JP5625796B2 - 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。

電気加熱式触媒において、通電により発熱する発熱体である触媒担体の外周における一部分とその一部分とは周の反対側部分とに電極を設ける技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開平０６−１７０２４３号公報 特開平０７−１８９６６２号公報 特開平０７−０１９０３４号公報

上記の特許文献１のような技術において、触媒担体とケースである金属シェルとの間の触媒担体の外周部に絶縁部材であるマットを設け、マットに絶縁層を設けると、絶縁層と金属シェル内周面との間に凝縮水が浸入し、凝縮水が滞留してしまう。滞留した凝縮水は、電極へ到達し電極に濡れ広がることで、電極と金属シェルとの間の絶縁抵抗を低下させてしまう。特に、触媒担体の軸方向中央部の外周に電極室を設ける構成では、電極室に凝縮水が溜まり電極と金属シェルとの間の絶縁抵抗をさらに低下させるおそれがある。

本発明の目的は、電気加熱式触媒において、電極とケースとの間の絶縁抵抗の低下を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
気体流通箇所に配置される発熱体であって、通電により発熱して触媒を加熱する発熱体と、
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電気を絶縁する絶縁部材と、
前記発熱体に電気を供給する電極であって、前記発熱体の気体流通方向上流側から下流へ延びて前記絶縁部材に覆われた前記発熱体の外周面に接続される電極と、
を備えたことを特徴とする電気加熱式触媒である。

本発明によると、電極が発熱体の気体流通方向上流側から配置されているので、発熱体の気体流通方向上流側に到来する高温の排気で電極付近の温度を上昇させることができる。よって、電極付近の凝縮水は除去され、電極付近を乾燥状態に維持することができるので、電極に凝縮水が付着することに起因する、電極とケースとの間の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。また、電極は発熱体の外周面に接続されるので、発熱体の一部に電気を供給することができないということがなく、発熱体に非通電領域が生じ難い。また、発熱体の外周面に接続された電極は絶縁部材に覆われているので、電極の絶縁性能も良好となる。

前記電極は、前記発熱体と前記ケースとの間を碍子で覆われているとよい。

本発明によると、発熱体とケースとの間の電極が碍子で覆われているので、絶縁性能を向上させることができる。

前記電極は、前記発熱体の左右両側で前記発熱体の外周面に接続される一対の電極であるとよい。

本発明によると、凝縮水等の水分が滞留し易い発熱体の下側に電極を配置する必要が無くなり、滞留した水分が電極に伝わり難く、電極に水分が付着することに起因する、電極とケースとの間の絶縁抵抗の低下をより抑制することができる。また、一対の電極が発熱体の左右両側で発熱体の外周面に接続されるので、一対の電極で発熱体の左右間に通電して発熱体の全体に電気を供給することができ、発熱体に非通電領域が生じない。

本発明によると、電気加熱式触媒において、電極とケースとの間の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。

本発明の実施例１に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例２に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例３に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例４に係る電極の概略構成を示す図である。 実施例５に係る電極の概略構成を示す図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る電気加熱式触媒（以下、ＥＨＣという）の概略構成を示す図である。図１（ａ）はＥＨＣを排気流れ方向上流側から見た図であり、図１（ｂ）はＥＨＣの半断面である図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す図である。図１に示すＥＨＣ１は、排気が流通する箇所である内燃機関の排気通路２の一部に配置されている。本実施例の排気が流通する箇所である排気通路２が、本発明の気体流通箇所に対応する。また、以下で説明する本実施例の排気流れ方向が、本発明の気体流通方向に対応する。

ＥＨＣ１は、触媒担体３、排気浄化触媒４、電極５、ケース６、及びマット７を備えている。ＥＨＣ１の触媒担体３は、円柱状に形成されており、その中心軸が排気流れ方向と同じ排気通路２の中心軸と同軸となるように設置されている。触媒担体３には排気浄化触媒４が担持されている。排気浄化触媒４としては、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒及び三元触媒等を例示することができる。

触媒担体３は、通電されると自身が有する電気抵抗で発熱する材料によって形成されている。触媒担体３が、本発明の発熱体に対応する。触媒担体３の材料としては、ＳｉＣを例示することができる。触媒担体３は、排気流れ方向に延び且つ排気流れ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。この通路に排気を流通させる。触媒担体３には、電極膜８を介して電極５が接続されている。電極５には不図示のバッテリから電力が供給される。電極５に電力が供給され触媒担体３が通電されると、触媒担体３は発熱し、触媒担体３に担持された排気浄化触媒４を加熱して昇温させ、排気浄化触媒４の活性化を促進することができる。

触媒担体３はケース６に収容されている。ケース６は、金属製である。ケース６を構成
する金属材料としては、ステンレス鋼材を例示することができる。ケース６は、触媒担体３が内部に配置される収容部６ａと、収容部６ａよりも排気流れ方向上流側で収容部６ａと排気通路２とを接続するテーパ部６ｂと、収容部６ａよりも排気流れ方向下流側で収容部６ａと排気通路２とを接続するテーパ部６ｃと、を有している。収容部６ａの通路断面積は、排気通路２の通路断面積よりも大きい。収容部６ａの内部には、触媒担体３及びマット７が収容されている。テーパ部６ｂ，６ｃは、収容部６ａから離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状である。排気流れ方向上流側のテーパ部６ｂには、電極を固定するための、中心軸に対して垂直面の電極固定部６ｄが設けられている。

ケース６の収容部６ａの内壁面と、触媒担体３の外周面と、の間には、絶縁部材としての円環状のマット７が挟み込まれている。マット７がケース６内に配置されることにより、触媒担体３がケース６内でマット７によって支持される。マット７は、電気を絶縁する電気絶縁材で構成されている。マット７は、内側マット部７ａと、外側マット部７ｂと、内側マット部７ａと外側マット部７ｂとの間に介在する絶縁層としての内筒７ｃと、から構成されている。内側マット部７ａ及び外側マット部７ｂを構成する材料としては、アルミナを主成分とするセラミックファイバを例示することができる。内側マット部７ａは、触媒担体３の外周面に巻きつけられている。内側マット部７ａの外側に内筒７ｃが配置される。内筒７ｃは、電気絶縁材のアルミナで構成されている。外側マット部７ｂは、内筒７ｃの外周面に巻きつけられている。内側マット部７ａと外側マット部７ｂとの間に介在する内筒７ｃは、排気流れ方向上流側及び下流側で内側マット部７ａ及び外側マット部７ｂよりも突出している。電気絶縁材のマット７が触媒担体３とケース６との間に設けられているので、触媒担体３に通電したときにその電気がマット７で絶縁されケース６へ流れてしまうことが防止される。

触媒担体３への電気の供給は電極５を用いて行われる。ところで、従来の電極は、ケースの排気流れ方向中央部に孔を開けてマットに電極室を設け、電極室内で電極を触媒担体の外周面まで軸心方向に差し込んだものであった。このような従来の電極であると、内筒とケース内周面との間に滞留した凝縮水が電極室内に溜まり、凝縮水は電極に濡れ広がることで、電極とケースとの間の絶縁抵抗を低下させてしまうおそれがあった。なお、凝縮水は、温まる前の内燃機関が稼働と停止とを繰り返すことで大量に発生してしまう。

そこで、本実施例では、触媒担体３に電気を供給する電極５は、ケース６の電極固定部６ｄに固定されケース内空間において触媒担体３の排気流れ方向上流側から下流へ延びてマット７に覆われた触媒担体３の外周面に接続されるようにした。この電極５の電極先端５ａが接続される触媒担体３の外周面は、触媒担体３の周方向に所定幅で且つ触媒担体３の排気流れ方向の上下流端まで広がる電極膜８が設けられている。また、電極５は、ケース内の内径が横方向に最も広がった部分に左右に並んで一対設けられており、一対の電極５の電極先端５ａが触媒担体３の左右両側で触媒担体３の外周面に接続される。このため、電極膜８も、触媒担体３の左右両側で触媒担体３の外周面に設けられている。電極５は、触媒担体３とケース６との間を碍子５ｂで覆われており、ケース６の電極固定部６ｄにてケース６に固定される。電極５は、排気流れ方向と一致したまっすぐな棒状をしている。

このような構成の電極５では、一対の電極間で通電が行われ、電極５に供給された電気は、電極膜８を介して触媒担体３の左右間に流れる。このとき、電極膜８が触媒担体３の排気流れ方向の上下流端まで設けられているので、電気は触媒担体３の排気流れ方向の上下流端に至る触媒担体３の全体に流れる。電気が供給された触媒担体３は全体が発熱し、排気浄化触媒４を加熱して排気浄化触媒４を活性化することができる。

本実施例によると、電極５が触媒担体３の排気流れ方向上流側から配置されているので
、触媒担体３の排気流れ方向上流側の空間に到来する高温の排気で電極付近の温度を上昇させることができる。よって、高温となった電極付近の凝縮水は除去され、電極付近を乾燥状態に維持することができる。加えて、本実施例の電極５は、触媒担体３の左右両側で触媒担体３の外周面に接続される一対の電極であるので、凝縮水等の水分が滞留し易い触媒担体３の下側に電極５を配置する必要が無く、触媒担体３に滞留した水分が電極５に伝わり難い。したがって、電極５に凝縮水が付着することに起因する、電極５とケース６との間の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。

また、電極５は電極先端５ａが触媒担体３の外周面に接続されるので、一対の電極間に挟まれない領域が無く触媒担体３の一部領域に電気を供給することができないということがなく、触媒担体３に非通電領域が生じ難い。つまり本実施例では、一対の電極５の電極先端５ａが触媒担体３の左右両側で触媒担体３の外周面に接続されるので、一対の電極５で触媒担体３の左右間に通電して触媒担体３の全体に電気を供給することができ、触媒担体３に非通電領域が生じない。

また、触媒担体３の外周面に接続された電極５の電極先端５ａはマット７に覆われており、触媒担体３とケース６との間の電極５は碍子５ｂで覆われているので、電極５の絶縁性能が良好になると共に、電極自体に排気物質が付着することもない。

また、まっすぐな電極５は、８００℃程度の高温でも破損し難く耐久性が高い。

＜実施例２＞
以下の実施例２〜５では、その特徴部分を説明する。その他の部分についは上記実施例１と同様なので説明を省略する。

図２は、実施例２に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。図２は図１（ａ）のＡ−Ａ断面のようにＥＨＣの半断面を示す図である。本実施例では、図２に示すように、ケース内空間において電極５をケース内に先ず軸心方向に向かわせ、９０°曲げて触媒担体３の排気流れ方向上流側から下流へ延びてマット７に覆われた触媒担体３の外周面に接続されるようにしている。これによっても、上記実施例と同様な効果を得ることができる。

＜実施例３＞
図３は、実施例３に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。図３は図１（ａ）のＡ−Ａ断面のようにＥＨＣの半断面を示す図である。本実施例では、図３に示すように、電極５において、碍子５ｂで覆われた部分と、マット７に覆われた触媒担体３の外周面に接続される電極先端５ａと、の間に、電極５にかかる応力を緩和する応力緩和部５ｃを設けている。応力緩和部５ｃは、通電でき弾性変形する部材によって構成されている。これによると、触媒担体３がマット７で保持されることにより組み付け誤差等が生じることや材料によっては温度差・熱膨張比が異なることから、電極５と触媒担体３との接触箇所に応力が発生しても、応力緩和部５ｃでその応力を緩和することができる。

＜実施例４＞
図４は、実施例４に係る電極の概略構成を示す図である。図４は図１（ａ）のＡ−Ａ断面のようにＥＨＣの半断面における電極を示す図である。本実施例では、図４に示すように、第１電極部５ｄと第２電極部５ｅとの間にバネ５ｆを介在させて、電極５にかかる軸方向の応力を緩和させるようにしている。また、第２電極部５ｅと触媒担体３に接続された電極先端５ａとを一対の面部５ｅ１，５ａ１で面接触させる構成にして電極５にかかる軸方向に対して垂直方向の応力を緩和させるようにしている。これによると、第１電極部５ｄと電極先端５ａの固定が容易となり、組立性を向上することができる。

＜実施例５＞
図５は、実施例５に係る電極の概略構成を示す図である。図５は図１（ａ）のＡ−Ａ断面のようにＥＨＣの半断面における電極を示す図である。本実施例では、図５に示すように、電極５の触媒担体３とケース６との間を覆う碍子５ｂの一部の内部に熱線ヒータ５ｇを配置する。熱線ヒータ５ｇには、碍子５ｂの表面にカーボンが堆積しケース６と電極５との絶縁抵抗が低下した時に電流を流す。電流が流れると熱線ヒータ５ｇは発熱し、碍子表面のカーボンを酸素と熱とにより焼き切る。これにより、内燃機関が温まらないうちに内燃機関の稼働と停止とを繰り返しをして碍子表面に付着したカーボンでケース６と電極５とが短絡することを回避することができる。

＜その他＞
本発明に係る電気加熱式触媒は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１：ＥＨＣ、２：排気通路、３：触媒担体、４：排気浄化触媒、５：電極、５ａ：電極先端、５ｂ：碍子、５ｃ：応力緩和部、５ｄ：第１電極部、５ｅ：第２電極部、５ｅ１，５ａ１：面部、５ｆ：バネ、５ｇ：熱線ヒータ、６：ケース、６ａ：収容部、６ｂ，６ｃ：テーパ部、６ｄ：電極固定部、７：マット、７ａ：内側マット部、７ｂ：外側マット部、７ｃ：内筒、８：電極膜

Claims (3)

1. 気体流通箇所に配置される発熱体であって、通電により発熱して触媒を加熱する発熱体と、
   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電気を絶縁する絶縁部材と、
   前記発熱体に電気を供給する電極であって、前記ケースに固定され前記ケース内空間の前記発熱体より上流の位置から気体流通方向へ延びて前記絶縁部材に覆われた前記発熱体の外周面に接続される電極と、
   を備え、
   前記電極は、軸方向及び軸方向に対して垂直な方向に変形自在に構成されることを特徴とする電気加熱式触媒。
2. 前記電極の途中に、通電可能且つ弾性変形可能な部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒。
3. 前記電極は、気体流通方向の上流側から第１電極部と第２電極部と電極先端とに３分割され、第１電極部と第２電極部はバネにより接続され、第２電極部と電極先端とは軸方向に対して垂直な方向へ摺動自在に面接触していることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱式触媒。

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