JP5617938B2 - 電気加熱式触媒 - Google Patents

Description

本発明は、電気加熱式触媒に関する。

通電により発熱する触媒の担体と、該触媒の担体を収容するケースと、の間に絶縁体のマットを設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマットによれば、触媒の担体に通電したときに、ケースに電気が流れることを抑制できる。しかし、排気中の粒子状物質（ＰＭ）がマットに付着すると、該ＰＭを介してケースに電気が流れる虞がある。また、内燃機関の始動直後などには、排気管壁面で排気中の水が凝縮することがある。液体となった水は排気に押されて下流側に流れ、触媒に到達する。この液体の水がマット内に浸入し電極まで達すると、電極とケースとの間の絶縁抵抗が低下するため電極からケースに電気が流れる虞がある。

また、真空装置の排気管の外壁に沿って電気ヒータを配設し、該電気ヒータの外周に耐熱性真空断熱材を巻き付ける技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、二重管の内管と外管との間に空気を有することで、触媒に導入される排気の温度を高温に保って排気浄化性能を向上させると共に、排気管の表面温度の上昇を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平０５−２６９３８７号公報 特開２００７−２９２１９９号公報 特開２００７−０１６７３９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することにある。

上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に設けられる内管と、
前記発熱体と前記内管との間及び前記内管と前記ケースとの間に設けられる電気を絶縁するマットと、
を備え、
前記内管は、前記マットよりも排気の流れ方向の上流側及び下流側へ突出しており、且つ、熱伝導率の異なる少なくとも２つの物質で構成され、表面よりも内側に熱伝導率の低いほうの物質が配置され、該熱伝導率の低いほうの物質を囲むように熱伝導率の高いほうの物質が配置される。

発熱体は、触媒の担体としてもよく、触媒よりも上流側に設けてもよい。発熱体に通電することにより該発熱体が発熱するため、触媒の温度を上昇させることができる。内管は、マットをケース側と発熱体側とに分割している。また、内管はマットにより支持されるため、該内管は、発熱体及びケースとは接触していない。

ここで、内燃機関の排気中には水分が含まれるため、ケースなどにおいて水が凝縮することがある。この水はケースの内面を流れてマットに付着し、その後マットに吸収される。ここで、内管がマットよりも排気の流れ方向の上流側及び下流側へ突出していることにより、ケースの内面を流れてくる水が、内管よりも発熱体側に流れ難くなる。このため、発熱体の上流側端部及び下流側端部において発熱体とケースとが短絡することを抑制できる。また、マットよりも突出した箇所においては温度が上昇し易いため、排気中の粒子状物質が付着しても酸化され易い。これによって、マットの上流側端部及び下流側端部に付着した粒子状物質による短絡を抑制できる。

ところで、内管のマットよりも突出した箇所には、排気の温度が低いときに粒子状物質が堆積することがある。この粒子状物質は、酸素濃度が高いほど、低い温度で酸化させることができる。このため、理論空燃比近傍で定常運転されていると、酸素濃度が低く且つ排気温度が低いために、粒子状物質が酸化され難い。一方、排気温度が低いときであっても、リーン空燃比で運転しているとき、または減速中に燃料カットを行っているときには排気中の酸素濃度が高くなるので粒子状物質を酸化させることができる。しかし、内燃機関をリーン空燃比で運転すると、排気中の有害物資が増加する虞があるため、酸素濃度の大幅な増加は困難である。また、減速時に燃料カットを行う場合には、酸素濃度を大幅に高くすることができるが、排気の温度が低くなるために、粒子状物質の酸化が困難となる。

これに対し、内管の壁内において、内部側よりも表面側のほうの熱伝導率がより高くなっていれば、内燃機関の始動から加速時にかけて内管の温度上昇を図り、且つ、減速時に内管の温度低下を抑制できる。すなわち、内燃機関の始動時や加速時に排気から内管が得た熱は、熱伝導率が高い物質が配置される表面側を主に伝導するため、該内管の表面温度が高くなる。一方、減速時には、温度の低い排気により内管から熱が奪われるため、該内管の表面の温度は低下する。ここで、排気は、主に内管の内周面（内管の表面であって発熱体を向く面）側を流通するため、減速時には、内管の内周面の温度は低下し易い。しかし、内管の外周面（内管の表面であってケースを向く面）側は、排気の流通量が少ない。また、内管の内部の熱伝導率が低いので、内管の外周面側は、内管の内周面側の温度低下の影響を受け難い。このため、内管の内周面側と比較して外周面側の温度は低下し難い。このように、内管の外周面側の温度低下を抑制できるため、排気中の酸素濃度が高い減速時においても内管の外周面に付着する粒子状物質を酸化させることができる。したがって、内管の表面を電気が流れることを抑制できる。

本発明においては、前記ケースの外側から前記発熱体に接続される電極と、
前記ケースと前記発熱体との間の前記電極の周りにおいて形成される空間であって、前記電極と前記マット及び前記内管とに隙間を設けることで形成される電極室と、
を備え、
前記内管は、前記電極室の周りに、前記熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される部位を有してもよい。

ここで、マットに吸収された水は該マット内を移動するが、ケース側から発熱体側への水の移動は内管によって遮られる。そうすると、水による短絡を抑制できる。また、マットに吸収された水は、排気の熱や発熱体の熱により蒸発するため、時間が経てば除去される。

しかし、マットに吸収された水が電極室へ到達すると、該電極室内から水を除去するのが困難となる。そして、電極室内に水が残留していると、短絡の虞がある。電極室内の水を除去するためには、該電極室の温度を高くすることが有効であるが、内管の断熱効果が高いと、該電極室の温度を上昇させ難い。これに対し、電極室の周りを熱伝導率が高いほうの物質のみで構成しておけば、発熱体で発生する熱や排気の熱を電極室内により多く供給することができるため、該電極室内の温度を早期に高くすることができる。これにより、電極室内の水を蒸発させて、速やかに除去することが可能となる。なお、前記熱伝導率が低いほうの物質から前記電極室までの距離を、前記熱伝導率が低いほうの物質から前記内管の上流側端部までの距離よりも長くするとしてもよい。

本発明においては、前記内管は、前記熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される部位を有し、前記部位よりも上流側において表面よりも内側に熱伝導率の低いほうの物質が配置され、該熱伝導率の低いほうの物質を囲むように熱伝導率の高いほうの物質が配置されてもよい。

ここで、内管は、下流側よりも上流側のほうが、減速時に温度の低下の度合いが大きい。すなわち、内管の上流側の部位は、減速時において温度の低い排気が流通することにより、温度が低下し易い。一方、内管の下流側の部位は、発熱体に流入する排気の温度が低くても、発熱体から熱を受けることができる。この発熱体は、熱容量が大きいために、温度の低い排気が通過しても、温度が低下し難い。このため、内管の下流側の部位では、温度が低下し難い。また、減速時には排気の量が少ないため、ケースから外部へ放出される熱の影響が相対的に大きくなる。このため、内管の外周面の温度が下がり易い。したがって、内管の下流側の部位では、内管の内部の熱伝導率を比較的高くして、内管の外周面の温度の低下を抑制するほうがよい。また、内管の下流側では、発熱体の熱により過熱し易くなるが、内管の内部の熱伝導率を比較的高くすることで過熱を抑制できる。

また、本発明においては、前記ケースの外側から前記発熱体に接続される電極と、
前記ケースと前記発熱体との間の前記電極の周りにおいて形成される空間であって、前記電極と前記マット及び前記内管とに隙間を設けることで形成される電極室と、
を備え、
前記内管の前記電極室よりも下流側は、前記熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される請求項３に記載の電気加熱式触媒。

このように、内管を電極室よりも上流側と下流側とに分けることにより、製造時のコストアップを抑制できる。

本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。

実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 内管の断面の拡大図である。 加速時における熱の移動の様子を示した図である。 内管の内周面側の温度と外周面側の温度との推移を示したタイムチャートである。 実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 電気加熱式触媒に流入する排気の温度（実線）と、電気加熱式触媒から流出する排気の温度（一点鎖線）と、の推移を示した図である。 参考例に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 内管の内周面の温度と外周面の温度との推移を示したタイムチャートである。

以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。

図１は、本実施例１に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管２に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。

図１に示す電気加熱式触媒１は、排気管２の中心軸Ａに沿って電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。

本実施例に係る電気加熱式触媒１は、中心軸Ａを中心にした円柱形の触媒担体３を備えている。そして、中心軸Ａ側から順に、触媒担体３、内管４、ケース５が備わる。また、触媒担体３と内管４との間、及び内管４とケース５との間には、マット６が設けられている。

触媒担体３には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体３の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体３は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体３の外形は、たとえば排気管２の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体３の断面形状は、たとえば楕円形で有っても良い。中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管４、及びケース５で共通の中心軸である。

触媒担体３には、触媒が担持される。触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体３には、電極７が２本接続されており、該電極７間に電圧をかけることにより触媒担体３に通電される。この触媒担体３の電気抵抗により該触媒担体３が発熱する。なお、本実施例においては触媒担体３が、本発明における発熱体に相当する。また、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合であっても、本実施例を同様に適用することができる。

マット６には、電気絶縁材が用いられ、たとえばアルミナを主成分とするセラミックファイバーが用いられる。マット６は、触媒担体３の外周面及び内管４の外周面に巻きつけられる。マット６は、触媒担体３の外周面（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体３に通電したときに、内管４及びケース５へ電気が流れることを抑制している。

内管４の材料には、ステンレス鋼材が用いられる。内管４は、中心軸Ａを中心とした管状に形成される。この内管４は、中心軸Ａ方向の長さがマット６より長い。このため、内管４は、マット６から上流側及び下流側に突出している。内管４の内径は、触媒担体３の外周をマット６で覆ったときの該マット６の外径と略同じで、内管４内にマット６及び触媒担体３を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力により内管４内に触媒担体３が固定される。

ここで、図２は、内管４の断面の拡大図である。内管４は、外層４１、内層４２、絶縁層４３を含んで構成されている。内層４２は、内管４の断面の内部に配置されている。そして、内層４２の周り全体を外層４１が囲み、さらに外層４１の周り全体を絶縁層４３が囲んでいる。外層４１には、内層４２よりも熱伝導率の高い材料が用いられる。内層４２には、気体、液体、固体の何れを用いることもできる。たとえば、内層４２に空気を用い、外層４１にステンレス鋼材を用いることができる。この場合、内管４の断面は、空気の層（内層４２）をステンレス鋼材の層（外層４１）が囲む中空構造となる。なお、内層４２よりも外層４１のほうの熱伝導率が高ければ、他の材料を用いることもできる。絶縁層４３は、たとえばセラミックなどの電気絶縁体を外層４１に塗布することにより形成される。なお、本実施例では、外層４１としてステンレス鋼材を選択し、内層４２として空気を選択している。

ケース５の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。ケース５は、中心軸Ａと平行な曲面を含んで構成される収容部５１と、該収容部５１よりも上流側及び下流側で該収容部５１と排気管２とを接続するテーパ部５２，５３と、を備えて構成されている。収容部５１の内側に、触媒担体３、内管４、及びマット６が収容される。テーパ部５２，５３は、収容部５１から離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。すなわち、触媒担体３よりも上流側のテーパ部５２では、上流側ほど断面積が小さくなり、触媒担体３よりも下流側のテーパ部５３では、下流側ほど断面積が小さくなる。収容部５１の内径は、内管４の外周をマット６で覆ったときの該マット６の外径と略同じで、収容部５１にマット６及び内管４を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力により収容部５１内に内管４が固定される。

触媒担体３には、電極７が２つ接続されている。この電極７を通すために、内管４及びケース５には、孔４０、５４が設けられている。内管４に設けられている孔４０においても、内層４２は外層４１に囲われており、外層４１は絶縁層４３に囲われている。また、電極７が触媒担体３に接続されるまでの該電極７の周りには、マット６を設けていない。そして、ケース５に開けられている孔５４には、電極７を支持する絶縁材８が設けられている。この絶縁材８は、ケース５と電極７との間に隙間なく設けられる。このようにして、ケース５内には、電極７の周りに閉じられた空間である電極室９が形成される。なお、内管４を、電極室９よりも上流側と、下流側と、に分割し、夫々を離して設置してもよい。また、マット６も、電極室９よりも上流側と下流側とに分割し、夫々を離して設置してもよい。そうすると、電極室９は、触媒担体３の周りを１周することになる。

このように構成された電気加熱式触媒１では、触媒担体３よりも上流側で凝縮した水が、排気管２やケース５の内壁を流れてマット６に付着することがある。このときには、収容部５１の内壁を水が流れてくるので、この水は内管４と収容部５１との間のマット６に付着する。すなわち、内管４がマット６よりも上流側及び下流側に突出しているため、水が内管４よりも内側に入り込むことが抑制される。これにより、マット６の上流端及び下流端においてケース５と触媒担体３とが水により短絡することが抑制される。

また、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）がマット６や内管４に付着すると、該ＰＭによりケース５と触媒担体３とが短絡する虞がある。しかし、内管４がマット６よりも突出することにより、突出した箇所においては排気の熱を受けて温度が高くなるので、該内管４に付着したＰＭを酸化させて除去することができる。これにより、ケース５と触媒担体３とがＰＭにより短絡することが抑制される。

このように構成された電気加熱式触媒１では、内燃機関の始動時または加速時に内管４が排気から熱を受けることにより該内管４の表面温度が速やかに上昇する。

ここで、図３は、加速時における熱の移動の様子を示した図である。排気は主に内管４よりも触媒担体３側を流れるため、加速時には内管４の外周面側４１Ｂよりも内周面側４１Ａでより多くの熱を受ける。また、内管４の内周面側４１Ａは、触媒担体３からも熱を受ける。なお、図３では、受ける熱の大きさを矢印の太さで示している。これらの熱は、熱伝導率が比較的高い外層４１を伝わる。また、熱伝導率が比較的低い内層４２が存在しているため、該内層４２を熱が移動して内管４の内周面側４１Ａからケース５に熱が伝わることが抑制される（図３の破線参照）。このため、内管４の内周面側４１Ａの温度が速やかに上昇するとともに、温度がより高くなる。

仮に、内管４の外層４１及び内層４２を共にステンレス鋼材で構成すると、内管４の内周面側４１Ａから内層４２へ熱が伝わり易くなるため、内管４とケース５との間のマット６を介してケース５へ熱が逃げ易くなる。このため、内管４の表面温度が上昇し難くなる。

また、内管４の表面に付着したＰＭを酸化させるためには、排気中の酸素濃度が高いときに内管４の表面温度が高くなっていることが望ましい。ここで、減速中の燃料カット時に排気中の酸素濃度が高くなるため、このときに内管４の表面温度が高ければ、ＰＭを酸化させることが可能である。

しかし、減速中の燃料カット時には、排気の温度が低いために内管４の表面温度が低下し易くなる。この温度低下は、より多くの排気が流通する内管４の内周面側４１Ａで顕著である。これに対し内管４は、内層４２を備えているため、内管４の内周面側４１Ａで表面温度が低下しても、内層４２の断熱効果により、内管４の外周面側４１Ｂの温度が低下することを抑制できる。

図４は、内管４の内周面側４１Ａの温度と外周面側４１Ｂの温度との推移を示したタイムチャートである。Ａで示される時刻よりも前は、定常運転がなされており、Ａで示される時刻よりも後は、減速中で且つ燃料カットが行われている。なお、「内層あり」とは、内管４の外層４１にステンレス鋼材を用い内層４２に空気を用いている場合を示しており、「内層なし」とは、内管４の外層４１及び内層４２にステンレス鋼材を用いている場合を示している。また、実線は内管４の外周面側４１Ｂの温度を示し、一点鎖線は内管４の内周面側４１Ａの温度を示し、破線は電気加熱式触媒１に流入する排気の温度を示している。また、Ｂで示される温度は、ＰＭを酸化可能な温度の下限値である。

内管４の内周面側４１Ａの温度（一点鎖線）の「内層あり」の場合と「内層なし」の場合とを比較すると、Ａで示される時刻よりも前において、「内層あり」の場合のほうが、「内層なし」の場合よりも温度が高い。これにより、「内層あり」の場合のほうが、ＰＭをより酸化させ易い。

次に、内管４の外周面側４１Ｂの温度（実線）の「内層あり」の場合と「内層なし」の場合とを比較する。「内層なし」の場合には、Ｃで示される時刻においてＢで示される温度となる。すなわち、「内層なし」の場合には、ＡからＣの期間においてＰＭを酸化可能である。一方、「内層あり」の場合には、Ｄで示される時刻においてＢで示される温度となる。すなわち、「内層あり」の場合には、ＡからＤの期間においてＰＭを酸化可能である。このように、「内層あり」の場合のほうが、燃料カット時においてＰＭを酸化可能な時間を長くすることができる。これにより、内管４にＰＭが堆積することを抑制できる。

以上説明したように本実施例によれば、内管４の内層４２の熱伝導率を外層４１の熱伝導率よりも低くすることで、該内管４の温度上昇を促進すること、及び、燃料カット時の内管４の温度低下を抑制することができる。すなわち、内層４２による断熱効果により、加速時には、内管４の内周面側４１Ａの温度をより高くすることができる。また、減速時には、内管４の外周面側４１Ｂの温度低下が抑制されるため、該外周面側４１ＢにおいてＰＭの酸化を促進させることができる。また、排気のほとんどは内管４よりも中心軸Ａ側を流通するために、内管４の外周面側４１Ｂは内周面側４１Ａと比較してＰＭの付着量が少ない。したがって、内管４の外周面側４１Ｂの温度低下を抑制することは、短絡を抑制するための有効な手段となる。

図５は、本実施例２に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。なお、実施例１に示す電気加熱式触媒１と同じ部材については同じ符号を付している。

ここで、マット６に付着した水は、排気の熱や触媒担体３の熱により蒸発する。しかし、マット６に付着する水の量が多くなると、その一部がすぐには蒸発せずにマット６内に滞留する。そして、水がマット６内を通って電極７の周りの電極室９まで到達し、該電極室９に滞留することがある。このようにして電極室９に存在する水は、たとえ蒸発しても除去し難い。そして、電極室９内に水蒸気が存在すると、電極７とケース５との絶縁抵抗が大きく低下する。そうすると、触媒担体３の温度を上昇させる要求があったときに、通電が不可能となる虞がある。

ここで、実施例１のように内管４の内部の熱伝導率を低くすると、触媒担体３からの熱が電極室９へ伝わり難くなるため、電極室９の温度が上昇し難くなる。このため、電極室９の内部に水が残留し易くなる。これに対し本実施例２では、内管４００の構造が実施例１と異なる。

すなわち、内管４００の電極室９の周り（図５の破線で囲まれる領域）は、熱伝導率が高い物質のみで構成している。すなわち、内層４５から電極室９までの距離が、実施例１よりも長い。これは、内層４５の領域を電極室９から遠ざかる方向へ小さくしているとしてもよく、外層４４の領域を電極室９から遠ざかる方向へ大きくしているとしてもよい。また、内層４５から電極室９までの距離が、内層４５から、内管４００の上流側端部までの距離よりも長いとしてもよい。さらに、内管４００の電極室９の周りにおいては、内層４５と外層４４との熱伝導率を同じにしているとしてもよい。また、内管４００に中空の部材を用いる場合には、電極室９の周りは中空とせずに、熱伝導率の比較的高い材料（例えばステンレス鋼材）で構成するとしてもよい。熱伝導率が高い物質のみで構成する範囲は、電極室９内の温度を水の除去に必要な温度まで上昇させることができるように設定する。さらに、内管４００に付着したＰＭの除去が可能なように設定してもよい。なお、内管４００の電極室９の周りにおいて、外層４４よりも内層４５の熱伝導率を高くしてもよい。

このように構成することで、触媒担体３から電極室９に伝わる熱の量を多くすることができる。すなわち、排気の熱、触媒において未燃燃料が反応して発生する熱、通電により発生する熱などを電極室９により多く伝導することができる。これにより、電極室９内の温度を露点温度以上に速やかに上昇させることができるため、凝縮水による絶縁性能の低下を抑制できる。

図６は、本実施例３に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。なお、実施例１に示す電気加熱式触媒１と同じ部材については同じ符号を付している。

図６に示す電気加熱式触媒１１は、内管が、電極室９よりも上流側の内管４０１と、電極室９よりも下流側の内管４０２と、に分割されている。なお、マット６も、電極室９よりも上流側と下流側とに分割されている。このため、電極室９は、触媒担体３の周りを１周している。また、電極室９よりも上流側の内管４０１と、電極室９よりも下流側の内管４０２と、には、実施例１と同様に絶縁層が設けてある。そして、電極室９よりも上流側の内管４０１においては、外層４１よりも内層４２の熱伝導率を低くしている。一方、電極室９よりも下流側の内管４０２は、外層４１と同じ熱伝導率が高い物質のみで構成されている。これは、内管４０２において外層と内層との熱伝導率が同じであるとしてもよい。なお、本実施例においては電極室９よりも下流側の内管４０２が、本発明における熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される部位に相当する。

ここで、図７は、電気加熱式触媒１１に流入する排気の温度（実線）と、電気加熱式触媒１１から流出する排気の温度（一点鎖線）と、の推移を示した図である。Ａで示される時刻において、減速が開始され同時に燃料カットが行われている。Ｂで示される温度は、ＰＭを酸化可能な温度の下限値である。

電気加熱式触媒１１に流入する排気の温度は、燃料カットによりすぐに低下して、Ｂで示される温度よりも低くなる。一方、電気加熱式触媒１１から流出する排気の温度は、Ｂで示される温度よりも低くなるまでに時間がかかる。すなわち、電気加熱式触媒１１は熱容量が比較的大きなため、電気加熱式触媒１１に流入する排気の温度が低下しても、該排気には電気加熱式触媒１１から熱が与えられるため、電気加熱式触媒１１から流出する排気の温度の低下度合いは小さい。このため、電極室９よりも下流側の内管４０２は、電極室９よりも上流側の内管４０１よりも、Ｂで示される温度以上となる時間が長い。

また、燃料カット時には排気の流量が少ないため、ケース５からの放熱による温度低下の影響が相対的に大きくなる。このため、内管４０２の外周面側の温度が下がり易い。これらの理由から、電極室９よりも下流側の内管４０２では、熱伝導率が低い層（例えば、空気の層）を設ける必要がない。

そして、内管４０２を１つの材料（例えば、ステンレス鋼材）のみから構成することにより、コストを削減することができる。また、電極室９よりも下流側の内管４０２において内管４０２の内周面側から外周面側へより多くの熱を移動させることにより、該内管４０２の内周面側及び外周面側の温度を高く維持することができる。また、下流側の内管４０２において、熱をケース５へ逃がすことができるため、該内管４０２が過熱することを抑制できる。なお、電極室９よりも下流側の内管４０２では、外層よりも内層の熱伝達率を大きくしてもよい。また、本実施例では、内層４２が形成される範囲を電極室９よりも上流側としているが、この境界は、電極室９よりもさらに上流側もしくは下流側に設定することもできる。

（参考例）
図８は、本参考例に係る電気加熱式触媒１２の概略構成を示す図である。実施例３に示す電気加熱式触媒１１と異なる点について説明する。なお、実施例３に示す電気加熱式触媒１１と同じ部材については同じ符号を付している。

本参考例は、実施例３と比較して以下の点が相違する。すなわち、電極室９よりも上流側の内管４０３の内層４６に、空気よりも比熱が高い材料を用いる。また、空気よりも比熱及び熱伝導率が高い材料を用いるとなおよい。なお、ステンレス鋼材の比熱は例えば０．５９（J/(g・k)）であり、空気の比熱は例えば１．００６（J/(g・k)）であるため、ステンレス鋼材よりも空気のほうの比熱が高い。

ここで、電極室９よりも上流側の内管４０３の表面温度を維持しようとした場合に、内管４０３の内層４６に比熱の高い材料を用いたほうが有利となる。すなわち、燃料カット時において温度の低い排気が流通することで内管４０３の表面が冷却されたとしても、内管４０３の内層４６から外層４１へ熱を供給することができる。このため、外層４１の温度が下がることを抑制できる。なお、電極室９よりも下流側の内管４０２も同じ構成としてもよい。

ここで、図９は、内管４０３の内周面側の温度と外周面側の温度との推移を示したタイムチャートである。Ａで示される時刻よりも前は、定常運転がなされており、Ａで示される時刻よりも後は、減速中で且つ燃料カットが行われている。なお、「空気層」とは、内管４０３の内層４６に空気を用いている場合を示しており、「高比熱層」とは、内管４０３の内層４６に空気よりも比熱の高い材料を用いている場合を示している。また、実線は内管４０３の外周面側４１Ｂの温度を示し、一点鎖線は内管４０３の内周面側４１Ａの温度を示し、破線は電気加熱式触媒１２に流入する排気の温度を示している。また、Ｂで示される温度は、ＰＭを酸化可能な温度の下限値である。図９のＣで示される時刻は、図４のＣで示される時刻と同じである。

ここで、内管４０３の外周面側４１Ｂの温度（実線）の「空気層」の場合と「高比熱層」の場合とを比較しても、大きな差はない。一方、内管４０３の内周面側４１Ａの温度（一点鎖線）の「空気層」の場合と「高比熱層」の場合とを比較すると、「高比熱層」のほうが温度の低下の度合いが小さい。そして、「空気層」の場合には、内周面側４１Ａよりも外周面側４１ＢのほうがＢで示される温度以上の期間が長い。すなわち、「空気層」の場合には、外周面側４１Ｂの温度がＥで示される時刻においてＢで示される温度となるため、ＡからＥの期間においてＰＭを酸化可能である。一方、「高比熱層」の場合には、外周面側４１Ｂよりも内周面側４１ＡのほうがＢで示される温度以上の期間が長い。すなわち、「高比熱層」の場合には、内周面側４１Ａの温度がＦで示される時刻においてＢで示される温度となるため、ＡからＦの期間においてＰＭを酸化可能である。すなわち、「高比熱層」の場合ほうが「空気層」の場合よりも、ＰＭを酸化可能な温度以上に維持される時間が長い。これにより、内管４０３にＰＭが堆積することを抑制できる。

以上説明したように本参考例によれば、内管４０３の内層４６の比熱をより高くすることで、該内管４０３の内周面側４１Ａの温度低下を抑制することができるため、ＰＭが堆積することを抑制できる。

１ 電気加熱式触媒
２ 排気管
３ 触媒担体
４ 内管
５ ケース
６ マット
７ 電極
８ 絶縁材
９ 電極室
４１ 外層
４２ 内層

Claims (4)

1. 通電により発熱する発熱体と、
   前記発熱体を収容するケースと、
   前記発熱体と前記ケースとの間に設けられる内管と、
   前記発熱体と前記内管との間及び前記内管と前記ケースとの間に設けられる電気を絶縁するマットと、
   を備え、
   前記内管は、前記マットよりも排気の流れ方向の上流側及び下流側へ突出しており、且つ、熱伝導率の異なる少なくとも２つの物質で構成され、表面よりも内側に熱伝導率の低いほうの物質が配置され、該熱伝導率の低いほうの物質を囲むように熱伝導率の高いほうの物質が配置される電気加熱式触媒。
2. 前記ケースの外側から前記発熱体に接続される電極と、
   前記ケースと前記発熱体との間の前記電極の周りにおいて形成される空間であって、前記電極と前記マット及び前記内管とに隙間を設けることで形成される電極室と、
   を備え、
   前記内管は、前記電極室の周りは、熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される請求項１に記載の電気加熱式触媒。
3. 前記内管は、前記熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される部位を有し、前記部位よりも上流側において表面よりも内側に熱伝導率の低いほうの物質が配置され、該熱伝導率の低いほうの物質を囲むように熱伝導率の高いほうの物質が配置される請求項１に記載の電気加熱式触媒。
4. 前記ケースの外側から前記発熱体に接続される電極と、
   前記ケースと前記発熱体との間の前記電極の周りにおいて形成される空間であって、前記電極と前記マット及び前記内管とに隙間を設けることで形成される電極室と、
   を備え、
   前記内管の前記電極室よりも下流側は、前記熱伝導率が高いほうの物質のみで構成される請求項３に記載の電気加熱式触媒。

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