JP7046028B2 - ハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法 - Google Patents
ハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法に関する。とりわけ、ハニカム構造体の発熱分布の測定効率が向上し、安定した正確な評価が可能なハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法に関する。
従来、自動車等のエンジンから排出される排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の有害物質の浄化処理のため、一方の底面から他方の底面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁を有する柱状のハニカム構造体に触媒を担持したものが使用されている。このように、ハニカム構造体に担持した触媒によって排ガスを処理する場合、触媒をその活性温度まで昇温する必要があるが、エンジン始動時には、触媒が活性温度に達していないため、排ガスが十分に浄化されないという問題があった。特に、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）は、その走行に、モーターのみによる走行を含むことから、エンジン始動頻度が少なく、エンジン始動時の触媒温度が低いため、エンジン始動直後の排ガス浄化性能が悪化し易い。
この問題を解決するため、導電性セラミックスからなる柱状のハニカム構造体に一対の端子を接続し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、触媒をエンジン始動前に活性温度まで昇温できるようにした電気加熱触媒（ＥＨＣ）が提案されている。ＥＨＣにおいては、触媒効果を十分に得られるようにするために、ハニカム構造体内での温度ムラを少なくして均一な温度分布にすることが望まれている。
ハニカム構造体の性能評価として、ハニカム構造体を発熱させたときの、ハニカム構造体内の温度分布の検査が行われている。ハニカム構造体の発熱方法としては、特許文献１に開示されているように、通電経路を直列回路にしてハニカム構造体に電圧を印加することで発熱させる方法が知られている。また、特許文献２に開示されているように、ハニカム構造体に電極を配設し、通電経路を並列回路にしてハニカム構造体に電圧を印加することで発熱させる方法が知られている。
特許文献１に開示されているハニカム構造体の発熱方法では、通電経路を直列回路にしているため、ハニカム構造体のどの場所でも均一な電流が流れる。従って、発熱パターンはハニカム構造体全体にわたり均一となる。
しかしながら、特許文献２に開示されているハニカム構造体の発熱方法では、ハニカム構造体に電極を配設し、通電経路を並列回路にしているため、ハニカム構造体内部の抵抗分布や電極内部の抵抗分布によって発熱パターンが変わる。従って、ハニカム構造体の性能を確認するためには、実際にハニカム構造体を発熱させて、サーモグラフィーによって温度分布を確認したり、ハニカム構造体に排ガスを流して浄化性能を確認することが必要となる。
このように、従来、電極を配設して通電経路を並列回路にしたハニカム構造体の発熱分布を評価する際は、ハニカム構造体を実際に発熱させる必要があり、測定効率の向上が望まれている。また、サーモグラフィーによって温度分布を確認してハニカム構造体の発熱分布を評価する方法は、人の感覚に頼る部分があり、安定した正確な評価が困難である。
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、ハニカム構造体の発熱分布の測定効率が向上し、安定した正確な評価が可能なハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は鋭意検討したところ、電極が配設されたハニカム構造体表面において、異なる２地点間の抵抗値を複数箇所で測定することで、ハニカム構造体内部の抵抗分布を測定し、これに基づいて発熱パターンを推定することで、上記課題が解決されることを見出した。すなわち、本発明は以下のように特定される。
（１）外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定方法であって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする工程と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する工程と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する工程と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する工程と、
を含むハニカム構造体の発熱分布測定方法。
（２）外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システムであって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする電源部と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する抵抗測定部と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する発熱量演算部と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する発熱分布推定部と、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システム。
（３）（１）に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法。
（４）（１）に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
前記選別されたハニカム構造体に対し、前記一対の電極層上に一対の金属端子を設ける工程と、
を含む電気加熱式担体の製造方法。
（１）外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定方法であって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする工程と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する工程と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する工程と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する工程と、
を含むハニカム構造体の発熱分布測定方法。
（２）外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システムであって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする電源部と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する抵抗測定部と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する発熱量演算部と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する発熱分布推定部と、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システム。
（３）（１）に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法。
（４）（１）に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
前記選別されたハニカム構造体に対し、前記一対の電極層上に一対の金属端子を設ける工程と、
を含む電気加熱式担体の製造方法。
本発明によれば、ハニカム構造体の発熱分布の測定効率が向上し、安定した正確な評価が可能なハニカム構造体の発熱分布測定方法、ハニカム構造体の発熱分布測定システム、ハニカム構造体の製造方法及び電気加熱式担体の製造方法を提供することができる。
次に本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
＜ハニカム構造体の発熱分布測定方法＞
（１．ハニカム構造体）
図１は本発明の実施形態における発熱分布測定方法で発熱分布の測定対象となるハニカム構造体１０の外観模式図を示すものであり、図２はハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図である。
（１．ハニカム構造体）
図１は本発明の実施形態における発熱分布測定方法で発熱分布の測定対象となるハニカム構造体１０の外観模式図を示すものであり、図２はハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図である。
ハニカム構造体１０は、外周壁１２と、外周壁１２の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセル１５を区画形成する多孔質の隔壁１３とを有する柱状ハニカム構造部１１を備えている。
柱状ハニカム構造部１１の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状（円柱形状）、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形（四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等）の柱状等の形状とすることができる。また、柱状ハニカム構造部１１の大きさも特に限定されないが、例えば、底面の面積が２０００～２００００ｍｍ2であってもよい。
柱状ハニカム構造部１１は、導電性を有するセラミックスで構成されている。ハニカム構造体１０が通電してジュール熱により発熱可能である限り、当該セラミックスの電気抵抗率については特に制限はないが、１～２００Ωｃｍの電気抵抗率を有してもよい。本発明において、柱状ハニカム構造部１１の電気抵抗率は、四端子法により４００℃で測定した値とする。
柱状ハニカム構造部１１を構成するセラミックスとしては、限定的ではないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライト等の酸化物系セラミックス、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミ等の非酸化物系セラミックス等を挙げることができる。また、炭化珪素－金属珪素複合材や炭化珪素／グラファイト複合材等を用いることもできる。
セル１５の延伸方向に垂直な断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであってもよい。
セル１５を区画形成する隔壁１３の厚みは、限定的ではないが、０．１～０．３ｍｍであってもよい。本発明において、隔壁１３の厚みは、セル１５の延伸方向に垂直な断面において、隣接するセル１５の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁１３を通過する部分の長さとして定義される。
ハニカム構造体１０は、セル１５の流路方向に垂直な断面において、セル密度が４０～１５０セル／ｃｍ2であってもよい。セル密度は、外側壁１２部分を除く柱状ハニカム構造部１１の一つの底面部分の面積でセル数を除して得られる値である。
ハニカム構造体１０の外周壁１２の厚みは、限定的ではないが、０．１ｍｍ～１．０ｍｍとすることができる。ここで、外周壁１２の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁１２の箇所をセルの延伸方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁１２の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
隔壁１３は多孔質とすることができる。隔壁１３の気孔率は、限定的ではないが、３５～６０％とすることができる。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
柱状ハニカム構造部１１の隔壁１３の平均細孔径は、限定的ではないが、２～１５μｍとすることができる。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
ハニカム構造体１０は、柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２の表面に、柱状ハニカム構造部１１の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の導電性セラミックスからなる電極層１４ａ、１４ｂを有している。一対の電極層１４ａ、１４ｂは、一方の電極層１４ａが他方の電極層に対して、柱状ハニカム構造部１１の中心軸を挟んで対向するように設けられている。
電極層１４ａ、１４ｂの形成領域に特段の制約はないが、柱状ハニカム構造部１１の均一発熱性を高めるという観点から、各電極層１４ａ、１４ｂは外周壁１２の外面上で外周壁１２の周方向及びセルの延伸方向に帯状に延設することができる。具体的には、各電極層１４ａ、１４ｂは、柱状ハニカム構造部１１の両底面間の８０％以上の長さに亘って延設することができる。
各電極層１４ａ、１４ｂの厚みは、限定的ではないが、０．０１～５ｍｍとすることができる。各電極層１４ａ、１４ｂの厚みは、厚みを測定しようとする電極層の箇所をセルの延伸方向に垂直な断面で観察したときに、各電極層１４ａ、１４ｂの外面の当該測定箇所における接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
各電極層１４ａ、１４ｂの電気抵抗率を柱状ハニカム構造部１１の電気抵抗率より低くすることにより、電極層に優先的に電気が流れやすくなり、通電時に電気がセルの流路方向及び周方向に広がりやすくなる。電極層１４ａ、１４ｂの電気抵抗率は、限定的ではないが、柱状ハニカム構造部１１の電気抵抗率の１／１０以下とすることができる。本発明において、電極層１４ａ、１４ｂの電気抵抗率は、四端子法により４００℃で測定した値とする。
各電極層１４ａ、１４ｂの材質としては、金属及び導電性セラミックスを使用することができる。金属としては、例えばＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ又はＴｉの単体金属又はこれらの金属よりなる群から選択される少なくとも一種の金属を含有する合金が挙げられる。導電性セラミックスとしては、限定的ではないが、炭化珪素（ＳｉＣ）が挙げられ、珪化タンタル（ＴａＳｉ2）及び珪化クロム（ＣｒＳｉ2）等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられ、更には、上記導電性セラミックスの一種以上と上記金属の一種以上の組み合わせからなる複合材（サーメット）を挙げることができる。サーメットの具体例としては、金属珪素と炭化珪素の複合材、珪化タンタルや珪化クロム等の金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材、更には上記の一種又は二種以上の金属に熱膨張低減の観点から、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト、窒化珪素及び窒化アルミ等の絶縁性セラミックスを一種又は二種以上添加した複合材が挙げられる。電極層１４ａ、１４ｂの材質としては、上記の各種金属及び導電性セラミックスの中で、例えば、珪化タンタルや珪化クロム等の金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材との組合せとすることができる。
（２．ハニカム構造体の発熱分布測定方法）
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法について詳述する。まず、ハニカム構造体１０の一対の電極層１４ａ、１４ｂに電圧を印加することで、ハニカム構造体１０を通電状態にする。ハニカム構造体１０は、一対の電極層１４ａ、１４ｂが配設されており、通電経路が並列回路となっている。ハニカム構造体１０の大きさや材質等にもよるが、ハニカム構造体１０に、０．０１～１．０Ａの範囲内で一定の電流を流すことで、ハニカム構造体１０の発熱分布測定を行うことができる。
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法について詳述する。まず、ハニカム構造体１０の一対の電極層１４ａ、１４ｂに電圧を印加することで、ハニカム構造体１０を通電状態にする。ハニカム構造体１０は、一対の電極層１４ａ、１４ｂが配設されており、通電経路が並列回路となっている。ハニカム構造体１０の大きさや材質等にもよるが、ハニカム構造体１０に、０．０１～１．０Ａの範囲内で一定の電流を流すことで、ハニカム構造体１０の発熱分布測定を行うことができる。
次に、通電状態の柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する。図３は、ハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に垂直な断面上に描いた抵抗回路１６の例を示す模式図である。本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法では、図３に示すように、ハニカム構造体１０の内部の抵抗分布が抵抗回路１６を構成していると見なしている。図３に示すような抵抗回路１６において、柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面の異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定することで、通電時の電圧Ｖ、測定された各抵抗値、及び、各抵抗値の測定箇所に基づいて、図４に示すような簡略化された抵抗回路を想定する。
図４に示す抵抗回路をどのように想定するかについて、より具体的に説明する。まず、図３に示すように、通電状態の柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定し、表１に示すような結果を得る。
上記図３及び表１に示す抵抗測定位置と２地点間の抵抗値Ｒnとから、ハニカム構造体１０の内部抵抗の分布に対応していると仮定した、図４に示すような並列の抵抗回路を想定する。図４に示す抵抗回路では、キルヒホッフの法則を用いて、２地点間に流れる電流値Ｉnを推定している。すなわち、図４に示す抵抗回路では、通電時の電圧をＶ、回路を流れる総電流（電流値ＩAll）とし、総電流が、「ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2」、「Ｒs2」及び「ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2」の３つの並列する抵抗部へと、それぞれ３つの経路に分かれて流れる。当該３つの経路に分かれた電流は、それぞれ、「ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2」を通る電流（電流値Ｉ1）、「Ｒs2」を通る電流（電流値Ｉ2）及び「ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2」を通る電流（電流値Ｉ3）である。これらの電圧、電流値及び抵抗値は、それぞれ以下の式（Ａ）及び（Ｂ）に示される関係を有する。
式（Ａ）：Ｖ＝（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）×Ｉ1＝Ｒs2×Ｉ2＝（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）×Ｉ3
式（Ｂ）：ＩAll＝Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3
式（Ａ）：Ｖ＝（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）×Ｉ1＝Ｒs2×Ｉ2＝（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）×Ｉ3
式（Ｂ）：ＩAll＝Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3
次に、ハニカム構造体１０において、各抵抗値Ｒnを測定した部位と、各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、ハニカム構造体内の発熱分布を推定する。以下、図３及び図４で例示した抵抗回路図において、ハニカム構造体内の発熱分布を推定する。
図３で示されるハニカム構造体１０の並列の抵抗回路１６の全抵抗Ｒは、以下の関係式（Ｃ）を満たす。
式（Ｃ）：１／Ｒ＝１／（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）＋１／Ｒs2＋１／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）
式（Ｃ）を変形して、以下の式（Ｄ１）及び（Ｄ２）が得られる。
式（Ｄ１）：１／（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）＝１／Ｒ－１／Ｒs2－１／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）＝｛Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・Ｒs2｝／Ｒ・Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）
式（Ｄ２）：ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2＝Ｒ・Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）／｛Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・Ｒs2｝
式（Ｃ）：１／Ｒ＝１／（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）＋１／Ｒs2＋１／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）
式（Ｃ）を変形して、以下の式（Ｄ１）及び（Ｄ２）が得られる。
式（Ｄ１）：１／（ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2）＝１／Ｒ－１／Ｒs2－１／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）＝｛Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・Ｒs2｝／Ｒ・Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）
式（Ｄ２）：ＲEL1＋Ｒs1＋ＲEL2＝Ｒ・Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）／｛Ｒs2・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）－Ｒ・Ｒs2｝
また、図３における（１）－（２）間に流れる電流値Ｉ1は、Ｖ／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）であるため、（１）－（２）間の発熱量ＰER1は、以下の式（Ｅ）で表される。
式（Ｅ）：ＰER1＝ＲER1・Ｉ1 2＝ＲER1・｛Ｖ／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）｝2
式（Ｅ）：ＰER1＝ＲER1・Ｉ1 2＝ＲER1・｛Ｖ／（ＲER1＋Ｒs3＋ＲER2）｝2
このようにして、全ての２地点間の各抵抗に生じる発熱量を算出することで、ハニカム構造体１０内における発熱分布を推定することができる。このため、ハニカム構造体の発熱分布を評価する際に、ハニカム構造体を実際に発熱させる必要がなくなり、ハニカム構造体の発熱分布の測定効率が向上する。また、サーモグラフィーによって温度分布を確認してハニカム構造体の発熱分布を評価する必要がないため、人の感覚に頼る部分がなく、安定した正確な評価が可能となる。
上述した例では、図３に示すように、通電状態の柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面において、（１）～（６）に示す６地点の中から、異なる２地点を選択し、それらの間の抵抗値Ｒnを測定した。そして、当該抵抗値Ｒnを用いて、図４に示すような抵抗回路を想定し、当該抵抗回路に基づいて、ハニカム構造体１０内の発熱分布を測定した。しかしながら、当該抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、これに限られず、自由に選択することができる。当該抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、通電状態の柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面において、均等に且つ広範囲にわたって、多数の地点を選択することがより好ましい。このような観点から、当該抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２の周方向に沿って離間した２地点を選択するのが好ましい。また、抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ柱状ハニカム構造部１１のセル１５の延伸方向に沿って離間した２地点を選択するのが好ましい。このような構成によれば、ハニカム構造体１０内の抵抗回路をより細かく設定することができるため、発熱分布測定の精度がより向上する。
＜ハニカム構造体の発熱分布測定システム＞
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定システムについて詳述する。本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定システムは、上述の本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法を実施することができるシステムである。
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定システムについて詳述する。本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定システムは、上述の本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法を実施することができるシステムである。
図５に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０の発熱分布測定システムの概略模式図を示す。ハニカム構造体の発熱分布測定システムは、一対の電極層１４ａ、１４ｂに電圧を印加することで、ハニカム構造体１０を通電状態にする電源部３１を備える。電源部３１は、直流電源が用いられる。電源部３１は、定電流制御が可能な構成であるのが好ましい。電源部３１は、制御部３８からの制御信号によって、電源のオン／オフ、または、電圧の調整等を行うことができる。電源部３１の仕様は、特に限定されないが、例えばハニカム構造体１０の柱状ハニカム構造部１１が、断面が８０～１２０ｍｍ径を有し、長さが５０～１２０ｍｍである円柱状のハニカム構造部である場合、例えば６００Ｖ-２５Ａで１５ｋＷの直流電源とすることができる。
ハニカム構造体の発熱分布測定システムは、通電状態の柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する抵抗測定部３２を備えている。抵抗測定部３２は、四端子プローブ３７とマルチメーター３５とで構成することができる。すなわち、抵抗測定部３２は、柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２表面の異なる２地点に四端子プローブ３７を押し当て、四端子プローブ３７に接続されたマルチメーター３５によって、当該異なる２地点間の抵抗値Ｒnを測定してもよい。マルチメーター３５は、複数の四端子プローブ３７を同時に押し当てて得られた、異なる２地点間の抵抗値Ｒnが、複数個、例えば２０個以上であっても、それらを同時に測定できるものが好ましい。
図６に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０の発熱分布測定システムにおける抵抗測定部３２のハニカム構造体回転部４１で支持されたハニカム構造体１０の外観模式図を示す。図６に示す例では、２４本の四端子プローブ３７を、柱状ハニカム構造部１１の外周壁１２の周方向に沿って離間した２地点を選択し、かつ、柱状ハニカム構造部１１のセルの延伸方向に沿って離間した２地点を選択して押し当てている。また、電源部３１から電気的に接続された２本の電流端子３６が、ハニカム構造体１０の両側面の電極層１４ａ、１４ｂにそれぞれ押し当てられており、通電状態を保っている。
四端子プローブ３７は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）４０によって、自動的かつ連続的に、ハニカム構造体１０の所定位置に、次々と押し当てられるように制御されていてもよい。ＰＬＣ４０は、制御部３８で制御することができる。
図６に示すハニカム構造体１０は、抵抗測定部３２の円柱状の２本のハニカム構造体回転部４１で支持されており、円柱状の２本のハニカム構造体回転部４１が同一方向に所定角度だけ回転することによって、ハニカム構造体１０を、ハニカム構造体１０の中心軸を中心として回転させることができる。このような構成によれば、四端子プローブ３７の位置は変えずに、ハニカム構造体１０を、例えば１８０度回転させて、ハニカム構造体１０の中心軸を対称とした２側面で、抵抗を測定することができる。従って、ハニカム構造体１０の抵抗測定効率が良好となる。
ハニカム構造体１０の通電時には、ハニカム構造体１０の一方の端面と他方の端面を観察するためのサーモビューワ３９を設置してもよい。サーモビューワ３９で通電時のハニカム構造体１０の端面を観察することで、ハニカム構造体１０の内部に生じる欠陥の有無を確認することができる。サーモビューワ３９によって得られたデータは、制御部３８で収集して解析されてもよい。
本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定システムは、発熱量演算部３３と、発熱分布推定部３４とを備える。発熱量演算部３３は、抵抗測定部３２によって、複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて、２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、各抵抗値Ｒn及び電流値Ｉnに基づき、各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する。発熱分布推定部３４は、ハニカム構造体１０において、各抵抗値Ｒnを測定した部位と、各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、ハニカム構造体１０内の発熱分布を推定する。発熱量演算部３３による各抵抗値Ｒnに生じる発熱量の算出、及び、発熱分布推定部３４によるハニカム構造体１０内の発熱分布の推定は、上述のハニカム構造体の発熱分布測定方法において説明した通りである。発熱分布推定部３４は、発熱量演算部３３を兼ねていてもよい。さらに、発熱分布推定部３４と発熱量演算部３３とが、制御部３８を兼ねていてもよい。すなわち、発熱分布推定部３４、発熱量演算部３３、及び制御部３８が、１台のコンピューターで構成されていてもよい。
＜ハニカム構造体の製造方法＞
本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法は、まず、上述のように本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法によってハニカム構造体１０内の発熱分布を測定する。
次に、測定したハニカム構造体１０の発熱分布を評価して、合格品を選別する。合格品の選別基準は、ハニカム構造体１０に必要な発熱分布に基づいて適宜設定することができる。例えば、無風時に４００Ｖで２０秒間通電後のハニカム構造体１０の温度分布が２００℃以下であることを満たすように、当該選別基準を、２地点間の各抵抗に生じる発熱量を所定の閾値以下とし、各箇所での発熱量のばらつきが所定の範囲内とすることができる。
本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法によれば、上述のように発熱分布を測定し、所定の選別基準を設け、合格品に選別されたハニカム構造体が得られるため、発熱分布の測定を効率良く行うことができ、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を得ることができる。
本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法は、まず、上述のように本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法によってハニカム構造体１０内の発熱分布を測定する。
次に、測定したハニカム構造体１０の発熱分布を評価して、合格品を選別する。合格品の選別基準は、ハニカム構造体１０に必要な発熱分布に基づいて適宜設定することができる。例えば、無風時に４００Ｖで２０秒間通電後のハニカム構造体１０の温度分布が２００℃以下であることを満たすように、当該選別基準を、２地点間の各抵抗に生じる発熱量を所定の閾値以下とし、各箇所での発熱量のばらつきが所定の範囲内とすることができる。
本発明の実施形態に係るハニカム構造体の製造方法によれば、上述のように発熱分布を測定し、所定の選別基準を設け、合格品に選別されたハニカム構造体が得られるため、発熱分布の測定を効率良く行うことができ、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を得ることができる。
＜電気加熱式担体の製造方法＞
（１．電気加熱式担体）
図７は、本発明の実施形態に係る電気加熱式担体２０のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。電気加熱式担体２０は、ハニカム構造体１０と、一対の金属端子２１ａ、２１ｂとを備える。
（１．電気加熱式担体）
図７は、本発明の実施形態に係る電気加熱式担体２０のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。電気加熱式担体２０は、ハニカム構造体１０と、一対の金属端子２１ａ、２１ｂとを備える。
（２．金属端子）
一対の金属端子２１ａ、２１ｂは、ハニカム構造体１０の柱状ハニカム構造部１１の中心軸を挟んで対向するように配設され、それぞれ一対の電極層１４ａ、１４ｂ上に設けられており、電気的に接合されている。これにより、金属端子２１ａ、２１ｂは、電極層１４ａ、１４ｂを介して電圧を印加すると通電してジュール熱によりハニカム構造体１０を発熱させることが可能である。
一対の金属端子２１ａ、２１ｂは、ハニカム構造体１０の柱状ハニカム構造部１１の中心軸を挟んで対向するように配設され、それぞれ一対の電極層１４ａ、１４ｂ上に設けられており、電気的に接合されている。これにより、金属端子２１ａ、２１ｂは、電極層１４ａ、１４ｂを介して電圧を印加すると通電してジュール熱によりハニカム構造体１０を発熱させることが可能である。
金属端子２１ａ、２１ｂの材質としては、金属であれば特段の制約はなく、単体金属及び合金等を採用することもできるが、耐食性、電気抵抗率及び線膨張率の観点から例えば、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＴｉよりなる群から選択される少なくとも一種を含む合金とすることが好ましく、ステンレス鋼及びＦｅ－Ｎｉ合金がより好ましい。金属端子２１ａ、２１ｂの形状及び大きさは、特に限定されず、電気加熱式担体２０の大きさや通電性能等に応じて、適宜設計することができる。
電気加熱式担体２０に触媒を担持することにより、電気加熱式担体２０を触媒体として使用することができる。複数のセル１５の流路には、例えば、自動車排ガス等の流体を流すことができる。触媒としては、例えば、貴金属系触媒又はこれら以外の触媒が挙げられる。貴金属系触媒としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）といった貴金属をアルミナ細孔表面に担持し、セリア、ジルコニア等の助触媒を含む三元触媒や酸化触媒、又は、アルカリ土類金属と白金を窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵成分として含むＮＯx吸蔵還元触媒（ＬＮＴ触媒）が例示される。貴金属を用いない触媒として、銅置換又は鉄置換ゼオライトを含むＮＯx選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）等が例示される。また、これらの触媒からなる群から選択される２種以上の触媒を用いてもよい。なお、触媒の担持方法についても特に制限はなく、従来、ハニカム構造体に触媒を担持する担持方法に準じて行うことができる。
（３．電気加熱式担体の製造方法）
本発明の実施形態に係る電気加熱式担体の製造方法は、まず、上述のように本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法によってハニカム構造体１０内の発熱分布を測定する。
次に、測定したハニカム構造体１０の発熱分布を評価して、合格品を選別する。合格品の選別基準は、ハニカム構造体１０に必要な発熱分布に基づいて適宜設定することができる。例えば、当該選別基準は、上述のハニカム構造体の製造方法で示した合格品の選別基準を用いることができる。
次に、合格品として選別されたハニカム構造体１０に対し、一対の電極層１４ａ、１４ｂ上に一対の金属端子２１ａ、２１ｂを溶接や溶射などで設けることで、電気加熱式担体２０を作製することができる。
本発明の実施形態に係る電気加熱式担体の製造方法によれば、上述のように発熱分布を測定し、所定の選別基準を設け、合格品に選別されたハニカム構造体が得られる。従って、発熱分布の測定を効率良く行うことができ、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を得ることができる。また、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を用いた電気加熱式担体を作製することができる。
本発明の実施形態に係る電気加熱式担体の製造方法は、まず、上述のように本発明の実施形態に係るハニカム構造体の発熱分布測定方法によってハニカム構造体１０内の発熱分布を測定する。
次に、測定したハニカム構造体１０の発熱分布を評価して、合格品を選別する。合格品の選別基準は、ハニカム構造体１０に必要な発熱分布に基づいて適宜設定することができる。例えば、当該選別基準は、上述のハニカム構造体の製造方法で示した合格品の選別基準を用いることができる。
次に、合格品として選別されたハニカム構造体１０に対し、一対の電極層１４ａ、１４ｂ上に一対の金属端子２１ａ、２１ｂを溶接や溶射などで設けることで、電気加熱式担体２０を作製することができる。
本発明の実施形態に係る電気加熱式担体の製造方法によれば、上述のように発熱分布を測定し、所定の選別基準を設け、合格品に選別されたハニカム構造体が得られる。従って、発熱分布の測定を効率良く行うことができ、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を得ることができる。また、安定した正確な評価に基づく選別がなされたハニカム構造体を用いた電気加熱式担体を作製することができる。
１０ ハニカム構造体
１１ 柱状ハニカム構造部
１２ 外周壁
１３ 隔壁
１４ａ、１４ｂ 電極層
１５ セル
１６ 抵抗回路
２０ 電気加熱式担体
２１ａ、２１ｂ 金属端子
３１ 電源部
３２ 抵抗測定部
３３ 発熱量演算部
３４ 発熱分布推定部
３５ マルチメーター
３６ 電流端子
３７ 四端子プローブ
３８ 制御部
３９ サーモビューワ
４０ ＰＬＣ
４１ ハニカム構造体回転部
１１ 柱状ハニカム構造部
１２ 外周壁
１３ 隔壁
１４ａ、１４ｂ 電極層
１５ セル
１６ 抵抗回路
２０ 電気加熱式担体
２１ａ、２１ｂ 金属端子
３１ 電源部
３２ 抵抗測定部
３３ 発熱量演算部
３４ 発熱分布推定部
３５ マルチメーター
３６ 電流端子
３７ 四端子プローブ
３８ 制御部
３９ サーモビューワ
４０ ＰＬＣ
４１ ハニカム構造体回転部
Claims (10)
- 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定方法であって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする工程と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する工程と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する工程と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する工程と、
を含むハニカム構造体の発熱分布測定方法。 - 前記抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ前記柱状ハニカム構造部の外周壁の周方向に沿って離間した２地点を選択する請求項１に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法。
- 前記抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ前記柱状ハニカム構造部のセルの延伸方向に沿って離間した２地点を選択する請求項１または２に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法。
- 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造部、及び、
前記柱状ハニカム構造部の外周壁の表面に、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで対向するように配設された一対の電極層、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システムであって、
前記一対の電極層に電圧を印加することで、前記ハニカム構造体を通電状態にする電源部と、
前記通電状態の前記柱状ハニカム構造部の外周壁表面において、異なる２地点間の抵抗値Ｒnを複数箇所で測定する抵抗測定部と、
前記複数箇所で測定された異なる２地点間の各抵抗値Ｒnに基づき、キルヒホッフの法則を用いて前記２地点間に流れる電流値Ｉnを推定し、前記各抵抗値Ｒn及び前記電流値Ｉnに基づき、前記各抵抗値Ｒnに生じる発熱量を算出する発熱量演算部と、
前記ハニカム構造体において、前記各抵抗値Ｒnを測定した部位と、前記各抵抗値Ｒnから算出される発熱量とに基づき、前記ハニカム構造体内の発熱分布を推定する発熱分布推定部と、
を備えたハニカム構造体の発熱分布測定システム。 - 前記発熱分布推定部は、前記発熱量演算部を兼ねている請求項４に記載の発熱分布測定システム。
- 前記抵抗測定部は、前記ハニカム構造体を、前記ハニカム構造体の中心軸を中心として回転させるハニカム構造体回転部を更に備える請求項４または５に記載の発熱分布測定システム。
- 前記抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ前記柱状ハニカム構造部の外周壁の周方向に沿って離間した２地点を選択する請求項４～６のいずれか一項に記載のハニカム構造体の発熱分布測定システム。
- 前記抵抗値Ｒnを測定する異なる２地点は、少なくとも、それぞれ前記柱状ハニカム構造部のセルの延伸方向に沿って離間した２地点を選択する請求項４～７のいずれか一項に記載のハニカム構造体の発熱分布測定システム。
- 請求項１～３のいずれか一項に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
を含むハニカム構造体の製造方法。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載のハニカム構造体の発熱分布測定方法によって前記ハニカム構造体内の発熱分布を測定する工程と、
前記ハニカム構造体の発熱分布を評価して、合格品を選別する工程と、
前記選別されたハニカム構造体に対し、前記一対の電極層上に一対の金属端子を設ける工程と、
を含む電気加熱式担体の製造方法。
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