JP7146657B2 - 流体加熱部品、及び流体加熱部品複合体 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態の流体加熱部品1は、図1及び図2に示すように、セラミックス製のハニカム構造体2と、ハニカム構造体2の少なくとも一部の外周面3(表面)に被設された導電性皮膜層4とを具備するものである。
上記のように構成された本発明の流体加熱部品を複数組み合わせることで一体的に構築された流体加熱部品複合体30a,30bを形成することができる。ここで、図7は流体加熱部品複合体30aの構築前の状態を示す分解斜視図であり、図8は流体加熱部品複合体30aの構築後の概略構成を示す斜視図であり、図9は別例構成の流体加熱部品複合体30bの構築前の状態を示す分解斜視図であり、図10は図9の流体加熱部品複合体30bの構築後の概略構成を示す斜視図である。
SiCを主成分とするハニカム構造体の製造を行った。始めに、所定の粒度、調合量に調整したSiC粉末、バインダー、水又は有機溶剤などを混練した成形用原料を、所望の形状に押出成形し、乾燥させてハニカム成形体を得た後、適宜加工を加えて、高温でSi含浸焼成を行い、ハニカム構造体を得た。ここで、ハニカム構造体は、ハニカム径が43mm、軸方向のハニカム長さが23mmのサイズのものを用いた。ここで、Si含浸焼成の含浸比率等を変更することにより、実施例1ではハニカム構造体の気孔率が10%以下になるように調整した。同様に、実施例2~6、及び比較例1,2では、ハニカム構造体の気孔率が5%以下、実施例12ではハニカム構造体の気孔率が10%以上となるように調整を行った。実施例7~12については、実施例1~6のハニカム構造体と同様の条件で焼成したものを準備し、ハニカム径が40mmになるように外周壁を研削加工し、実施例1~6と比べて外周壁の薄いハニカム構造体を準備した。外周壁厚さは、測定顕微鏡を用いて計16か所の測定を行い、平均した値を外周壁厚さとした。すなわち、実施例12を除き、流体加熱部品のベースとなるハニカム構造体(柱状部材)は、緻密質のものである。
上記(1)によって得られたハニカム構造体の外周面に対し、導電性皮膜層を形成した。ここで、実施例1~3及び7~12は、導電性皮膜層として銅(Cu)めっきを施したものであり、以下、実施例4はNi-Bめっき、実施例5はNi溶射、実施例6はMo溶射を行ったものである。なお、それぞれのめっき法及び溶射法は周知のものであるため、ここでは説明を省略する。
図11に示す概略構成を示す誘導加熱試験装置100を用い、流体加熱部品としてのハニカム構造体の誘導加熱試験を実施した。ここで、誘導加熱試験装置100は、高周波を発生させる高周波電源装置101と、フィーダーダクト102を通して高周波電源装置101と電気的に接続されたフレキフィーダー103と、フレキフィーダー103の一端と接続された加熱コイル104と、加熱コイル104の周囲に配されたケーシング105と、加熱コイル104の内部に収容されたハニカム構造体106(流体加熱部品)の上方に配置され、加熱コイル104による誘導加熱時におけるハニカム構造体106の温度(一方の端面106aの温度)を非接触で測定するサーモカメラ107とを具備している。ここで、サーモカメラ107は、熱画像カメラとも呼ばれ、例えば、CHINO製のCPA-2300等を使用することができる。
上記の誘導加熱試験装置100を用いた誘導加熱試験の際に、加熱コイル104の上方に設置されたサーモカメラ107によってハニカム構造体106の一方の端面106aの温度を平面的に測定し、測定された一方の端面106aにおける最も低い(中央位置の)温度を測定温度とした。
高周波電源装置101による高周波電流の出力を10%~100%の間で任意の出力値に設定した後、上記(4)に示した手法でサーモカメラ107によって加熱速度を測定した。ここで、加熱コイル104に高周波電流を出力した際の誘導加熱出力(kW)は、高周波電源装置101に搭載されている電圧計、及び電流計(図示しない)の数値から算出した。更に、高周波電流の出力を開始してから、ハニカム構造体106の測定温度が300℃に到達するまでの到達時間を測定し、これを“経過時間”とした。なお、300℃に達するまでの時間が60s以上の場合や、昇温が途中で止まる場合には、その時点における到達温度及び経過時間を記録した。
上記(3)による誘導加熱試験後の流体加熱部品の外観の変化、特にハニカム構造体の割れの発生の有無を目視により確認した。割れがないものを“A”、誘導加熱の継続が不可能なレベルの割れがあるものを“C”、誘導加熱の継続が可能なレベルの微小なクラックについては“B”と評価した。総合評価としては、300℃に到達するまでの時間が30s未満で、かつ割れがないものを“A”、300℃に到達するまでの時間が30s未満であるものの、微小なクラックが発生したものを“B”、及び300℃に到達するまでの時間が30s以上、若しくは誘導加熱の継続が不可能なレベルの割れがあるものを“C”とした。上記(3)~(5)の試験結果、割れの有無、及び総合評価の結果をまとめたものを下記表1に示す。
表1に示されるように、本願発明の要件を満たす実施例1~12は、誘導加熱試験において、加熱開始からの経過時間がいずれも30s以内で300℃まで到達することができる。更に、その際のハニカム構造体に誘導加熱の継続が不可能なレベルの割れが生じることがない、総合評価が“A”または“B”のものである。そのため、排ガス浄化用触媒の加熱システムの一部として使用されることにより、エンジン始動直後から触媒を活性化させることができ、燃費の改善に大きな効果を奏することが期待される。
Claims (9)
- 流体の流通する流路が形成されたセラミックス製の柱状部材と、
前記柱状部材の外周面の少なくとも一部に被設された導電性皮膜層と
を具備し、
前記導電性皮膜層は、
層構造を呈し、前記柱状部材の前記表面と接する無電解めっき層と、
前記無電解めっき層の上に積層された少なくとも一層以上の誘導加熱層と
を備え、
前記流体の流通方向に直交する前記柱状部材の切断面において、電気的に接続した状態で前記柱状部材の切断面全周を被設している流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
一方の端面から他方の端面まで延びる前記流路として形成された複数のセルを区画形成する隔壁を備えたハニカム構造体である請求項1に記載の流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
緻密質のセラミックスであり、
気孔率が0.1%~10%の範囲である請求項1または2に記載の流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
熱伝導率が50W/m・K~300W/m・Kの範囲にあるセラミックスである請求項1~3のいずれか一項に記載の流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムから選択される少なくとも1つ以上を主成分とするセラミックスである請求項1~4のいずれか一項に記載の流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
炭化珪素を主成分とするセラミックスであり、電気抵抗率が0.01Ωcm~10Ωcmである請求項1~4のいずれか一項に記載の流体加熱部品。 - 前記柱状部材は、
熱膨張率が0.1ppm/K~2ppm/Kのコージェライトを主成分とするセラミックスである請求項1~3のいずれか一項に記載の流体加熱部品。 - 前記導電性皮膜層は、
皮膜層厚さが0.1μm~500μmの範囲である請求項1~7のいずれか一項に記載の流体加熱部品。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の流体加熱部品を用いて形成され、
複数の角柱状の前記流体加熱部品を用いて一体的に構築され、若しくは、
少なくとも一つ以上の角柱状の前記流体加熱部品、及び、流体の流通する流路が形成された、
一または複数の角柱状のセラミックス製の柱状部材を用いて一体的に構築された流体加熱部品複合体。
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