JP3001281B2 - ハニカムモノリスヒータ - Google Patents
ハニカムモノリスヒータInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
- B01D53/9454—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
- F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
- F01N3/2026—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means directly electrifying the catalyst substrate, i.e. heating the electrically conductive catalyst substrate by joule effect
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
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- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ハニカム構造体の外周
部に複数の電極板を設けたハニカムモノリスヒータに関
する。これらは温風ヒータなどの民生用ヒータ、自動車
の排気ガス浄化用のプレヒータ等の工業用ヒータとして
好適に使用できる。
部に複数の電極板を設けたハニカムモノリスヒータに関
する。これらは温風ヒータなどの民生用ヒータ、自動車
の排気ガス浄化用のプレヒータ等の工業用ヒータとして
好適に使用できる。
【0002】
【従来の技術】最近になり、自動車等の内燃機関から排
出される排気ガス中の窒素酸化物(NOX )、一酸化炭
素(CO)、炭化水素(HC)を浄化するための触媒、
触媒担体等として、従来公知の多孔質セラミックハニカ
ム構造体のほかに、金属ハニカム構造体が注目を集める
ようになってきた。
出される排気ガス中の窒素酸化物(NOX )、一酸化炭
素(CO)、炭化水素(HC)を浄化するための触媒、
触媒担体等として、従来公知の多孔質セラミックハニカ
ム構造体のほかに、金属ハニカム構造体が注目を集める
ようになってきた。
【0003】一方、排ガスの規制強化に伴ない、コール
ドスタート時のエミッションを低減するヒータ等の開発
も切望されている。このようなハニカム構造体として、
例えば特公昭58−23138号公報、及び実開昭63
−67609号公報に記載のものが提案されている。
ドスタート時のエミッションを低減するヒータ等の開発
も切望されている。このようなハニカム構造体として、
例えば特公昭58−23138号公報、及び実開昭63
−67609号公報に記載のものが提案されている。
【0004】特公昭58−23138号公報には、フォ
イルタイプの金属ハニカム構造物が示されている。この
ハニカム構造物は、平板を機械的に変形して波形としこ
れを平板とともに巻き上げて金属基体としているもので
ある。そして、金属基体の表面を酸化処理して酸化アル
ミニウム被膜を形成し、この被膜にアルミナ等の高表面
積酸化物を担持し、さらに貴金属等を含浸させて、自動
車排ガス浄化用の触媒としているものである。
イルタイプの金属ハニカム構造物が示されている。この
ハニカム構造物は、平板を機械的に変形して波形としこ
れを平板とともに巻き上げて金属基体としているもので
ある。そして、金属基体の表面を酸化処理して酸化アル
ミニウム被膜を形成し、この被膜にアルミナ等の高表面
積酸化物を担持し、さらに貴金属等を含浸させて、自動
車排ガス浄化用の触媒としているものである。
【0005】さらに実開昭63−67609号公報に
は、メタル担体にアルミナをコートした電気通電可能な
メタルモノリス触媒をプレヒータとして使用することが
開示されている。
は、メタル担体にアルミナをコートした電気通電可能な
メタルモノリス触媒をプレヒータとして使用することが
開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題]】しかしながら、特公
昭58−23138号公報に記載のフォイルタイプの金
属ハニカム構造物においては、運転サイクル中に、メタ
ル−メタル接合部が剥離しガス流れ方向に凸部に変形す
るというテレスコープ現象が発生し易く、運転上重大な
支障となる場合があり、またフォイルタイプの金属ハニ
カム構造物では構造が複雑であって、製造コストが高く
なるという問題がある。また実開昭63−67609号
公報のプレヒータも特公昭58−23138号公報と同
様に、運転中に金属基体のメタル−メタル接合部が剥離
し、絶縁部ができて電流ムラが生じ、不均一な発熱を生
ずるという問題がある。
昭58−23138号公報に記載のフォイルタイプの金
属ハニカム構造物においては、運転サイクル中に、メタ
ル−メタル接合部が剥離しガス流れ方向に凸部に変形す
るというテレスコープ現象が発生し易く、運転上重大な
支障となる場合があり、またフォイルタイプの金属ハニ
カム構造物では構造が複雑であって、製造コストが高く
なるという問題がある。また実開昭63−67609号
公報のプレヒータも特公昭58−23138号公報と同
様に、運転中に金属基体のメタル−メタル接合部が剥離
し、絶縁部ができて電流ムラが生じ、不均一な発熱を生
ずるという問題がある。
【0007】又、実開昭63−67609号公報のプレ
ヒータは、内周部に電極を設けているため、中心部が触
媒として作用せず、しかも圧力損失の原因となるという
問題がある。更に、ガス流によって電極が脱離し易くな
るという欠点がある。
ヒータは、内周部に電極を設けているため、中心部が触
媒として作用せず、しかも圧力損失の原因となるという
問題がある。更に、ガス流によって電極が脱離し易くな
るという欠点がある。
【0008】そこで、本出願人は、先にハニカム構造体
に通電のための少なくとも2つの電極を設けるととも
に、電極間に抵抗調節機構を有するヒータを提案した
(特願平2−96866号)。本発明はこのヒータの更
なる改良を提供するものである。
に通電のための少なくとも2つの電極を設けるととも
に、電極間に抵抗調節機構を有するヒータを提案した
(特願平2−96866号)。本発明はこのヒータの更
なる改良を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、断面形状が方形である多数の貫通孔を有するハニカ
ム構造体の外周部に、複数の電極板を設けたハニカムモ
ノリスヒータであって、前記ハニカム構造体は正特性サ
ーミスタ特性を示さない通電により発熱する材料からな
り、かつ、電極板と貫通孔壁とで形成される角度が鋭角
となるように電極板を配置し、また、電極間のハニカム
構造体の外周部を1ヶ所以上電気的に絶縁したことを特
徴とするハニカムモノリスヒータ、が提供される。
ば、断面形状が方形である多数の貫通孔を有するハニカ
ム構造体の外周部に、複数の電極板を設けたハニカムモ
ノリスヒータであって、前記ハニカム構造体は正特性サ
ーミスタ特性を示さない通電により発熱する材料からな
り、かつ、電極板と貫通孔壁とで形成される角度が鋭角
となるように電極板を配置し、また、電極間のハニカム
構造体の外周部を1ヶ所以上電気的に絶縁したことを特
徴とするハニカムモノリスヒータ、が提供される。
【0010】本発明では、発熱性を向上させる上で、電
極板と貫通孔壁とで形成される角度を45°〜60°と
することが好ましい。なお、本発明においては、電極板
と貫通孔壁とで形成される角度を次のように定義する。
極板と貫通孔壁とで形成される角度を45°〜60°と
することが好ましい。なお、本発明においては、電極板
と貫通孔壁とで形成される角度を次のように定義する。
【0011】即ち、ハニカム構造体の電極板と貫通孔壁
の相対位置を示すパラメータとして、対となる電極板の
各中心を結ぶ線と各貫通孔壁を延長した線によって挟ま
れる0〜90°の範囲の角度がある。方形セルの場合、
それぞれのハニカム構造体において、図1〜図2に示す
ように概ね2通りの角度がある(図1では45°と45
°、図2では0°と90°)が、本発明では、そのうち
小さくない方、即ち45〜90°の間の角度を電極板と
貫通孔壁とで形成される角度とする。従って、図1では
45°、図2では90°となる。
の相対位置を示すパラメータとして、対となる電極板の
各中心を結ぶ線と各貫通孔壁を延長した線によって挟ま
れる0〜90°の範囲の角度がある。方形セルの場合、
それぞれのハニカム構造体において、図1〜図2に示す
ように概ね2通りの角度がある(図1では45°と45
°、図2では0°と90°)が、本発明では、そのうち
小さくない方、即ち45〜90°の間の角度を電極板と
貫通孔壁とで形成される角度とする。従って、図1では
45°、図2では90°となる。
【0012】
【作用】本発明は、断面形状が方形である多数の貫通孔
を有するハニカム構造体の外周部に複数の電極板を設
け、かつ電極板と貫通孔壁とで形成される角度を鋭角と
なるように電極板を取付けたハニカムモノリスヒータで
ある。このように構成することにより適切で均一な発熱
を確保できるとともに機械特性の向上したハニカムモノ
リスヒータが可能となる。
を有するハニカム構造体の外周部に複数の電極板を設
け、かつ電極板と貫通孔壁とで形成される角度を鋭角と
なるように電極板を取付けたハニカムモノリスヒータで
ある。このように構成することにより適切で均一な発熱
を確保できるとともに機械特性の向上したハニカムモノ
リスヒータが可能となる。
【0013】又、上記のハニカム構造体としては、粉末
原料をハニカム状に成形し焼結させて作製することが好
ましい。この場合には、いわゆる押出成形法を用いて作
製することが好ましく、工程が簡略で低コスト化が図れ
る利点がある。さらに、上記の場合、ハニカム構造体か
らなるヒータ部と電極板とを同時に押出し成形し、乾燥
の後焼成することにより、ハニカムモノリスヒータを製
造すると、工程の簡略化、短縮のため好ましいばかりで
なく、電極板も含めて完全な一体物となるため機械特性
が向上するという利点がある。
原料をハニカム状に成形し焼結させて作製することが好
ましい。この場合には、いわゆる押出成形法を用いて作
製することが好ましく、工程が簡略で低コスト化が図れ
る利点がある。さらに、上記の場合、ハニカム構造体か
らなるヒータ部と電極板とを同時に押出し成形し、乾燥
の後焼成することにより、ハニカムモノリスヒータを製
造すると、工程の簡略化、短縮のため好ましいばかりで
なく、電極板も含めて完全な一体物となるため機械特性
が向上するという利点がある。
【0014】本出願人の先願である特願平2−9686
6号においては、電極間に抵抗調節機構であるスリット
を設けたものであるが、この場合、スリット形成工程が
複雑で手間を要し、また、スリットのためハニカム構造
体からなるヒータ部の機械強度が劣るということが判明
した。そこで、本発明では、電極板と貫通孔壁とで形成
される角度が鋭角となるように電極板を配置することに
より、上記問題を解決したものである。
6号においては、電極間に抵抗調節機構であるスリット
を設けたものであるが、この場合、スリット形成工程が
複雑で手間を要し、また、スリットのためハニカム構造
体からなるヒータ部の機械強度が劣るということが判明
した。そこで、本発明では、電極板と貫通孔壁とで形成
される角度が鋭角となるように電極板を配置することに
より、上記問題を解決したものである。
【0015】本発明のハニカムモノリスヒータを図面に
基づいて説明する。図1は本発明のハニカムモノリスヒ
ータの一例を示す断面図であり、断面形状が正方形であ
る正方形セル(貫通孔)10を有し、外形が円柱形のハ
ニカム構造体11の外周壁にスリット12を4ヶ所形成
するとともに、外周壁に2ヶ所電極板13、端子14を
設けたものである。なお、図2は図1と電極板13と正
方形セル10の相対的位置を変えた例を示す断面図であ
る。
基づいて説明する。図1は本発明のハニカムモノリスヒ
ータの一例を示す断面図であり、断面形状が正方形であ
る正方形セル(貫通孔)10を有し、外形が円柱形のハ
ニカム構造体11の外周壁にスリット12を4ヶ所形成
するとともに、外周壁に2ヶ所電極板13、端子14を
設けたものである。なお、図2は図1と電極板13と正
方形セル10の相対的位置を変えた例を示す断面図であ
る。
【0016】また、図3〜図4は、夫々本発明のハニカ
ムモノリスヒータの他の例を示す斜視図で、断面形状が
長方形である長方形セル10を有し、外形が直方体であ
るハニカム構造体11を用いた場合を示す。これらの場
合、図においてハニカム構造体11の上端面および下端
面に通常の隔壁厚さより厚い外周壁を形成して2個の電
極板13としている。
ムモノリスヒータの他の例を示す斜視図で、断面形状が
長方形である長方形セル10を有し、外形が直方体であ
るハニカム構造体11を用いた場合を示す。これらの場
合、図においてハニカム構造体11の上端面および下端
面に通常の隔壁厚さより厚い外周壁を形成して2個の電
極板13としている。
【0017】さらに、図5は断面形状が正方形である正
方形セル10を有し、外形がレーストラック型のハニカ
ム構造体11を用い、ハニカム構造体11の上端面およ
び下端面に導電性良好な材料からなる2個のプレートを
溶接して電極板13としたハニカムモノリスヒータの例
を示すものである。
方形セル10を有し、外形がレーストラック型のハニカ
ム構造体11を用い、ハニカム構造体11の上端面およ
び下端面に導電性良好な材料からなる2個のプレートを
溶接して電極板13としたハニカムモノリスヒータの例
を示すものである。
【0018】図6〜図7はそれぞれ断面形状が長方形で
ある長方形セル10を有し、外形が円柱形のハニカム構
造体11を用いた場合で、ハニカム構造体外周と同様の
曲率を持ったプレートを2個ハニカム構造体11の外周
壁に溶接して電極板13としたハニカムモノリスヒータ
の例を示すものである。本発明のハニカムモノリスヒー
タでは、ハニカム構造体の外周部に1ヶ所以上スリット
を設けて電気的に絶縁することが、ハニカム構造体から
なるヒータ部の発熱性を向上させる上で好ましい。
ある長方形セル10を有し、外形が円柱形のハニカム構
造体11を用いた場合で、ハニカム構造体外周と同様の
曲率を持ったプレートを2個ハニカム構造体11の外周
壁に溶接して電極板13としたハニカムモノリスヒータ
の例を示すものである。本発明のハニカムモノリスヒー
タでは、ハニカム構造体の外周部に1ヶ所以上スリット
を設けて電気的に絶縁することが、ハニカム構造体から
なるヒータ部の発熱性を向上させる上で好ましい。
【0019】また、ハニカム構造体の貫通孔(セル)の
断面形状は方形であるが、この場合、長辺と短辺の長さ
の比が、長辺長さ/短辺長さ=1〜5の範囲の整数とす
ることが好ましい。さらに本発明では、ハニカム構造体
の外周壁の厚さdo と貫通孔壁(セル壁)の厚さdc の
比が、do /dc ≦10となるように形成することが、
モノリスヒータの発熱性、機械特性のバランスの点から
好ましい。
断面形状は方形であるが、この場合、長辺と短辺の長さ
の比が、長辺長さ/短辺長さ=1〜5の範囲の整数とす
ることが好ましい。さらに本発明では、ハニカム構造体
の外周壁の厚さdo と貫通孔壁(セル壁)の厚さdc の
比が、do /dc ≦10となるように形成することが、
モノリスヒータの発熱性、機械特性のバランスの点から
好ましい。
【0020】なお、本発明のハニカムモノリスヒータ
は、金属質ハニカム構造体の隔壁及び気孔の表面をAl
2 O3 、Cr2 O3 等の耐熱性金属酸化物で被覆するこ
とが耐熱性、耐酸化性、耐食性が向上し好ましい。
は、金属質ハニカム構造体の隔壁及び気孔の表面をAl
2 O3 、Cr2 O3 等の耐熱性金属酸化物で被覆するこ
とが耐熱性、耐酸化性、耐食性が向上し好ましい。
【0021】本発明の基体であるハニカム構造体の構成
材料としては、通電により発熱する材料からなるもので
あれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい。
金属質の場合、例えばステンレス鋼やFe−Cr−A
l、Fe−Cr、Fe−Al、Fe−Ni、W−Co、
Ni−Cr等の組成を有する材料からなるものが挙げら
れる。上記のうち、Fe−Cr−Al、Fe−Cr、F
e−Alが耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価
で好ましい。
材料としては、通電により発熱する材料からなるもので
あれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい。
金属質の場合、例えばステンレス鋼やFe−Cr−A
l、Fe−Cr、Fe−Al、Fe−Ni、W−Co、
Ni−Cr等の組成を有する材料からなるものが挙げら
れる。上記のうち、Fe−Cr−Al、Fe−Cr、F
e−Alが耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価
で好ましい。
【0022】本発明のハニカム構造体は、多孔質であっ
ても非多孔質であってもよいが、触媒を担持する場合に
は、多孔質のハニカム構造体が触媒層との密着性が強く
熱膨張差による触媒の剥離が生ずることがほとんどない
ことから好ましい。次に、本発明のハニカム構造体のう
ち金属質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。ま
ず、所望の組成となるように、例えばFe粉末、Al粉
末、Cr粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉
末原料を調製する。次いで、このように調製された金属
粉末原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール
等の有機バインダー、水を混合した後、この混合物を断
面形状が方形であるハニカム形状に押出成形する。
ても非多孔質であってもよいが、触媒を担持する場合に
は、多孔質のハニカム構造体が触媒層との密着性が強く
熱膨張差による触媒の剥離が生ずることがほとんどない
ことから好ましい。次に、本発明のハニカム構造体のう
ち金属質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。ま
ず、所望の組成となるように、例えばFe粉末、Al粉
末、Cr粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉
末原料を調製する。次いで、このように調製された金属
粉末原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール
等の有機バインダー、水を混合した後、この混合物を断
面形状が方形であるハニカム形状に押出成形する。
【0023】なお、金属粉末原料と有機バインダー、水
の混合に際し、水を添加する前に金属粉末にオレイン酸
等の酸化防止剤を混合するか、あるいは予め酸化されな
い処理を施した金属粉末を使用することが好ましい。次
に、押出成形されたハニカム成形体を、非酸化雰囲気下
1000〜1400℃で焼成する。ここで、水素を含む
非酸化雰囲気下において焼成を行なうと、有機バインダ
ーがFe等を触媒にして分解除去され、良好な焼結体を
得ることができ、好ましい。
の混合に際し、水を添加する前に金属粉末にオレイン酸
等の酸化防止剤を混合するか、あるいは予め酸化されな
い処理を施した金属粉末を使用することが好ましい。次
に、押出成形されたハニカム成形体を、非酸化雰囲気下
1000〜1400℃で焼成する。ここで、水素を含む
非酸化雰囲気下において焼成を行なうと、有機バインダ
ーがFe等を触媒にして分解除去され、良好な焼結体を
得ることができ、好ましい。
【0024】焼成温度が1000℃未満の場合、成形体
が焼結せず、焼成温度が1400℃を超えると得られる
焼結体が変形するため、好ましくない。なお、望ましく
は、次いで、得られた焼結体の隔壁及び気孔の表面を耐
熱性金属酸化物で被覆する。この耐熱性金属酸化物によ
る被覆方法としては、下記の方法が好ましいものとして
挙げられる。
が焼結せず、焼成温度が1400℃を超えると得られる
焼結体が変形するため、好ましくない。なお、望ましく
は、次いで、得られた焼結体の隔壁及び気孔の表面を耐
熱性金属酸化物で被覆する。この耐熱性金属酸化物によ
る被覆方法としては、下記の方法が好ましいものとして
挙げられる。
【0025】金属ハニカム構造体を酸化雰囲気中70
0〜1200℃で熱処理する。 Al等を焼結体の隔壁及び気孔の表面にメッキ(例え
ば気相メッキ)し、酸化雰囲気中700〜1200℃で
熱処理する。 Al等の金属溶湯中に浸漬し、酸化雰囲気中700〜
1200℃で熱処理する。 アルミナゾル等を用い焼結体の隔壁及び気孔の表面に
被覆し、酸化雰囲気中700〜1200℃で熱処理す
る。
0〜1200℃で熱処理する。 Al等を焼結体の隔壁及び気孔の表面にメッキ(例え
ば気相メッキ)し、酸化雰囲気中700〜1200℃で
熱処理する。 Al等の金属溶湯中に浸漬し、酸化雰囲気中700〜
1200℃で熱処理する。 アルミナゾル等を用い焼結体の隔壁及び気孔の表面に
被覆し、酸化雰囲気中700〜1200℃で熱処理す
る。
【0026】尚、熱処理温度は、耐熱性、耐酸化性の点
で900〜1150℃とすることが好ましい。上記のよ
うにして得られた金属質ハニカム構造体の外周部に、押
出時の一体成形、ろう付け、溶接などの手段によって複
数の電極板を貫通孔壁とで形成される角度が鋭角となる
ように配置することにより、本発明のハニカムモノリス
ヒータが作製される。
で900〜1150℃とすることが好ましい。上記のよ
うにして得られた金属質ハニカム構造体の外周部に、押
出時の一体成形、ろう付け、溶接などの手段によって複
数の電極板を貫通孔壁とで形成される角度が鋭角となる
ように配置することにより、本発明のハニカムモノリス
ヒータが作製される。
【0027】電極板の面積は特に制限はないが、それが
小さ過ぎると電極付近での発熱量が大きくなり過ぎ、ま
た電極板の面積が大き過ぎると有効発熱面積が小さくな
り、いずれの場合にも通過ガスの加熱効率が低下する。
電極板の面積は、いわゆるセルやハニカム構造体の形
状、大きさにより適宜決定されるが、例えば、ハニカム
構造体が角柱状やレーストラック状のように外周部に平
行部をもつ場合には平行部全面に電極板を設けたり、一
方オーバルタイプや円柱形状の場合には、1個の電極板
の占める角度が5〜150°となるように設置すること
が好ましい。なお、図において電極板の占める角度は、
図1〜図2が20°、図3〜図4が70°、図5が13
0°、図6が45°、図7が90°である。
小さ過ぎると電極付近での発熱量が大きくなり過ぎ、ま
た電極板の面積が大き過ぎると有効発熱面積が小さくな
り、いずれの場合にも通過ガスの加熱効率が低下する。
電極板の面積は、いわゆるセルやハニカム構造体の形
状、大きさにより適宜決定されるが、例えば、ハニカム
構造体が角柱状やレーストラック状のように外周部に平
行部をもつ場合には平行部全面に電極板を設けたり、一
方オーバルタイプや円柱形状の場合には、1個の電極板
の占める角度が5〜150°となるように設置すること
が好ましい。なお、図において電極板の占める角度は、
図1〜図2が20°、図3〜図4が70°、図5が13
0°、図6が45°、図7が90°である。
【0028】また、ハニカム構造体の外周部にスリット
を設ける場合、押出成形時に貫通孔と平行に形成される
よう、一体成形することが工程短縮のためには好ましい
が、成形後、乾燥後あるいは焼成後にスリット加工する
ことも可能であり、この場合には、電気的に実質上絶縁
できれば、スリットは貫通孔と平行でなく斜めであって
も、曲線であってもよい。
を設ける場合、押出成形時に貫通孔と平行に形成される
よう、一体成形することが工程短縮のためには好ましい
が、成形後、乾燥後あるいは焼成後にスリット加工する
ことも可能であり、この場合には、電気的に実質上絶縁
できれば、スリットは貫通孔と平行でなく斜めであって
も、曲線であってもよい。
【0029】このハニカムモノリスヒータは、全体とし
てその抵抗値が0.001Ω〜0.5Ωの範囲となるよ
うに形成することが好ましい。なお、本発明のハニカム
モノリスヒータは、上記した特徴を有するヒータを複数
個電気的に直列に接続して構成することもできる。ま
た、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒を
担持させることにより、排気ガスの浄化反応(酸化反応
熱等)による温度上昇が期待できるため好ましい。
てその抵抗値が0.001Ω〜0.5Ωの範囲となるよ
うに形成することが好ましい。なお、本発明のハニカム
モノリスヒータは、上記した特徴を有するヒータを複数
個電気的に直列に接続して構成することもできる。ま
た、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒を
担持させることにより、排気ガスの浄化反応(酸化反応
熱等)による温度上昇が期待できるため好ましい。
【0030】金属質ハニカム構造体の表面に担持する触
媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担持
させたものである。ここで、大きな表面積を有する担体
としては、例えばAl2 O3 系、TiO2 系、SiO2
−Al2 O3 系などやペロブスカイト系のものが代表的
なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、例え
ばPt、Pd、Rh等の貴金属、Cu、Ni、Cr、C
o等の卑金属などを挙げることができる。上記のうち、
γ−Al2 O3 系にPt、Pd、Rhを10〜100g
/ft3 担持したものが好ましい。
媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担持
させたものである。ここで、大きな表面積を有する担体
としては、例えばAl2 O3 系、TiO2 系、SiO2
−Al2 O3 系などやペロブスカイト系のものが代表的
なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、例え
ばPt、Pd、Rh等の貴金属、Cu、Ni、Cr、C
o等の卑金属などを挙げることができる。上記のうち、
γ−Al2 O3 系にPt、Pd、Rhを10〜100g
/ft3 担持したものが好ましい。
【0031】本発明のハニカムモノリスヒータを、自動
車排ガス浄化用に用いる場合、一次電源としては、例え
ばバッテリー、オルタネーターが挙げられ、電気的に制
御された電流を用いることが特に好ましい。本発明にお
けるハニカム構造体のハニカム形状としては特に限定は
されないが、具体的には、例えば6〜1500セル/I
n2 (0.9〜233セル/cm2)の範囲のセル密度
を有するように形成することが好ましい。又、隔壁の厚
さは50〜2000μmの範囲が好ましい。
車排ガス浄化用に用いる場合、一次電源としては、例え
ばバッテリー、オルタネーターが挙げられ、電気的に制
御された電流を用いることが特に好ましい。本発明にお
けるハニカム構造体のハニカム形状としては特に限定は
されないが、具体的には、例えば6〜1500セル/I
n2 (0.9〜233セル/cm2)の範囲のセル密度
を有するように形成することが好ましい。又、隔壁の厚
さは50〜2000μmの範囲が好ましい。
【0032】また、上記したようにハニカム構造体は多
孔質であっても非多孔質もよくその気孔率は制限されな
いが、0〜50%、好ましくは25%未満の範囲とする
ことが強度特性、耐酸化性、耐食性の面から望ましい。
また、触媒を担持する場合には、触媒層との密着性の点
から5%以上の気孔率を有することが好ましい。尚、本
発明においてハニカム構造体とは、隔壁により仕切られ
た多数の貫通孔を有する一体構造をいい、その外形は円
柱形のほか矩形、楕円形など各種の任意な形状とするこ
とができる。
孔質であっても非多孔質もよくその気孔率は制限されな
いが、0〜50%、好ましくは25%未満の範囲とする
ことが強度特性、耐酸化性、耐食性の面から望ましい。
また、触媒を担持する場合には、触媒層との密着性の点
から5%以上の気孔率を有することが好ましい。尚、本
発明においてハニカム構造体とは、隔壁により仕切られ
た多数の貫通孔を有する一体構造をいい、その外形は円
柱形のほか矩形、楕円形など各種の任意な形状とするこ
とができる。
【0033】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 (実施例1)試料Aの製造:Fe−20Cr−5Al
(重量%)の組成になるように、Fe粉、Fe−Cr
粉、Fe−Al粉を配合し、これに有機バインダー(メ
チルセルロース)と酸化防止剤(オレイン酸)、水を添
加して坏土を調製しこれを押出成形し、乾燥後、図1に
示す如き、リブ厚4mil 、セル密度300個/平方イン
チの正方形セル10を持った外径110mmφ、厚さ6mm
のハニカム乾燥体を作成した。なお、外周壁の厚さは5
mil とした。また、外周壁には4ヶ所スリット12を形
成した。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 (実施例1)試料Aの製造:Fe−20Cr−5Al
(重量%)の組成になるように、Fe粉、Fe−Cr
粉、Fe−Al粉を配合し、これに有機バインダー(メ
チルセルロース)と酸化防止剤(オレイン酸)、水を添
加して坏土を調製しこれを押出成形し、乾燥後、図1に
示す如き、リブ厚4mil 、セル密度300個/平方イン
チの正方形セル10を持った外径110mmφ、厚さ6mm
のハニカム乾燥体を作成した。なお、外周壁の厚さは5
mil とした。また、外周壁には4ヶ所スリット12を形
成した。
【0034】次に、このハニカム乾燥体をH2 雰囲気で
焼成することにより、外径92mmφ、厚さ5mmのハニカ
ム構造体11を得た。次いでこのハニカム構造体11
に、γ−Al2 O3 を被覆コートし、次いで貴金属Pt
とPdを各々30g/ft3 、6g/ft3 担持し、6
00℃にて焼成することにより、触媒を担持したハニカ
ム構造体11を得、その後外周壁に2ヶ所電極13およ
び端子14をセットし、図1に示されるヒータ触媒Aと
した。
焼成することにより、外径92mmφ、厚さ5mmのハニカ
ム構造体11を得た。次いでこのハニカム構造体11
に、γ−Al2 O3 を被覆コートし、次いで貴金属Pt
とPdを各々30g/ft3 、6g/ft3 担持し、6
00℃にて焼成することにより、触媒を担持したハニカ
ム構造体11を得、その後外周壁に2ヶ所電極13およ
び端子14をセットし、図1に示されるヒータ触媒Aと
した。
【0035】試料Bの製造:上記した試料Aと同一の材
料と製法を用い、電極13と正方形セル10の相対的位
置のみ変えた、図2に示されるヒータ触媒Bを得た。な
お、ヒータ触媒A,Bの電気抵抗は各々0.025Ωで
あった。
料と製法を用い、電極13と正方形セル10の相対的位
置のみ変えた、図2に示されるヒータ触媒Bを得た。な
お、ヒータ触媒A,Bの電気抵抗は各々0.025Ωで
あった。
【0036】[評価]ヒータ触媒の性能評価は、図8に
示す装置を用いて行なった。すなわち、ガソリンエンジ
ン20からの排ガスを冷却器21で120℃まで冷却し
た後ヒータ触媒22に導入し、評価開始時間と同時にヒ
ータ触媒22に12Vのバッテリー23によってヒータ
触媒22中の熱電対24の温度が350℃になるよう
に、制御器25によりオン−オフ制御を行ないながら、
60秒間ヒータ触媒22に通電した。この時の60秒間
のHC,CO,NOX の平均浄化率を排ガス測定器26
で測定した。表1にヒータ触媒A,Bの平均浄化率を示
す。
示す装置を用いて行なった。すなわち、ガソリンエンジ
ン20からの排ガスを冷却器21で120℃まで冷却し
た後ヒータ触媒22に導入し、評価開始時間と同時にヒ
ータ触媒22に12Vのバッテリー23によってヒータ
触媒22中の熱電対24の温度が350℃になるよう
に、制御器25によりオン−オフ制御を行ないながら、
60秒間ヒータ触媒22に通電した。この時の60秒間
のHC,CO,NOX の平均浄化率を排ガス測定器26
で測定した。表1にヒータ触媒A,Bの平均浄化率を示
す。
【0037】
【表1】
【0038】(実施例2)上記した試料A、Bと同一の
材料と製法を用い、図3〜図4に示すような、リブ厚6
mil 、セル密度140個/平方インチの長方形セル(短
辺長さ:長辺長さ=1:2)を持ち、ハニカム構造体1
1の上端面および下端面の全面に厚さ1.5mmの2個の
電極板13を持ち、また、電極間のハニカム構造体11
の厚さ6mil の外周壁に、図3の場合には片面側が3個
(全体で6個)、図4の場合には1セル毎にスリット1
2を設けた、外径120×80mm、厚さ15mmの直方体
形状のハニカム乾燥体を押出しにより一体成形し、これ
をH2 雰囲気下で試料A,Bと同条件下で焼成してハニ
カム構造体11を得た。
材料と製法を用い、図3〜図4に示すような、リブ厚6
mil 、セル密度140個/平方インチの長方形セル(短
辺長さ:長辺長さ=1:2)を持ち、ハニカム構造体1
1の上端面および下端面の全面に厚さ1.5mmの2個の
電極板13を持ち、また、電極間のハニカム構造体11
の厚さ6mil の外周壁に、図3の場合には片面側が3個
(全体で6個)、図4の場合には1セル毎にスリット1
2を設けた、外径120×80mm、厚さ15mmの直方体
形状のハニカム乾燥体を押出しにより一体成形し、これ
をH2 雰囲気下で試料A,Bと同条件下で焼成してハニ
カム構造体11を得た。
【0039】これらのヒータの電気抵抗は各々0.02
Ωであった。これらのヒータについて、実施例1と同様
にして性能評価を行なったところ、平均浄化率は表2に
示す如くであった。
Ωであった。これらのヒータについて、実施例1と同様
にして性能評価を行なったところ、平均浄化率は表2に
示す如くであった。
【0040】
【表2】
【0041】(実施例3)Fe−20Al(重量%)の
組成になるように、Fe粉とFe−Al粉を配合し、こ
れに有機バインダー(メチルセルロース)と酸化防止剤
(オレイン酸)、水を添加して坏土を調製しこれを押出
成形し、乾燥後、図5に示す如き、リブ厚6mil 、セル
密度400個/平方インチの正方形セル10を持った、
150mm(平行部長さ)×70mm(平行部間距離)、厚
さ10mmのレーストラック型のハニカム乾燥体を作成し
た。外周壁の厚さは10mil であった。
組成になるように、Fe粉とFe−Al粉を配合し、こ
れに有機バインダー(メチルセルロース)と酸化防止剤
(オレイン酸)、水を添加して坏土を調製しこれを押出
成形し、乾燥後、図5に示す如き、リブ厚6mil 、セル
密度400個/平方インチの正方形セル10を持った、
150mm(平行部長さ)×70mm(平行部間距離)、厚
さ10mmのレーストラック型のハニカム乾燥体を作成し
た。外周壁の厚さは10mil であった。
【0042】次に、厚さ3mm、幅80mm、長さ10mmの
プレートを上記と同様に押出成形で作成し、平行部間に
スリット12を片面側に1個(全体で2個)設けた。続
いて、プレートをハニカム乾燥体の上端面および下端面
に添わせた後、H2雰囲気下で焼成し、図5に示すよう
な電極板13付きのハニカム構造体を得、ハニカムモノ
リスヒータとした。なお、焼成時の収縮は10%であっ
た。又、ヒータの電気抵抗は0.02Ωであった。
プレートを上記と同様に押出成形で作成し、平行部間に
スリット12を片面側に1個(全体で2個)設けた。続
いて、プレートをハニカム乾燥体の上端面および下端面
に添わせた後、H2雰囲気下で焼成し、図5に示すよう
な電極板13付きのハニカム構造体を得、ハニカムモノ
リスヒータとした。なお、焼成時の収縮は10%であっ
た。又、ヒータの電気抵抗は0.02Ωであった。
【0043】一方、実施例1の試料A、Bと同一の材料
と製法を用い、リブ厚3mil 、セル密度900個/平方
インチの長方形セルを持った外径110mmφ、厚さ15
mm、外周壁厚さ4mil の円柱形のハニカム乾燥体を作成
し、H2 雰囲気下で焼成した。次いで、図6〜図7のよ
うに、焼成体と同様の曲率を有するステンレス板を溶接
して電極板13とした後、ステンレス板間にスリット1
2を片面側に2個(全体で4個)設け、ハニカムモノリ
スヒータとした。なお、長方形セルの長辺長さと短辺長
さの比は、図6の場合が2:1、図7の場合が3:1と
した。また、ヒータの電気抵抗は各々0.02Ω、0.
015Ωであった。以上のようにして得られた図5〜図
7のハニカムモノリスヒータについて、実施例1と同様
にして性能評価を行なったところ、平均浄化率は表3に
示す如くであった。
と製法を用い、リブ厚3mil 、セル密度900個/平方
インチの長方形セルを持った外径110mmφ、厚さ15
mm、外周壁厚さ4mil の円柱形のハニカム乾燥体を作成
し、H2 雰囲気下で焼成した。次いで、図6〜図7のよ
うに、焼成体と同様の曲率を有するステンレス板を溶接
して電極板13とした後、ステンレス板間にスリット1
2を片面側に2個(全体で4個)設け、ハニカムモノリ
スヒータとした。なお、長方形セルの長辺長さと短辺長
さの比は、図6の場合が2:1、図7の場合が3:1と
した。また、ヒータの電気抵抗は各々0.02Ω、0.
015Ωであった。以上のようにして得られた図5〜図
7のハニカムモノリスヒータについて、実施例1と同様
にして性能評価を行なったところ、平均浄化率は表3に
示す如くであった。
【0044】
【表3】
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
均一な発熱性を有するとともに機械特性に優れたハニカ
ムモノリスヒータを提供でき、しかもこのハニカムモノ
リスヒータを簡易な工程により得ることができる。
均一な発熱性を有するとともに機械特性に優れたハニカ
ムモノリスヒータを提供でき、しかもこのハニカムモノ
リスヒータを簡易な工程により得ることができる。
【図1】本発明のハニカムモノリスヒータ(ヒータ触媒
A)の一例を示す断面図である。
A)の一例を示す断面図である。
【図2】本発明のハニカムモノリスヒータ(ヒータ触媒
B)の一例を示す断面図である。
B)の一例を示す断面図である。
【図3】本発明のハニカムモノリスヒータの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図4】本発明のハニカムモノリスヒータの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図5】本発明のハニカムモノリスヒータの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図6】本発明のハニカムモノリスヒータの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図7】本発明のハニカムモノリスヒータの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図8】ヒータ触媒の性能評価のための装置を示す説明
図である。
図である。
10 セル 11 ハニカム構造体 12 スリット 13 電極 14 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/03 F01N 3/20 F01N 3/24 H05B 3/10
Claims (2)
- 【請求項1】 断面形状が方形である多数の貫通孔を有
するハニカム構造体の外周部に、複数の電極板を設けた
ハニカムモノリスヒータであって、前記ハニカム構造体
は正特性サーミスタ特性を示さない通電により発熱する
材料からなり、かつ、電極板と貫通孔壁とで形成される
角度が鋭角となるように電極板を配置し、また、電極間
のハニカム構造体の外周部を1ヶ所以上電気的に絶縁し
たことを特徴とするハニカムモノリスヒータ。 - 【請求項2】 電極板と貫通孔壁とで形成される角度が
45°〜60°である請求項1記載のハニカムモノリス
ヒータ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3065419A JP3001281B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ハニカムモノリスヒータ |
US07/844,224 US5245825A (en) | 1991-03-06 | 1992-03-02 | Honeycomb monolith heater |
EP92301881A EP0502726B1 (en) | 1991-03-06 | 1992-03-05 | Honeycomb monolith heater |
DE69200557T DE69200557T2 (de) | 1991-03-06 | 1992-03-05 | Monolithisches Honigwabenheizgerät. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3065419A JP3001281B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ハニカムモノリスヒータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280086A JPH04280086A (ja) | 1992-10-06 |
JP3001281B2 true JP3001281B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=13286519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3065419A Expired - Fee Related JP3001281B2 (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | ハニカムモノリスヒータ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5245825A (ja) |
EP (1) | EP0502726B1 (ja) |
JP (1) | JP3001281B2 (ja) |
DE (1) | DE69200557T2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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US20090220697A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | William Peter Addiego | Washcoat composition and methods of making and using |
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JP5413398B2 (ja) * | 2011-04-08 | 2014-02-12 | トヨタ自動車株式会社 | 触媒コンバータ装置 |
JP5860465B2 (ja) * | 2011-07-11 | 2016-02-16 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
JP5692198B2 (ja) | 2012-02-24 | 2015-04-01 | 株式会社デンソー | ハニカム構造体 |
CN104245133B (zh) * | 2012-03-30 | 2016-08-24 | 日本碍子株式会社 | 蜂窝结构体 |
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JPWO2014148506A1 (ja) * | 2013-03-22 | 2017-02-16 | 日本碍子株式会社 | 還元剤噴射装置、排ガス処理装置及び排ガス処理方法 |
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