JP2021030150A - 通電加熱式触媒の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】担体を保持するマットの保持力確保を確実とすることを目的とする。【解決手段】本発明に係る通電加熱式触媒の製造方法は、触媒を担持する担体の外周面に、有機成分を有するマットを巻き付ける工程と、前記担体を筒に圧入した後に、又は前記担体を前記筒に圧入する前に、前記担体を通電により加熱する工程と、を含んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、通電加熱式触媒の製造方法に関する。

自動車等のエンジンから排出される排気ガスを浄化する装置としてＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst：通電加熱式触媒）が知られている。ＥＨＣでは、エンジンの始動直後など、排気ガスの温度が低く、触媒が活性化し難い条件下であっても、通電加熱により強制的に触媒を活性化させ、排気ガスの浄化効率を高めることができる。

尚、ＥＨＣによっては、触媒を担持するハニカム構造を有する円柱状の担体の外周面に、その担体の軸方向に延設された表面電極が形成されていることもある。また、ＥＨＣによっては、互いに対向配置された一対の表面電極を外周面に備えた担体が、マットを介して外筒に覆われていることもある。マットにより担体が外筒に固定・保持される（以上、例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−１６９１６７号公報

ところで、上述したマットは製造時に有機成分で無機繊維同士を互いに固着した部材であり、エンジンから排出される排気ガスの熱により有機成分が焼失されるまでは、焼失後に比べ、保持力が低いことがある。さらにＥＨＣでは表面電極を取り出すための開口をマットに形成する場合があるが、この開口によりマットの保持面積が小さくなり、通常の触媒と比べて保持力が低いこともある。マットの保持力が低い場合、エンジンの排気ガスの圧力（具体的には風圧）により担体の位置ずれが発生する可能性がある。

そこで、本発明では、担体を保持するマットの保持力確保を確実とすることを目的とする。

本発明に係る通電加熱式触媒の製造方法は、触媒を担持する担体の外周面に、有機成分を有するマットを巻き付ける工程と、前記担体を筒に圧入した後に、又は前記担体を前記筒に圧入する前に、前記担体を通電により加熱する工程と、を含んでいる。

本発明によれば、担体を保持するマットの保持力確保を確実とすることができる。

図１（ａ）はＥＨＣの製造方法の一例を示すフローチャートである。図１（ｂ）はＥＨＣの製造方法の他の一例の一部を示すフローチャートである。 図２（ａ）乃至（ｆ）はＥＨＣの製造方法を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）はＥＨＣの製造方法の一例を示すフローチャートである。図１（ｂ）はＥＨＣの製造方法の他の一例の一部を示すフローチャートである。図２（ａ）乃至（ｆ）はＥＨＣの製造方法を説明するための図である。

ＥＨＣの製造方法では、図１（ａ）に示すように、担体にマットを巻き付ける工程が実施される（ステップＳ１）。具体的には、図２（ａ）に示すように、互いに対向配置された一対の表面電極１１，１２を外周面に備えた担体２０に対し、図２（ｂ）に示すように、マット３０を巻き付ける。一対の表面電極１１，１２は担体２０と物理的に接触しているとともに電気的に接続されている。

尚、担体２０は、白金やパラジウム等の触媒を担持する多孔質部材である。担体２０自体は、通電加熱されるため、導電性を有するセラミックス、具体的にはＳｉＣ（炭化珪素）からなることが好ましい。担体２０は、外形が略円柱形状であって、内部は多数の格子輪郭のセル構造を有している。格子輪郭は四角形や六角形、八角形等、種々の形状を採用することができる。

一方、マット３０は有機成分で無機繊維同士を互いに固着した可撓性を有する円筒型の断熱部材である。有機成分としては、例えばアクリル系樹脂、アクリルゴム等のゴム、カルボキシメチルセルロース又はポリビニルアルコール等の水溶性有機重合体、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。マット３０には、図２（ｂ）に示すように、２つの開口３１，３２が設けられている。開口３１により表面電極１１の引出部１１ａをマット３０の外側に引き出すことができる。同様に、開口３２により表面電極１２の引出部１２ａをマット３０の外側に引き出すことができる。

図１（ａ）に示すように、ステップＳ１の工程を終えると、次に、担体を外筒に圧入する工程が実施される（ステップＳ２）。具体的には、図２（ｃ）に示すように、マット３０が巻き付けられた担体２０を、破線矢印ＡＲの方向に移動させ、図２（ｄ）に示すように、円筒型の外筒４０の内部に圧入する。ここで、外筒４０には２つの貫通孔４１，４２が設けられている。貫通孔４１により表面電極１１の引出部１１ａが外筒４０の外部に引き出され、貫通孔４２により表面電極１２の引出部１２ａが外筒４０の外部に引き出される。マット３０が担体２０と外筒４０との間に充填されることにより、担体２０が外筒４０に保持されて固定される。

図１（ａ）に示すように、ステップＳ２の工程を終えると、次に、担体を加熱する工程と昇温特性を計測する工程が連続して実施される（ステップＳ３，Ｓ４）。ステップＳ３の工程とステップＳ４の工程は並行して実施されてもよい。具体的には、図２（ｅ）に示すように、表面電極１１の引出部１１ａと電源５０とを配線５１で接続し、表面電極１２の引出部１２ａを配線５２を通じて接地する。電源５０には既存の電源設備や商用電源を使用すればよい。また、電源５０の電源種別は直流であってもよいし、交流であってもよいし、直流と交流の組み合わせであってもよい。電源５０から供給される電気により担体２０を通電して加熱する。加熱により担体２０の温度は上昇し、その熱がマット３０にも伝導する。これにより、マット３０の温度も上昇し、排気ガスの熱を使用しなくとも、マット３０の温度が有機成分を焼失可能な所定の温度（例えば５００℃など）以上になれば、マット３０の有機成分を焼失させることができる。マット３０の有機成分が焼失することで、マット３０の保持力が確保される。

また、担体２０を加熱している間、担体２０の昇温特性（例えば昇温抵抗等）を計測して検査する。図２（ｅ）に示す昇温特性は、時間の経過と担体２０の温度との関係を表している。昇温特性は、例えばパソコンやスマートデバイスなどのコンピュータと接続された温度センサを担体２０に接触させることで取得することができる。昇温特性の取得に非接触型の温度センサを利用してもよい。このように、ＥＨＣの製造過程で、担体２０の加熱と併せて、担体２０の昇温特性も取得することで、その昇温特性をＥＨＣのトレーサビリティなどに有効利用することでＥＨＣを容易に管理することができる。

図１（ａ）に示すように、ステップＳ３，Ｓ４の工程を終えると、次に、特性識別コードを付与する工程が実施される（ステップＳ５）。具体的には、図２（ｆ）に示すように、昇温特性に応じた識別コード７０を発行し、外筒４０の外周面のいずれかの箇所に添付する。これにより、排気管（又は車両）に取り付ける前のＥＨＣ１００が完成する。尚、識別コード７０に担体２０の重量や寸法などの情報を含めてもよい。また、図２（ｆ）では、識別コード７０の一例として２次元コードが示されているが、２次元コードに代えて、バーコードを採用してもよい。

図１（ａ）に示すように、ステップＳ５の工程を終えると、次に、担体特性情報をＥＣＵ（Electronic Control Unit）に書き込む工程が実施される（ステップＳ６）。担体特性情報は少なくとも昇温特性を含んでいる。担体特性情報に上述した担体２０の重量や寸法などを含めてもよい。ＥＣＵに担体特性情報を書き込むことにより、排気ガスの温度が低く、触媒が活性化し難い条件下であっても、ＥＣＵは担体特性情報に応じて通電を適切に制御することで、触媒を効率良く活性化させることができる。すなわち、ＥＨＣ１００の制御性を向上させることができる。

以上、図１（ａ）及び図２（ａ）乃至（ｆ）を参照して、ＥＨＣの製造方法の一例を説明したが、図１（ｂ）に示すように、担体を加熱する工程（ステップＳ３）を実施した後に、担体を外筒に圧入する工程（ステップＳ２）を実施してもよい。すなわち、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、マット３０を巻き付けた担体２０を外筒４０に圧入する前に、マット３０の有機成分を焼失させてもよい。

マット３０を巻き付けた担体２０を外筒４０に圧入した後に、担体２０を加熱する場合、外筒４０の存在により、配線５１，５２の引き回しが難しくなる場合がある。また、外筒４０に担体２０を圧入した構成物は重量も増加するため、取り扱いに手間がかかる可能性もある。マット３０を巻き付けた担体２０を外筒４０に圧入する前に、担体２０を加熱すれば、配線５１，５２を容易に引き回せるだけでなく、担体２０自体も外筒４０がある場合に比べて軽量であるため、容易に取り扱うことができる。

一方で、マット３０を巻き付けた担体２０を外筒４０に圧入する前に、担体２０を加熱した場合、マット３０の有機成分が焼失することにより、マット３０の保持力が確保され、マット３０の外筒４０への圧入が難しくなる可能性もある。したがって、マット３０を巻き付けた担体２０を外筒４０に圧入した後に、担体２０を加熱する場合には、マット３０を外筒４０に円滑に圧入することができるという利点もある。

以上、本実施形態によれば、ＥＨＣ１００の製造方法は、触媒を担持する担体２０の外周面に、有機成分を有するマット３０を巻き付ける工程と、その担体２０を外筒４０に圧入した後に、又は担体２０を外筒４０に圧入する前に、担体２０を通電により加熱する工程と、を含んでいる。これにより、担体２０を保持するマット３０の保持力確保を確実とすることができる。

尚、ステップＳ３の工程の際に、担体２０内に触媒を活性化させるガス（例えばＣＯ（一酸化炭素）やＮＯｘ（窒素酸化物）など）を導入し、触媒が活性化する際に発生する熱を、通電による熱に加えて、利用してもよい。工場によっては発電によってこのようなガスが排出されるが、排出されたガスを担体２０内に導入することで、工場から排出されるガスを浄化できるだけでなく、通電に要する電気使用量も低減することができる。

ただし、ガスでマット３０の有機成分を焼失させる場合、多大な流量が求められ、これに伴い、担体２０に大きな圧力がかかり、マット３０の保持力が低ければ、担体２０の位置ずれが発生するおそれがある。通電による加熱であれば、担体２０に圧力をかけずにマット３０の有機成分を焼失させることができるため、触媒を活性化させるガスは通電による加熱に対して補助的に利用することが望ましい。具体的には、触媒を活性化させるガスは担体２０の位置ずれが発生しない程度の流量で利用することが望ましい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１１，１２ 表面電極
２０ 担体
３０ マット
４０ 外筒
５０ 電源
７０ 識別コード
１００ ＥＨＣ

Claims (1)

1. 触媒を担持する担体の外周面に、有機成分を有するマットを巻き付ける工程と、
   前記担体を筒に圧入した後に、又は前記担体を前記筒に圧入する前に、前記担体を通電により加熱する工程と、
   を含む通電加熱式触媒の製造方法。
   

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