JP2010106735A - Heating element, exhaust emission control device for internal combustion engine, and fuel reformer - Google Patents

Heating element, exhaust emission control device for internal combustion engine, and fuel reformer Download PDF

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Hisataka Numao
久孝 沼尾
Eiji Tani
英治 谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating element easy to be manufactured, high in degree of freedom of molding, resistant to oxidation, which can be heated to a higher temperature range than metal and locally heated, small in size as a heating means and high in heat efficiency, and higher in strength than constructional material constituted only by silicon carbide, and to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and to provide a fuel reformer. <P>SOLUTION: The heating element 100 includes: a porous compound body 110 having a shaped skeleton made from material containing silicon carbide and silicon; and electrodes 120 disposed to the compound body to apply electric current to the compound body. In the heating element 100, the compound body generates heat when the electric current is applied between the electrodes, so that substances such as particles and fluid existing in or around the compound body are heated. The heating element is incorporated in the exhaust emission control device 300 for an internal combustion engine or the fuel reformer 400. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置、及び燃料改質装置の技術分野に属し、発熱体によって改良されたこれらの装置に関する。   The present invention belongs to the technical field of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine and a fuel reforming device, and relates to these devices improved by a heating element.

内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質(パティキュレートマターともいう)を捕集する排気浄化装置として、排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設けたものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2を参照)。このような排気浄化装置では、パティキュレートフィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を酸化、燃焼させてパティキュレートフィルタを再生することが行われる。   As an exhaust purification device that collects particulate matter (also referred to as particulate matter) contained in exhaust gas of an internal combustion engine, a particulate filter that collects particulate matter contained in exhaust gas is provided in the exhaust passage. Is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In such an exhaust purification device, when the particulate filter is clogged, particulate matter collected by a burner or an electric heater is oxidized and burned to regenerate the particulate filter.

非特許文献3には、排気ガス浄化触媒として内燃機関の排気浄化装置に設けられる種々の触媒が開示されている。このなかには、ガソリンエンジン用触媒として、三元触媒、NOxトラップ触媒(NOx吸蔵還元型触媒)、HCトラップ触媒が開示されており、ディーゼルエンジン用触媒として、DOC(ディーゼル用酸化触媒)、PM後処理触媒、選択還元触媒(SCR触媒)、NOxトラップ触媒(NAC)などが開示されている。   Non-Patent Document 3 discloses various catalysts provided in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as an exhaust gas purification catalyst. Among these, three-way catalysts, NOx trap catalysts (NOx occlusion reduction type catalysts), and HC trap catalysts are disclosed as gasoline engine catalysts, and DOC (diesel oxidation catalyst), PM post-treatment as diesel engine catalysts. Catalysts, selective reduction catalysts (SCR catalysts), NOx trap catalysts (NAC) and the like are disclosed.

特許文献4は、燃料ガスを安定して供給できる燃料改質器を開示する。この燃料改質器は、内部に改質触媒が充填された筒状の容器と、この容器の側部を囲むように配設された加熱器と、この容器の入口側の入口温度センサと、この入口温度センサの検知温度より上記改質触媒の劣化状態を監視する制御部とを備えている。   Patent Document 4 discloses a fuel reformer that can stably supply fuel gas. The fuel reformer includes a cylindrical container filled with a reforming catalyst, a heater disposed so as to surround a side portion of the container, an inlet temperature sensor on the inlet side of the container, And a controller that monitors the deterioration state of the reforming catalyst based on the temperature detected by the inlet temperature sensor.

特開平2−185611号公報JP-A-2-185611 特開平10−131740号公報JP-A-10-131740 村木秀明,「排気ガス処理システム:触媒」,自動車技術,Vol.59,No.2,2005,P65〜69Hideaki Muraki, “Exhaust Gas Treatment System: Catalyst”, Automotive Technology, Vol. 59, no. 2,2005, P65-69 特開2007−26927号公報JP 2007-26927 A 特許第3699992号公報Japanese Patent No. 3699992 特開2007−44674号公報JP 2007-44674 A

目詰まりした上記パティキュレートフィルタを再生するには上記バーナや電気ヒータなどの再生手段が必要となり、構造が複雑になる。また、このような再生手段で消費するエネルギを削減したいという要請もある。   In order to regenerate the clogged particulate filter, regenerating means such as the burner or electric heater is required, and the structure becomes complicated. There is also a demand to reduce the energy consumed by such reproducing means.

上記触媒が活性を呈するには触媒が所定温度まで加熱される必要がある。しかし、例えば自動車用の内燃機関のように触媒を加熱する手段を設けることが困難なときは、触媒が排気ガスによって所定温度まで加熱されるのを待つしかなく、十分な排気浄化機能を得るまでに或る程度の時間を要する。また、排気ガスの温度が低い運転領域では触媒の十分な活性が得られない。   In order for the catalyst to exhibit activity, the catalyst needs to be heated to a predetermined temperature. However, when it is difficult to provide a means for heating the catalyst, for example, in an internal combustion engine for automobiles, it is necessary to wait for the catalyst to be heated to a predetermined temperature by the exhaust gas, until a sufficient exhaust purification function is obtained. It takes a certain amount of time. Moreover, sufficient activity of the catalyst cannot be obtained in the operation region where the temperature of the exhaust gas is low.

上記燃料改質器には改質触媒を加熱する上記加熱器が上記容器の側部を囲むように配設されるので、燃料改質器が大型化されて嵩張るという問題がある。また、容器の外側にある加熱器により容器の内部にある改質触媒を熱伝導などによって間接的に加熱するため、熱効率がよくない。   In the fuel reformer, the heater for heating the reforming catalyst is disposed so as to surround the side portion of the container. Therefore, there is a problem that the fuel reformer is enlarged and bulky. In addition, since the reforming catalyst inside the container is indirectly heated by heat conduction or the like by the heater outside the container, the thermal efficiency is not good.

本発明者の一人は、溶融シリコンと濡れ性のよい炭化ケイ素を含むと同時に、体積減少反応に起因する開気孔が生成された炭素化多孔質構造焼結体にシリコンを溶融含浸させてなり、上記炭素化多孔質構造焼結体が、有形骨格を形成する樹脂、ゴム、及び紙から選択される1つのスポンジ状多孔質構造体に、シリコンと炭素の原子比がSi/C=0.05〜4になる割合になるように混合量を設定して炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させた後に上記スラリーを絞ることにより、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない範囲内で含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体にシリコンを反応焼結させた後シリコンを溶融含浸させて形成したものである炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材であって、上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔と同一構造で、気孔径500μm〜2mm、開気孔率95〜97%、密度0.06〜0.1g/cm3であることを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材などを発明している(特許文献5を参照)。この発明によれば、最初の多孔質構造体の形状を保った炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を容易に製造することができ、そのため、複雑な形状のものでも容易に製造することができる。さらに、この構造材は、炭化ケイ素の粒子間をシリコンが埋めるので、炭化ケイ素のみによって構成したものに較べて強度が高い。 One of the inventors of the present invention comprises molten carbon and silicon carbide with good wettability, and at the same time, the carbonized porous structure sintered body in which open pores resulting from the volume reduction reaction are melt-impregnated with silicon, When the carbonized porous structure sintered body is one sponge-like porous structure selected from resin, rubber, and paper forming a tangible skeleton, the atomic ratio of silicon to carbon is Si / C = 0.05. The amount of the mixture is set so as to be ˜4, and the slurry containing the resin as the carbon source and the silicon powder is impregnated into the tangible skeleton of the sponge-like porous structure, and then the slurry is squeezed. By impregnating the sponge-like porous structure within a range in which the continuous pores are not blocked, the resins are fired and carbonized to form a carbonized porous structure. Reactive sintering of silicon on the body A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material formed by melt impregnation with silicon, and the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material is a sponge-like porous structure A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure having the same structure as the continuous pores of No. 1, having a pore diameter of 500 μm to 2 mm, an open porosity of 95 to 97%, and a density of 0.06 to 0.1 g / cm 3 Invented materials and the like (see Patent Document 5). According to the present invention, it is possible to easily manufacture a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material that retains the shape of the first porous structure, and therefore easily manufacture even a complicated shape. Can do. Furthermore, since this structure material is filled with silicon between the silicon carbide particles, the structure material has higher strength than that constituted only by silicon carbide.

さらに、この発明者は、汚染物質除去の浄化に使用されるもので、樹脂類及びシリコン粉末を含むスラリーを連続気孔が塞がれない範囲内で含浸されたスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体であって、このスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を複数の密度の異なる構造体にした後、900℃〜1350℃で炭素化し、1350℃以上で反応焼結させ、1300℃〜1800℃でシリコンを溶融含浸させて製造された多孔質構造体フィルタなどを発明している(特許文献6を参照)。この多孔質構造体フィルタは、上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材に類似するが、スポンジ状多孔質構造体の例えば、一方の3次元微細セル構造フィルタを柔軟構造にして、他方の3次元微細セル構造フィルタを前者の3次元微細セル構造フィルタに比して密度を高め、硬くしたので、扱いが容易になり、結果的に2つの密度の異なるフィルタ構造でサイズの異なる汚染物質を効率よく捕捉でき、これにより浄化効率が高まり、作業能率を高められる。   Furthermore, this inventor is used for purification of pollutant removal, and a sponge-like carbonized porous structure sintered impregnated with a slurry containing resins and silicon powder within a range where continuous pores are not blocked. This sponge-like carbonized porous structure sintered body is made into a plurality of structures having different densities, then carbonized at 900 ° C. to 1350 ° C., reacted and sintered at 1350 ° C. or higher, and 1300 ° C. to 1800 Invented a porous structure filter manufactured by melt impregnation of silicon at 0 ° C. (see Patent Document 6). This porous structure filter is similar to the above-mentioned silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material. However, for example, one three-dimensional fine cell structure filter of the sponge-like porous structure is made into a flexible structure, and the other Compared to the former three-dimensional fine cell structure filter, the three-dimensional fine cell structure filter has a higher density and is harder, which makes it easier to handle and results in two different filter structures with different sizes. It can be captured efficiently, thereby increasing the purification efficiency and increasing the work efficiency.

本発明は、上述した炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材及びスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を含む、炭化ケイ素及びシリコンを含む有形骨格を備えた多孔質の複合体を広く対象としてこれらに通電すると発熱することに着目してなされたものである。そして、本発明の目的とするところは、まず、上記炭化ケイ素及びシリコンを含む有形骨格を備えた多孔質の複合体に電極を設けることにより、製造容易で成形の自由度が高く、酸化に強く、金属よりも高温域まで加熱でき、局所的な加熱ができ、加熱手段として小型で熱効率が高く、炭化ケイ素のみによって構成した構造材に較べて強度の高い発熱体を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、上記発熱体を利用して、別途に再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。さらに、本発明のさらなる目的は、この排気浄化を行う発熱体で得た熱でもって、その下流側に設けた排気浄化用触媒を活性化することにより排気浄化機能を向上させた内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、この排気浄化を行う発熱体で得た熱でもって、その下流側に設けたパティキュレートフィルタの目詰まりを抑制又は阻止することにより排気浄化機能を向上させた内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。さらに、本発明のさらなる目的は、触媒を担持した上記発熱体を改質触媒として用いることにより小型で熱効率の高い燃料改質器を提供することにある。   The present invention covers a wide range of porous composites having a tangible skeleton containing silicon carbide and silicon, including the above-mentioned silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and sponge-like carbonized porous structure sintered body. As mentioned above, it was made paying attention to generating heat when energized. The object of the present invention is to provide an electrode on a porous composite having a tangible skeleton containing silicon carbide and silicon, so that it is easy to manufacture, has a high degree of freedom in molding, and is resistant to oxidation. An object of the present invention is to provide a heating element that can be heated to a higher temperature range than metal, can be locally heated, is small in size and has high thermal efficiency as a heating means, and has higher strength than a structural material composed only of silicon carbide. A further object of the present invention is to use the above-mentioned heating element, without requiring a separate regeneration means, having a simple structure, excellent energy saving, and continuously removing particulate matter from exhaust gas. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine. Furthermore, a further object of the present invention is to exhaust the internal combustion engine whose exhaust purification function is improved by activating an exhaust purification catalyst provided on the downstream side with the heat obtained by the heating element that performs this exhaust purification. It is to provide a purification device. A further object of the present invention is to improve the exhaust purification function by suppressing or preventing clogging of the particulate filter provided on the downstream side with the heat obtained by the heating element that performs the exhaust purification. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine. Furthermore, a further object of the present invention is to provide a fuel reformer that is small and has high thermal efficiency by using the above-mentioned heating element carrying a catalyst as a reforming catalyst.

上記目的を達成するため、本発明の第1の発熱体は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体と、
この複合体に通電できるように当該複合体に設けられた電極とを備え、
上記電極間に電流を流すと上記複合体が発熱し、上記複合体の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質を加熱するように構成されている。
In order to achieve the above object, a first heating element of the present invention includes a porous composite having a tangible skeleton composed of a material containing silicon carbide and silicon, and
An electrode provided on the composite so that the composite can be energized,
When an electric current is passed between the electrodes, the complex generates heat, and a substance such as particles or fluid existing inside or around the complex is heated.

上記複合体は炭化ケイ素及びシリコンを含み導電性を有するので、上記第1の発熱体の電極間に電流を流すと上記複合体の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、上記複合体の内部つまり上記骨格間に形成された孔のなか、又は上記複合体の周囲に存在する粒子、流体などの物質が加熱される。その場合、上記複合体は炭化ケイ素及びシリコンを含むので、酸化に強く、金属よりも高温域まで加熱することができる。また、容器又は通路構成部材の内部にある粒子、流体などの物質を容器又は通路構成部材の外部から加熱する場合に較べると、上記複合体を上記物質が浮遊し又は流れるなかに配置すると、上記物質を熱伝導、又は近距離からの輻射でもって加熱することから、局所的な加熱ができ、加熱手段が小型化され、しかも熱効率が高い。さらに、上記複合体は、炭化ケイ素の粒子間をシリコンが埋めるので、炭化ケイ素のみによって構成した構造材に較べると強度が高くなり、例えば耐振性が改善され、例えば車載するに好適である。   Since the composite includes silicon carbide and silicon and has conductivity, when a current is passed between the electrodes of the first heating element, a current flows through the skeleton of the composite and Joule heat is generated. Then, a substance such as particles or fluid existing inside the complex, that is, in the pores formed between the skeletons or around the complex is heated. In that case, since the composite includes silicon carbide and silicon, the composite is resistant to oxidation and can be heated to a higher temperature range than the metal. Further, as compared with the case where a substance such as particles or fluid inside the container or passage component is heated from the outside of the container or passage component, the composite is disposed while the substance floats or flows, Since the substance is heated by heat conduction or radiation from a short distance, local heating can be performed, the heating means is downsized, and the thermal efficiency is high. Furthermore, since the silicon carbide fills between the silicon carbide particles, the composite has higher strength than a structural material composed only of silicon carbide, and has improved vibration resistance, for example, and is suitable for mounting on a vehicle.

上記第1の発熱体における上記複合体は、有形骨格を有する樹脂又はゴムのスポンジ状多孔質構造体に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリー又はこのスラリーに更に骨材を含ませたスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成された炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成されていてもよい。   The composite in the first heating element includes a resin or rubber sponge-like porous structure having a tangible skeleton, a slurry containing a resin as a carbon source and silicon powder, or an aggregate in the slurry. The slurry is impregnated to such an extent that the continuous pores of the sponge-like porous structure are not blocked, and the resins are fired and carbonized to form a carbonized porous structure. It may be composed of a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material formed by reacting and sintering carbon of the porous structure and silicon powder of the slurry, and then melt-impregnating silicon.

このように上記第1の発熱体における上記複合体を上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成すると、上記発泡樹脂よりなるスポンジの有形骨格に樹脂類及びシリコン粉末を含浸させ、このシリコン粉末及び上記スポンジからの炭素との体積減少を伴った炭化ケイ素生成反応により、ポーラスな炭化ケイ素、残留炭素部分が生成され、このポーラスな骨格部分にシリコンの溶融含浸を行うと、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体が、複雑な形状のものであっても、容易にスポンジの有形骨格の形状を保ったままで製造される。このようにして得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体に電極を設けると、上記第1の発熱体ができる。したがって、この第1の発熱体の製造は容易であり、成形の自由度は高い。   Thus, when the composite in the first heating element is composed of the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material, the tangible skeleton of the foamed resin is impregnated with resins and silicon powder, Porous silicon carbide and residual carbon parts are produced by the silicon carbide production reaction accompanied by volume reduction with silicon powder and carbon from the sponge. When this porous skeleton part is melt-impregnated with silicon, silicon carbide type Even if the composite made of a heat-resistant ultralight porous structural material has a complicated shape, it is easily produced while maintaining the shape of the tangible skeleton of the sponge. When the electrode is provided on the composite made of the silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure material thus obtained, the first heating element can be obtained. Therefore, manufacture of this 1st heat generating body is easy, and the freedom degree of shaping | molding is high.

本発明の第2の発熱体は、上記第1の発熱体において、上記複合体が触媒を担持している。   In the second heating element of the present invention, in the first heating element, the composite carries a catalyst.

このようにすれば、第1の発熱体で得られた作用と同様の作用が得られることに加えて、上記物質が上記複合体の内部又は周囲で化学反応を起こすときに、その反応が触媒によって促進される。その場合、上記複合体が発熱すると触媒が活性を呈し、触媒による化学反応が一層促進される。   In this way, in addition to obtaining the same action as that obtained with the first heating element, when the substance causes a chemical reaction inside or around the complex, the reaction is a catalyst. Promoted by. In that case, when the complex generates heat, the catalyst exhibits activity, and the chemical reaction by the catalyst is further promoted.

本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置は、一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材と、
上記複合体が上記排気通路構成部材の内部通路に収容され、上記電極が上記排気通路構成部材の外側へ導出された上記第1又は第2の発熱体とを備えている。
In the exhaust gas purification apparatus for a first internal combustion engine of the present invention, an internal passage constituting at least a part of an exhaust passage having one end connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end opened to the atmosphere is provided inside. An exhaust passage component;
The composite is housed in an internal passage of the exhaust passage constituting member, and the electrode includes the first or second heating element led out to the outside of the exhaust passage constituting member.

上記複合体は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1又は第2の発熱体の電極間に電流を流すと上記複合体の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、排気ガスが第1又は第2の発熱体の複合体を通過すると、排気ガスに含まれる粒子状物質の大半を占めるススは、上記複合体が炭化ケイ素及びシリコンを含むため、この複合体の上記骨格に吸着する。そして、上記ススは、上記骨格から熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。第2の発熱体では、触媒によってこの酸化反応が促進される。したがって、第1又は第2の発熱体により、排気ガスに含まれる粒子状物質が低減する。また、排気ガス中の未燃燃料などの可燃性成分が上記骨格から熱を受けて酸化、燃焼が促進される。よって、別途に目詰まりから再生するための再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる。 Since the composite contains silicon carbide and silicon and has conductivity, when an electric current is passed between the electrodes of the first or second heating element, an electric current flows through the skeleton of the composite and Joule heat is generated. . When the exhaust gas passes through the composite of the first or second heating element, the soot that occupies most of the particulate matter contained in the exhaust gas is composed of silicon carbide and silicon. Adsorbed on the above skeleton. The soot receives heat from the skeleton and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. In the second heating element, this oxidation reaction is promoted by the catalyst. Therefore, the particulate matter contained in the exhaust gas is reduced by the first or second heating element. In addition, combustible components such as unburned fuel in the exhaust gas receive heat from the skeleton, and oxidation and combustion are promoted. Therefore, there is no need for a separate regeneration means for regenerating from clogging, the structure is simple, the energy is saved, and particulate matter can be continuously removed from the exhaust gas.

本発明の第2の内燃機関の排気浄化装置は、上記第1の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記第1又は第2の発熱体の上記複合体よりも排気下流側に排気ガス浄化触媒が設けられている。   According to a second internal combustion engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, in the first internal combustion engine exhaust gas purification apparatus, the first or second heating element in the internal passage of the exhaust passage constituent member is more complex than the composite body. An exhaust gas purification catalyst is provided on the exhaust downstream side.

このようにすれば、上記第1又は第2の発熱体における細かい粒子の酸化、可燃性成分の酸化、燃焼などによって排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスが排気ガス浄化触媒に流れ込むので、排気ガス浄化触媒が活性化され、酸化反応などにより排気ガス浄化が促進される。   By so doing, the temperature of the exhaust gas rises due to oxidation of fine particles, oxidation of combustible components, combustion, etc. in the first or second heating element, and this high-temperature exhaust gas flows into the exhaust gas purification catalyst. Therefore, the exhaust gas purification catalyst is activated and exhaust gas purification is promoted by an oxidation reaction or the like.

本発明の第3の内燃機関の排気浄化装置は、上記第1の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記第1又は第2の発熱体の上記複合体よりも排気下流側に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, wherein the exhaust gas purification apparatus for the first internal combustion engine is more complex than the complex of the first or second heating element in the internal passage of the exhaust passage component. A particulate filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas is provided on the exhaust downstream side.

このようにすれば、上記第1又は第2の発熱体におけるススの細かい粒子の酸化、可燃性成分の酸化、燃焼などによって排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むので、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の大半を占めるススは、高温の排気ガスから熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。また、上記第1又は第2の発熱体が排気ガスに含まれる粒子状物質を低減させるので、パティキュレートフィルタの目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止される。 By so doing, the temperature of the exhaust gas rises due to oxidation of fine particles in the first or second heating element, oxidation of the combustible component, combustion, etc., and this high-temperature exhaust gas is passed to the particulate filter. As it flows in, soot that occupies most of the particulate matter collected in the particulate filter receives heat from the high-temperature exhaust gas, and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. It becomes like CO 2 oxidized by receiving heat from the. Further, since the first or second heating element reduces the particulate matter contained in the exhaust gas, the progress of clogging of the particulate filter becomes slow or clogging is prevented.

本発明の第4の内燃機関の排気浄化装置は、上記第2の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記排気ガス浄化触媒よりも排気下流側に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられている。   According to a fourth internal combustion engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, in the second internal combustion engine exhaust gas purification apparatus, the exhaust gas is disposed on the exhaust downstream side of the exhaust gas purification catalyst in the internal passage of the exhaust passage constituent member. A particulate filter for collecting the particulate matter contained therein is provided.

このようにすれば、上記第1又は第2の発熱体で酸化反応などにより温度上昇した排気ガスが、排気ガス浄化触媒で酸化反応などによりさらに温度上昇し、この高温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むので、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の大半を占めるススは、高温の排気ガスから熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。また、上記第1又は第2の発熱体が排気ガスに含まれる粒子状物質を低減させるので、パティキュレートフィルタの目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止される。 In this way, the exhaust gas whose temperature has risen due to the oxidation reaction or the like in the first or second heating element further rises in temperature due to the oxidation reaction or the like in the exhaust gas purification catalyst, and this high-temperature exhaust gas becomes the particulate filter. The soot occupying most of the particulate matter collected by the particulate filter receives heat from the high-temperature exhaust gas and is decomposed into finer particles by the HC in the exhaust gas. It receives heat from the skeleton and oxidizes to CO 2 . Further, since the first or second heating element reduces the particulate matter contained in the exhaust gas, the progress of clogging of the particulate filter becomes slow or clogging is prevented.

本発明の燃料改質装置は、炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物が導入される入口と、可燃性の改質ガスが取り出される出口とを有する容器と、上記複合体が上記容器の内部に収容され、上記電極が上記容器の外側へ導出された上記第2の発熱体とを備えている。   The fuel reformer of the present invention includes a container having an inlet into which a mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and an oxygen-containing compound is introduced, and an outlet from which a combustible reformed gas is taken out. The composite is housed inside the container, and the second heating element is provided with the electrode led out to the outside of the container.

上記複合体は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第2の発熱体の電極間に電流を流すと上記複合体の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、上記容器の入口から容器内に入った上記混合物は、上記骨格によって加熱された触媒の作用によって所定の改質反応を行い、可燃性の改質燃料が発生する。その場合、容器の内部にある上記混合物を、従来のように容器の側部を囲むように設けられた加熱器により加熱するのではなく、上記複合体の上記骨格により熱伝導、又は近距離からの輻射でもって加熱するので、加熱の立ち上がりがよく、また熱効率が高く、装置全体として小型化される。   Since the composite contains silicon carbide and silicon and has conductivity, when an electric current is passed between the electrodes of the second heating element, an electric current flows through the skeleton of the composite and Joule heat is generated. The mixture that has entered the container from the inlet of the container undergoes a predetermined reforming reaction by the action of the catalyst heated by the skeleton, and combustible reformed fuel is generated. In that case, the mixture inside the container is not heated by a heater provided so as to surround the side portion of the container as in the conventional case, but from the heat conduction or short distance by the skeleton of the composite. Since the heating is performed by this radiation, the rise of the heating is good, the thermal efficiency is high, and the entire apparatus is downsized.

本発明の第5の内燃機関の排気浄化装置は、一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材と、
この排気通路構成部材の内部通路に収容され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
上記した本発明の燃料改質装置とを備え、
上記燃料改質装置の容器の出口が上記排気通路構成部材の内部通路に接続されていて、上記可燃性の改質燃料が上記パティキュレートフィルタに供給されるように構成している。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the fifth aspect of the present invention is provided with an internal passage that constitutes at least a part of an exhaust passage having one end connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end open to the atmosphere. An exhaust passage component;
A particulate filter accommodated in the internal passage of the exhaust passage constituent member and collecting particulate matter contained in the exhaust gas;
Comprising the fuel reformer of the present invention described above,
The outlet of the container of the fuel reformer is connected to the internal passage of the exhaust passage component, and the combustible reformed fuel is supplied to the particulate filter.

上記燃料改質装置で生成された改質燃料が上記パティキュレートフィルタに供給されると、このパティキュレートフィルタで捕集された粒子状物質の酸化、燃焼が促進され、パティキュレートフィルタの目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止される。   When the reformed fuel generated by the fuel reformer is supplied to the particulate filter, the particulate matter collected by the particulate filter is promoted to oxidize and burn, and the particulate filter is clogged. Progression is slowed or clogging is prevented.

本発明の第1の発熱体は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた複合体と、電極とを備え、上記電極間に電流を流すと複合体が発熱し、上記複合体の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質を加熱するように構成したので、製造容易で成形の自由度が高く、酸化に強く、金属よりも高温域まで加熱でき、局所的な加熱ができ、加熱手段として小型で熱効率が高く、炭化ケイ素のみによって構成した構造材に較べて強度が高い。そして、この第1の発熱体を用いることにより、本発明の第1ないし第4の内燃機関の排気浄化装置などが成立する。   The first heating element of the present invention includes a composite having a tangible skeleton made of a material containing silicon carbide and silicon, and an electrode. When a current is passed between the electrodes, the composite generates heat, Since it is configured to heat particles, fluids, and other substances present in or around the composite, it is easy to manufacture, has a high degree of freedom in forming, is resistant to oxidation, can be heated to a higher temperature range than metal, and is locally It can be heated, is small as a heating means, has high thermal efficiency, and has higher strength than a structural material composed only of silicon carbide. By using the first heating element, the first to fourth internal combustion engine exhaust purification apparatuses of the present invention are established.

本発明の第2の発熱体は、上記複合体に触媒を担持させたので、第1の発熱体で得られた効果と同様の効果が得られることに加えて、上記物質が上記複合体の内部又は周囲で化学反応を起こすときに、その化学反応を一層促進することができる。そして、この第2の発熱体を用いることにより、本発明の燃料改質装置又は第5の内燃機関の排気浄化装置などが成立する。   In the second heating element of the present invention, since the catalyst is supported on the composite, the same effect as that obtained by the first heating element can be obtained. When a chemical reaction occurs inside or around, the chemical reaction can be further promoted. By using this second heating element, the fuel reforming apparatus of the present invention or the exhaust purification apparatus of the fifth internal combustion engine is established.

本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路構成部材に上記第1又は第2の発熱体の複合体を設けたので、第1又は第2の発熱体の複合体により、排気ガスに含まれる粒子状物質、未燃燃料などを低減させることができる。よって、別途に再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することができた。   In the exhaust gas purification apparatus for a first internal combustion engine of the present invention, the composite of the first or second heating element is provided in the exhaust passage constituting member, so that the exhaust gas is exhausted by the composite of the first or second heating element. Particulate matter, unburned fuel, etc. contained in the gas can be reduced. Therefore, it is possible to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that does not require a separate regeneration means, has a simple structure, is excellent in energy saving, and can continuously remove particulate matter from exhaust gas.

本発明の第2の内燃機関の排気浄化装置は、上記第1の内燃機関の排気浄化装置において上記第1又は第2の発熱体の複合体よりも排気下流側に排気ガス浄化触媒を設けたので、第1の内燃機関の排気浄化装置の効果が得られることに加えて、排気ガス浄化触媒の活性化により排気ガス浄化を促進することができる。   According to a second internal combustion engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, an exhaust gas purification catalyst is provided on the exhaust downstream side of the first or second heating element composite in the first internal combustion engine exhaust gas purification apparatus. Therefore, in addition to obtaining the effect of the exhaust gas purification device of the first internal combustion engine, the exhaust gas purification can be promoted by activating the exhaust gas purification catalyst.

本発明の第3の内燃機関の排気浄化装置は、上記第1の内燃機関の排気浄化装置において上記第1又は第2の発熱体の複合体よりも排気下流側にパティキュレートフィルタを設けたので、第1の内燃機関の排気浄化装置の効果が得られることに加えて、パティキュレートフィルタの目詰まりを抑制又は阻止することができる。   In the exhaust gas purification apparatus for a third internal combustion engine of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for the first internal combustion engine, the particulate filter is provided on the exhaust downstream side of the composite body of the first or second heating element. In addition to obtaining the effect of the exhaust gas purification apparatus for the first internal combustion engine, clogging of the particulate filter can be suppressed or prevented.

本発明の第4の内燃機関の排気浄化装置は、上記第2の内燃機関の排気浄化装置において上記排気ガス浄化触媒よりも排気下流側にパティキュレートフィルタを設けたので、上記第2の内燃機関の排気浄化装置の効果が得られることに加えて、さらにパティキュレートフィルタの目詰まりを抑制又は阻止することができる。   In the exhaust gas purification apparatus for a fourth internal combustion engine of the present invention, since the particulate filter is provided on the exhaust downstream side of the exhaust gas purification catalyst in the exhaust gas purification apparatus for the second internal combustion engine, the second internal combustion engine is provided. In addition to obtaining the effect of the exhaust gas purification device, clogging of the particulate filter can be further suppressed or prevented.

本発明の燃料改質装置は、炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物が導入される入口と、可燃性の改質燃料が取り出される出口とを有する容器に上記第2の発熱体の複合体を収容したので、加熱の立ち上がりを改善することができ、また熱効率を高め、装置全体として小型化することができる。   The fuel reformer of the present invention includes a container having an inlet into which a mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and an oxygen-containing compound is introduced, and an outlet from which a combustible reformed fuel is taken out. Since the composite of the two heating elements is accommodated, the rise of heating can be improved, the thermal efficiency can be improved, and the entire apparatus can be downsized.

本発明の第5の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路構成部材にパティキュレートフィルタを設け、本発明の上記燃料改質装置からの上記可燃性の改質燃料を上記パティキュレートフィルタに供給するので、パティキュレートフィルタの目詰まりを抑制又は阻止することができる。   According to a fifth internal combustion engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, a particulate filter is provided in an exhaust passage constituting member, and the combustible reformed fuel from the fuel reforming apparatus of the present invention is supplied to the particulate filter. Therefore, clogging of the particulate filter can be suppressed or prevented.

図1は本発明の第1の発熱体の実施形態を示す。この実施形態の第1の発熱体100は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体110と、この複合体110に通電できるように当該複合体110に設けられた電極120とを備えている。そして、上記第1の発熱体100は、上記電極120の間に電流を流すと上記複合体110が発熱し、上記複合体110の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質を加熱するように構成されている。上記有形骨格を構成する材料は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料であればよいが、炭化ケイ素及びシリコンのみからなる材料であってもよいし、炭化ケイ素及びシリコンを主成分とする材料であってもよい。この実施形態の場合、上記複合体110は、有形骨格を有する樹脂のスポンジ状多孔質構造体に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成された炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成されている。この実施形態の上記スポンジ状多孔質構造体を構成する樹脂はウレタン発泡樹脂であるが、上記スポンジ状多孔質構造体を他の形態又は他の種類の樹脂で構成してもよいし、樹脂に代えてゴムで構成してもよい。また、この実施形態の上記スラリーに含まれる樹脂類はフェノール樹脂であるが、上記スラリーを他の種類の樹脂で構成してもよいし、樹脂類を樹脂以外の炭素化合物で構成してもよく、またそれらの混合物で構成してもよい。上記スラリーは、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含み、これに更に骨材を含ませたスラリーにしてもよく、そうすれば、骨材によって骨格の強度が増す。この骨材としては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二ケイ化モリブデン、炭化ホウ素、ホウ素などが挙げられ、これらは粉末として添加されるが、他の形態で添加してもよい。このなかで炭化ケイ素は溶融シリコンと濡れ性がよいので好ましい。酸化防止剤としても機能することがある。上記樹脂は天然樹脂であっても合成樹脂であってもよい。   FIG. 1 shows an embodiment of the first heating element of the present invention. The first heating element 100 of this embodiment includes a porous composite 110 having a tangible skeleton made of a material containing silicon carbide and silicon, and the composite 110 so that the composite 110 can be energized. And an electrode 120 provided. In the first heating element 100, when a current is passed between the electrodes 120, the complex 110 generates heat, and heats substances such as particles and fluid existing in or around the complex 110. It is configured. The material constituting the tangible skeleton may be a material containing silicon carbide and silicon, but may be a material composed only of silicon carbide and silicon, or a material mainly composed of silicon carbide and silicon. Also good. In the case of this embodiment, the composite 110 includes a resin-like sponge-like porous structure having a tangible skeleton and a slurry containing a resin and carbon powder as a carbon source. After impregnation to such an extent that the pores are not blocked, the resins are fired and carbonized to form a carbonized porous structure, and the carbon of the carbonized porous structure reacts with the silicon powder of the slurry. It is composed of a silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure formed by sintering and further impregnating silicon. The resin constituting the sponge-like porous structure of this embodiment is a urethane foam resin, but the sponge-like porous structure may be constituted by other forms or other types of resins, Instead, rubber may be used. The resin contained in the slurry of this embodiment is a phenol resin, but the slurry may be composed of other types of resin, or the resin may be composed of a carbon compound other than the resin. Or a mixture thereof. The slurry may contain a resin as a carbon source and silicon powder, and further may be a slurry in which an aggregate is further added. In this case, the strength of the skeleton is increased by the aggregate. This aggregate includes silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, molybdenum disilicide, boron carbide, boron, etc., which are added as powders, but added in other forms May be. Of these, silicon carbide is preferable because it has good wettability with molten silicon. May also function as an antioxidant. The resin may be a natural resin or a synthetic resin.

上記実施形態の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、溶融シリコンと濡れ性のよい炭化ケイ素を含むと同時に、体積減少反応に起因する開気孔が生成された炭素化多孔質構造焼結体にシリコンを溶融含浸させてなる。そして、この炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、上記炭素化多孔質構造焼結体が、有形骨格を形成する発泡樹脂のスポンジ状多孔質構造体に、シリコンと炭素の原子比がSi/C=0.05〜4になる割合になるように混合量を設定して炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させた後に上記スラリーを絞ることにより、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成した炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材である。上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔と同一構造で、気孔径500μm〜2mm、開気孔率95〜97%、密度0.06〜0.1g/cm3である。 The silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the above-mentioned embodiment includes carbonized porous structure sintered material that contains molten silicon and silicon carbide with good wettability, and at the same time, generated open pores due to a volume reduction reaction. The body is melt impregnated with silicon. And this silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material has the above-mentioned carbonized porous structure sintered body in which a foamed resin sponge-like porous structure forming a tangible skeleton has an atomic ratio of silicon to carbon. The mixing amount is set so that the ratio of Si / C is 0.05 to 4, and the tangible skeleton of the sponge-like porous structure is impregnated with a slurry containing a resin as a carbon source and silicon powder. After squeezing the slurry after impregnation to such an extent that the continuous pores of the sponge-like porous structure are not blocked, the resins are baked and carbonized to make a carbonized porous structure, This is a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material formed by reacting and sintering carbon of this carbonized porous structure and silicon powder in the slurry, and further melt-impregnating silicon. The silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure has the same structure as the continuous pores of the sponge-like porous structure, and has a pore diameter of 500 μm to 2 mm, an open porosity of 95 to 97%, and a density of 0.06 to 0.00. 1 g / cm 3 .

すなわち、この炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、特許第3699992号の請求項1の発明である炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材のうち、スポンジ状多孔質構造体として有形骨格を有する樹脂又はゴムのスポンジ状多孔質構造体を用いたものである。上述したシリコンと炭素の原子比の割合は、Si/C=0.05〜4に限定解釈されることはなく、Si/C=0.05未満であっても、4を超えてもよい。上述したスラリーを上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させる方法は、上記スラリーを上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させた後に上記スラリーを絞る方法に限定解釈されることはなく、他の方法によってもよく、例えば上記スラリーを上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させるだけでもよい。上述した炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の気孔径は500μm〜2mmに限定解釈されることはなく、500μm未満であっても、2mmを超えてもよい。上述した炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の開気孔率は95〜97%に限定解釈されることはなく、95%未満であっても、97%を超えてもよい。上述した炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の密度は0.06〜0.1g/cm3に限定解釈されることはなく、0.06g/cm3未満であっても、0.1g/cm3を超えてもよい。 That is, this silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material is tangible as a sponge-like porous structure of the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material according to claim 1 of Japanese Patent No. 36999992. A sponge-like porous structure of resin or rubber having a skeleton is used. The ratio of the atomic ratio of silicon to carbon described above is not limited to Si / C = 0.05 to 4 and may be less than Si / C = 0.05 or more than 4. The method of impregnating the above-described slurry to such an extent that the continuous pores of the sponge-like porous structure are not blocked is a method of squeezing the slurry after impregnating the slurry with the tangible skeleton of the sponge-like porous structure. It is not limitedly interpreted, and other methods may be used. For example, the tangible skeleton of the sponge-like porous structure may be simply impregnated with the slurry. The pore diameter of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material described above is not limited to 500 μm to 2 mm, and may be less than 500 μm or may exceed 2 mm. The open porosity of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material described above is not limited to 95 to 97%, and may be less than 95% or more than 97%. The density of the silicon carbide-based refractory super lightweight porous structure material described above is not restricted interpreted 0.06~0.1g / cm 3, even less than 0.06g / cm 3, 0.1g / Cm 3 may be exceeded.

特許第3699992号公報から若干補足しながら引用すると、同特許発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の発明者は、繊維強化炭化ケイ素複合材の研究において、シリコンの溶融含浸法ではシリコンが系外より加わるので、体積増加の反応となり、フェノール樹脂の炭素化による緻密なアモルファス炭素のみのマトリックスは、溶融シリコンとほとんど反応しないが、シリコン粉末とフェノール樹脂から炭素化された炭素との混合物が反応焼結(体積減少反応)して生成した溶融シリコンとの濡れ性のよい炭化ケイ素と、ポーラスな残留アモルファス炭素のマトリックスには、溶融シリコンが容易に浸透し、反応することができることを見いだした(特開2000−313676号)。   Citing with a slight supplement from Japanese Patent No. 36999992, the inventor of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the same patent invented the silicon melt impregnation method in the silicon melt impregnation method. Is added from outside the system, resulting in a volume increase reaction, and the dense amorphous carbon-only matrix resulting from the carbonization of the phenol resin hardly reacts with the molten silicon, but a mixture of silicon powder and carbon carbonized from the phenol resin. Found that silicon carbide with good wettability with molten silicon produced by reactive sintering (volume reduction reaction) and porous amorphous carbon matrix can easily penetrate and react with molten silicon. (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-313676).

特許第3699992号の発明は、このような知見に基づいてなされたもので、それ以前の炭化ケイ素系耐熱性軽量多孔質材及びその製造方法における各種欠点を克服し、多孔質構造体の有形骨格に成形したままの形状を保持させて、複雑な形状のものでも容易に製造可能にした気孔が均一で、開気孔率80%以上、密度0.3g/cm3以下の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材及びその製造方法である。 The invention of Japanese Patent No. 3699992 was made based on such knowledge, overcomes various drawbacks in the previous silicon carbide-based heat resistant lightweight porous material and its production method, and has a tangible skeleton of the porous structure. The silicon carbide-based heat-resistant superficially uniform pores with an open pore ratio of 80% or more and a density of 0.3 g / cm 3 or less, which can be easily manufactured even in complicated shapes by keeping the shape as it is molded A lightweight porous structural material and a method for producing the same.

すなわち、特許第3699992号の発明の発明者は、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材について鋭意研究を重ねた結果、スポンジ等の多孔質構造体の有形骨格にシリコン粉末と樹脂を含浸させ、シリコン粉末及び上記構造体からの炭素との体積減少を伴った炭化ケイ素生成反応により、ポーラスな炭化ケイ素、残留炭素部分を生成させ、このポーラスな骨格部分にシリコンの溶融含浸を行うことにより、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を、複雑な形状のものであっても、容易に多孔質構造体の有形骨格の形状を保ったままで製造し得ることを見いだし、特許第3699992号の発明を完成するに至った。   That is, the inventor of the patent No. 3699992 has conducted extensive research on a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material. As a result, the tangible skeleton of a porous structure such as a sponge is impregnated with silicon powder and resin. The porous silicon carbide and the residual carbon part are generated by the silicon carbide generation reaction accompanied by the volume reduction with the silicon powder and the carbon from the structure, and the porous skeleton part is melt impregnated with silicon. It has been found that a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material can be easily produced while maintaining the shape of the tangible skeleton of the porous structure, even if it has a complicated shape. The invention has been completed.

上記により完成した特許第3699992号の発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、溶融シリコンと濡れ性のよい炭化ケイ素を含むと同時に、体積減少反応に起因する開気孔が生成された炭素化多孔質構造焼結体にシリコンを溶融含浸させてなり、
上記炭素化多孔質構造焼結体が、有形骨格を形成する樹脂、ゴム、及び紙から選択された1つのスポンジ状多孔質構造体に、シリコンと炭素の原子比がSi/C=0.05〜4になる割合になるように混合量を設定して炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させた後に上記スラリーを絞ることにより、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体にシリコンを反応焼結させた後シリンコンを溶融含浸させて形成したものである炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材であって、
上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔と同一構造で、気孔径500μm〜2mm、開気孔率95〜97%、密度0.06〜0.1g/cm3であることを特徴とする。
また、特許第3699992号の発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法は、樹脂、ゴム、及び紙から選択された1つのスポンジ状多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に含浸させた後、真空或いは不活性雰囲気下において900〜1350℃で炭素化した炭素化多孔質構造体を作り、
この炭素化多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において、1350℃以上の温度で反応焼結させることにより、溶融シリコンと濡れ性のよい炭化ケイ素を生成させると同時に、体積減少反応に起因する開気孔を生成させ、上記炭化ケイ素と開気孔を生成した多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸することを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法において、
上記スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に上記樹脂類及びシリコン粉末を含んだ上記スラリーを含浸させた後に上記スラリーを絞ることにより、上記スラリーを上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させることを特徴とする。
上記方法においては、シリコンと炭素の反応焼結処理とシリコンの溶融含浸を同じ熱処理で行っても良く、炭素化を含めた全ての熱処理を同じ熱処理で行っても良い。このような特許第3699992号の発明の方法によれば、複雑形状の大型構造体でも容易に製造できるし、多孔質構造体の加工も、炭素化後に行えば、容易に行うことができる。
The silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material of the invention of Patent No. 3699992 completed as described above contains molten silicon and silicon carbide with good wettability, and at the same time, open pores due to volume reduction reaction were generated. A carbonized porous structure sintered body is melt-impregnated with silicon,
When the carbonized porous structure sintered body is one sponge-like porous structure selected from resin, rubber, and paper forming a tangible skeleton, the atomic ratio of silicon to carbon is Si / C = 0.05. The amount of the mixture is set so as to be ˜4, and the slurry containing the resin as the carbon source and the silicon powder is impregnated into the tangible skeleton of the sponge-like porous structure, and then the slurry is squeezed. By impregnating the sponge-like porous structure to such an extent that the continuous pores are not blocked, the resins are fired and carbonized to form a carbonized porous structure. A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material that is formed by reaction-sintering silicon and then melting and impregnating silicon.
The silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure has the same structure as the continuous pores of the sponge-like porous structure, and has a pore diameter of 500 μm to 2 mm, an open porosity of 95 to 97%, and a density of 0.06 to 0.00. 1 g / cm 3 .
In addition, the method for producing a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material according to the invention of Japanese Patent No. 3699992 includes a carbon source on a tangible skeleton of one sponge-like porous structure selected from resin, rubber, and paper. A carbonized porous structure obtained by impregnating a tangible skeleton of the sponge-like porous structure with a slurry containing the above resins and silicon powder and then carbonizing at 900 to 1350 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere Make
This carbonized porous structure is subjected to reactive sintering in a vacuum or an inert atmosphere at a temperature of 1350 ° C. or higher to produce molten silicon and silicon carbide with good wettability, and at the same time due to a volume reduction reaction. The silicon carbide system is characterized in that the open pores are generated, and the silicon carbide and the open pores are melt impregnated with silicon at a temperature of 1300 to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere. In the method of manufacturing a heat-resistant ultralight porous structure material,
After impregnating the slurry containing the resin and silicon powder into the tangible skeleton of the sponge-like porous structure, the slurry is squeezed to close the continuous pores of the sponge-like porous structure. It is characterized by impregnation to the extent that it does not occur.
In the above method, the reactive sintering treatment of silicon and carbon and the melt impregnation of silicon may be performed by the same heat treatment, or all the heat treatments including carbonization may be performed by the same heat treatment. According to such a method of the invention of Japanese Patent No. 3699992, even a large structure having a complicated shape can be easily manufactured, and the processing of the porous structure can be easily performed after carbonization.

上記方法において、用いるスポンジ状多孔質構造体の有形骨格を構成する材料としては、スラリーを保持できる多孔質構造体が望ましく、この多孔質構造体を構成する材料としては、樹脂あるいはゴム製等のスポンジ、あるいは、スポンジ形状のプラスチック類や紙等が適している。   In the above method, the material constituting the tangible skeleton of the sponge-like porous structure to be used is preferably a porous structure capable of holding slurry, and the material constituting the porous structure is made of resin or rubber. Sponges or sponge-shaped plastics or paper are suitable.

また、上記方法において多孔質構造体の有形骨格に含浸させる炭素源としての樹脂類には、フェノール樹脂、フラン樹脂、あるいはポリカルボシラン等の有機金属ポリマー、または蔗糖が好ましいものとして挙げられる。これらの樹脂類はその1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、添加剤として、炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラックを添加し、または、骨材或いは酸化防止剤として、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二ケイ化モリブデン、炭化ホウ素、ホウ素の粉末等を添加してもよい。
上記方法において用いるスラリーに含ませるシリコン粉末として、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、あるいはタングステンから選ばれた少なくとも1種のシリコン合金、またはそれらとシリコン粉末の混合物でもよい。また溶融含浸用のシリコンは、純シリコン金属でもよいし、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タングステン等のシリコン合金、あるいはそれらとシリコンの混合物でもよい。
In addition, as a resin as a carbon source to be impregnated into the tangible skeleton of the porous structure in the above method, a phenol resin, a furan resin, an organometallic polymer such as polycarbosilane, or sucrose is preferable. One of these resins may be used, or two or more thereof may be used in combination. Furthermore, carbon powder, graphite powder, carbon black is added as an additive, or silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, molybdenum disilicide, carbonized as an aggregate or antioxidant. Boron, boron powder, or the like may be added.
The silicon powder contained in the slurry used in the above method is at least one silicon alloy selected from magnesium, aluminum, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum, or tungsten. Or a mixture of these and silicon powder. Silicon for melt impregnation may be pure silicon metal, magnesium, aluminum, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum, tungsten, or other silicon alloys, or A mixture of silicon may be used.

この特許第3699992号の発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材及びその製造方法によれば、スポンジ状の多孔質構造体の有形骨格に、炭素源となる樹脂とシリコン粉末とを含むスラリーを、多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、反応焼結を利用して溶融シリコンと濡れ性のよい炭化ケイ素と開気孔を生成せしめ、この部分にシリコンを溶融含浸して、最初の多孔質構造体の形状を保った炭化ケイ素系耐熱性軽量多孔質複合材を容易に製造することができ、そのため、複雑な形状のものでも容易に製造することができ、高温用フィルター、高温構造部材、断熱材、溶融金属濾過材、バーナープレート、ヒーター材、高温用消音材等の多くの用途に利用することができる。   According to the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the invention of this patent No. 3699992 and the manufacturing method thereof, the tangible skeleton of the sponge-like porous structure contains a resin serving as a carbon source and silicon powder. After impregnating the slurry so that the continuous pores of the porous structure are not blocked, molten silicon, silicon carbide with good wettability and open pores are generated using reactive sintering, and silicon is added to this part. Silicon carbide-based heat-resistant lightweight porous composites that retain the shape of the original porous structure by melt impregnation can be easily manufactured, so even complex shapes can be manufactured easily. It can be used for many applications such as high-temperature filters, high-temperature structural members, heat insulating materials, molten metal filter media, burner plates, heater materials, and high-temperature silencers.

次に、特許第3699992号の発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材及びその製造方法の好適な実施形態について説明する。
特許第3699992号の発明の方法においては、まず溶解した炭素源としてのフェノール樹脂等とシリコン粉末を混合したスラリーを、スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に十分に塗布し、あるいはそのスラリーに多孔質構造体を浸して含浸させた後、スラリー液が連続気孔部を塞がない程度にまで絞り、乾燥する。この乾燥は、約70℃で12時間程度行うのが望まれる。
Next, preferred embodiments of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the invention of Japanese Patent No. 36999992 and a method for producing the same will be described.
In the method of the invention of Japanese Patent No. 3699992, first, a slurry in which a phenol resin as a dissolved carbon source and silicon powder are mixed is sufficiently applied to the tangible skeleton of the sponge-like porous structure, or the slurry is porous. After soaking and impregnating the porous structure, the slurry is squeezed to such an extent that the continuous pores are not blocked and dried. This drying is desirably performed at about 70 ° C. for about 12 hours.

上記多孔質構造体は、前述したように、樹脂あるいはゴム製等のスポンジ、あるいは、スポンジ形状のプラスチック類や紙等を用いることができる。
また、多孔質構造体の有形骨格に含浸させる樹脂類としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、有機金属ポリマーまたは蔗糖から選ばれた少なくとも1種を用いることができ、必要に応じて上記添加剤等を添加することができる。
さらに、炭化ケイ素の生成に用いる上記シリコン粉末としては、微粉末が適しており、特に平均粒径が30μm以下の微粉末が好適である。粒径が大きなものは、ボールミル等により粉砕して微粉化すればよい。
As described above, a sponge made of resin or rubber, sponge-shaped plastics, paper, or the like can be used for the porous structure.
In addition, as the resin impregnated into the tangible skeleton of the porous structure, at least one selected from phenol resin, furan resin, organometallic polymer or sucrose can be used, and if necessary, the above additives and the like Can be added.
Furthermore, fine powder is suitable as the silicon powder used for producing silicon carbide, and fine powder having an average particle size of 30 μm or less is particularly suitable. What has a large particle diameter should just pulverize and pulverize with a ball mill etc.

次に、このようにして得られた多孔質構造物を、真空あるいはアルゴンなどの不活性雰囲気下で、900〜1350℃程度の温度において炭素化する。これによって得られる炭素化複合体においては、スポンジの多孔質構造体は熱分解して無くなり、骨格部分はフェノール樹脂の炭素化による炭素部分と、シリコン粉末が混ざりあっている状態になり、骨格部分の形状も、元の形状と同じである。また、炭素化した多孔質構造体は加工可能な強度がある。   Next, the porous structure thus obtained is carbonized at a temperature of about 900 to 1350 ° C. under an inert atmosphere such as vacuum or argon. In the carbonized composite obtained in this manner, the porous structure of the sponge is lost by thermal decomposition, and the skeleton part is in a state where the carbon part obtained by carbonization of the phenol resin and the silicon powder are mixed, and the skeleton part The shape of is the same as the original shape. Moreover, the carbonized porous structure has a processable strength.

この炭素化した多孔質構造体は、真空あるいはアルゴンなどの不活性雰囲気下で1350℃以上の温度において焼成処理し、炭素とシリコンとを反応させて溶融シリコンと濡れ性のよいポーラスな炭化ケイ素を構造体の有形骨格部分上に形成させる。同時に、この反応が体積減少反応であるため、その体積減少反応に起因する開気孔が生成される。その結果、マトリックス部が、気孔を有する炭化ケイ素及び残留炭素により形成された多孔質構造焼結体を得る。   This carbonized porous structure is fired at a temperature of 1350 ° C. or higher under an inert atmosphere such as vacuum or argon, and carbon and silicon are reacted to form molten silicon and porous silicon carbide having good wettability. It is formed on the tangible skeleton part of the structure. At the same time, since this reaction is a volume reduction reaction, open pores resulting from the volume reduction reaction are generated. As a result, a porous structure sintered body in which the matrix portion is formed of silicon carbide having pores and residual carbon is obtained.

次に、この多孔質構造焼結体は、真空或いは不活性化雰囲気下において1300〜1800℃程度の温度に加熱し、骨格上にあるポーラスな炭化ケイ素と炭素部分にシリコンを溶融含浸することにより、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質材が得られる。
なお、特許第3699992号の発明の方法において用いるシリコン粉末と樹脂からの炭素との混合の割合は、シリコンと炭素との原子比がSi/C=0.05〜4になるように選ぶのが望ましい。
Next, this porous structure sintered body is heated to a temperature of about 1300 to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere, and the porous silicon carbide and carbon portions on the skeleton are melt-impregnated with silicon. A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous material is obtained.
Note that the mixing ratio of silicon powder and carbon from the resin used in the method of the invention of Japanese Patent No. 3699992 is selected so that the atomic ratio of silicon to carbon is Si / C = 0.05-4. desirable.

[炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の実施例]
次に、実施例により特許第3699992号の発明の方法をさらに詳細に説明するが、特許第3699992号の発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
[Examples of silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure]
Next, the method of the invention of Japanese Patent No. 3699992 will be described in more detail by way of examples, but the invention of Japanese Patent No. 3699992 is not limited in any way by these examples.

[実施例1]
フェノール樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比が5:3になる割合にフェノール樹脂とシリコン粉末との混合量を設定し、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調製し、シリコンの粒径を小さくするために1日間ボールミル混合し、それらを500〜600μmの気孔を有するポリウレタン製のスポンジに含浸し、スラリー液が連続気孔部を塞がない程度に絞った後、乾燥させた。この時、スポンジは軸方向で約20%膨張した。
次に、このスポンジをアルゴン雰囲気下で1000℃、1時間焼成して炭素化した。得られた炭素質多孔体を、真空中、1450℃、1時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行い、スポンジ形状の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質複合材を得た。スポンジは炭素化の際に収縮し、炭素化前に比べて軸方向で約12%の収縮を生じて僅かに小さくなった。
得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、スポンジと同じ構造で、気孔径500〜600μm、開気孔率97%、密度0.07g/cm3 であり、つぶれた気孔は見つからなかった。
[Example 1]
The mixing ratio of the phenol resin and the silicon powder is set to a ratio of 5: 3 of carbon and silicon by carbonization of the phenol resin, and the slurry is prepared by dissolving the phenol resin with ethyl alcohol. In order to reduce the particle size, ball mill mixing was performed for 1 day, and they were impregnated into a polyurethane sponge having pores of 500 to 600 μm. After the slurry liquid was squeezed to such an extent that the continuous pores were not blocked, it was dried. At this time, the sponge expanded about 20% in the axial direction.
Next, this sponge was carbonized by firing at 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. The obtained carbonaceous porous body was simultaneously subjected to reactive sintering and silicon melt impregnation in vacuum at 1450 ° C. for 1 hour to obtain a sponge-shaped silicon carbide heat resistant ultralight porous composite material. The sponge contracted during carbonization, and was slightly smaller with about 12% contraction in the axial direction than before carbonization.
The obtained silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure has the same structure as a sponge, has a pore diameter of 500 to 600 μm, an open porosity of 97%, and a density of 0.07 g / cm 3 , and no collapsed pores are found. It was.

[実施例2]
フェノール樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比が5:3になる割合にフェノール樹脂とシリコン粉末との混合量を設定し、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調製し、シリコンの粒径を小さくするために1日間ボールミル混合し、それらを約1mmの気孔を有するポリウレタン製のスポンジに含浸し、スラリー液が連続気孔部を覆わない程度に絞った後、乾燥させた。この時、スポンジは軸方向で約20%膨張した。
次に、このスポンジをアルゴン雰囲気下で1000℃、1時間焼成して炭素化した。得られた炭素質多孔体を、真空中、1450℃、1時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行い、スポンジ形状の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質複合材を得た。スポンジは炭素化の際に収縮し、炭素化前に比べて軸方向で約12%の収縮を生じて僅かに小さくなった。
得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、スポンジと同じ構造で、気孔径約1mm、開気孔率97%、密度0.06g/cm3 であった。
[Example 2]
The mixing ratio of the phenol resin and the silicon powder is set to a ratio of 5: 3 of carbon and silicon by carbonization of the phenol resin, and the slurry is prepared by dissolving the phenol resin with ethyl alcohol. In order to reduce the particle size, ball mill mixing was performed for one day, and they were impregnated into a polyurethane sponge having pores of about 1 mm, and the slurry liquid was squeezed to such an extent that the continuous pores were not covered, and then dried. At this time, the sponge expanded about 20% in the axial direction.
Next, this sponge was carbonized by firing at 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. The obtained carbonaceous porous body was simultaneously subjected to reactive sintering and silicon melt impregnation in vacuum at 1450 ° C. for 1 hour to obtain a sponge-shaped silicon carbide heat resistant ultralight porous composite material. The sponge contracted during carbonization, and was slightly smaller with about 12% contraction in the axial direction than before carbonization.
The obtained silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material had the same structure as the sponge, and had a pore diameter of about 1 mm, an open porosity of 97%, and a density of 0.06 g / cm 3 .

[実施例3]
フェノール樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比が5:3になる割合にフェノール樹脂とシリコン粉末との混合量を設定し、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調製し、シリコンの粒径を小さくするために1日間ボールミル混合し、それらを約1.5〜2mmの気孔を有するポリウレタン製のスポンジに含浸し、スラリー液が連続気孔部を覆わない程度に絞った後、乾燥させた。この場合、スポンジの膨張は、ほとんど無かった。
次に、このスポンジをアルゴン雰囲気下で1000℃、1時間焼成して炭素化した。得られた炭素質多孔体を、真空中、1450℃、1時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行い、スポンジ形状の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質複合材を得た。スポンジは炭素化の際に収縮し、最終的には軸方向で約12%の収縮を生じて僅かに小さくなった。
得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、スポンジと同じ構造で、気孔径1.5〜2mmで、開気孔率95%、密度0.1g/cm3 であった。
[Example 3]
The mixing ratio of the phenol resin and the silicon powder is set to a ratio of 5: 3 of carbon and silicon by carbonization of the phenol resin, and the slurry is prepared by dissolving the phenol resin with ethyl alcohol. In order to reduce the particle size, the mixture was ball milled for 1 day, impregnated in a polyurethane sponge having pores of about 1.5 to 2 mm, squeezed to such an extent that the slurry liquid did not cover the continuous pores, and then dried. It was. In this case, there was almost no expansion of the sponge.
Next, this sponge was carbonized by firing at 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. The obtained carbonaceous porous body was simultaneously subjected to reactive sintering and silicon melt impregnation in vacuum at 1450 ° C. for 1 hour to obtain a sponge-shaped silicon carbide heat-resistant ultralight porous composite material. The sponge shrunk during carbonization and eventually became slightly smaller with about 12% shrinkage in the axial direction.
The obtained silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material had the same structure as the sponge, had a pore diameter of 1.5 to 2 mm, an open porosity of 95%, and a density of 0.1 g / cm 3 .

[比較例1]
実施例1で用いたスポンジをアルゴン雰囲気下で1000℃、1時間焼成すると、跡形もなく無くなった。
[Comparative Example 1]
When the sponge used in Example 1 was baked at 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere, there was no trace.

[比較例2]
エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調製し、500〜600μmの気孔と有するポリウレタン製のスポンジに含浸し、スラリー液が連続気孔部を覆わない程度に絞った後、乾燥させた。
次に、このスポンジをアルゴン雰囲気下で1000℃、1時間焼成して炭素化した。得られた炭素質多孔体を真空中、1450℃、1時間で反応焼結とシリコン溶融含浸を同時に行ったが、シリコンの含浸は生じず、炭素質多孔体のままであった。
[Comparative Example 2]
A phenol resin was dissolved in ethyl alcohol to prepare a slurry, impregnated into a polyurethane sponge having 500 to 600 μm pores, and squeezed to such an extent that the slurry liquid did not cover the continuous pores, and then dried.
Next, this sponge was carbonized by firing at 1000 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. The obtained carbonaceous porous body was simultaneously subjected to reactive sintering and silicon melt impregnation in vacuum at 1450 ° C. for 1 hour, but no silicon impregnation occurred, and the carbonaceous porous body remained as it was.

また、本発明の第1の発熱体の複合体は、特願2005−234608号(特開2007−44674号)の発明である多孔質構造体フィルタであってもよい。すなわち、上記実施形態の第1の発熱体100の変形例として、上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材に代えて、上記特願2005−234608号の発明である多孔質構造体フィルタにより上記炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体110を構成した、本発明の他の実施形態としての第1の発熱体100がある。この多孔質構造体フィルタは、汚染物質除去の浄化に使用されるもので、樹脂類及びシリコン粉末を含むスラリーを連続気孔が塞がれない程度に含浸されたスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体であって、このスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を複数の密度の異なる構造体にした後、900℃〜1350℃で炭素化し、1350℃以上で反応焼結させ、1300℃〜1800℃でシリコンを溶融含浸させて製造された多孔質構造体フィルタである。その場合、本発明の第1の発熱体100の複合体110は、汚染物質除去の浄化に使用されると限定解釈されることはなく、またフィルタに限定解釈されることはない。   The composite of the first heating element of the present invention may be a porous structure filter according to the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-44674). That is, as a modification of the first heating element 100 of the above embodiment, instead of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material, a porous structure filter according to the invention of the Japanese Patent Application No. 2005-234608 is used. There is a first heating element 100 as another embodiment of the present invention in which a porous composite body 110 having a tangible skeleton composed of the silicon carbide and the material containing silicon is configured. This porous structure filter is used for purification of contaminant removal, and is a sponge-like carbonized porous structure sintered impregnated with slurry containing resin and silicon powder to such an extent that continuous pores are not blocked. This sponge-like carbonized porous structure sintered body is made into a plurality of structures having different densities, then carbonized at 900 ° C. to 1350 ° C., reacted and sintered at 1350 ° C. or higher, and 1300 ° C. to 1800 It is a porous structure filter manufactured by melt impregnating silicon at 0 ° C. In that case, the composite 110 of the first heating element 100 of the present invention is not limited to being interpreted as being used for purification of contaminant removal, and is not limited to a filter.

特開2007−44674号公報から引用すると、この特願2005−234608号の発明の目的は、扱いを容易にし、浄化効率を高めた汚染物質除去用の多孔質構造体フィルタとその製造方法を提供することにある。   Cited from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-44674, the object of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is to provide a porous structure filter for removing contaminants that facilitates handling and enhances purification efficiency, and a method for manufacturing the same. There is to do.

特願2005−234608号の発明は、上記目的を達成するために次の手段をとる。   The invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 takes the following means in order to achieve the above object.

特願2005−234608号の発明1の多孔質構造体フィルタは、汚染物質除去の浄化に使用されるもので、樹脂類及びシリコン粉末を含むスラリーを連続気孔が塞がれない程度に含浸されたスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体であって、このスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を複数の密度の異なる構造体にした後、900℃〜1350℃で炭素化し、1350℃以上で反応焼結させ、1300℃〜1800℃でシリコンを溶融含浸させて製造された多孔質構造体フィルタである。   The porous structure filter of the invention 1 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is used for purification of contaminant removal, and is impregnated with a slurry containing resins and silicon powder to such an extent that continuous pores are not blocked. A sponge-like carbonized porous structure sintered body, wherein the sponge-like carbonized porous structure sintered body is made into a plurality of structures having different densities, then carbonized at 900 ° C. to 1350 ° C., and above 1350 ° C. It is a porous structure filter manufactured by reaction sintering and melt impregnating silicon at 1300 ° C to 1800 ° C.

特願2005−234608号の発明2の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明1において、上記スラリーは、SiC粉末を含むものであることを特徴とする。   The porous structure filter of invention 2 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is characterized in that, in Invention 1 of Japanese Patent Application No. 2005-234608, the slurry contains SiC powder.

特願2005−234608号の発明3の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明1又は2において、上記炭素化多孔質構造焼結体は、3次元Si/SiC多孔質セラミックスであることを特徴とする。   The porous structure filter of invention 3 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is the invention 1 or 2 of Japanese Patent Application No. 2005-234608, wherein the carbonized porous structure sintered body is a three-dimensional Si / SiC porous ceramic. It is characterized by being.

特願2005−234608号の発明4の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明1又は2において、上記炭素化多孔質構造焼結体は、プラスチック又は不織布類のスポンジ状多孔質構造体であることを特徴とする。   The porous structure filter of invention 4 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is the same as the invention 1 or 2 of Japanese Patent Application No. 2005-234608, wherein the carbonized porous structure sintered body is a sponge-like porous material made of plastic or nonwoven fabric. It is a structure.

特願2005−234608号の発明5の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明1又は2において、上記炭素化多孔質構造焼結体は、密度の異なる2つの3次元微細セル構造フィルタを重ね合わせ結合し二層にした焼結体であることを特徴とする。   The porous structure filter of invention 5 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is the same as that of Invention 1 or 2 of Japanese Patent Application No. 2005-234608, wherein the carbonized porous structure sintered body comprises two three-dimensional fine cells having different densities. It is a sintered body in which a structural filter is overlapped and bonded into two layers.

特願2005−234608号の発明6の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明1又は2において、上記炭素化多孔質構造焼結体は、柱状体であり外側のスポンジ状多孔質構造体の密度を内側のスポンジ状多孔質構造体の密度より高めるようにしたことを特徴とする。   The porous structure filter of the invention 6 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is the same as that of the invention 1 or 2 of the Japanese Patent Application No. 2005-234608, wherein the carbonized porous structure sintered body is a columnar body and has an outer sponge-like porous structure. The density of the porous structure is higher than that of the inner sponge-like porous structure.

特願2005−234608号の発明7の多孔質構造体フィルタは、特願2005−234608号の発明6において、上記外側のスポンジ状多孔質構造体は、不織布類を巻きつけた構造体であることを特徴とする。   The porous structure filter of the invention 7 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is the structure of the invention 6 of the Japanese Patent Application No. 2005-234608, wherein the outer sponge-like porous structure is a structure in which nonwoven fabrics are wound. It is characterized by.

特願2005−234608号の発明8の多孔質構造体フィルタの製造方法は、スポンジ状多孔質構造体の有形骨格に炭素源として樹脂類及びシリコン粉末を含むスラリーを連続気孔が塞がれない程度に含浸させる工程と、上記含浸されたスポンジ状多孔質構造体を複数の密度の異なる構造体にする工程と、上記スポンジ状多孔質構造体を不活性雰囲気下において900℃〜1350℃で炭素化する工程と、上記スポンジ状多孔質構造体を真空又は不活性雰囲気下において1350℃以上で反応焼結させる工程と、上記スポンジ状多孔質構造体を真空又は不活性雰囲気下において1300℃〜1800℃でシリコンを溶融含浸させる工程とからなっている。   The method for producing a porous structure filter of invention 8 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is such that continuous pores are not clogged with a slurry containing a resin and silicon powder as a carbon source in a tangible skeleton of a sponge-like porous structure. Impregnating the sponge-like porous structure into a plurality of structures having different densities, and carbonizing the sponge-like porous structure at 900 ° C. to 1350 ° C. in an inert atmosphere. A step of reacting and sintering the sponge-like porous structure at 1350 ° C. or higher in a vacuum or an inert atmosphere, and 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere of the sponge-like porous structure. And a step of melt impregnating silicon.

特願2005−234608号の発明9の多孔質構造体フィルタの製造方法は、特願2005−234608号の発明8において、上記スラリーは、SiC粉末を含むものであることを特徴とする。   The method for producing a porous structure filter according to Invention 9 of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is characterized in that, in Invention 8 of Japanese Patent Application No. 2005-234608, the slurry contains SiC powder.

フィルタを例えば二層構造にするに当たって、シリコン(Si)の溶融含浸を行う2段反応焼結法により接合を容易に行うことができる。2段反応焼結法とは、反応焼結法とシリコンの溶融含浸法のことであり、シリコン(Si)と炭素(C)が反応して炭化ケイ素(SiC)を生成する反応をいう。反応焼結法では、炭素源としてフェノール樹脂、シリコン源としてシリコン粉末を使用する。フェノール樹脂粉末をアルコールで溶かしてシリコン粉末を添加して、混合スラリーとする。この混合スラリーにスポンジやダンボールを浸ける。   For example, when the filter has a two-layer structure, the two-stage reaction sintering method in which silicon (Si) is melted and impregnated can be used for easy joining. The two-stage reaction sintering method is a reaction sintering method and a silicon melt impregnation method, and refers to a reaction in which silicon (Si) and carbon (C) react to generate silicon carbide (SiC). In the reaction sintering method, a phenol resin is used as a carbon source and silicon powder is used as a silicon source. Phenol resin powder is dissolved in alcohol and silicon powder is added to form a mixed slurry. Soak sponge or cardboard in this mixed slurry.

スポンジの場合セルが塞がれない程度によく絞る。スポンジのポリウレタン骨格の内部にフェノール樹脂は溶液になって入る。シリコン粉末はポリウレタン骨格の内部に突き刺さった状態になる。これをアルゴンガス等の不活性雰囲気中で900℃〜1350℃、例えば1000℃位で焼成すると、フェノール樹脂が熱分解して炭素(アモルファス状)になる。この状態はアモルファス炭素の中にシリコン粉末が点在している状態である。この状態で温度を1350℃以上に上昇させると、例えば1320℃位からアモルファス炭素がシリコン粉末中に拡散してシリコン粉末の外側から炭化ケイ素(SiC)を生じる。   In the case of sponge, squeeze well enough not to block the cell. The phenol resin enters the inside of the polyurethane skeleton of the sponge as a solution. The silicon powder is stuck into the polyurethane skeleton. When this is baked at 900 ° C. to 1350 ° C., for example, about 1000 ° C. in an inert atmosphere such as argon gas, the phenol resin is thermally decomposed into carbon (amorphous). This state is a state where silicon powder is scattered in amorphous carbon. When the temperature is raised to 1350 ° C. or higher in this state, for example, amorphous carbon diffuses into the silicon powder from about 1320 ° C. and silicon carbide (SiC) is generated from the outside of the silicon powder.

この反応は1410℃まで続き、シリコン粉末と炭素との反応は完了する。これが反応焼結である。特徴は、シリコンと炭素との反応がシリコン融点(1410℃)以下で生じることである。体積減少反応(1モルでの反応に要する体積は、Si:28g/2.33g/cm3=12cm3、C:12g/1.5g/cm3=8cm3、SiC:40g/3.2g/cm3=12.5cm3となり、12+8=20cm3が12.5cm3に体積減少する)であり、生成した炭化ケイ素は多孔質となる。またこの反応は炭素の拡散により遅い。 This reaction continues to 1410 ° C. and the reaction between the silicon powder and carbon is complete. This is reaction sintering. The feature is that the reaction between silicon and carbon occurs at a silicon melting point (1410 ° C.) or lower. Volume reduction reaction (Volume required for reaction at 1 mol is Si: 28 g / 2.33 g / cm 3 = 12 cm 3 , C: 12 g / 1.5 g / cm 3 = 8 cm 3 , SiC: 40 g / 3.2 g / cm 3 = 12.5 cm 3 and 12 + 8 = 20 cm 3 is reduced in volume to 12.5 cm 3 ), and the generated silicon carbide becomes porous. This reaction is also slow due to carbon diffusion.

シリコンの溶融含浸法は、例えば、真空中で炭素材料の上にシリコンを置き、シリコン融点(1410℃)以上の温度にするとシリコンが溶けて炭素中に入り反応し炭化ケイ素を生じさせる反応のことである。特徴は、シリコンの融点以上の温度が必要で、反応は急激に生じることである。又、シリコンを炭素材料の上に置くので、シリコンは系外になり、体積的には、炭素が炭化ケイ素に変わる状態となり、8cm3が12.5cm3になる体積増加反応となる。従って、炭素材料が緻密で体積を増加できない場合は、反応が進まない。 The silicon melt impregnation method is, for example, a reaction in which silicon is placed on a carbon material in a vacuum, and when the temperature is higher than the melting point of silicon (1410 ° C.), the silicon melts and enters into the carbon to produce silicon carbide. It is. The characteristic is that a temperature higher than the melting point of silicon is required, and the reaction occurs rapidly. Further, since silicon is placed on the carbon material, the silicon is out of the system, and in terms of volume, the carbon is changed to silicon carbide, resulting in a volume increase reaction in which 8 cm 3 becomes 12.5 cm 3 . Therefore, the reaction does not proceed when the carbon material is dense and the volume cannot be increased.

2段反応焼結法は、反応焼結法でSi/Cの比を1にするとSiCのみが生成する。炭素過剰の組成にすると、アモルファス炭素とポーラスなSiCが生成する。溶融シリコンはポーラスなSiCとの濡れ性がよい。アモルファス炭素はポーラスなSiCの中に点在しており緻密でなく、溶融シリコンと反応する。このとき、体積が増加するが、反応焼結法でできた気孔があるので、増加できる体積があり反応が進行する。本実施の形態例においてはこの現象を利用し接合させる。このため、スポンジがそのままの形状で軽量の多孔質Si/SiCセラミックスを形成する。この多孔質Si/SiCセラミックスは加工性がよく、フィルタ形状加工も容易に行えるものである。   In the two-step reactive sintering method, when the Si / C ratio is set to 1 in the reactive sintering method, only SiC is generated. If the composition is excessive in carbon, amorphous carbon and porous SiC are generated. Molten silicon has good wettability with porous SiC. Amorphous carbon is scattered in porous SiC, is not dense, and reacts with molten silicon. At this time, the volume increases, but since there are pores formed by the reactive sintering method, there is a volume that can be increased and the reaction proceeds. In this embodiment, this phenomenon is used for bonding. For this reason, a lightweight porous Si / SiC ceramic is formed with the sponge as it is. This porous Si / SiC ceramic has good workability and can easily perform filter shape processing.

フィルタの外側を外皮状に緻密にして強化する方法として、Si/SiCセラミック多孔体の外側に樹脂類及びシリコン粉末、又はこれらに加えてSiC粉末を含むスラリーを塗布し2段反応焼結する。他の方法は、Si/SiCセラミック多孔体の外周部に樹脂類及びシリコン粉末或いはこれらに加えてSiC粉末を含む吸水性のある不織布等を巻き付け、2段反応焼結させる方法である。このような方法により、セラミック多孔体の外周部分を硬くし強固にする。   As a method for strengthening the outside of the filter by making it dense in the form of a skin, resin and silicon powder, or a slurry containing SiC powder in addition to these is applied to the outside of the Si / SiC ceramic porous body, and two-step reaction sintering is performed. The other method is a method in which a resin / silicon powder or a water-absorbing non-woven fabric containing SiC powder is wound around the outer peripheral portion of the Si / SiC ceramic porous body, and two-step reaction sintering is performed. By such a method, the outer peripheral portion of the ceramic porous body is hardened and strengthened.

この結果、内部はスポンジ状で外部は緻密な構造のフィルタとなる。更に、このような構成の実現から、排気ガスの通路に供給側のフィルタを密度の低い即ち目の粗いスポンジ状のフィルタとし、排出側のフィルタを密度の高い即ち目の細かいスポンジ状のフィルタとし、その外周部分を前述の方法により緻密に強度を高めた外皮構成のフィルタとすることが可能である。これにより、フィルタは二重構造になり、サイズの異なる微細汚染物質を除去することができる上、単体として強化され破壊しにくいフィルタとなる。   As a result, the filter has a sponge structure inside and a dense structure outside. Furthermore, from the realization of such a configuration, the supply-side filter in the exhaust gas passage is a low-density or coarse mesh sponge filter, and the exhaust-side filter is a high-density or fine sponge filter. The outer peripheral portion can be made into a filter having an outer skin structure in which the strength is precisely increased by the above-described method. As a result, the filter has a double structure, and fine contaminants having different sizes can be removed, and the filter is strengthened as a single body and is difficult to break.

以上説明したように、特願2005−234608号の発明は、スポンジ状多孔質構造体の例えば、一方の3次元微細セル構造フィルタを疎な構造又は粗い構造にして、他方の3次元微細セル構造フィルタを前者の3次元微細セル構造フィルタに比して密度を高めたので、扱いが容易になり、結果的に2つの密度の異なるフィルタ構造でサイズの異なる汚染物質を効率よく捕捉できることとなった。これにより浄化効率が高まり、作業能率を高められることとなった。   As described above, in the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, for example, one three-dimensional fine cell structure filter of a sponge-like porous structure is made a sparse structure or a rough structure, and the other three-dimensional fine cell structure is used. Since the density of the filter is higher than that of the former three-dimensional fine cell structure filter, it is easy to handle, and as a result, two different filter structures with different densities can efficiently capture contaminants of different sizes. . As a result, the purification efficiency was increased and the work efficiency was increased.

以下、特願2005−234608号の発明に関する汚染物質除去の浄化技術に関し、図面をもとに詳細にその実施の形態を説明する。本実施の形態で処理される汚染物質を含む対象物は、汚染物質を含む排気ガス等の気体、及び汚染水等の液体である。特願2005−234608号の発明の説明前に、特願2005−234608号の発明の理解を容易にするため、フィルタ単体としての基本構成について説明する。   Hereinafter, embodiments of the purification technology for removing contaminants relating to the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 will be described in detail with reference to the drawings. The target object including the pollutant to be treated in this embodiment is a gas such as an exhaust gas including the pollutant and a liquid such as polluted water. Prior to the description of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, in order to facilitate understanding of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, a basic configuration as a single filter will be described.

特願2005−234608号の発明の浄化技術に関するフィルタは、スポンジ状の多孔質構造であればどのようなものであってもよいが、例えば、次のものが適用される。1つは、シリコン(Si)と炭素(C)との反応焼結法(Si+C=SiC)とシリコンの溶融含浸法を組み合わせることにより、ポリウレタン製のスポンジがそのままの形状で作成された多孔質Si/SiCセラミックスである。この多孔質Si/SiCセラミックスは、加工性がよく、どのような形状にすることもできる。   The filter relating to the purification technique of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 may be any filter as long as it has a sponge-like porous structure. For example, the following is applied. One is porous Si in which polyurethane sponge is made as it is by combining reaction sintering method (Si + C = SiC) of silicon (Si) and carbon (C) and silicon melt impregnation method. / SiC ceramics. This porous Si / SiC ceramic has good workability and can be formed in any shape.

光の透過性がよく、光触媒の担体としても優れている。この多孔質Si/SiCセラミックスの嵩密度は、0.05〜0.13g/cm3、気孔率は、95〜98%の軽量のものである。また、スポンジ構造の強度を上げるためにSiC粉末を添加し、スラリーの絞り方を緩やかにすることで、気孔率を50%程度まで下げることも可能である。なお、本実施の形態でいうスポンジとは、発泡したポリウレタンの素材であり、クッション、荷造り材、衝撃吸収材等に用いられるものである。 It has good light permeability and is excellent as a carrier for photocatalysts. This porous Si / SiC ceramic has a light bulk density of 0.05 to 0.13 g / cm 3 and a porosity of 95 to 98%. In addition, it is possible to reduce the porosity to about 50% by adding SiC powder to increase the strength of the sponge structure and loosening the slurry. The sponge in the present embodiment is a foamed polyurethane material, and is used for cushions, packing materials, impact absorbing materials, and the like.

この高気孔率のフィルタをドーナツ状に加工して積層し、中心に設置した15Wのランプを覆うようにしてNOxの分解実験を行った結果は、例えば、15ppmのNOxを1L/minで処理すると、殺菌灯、ブラックライトの紫外線ランプでは1回の処理でほぼ0ppmになり、高効率に分解することができた。さらに可視光の蛍光灯の場合も15ppmのNOxが5ppm以下になる結果を得ている。フィルタについて更に詳述すると、前述のフィルタは、可視光応答型3次元微細セル構造光触媒フィルタとして有効で、3次元Si/SiC多孔質セラミックスに光触媒(酸化チタン)をコーティングしたスポンジ状の構造体であるが、排ガス等の浄化にも適用できるものである。   This high-porosity filter was processed into a donut shape and stacked, and the result of NOx decomposition experiment covering a 15 W lamp installed at the center is, for example, 15 ppm NOx treated at 1 L / min. In a germicidal lamp and a black light ultraviolet lamp, it became almost 0 ppm by one treatment, and could be decomposed with high efficiency. Further, in the case of a visible fluorescent lamp, 15 ppm NOx is obtained to be 5 ppm or less. The filter will be described in more detail. The above-mentioned filter is effective as a visible light responsive type three-dimensional fine cell structure photocatalytic filter, and is a sponge-like structure in which a three-dimensional Si / SiC porous ceramic is coated with a photocatalyst (titanium oxide). However, it can also be applied to purification of exhaust gas and the like.

また、このフィルタのスポンジ状多孔質構造体は、酸化チタンを含有又は生成する溶液に浸漬し、乾燥させた後に酸化雰囲気下で、100℃〜800℃で焼成して製造される。更に、スポンジ状骨格を有するとともに炭素化時に熱分解する原型構造体に炭素源となる樹脂と、シリコン粉末、シリコン合金を含むスラリーを含浸させた後、この原型構造体を不活性雰囲気下で、800℃〜1300℃で炭素化させて、さらには、1300℃以上で反応焼結させるなどして炭素化させている。   In addition, the sponge-like porous structure of the filter is manufactured by immersing in a solution containing or generating titanium oxide and drying, followed by firing at 100 ° C. to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere. Furthermore, after impregnating a prototype structure with a sponge skeleton and thermally decomposing during carbonization with a slurry containing a resin as a carbon source, silicon powder, and a silicon alloy, the prototype structure under an inert atmosphere, Carbonization is performed by carbonizing at 800 ° C. to 1300 ° C. and further by reactive sintering at 1300 ° C. or higher.

あるいは、窒素雰囲気下においては、800℃〜1500℃で熱処理し炭素化とシリコンの窒化反応を行い、多孔質構造体を形成する。   Alternatively, in a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 800 ° C. to 1500 ° C. to perform carbonization and silicon nitridation to form a porous structure.

この反応焼結後の多孔質構造体を真空あるいは不活性雰囲気下において、1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸させる。このことにより、多孔質構造体が複雑な形状のものであっても、容易に多孔質構造体の有形骨格の形状を保ったままで製造できるのである。   The porous structure after reaction sintering is melt impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere. As a result, even if the porous structure has a complicated shape, it can be easily manufactured while maintaining the shape of the tangible skeleton of the porous structure.

その他、スポンジ状フィルタとして適用できるものは、一部前述しているが、アモルファス炭素、炭素+Si、炭素+Ti、炭素+SiC、炭素+窒化ケイ素等種々のもの、又はそれらを組み合わせたものがある。又、含浸させる樹脂として、フェノール樹脂、フラン樹脂、有機金属ポリマー、又は蔗糖等であってもよく、さらに、含浸させるスラリーとして、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二ケイ化モリブデン、炭化ホウ素、ホウ素粉等の添加物であってもよい。   Others that can be applied as sponge filters have been described above, but there are various types such as amorphous carbon, carbon + Si, carbon + Ti, carbon + SiC, carbon + silicon nitride, or combinations thereof. Further, the resin to be impregnated may be phenol resin, furan resin, organometallic polymer, sucrose, or the like, and the slurry to be impregnated is silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, two Additives such as molybdenum silicide, boron carbide, and boron powder may be used.

更に、スラリーに含ませるシリコン粉末として、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タングステン等のシリコン合金又はシリコンとの混合物を用いてもよい。   Furthermore, as a silicon powder to be included in the slurry, a silicon alloy such as magnesium, aluminum, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum, tungsten, or a mixture with silicon may be used. Good.

更に、溶融含浸用のシリコンとして、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タングステン等のシリコン合金又はシリコンとの混合物を用いてもよい。前述のように、フィルタはスポンジ状多孔質構造体のものであればどのようなものであってもよい。   Furthermore, silicon alloys such as magnesium, aluminum, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, zirconium, niobium, molybdenum, tungsten, or a mixture with silicon may be used as silicon for melt impregnation. . As described above, the filter may be any filter as long as it has a sponge-like porous structure.

次に、特願2005−234608号の発明のフィルタの構成例について説明する。図2は、特願2005−234608号の発明の多孔質構造体フィルタの全体構成の正面図で、外側多孔質構造体と内側多孔質構造体との二重構成にした多孔質構造体フィルタの正面図である。図3は、図2の多孔質構造体フィルタの断面図である。図4は、内側多孔質構造体に外側多孔質構造体を巻き付けている状態を示す説明図である。本実施の形態例は、スポンジ状多孔質構造体3次元微細セル構造のフィルタを円筒形状で二重に構成したものであり、ディーゼルエンジン車の排気ガスの浄化用として構成される。このフィルタは排気ガス浄化用フィルタとしてディーゼルエンジン車のマフラーとエンジンの間に挿入され、排気ガスに含まれる汚染物質の浄化を行う。   Next, a configuration example of the filter of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 will be described. FIG. 2 is a front view of the entire structure of the porous structure filter of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and shows a porous structure filter having a double structure of an outer porous structure and an inner porous structure. It is a front view. FIG. 3 is a cross-sectional view of the porous structure filter of FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the outer porous structure is wound around the inner porous structure. In this embodiment, a filter having a sponge-like porous structure three-dimensional fine cell structure is doubled in a cylindrical shape, and is configured for purifying exhaust gas from a diesel engine vehicle. This filter is inserted between a muffler of a diesel engine vehicle and an engine as an exhaust gas purification filter, and purifies pollutants contained in the exhaust gas.

このフィルタの構成は外側多孔質構造体1と内側多孔質構造体2の二層のフィルタ構成になっていて、内側多孔質構造体2に比し外側多孔質構造体1は密度の高いスポンジ状多孔質構造体3次元微細セル構造となっている。又、この外側多孔質構造体1は、シリコンを溶融含浸する前に、フィルタの外周部分に樹脂とシリコン粉末或いはこれらに加えてSiC粉末を含むスラリーを塗布するか、このスラリーを塗布した不織布等で巻き付けてシリコンの溶融含浸をしており強固な外皮を形成している(図4参照)。なお、この形態例の説明は二重構成のもので行っているが、図5に示すように三重構成以上であってもよい。   The structure of this filter is a two-layer filter structure of an outer porous structure 1 and an inner porous structure 2, and the outer porous structure 1 is higher in density than the inner porous structure 2 in the form of a sponge. The porous structure has a three-dimensional fine cell structure. In addition, before the outer porous structure 1 is melt-impregnated with silicon, the outer peripheral portion of the filter is coated with a resin and silicon powder or a slurry containing SiC powder in addition to these, or a nonwoven fabric coated with this slurry. Is wound and impregnated with silicon to form a strong outer skin (see FIG. 4). Although this embodiment has been described with a double configuration, a triple configuration or more may be used as shown in FIG.

図5は、外側多孔質構造体と内側多孔質構造体との三重構成にした多孔質構造体フィルタの断面図である。この形態例は供給側から排出側にかけてスポンジ状多孔質構造体の密度の異なるものを内側に内側多孔質構造体2a、2bとして2種配置し、その外側に、不織布等の硬く、密度の高い外側多孔質構造体1を巻きつけた構成にしたものである。このように連続的に密度を変化させる構成のフィルタは他の実施の形態においても同様に適用される。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a porous structure filter having a triple structure of an outer porous structure and an inner porous structure. In this embodiment, two types of sponge-like porous structures having different densities from the supply side to the discharge side are arranged on the inner side as inner porous structures 2a and 2b, and the outer side is hard and has a high density such as a nonwoven fabric. The outer porous structure 1 is wound around. Thus, the filter of the structure which changes a density continuously is applied similarly in other embodiment.

図6は、特願2005−234608号の発明の他の実施の形態例を示す図で、密度の異なる円板状の多孔質構造体を重ね合わせた多孔質構造体フィルタの断面図である。この他の実施の形態例は、密度の低い円柱状のスポンジ状多孔質構造体3次元微細セル構造フィルタである供給側多孔質構造体3と密度の高い円柱状のスポンジ状多孔質構造体3次元微細セル構造フィルタである排出側多孔質構造体4を円板状にして接合させた構成のものである。外側を例えば不織布等の硬く、密度の高い外側多孔質構造体5として巻きつけた構成にすれば扱い易い形態となる。例えば、排気ガスは矢印のように密度の低い側から密度の高い側に排出される。   FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is a cross-sectional view of a porous structure filter in which disc-shaped porous structures having different densities are overlapped. In another embodiment, a cylindrical sponge-like porous structure 3 having a low density, a supply-side porous structure 3 that is a three-dimensional fine cell structure filter, and a high-density cylindrical sponge-like porous structure 3 are used. The discharge-side porous structure 4 that is a three-dimensional fine cell structure filter is joined in a disk shape. If the outer side is wound as a hard and dense outer porous structure 5 such as a non-woven fabric, the form becomes easy to handle. For example, the exhaust gas is discharged from the low density side to the high density side as indicated by an arrow.

汚染物質のサイズの大きいものは先に供給側多孔質構造体3で捕捉され、供給側多孔質構造体3を通過したサイズの小さいものは排出側多孔質構造体4で捕捉されるようになる。接合の生成方法は前述同様であるので説明は省略する。この場合、供給側多孔質構造体3と排出側多孔質構造体4の割合をどの程度にするかは、排気ガス等の条件によって決定する。又、密度の程度の差もどの程度にするかは前述のとおりである。   A contaminant having a large size is first captured by the supply-side porous structure 3, and a contaminant having a small size that has passed through the supply-side porous structure 3 is captured by the discharge-side porous structure 4. . Since the method for generating the junction is the same as described above, the description thereof is omitted. In this case, the ratio of the supply-side porous structure 3 and the discharge-side porous structure 4 is determined by conditions such as exhaust gas. The degree of density difference is as described above.

図7は、特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す図で、密度の異なる多孔質構造体を渦巻き状に構成したフィルタである。板状の密度の高い方の外側多孔質構造体6と、密度の低い方の内側多孔質構造体7を重ね合わせ渦巻き状に巻いた形状のフィルタにしたものである。この構成によればフィルタは内部を含めて強固な構成で保持されるので、部分的な加工もでき、扱いの容易なフィルタとなる。   FIG. 7 is a view showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is a filter in which porous structures having different densities are formed in a spiral shape. The plate-like outer porous structure 6 having a higher density and the inner porous structure 7 having a lower density are superposed and formed into a spirally wound filter. According to this configuration, since the filter is held in a strong configuration including the inside, the filter can be partially processed and easily handled.

図8は、特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す図で、密度の高い方の外側多孔質構造体に、複数の密度の低い方の内側多孔質構造体を挿入して構成するフィルタを示す斜視図である。なお、図8は、外側多孔質構造体に内側多孔質構造体を挿入する前の状態を示している。図8に示すように、このフィルタの外観形状は、平面視円形の円筒形状となっている。硬く、密度の高い方の外側多孔質構造体10には、外皮部10aと格子状の内壁部10bが形成されている。外皮部10aと内壁部10b、内壁部10b間に四角状、扇状などの穴10cが形成されている。この外側多孔質構造体10の複数の穴10cの各々には、この穴10cの形状と外周の形状が一致している内側多孔質構造体11、11・・が挿入されている。すなわち、この形態例のフィルタは、密度の高い方の外側多孔質構造体10と、外側多孔質構造体10の複数の穴10cに挿入されている複数の密度の低い方の内側多孔質構造体11とで構成されている。この形態例では、略ハニカム構成のものとして剛性の高いフィルタとすることができ、大きな寸法のフィルタ等の製作が容易である。   FIG. 8 is a diagram showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and a plurality of lower-density inner porous structures are added to a higher-density outer porous structure. It is a perspective view which shows the filter inserted and comprised. FIG. 8 shows a state before the inner porous structure is inserted into the outer porous structure. As shown in FIG. 8, the external shape of this filter is a circular cylindrical shape in plan view. The outer porous structure 10 which is harder and has a higher density is formed with an outer skin portion 10a and a lattice-like inner wall portion 10b. A square-shaped or fan-shaped hole 10c is formed between the outer skin portion 10a, the inner wall portion 10b, and the inner wall portion 10b. In each of the plurality of holes 10c of the outer porous structure 10, inner porous structures 11, 11,... Having the same shape as the hole 10c and the outer periphery are inserted. That is, the filter of this embodiment includes the outer porous structure 10 having a higher density and the plurality of inner porous structures having a lower density inserted into the plurality of holes 10c of the outer porous structure 10. 11. In this embodiment, a filter having a high honeycomb structure can be used, and a filter with a large size can be easily manufactured.

図9は、特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す図で、図8と同様に、密度の高い方の外側多孔質構造体に、複数の密度の低い方の内側多孔質構造体を挿入して構成するフィルタを示す斜視図である。なお、図9は、外側多孔質構造体に内側多孔質構造体を挿入する前の状態を示している。図9に示すように、このフィルタの外観形状は、平面視四角形状の直方体となっている。硬く、密度の高い方の外側多孔質構造体12には、外皮部12aと格子状の内壁部12bが形成されている。外皮部12aと内壁部12b、内壁部12b間に四角状の穴12cが形成されている。この外側多孔質構造体12の複数の穴12cの各々には、この穴12cの形状と外周の形状が一致している内側多孔質構造体13、13、13・・が挿入されている。すなわち、この形態例のフィルタは、密度の高い方の外側多孔質構造体12と、この外側多孔質構造体12の複数の穴12cに挿入されている複数の密度の低い方の内側多孔質構造体13とで構成されている。この形態例では、略ハニカム構成のものとして剛性の高いフィルタとすることができ、大きな寸法のフィルタ等の製作が容易である。   FIG. 9 is a diagram showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608. Similarly to FIG. 8, a plurality of lower density structures are formed on the outer porous structure having a higher density. It is a perspective view which shows the filter which inserts and comprises an inner porous structure. FIG. 9 shows a state before the inner porous structure is inserted into the outer porous structure. As shown in FIG. 9, the external shape of this filter is a rectangular parallelepiped in plan view. The outer porous structure 12 which is harder and has a higher density is formed with an outer skin portion 12a and a lattice-like inner wall portion 12b. A square hole 12c is formed between the outer skin portion 12a, the inner wall portion 12b, and the inner wall portion 12b. In each of the plurality of holes 12c of the outer porous structure 12, inner porous structures 13, 13, 13,... In which the shape of the hole 12c and the shape of the outer periphery coincide with each other are inserted. That is, the filter according to this embodiment includes an outer porous structure 12 having a higher density and a plurality of inner porous structures having a lower density inserted into the plurality of holes 12c of the outer porous structure 12. It consists of a body 13. In this embodiment, a filter having a high honeycomb structure can be used, and a filter with a large size can be easily manufactured.

なお、この図8、9の実施の形態例の説明では、外側多孔質構造体に形成される穴の形状を四角形状として説明を行っているが、他の形状であってもよい。例えば六角形状の穴であってもよく、その場合、内側多孔質構造体の外周の形状も六角形状とすることになり、ハニカム構成のものとなる。   In the description of the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the shape of the hole formed in the outer porous structure is described as a quadrangle, but other shapes may be used. For example, it may be a hexagonal hole. In this case, the outer peripheral shape of the inner porous structure is also a hexagonal shape, and the honeycomb structure is formed.

以上、特願2005−234608号の発明の実施の形態について種々説明したが、特願2005−234608号の発明はこれらの形態に限定解釈されないことはいうまでもない。例えば、フィルタの形状を円柱体(円筒体)として説明しているが、角柱状のフィルタであってもよく、又、板状のフィルタであってもよく、更に取り付ける対象の形状に合わせた変形例にすることが可能であることはいうまでもない。   Although various embodiments of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 have been described above, it goes without saying that the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 is not limited to these forms. For example, the shape of the filter is described as a columnar body (cylindrical body), but it may be a prismatic filter or a plate-like filter, and further deformed according to the shape of the object to be attached. It goes without saying that examples can be made.

このスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を複数の密度の異なる構造体にするとは、複数の密度の異なる構造体を組み合わせてスポンジ状炭素化多孔質構造焼結体を構成することである。したがって、複数の部分をそれぞれ焼結してからこれらを組み合わせることも含まれるし、複数の部分をそれぞれ焼結する前に組み合わせてから全体を焼結することも含まれるし、上記実施の形態及び実施例で説明したように複数の部分の一部を焼結してから焼結する前に他の部分を組み合わせて焼結することも含まれる。いずれによっても上記スポンジ状炭素化多孔質構造焼結体の外周部分の強化のために、外周部分の密度のみを上げ又は緻密質になるようにすることができる。   Making this sponge-like carbonized porous structure sintered body into a plurality of structures having different densities means that a plurality of structures having different densities are combined to form a sponge-like carbonized porous structure sintered body. Therefore, it includes the combination of the plurality of parts after sintering, and the combination of the plurality of parts before sintering before sintering the whole. As described in the embodiment, the method includes sintering a part of the plurality of parts and combining the other parts before sintering. In any case, in order to reinforce the outer peripheral portion of the sponge-like carbonized porous structure sintered body, only the density of the outer peripheral portion can be increased or become dense.

本発明の複合体110は、いわゆる厚みの薄い二次元的な形状ではなく、十分な厚さをもった立体形状をしており、三次元的な形状をしている。すなわち、互いに直交する奥行き方向、幅方向、及び厚さ方向を設定したときに、一つの方向に沿った寸法が対して他の二つに沿った寸法よりも極端に小さいということがない。上記実施形態の場合、複合体110は、ほぼ円柱形に形成されている。上述したように、上記電極120は上記複合体110に通電できるように当該複合体110に設けられている。上記電極120は、上記複合体110に接触しており、当該複合体110に接続されている。上記電極120は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により形成されている。これは上記複合体110と同様の材料構成であるが、両者の材料構成を必ずしも一致させる必要はない。そして、上記電極120は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料よりなる固着層を介して上記複合体110に接続されている。この固着層は、樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリーの炭素化と、当該炭素とシリコンとの反応焼結によって形成される。すなわち、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリー又はこのスラリーに更に骨材を含ませたスラリーを上記複合体110及び電極120における接続箇所の表面に塗り、この表面同士を接触させて上記スラリーを介して上記複合体110及び電極120を保持し、上記スラリーを加熱して当該スラリーの樹脂類を焼成して炭素化し、この炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させれば、固着層が形成される。   The composite 110 of the present invention is not a so-called thin two-dimensional shape, but a three-dimensional shape having a sufficient thickness, and a three-dimensional shape. In other words, when the depth direction, the width direction, and the thickness direction orthogonal to each other are set, the dimension along one direction is not extremely smaller than the dimension along the other two. In the case of the said embodiment, the composite_body | complex 110 is formed in the substantially column shape. As described above, the electrode 120 is provided on the composite 110 so that the composite 110 can be energized. The electrode 120 is in contact with the complex 110 and is connected to the complex 110. The electrode 120 is made of a material containing silicon carbide and silicon. This is the same material configuration as that of the composite 110, but it is not always necessary to match the material configurations of both. The electrode 120 is connected to the composite 110 via a fixed layer made of a material containing silicon carbide and silicon. This fixed layer is formed by carbonization of a slurry containing resins and silicon powder and reaction sintering of the carbon and silicon. That is, a slurry containing a resin as a carbon source and silicon powder or a slurry further containing an aggregate in this slurry is applied to the surface of the connecting portion in the composite 110 and the electrode 120, and the surfaces are brought into contact with each other. After holding the composite 110 and the electrode 120 via the slurry, heating the slurry, firing the resin of the slurry, and carbonizing the carbon, and reacting and sintering the carbon and the silicon powder of the slurry Further, if silicon is further melted and impregnated, a fixed layer is formed.

上記電極120は、板状の接続板121と、この接続板121の表面から立ち上がる棒状の端子122とを備えている。上述したように、この接続板121及び端子122は、いずれも炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により形成されている。そして、上記接続板121の裏面は、上記複合体110の外周の湾曲面を形成する骨格に上記固着層を介して接続されている。したがって、上記端子122は複合体110から離れる方向に向かって立ち上がっている。上記電極120は二つあり、これらの接続板121が上記複合体110の外周の湾曲面に、上記複合体110を挟んで対向するような位置に接続されている。そして、これらの電極120の端子122に電源及び接地部からの電線、又はその他の導体が、コネクタを介してそれぞれ接続される。この端子への電線等の接続は、ボルト締結、ハンダ付け、又はその他の公知の接続形態により行ってもよい。以上の構成によって、上記第1の発熱体100は、上記電極120の間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生し、上記複合体110が発熱し、上記複合体110の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質を加熱するように構成されている。   The electrode 120 includes a plate-shaped connecting plate 121 and a rod-shaped terminal 122 that rises from the surface of the connecting plate 121. As described above, both the connection plate 121 and the terminal 122 are formed of a material containing silicon carbide and silicon. The back surface of the connection plate 121 is connected to the skeleton forming the curved surface on the outer periphery of the composite 110 via the fixed layer. Therefore, the terminal 122 rises in a direction away from the composite 110. There are two electrodes 120, and these connecting plates 121 are connected to a curved surface on the outer periphery of the composite 110 at a position facing the composite 110. And the electric wire from a power supply and a ground part, or another conductor is each connected to the terminal 122 of these electrodes 120 via a connector. You may perform the connection of the electric wire etc. to this terminal by bolt fastening, soldering, or other well-known connection forms. With the above configuration, when a current flows between the electrodes 120 in the first heating element 100, a current flows through the skeleton of the composite 110, Joule heat is generated, the composite 110 generates heat, A substance such as particles and fluid existing in or around the composite 110 is heated.

ここでは上記複合体に二つの電極を接続したが、この電極を一つとし、後述する排気通路構成部材で例示されるように上記複合体を収容する収容部材、又は上記複合体に隣接する隣接部材を導電性部材とすることにより、こ収容部材、隣接部材などに上記電極と同様の機能を発揮させてもよい。要するに、上記電極は導電性を有して一端が上記複合体に機械的及び電気的に接続されたものであればよい。上記電極は、上記複合体の表面を形成する骨格であればどの部位に接続してもよい。上記端子は電線の芯線のように柔軟性を有する部材で形成してもよい。また、上記端子を設けずに上記接続板のみにより上記電極を構成してもよい。そのときは、この接続板を上記複合体に接続し、この接続板に、電源又は接地部からの電線又はその他の導体を接続すればよい。さらに、上記接続板を設けずに上記端子のみにより上記電極を構成してもよい。そのときは、例えば、上記複合体にその表面から内方へ凹む孔を形成し、この孔に上記端子を差し込み、この端子を上記複合体の孔の表面を形成する骨格に上記固着層を介して接続してもよい。上記電極は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により形成したが、導電性の材料であれば金属、又はその他の材料で電極を形成してもよい。その場合、電極は、例えば、金属溶射、無電解メッキなどの方法によって複合体へ接続される。このことは上記接続板のみにより又は端子のみにより上記電極を構成したとき同じである。この実施形態では、複合体110を、ほぼ円柱形に形成したが、本発明の複合体の形状はこれに限定解釈されることはなく、複合体の特質を生かし、用途に応じて自由な形状に形成することができる。   Here, two electrodes are connected to the composite, but this electrode is used as one, a housing member for housing the composite as exemplified by an exhaust passage constituting member described later, or an adjoining adjacent to the composite. By using a conductive member as the member, the housing member, the adjacent member, and the like may exhibit the same function as the electrode. In short, the electrode has only to be conductive and has one end mechanically and electrically connected to the composite. The electrode may be connected to any part as long as it is a skeleton that forms the surface of the composite. The terminal may be formed of a flexible member such as a core wire of an electric wire. Further, the electrode may be constituted only by the connection plate without providing the terminal. In that case, the connection plate is connected to the composite, and an electric wire or other conductor from the power source or the grounding portion may be connected to the connection plate. Further, the electrode may be constituted by only the terminal without providing the connection plate. In that case, for example, a hole recessed inward from the surface is formed in the composite, the terminal is inserted into the hole, and the terminal is inserted into the skeleton forming the surface of the hole of the composite via the fixing layer. May be connected. Although the electrode is formed of a material containing silicon carbide and silicon, the electrode may be formed of a metal or other material as long as it is a conductive material. In that case, the electrode is connected to the composite by, for example, metal spraying, electroless plating, or the like. This is the same when the electrode is constituted by only the connecting plate or only by the terminal. In this embodiment, the composite 110 is formed in a substantially cylindrical shape. However, the shape of the composite of the present invention is not limited to this, and the shape of the composite is utilized to take advantage of the characteristics of the composite and can be freely formed according to the application. Can be formed.

従って、この実施形態の第1の発熱体100の場合、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、上記複合体110の内部つまり上記骨格間に形成された孔のなか、又は上記複合体110の周囲に存在する粒子、流体などの物質が加熱される。その場合、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含むので、酸化に強く、金属よりも高温域まで加熱することができる。例えば、鉄合金の場合、摂氏600度まで加熱されると酸化するために原形を維持することが難しくなるが、この上記複合体110は、例えば、摂氏1000度に至るまで発熱させても酸化することがなく原形を維持することが可能である。また、容器又は通路構成部材の内部にある粒子、流体などの物質を容器又は通路構成部材の外部から加熱する場合に較べると、上記第1の発熱体100を上記物質が浮遊し又は流れるなかに配置すると、上記物質を熱伝導、又は近距離からの輻射でもって加熱することから、局所的な加熱ができ、加熱手段が小型化され、しかも熱効率が高い。さらに、上記複合体110は、炭化ケイ素の粒子間をシリコンが埋めるので、炭化ケイ素のみによって構成した構造材に較べると強度が高くなり、例えば耐振性が改善され、例えば車載するに好適である。そして、この第1の発熱体100を用いることにより、本発明の第1ないし第4の内燃機関の排気浄化装置などが成立する。   Therefore, in the case of the first heating element 100 of this embodiment, the composite 110 includes silicon carbide and silicon and has conductivity. Therefore, when a current is passed between the electrodes of the first heating element 100, the composite 110 is electrically conductive. An electric current flows through the skeleton of the composite 110, and Joule heat is generated. Then, a substance such as particles or fluid existing inside the composite 110, that is, in the pores formed between the skeletons, or around the composite 110 is heated. In that case, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon, the composite 110 is resistant to oxidation and can be heated to a higher temperature range than the metal. For example, in the case of an iron alloy, when heated to 600 degrees Celsius, it becomes difficult to maintain its original form because it oxidizes. However, the composite 110 is oxidized even if it generates heat up to 1000 degrees Celsius, for example. It is possible to maintain the original shape without any problems. Further, as compared with the case where a substance such as a particle or a fluid inside the container or passage constituent member is heated from the outside of the container or passage constituent member, the substance is suspended or flowing in the first heating element 100. When arranged, the substance is heated by heat conduction or radiation from a short distance, so that local heating is possible, the heating means is miniaturized, and the thermal efficiency is high. Furthermore, since the silicon | silicone between the silicon carbide particles fills the composite 110, the strength is higher than that of a structural material composed only of silicon carbide, and the vibration resistance is improved, for example. Then, by using the first heating element 100, the first to fourth internal combustion engine exhaust gas purification apparatuses of the present invention are established.

本発明の第1の発熱体における上記複合体は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体であればよい。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の第1の発熱体100における上記複合体110は、有形骨格を有する樹脂又はゴムのスポンジ状多孔質構造体に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリー又はこのスラリーに更に骨材を含ませたスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成された炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成した。このように上記第1の発熱体100における上記複合体110を上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成すると、上記発泡樹脂よりなるスポンジの有形骨格に樹脂類及びシリコン粉末を含浸させ、このシリコン粉末及び上記樹脂からの炭素との体積減少を伴った炭化ケイ素生成反応により、ポーラスな炭化ケイ素、残留炭素部分が生成され、このポーラスな骨格部分にシリコンの溶融含浸を行うと、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体110が、複雑な形状のものであっても、容易にスポンジの有形骨格の形状を保ったままで製造される。このようにして得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体110に電極を設けると、上記第1の発熱体100ができる。したがって、この第1の発熱体の製造は容易であり、成形の自由度は高い。   The composite in the first heating element of the present invention may be a porous composite having a tangible skeleton composed of a material containing silicon carbide and silicon. Among such various embodiments, the composite 110 in the first heating element 100 of the above embodiment includes a resin having a tangible skeleton or a sponge-like porous structure of rubber and a resin as a carbon source. And impregnating the slurry containing silicon powder or the slurry further containing aggregate into the slurry to such an extent that the continuous pores of the sponge-like porous structure are not blocked, and then firing the resins. Carbonized heat-resistant structure formed by carbonizing to make a carbonized porous structure, reacting and sintering the carbon of this carbonized porous structure and the silicon powder of the slurry, and then melt-impregnating silicon. It was composed of a porous ultralight porous material. Thus, when the composite 110 in the first heating element 100 is composed of the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material, the tangible skeleton of the foamed resin is impregnated with resins and silicon powder. Porous silicon carbide and residual carbon part are generated by the silicon carbide formation reaction accompanied by volume reduction with the silicon powder and carbon from the resin, and when the porous skeleton part is melt impregnated with silicon, Even if the composite 110 made of a silicon-based heat-resistant ultralight porous structure material has a complicated shape, it is easily manufactured while maintaining the shape of the tangible skeleton of the sponge. When the electrode is provided on the composite 110 made of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material thus obtained, the first heating element 100 can be obtained. Therefore, manufacture of this 1st heat generating body is easy, and the freedom degree of shaping | molding is high.

本発明の第1の発熱体における電極は、導電性の材料で形成されておればよく、また電極は上記複合体に通電できるように当該複合体に設けられておればよい。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の第1の発熱体100の電極120は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により形成し、この電極120を、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料よりなる固着層を介して上記複合体110に接続した。このようにすれば、上記複合体110、上記電極120、及び固着層が同じ材料であるので、熱膨張率に差が生じない。そのため、熱膨張差によって上記複合体110と上記電極120との接続強度が高く、これらの境界面で剥離する可能性を極力減らすことができる。しかも、スラリーを付着、浸透させることで固着層を上記複合体110と上記電極120との境界面に広く且つ深く分布させることができるので、上記複合体110と上記電極120との接触面積が十分に確保される。そのため、通電時に上記複合体110と上記電極120との境界面が発熱により他の部位よりも極端に高温になる可能性を極力減らすことができ、この境界面での発熱がネックになって通電量を抑制することなく上記複合体110で十分に発熱させることができ、上記複合体110を、例えば摂氏400度以上にまで安定的に発熱させることができる。しかも、上記複合体110と上記電極120との接触面積が十分に確保されるため、電流が多数の骨格に流れることになり、熱効率の向上にとって好ましい。また、上記端子122を設けたときは、電源及び接地部からの電線、又はその他の導体を、上記端子122の長さだけ上記複合体110から離して配置することができるので、上記導体が受ける熱負荷が軽減され、上記端子122と上記導体との間の熱膨張差が少なくなり、両者間に生じる熱応力が抑制される。   The electrode in the 1st heat generating body of this invention should just be formed with the electroconductive material, and the electrode should just be provided in the said composite body so that it can supply with electricity to the said composite body. In such various embodiments, the electrode 120 of the first heating element 100 of the above embodiment is formed of a material containing silicon carbide and silicon, and the electrode 120 is made of a material containing silicon carbide and silicon. It connected to the said composite_body | complex 110 through the fixed layer which becomes. In this way, since the composite 110, the electrode 120, and the fixed layer are made of the same material, there is no difference in the coefficient of thermal expansion. Therefore, the connection strength between the composite 110 and the electrode 120 is high due to the difference in thermal expansion, and the possibility of peeling at the boundary surface can be reduced as much as possible. In addition, since the fixed layer can be distributed widely and deeply at the interface between the composite 110 and the electrode 120 by adhering and infiltrating the slurry, the contact area between the composite 110 and the electrode 120 is sufficient. Secured. Therefore, it is possible to reduce the possibility that the boundary surface between the composite 110 and the electrode 120 at the time of energization becomes extremely higher than other parts due to heat generation, and the heat generation at this boundary surface becomes a bottleneck. The composite 110 can sufficiently generate heat without suppressing the amount, and the composite 110 can stably generate heat up to, for example, 400 degrees Celsius or more. Moreover, since a sufficient contact area between the composite 110 and the electrode 120 is ensured, current flows through a large number of skeletons, which is preferable for improving thermal efficiency. Further, when the terminal 122 is provided, an electric wire from the power source and the grounding part, or other conductors can be arranged away from the composite 110 by the length of the terminal 122, so that the conductor receives The thermal load is reduced, the difference in thermal expansion between the terminal 122 and the conductor is reduced, and the thermal stress generated between them is suppressed.

次に、本発明の第2の発熱体の実施形態を説明する。この実施形態の第2の発熱体100は、上記実施形態の第1の発熱体100において、上記複合体110が触媒を担持している。したがって、上記実施形態の第1の発熱体100の上記複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の第2の発熱体100の複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。   Next, an embodiment of the second heating element of the present invention will be described. In the second heating element 100 of this embodiment, the composite 110 carries a catalyst in the first heating element 100 of the above embodiment. Therefore, the description regarding the composite 110 and the electrode 120 of the first heating element 100 of the above-described embodiment, and the description regarding the modifications thereof are the same as the composite 110 and the electrode 120 of the second heating element 100 of the present embodiment. It is quoted as an explanation concerning the above, as well as an explanation concerning those modifications.

この実施形態の第2の発熱体100に担持させた触媒は白金(Pt)である。触媒担持の方法であるが、先の第1の発熱体100の複合体110を、触媒を含有する液体にどぶ付けし、これによって上記複合体110に触媒を担持させている。この他にも例えば、上記複合体に、粉体状の触媒を吹き付けることにより当該触媒を担持させてもよいし、上記複合体に、触媒を含むスラリーを塗り、再度焼成することにより当該触媒を担持させてもよい。上記複合体110に触媒を担持させた後に電極120を取り付けてもよいし、上記複合体110に電極120を取り付けた後に当該複合体110に触媒を担持させてもよい。この実施形態によって上記複合体が担持する触媒が白金に限定解釈されることはなく、物質の化学反応を促進させるに好適な触媒であれば上記複合体に担持させることができる。   The catalyst supported on the second heating element 100 of this embodiment is platinum (Pt). In this catalyst loading method, the composite 110 of the first heating element 100 is applied to the liquid containing the catalyst, whereby the catalyst is supported on the composite 110. In addition to this, for example, the catalyst may be supported by spraying a powdered catalyst on the composite, or the catalyst may be applied by applying a slurry containing the catalyst to the composite and firing again. It may be supported. The electrode 120 may be attached after the catalyst is supported on the composite 110, or the catalyst may be supported on the composite 110 after the electrode 120 is attached to the composite 110. According to this embodiment, the catalyst supported by the complex is not limited to platinum, and any catalyst suitable for promoting the chemical reaction of a substance can be supported by the complex.

従って、この実施形態の第2の発熱体100の場合、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、上記複合体110の内部つまり上記骨格間に形成された孔のなか、又は上記複合体110の周囲に存在する粒子、流体などの物質が加熱される。その場合、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含むので、酸化に強く、金属よりも高温域まで加熱することができる。例えば、鉄合金の場合、摂氏600度まで加熱されると酸化するために原形を維持することが難しくなるが、この上記複合体110は、例えば、摂氏1000度に至るまで発熱させても酸化することがなく原形を維持することが可能である。また、容器又は通路構成部材の内部にある粒子、流体などの物質を容器又は通路構成部材の外部から加熱する場合に較べると、上記第2の発熱体100を上記物質が浮遊し又は流れるなかに配置すると、上記物質を熱伝導、又は近距離からの輻射でもって加熱することから、局所的な加熱ができ、加熱手段が小型化され、しかも熱効率が高い。そして、この第2の発熱体100を用いることにより、本発明の燃料改質装置又は第5の内燃機関の排気浄化装置などが成立する。   Therefore, in the case of the second heating element 100 of this embodiment, the composite 110 contains silicon carbide and silicon and has conductivity. Therefore, when a current is passed between the electrodes of the second heating element 100, An electric current flows through the skeleton of the composite 110, and Joule heat is generated. Then, a substance such as particles or fluid existing inside the composite 110, that is, in the pores formed between the skeletons, or around the composite 110 is heated. In that case, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon, the composite 110 is resistant to oxidation and can be heated to a higher temperature range than the metal. For example, in the case of an iron alloy, when heated to 600 degrees Celsius, it becomes difficult to maintain its original form because it oxidizes. However, the composite 110 is oxidized even if it generates heat up to 1000 degrees Celsius, for example. It is possible to maintain the original shape without any problems. Further, as compared with the case where a substance such as a particle or a fluid inside the container or passage constituent member is heated from the outside of the container or passage constituent member, the second heating element 100 is suspended or flowing. When arranged, the substance is heated by heat conduction or radiation from a short distance, so that local heating is possible, the heating means is miniaturized, and the thermal efficiency is high. By using the second heating element 100, the fuel reformer of the present invention or the exhaust gas purification device of the fifth internal combustion engine is established.

そして、上記複合体110の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質が上記複合体110の内部又は周囲で化学反応を起こすときに、その反応が触媒によって促進される。その場合、上記複合体100が発熱すると触媒が活性を呈し、触媒による化学反応が一層促進される。   When a substance such as particles or fluid existing inside or around the complex 110 causes a chemical reaction inside or around the complex 110, the reaction is promoted by the catalyst. In that case, when the composite 100 generates heat, the catalyst exhibits activity, and the chemical reaction by the catalyst is further promoted.

本発明の第2の発熱体における上記複合体は、炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体であればよい。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の第2の発熱体100における上記複合体110は、有形骨格を有する樹脂又はゴムのスポンジ状多孔質構造体に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリー又はこのスラリーに更に骨材を含ませたスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成された炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成した。このように上記第2の発熱体100における上記複合体110を上記炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成すると、上記発泡樹脂よりなるスポンジの有形骨格に樹脂類及びシリコン粉末を含浸させ、このシリコン粉末及び上記樹脂からの炭素との体積減少を伴った炭化ケイ素生成反応により、ポーラスな炭化ケイ素、残留炭素部分が生成され、このポーラスな骨格部分にシリコンの溶融含浸を行うと、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体110が、複雑な形状のものであっても、容易にスポンジの有形骨格の形状を保ったままで製造される。このようにして得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材よりなる複合体110に電極を設け、その前後に上記複合体110触媒を担持させると上記第2の発熱体100ができる。したがって、この第2の発熱体の製造は容易であり、成形の自由度は高い。   The composite in the second heating element of the present invention may be a porous composite having a tangible skeleton composed of a material containing silicon carbide and silicon. Among such various embodiments, the composite 110 in the second heating element 100 of the above embodiment includes a resin having a tangible skeleton or a sponge-like porous structure of rubber and a resin as a carbon source. And impregnating the slurry containing silicon powder or the slurry further containing aggregate into the slurry to such an extent that the continuous pores of the sponge-like porous structure are not blocked, and then firing the resins. Carbonized heat-resistant structure formed by carbonizing to make a carbonized porous structure, reacting and sintering the carbon of this carbonized porous structure and the silicon powder of the slurry, and then melt-impregnating silicon. It was composed of a porous ultralight porous material. Thus, when the composite 110 in the second heating element 100 is composed of the silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure material, the tangible skeleton of the foamed resin is impregnated with resins and silicon powder. Porous silicon carbide and residual carbon part are generated by the silicon carbide formation reaction accompanied by volume reduction with the silicon powder and carbon from the resin, and when the porous skeleton part is melt impregnated with silicon, Even if the composite 110 made of a silicon-based heat-resistant ultralight porous structure material has a complicated shape, it is easily manufactured while maintaining the shape of the tangible skeleton of the sponge. When the composite 110 made of the silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure material thus obtained is provided with electrodes and the composite 110 catalyst is supported before and after the composite 110, the second heating element 100 can be formed. Therefore, the production of the second heating element is easy and the degree of freedom in molding is high.

次に、本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。図10に示すように、この実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300は、排気通路構成部材310と、この排気通路構成部材310に設けられた第1の発熱体100とを備えている。   Next, an embodiment of the exhaust gas purification apparatus for a first internal combustion engine of the present invention will be described. As shown in FIG. 10, the exhaust gas purification apparatus 300 for the first internal combustion engine of this embodiment includes an exhaust passage constituting member 310 and a first heating element 100 provided in the exhaust passage constituting member 310. Yes.

図11において、200は内燃機関であって、この内燃機関200は往復ピストン機構を備えた公知のディーゼルエンジンである。この内燃機関200は、シリンダと、このシリンダに摺動可能に嵌挿されたピストンとを備えており、上記シリンダにおけるピストンの頂面側には燃焼室が形成されている(シリンダ、ピストン、及び燃焼室は図示省略)。上記内燃機関200には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室に新気を供給する吸気通路(図示省略)が設けられている。また、上記内燃機関200には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室から排出される排気ガスを外部へ導出する排気通路210が設けられている。上記排気通路210は、シリンダに近い側から排気マニフォールド、排気管などの複数の排気通路部材の内部通路により一連に構成されている。このような複数の排気通路部材の一つとして、上記第1の発熱体100が設けられた上記排気通路構成部材310がある。したがって、この排気通路構成部材310の内部には、上記排気通路210の一部を構成する内部通路311が設けられている。上記排気通路を単一の排気通路部材の内部通路により構成したときには、その単一の排気通路部材に第1の発熱体を設けることになる。要するに、排気通路の構成にかかわらず、上記第1の発熱体が設けられた上記排気通路部材は、一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材であればよい。上記内燃機関は往復ピストン機構を備えた公知のディーゼルエンジンであったが、これによって本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置が対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置が対象とする内燃機関には、例えばロータリーエンジン、ガソリンエンジンを含み、ガソリンエンジンにはシリンダ内に直接に燃料が噴射されるものも含まれる。本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置が対象とする内燃機関には、自動車又はその他の輸送用機器に搭載される内燃機関も、発電装置駆動用の内燃機関で例示されるような敷地に定置した内燃機関も含まれる。ここで説明した本発明の第1の内燃機関の排気浄化装置が対象とする内燃機関の概念は、そのまま本発明の第2ないし第5の内燃機関の排気浄化装置が対象とする内燃機関の概念を意味している。   In FIG. 11, reference numeral 200 denotes an internal combustion engine, and the internal combustion engine 200 is a known diesel engine provided with a reciprocating piston mechanism. The internal combustion engine 200 includes a cylinder and a piston slidably inserted into the cylinder, and a combustion chamber is formed on the top surface side of the piston in the cylinder (the cylinder, the piston, and the piston). (The combustion chamber is not shown). The internal combustion engine 200 is provided with an intake passage (not shown) for supplying fresh air to the combustion chamber with one end connected to the combustion chamber and the other end open to the atmosphere. Further, the internal combustion engine 200 is provided with an exhaust passage 210 that has one end connected to the combustion chamber and the other end open to the atmosphere, and exhausts exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside. The exhaust passage 210 is constituted by a series of internal passages of a plurality of exhaust passage members such as an exhaust manifold and an exhaust pipe from the side close to the cylinder. One of the plurality of exhaust passage members is the exhaust passage constituting member 310 provided with the first heating element 100. Therefore, an internal passage 311 constituting a part of the exhaust passage 210 is provided inside the exhaust passage constituting member 310. When the exhaust passage is constituted by an internal passage of a single exhaust passage member, the first heating element is provided in the single exhaust passage member. In short, regardless of the configuration of the exhaust passage, the exhaust passage member provided with the first heating element has at least one of the exhaust passages having one end connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end open to the atmosphere. It is sufficient if the internal passage constituting the part is an exhaust passage constituent member provided inside. Although the internal combustion engine is a known diesel engine having a reciprocating piston mechanism, the internal combustion engine targeted by the exhaust gas purification apparatus of the first internal combustion engine of the present invention is not limited to this. The internal combustion engines targeted by the exhaust gas purification apparatus of the first internal combustion engine of the present invention include, for example, a rotary engine and a gasoline engine, and the gasoline engine includes one in which fuel is directly injected into a cylinder. The internal combustion engine targeted by the exhaust gas purification apparatus of the first internal combustion engine of the present invention includes an internal combustion engine mounted on an automobile or other transportation equipment, such as an internal combustion engine for driving a power generator. Also included are internal combustion engines that are stationary. The concept of the internal combustion engine targeted by the exhaust gas purification apparatus of the first internal combustion engine of the present invention described here is the concept of the internal combustion engine targeted by the exhaust gas purification apparatus of the second to fifth internal combustion engines of the present invention as it is. Means.

上記第1の発熱体100の上記複合体110は、上記排気通路構成部材310の内部通路311に収容されている。そして、上記第1の発熱体100の上記電極120が上記排気通路構成部材310の外側へ導出されている。この実施形態の第1の発熱体100は、上記実施形態の第1の発熱体100と同一である。したがって、上記実施形態の第1の発熱体100の上記複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300で用いる第1の発熱体100の複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。このことは第2の発熱体100についても同様である。この実施形態では、上記電極120の端子122が排気通路構成部材310を貫通してその外側へ導出されている。端子122と排気通路構成部材310とは絶縁されている。しかし、排気通路構成部材が導電性部材であるときは、接地側の端子を排気通路構成部材に接触させてもよい。また、先に電極について種々変形例を説明したが、それぞれの変形例において電極を排気通路構成部材の外側へ導出すればよい。その場合、端子を設けたときは、端子の一部が排気通路構成部材を貫通するように設ければ配線が簡単になり好ましい。接続板に代えて棒状の電極棒を設けたときも同様である。また、端子を設けずに接続板のみにより電極を構成したときは、例えば、排気通路構成部材に端子を設け、この端子に接続板を接触させるようにしてもよい。上記二つの電極120には、電源500の陽極及び接地極にそれぞれ接続されており、この上記第1の発熱体100の複合体110に通電できるようになっている。電源500には制御装置600が接続され、この制御装置600によって電極120への通電、非通電が制御される。この制御装置により、電極間に印加する電圧又は電極間に流す電流を制御してもよい。この制御装置は、所定の処理手順を行うように組まれた電気回路を備えるものであるが、記憶手段、演算手段などを備えたコンピュータにより所定のフローに沿って制御を行うように構成してもよい。一方の電極が接地接続されているときは、他方の電極に電源の陽極が接続されることになる。二つの電極の間には必要に応じてキャパシタが接続される。制御装置600による電極120への通電、非通電の切り替えは手動で行うことができるが、内燃機関200の始動に連動して通電し、内燃機関200の停止に連動して非通電となる。制御装置による制御方法はこれに限定解釈されることはない。制御装置を設けずに電源の電極への通電のオンオフを行う手動スイッチを設けてもよい。   The composite 110 of the first heating element 100 is accommodated in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310. The electrode 120 of the first heating element 100 is led out to the outside of the exhaust passage constituting member 310. The first heating element 100 of this embodiment is the same as the first heating element 100 of the above embodiment. Therefore, the description related to the composite 110 and the electrode 120 of the first heating element 100 of the above-described embodiment and the description related to the modifications thereof are the same as those used in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of this embodiment. It is referred to as an explanation about the composite 110 and the electrode 120 of one heating element 100, and an explanation about a modification thereof. The same applies to the second heating element 100. In this embodiment, the terminal 122 of the electrode 120 passes through the exhaust passage constituting member 310 and is led out to the outside. The terminal 122 and the exhaust passage constituting member 310 are insulated. However, when the exhaust passage constituent member is a conductive member, the ground-side terminal may be brought into contact with the exhaust passage constituent member. In addition, the various modifications of the electrode have been described above. However, in each modification, the electrode may be led out of the exhaust passage constituent member. In that case, when the terminal is provided, it is preferable that a part of the terminal is provided so as to penetrate the exhaust passage constituting member because the wiring is simplified. The same applies when a rod-shaped electrode bar is provided instead of the connection plate. Further, when the electrode is configured only by the connection plate without providing the terminal, for example, a terminal may be provided on the exhaust passage constituting member, and the connection plate may be brought into contact with the terminal. The two electrodes 120 are connected to an anode and a ground electrode of a power supply 500, respectively, so that the composite 110 of the first heating element 100 can be energized. A control device 600 is connected to the power source 500, and the control device 600 controls energization and non-energization of the electrode 120. You may control the voltage applied between electrodes, or the electric current sent between electrodes by this control apparatus. This control device includes an electric circuit assembled so as to perform a predetermined processing procedure, and is configured to perform control along a predetermined flow by a computer including a storage unit, a calculation unit, and the like. Also good. When one electrode is grounded, the anode of the power source is connected to the other electrode. A capacitor is connected between the two electrodes as necessary. Switching between energization and de-energization of the electrode 120 by the control device 600 can be performed manually, but energization is performed in conjunction with the start of the internal combustion engine 200, and de-energization is performed in conjunction with the stop of the internal combustion engine 200. The control method by the control device is not limited to this. You may provide the manual switch which turns on / off electricity to the electrode of a power supply, without providing a control apparatus.

上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300は、一端が内燃機関200の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路210の少なくとも一部を構成する内部通路311が内部に設けられた排気通路構成部材310と、上記複合体110が上記排気通路構成部材310の内部通路311に収容され、上記電極120が上記排気通路構成部材310の外側へ導出された第1の発熱体100とを備えていた。この変形例として、第1の発熱体100に代えて第2の発熱体100を設けた第1の内燃機関の排気浄化装置300がある。この変形例の第2の発熱体100は、上記実施形態の第2の発熱体100と同一である。   The exhaust gas purification apparatus 300 for the first internal combustion engine of the above embodiment has an internal passage 311 that constitutes at least a part of the exhaust passage 210 having one end connected to the combustion chamber of the internal combustion engine 200 and the other end open to the atmosphere. The exhaust passage constituting member 310 provided inside and the composite 110 are accommodated in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310, and the electrode 120 is led out to the outside of the exhaust passage constituting member 310. The heating element 100 was provided. As a modified example, there is a first internal combustion engine exhaust gas purification apparatus 300 provided with a second heating element 100 instead of the first heating element 100. The second heating element 100 of this modification is the same as the second heating element 100 of the above embodiment.

従って、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1又は第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、排気ガスが第1又は第2の発熱体100の複合体110を通過すると、排気ガスに含まれる粒子状物質の大半を占めるススは、上記複合体110が炭化ケイ素及びシリコンを含むため、この複合体110の上記骨格に吸着する。そして、上記ススは、上記骨格から熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。第2の発熱体100では、触媒によってこの酸化反応が促進される。したがって、第1又は第2の発熱体100により、排気ガスに含まれる粒子状物質が低減する。また、排気ガス中の未燃燃料などの可燃性成分が上記骨格から熱を受けて酸化、燃焼が促進される。よって、別途に目詰まりから再生するための再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる。 Therefore, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon and has conductivity, when a current is passed between the electrodes of the first or second heating element 100, a current flows through the skeleton of the composite 110, Joule heat is generated. And, when the exhaust gas passes through the composite 110 of the first or second heating element 100, soot that occupies most of the particulate matter contained in the exhaust gas, because the composite 110 contains silicon carbide and silicon, Adsorbed to the skeleton of the complex 110. The soot receives heat from the skeleton and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. In the second heating element 100, this oxidation reaction is promoted by the catalyst. Therefore, the particulate matter contained in the exhaust gas is reduced by the first or second heating element 100. In addition, combustible components such as unburned fuel in the exhaust gas receive heat from the skeleton, and oxidation and combustion are promoted. Therefore, there is no need for a separate regeneration means for regenerating from clogging, the structure is simple, the energy is saved, and particulate matter can be continuously removed from the exhaust gas.

次に、本発明の第2の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。図12に示すように、この実施形態の第2の内燃機関の排気浄化装置300は、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300において、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100の複合体110よりも排気下流側に排気ガス浄化装置320が設けられている。したがって、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300における上記内燃機関200、上記排気通路構成部材310、上記電源500及び制御装置600、上記第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのまま第2の内燃機関の排気浄化装置300における内燃機関200、排気通路構成部材310、電源500及び制御装置600、第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。   Next, an embodiment of an exhaust emission control device for a second internal combustion engine of the present invention will be described. As shown in FIG. 12, the second internal combustion engine exhaust gas purification apparatus 300 of this embodiment is the same as the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the above embodiment, in the internal passage 311 of the exhaust passage structural member 310. An exhaust gas purification device 320 is provided on the exhaust downstream side of the first heating element 100 or the complex 110 of the second heating element 100. Therefore, the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power source 500 and the control device 600, the first heating element 100, and the second heating element in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the embodiment. As for the explanation regarding 100 and the explanation regarding the modified examples, the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power source 500 and the control device 600 in the exhaust purification apparatus 300 of the second internal combustion engine are used as they are. It is quoted as the explanation about the heating element 100 of No. 2 and the explanation about those modified examples.

この排気ガス浄化装置320は、DOC(ディーゼル用酸化触媒)である。このDOCは、CO、HC、SOF、SO2などを酸化する触媒である。この実施形態のほかに、変形例の第2の内燃機関の排気浄化装置として、排気ガス浄化触媒が、PM後処理触媒、選択還元触媒(SCR触媒)、又はNOxトラップ触媒(NAC)である第2の内燃機関の排気浄化装置が例示される。PM後処理触媒は、DOCと、その排気下流側に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタとを備えた触媒であり、DOCによる燃焼熱を利用して排気温度を高め、パティキュレートフィルタに蓄積した粒子状物質を燃焼除去するものである。選択還元触媒(SCR触媒)は、排気ガスのNOxを還元する触媒であり、尿素SCR触媒を含む。NOxトラップ触媒(NAC)は、NOx吸蔵剤としてBaを筆頭にアルカリ、アルカリ土類、希土類などの酸化物を使った触媒である。また、対象とする内燃機関がガソリンエンジンである場合、変形例の第2の内燃機関の排気浄化装置として、排気ガス浄化触媒が、三元触媒、NOxトラップ触媒(NOx吸蔵還元型触媒)、又はHCトラップ触媒である第2の内燃機関の排気浄化装置が例示される。三元触媒は、NOx還元性能に優れたRh、酸化性能に優れたPt、及びPdを加えたPt/Rh、Pd/Rh、Pt/Pd/Rhの各貴金属が担持された触媒である。NOxトラップ触媒(NOx吸蔵還元型触媒)は、NOx吸蔵剤としてBaを筆頭にアルカリ、アルカリ土類、希土類などの酸化物を使った触媒である。HCトラップ触媒は、排気温度が触媒の活性温度まで上昇したとき、HCをトラップした吸着剤から脱離してくるHCを酸化する触媒である。 The exhaust gas purification device 320 is a DOC (diesel oxidation catalyst). This DOC is a catalyst that oxidizes CO, HC, SOF, SO 2 and the like. In addition to this embodiment, the exhaust gas purification catalyst is a PM aftertreatment catalyst, a selective reduction catalyst (SCR catalyst), or a NOx trap catalyst (NAC) as a second internal combustion engine exhaust gas purification device according to a modification. 2 is an exhaust purification device for an internal combustion engine. The PM post-treatment catalyst is a catalyst provided with a DOC and a particulate filter that is provided downstream of the exhaust gas and collects particulate matter contained in the exhaust gas. The particulate matter accumulated in the particulate filter is burned and removed. The selective reduction catalyst (SCR catalyst) is a catalyst that reduces NOx in the exhaust gas, and includes a urea SCR catalyst. The NOx trap catalyst (NAC) is a catalyst that uses Ba as the NOx storage agent and oxides such as alkali, alkaline earth, and rare earth. When the target internal combustion engine is a gasoline engine, the exhaust gas purification catalyst is a three-way catalyst, a NOx trap catalyst (NOx occlusion reduction type catalyst), or An exhaust purification device for a second internal combustion engine which is an HC trap catalyst is exemplified. The three-way catalyst is a catalyst on which Rh excellent in NOx reduction performance, Pt excellent in oxidation performance, and noble metals Pt / Rh, Pd / Rh, and Pt / Pd / Rh added with Pd are supported. The NOx trap catalyst (NOx occlusion reduction type catalyst) is a catalyst using Ba as the NOx occlusion agent and oxides such as alkali, alkaline earth, and rare earth. The HC trap catalyst is a catalyst that oxidizes HC desorbed from the adsorbent that traps HC when the exhaust gas temperature rises to the activation temperature of the catalyst.

従って、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1又は第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、排気ガスが第1又は第2の発熱体100の複合体110を通過すると、排気ガスに含まれる粒子状物質の大半を占めるススは、上記複合体110が炭化ケイ素及びシリコンを含むため、この複合体110の上記骨格に吸着する。そして、上記ススは、上記骨格から熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。第2の発熱体100では、触媒によってこの酸化反応が促進される。したがって、第1又は第2の発熱体100により、排気ガスに含まれる粒子状物質が低減する。また、排気ガス中の未燃燃料などの可燃性成分が上記骨格から熱を受けて酸化、燃焼が促進される。よって、別途に目詰まりから再生するための再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる。 Therefore, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon and has conductivity, when a current is passed between the electrodes of the first or second heating element 100, a current flows through the skeleton of the composite 110, Joule heat is generated. And, when the exhaust gas passes through the composite 110 of the first or second heating element 100, soot that occupies most of the particulate matter contained in the exhaust gas, because the composite 110 contains silicon carbide and silicon, Adsorbed to the skeleton of the complex 110. The soot receives heat from the skeleton and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. In the second heating element 100, this oxidation reaction is promoted by the catalyst. Therefore, the particulate matter contained in the exhaust gas is reduced by the first or second heating element 100. In addition, combustible components such as unburned fuel in the exhaust gas receive heat from the skeleton, and oxidation and combustion are promoted. Therefore, there is no need for a separate regeneration means for regenerating from clogging, the structure is simple, the energy is saved, and particulate matter can be continuously removed from the exhaust gas.

さらに、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100の複合体110よりも排気下流側に排気ガス浄化装置320を設けたので、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100におけるススの細かい粒子の酸化、可燃性成分の酸化、燃焼などによって排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスが排気ガス浄化装置320に流れ込むので、排気ガス浄化装置320が活性化され、酸化反応などにより排気ガス浄化が促進される。   Furthermore, since the exhaust gas purification device 320 is provided in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310 on the exhaust downstream side of the first heating element 100 or the complex 110 of the second heating element 100, the first heating element 100 is provided. The temperature of the exhaust gas rises due to oxidation of fine particles in the heating element 100 or the second heating element 100, oxidation of the combustible component, combustion, etc., and this high-temperature exhaust gas flows into the exhaust gas purification device 320. The exhaust gas purification device 320 is activated and the exhaust gas purification is promoted by an oxidation reaction or the like.

次に、本発明の第3の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。図13に示すように、この実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置300は、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300において、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100の上記複合体110よりも排気下流側にパティキュレートフィルタ330が設けられている。したがって、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300における上記内燃機関200、上記排気通路構成部材310、上記電源500及び制御装置600、上記第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのまま第3の内燃機関の排気浄化装置300における内燃機関200、排気通路構成部材310、電源500及び制御装置600、第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。   Next, an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for a third internal combustion engine of the present invention will be described. As shown in FIG. 13, the third internal combustion engine exhaust gas purification apparatus 300 of this embodiment is the same as that of the first internal combustion engine exhaust gas purification apparatus 300 of the above embodiment in the internal passage 311 of the exhaust passage configuration member 310. A particulate filter 330 is provided on the exhaust downstream side of the first heating element 100 or the complex 110 of the second heating element 100. Therefore, the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power source 500 and the control device 600, the first heating element 100, and the second heating element in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the embodiment. The description regarding 100, and the description regarding these modifications, are the same as the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power supply 500 and the control device 600 in the third exhaust purification device 300 of the third internal combustion engine, the first heating element 100 and the first. It is quoted as the explanation about the heating element 100 of No. 2 and the explanation about those modified examples.

このパティキュレートフィルタ330は、いわゆる目封じタイプである。このパティキュレートフィルタ330は、セラミックで構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを1セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気ガスが壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。上記パティキュレートフィルタ330の一方の端面では各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。そして、一方の端面が上記パティキュレートフィルタ330の導入口に連通し、他方の端面が上記パティキュレートフィルタ330の導出口に連通している。パティキュレートフィルタとしては、他にも多孔体タイプ、繊維タイプがあり、これらは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集するように構成されている。しかし、本発明におけるパティキュレートフィルタの構造は、これらによって限定解釈されるものではない。上記パティキュレートフィルタ330は排気通路構成部材310の内部通路311に収容され、保持されている。しかし、パティキュレートフィルタを排気通路構成部材に対して脱着可能に設け、目詰まりしたパティキュレートフィルタを新品又は再生済みのものに交換できるようにしてもよいし、排気通路構成部材におけるパティキュレートフィルタの付近にヒーターを設け、ヒーターにより目詰まりしたパティキュレートフィルタのなかの粒子状物質を酸化、燃焼させてパティキュレートフィルタを再生するようにしてもよく、本発明はこれらの変形例の成立を妨げるものではない。   The particulate filter 330 is a so-called sealing type. This particulate filter 330 is a so-called honeycomb body made of ceramic and having a plurality of cells partitioned by partition walls, in which the honeycombs are alternately closed one by one, and the exhaust gas passes through the wall. Particulate matter is collected as it passes through. On one end face of the particulate filter 330, the end faces of the cells are alternately closed in a checkered pattern by a sealing material, and on the other end face, the cells closed by the one end face are opened, The cell opened at one end face has a structure closed by a sealing material. One end face communicates with the inlet of the particulate filter 330 and the other end face communicates with the outlet of the particulate filter 330. Other particulate filters include porous and fiber types, which are made of materials such as metal, for example, and particulate matter is collected by exhaust gas colliding with porous or fiber components. Is configured to do. However, the structure of the particulate filter in the present invention is not limited to these. The particulate filter 330 is housed and held in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310. However, the particulate filter may be detachably attached to the exhaust passage constituent member so that the clogged particulate filter can be replaced with a new or regenerated one, or the particulate filter of the exhaust passage constituent member can be replaced. A heater may be provided in the vicinity, and the particulate filter in the particulate filter clogged by the heater may be oxidized and burned to regenerate the particulate filter. The present invention hinders the establishment of these modifications. is not.

従って、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1又は第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、排気ガスが第1又は第2の発熱体100の複合体110を通過すると、排気ガスに含まれる粒子状物質の大半を占めるススは、上記複合体110が炭化ケイ素及びシリコンを含むため、この複合体110の上記骨格に吸着する。そして、上記ススは、上記骨格から熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。第2の発熱体100では、触媒によってこの酸化反応が促進される。したがって、第1又は第2の発熱体100により、排気ガスに含まれる粒子状物質が低減する。また、排気ガス中の未燃燃料などの可燃性成分が上記骨格から熱を受けて酸化、燃焼が促進される。よって、別途に目詰まりから再生するための再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる。 Therefore, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon and has conductivity, when a current is passed between the electrodes of the first or second heating element 100, a current flows through the skeleton of the composite 110, Joule heat is generated. And, when the exhaust gas passes through the composite 110 of the first or second heating element 100, soot that occupies most of the particulate matter contained in the exhaust gas, because the composite 110 contains silicon carbide and silicon, Adsorbed to the skeleton of the complex 110. The soot receives heat from the skeleton and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. In the second heating element 100, this oxidation reaction is promoted by the catalyst. Therefore, the particulate matter contained in the exhaust gas is reduced by the first or second heating element 100. In addition, combustible components such as unburned fuel in the exhaust gas receive heat from the skeleton, and oxidation and combustion are promoted. Therefore, there is no need for a separate regeneration means for regenerating from clogging, the structure is simple, the energy is saved, and particulate matter can be continuously removed from the exhaust gas.

さらに、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100の複合体110よりも排気下流側にパティキュレートフィルタ330を設けたので、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100におけるススの細かい粒子の酸化、可燃性成分の酸化、燃焼などによって排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスがパティキュレートフィルタ330に流れ込むので、パティキュレートフィルタ330に捕集された粒子状物質の大半を占めるススは、高温の排気ガスから熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。また、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100が排気ガスに含まれる粒子状物質を低減させるので、パティキュレートフィルタ330の目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止されて、パティキュレートフィルタ330の目詰まりを抑制又は阻止することができる。 Further, since the particulate filter 330 is provided on the exhaust downstream side of the first heating element 100 or the complex 110 of the second heating element 100 in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310, The exhaust gas temperature rises due to oxidation of fine particles in the heating element 100 or the second heating element 100, oxidation of flammable components, combustion, etc., and this high-temperature exhaust gas flows into the particulate filter 330. The soot occupying most of the particulate matter collected in the curate filter 330 receives heat from the high-temperature exhaust gas and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas, and these fine particles generate heat from the skeleton. It receives and oxidizes to CO 2 etc. Further, since the first heating element 100 or the second heating element 100 reduces the particulate matter contained in the exhaust gas, the progress of the clogging of the particulate filter 330 becomes slow or clogging is prevented. The clogging of the particulate filter 330 can be suppressed or prevented.

次に、本発明の第4の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。図14に示すように、この実施形態の第4の内燃機関の排気浄化装置300は、上記実施形態の第2の内燃機関の排気浄化装置300において、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記排気ガス浄化装置320よりも排気下流側に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ330が設けられている。したがって、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300における上記内燃機関200、上記排気通路構成部材310、上記電源500及び制御装置600、上記第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのまま第4の内燃機関の排気浄化装置300における内燃機関200、排気通路構成部材310、電源500及び制御装置600、第1の発熱体100及び第2の発熱体100に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。また、上記実施形態の第2の内燃機関の排気浄化装置300における上記排気ガス浄化装置320に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのまま第4の内燃機関の排気浄化装置300における上記排気ガス浄化装置320に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。さらに、この実施形態の第4の内燃機関の排気浄化装置300のパティキュレートフィルタ330は、上記実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置300の上記パティキュレートフィルタ330と同一である。したがって、上記実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置300におけるパティキュレートフィルタ330に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の第4の内燃機関の排気浄化装置300におけるパティキュレートフィルタ330に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。   Next, a fourth embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention will be described. As shown in FIG. 14, the fourth internal combustion engine exhaust gas purification apparatus 300 of this embodiment is the same as the exhaust gas purification apparatus 300 of the second internal combustion engine of the above embodiment, in the internal passage 311 of the exhaust passage configuration member 310. A particulate filter 330 that collects particulate matter contained in the exhaust gas is provided on the exhaust downstream side of the exhaust gas purification device 320. Therefore, the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power source 500 and the control device 600, the first heating element 100, and the second heating element in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the embodiment. As for the explanation about 100 and the explanation about those modified examples, the internal combustion engine 200, the exhaust passage constituting member 310, the power source 500 and the control device 600, the first heating element 100 and the first in the fourth exhaust gas purification apparatus 300 of the fourth internal combustion engine. It is quoted as the explanation about the heating element 100 of No. 2 and the explanation about those modified examples. In addition, the description regarding the exhaust gas purification device 320 in the exhaust purification device 300 of the second internal combustion engine of the above embodiment and the description regarding the modifications thereof are the same as the exhaust gas in the exhaust purification device 300 of the fourth internal combustion engine. It quotes as description regarding the purification apparatus 320, and description regarding those modifications. Further, the particulate filter 330 of the exhaust gas purification apparatus 300 of the fourth internal combustion engine of this embodiment is the same as the particulate filter 330 of the exhaust gas purification apparatus 300 of the third internal combustion engine of the above embodiment. Therefore, the description of the particulate filter 330 in the exhaust purification device 300 of the third internal combustion engine of the above embodiment and the description of the modifications thereof are the same as those in the exhaust purification device 300 of the fourth internal combustion engine of this embodiment. It will be cited as an explanation about the curate filter 330 and an explanation thereof.

従って、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第1又は第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、排気ガスが第1又は第2の発熱体100の複合体110を通過すると、排気ガスに含まれる粒子状物質の大半を占めるススは、上記複合体110が炭化ケイ素及びシリコンを含むので、この複合体110の上記骨格に吸着する。そして、上記ススは、上記骨格から熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。第2の発熱体100では、触媒によってこの酸化反応が促進される。したがって、第1又は第2の発熱体100により、排気ガスに含まれる粒子状物質が低減する。また、排気ガス中の未燃燃料などの可燃性成分が上記骨格から熱を受けて酸化、燃焼が促進する。よって、別途に目詰まりから再生するための再生手段を要さず、構造が簡単で、省エネルギ性に優れ、排気ガスから粒子状物質を継続的に取り除くことができる。 Therefore, since the composite 110 includes silicon carbide and silicon and has conductivity, when a current is passed between the electrodes of the first or second heating element 100, a current flows through the skeleton of the composite 110, Joule heat is generated. Then, when the exhaust gas passes through the composite 110 of the first or second heating element 100, soot that occupies most of the particulate matter contained in the exhaust gas is because the composite 110 contains silicon carbide and silicon. Adsorbed to the skeleton of the complex 110. The soot receives heat from the skeleton and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. In the second heating element 100, this oxidation reaction is promoted by the catalyst. Therefore, the particulate matter contained in the exhaust gas is reduced by the first or second heating element 100. In addition, flammable components such as unburned fuel in the exhaust gas receive heat from the skeleton to promote oxidation and combustion. Therefore, there is no need for a separate regeneration means for regenerating from clogging, the structure is simple, the energy is saved, and particulate matter can be continuously removed from the exhaust gas.

さらに、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100の複合体110よりも排気下流側に排気ガス浄化装置320を設けたので、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100におけるススの細かい粒子の酸化、可燃性成分の酸化、燃焼などによって排気ガスの温度が上昇し、この高温の排気ガスが排気ガス浄化装置320に流れ込むので、排気ガス浄化装置320が活性化され、酸化反応などにより排気ガス浄化が促進される。   Furthermore, since the exhaust gas purification device 320 is provided in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310 on the exhaust downstream side of the first heating element 100 or the complex 110 of the second heating element 100, the first heating element 100 is provided. The temperature of the exhaust gas rises due to oxidation of fine particles in the heating element 100 or the second heating element 100, oxidation of the combustible component, combustion, etc., and this high-temperature exhaust gas flows into the exhaust gas purification device 320. The exhaust gas purification device 320 is activated and the exhaust gas purification is promoted by an oxidation reaction or the like.

しかも、上記排気通路構成部材310の内部通路311における上記排気ガス浄化装置320よりも排気下流側にパティキュレートフィルタ330を設けたので、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100で酸化反応などにより温度上昇した排気ガスが、排気ガス浄化装置320で酸化反応などによりさらに温度上昇し、この高温の排気ガスがパティキュレートフィルタ330に流れ込むので、パティキュレートフィルタ330に捕集された粒子状物質の大半を占めるススは、高温の排気ガスから熱を受け、排気ガス中のHCによって、より細かい粒子に分解され、この細かい粒子は上記骨格から熱を受けて酸化してCO2などになる。また、上記第1の発熱体100又は第2の発熱体100が排気ガスに含まれる粒子状物質を低減させるので、パティキュレートフィルタ330の目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止されて、パティキュレートフィルタ330の目詰まりを抑制又は阻止することができる。 In addition, since the particulate filter 330 is provided in the internal passage 311 of the exhaust passage constituting member 310 on the exhaust downstream side of the exhaust gas purification device 320, the first heat generating body 100 or the second heat generating body 100 oxidizes. The exhaust gas whose temperature has risen due to the reaction or the like further rises in temperature by an oxidation reaction or the like in the exhaust gas purification device 320, and this high-temperature exhaust gas flows into the particulate filter 330, so that the particulate matter collected by the particulate filter 330 The soot occupying most of the material receives heat from the high-temperature exhaust gas, and is decomposed into finer particles by HC in the exhaust gas. The fine particles receive heat from the skeleton and oxidize to become CO 2 or the like. . Further, since the first heating element 100 or the second heating element 100 reduces the particulate matter contained in the exhaust gas, the progress of the clogging of the particulate filter 330 becomes slow or clogging is prevented. The clogging of the particulate filter 330 can be suppressed or prevented.

次に、本発明の燃料改質装置の実施形態を説明する。図15に示すように、この実施形態の燃料改質装置400は、容器410と、上記複合体110が上記容器410の内部に収容された上記第2の発熱体100とを備えている。図16に示すように、上記容器410は筒状又は管状に形成されている。上記容器410の一端には、炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物が導入される入口411が開口しており、他端には、可燃性の改質燃料が取り出される出口412が開口している。そして、入口411には、上記炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物を供給する導入管420が接続され、出口412には上記改質燃料を排出する導出管430がそれぞれ接続されている。この実施形態によって容器の形状が限定解釈されることはなく、容器は、炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物が導入される入口と、可燃性の改質燃料が取り出される出口とを有していて、その内部を炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物及び可燃性の改質燃料が流通できて、これらが外部に漏れないように構成されておれば、その形状、構造を問わない。原燃料及び改質燃料は、いずれもガスであっても液体であってもよい。含酸素化合物は、H2O、O2、O3で例示されるように、酸素元素と他の元素とが結合した化合物又は酸素元素よりなる化合物である。 Next, an embodiment of the fuel reformer of the present invention will be described. As shown in FIG. 15, the fuel reformer 400 of this embodiment includes a container 410 and the second heating element 100 in which the composite 110 is accommodated in the container 410. As shown in FIG. 16, the container 410 is formed in a cylindrical shape or a tubular shape. One end of the container 410 has an inlet 411 into which a mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbon and an oxygen-containing compound is introduced, and a combustible reformed fuel is taken out at the other end. The outlet 412 is opened. The inlet 411 is connected to an introduction pipe 420 for supplying a mixture containing the raw fuel mainly composed of hydrocarbons and the oxygen-containing compound, and the outlet 412 is provided with an outlet pipe 430 for discharging the reformed fuel. Each is connected. The shape of the container is not limitedly interpreted by this embodiment. The container has an inlet into which a mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and an oxygen-containing compound is introduced, and a combustible reformed fuel. A mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and an oxygen-containing compound and a combustible reformed fuel can be circulated in the interior of the outlet so that they do not leak to the outside. As long as it is comprised, the shape and structure are not ask | required. Both the raw fuel and the reformed fuel may be gas or liquid. As exemplified by H 2 O, O 2 , and O 3 , the oxygen-containing compound is a compound in which an oxygen element is combined with another element or a compound composed of an oxygen element.

この実施形態の燃料改質装置400では、上記炭化水素を主成分とする原燃料はメタンであり、含酸素化合物は水蒸気の形態をとるH2Oであり、得られる可燃性の改質燃料は水素がリッチなガスである。水蒸気は水蒸気発生器等から供給される。この燃料改質装置400では、上記メタンと水蒸気とを約350℃以上の高温雰囲気下で反応させれば水素が生成するが、好ましくは上記メタンと水蒸気とを約800℃以上の高温雰囲気下で反応させれば、より多くの水素が生成する。すなわち、容器410の内部では、まず上記メタンと水蒸気とが反応して水素と一酸化炭素とが発生し、さらに、この一酸化炭素と水蒸気とが反応することにより、二酸化炭素とともに水素が発生する。これを反応式で示せば、CH4+H2O→3H2+CO、CO+H2O→H2+CO2 となる。すなわち、水蒸気改質反応により改質燃料を得る。この水蒸気改質反応は、多量の熱を必要とする吸熱反応であり、これに必要な熱量は上記第2の発熱体100の複合体110による発熱との熱交換により得られる。原燃料としてメタンに代えて都市ガスを使用してもよい。この燃料改質装置400で得られた改質燃料は、例えば燃料電池に導入され、燃料電池における反応用ガスとして使用される。その場合、改質燃料は必要に応じて水素選択透過膜を通されて濾過され、水素濃度が高められる。また、この実施形態の変形例として、上記炭化水素を主成分とする原燃料を軽油とし、含酸素化合物を空気とし、得られる可燃性の改質燃料が一酸化炭素と水を含む可燃性ガスである燃料改質装置400がある。この変形例の燃料改質装置400では、上記軽油と空気とを350℃以上の高温雰囲気下で反応させることにより水素を生成する。すなわち、容器410の内部では、まず上記軽油と水蒸気とが反応して水素と一酸化炭素とが発生し、さらに、この一酸化炭素と水蒸気とが反応することにより、二酸化炭素とともに水素が発生する。すなわち、水蒸気改質反応により改質燃料を得る。この水蒸気改質反応は、多量の熱を必要とする吸熱反応であり、これに必要な熱量は上記第2の発熱体100の複合体110による発熱との熱交換により得られる。原燃料として軽油に代えてガソリン、灯油又はその他の液体燃料を使用してもよい。この燃料改質装置400で得られた改質燃料は、例えば上記実施形態と同様に燃料電池に導入できる。 In the fuel reformer 400 of this embodiment, the raw fuel mainly composed of the hydrocarbon is methane, the oxygen-containing compound is H 2 O in the form of water vapor, and the combustible reformed fuel obtained is Hydrogen is a rich gas. Steam is supplied from a steam generator or the like. In this fuel reformer 400, hydrogen is produced if the methane and steam react with each other in a high temperature atmosphere of about 350 ° C. or higher. Preferably, the methane and water vapor are generated in a high temperature atmosphere of about 800 ° C. or higher. The reaction produces more hydrogen. That is, in the container 410, the methane and water vapor first react to generate hydrogen and carbon monoxide, and further, the carbon monoxide and water vapor react to generate hydrogen together with carbon dioxide. . If this is shown by the reaction formula, CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO, CO + H 2 O → H 2 + CO 2 . That is, a reformed fuel is obtained by a steam reforming reaction. This steam reforming reaction is an endothermic reaction that requires a large amount of heat, and the amount of heat necessary for this is obtained by heat exchange with the heat generated by the composite 110 of the second heating element 100. City gas may be used in place of methane as the raw fuel. The reformed fuel obtained by the fuel reformer 400 is introduced into a fuel cell, for example, and used as a reaction gas in the fuel cell. In that case, the reformed fuel is filtered through a hydrogen permselective membrane as necessary to increase the hydrogen concentration. Further, as a modification of this embodiment, the raw fuel mainly composed of hydrocarbons is light oil, the oxygen-containing compound is air, and the combustible reformed fuel obtained contains carbon monoxide and water. There is a fuel reformer 400 which is In the fuel reformer 400 of this modification, hydrogen is produced by reacting the light oil and air in a high temperature atmosphere of 350 ° C. or higher. That is, in the container 410, the light oil and water vapor first react to generate hydrogen and carbon monoxide, and further, the carbon monoxide and water vapor react to generate hydrogen together with carbon dioxide. . That is, a reformed fuel is obtained by a steam reforming reaction. This steam reforming reaction is an endothermic reaction that requires a large amount of heat, and the amount of heat necessary for this is obtained by heat exchange with the heat generated by the composite 110 of the second heating element 100. Gasoline, kerosene or other liquid fuel may be used as the raw fuel instead of light oil. The reformed fuel obtained by the fuel reformer 400 can be introduced into the fuel cell, for example, as in the above embodiment.

上記第2の発熱体100の上記複合体110は、上記容器410の内部に収容されている。そして、上記第2の発熱体100の上記電極120が上記容器410の外側へ導出されている。この実施形態の第2の発熱体100は、上記実施形態の第2の発熱体100と同一である。したがって、上記実施形態の第2の発熱体100の上記複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の燃料改質装置で用いる第2の発熱体100の複合体110及び電極120に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。この実施形態では、上記電極120の端子122が容器410を貫通してその外側へ導出されている。端子122と容器410とは絶縁されている。しかし、容器が導電性部材であるときは、接地側の端子を容器に接触させてもよい。また、先に電極について種々変形例を説明したが、それぞれの変形例において電極を容器の外側へ導出すればよい。その場合、端子を設けたときは、端子の一部が容器を貫通するように設ければ配線が簡単になり好ましい。接続板に代えて棒状の電極棒を設けたときも同様である。また、端子を設けずに接続板のみにより電極を構成したときは、例えば、容器に端子を設け、この端子に接続板を接触させるようにしてもよい。上記二つの電極120には、電源500の陽極及び接地極にそれぞれ接続されており、この上記第2の発熱体100の複合体110に通電できるようになっている。電源500には制御装置600が接続され、この制御装置600によって電極120への通電、非通電が制御される。この制御装置により、電極間に印加する電圧又は電極間に流す電流を制御してもよい。一方の電極が接地接続されているときは、他方の電極に電源の陽極が接続されることになる。二つの電極の間には必要に応じてキャパシタが接続される。制御装置600による電極120への通電、非通電の切り替えは手動で行うことができるが、内燃機関200の始動に連動して通電し、内燃機関200の停止に連動して非通電となる。制御装置による制御方法はこれに限定解釈されることはない。制御装置を設けずに電源の電極への通電のオンオフを行う手動スイッチを設けてもよい。   The complex 110 of the second heating element 100 is accommodated in the container 410. The electrode 120 of the second heating element 100 is led out of the container 410. The second heating element 100 of this embodiment is the same as the second heating element 100 of the above embodiment. Therefore, the description regarding the composite 110 and the electrode 120 of the second heating element 100 of the above-described embodiment, and the description regarding the modifications thereof are the same as those of the second heating element 100 used in the fuel reformer of this embodiment. It is referred as description regarding the composite_body | complex 110 and the electrode 120, and description regarding those modifications. In this embodiment, the terminal 122 of the electrode 120 passes through the container 410 and is led out to the outside. The terminal 122 and the container 410 are insulated. However, when the container is a conductive member, the ground-side terminal may be brought into contact with the container. Moreover, although the various modifications about the electrode have been described above, the electrode may be led out of the container in each modification. In that case, when the terminal is provided, it is preferable that wiring is simplified if a part of the terminal is provided so as to penetrate the container. The same applies when a rod-shaped electrode bar is provided instead of the connection plate. Further, when the electrode is configured only by the connection plate without providing the terminal, for example, a terminal may be provided on the container, and the connection plate may be brought into contact with the terminal. The two electrodes 120 are connected to an anode and a ground electrode of a power source 500, respectively, so that the composite 110 of the second heating element 100 can be energized. A control device 600 is connected to the power source 500, and the control device 600 controls energization and non-energization of the electrode 120. You may control the voltage applied between electrodes, or the electric current sent between electrodes by this control apparatus. When one electrode is grounded, the anode of the power source is connected to the other electrode. A capacitor is connected between the two electrodes as necessary. Switching between energization and de-energization of the electrode 120 by the control device 600 can be performed manually, but energization is performed in conjunction with the start of the internal combustion engine 200, and de-energization is performed in conjunction with the stop of the internal combustion engine 200. The control method by the control device is not limited to this. You may provide the manual switch which turns on / off electricity to the electrode of a power supply, without providing a control apparatus.

上記第2の発熱体100の入口側の端面には入口温度センサ440が、出口側の端面には出口温度センサ450がそれぞれ設られており、これら入口温度センサ440及び出口温度センサ450からの出力信号は、上記制御装置600に送られている。そして、制御装置600は、上記入口温度センサ440及び出口温度センサ450からの信号から第2の発熱体100の温度を検出し、この温度が所定の範囲内になるように電源500から第2の発熱体100に供給する電流及び電圧の少なくとも一方を調整して、第2の発熱体100の温度を調整している。これにより、上記燃料改質装置400の負荷条件に応じた最適温度の改質ガスを安定的に供給するようにしている。この負荷条件は、例えば上記燃料改質装置400で改質した燃料を燃料電池に供給しているときには、上記燃料電池の出力状態や運転状態である。この実施形態によって温度センサの数、温度センサの設ける位置などが限定解釈されることはない。また、経験則などに基づいて制御できるときは制御を要しないので、温度センサを設けなくてもよい。   An inlet temperature sensor 440 and an outlet temperature sensor 450 are provided on the end face on the inlet side of the second heating element 100 and on the end face on the outlet side, respectively, and outputs from the inlet temperature sensor 440 and the outlet temperature sensor 450 are provided. The signal is sent to the control device 600. Then, the control device 600 detects the temperature of the second heating element 100 from the signals from the inlet temperature sensor 440 and the outlet temperature sensor 450, and from the power source 500 to the second temperature so that the temperature falls within a predetermined range. The temperature of the second heating element 100 is adjusted by adjusting at least one of the current and voltage supplied to the heating element 100. Thus, the reformed gas having the optimum temperature corresponding to the load condition of the fuel reformer 400 is stably supplied. For example, when the fuel reformed by the fuel reformer 400 is supplied to the fuel cell, the load condition is an output state or an operating state of the fuel cell. This embodiment does not limit the number of temperature sensors, the position where the temperature sensors are provided, and the like. Further, when control can be performed based on an empirical rule or the like, control is not required, and thus a temperature sensor need not be provided.

従って、上記燃料改質装置400においては、上記複合体110は炭化ケイ素及びシリコンを含んでいて導電性を有するので、上記第2の発熱体100の電極間に電流を流すと上記複合体110の骨格に電流が流れ、ジュール熱が発生する。そして、上記容器410の入口から容器内に入った上記混合物は、上記骨格によって加熱された触媒の作用によって所定の改質反応を行い、可燃性の改質燃料が発生する。その場合、容器410の内部にある上記混合物を、従来のように容器の側部を囲むように設けられた加熱器により加熱するのではなく、上記第2の発熱体100の上記複合体110の上記骨格により熱伝導、又は近距離からの輻射でもって加熱するので、加熱の立ち上がりがよく、また熱効率が高く、装置全体として小型化される。   Therefore, in the fuel reformer 400, the composite 110 contains silicon carbide and silicon and has conductivity. Therefore, when a current is passed between the electrodes of the second heating element 100, Current flows through the skeleton and Joule heat is generated. The mixture that has entered the container from the inlet of the container 410 undergoes a predetermined reforming reaction by the action of the catalyst heated by the skeleton, and combustible reformed fuel is generated. In that case, the mixture inside the container 410 is not heated by a heater provided so as to surround the side of the container as in the conventional case, but the composite 110 of the second heating element 100 is not heated. Since heating is performed by heat conduction or radiation from a short distance by the skeleton, the rise of the heating is good and the thermal efficiency is high, and the entire apparatus is downsized.

次に、本発明の第5の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。図17に示すように、この実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置700は、排気通路構成部材710と、この排気通路構成部材710に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ720と、上記実施形態の燃料改質装置400とを備えている。   Next, an embodiment of an exhaust emission control device for a fifth internal combustion engine of the present invention will be described. As shown in FIG. 17, an exhaust purification device 700 for a fifth internal combustion engine of this embodiment is provided with an exhaust passage constituting member 710 and the exhaust passage constituting member 710, and captures particulate matter contained in the exhaust gas. The particulate filter 720 to collect and the fuel reformer 400 of the said embodiment are provided.

図17において、200は内燃機関であって、この内燃機関200は上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300で説明した内燃機関200と同一である。したがって、上記実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置300における上記内燃機関200に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのまま第5の内燃機関の排気浄化装置700における内燃機関200に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。そして、上記内燃機関200には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室に新気を供給する吸気通路(図示省略)が設けられている。また、上記内燃機関200には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室から排出される排気ガスを外部へ導出する排気通路210が設けられている。上記内燃機関200の排気通路210は、シリンダに近い側から排気マニフォールド、排気管などの複数の排気通路部材の内部通路により一連に構成されている。このような複数の排気通路部材の一つとして、上記パティキュレートフィルタ720が設けられた上記排気通路構成部材710がある。したがって、この排気通路構成部材710の内部には、上記排気通路210の一部を構成する内部通路711が設けられている。上記パティキュレートフィルタ720は、この排気通路構成部材710の内部通路711に収容されている。上記排気通路を単一の排気通路部材の内部通路により構成したときには、その単一の排気通路部材にパティキュレートフィルタを設けることになる。要するに、排気通路の構成にかかわらず、上記パティキュレートフィルタが設けられた上記排気通路部材は、一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材であればよい。また、この実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置300のパティキュレートフィルタ330は、上記実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置300の上記パティキュレートフィルタ330と同一である。したがって、上記実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置300におけるパティキュレートフィルタ330に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置300におけるパティキュレートフィルタ330に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。さらに、この実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置300の燃料改質装置400は、上記実施形態の燃料改質装置400と同一である。したがって、上記実施形態の燃料改質装置400に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明は、そのままこの実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置300における燃料改質装置400に関する説明、並びにそれらの変形例に関する説明として引用する。   In FIG. 17, reference numeral 200 denotes an internal combustion engine, and this internal combustion engine 200 is the same as the internal combustion engine 200 described in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the above embodiment. Therefore, the description regarding the internal combustion engine 200 in the exhaust gas purification apparatus 300 of the first internal combustion engine of the above embodiment and the description regarding the modifications thereof are the same as the description regarding the internal combustion engine 200 in the exhaust gas purification apparatus 700 of the fifth internal combustion engine. , As well as the explanations of these modifications. The internal combustion engine 200 is provided with an intake passage (not shown) that has one end connected to the combustion chamber and the other end open to the atmosphere, and supplies fresh air to the combustion chamber. Further, the internal combustion engine 200 is provided with an exhaust passage 210 that has one end connected to the combustion chamber and the other end open to the atmosphere, and exhausts exhaust gas discharged from the combustion chamber to the outside. The exhaust passage 210 of the internal combustion engine 200 is constituted by a series of internal passages of a plurality of exhaust passage members such as an exhaust manifold and an exhaust pipe from the side close to the cylinder. One of the plurality of exhaust passage members is the exhaust passage constituting member 710 provided with the particulate filter 720. Therefore, an internal passage 711 constituting a part of the exhaust passage 210 is provided in the exhaust passage constituting member 710. The particulate filter 720 is accommodated in the internal passage 711 of the exhaust passage constituting member 710. When the exhaust passage is constituted by an internal passage of a single exhaust passage member, a particulate filter is provided on the single exhaust passage member. In short, regardless of the configuration of the exhaust passage, the exhaust passage member provided with the particulate filter has at least a part of the exhaust passage having one end connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end opened to the atmosphere. Any exhaust passage constituent member may be used as long as the internal passage to be configured is provided inside. In addition, the particulate filter 330 of the fifth internal combustion engine exhaust purification apparatus 300 of this embodiment is the same as the particulate filter 330 of the third internal combustion engine exhaust purification apparatus 300 of the above embodiment. Therefore, the description of the particulate filter 330 in the exhaust purification device 300 of the third internal combustion engine of the above embodiment and the description of the modifications thereof are the same as those in the exhaust purification device 300 of the fifth internal combustion engine of this embodiment. It will be cited as an explanation about the curate filter 330 and an explanation thereof. Further, the fuel reformer 400 of the fifth internal combustion engine exhaust purification apparatus 300 of this embodiment is the same as the fuel reformer 400 of the above embodiment. Therefore, the description related to the fuel reformer 400 of the above embodiment and the description thereof are the same as the description of the fuel reformer 400 in the exhaust gas purification apparatus 300 of the fifth internal combustion engine of this embodiment. It quotes as description regarding a modification.

そして、上記燃料改質装置400の容器410の出口412が上記排気通路構成部材710の内部通路711に接続されていて、上記可燃性の改質燃料が上記パティキュレートフィルタ720に供給されるように構成している。ここでは、一端が上記出口412に接続された導出管430の他端が上記排気通路構成部材710の内部通路711に接続されている。導出管430の内部通路711への接続部は、上記パティキュレートフィルタ720の中途部であるが、これによって接続部の位置が限定解釈されることはない。   The outlet 412 of the container 410 of the fuel reformer 400 is connected to the internal passage 711 of the exhaust passage member 710 so that the combustible reformed fuel is supplied to the particulate filter 720. It is composed. Here, the other end of the outlet pipe 430 whose one end is connected to the outlet 412 is connected to the internal passage 711 of the exhaust passage constituting member 710. The connection portion of the outlet pipe 430 to the internal passage 711 is an intermediate portion of the particulate filter 720, but the position of the connection portion is not interpreted in a limited manner.

従って、上記燃料改質装置で生成された改質燃料が上記パティキュレートフィルタに供給されると、このパティキュレートフィルタで捕集された粒子状物質の酸化、燃焼が促進され、パティキュレートフィルタ720の目詰まりの進行が緩やかになり又は目詰まりが防止されて、パティキュレートフィルタ720の目詰まりを抑制又は阻止することができる。   Therefore, when the reformed fuel generated by the fuel reformer is supplied to the particulate filter, the particulate matter collected by the particulate filter is promoted to oxidize and burn, and the particulate filter 720 The progress of clogging becomes slow or clogging is prevented, and clogging of the particulate filter 720 can be suppressed or prevented.

本発明の発熱体、内燃機関の排気浄化装置、及び燃料改質装置は、以上の実施形態の特徴を組み合わせた実施形態を含んでいる。さらに、以上の実施形態は本発明の発熱体、内燃機関の排気浄化装置、及び燃料改質装置のいくつかの例を示したに過ぎない。したがって、これらの実施形態の記載によって本発明の発熱体、内燃機関の排気浄化装置、及び燃料改質装置が限定解釈されることはない。   The heating element, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and the fuel reforming apparatus of the present invention include embodiments that combine the features of the above embodiments. Further, the above embodiments merely show some examples of the heating element, the exhaust gas purification device of the internal combustion engine, and the fuel reforming device of the present invention. Therefore, the description of these embodiments does not limit the interpretation of the heating element, the exhaust purification device of the internal combustion engine, and the fuel reforming device of the present invention.

実施形態の第1の発熱体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st heat generating body of embodiment. 特願2005−234608号の発明の多孔質構造体フィルタの全体構成の正面図である。It is a front view of the whole structure of the porous structure filter of invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608. 特願2005−234608号の発明の多孔質構造体フィルタの断面図で、外側多孔質構造体と内側多孔質構造体との二重構成にした多孔質構造体フィルタの断面図である。It is sectional drawing of the porous structure filter of invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is sectional drawing of the porous structure filter made into the double structure of an outer porous structure and an inner porous structure. 図3の内側多孔質構造体に外側多孔質構造体を巻き付けている状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which has wound the outer side porous structure to the inner side porous structure of FIG. 外側多孔質構造体と内側多孔質構造体との三重構成にした多孔質構造体フィルタの断面図である。It is sectional drawing of the porous structure filter made into the triple structure of an outer porous structure and an inner porous structure. 特願2005−234608号の発明の他の実施の形態例を示す多孔質構造体フィルタの断面図で、密度の異なる円板状の多孔質構造体を重ね合わせた多孔質構造体フィルタの断面図である。Sectional drawing of the porous structure filter which piled up the disk-shaped porous structure from which density differs in the sectional view of the porous structure filter which shows other embodiment of invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608 It is. 特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す多孔質構造体フィルタの断面図で、密度の異なる板状の多孔質構造体を重ね合わせ渦巻き状に巻いた構成の多孔質構造体フィルタを示す斜視図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a porous structure filter showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is a porous structure in which plate-like porous structures having different densities are stacked and wound in a spiral shape. It is a perspective view which shows a structure filter. 特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す図で、密度の高い方の外側多孔質構造体に、複数の密度の低い方の内側多孔質構造体を挿入して構成するフィルタを示す斜視図である。FIG. 11 is a diagram showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is configured by inserting a plurality of lower density inner porous structures into a higher density outer porous structure. It is a perspective view which shows the filter to do. 特願2005−234608号の発明の更に他の実施の形態例を示す図で、密度の高い方の外側多孔質構造体に、複数の密度の低い方の内側多孔質構造体を挿入して構成するフィルタを示す斜視図である。FIG. 11 is a diagram showing still another embodiment of the invention of Japanese Patent Application No. 2005-234608, and is configured by inserting a plurality of lower density inner porous structures into a higher density outer porous structure. It is a perspective view which shows the filter to do. 実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an exhaust emission control device for a first internal combustion engine of an embodiment. 実施形態の第1の内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す一部を断面した説明図である。It is explanatory drawing which carried out the cross section which shows a part which shows the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification device of the 1st internal combustion engine of embodiment. 実施形態の第2の内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す一部を断面した説明図である。It is explanatory drawing which carried out the cross section which showed a part which shows the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification apparatus of the 2nd internal combustion engine of embodiment. 実施形態の第3の内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す一部を断面した説明図である。It is explanatory drawing which carried out the cross section which shows a part which shows the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification device of the 3rd internal combustion engine of embodiment. 実施形態の第4の内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す一部を断面した説明図である。It is explanatory drawing which carried out the cross section which showed a part which shows the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification apparatus of the 4th internal combustion engine of embodiment. 実施形態の燃料改質装置を示す一部を断面した説明図である。It is the explanatory view which cut a part showing fuel reformer of an embodiment. 実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the exhaust gas purification apparatus of the 5th internal combustion engine of embodiment. 実施形態の第5の内燃機関の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す一部を断面した説明図である。It is explanatory drawing which carried out the cross section which shows a part which shows the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification apparatus of the 5th internal combustion engine of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、5、6、10、12 外側多孔質構造体
2、7、11、13 内側多孔質構造体
3 供給側多孔質構造体
4 排出側多孔質構造体
100 第1の発熱体、第2の発熱体
110 複合体
120 電極
200 内燃機関
210 排気通路
300 内燃機関の排気浄化装置
310 排気通路構成部材
311 内部通路
320 排気ガス浄化装置
330 パティキュレートフィルタ
400 燃料改質装置
410 容器
411 入口
412 出口
700 内燃機関の排気浄化装置
710 排気通路構成部材
711 内部通路
720 パティキュレートフィルタ
1, 5, 6, 10, 12 Outer porous structure 2, 7, 11, 13 Inner porous structure 3 Supply-side porous structure 4 Discharge-side porous structure 100 First heating element, second Heating element 110 Composite 120 Electrode 200 Internal combustion engine 210 Exhaust passage 300 Exhaust purification device 310 of internal combustion engine 310 Exhaust passage component 311 Internal passage 320 Exhaust gas purification device 330 Particulate filter 400 Fuel reformer 410 Container 411 Inlet 412 Outlet 700 Internal combustion Exhaust gas purification device 710 Exhaust passage component 711 Internal passage 720 Particulate filter

Claims (9)

炭化ケイ素及びシリコンを含む材料により構成された有形骨格を備えた多孔質の複合体と、
この複合体に通電できるように当該複合体に設けられた電極とを備え、
上記電極間に電流を流すと上記複合体が発熱し、上記複合体の内部又は周囲に存在する粒子、流体などの物質を加熱するように構成された発熱体。
A porous composite with a tangible skeleton composed of silicon carbide and a silicon-containing material;
An electrode provided on the composite so that the composite can be energized,
A heating element configured to generate heat when a current is passed between the electrodes, and to heat substances such as particles and fluid existing in or around the complex.
上記複合体が、有形骨格を有する樹脂又はゴムのスポンジ状多孔質構造体に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだスラリー又はこのスラリーに更に骨材を含ませたスラリーを、上記スポンジ状多孔質構造体の連続気孔が塞がれない程度に含浸させた後、上記樹脂類を焼成して炭素化して炭素化多孔質構造体を作り、この炭素化多孔質構造体の炭素と上記スラリーのシリコン粉末とを反応焼結させた後、更にシリコンを溶融含浸させて形成された炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材により構成されている請求項1の発熱体。   The composite is a sponge in which a resin or rubber sponge-like porous structure having a tangible skeleton is added to a slurry containing a resin as a carbon source and silicon powder, or a slurry in which an aggregate is further added to the slurry. After impregnating so that the continuous pores of the porous structure are not blocked, the resins are baked and carbonized to form a carbonized porous structure. The carbon of the carbonized porous structure and the carbon 2. The heating element according to claim 1, wherein the heating element is composed of a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure formed by reaction-sintering with the silicon powder of the slurry and then melt-impregnating silicon. 請求項1又は請求項2の発熱体において、上記複合体が触媒を担持している発熱体。   The heating element according to claim 1 or 2, wherein the composite carries a catalyst. 一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材と、
上記複合体が上記排気通路構成部材の内部通路に収容され、上記電極が上記排気通路構成部材の外側へ導出された請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項の発熱体とを備えた内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust passage constituting member having an internal passage which is at least part of an exhaust passage whose one end is connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end is opened to the atmosphere;
The heating element according to any one of claims 1 to 3, wherein the composite is housed in an internal passage of the exhaust passage constituent member, and the electrode is led out of the exhaust passage constituent member. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
請求項4の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記発熱体の上記複合体よりも排気下流側に排気ガス浄化触媒が設けられている内燃機関の排気浄化装置。   5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein an exhaust gas purification catalyst is provided on the exhaust downstream side of the complex of the heating element in the internal passage of the exhaust passage constituent member. 請求項4の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記発熱体の上記複合体よりも排気下流側に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられている内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the particulate filter contained in the exhaust gas is collected downstream of the complex of the heating element in the internal passage of the exhaust passage component member. An exhaust purification device for an internal combustion engine provided with 請求項5の内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路構成部材の内部通路における上記排気ガス浄化触媒よりも排気下流側に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられている内燃機関の排気浄化装置。   6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein a particulate filter for collecting particulate matter contained in the exhaust gas is provided downstream of the exhaust gas purification catalyst in the internal passage of the exhaust passage constituent member. An exhaust purification device for an internal combustion engine. 炭化水素を主成分とする原燃料と含酸素化合物とを含む混合物が導入される入口と、可燃性の改質燃料が取り出される出口とを有する容器と、上記複合体が上記容器の内部に収容され、上記電極が上記容器の外側へ導出された請求項3の発熱体とを備えた燃料改質装置。   A container having an inlet for introducing a mixture containing a raw fuel mainly composed of hydrocarbons and an oxygen-containing compound, an outlet for taking out a combustible reformed fuel, and the composite housed in the container And a heating element according to claim 3, wherein the electrode is led out of the container. 一端が内燃機関の燃焼室に接続され、他端が大気に開放された排気通路の少なくとも一部を構成する内部通路が内部に設けられた排気通路構成部材と、
この排気通路構成部材の内部通路に収容され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
請求項8の燃料改質装置とを備え、
上記燃料改質装置の容器の出口が上記排気通路構成部材の内部通路に接続されていて、上記可燃性の改質燃料が上記パティキュレートフィルタに供給されるように構成した内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust passage constituting member having an internal passage which is at least part of an exhaust passage whose one end is connected to the combustion chamber of the internal combustion engine and the other end is opened to the atmosphere;
A particulate filter accommodated in the internal passage of the exhaust passage constituent member and collecting particulate matter contained in the exhaust gas;
A fuel reformer according to claim 8,
An exhaust purification device for an internal combustion engine, wherein an outlet of a container of the fuel reformer is connected to an internal passage of the exhaust passage component, and the combustible reformed fuel is supplied to the particulate filter. .
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