JP4325060B2

JP4325060B2 - 積層発熱体

Info

Publication number: JP4325060B2
Application number: JP2000054074A
Authority: JP
Inventors: 美文伊藤; 潤二乙部; 幸一足立; 英樹木村; 昌徳上原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001244054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状発熱体を複数積層してなる積層発熱体に関するものであり、例えば、車両等の内燃機関の排気を浄化するための自己発熱型触媒コンバータ、燃焼装置に用いられる液体燃料気化用のヒータ、燃焼装置に用いられる触媒燃焼部等に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
帯状発熱体を複数積層してなる積層発熱体の一例として、自己発熱型触媒コンバータを用いて従来技術を説明する。車両等の内燃機関の始動直後は、排気熱による触媒コンバータの受熱量が少なく、活性化温度に達するのに時間がかかる。そこで、特開平６−２５４４０４号公報に開示されるように、表面に触媒が担持された積層発熱体（自己発熱型触媒コンバータ）を通電することによって、触媒の温度を上昇させて速やかに触媒を活性化させるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
積層発熱体は、一般的に、帯状のメタル箔よりなる平板および波板の表面にアルミナ等の絶縁皮膜を析出させ、それを重ね合わせた帯状発熱体を巻回した構造を採用している。
しかし、絶縁皮膜が形成されたメタル箔の幅方向（流体が通過する方向）の端（以下、箔角部）は、図６に示す拡大写真に示すように、アルミナが脆いバリとなって析出する不具合がある。
【０００４】
このような帯状発熱体を巻回すると、箔角部が隣合う箔角部と接触することとなる。つまり、脆いバリとバリとが当接した状態で巻回されることとなり、脆いバリが滑落して局所的に電気的な短絡が発生し、発熱が不安定になることがある。このような局所的な短絡が発生すると、触媒に加熱ムラが発生して局所的に活性化が遅れたり、メタル箔が局所的に溶断するといった不具合が生じてしまう。
【０００５】
帯状発熱体を構成するメタル箔の表面の絶縁皮膜は、箔角部が脆く、平面部分が強固に形成される点に着目してこの発明は成されたものであり、その目的は帯状発熱体を積層した際に、箔角部の脆いバリが滑落するようなことがあっても、局所的な短絡の発生することのない積層発熱体の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１〜４の手段〕
請求項１〜４に記載の積層発熱体の箔角部は、隣合う箔角部と接することがなく、箔角部に形成されたバリが滑落するようなことがあっても、局所的な短絡が発生せず、局所的な加熱ムラの発生が抑えられる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の積層発熱体は、平板および波板の長手方向の端部両面が、絶縁皮膜が除去された状態で通電用の金属に接合されたものである。これによって、平板および波板を確実に通電して発熱させることができる。また、これまではガス溶接による接合だったのを電気溶接によって接合でき、接合に要するコストを抑えることが可能になる。
【０００９】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の積層発熱体は、絶縁皮膜の表面に触媒が担持された帯状発熱体であるため、触媒燃焼装置の触媒燃焼部や自己発熱型触媒コンバータなど、触媒を用いた流体加熱装置に本発明を適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下では先ず図面を参照して参考例を説明し、その後で本発明が適用された実施の形態を図面を参照して説明する。
〔参考例〕
図１〜図３は自己発熱型触媒コンバータを示す図面であり、自己発熱型触媒コンバータの構成を図２の構成図に示す。
自己発熱型触媒コンバータは、図示しない通電手段によって電圧が印加される中心電極１、この中心電極１の周囲に触媒が担持された帯状発熱体２を巻回して形成した積層発熱体３、この積層発熱体３の周囲に接合された外側電極４を備えるものであり、中心電極１と外側電極４との間で通電が可能な構成とされている。さらに、中心電極１には、電力供給のための電源５がスイッチ６を介して設けられている。そして、図示しない外筒が外側電極４を介して積層発熱体３を包み込むように支持することによって、自己発熱型触媒コンバータが車両の排気通路内に配置される。
【００１１】
積層発熱体３を構成する帯状発熱体２は、通電抵抗によって発熱する帯状のメタル箔（例えば厚さ５０μｍのＦｅ−Ｃｒ−Ａｌフェライト系ステンレス箔）よりなる平坦な平板２ａと連続する波状の波板２ｂを重ね合わせたものであり、平板２ａおよび波板２ｂの表面にはアルミナ等の薄い絶縁皮膜が形成されており、さらにその表面にはＰｔ、Ｐｄ等の触媒が担持されたものである。
【００１２】
次に、自己発熱型触媒コンバータの製造工程を説明する。
平板２ａおよび波板２ｂを構成するメタル箔の材質は、Ｃｒが１８〜２４wt％、Ａｌが４．５〜５．５wt％、希土類（ＲＥＭ）が０．０１〜０．２wt％で、残部がＦｅからなるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ組成よりなり、その板厚が０．０５ｍｍで、幅がＬ1 （例えば２４ｍｍ）の帯状のものである。また、連続して折り曲げ形成されてなる波板２ｂは、波の高さが１．８ｍｍ、ピッチ３．８ｍｍの波形に、幅がＬ2 （例えば２２ｍｍ）の帯状のメタル箔を加工したものである。
【００１３】
メタル箔の表面に絶縁皮膜を形成する手段としては、８００℃〜１２００℃で１〜１０時間焼成することによって、金属表面に絶縁性のアルミナを析出させる手段を採用している。
もし、上記のアルミナ析出手段でも十分な絶縁皮膜が得られない場合は、例えば、アルミナゾルを含浸した水溶液を付着させ、８００℃〜１２００℃の温度で１〜１０時間焼成する。この焼成によって、アルミナゾルがアルミナとなり、強固な絶縁皮膜となる。
【００１４】
絶縁皮膜が形成された平板２ａおよび波板２ｂの長手方向の両端部両面の絶縁皮膜をやすり等によって除去する（絶縁皮膜が除去された部分を図３のＡに示す）。その平板２ａおよび波板２ｂを図１に示すように重ね合わせ、その一端を中心電極１にスポット溶接にて固定する。次に、平板２ａおよび波板２ｂよりなる帯状発熱体２を中心電極１の周囲に渦状に巻き付け、外側電極４内に挿入する。その後、平板２ａおよび波板２ｂの他端を、放電溶接などの電気溶接によって外側電極４に固定する。
【００１５】
次に、渦状に巻回された積層発熱体３を、γ−Ａｌ₂Ｏ₃を含有したスリラー中に含浸し、焼成するウォッシャコートを行う。その後、触媒金属、例えばＰｔ、Ｒｈを溶解した水溶液中に含浸して、再度焼成する。その結果、γ−Ａｌ₂Ｏ₃と触媒物質とが付着する。以上によって、積層発熱体３の表面に触媒が担持された自己発熱型触媒コンバータが完成する。
【００１６】
以上の構成の自己発熱型触媒コンバータは、内燃機関の排気通路内に装着されるもので、図示しない主触媒装置（例えば、セラミック製ハニカムの表面に触媒が担持されたもの）の上流側に配置される。
触媒は活性化温度以上に昇温しないと排ガス浄化作用を起こさないため、主触媒装置が比較的低温の場合に自己発熱型触媒コンバータが通電される。具体的には、内燃機関の始動後、図示しない制御手段によって直ちにスイッチ６がONされて電源５から１２Ｖで約４０Ａの電力が中心電極１に供給される。すると、電流が中心電極１から積層発熱体３の外側へ向かって、渦巻き状に平板２ａおよび波板２ｂを通って流れ、積層発熱体３が昇温、発熱する。電極が供給されてから、約２０秒間（エンジンアイドリング状態）で積層発熱体３が約４５０℃に加熱され、触媒物質が活性化して積層発熱体３を通過する排気ガスを浄化するとともに、下流へ流れる高温の排気ガスによって主触媒装置が素早く昇温する。
【００１７】
なお、主触媒装置が触媒の活性化温度以上に昇温した時期に、スイッチ６がOFF されて自己発熱型触媒コンバータへの通電が停止されるが、その時期は内燃機関がウォームアップされて自己発熱型触媒コンバータおよび主触媒装置が十分に余熱されて触媒が自立活性化を継続するため、排気ガス中の有毒成分の浄化は継続される。
【００１８】
上記に示したように、絶縁皮膜が形成された帯状発熱体２は、図１に示されるように、幅Ｌ1 の平板２ａと、幅Ｌ2 の波板２ｂとを重ね合わせて形成したことにより（Ｌ1 ＞Ｌ2 ）、平板２ａと波板２ｂの幅端部に段差Ｌ3 ができる。このため、帯状発熱体２が巻回された際に、電位の異なる隣合った帯状発熱体２の箔角部どうしが接触することなく、幅の狭い波板２ｂの箔角部が平板２ａの平面部分に接する状態になる。
【００１９】
このため、帯状発熱体２を巻回した際に、波板２ｂの箔角部に形成された脆いバリが圧迫されて滑落するようなことがあっても、バリが滑落した部分は絶縁皮膜が強固に形成された平面部分に接するため、局所的な短絡が発生しない。
この結果、自己発熱型触媒コンバータが通電された際に、触媒に加熱ムラが発生して局所的に活性化が遅れる不具合がなく、メタル箔が局所的に溶断する不具合も生じない。
【００２０】
この参考例の積層発熱体３は、平板２ａと波板２ｂとを接合してなる帯状発熱体２を積層したハニカム状を呈するものであり、通電により発熱して担持された触媒を素早く活性化温度に昇温して触媒作用を得ることができるとともに、通過する排気ガスを加熱して下流の主触媒装置を素早く昇温して触媒作用を得ることができ、結果的に内燃機関の始動直後の排気ガスを素早く浄化できる。
【００２１】
この参考例の積層発熱体３は、平板２ａおよび波板２ｂの長手方向の端部両面が、絶縁皮膜が除去された状態で中心電極１および外側電極４に接合される。これによって、平板２ａおよび波板２ｂが確実に通電されて発熱する。また、これまではガス溶接による接合だったのを電気溶接にでき、接合に要するコストを抑えることができる。
【００２２】
〔第１実施形態〕
図４は帯状発熱体２の要部を示す図面である。
上記の参考例では、幅の広い平板２ａと幅の狭い波板２ｂと（Ｌ1 ＞Ｌ2 ）を重ね合わせて、平板２ａと波板２ｂの幅端部に段差Ｌ3 を設けた例を示したが、この第１実施形態では参考例とは逆に、幅の狭い平板２ａと幅の広い波板２ｂと（Ｌ1 ＜Ｌ2 ）を重ね合わせて、平板２ａと波板２ｂの幅端部に段差Ｌ3 を設けたものである。このように設けても、参考例で示した効果を得ることができる。
【００２３】
〔第２実施形態〕
図５は帯状発熱体２の要部を示す図面である。
上記の第１実施形態では、幅の異なる平板２ａと波板２ｂと（Ｌ1 ≠Ｌ2 ）を重ね合わせて、平板２ａと波板２ｂの幅端部に段差Ｌ3 を設けた例を示したが、この第２実施形態では幅が同じ平板２ａと波板２ｂと（Ｌ1 ＝Ｌ2 ）の重なりを幅方向にずらすことにより、平板２ａと波板２ｂの幅端部に段差Ｌ3 を設けたものである。このように設けても、参考例で示した効果を得ることができる。
【００２４】
〔他の実施形態〕
上記では、平板２ａと波板２ｂとからなる１条の帯状発熱体２を中心電極１の周囲に巻回した例を示したが、平板２ａおよび波板２ｂを１セットとし、それを複数セット（例えば６セット）中心電極１にスポット溶接にて固定して、中心電極１の周囲に平板２ａと波板２ｂとが交互に重なるように渦状に巻回して並列通電経路の積層発熱体３を構成しても良い。
上記では、積層発熱体３に触媒を担持して自己発熱型触媒コンバータに適用した例を示したが、触媒燃焼装置の触媒燃焼部に適用しても良い。また、触媒を担持しない積層発熱体３を設けて、液体燃料の気化用ヒータに適用したり、暖房用のヒータ等に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】帯状発熱体の要部斜視図である。
【図２】自己発熱型触媒コンバータの構成図である。
【図３】中心電極に接合された平板および波板を示す斜視図である。
【図４】帯状発熱体の要部斜視図である。
【図５】帯状発熱体の要部斜視図である。
【図６】箔角部に析出したアルミナによるバリを示す拡大写真である。
【符号の説明】
１中心電極
２帯状発熱体
３積層発熱体
４外側電極
２ａ平板
２ｂ波板

Claims

通電によって発熱するメタル箔の表面に絶縁皮膜が形成された帯状発熱体を巻回して積層してなる積層発熱体であって、
前記帯状発熱体は、前記絶縁皮膜が表面に形成された平板と波板とを接合してなるものであり、
前記帯状発熱体の波板の帯幅が前記平板の帯幅に対し幅が広く設けられることで、前記波板は前記平板の帯幅方向両端からはみ出した状態で接合されており、
前記積層発熱体は、前記帯状発熱体を巻回して積層したハニカム状を呈し、
巻回して重ね合わさることで隣接し合う前記帯状発熱体の帯幅方向の端同士がずらされた状態で重ね合わされて設けられたことを特徴とする積層発熱体。
通電によって発熱するメタル箔の表面に絶縁皮膜が形成された帯状発熱体を巻回して積層してなる積層発熱体であって、
前記帯状発熱体は、前記絶縁皮膜が表面に形成された平板と波板とを接合してなるものであり、
前記帯状発熱体の波板の帯幅と前記平板の帯幅は共に同じ幅で設けられ、前記波板と前記平板は帯幅方向に互いにずれた状態で接合されており、
前記積層発熱体は、前記帯状発熱体を巻回して積層したハニカム状を呈し、
巻回して重ね合わさることで隣接し合う前記帯状発熱体の帯幅方向の端同士がずらされた状態で重ね合わされて設けられたことを特徴とする積層発熱体。
請求項１または請求項２の積層発熱体において、
前記平板および前記波板は、長手方向の端部両面の前記絶縁皮膜が除去された状態で通電用の金属に接合されたものであることを特徴とする積層発熱体。
請求項１ないし請求項３のいずれかの積層発熱体において、
前記帯状発熱体は、前記絶縁皮膜の表面に触媒が担持されたものであることを特徴とする積層発熱体。