０は好ましくは分岐され、かつ望ましくはコッ
ターピンの形状を有することが好都合な形成されたワイ
ヤである。複数のコアエレメント１６、付加の波形の薄
い金属ストリップ１２、及び分割ストリップ１３０（図
７）が集められて分岐ピン３０の２個の脚の平らな対向
面７０ａと７０ｂ（図２）との間に置かれ、この組立体
が例えば図２に示されるように反時計方向に渦巻き状に
きつく巻かれた後で、ピン３０の分岐端部は、ＥＨＣ端
部において図４の９８におけるように一緒に溶接され
る。ピン３０の反対側の端部は図３に１００で示された
一般に円形のアイである。例えばコアエレメントを出入
りのないように保持するために、適切な手段によりコア
７２の端部２６ａから絶縁された円筒状のロッド１０２
がアイ１００を通って伸びる。ロッド１０２用の望まし
い絶縁手段はロッド１０２自体の上にプラズマ被覆され
たセラミック被覆１０４、例えばプラズマ被覆されたア
ルミナのような耐火金属酸化物である。コア７２を渦巻
き状に巻く便利な手段の提供以外のピン３０の主な目的
は、ロッド１０２と絶縁物１０４をコア７２の端部２６
ａにきつく押し付けて保持することである。ロッド１０
２は各端部において外側ハウジング８４に溶接される。
これが上述の高温試験における装置の耐久性を改善す
る。組み合わせられたＥＨＣと着火コンバーターの軸方
向の全長は約５０.８mmから約２５７mm（約２インチか
ら約１０インチ）、例えばある特別の実施例では１０
１.６mm（４インチ）である。
【００４４】図４は、本発明による組み合わせられたＥ
ＨＣと着火式コンバーターの図解形式の部分的に切り取
った等角図である。図２及び３の部品に相当する部品は
同じ番号を持つ。給電用貫通端子８６（図３）は、図４
においては８６ａとして示され、これは、図３に示され
たようにハウジング８４に溶接されたカラー８６ｃ（図
３）から給電用貫通スタッド８６ａを絶縁するようにプ
ラズマ被覆されたアルミナ被覆８６ｂを持つ。スタッド
８６ａはハウジング８４を貫通し（図３）、その内側端
部は、保持用シェルのセグメント７８（図２）を経てＥ
ＨＣ部分３０ａに電力を供給するためにストラップ９０
に溶接される。スタッド８６ａの外側端部はケーブル８
７（線図的に示される）により電池８５の正極に接続さ
れる。別のストラップ９２がハウジング８４に取り付け
られ、（例えば図３の端子８８を経て）ケーブル８９に
より接地され又は電池８５の負極に接続される。ストラ
ップ９２の内側端部は溶接により他方の保持用シェルの
セグメント８０に取り付けられる（図２）。従って、電
池８５から保持用シェルのセグメント７８及び合成コア
７２の平らなヒーターバンド４８を経てハウジング８４
の反対側保持用シェルのセグメント８０に至り電池８５
に戻る電気回路が形成される。適切なスイッチ手段８３
（引用の共通の出願人のカーネルソンほかによる１９９
２年８月５日付け米国特願第９２６０４５号に説明され
たスイッチング手段を参照）によるなどで回路が閉じら
れると、ＥＨＣ部分３０ａはその最適温度、例えば３４
３℃ないし４２７℃（６５０゜Ｆないし８００゜Ｆ）に急
速に加熱される。これは触媒が一酸化炭素のような汚染
物質を例えば二酸化炭素に変換するために最適に活動す
る温度である。次いでこの二酸化炭素は大気中に排出さ
れる。
【００４５】図５は、ストリップ１１０の縁と直角の方
向に規則的な直通の波形を有する厚さ０.０５１mm（０.
００２インチ）で長さ２７９.４mm（１１インチ）×幅
９５.２５mm（３.７５インチ）のハイネス２１４合金の
波形ストリップ１１０の特別の例を示す。ストリップ１
１０は「ヘム」１１２を持つ。これは、ストリップに補
強用「ヘム」１１２を形成するように薄い金属箔を波形
に加工する以前にその先端１２３を約１２.７mm（約０.
５インチ）折り返して重ねることを意味する。「ヘム」
の設置は、波形の箔ストリップを先端に沿ってストリッ
プの厚さを事実上２倍にし、これにより高温試験におけ
る折り返りに対して箔ストリップを剛直にする。波形の
薄い金属ストリップ１１０は、この特別な例において
は、振幅が２.０８３mm（０.０８２インチ）でピッチが
４.７５０mm（０.１８７インチ）の波形を持つ。ストリ
ップには、その表面に、４８２℃（９００゜Ｆ）以上、
例えば９５４℃（１７５０゜Ｆ）でか焼されたガンマア
ルミナの「誘電性」被覆を行い、更に続いてガンマアル
ミナでウオッシュコートされ５３８℃（１０００゜Ｆ）
でか焼されたガンマアルミナの「誘電性」被覆が設けら
れる。端部タブ１１４及び１１６は反対方向に向けら
れ、即ち、ストリップ１１０の同じ側から見た場合に、
一方の端部タブは凸であり他方の端部タブは凹である。
端部タブ１１４及び１１６は、前述の特願第８８６００
９号に説明されかつ図１に示されたような幅８.８９mm
（０.３５インチ）、長さ５３.９７５mm（２.１２５イ
ンチ）の角張って曲げられたタブである。特別の例にお
いては、端部タブ１１４と１１６とは、厚さ１.０９２m
m（０.０４３インチ）、長さ５３.９７５mm（２.１２５
インチ）×幅１.０９２mm（０.０４３インチ）の市販の
クロム／コロンビウム合金で作られ、波形ストリップ１
１０の端部に溶接される。この特別な例における端部タ
ブ、例えば端部タブ１１６と波形ストリップ１１０との
間の重なりは６.３５mm（1/4インチ）であった。波形の
薄い金属ストリップ１１０の縁から縁までの幅は９５.
２５mm（３.７５インチ）である。ヒーターストリップ
１３６との接触を避けるために、前方部分１２２の端部
に切取り部１１８及び１２０が設けられ、また領域１１
９及び１２１では波形は約６.３５mmから約２５.４mm
（約1/4インチから約１インチ）、特別にはに１９.０５
mm（3/4インチ）にわたり平らにされる（図８）。切取
り部１１８と１２０とは８.８９mm×４１.２７５mm
（０.３５インチ×１．６２５インチ）である。この特
別な例のコアの組立には全部で１１個の波形ストリップ
１１０が使用される。
【００４６】図６はハイネス２１４合金の平らな後方部
分バンド１２４を示す。特別な例においては、このスト
リップも長さ２７９.４mm（１１インチ）×幅５３.９７
５mm（２.１２５インチ）、厚さは０.０５１mm（０.０
０２インチ）である。この特別な例では、バンド１２４
はガンマアルミナ又はガンマアルミナ／セリアでウオッ
シュコートされ約５３８℃（約１０００゜Ｆ）でか焼さ
れたが、このバンド１２４には「誘電性」被覆は設けら
れない。端部タブ１２６と１２８とは、波形ストリップ
１１０の端部で使用されたものと同じ寸法及び材質であ
る。コアを作るのに全部で１０個の平らなバンド１２４
が使用される。
【００４７】図７は、同様にハイネス２１４合金の平ら
な分割ストリップ１３０を示す。この特別の例において
は、このストリップは、長さ１６５.１mm（６.５イン
チ）×幅９５.２５mm（３.７５インチ）で厚さは０.０
５１mm（０.００２インチ）であり、前縁１３３に沿っ
て１２.７mm（０.５インチ）の「ヘム」を有し、かつ耐
火金属酸化物の「誘電性」被覆は全くない。しかし、分
割ストリップ１３０はガンマアルミナ、又はガンマアル
ミナ／セリアのウオッシュコートを持つ。分割ストリッ
プ１３０は分割ストリップ１３０の端部１３４に溶接さ
れた１個の角張って曲げられた端部タブ１３２を持つ。
他端には端部タブがない。端部タブ１３２は長さ５３.
９７５mm（２.１２５インチ）×幅８.８９mm（０.３５
インチ）であり、上に使用されたクロム／コロンビウム
合金で作られる。コアを作るのに全部で２個の分割スト
リップ１３０が使用される。
【００４８】図８はヒーターバンド１３６を示し、これ
も平らであり厚さ０.０５１mm（０.００２インチ）のハ
イネス２１４合金で作られる。特別な例においては、バ
ンド１３６は長さ２７９.４mm（１１インチ）×幅３１.
７５mm（１.２５インチ）である。ヒーターバンド１３
６には、線速度６.０９６m/min（２０ft/min）で９５４
℃（１７５０゜Ｆ）においてか焼されたガンマアルミナ
の「誘電性」被覆が設けられた。ヒーターバンド１３６
は両端に反対向きの端部タブを有し、その各は幅１７.
４６３mm（０.６８７５インチ）×長さ３１.７５mm
（１.２５インチ）であり、前述のクロム／コロンビウ
ム合金で作られ、ヒーターバンド１３６の端部に溶接さ
れる。半径が約４４.４５mm（約１.７５インチ）に形成
された弓形の端部タブ１３８と１４０とがあることが望
ましい。コアの形成に使用されるコアエレメントの束
（図１０）はその組立体内に弓形及び角張って曲げられ
た端部タブの双方を持つ。端部タブ１３８及び１４０へ
の狭い平らなバンド１３６の溶接が図９及び９Ａに示さ
れ、これにおいては、それ(ldment)は内部への、即ち手
前側の縁１４２の近くではなくて曲げられた金属タブ１
３８の遠い方の縁１４３に近い方へのプロジェクション
溶接による。コアを作るのに全部で１０個のヒーターバ
ンド１３６が使用される。
【００４９】図１０は図５から９Ａに関連して示され説
明された種々のストリップの束を示し、この束は分岐し
た中央ピン３０の脚の間に配置すべきものである。この
配列は、図２に示されたような円形コア７２を形成する
ために組立体を密集させて渦巻き状のきつく巻く以前の
ものである。特別の実施例においては、コア７２（図
２）は直径が８５.０９mm（３.３５インチ）である。２
個のヒーターバンド１３６は平らなバンド１２４と同じ
面上にありかつ平らなバンド１２４から３.１７５mm（1
/8インチ）間隔を空けられかつ波形ストリップ１１０の
先端と並んで配置される。図１０においては、便宜上た
だ２個のヒーターバンド１３６を示すだけである。特別
の実施例においては、１０個の平らなヒーターバンド１
３６（図８）、及び１０個の平らなバンド１２４（図
６）が使用された。更に、特別の実施例においては、１
１個の波形ストリップ１１０（図５）と２個の分割スト
リップ１３０（図７）が使用された。波形ストリップ１
１０と平らなストリップ１４とは、どちらもいかなる穿
孔又はスリットも持たない。波形ストリップ１１０の後
方部分及び平らなバンド１２４に重なった関係で取り付
けられたタブは、電気加熱部分で重なった関係のタブよ
り多数であることが観察されるであろう。これは問題を
困惑させることはない。問題を生ずるタブの数が一様で
ない場合は、より厚いタブ１３８と１４０とをヒーター
バンド１３６用に使用でき、又は確実に重なるように同
じ厚さでより長いタブ１３８と１４０を使用することが
できる。平らなヒーターバンド１３６の端部の端部タブ
１３８と１４０とが、例えば端部タブ１１４、１１６、
１２６、１２８、及び１３２のように角張った曲がりの
代わりに弓形であることにも注意すべきである。弓形の
端部タブは直径約８８.９mm（約３.５インチ）の環の部
分であり、平らのときの長さは１７.４６３mm（11/16イ
ンチ）である。
【００５０】このコアは、コアにおいて８.６ボルトで
平均３３６.１４アンペアを提供する１２ボルトの自動
車用電池で試験された。コアの平均抵抗は２６ミリオー
ムであった。コアに変調電力を１１秒間加えた後、温度
は３４０℃（６４４゜Ｆ）に上昇した。
【００５１】着火コンバーターと組み合わせられた電気
加熱可能なコンバーターの製作に有用なコアエレメン
ト、及びかかるエレメントを多数含んだ組合せ式の電気
加熱可能なコンバーター／着火式コンバーターが提供さ
れた。このコアエレメントは合成品、即ち一方は波形に
されもう一方は平らで各が前方部分と後方部分とを特徴
とする２個のストリップより合成される。総ての実際的
な目的に対して、前方部分は電気加熱が可能であり、後
方部分はそうでない。従って、一方が電気加熱可能なコ
ンバーターであり、他方が着火式のコンバーターである
２個の別々のコンバーターを組み合わせる代わりに、本
発明の特別のコアエレメントより容易に製造された一体
型コアで、これら両方の目的を得ることができる。この
構造により更に縦続的に連結でき、入り口ガス中の汚染
物質を出口ガス中の無害の変換生成物により効果的に変
換するために順に配列された寸法及び形状の３個のユニ
ットの代わりに、本発明の装置はこれらの２個を１個の
ユニットになるように組み合わせ、次いでこれを、セラ
ミック触媒コンバーター、又は波形の薄い金属のモノリ
ス触媒コンバーターのような電気加熱されない通常の触
媒コンバーターと直列に置くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による合成コアエレメントの斜視図であ
り、下側にある平らなストリップを有する波形のストリ
ップを示し、更に長手方向に伸びている空間により分離
された平らなストリップの前方部分と後方部分とを示
す。
【図２】電気加熱可能な触媒コンバーター部分を含むガ
ス入り口端から見た本発明による触媒コンバーターの端
面図であり、電力用端子及び中央心棒の回りの多数のコ
ンバーターエレメントの渦巻き状の巻回を示している。
【図３】電気加熱可能な触媒コンバーター（ＥＨＣ）コ
ンバーターのすぐ下流に着火式触媒コンバーターを有す
る組合せ型ＥＨＣの線図的及び図式的な軸方向断面図で
ある。
【図４】同一ハウジング内の完全に組み合わせられた本
発明の電気加熱可能な触媒コンバーターと着火式コンバ
ーターとを示す斜視図である。
【図５】本発明の好ましい実施例に使用される波形の薄
い金属ストリップの平面図であり、端部タブ、先端に折
り返された「ヘム」を有するストリップ、及び下側にあ
る電力の供給される平らなヒーターバンドとの接触をさ
けるための切取り部を示している。
【図６】図５の波形の薄い金属ストリップの後方部分を
下に置く各端部の金属タブのある平らな薄い金属バンド
の平面図である。
【図７】一方の端部に金属タブを有しかつ図６の平らな
薄い金属バンドより相当に短い平らな薄い金属の分割ス
トリップの平面図である。
【図８】両端に金属タブを有しかつ電気的に加熱される
ようにされた比較的幅狭の平らな薄い金属のヒーターバ
ンドの平面図である。
【図９】平らな薄い金属ヒーターバンド上のタブの取付
けを示す拡大端面図であり、Ａは図８に示されたような
ヒーターバンドの分解平面図であり、ヒーターバンドへ
の金属タブの溶接点を示している。
【図１０】組立体を渦巻き状に巻く以前の分岐付き中央
ピンの脚の間の平らな薄い金属ストリップと交互になっ
た波形の薄い金属ストリップのグループの線図的な端面
図である。
【符号の説明】
１０ 薄い金属ストリップ １２ 薄い金属ストリップ １４ 薄い金属ストリップ １６ 合成コアエレメント １８ 先端 ２０ 縁 ２２ 中央部分 ３０ 中心ピン ３２ 切取り部 ３４ 切取り部 ５０ タブ部分 ５２ タブ部分
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ＺＡＢ Ｋ 3/24 ＺＡＢ Ｃ

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 長手方向に延びている前方部分と長手方
    向に延びている後方部分とを有する薄い金属ストリップ
    であって、前記ストリップの各端部に固定され反対方向
    に曲げられ横断方向に延びている金属タブを有する前記
    薄い金属ストリップ、及び一方の部分を他方の部分から
    電気的及び熱的に絶縁する手段を具備することを特徴と
    する組合せ式の電気加熱可能な触媒コンバーターと着火
    式コンバーターに有用なコアエレメント。
  2. 【請求項２】 （ａ）平らな横断方向に延びている中央
    部分を有しかつ予定距離の間隔を空けられ平行に長手方
    向に延びている縁の部分を有し更に前方部分と後方部分
    とを有する細長い波形の薄い金属ストリップ、及び
    （ｂ）平行な長手方向に延びている縁を有し、かつ前記
    波形の薄い金属ストリップと連続した関係にある平らな
    薄い金属ストリップを具備し、前記平らな薄い金属スト
    リップはその縁の中間で（１）第１の平らな薄い金属バ
    ンドと（２）前記第１の薄い金属バンドと同一面の第２
    の平らな薄い金属バンドとに長手方向で分割され、更に
    前記第１の平らな薄い金属バンドは前記第２の平らな薄
    い金属バンドから間隔を空けられこれとの電気的な導電
    接触をしないことを特徴とする合成コアエレメント。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２の平らな薄い金属バン
    ドがその各端部に固定され反対方向に曲げられた金属タ
    ブを有する請求項２に定められたコアエレメント。
  4. 【請求項４】 前記第１の平らな薄い金属バンドがその
    各端部に固定され反対方向に向けられて弓形に曲げられ
    た金属タブを有する請求項２に定められたコアエレメン
    ト。
  5. 【請求項５】 前記第２の平らな薄い金属バンドがその
    各端部に固定され反対方向に向けられて角張って曲げら
    れた金属タブを有する請求項２に定められたコアエレメ
    ント。
  6. 【請求項６】 波形の薄い金属ストリップが同じ長手方
    向の縁にその各端部の切取り部を有し、かつ前記切取り
    部は前記ストリップの横断方向端部の縁を通って伸び、
    更に切り取られない端部を横切って伸びている各端部に
    固定され反対方向に曲げられた金属タブを有する請求項
    ２に定められたコアエレメント。
  7. 【請求項７】 波形の薄い金属ストリップがその各端部
    に固定され反対方向に曲げられた金属タブを有し、更に
    前記第１及び第２の平らな金属バンドの各がその各端部
    に反対方向に曲げられた金属タブを有する請求項２に定
    められたコアエレメント。
  8. 【請求項８】 波形の薄い金属ストリップがその長手方
    向の縁の間を伸びている規則的で直通型の波形を有する
    請求項２に定められたコアエレメント。
  9. 【請求項９】 波形の薄い規則的なストリップ及び平ら
    な薄い金属ストリップの両者が少なくもその一方の表面
    上に耐火金属酸化物を含んだ被覆を有する請求項２に定
    められたコアエレメント。
  10. 【請求項１０】 波形の薄い金属ストリップが少なくも
    その一方の表面上に耐火金属酸化物を含んだ被覆を有す
    る請求項２に定められたコアエレメント。
  11. 【請求項１１】 平らな金属バンドが少なくもその一方
    の表面上に「誘電性」被覆を有する請求項２に定められ
    たコアエレメント。
  12. 【請求項１２】 波形の薄い金属ストリップ及び平らな
    金属ストリップが少なくもその一方の表面上に「誘電
    性」被覆を有する請求項２に定められたコアエレメン
    ト。
  13. 【請求項１３】 耐火金属酸化物の被覆がアルミナを含
    む請求項９に定められたコアエレメント。
  14. 【請求項１４】 耐火金属酸化物の被覆がアルミナを含
    む請求項１０に定められたコアエレメント。
  15. 【請求項１５】 「誘電性」被覆がアルミナを含む請求
    項１１に定められたコアエレメント。
  16. 【請求項１６】 「誘電性」被覆がアルミナを含む請求
    項１２に定められたコアエレメント。
  17. 【請求項１７】 耐火金属酸化物の被覆がアルミナとセ
    リアの混合物である請求項９に定められたコアエレメン
    ト。
  18. 【請求項１８】 被覆が貴金属触媒を支持する請求項９
    に定められたコアエレメント。
  19. 【請求項１９】 貴金属触媒がプラチナ、パラヂウム、
    ルテニウム、ロジウム及びこれら金属の２種以上の混合
    物よりなるグループから選定される請求項１８に定めら
    れたコアエレメント。
  20. 【請求項２０】 波形の薄い金属ストリップがネスティ
    ングしない真っすぐなパターンに波形にされた請求項２
    に定められたコアエレメント。
  21. 【請求項２１】 波形の薄い金属ストリップが変動ピッ
    チの真っすぐなパターンに波形にされた請求項２に定め
    られたコアエレメント。
  22. 【請求項２２】 波形の薄い金属ストリップがヘリンボ
    ン又はシェブロンのパターンに波形にされた請求項２に
    定められたコアエレメント。
  23. 【請求項２３】 第１の平らな薄い金属バンドが前記波
    形の薄い金属ストリップの前方部分と重なる請求項２に
    定められたコアエレメント。
  24. 【請求項２４】 第１の平らな薄い金属バンドが少なく
    もその一方の表面上にアルミナを含んだ被覆を有する請
    求項２に定められたコアエレメント。
  25. 【請求項２５】 （ａ）中央の強固な金属ピン、（ｂ）
    金属タブが重なった状態で前記中央の強固な金属ピンの
    回りに渦巻き状にきつく巻かれかつ２個の電気的に絶縁
    された保持用シェルのセグメントを定めている請求項２
    に定められた合成コアエレメントの多数、及び（ｃ）前
    記渦巻き状に巻かれた合成コアエレメントの第１の薄い
    金属バンドに電流を適用する手段を具備した組合せ式の
    電気加熱可能な触媒コンバーターと着火式コンバーター
    に有用なコア。
  26. 【請求項２６】 （ａ）請求項２５に定められたコア、
    （ｂ）前記コア用の金属ハウジング、（ｃ）前記コアを
    前記ハウジングより絶縁する手段、（ｄ）直流電源の一
    方の極及び前記コアの一方の保持用シェルのセグメント
    に接続のための貫通型給電端子、（ｅ）前記コアの他方
    の保持用シェルのセグメント及び前記電源の他方の極に
    接続のための端子、及び（ｆ）電源を具備した組合せ式
    の電気加熱可能な触媒コンバーターと着火式コンバータ
    ー。
  27. 【請求項２７】 （ａ）平らな横断方向に延びている中
    央部分及び予定距離の間隔を空けられ平行に長手方向に
    延びている縁の部分を有し更に前方部分と後方部分とを
    有する波形の薄い金属ストリップ、及び（ｂ）平行に長
    手方向に延びている縁を有し、かつ前記波形の薄い金属
    ストリップと連続した関係にある平らな薄い金属ストリ
    ップを具備し、前記平らな薄い金属ストリップは平行に
    長手方向に伸びているその縁の中間で（１）第１の平ら
    な薄い金属バンドと（２）前記第１の薄い金属バンドと
    同一面の第２の平らな薄い金属バンドとに長手方向で分
    割され、更に前記第１の平らな薄い金属バンドは前記第
    ２の平らな薄い金属バンドから間隔を空けられこれとの
    電気伝導接触をしないことを特徴とするコンバーター用
    の合成コアエレメント。
  28. 【請求項２８】 汚染物質流体の発生源の下流のシステ
    ムにおける触媒コンバーターの応答を加速する方法にし
    て、触媒コンバーターが、（ａ）中央の強固なピン及び
    電気的に絶縁されたシェルセグメントを有する巻かれた
    コア、（ｂ）（１）平らな横断方向に伸びている中央部
    分を有しかつ予定距離の間隔を空けられ平行に長手方向
    に伸びている縁の部分を有し更に前方部分と後方部分と
    を有する細長い波形の薄い金属ストリップ、及び（２）
    長手方向に伸びている平行な縁を有し、かつ前記波形の
    薄い金属ストリップと連続した関係にある平らな薄い金
    属ストリップを備え、前記平らな薄い金属ストリップは
    その縁の中間で（ｉ）第１の平らな薄い金属バンドと
    （ｉｉ）展開状態において前記第１の薄い金属バンドと
    同一面の第２の平らな薄い金属バンドとに分割され、更
    に前記第１の平らな薄い金属バンドは前記第２の平らな
    薄い金属バンドから間隔を空けられかつこれとの電気伝
    導接触をしない多数のコアエレメントであって、前記汚
    染物質流体の流れ得る開口を多数設けるように前記強固
    な金属ピンの回りに渦巻き状にきつく巻かれた多数の前
    記エレメント；（ｂ）前記コア用の金属ハウジング；
    （ｃ）前記コアを前記ハウジングから絶縁する手段；
    （ｄ）電源の一方の極及び前記コアの保持用シェルのセ
    グメントの一方への接続のための貫通型給電端子、
    （ｅ）前記電源の他方の極に接続のための端子；及び
    （ｆ）電源を備えた電気加熱可能な触媒コンバーター及
    び着火式コンバーターを具備し；前記方法が前記コアエ
    レメントの各の前記第１の薄い金属ストリップに電流を
    与え；更に予定温度に達するまで前記電流を維持する諸
    段階を含むことを特徴とする方法。
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