JP7185409B2 - 加熱ユニット - Google Patents
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Description
H2≦1.2H1・・・・・・・・・・・・・・・(1)
図1は、加熱ユニットの概略断面図である。図1に示す白抜きの矢印は、排ガス(流体に相当する)の導通方向(加熱ユニットの軸方向)を示している。矢印の定義は、図4、7及び8においても同様である。図2は、第1触媒コンバータを軸方向から見た図である。本実施形態の加熱ユニット1は、排ガス浄化装置であり、車両の排ガス経路を形成する配管Xの内部に設置することができる。車両には、ガソリン自動車、ディーゼル自動車、ハイブリッド自動車が含まれる。
H2≦1.2H1・・・・・・・・・・・・(1)
抵抗体5の外径H2が第1中心電極41(第2中心電極42)の外径H1の1.2倍を超過すると、軸方向視において、抵抗体5が第1中心電極41(第2中心電極42)の外周面から大きく張り出すため、排ガスの流れが妨げられ、圧力損失が増大する。抵抗体5の外径H2を第1中心電極41(第2中心電極42)の外径H1の1.2倍以下に設定しておければ、圧力損失が過度に増大することを抑制できる。
S2≦(0.6H1-0.5H3)/T2・・・・・・・・・(2)
これにより、抵抗体5の外径H2が第1中心電極41(第2中心電極42)の外径H1の1.2倍超になることを抑制しながら、抵抗体5の電気抵抗値を所望の値に設定することができる。
第1触媒コンバータに用いられる金属箔として、厚さ50μmのYUS205-M1材を使用し、波箔の波高さを1.25mm、波ピッチを2.5mmとした。第1中心電極は直径10mm、軸方向長さ20mmとし、ハニカム構造体は直径68mm、軸方向長さ13mmとした。なお、上述の値は、設計値である。第2触媒コンバータは、第1触媒コンバータと同様の設計値に基づき製造した。なお、第1中心電極及び第2中心電極を互いに直接接続することにより、第1触媒コンバータ及び第2触媒コンバータを接続した。
第1触媒コンバータに用いられる金属箔として、厚さ50μmのYUS205-M1材を使用し、波箔の波高さを1.25mm、波ピッチを2.5mmとした。第1中心電極は、直径10mm、軸方向長さ17.5mmとし、ハニカム構造体は直径68mm、軸方向長さ13mmとした。なお、上述の値は、設計値である。第2触媒コンバータは、第1触媒コンバータと同様の設計値に基づき製造した。次に第1触媒コンバータ及び第2触媒コンバータの直列合成抵抗値を測定し、加熱ユニットの目標抵抗値との差分を算出した。次に抵抗体として、厚さ50μmの平箔と、波ピッチ1.66mmの波箔と、を積層した積層シートを、直径3mm、軸方向長さ10mmの抵抗体中心電極の周りに巻き回して、前記目標抵抗値との差分を設計値とする直径10mm、軸方向長さ5mmのハニカム状抵抗体を有する抵抗体を製造した。これらの第1触媒コンバータ、抵抗体及び第2触媒コンバータを接続して、上記実施形態の加熱ユニットを製造した。
上述の実施形態では、抵抗体5をハニカム構造により構成したが、本発明はこれに限るものではなく、他の構造であってもよい。図7は、本変形例1に係る抵抗体5´の概略図である。なお、上記実施形態と機能が共通する要素には、同一符号を付している。第1中心電極41と第2中心電極42との間には、これらと同一外径の棒状に形成された絶縁体7(絶縁性の棒状部材に相当する)が設けられている。絶縁体7の外面にはコイル状の抵抗体5´が巻き付けられており、抵抗体5´の一端は第1中心電極41に対して接続され、他端は第2中心電極42に対して接続されている。この抵抗体5´は、第1触媒コンバータ2、第2触媒コンバータ3よりも電気抵抗値が小さい。なお、コイル状の抵抗体5´に変えて、帯状に延びる板状の抵抗体5´を絶縁体7に巻き付ける構成であってもよい。抵抗体5´が導電性の材料によって構成されていることは言うまでもない。
上述の実施形態では、第1触媒コンバータ2、第2触媒コンバータ3及び抵抗体5に含まれる波箔を導電路として用いたが、本発明はこれに限るものではなく、平箔及び波箔の双方を導電路として用いてもよい。この構成によれば、第1触媒コンバータ2、第2触媒コンバータ3及び抵抗体5それぞれの導電路が並列になるため、波箔のみを導電路に設定した場合と比べて、金属箔の劣化等に起因する電気抵抗値の変動を抑制することができる。
上述の実施形態では、抵抗体5の抵抗体中心電極52を第1中心電極41に嵌合させたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第1中心電極41の端面をフラットに形成し、ここに抵抗体中心電極52の端部を接合する構成であってよい。また、図8に示すように、抵抗体5の軸中心に空洞部513を設けるとともに、この空洞部513に第1中心電極41の軸端部から突出する第1中心電極突出部411を嵌合する構成であってもよい。この場合、第1中心電極突出部411と抵抗体5の波箔とを接続することにより、第1触媒コンバータ2及び抵抗体5を電気的に接続することができる。
上述の実施形態では、ハニカム状抵抗体51の最外周箔を波箔22´によって構成したが、本発明はこれに限るものではなく、平箔21´によって構成してもよい。この場合、平箔21´の一部を延出して、この延出部を第2中心電極42に接合することができる。
上述の実施形態では、第1触媒コンバータ2から第2触媒コンバータ3に向かって排ガスが流れる構成であるが、本発明はこれに限るものではなく、第2触媒コンバータ3から第1触媒コンバータ2に向かって排ガスが流れる構成であってもよい。
上述の実施形態では、第1触媒コンバータ2から第2触媒コンバータ3に向かって電流を流したが、本発明はこれに限るものではなく、逆向きに電流を流してもよい。
上述の実施形態では、排ガス浄化に用いられる加熱装置について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、家庭用スチーム発生装置や水素改質装置に用いることもできる。この場合、加熱装置に触媒を担持させる必要はない。
図9は、変形例8に係る波箔の拡大図であり、図5に対応している。上述の実施形態では、第1触媒コンバータ2(第2触媒コンバータ3)の波箔22の断面形状を台形状に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、図9に図示するようにサインカーブ状に形成してもよい。なお、抵抗体5の波箔22´についても同様にサインカーブ状に形成してもよい。
5 抵抗体 7 棒状絶縁体 21、21´ 平箔 22、22´ 波箔
41 第1中心電極 42 第2中心電極
51 ハニカム状抵抗体 52 抵抗体中心電極
Claims (10)
- 流体の流動経路上に配置される一対の電気加熱式発熱体が電気的に接続された加熱ユニットにおいて、
前記一対の電気加熱式発熱体は、前記流体の流動方向である所定方向に延びる第1中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第1電気加熱式発熱体と、前記所定方向に延びる第2中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第2電気加熱式発熱体と、により構成されており、
前記第1中心電極及び前記第2中心電極は物理的に接触しておらず、前記第1電気加熱式発熱体及び前記第2電気加熱式発熱体よりも電気抵抗値が低い抵抗体を介して電気的に接続されており、
前記抵抗体は、前記第1電気加熱式発熱体及び前記第2電気加熱式発熱体の間に形成された間隙の範囲に収められていることを特徴とする加熱ユニット。 - 前記抵抗体は、前記所定方向に延びる抵抗体中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなることを特徴とする請求項1に記載の加熱ユニット。
- 前記抵抗体における前記波箔の波高さは、前記第1電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さ及び前記第2電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さよりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の加熱ユニット。
- 前記第1中心電極及び前記第2中心電極の外径をH1、前記抵抗体の外径をH2としたときに、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項2又は3に記載の加熱ユニット。
H2≦1.2H1・・・・・・・・・・・・・・・(1) - 前記抵抗体の前記波箔における最外周部には、前記所定方向に管状に延びる延出部が設けられており、前記延出部は前記第2中心電極の径方向における外面に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の加熱ユニット。
- 前記第1電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記第2電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記抵抗体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記第1電気加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、電源の第1端子に接続するための第1接続部が設けられており、
前記第2電気加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、前記第1端子とは極性が異なる前記電源の第2端子に接続するための第2接続部が設けられていることを特徴とする請求項2乃至5のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。 - 前記第1中心電極と前記抵抗体との間には、第1絶縁板が介在しており、
前記抵抗体と前記第2中心電極との間には、第2絶縁板が介在しており、
前記抵抗体中心電極は、前記第1絶縁板に形成された貫通孔部を貫通して、前記第1中心電極の端部に形成された嵌合開口部に嵌合していることを特徴とする請求項2乃至6のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。 - 前記第1中心電極及び前記第2中心電極は、絶縁性の棒状部材により連結されており、
前記棒状部材に捲き回された線状又は帯状の導電部材における一端が前記第1中心電極に接続され、前記導電部材における他端が前記第2中心電極に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の加熱ユニット。 - 前記第1中心電極、前記第2中心電極及び前記棒状部材の外径は、略同じであることを特徴とする請求項8に記載の加熱ユニット。
- 前記第1電気加熱式発熱体及び前記第2電気加熱式発熱体は、排ガス浄化用の触媒を担持させるための触媒基材であることを特徴とする請求項1乃至9のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。
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