JP7438327B2 - ハニカム構造体、排気ガス浄化触媒及び排気ガス浄化システム - Google Patents
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- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
- B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
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- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
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Description
本発明は、ハニカム構造体、排気ガス浄化触媒及び排気ガス浄化システムに関する。
自動車の排気ガスには、通常は不完全燃焼の結果として一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物などの有害成分やカーボンなどの微粒子が含まれる。人体への健康被害低減の観点から、自動車排気ガス中の有害ガス成分および微粒子の低減要求が高まっている。
しかしながら、現在、これらの有害成分は、エンジン始動直後という、触媒温度が低く、触媒活性が不十分な期間に排出されている。このため、排気ガス中の有害成分が、触媒活性化温度に達する前に触媒で浄化されずに排出されるおそれがある。このような要求に応えるためには、触媒活性化温度に達する前に触媒で浄化されずに排出されるエミッションを極力低減させることが必要であり、例えば、電気加熱技術を利用した対策が知られている。
このような技術として、特許文献１には、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）をＩＨコイルで取り囲み、誘導加熱によってＤＯＣ自体を発熱させることで、排気ガスの浄化を行うことが記載されている。
特許文献２には、セラミックス基材の複数のセルにおいて、セル内全体に亘って、金属粒子又は金属小片を設け、誘導加熱によって当該金属粒子又は金属小片を発熱させる構造を有する触媒担体が記載されている。
特許文献３には、セラミックス基体のセル内に、棒状の導電部材を挿入し、誘導加熱によって当該導電部材を発熱させる構造を有する排気ガス浄化装置が記載されている。
特許文献１に記載の技術では、電気ヒーターによる外部加熱に比べると、消費電力を小さくすることができる。しかしながら、特許文献１に記載のＤＯＣはメタルハニカムで構成されており、メタルハニカムを有効に加熱するためには、全周をＩＨコイルで取り囲む必要がある。このため、排気ガス浄化システムに用いる装置サイズが大きくなり、消費電力も大きくなるという課題がある。特に、体積の大きい大型車用の排気ガス浄化システムでは、この課題はより顕著となる。
また、特許文献２に記載の技術では、セル内全体に亘って設けられた金属粒子又は金属小片を誘導加熱によって発熱させるために、ハニカム構造体の全体をＩＨコイルで取り囲んでいる。このため、特許文献１と同様に、装置サイズが大きくなり、消費電力も大きくなるという課題がある。
また、特許文献３に記載の技術では、棒状の導電部材をハニカム構造体のセル内に挿入しているため、ハニカム構造体の振動によって、棒状の導電部材が、セルを破損するおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑み、自身のハニカム構造体を誘導加熱する、またはその下流側に設けられたハニカム構造体を加熱することが可能であり、誘導加熱時の消費電力が抑制され、ハニカム構造体のセルの破損が良好に抑制された、誘導加熱用のハニカム構造体を提供することを課題とするものである。また、上記誘導加熱用のハニカム構造体を備えた排気ガス浄化触媒及び排気ガス浄化システムを提供することを課題とするものである。
上記課題は、以下の本発明によって解決されるものである。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隔壁と、
を有するセラミックス製の柱状のハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造体の一方の端面から全長の５０％以下の領域における前記セル内に、導電体と非導電体とで構成されている複合材が設けられており、
前記導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。
（２）柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個接合して構成されている柱状のハニカム構造体であって、
前記柱状のハニカムセグメントは、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隔壁と、を有し、
前記ハニカム構造体の一方の端面から全長の５０％以下の領域における前記接合材層内に、導電体が設けられており、
前記導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。
（３）（１）または（２）に記載のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記セル内に担持された触媒と、を有し、
前記触媒が、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、ＮＯx選択還元触媒、炭化水素吸着触媒、炭化水素、一酸化炭素酸化触媒、及び、アンモニアスリップ(酸化)触媒からなる群より選択される少なくとも１種である、排気ガス浄化触媒。
（４）ガス流れ方向の上流側に配置した（１）または（２）に記載のハニカム構造体Ａと、
前記ハニカム構造体の下流側に配置した、少なくとも１つのハニカム構造体Ｂと、
を備えた排気ガス浄化システム。
（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隔壁と、
を有するセラミックス製の柱状のハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造体の一方の端面から全長の５０％以下の領域における前記セル内に、導電体と非導電体とで構成されている複合材が設けられており、
前記導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。
（２）柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個接合して構成されている柱状のハニカム構造体であって、
前記柱状のハニカムセグメントは、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隔壁と、を有し、
前記ハニカム構造体の一方の端面から全長の５０％以下の領域における前記接合材層内に、導電体が設けられており、
前記導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。
（３）（１）または（２）に記載のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記セル内に担持された触媒と、を有し、
前記触媒が、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、ＮＯx選択還元触媒、炭化水素吸着触媒、炭化水素、一酸化炭素酸化触媒、及び、アンモニアスリップ(酸化)触媒からなる群より選択される少なくとも１種である、排気ガス浄化触媒。
（４）ガス流れ方向の上流側に配置した（１）または（２）に記載のハニカム構造体Ａと、
前記ハニカム構造体の下流側に配置した、少なくとも１つのハニカム構造体Ｂと、
を備えた排気ガス浄化システム。
本発明によれば、自身のハニカム構造体を誘導加熱する、またはその下流側に設けられたハニカム構造体を加熱することが可能であり、誘導加熱時の消費電力が抑制され、ハニカム構造体のセルの破損が良好に抑制された、誘導加熱用のハニカム構造体を提供することができる。また、上記誘導加熱用のハニカム構造体を備えた排気ガス浄化触媒及び排気ガス浄化システムを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の誘導加熱用のハニカム構造体、排気ガス浄化触媒及び排気ガス浄化システムの実施形態について説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
＜１．ハニカム構造体＞
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１における、誘導加熱用のハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図２には、本発明の実施形態１におけるハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１における、誘導加熱用のハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図２には、本発明の実施形態１におけるハニカム構造体１０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
ハニカム構造体１０は、柱状に形成されており、外周壁１１と、外周壁１１の内側に配設され、ガス流れ方向の上流から下流へ延びて流路を形成する複数のセル１５を区画形成するセラミックス製の隔壁１２とを備える。
ハニカム構造体１０の隔壁１２及び外周壁１１の材質については特に制限はないが、通常は、セラミックス材料で形成される。例えば、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、ムライト、アルミナ、珪素－炭化珪素系複合材料、炭化珪素－コージェライト系複合材料の、特に珪素－炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とする焼結体が挙げられる。本明細書において「炭化珪素系」とは、ハニカム構造体１０が炭化珪素を、ハニカム構造体１０全体の５０質量％以上含有していることを意味する。ハニカム構造体１０が珪素－炭化珪素複合材を主成分とするというのは、ハニカム構造体１０が珪素－炭化珪素複合材（合計質量）を、ハニカム構造体１０全体の９０質量％以上含有していることを意味する。ここで、珪素－炭化珪素複合材は、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有するものであり、複数の炭化珪素粒子が、炭化珪素粒子間に細孔を形成するようにして、珪素によって結合されていることが好ましい。また、ハニカム構造体１０が炭化珪素を主成分とするというのは、ハニカム構造体１０が炭化珪素（合計質量）を、ハニカム構造体１０全体の９０質量％以上含有していることを意味する。
好ましくは、ハニカム構造体１０は、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、ムライト、及び、アルミナからなる群から選択される少なくとも１つのセラミックス材料で形成される。
ハニカム構造体１０のセル形状は特に限定されないが、ハニカム構造体１０の中心軸に直交する断面において、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。これらのなかでも、構造強度及び加熱均一性を両立させやすいという観点から、四角形及び六角形が好ましい。
また、ハニカム構造体１０の外形としては、特に限定されないが、端面が円形の柱状（円柱形状）、端面がオーバル形状の柱状、端面が多角形（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。
ハニカム構造体１０の隔壁１２の厚さは、０．０５～０．５０ｍｍであることが好ましく、製造の容易さの点で、０．１０～０．４５ｍｍであることが更に好ましい。例えば、０．１０ｍｍ以上であると、ハニカム構造体１０の強度がより向上し、０．５０ｍｍ以下であると、圧力損失を小さくすることができる。なお、この隔壁１２の厚さは、中心軸方向断面を顕微鏡観察する方法で測定した平均値である。
また、ハニカム構造体１０を構成する隔壁１２の気孔率は、２０～７０％であることが好ましい。隔壁１２の気孔率は、製造の容易さの点で、２０％以上が好ましく、７０％以下であると、ハニカム構造体１０の強度を維持できる。
また、隔壁１２の平均細孔径は、２～３０μｍであることが好ましく、５～２５μｍであることが更に好ましい。隔壁１２の平均細孔径が、２μｍ以上であると、製造が容易になり、３０μｍ以下であると、ハニカム構造体１０の強度を維持できる。なお、本明細書において、「平均細孔径」、「気孔率」というときには、水銀圧入法により測定した平均細孔径、気孔率を意味するものとする。
ハニカム構造体１０のセル密度も特に制限はないが、５～１５０セル／ｃｍ2の範囲であることが好ましく、５～１００セル／ｃｍ2の範囲であることがより好ましく、３１～８０セル／ｃｍ2の範囲であることが更に好ましい。
このようなハニカム構造体１０は、セラミックス原料を含有する坏土を、一方の端面から他方の端面まで貫通し流体の流路となる複数のセル１５を区画形成する隔壁１２を有するハニカム状に成形して、ハニカム成形体を形成し、このハニカム成形体を、乾燥した後に焼成することによって作製される。そして、このようなハニカム構造体を、本実施形態のハニカム構造体１０として用いる場合には、外周壁をハニカム構造部と一体的に押し出してそのまま外周壁として使用してもよいし、成形又は焼成後に、ハニカム成形体（ハニカム構造体）の外周を研削して所定形状とし、この外周を研削したハニカム構造体に、コーティング材を塗布して外周コーティングを形成してもよい。なお、本実施形態のハニカム構造体１０においては、例えば、ハニカム構造体の最外周を研削せずに、外周を有したハニカム構造体を用い、この外周を有するハニカム構造体の外周面（即ち、ハニカム構造体の外周の更に外側）に、更に、上記コーティング材を塗布して、外周コーティングを形成してもよい。即ち、前者の場合には、ハニカム構造体の外周面には、コーティング材からなる外周コーティングのみが最外周に位置する外周壁となる。一方、後者の場合には、ハニカム構造体の外周面に、更にコーティング材からなる外周コーティングが積層された、最外周に位置する、二層構造の外周壁が形成される。外周壁をハニカム構造部と一体的に押し出してそのまま焼成し、外周の加工無しに、外周壁として使用してもよい。
なお、ハニカム構造体１０は、隔壁１２が一体的に形成された一体型のハニカム構造体１０に限定されることはなく、例えば、セラミックス製の隔壁１２を有し、隔壁１２によって流体の流路となる複数のセル１５が区画形成された柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個組み合わされた構造を有するハニカム構造体１０（以下、「接合型ハニカム構造体」ということがある）であってもよい。
ハニカム構造体１０の一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に、導電体と非導電体とで構成されている複合材１３が設けられている。複合材１３は、セル１５内に充填されている。複合材１３に含まれる導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である。ハニカム構造体１０は、このように、一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に、磁界の変化に応じて発熱する導電体を含んでおり、ハニカム構造体１０の一方の端面から全長の５０％以下の領域だけをコイルで囲んで誘導加熱することで、導電体を発熱させる。当該全長の一方の端面が、ガス流れ方向の上流側の端面である場合、ハニカム構造体１０の全長の上流側から５０％以下の領域に設けられた導電体が発熱することで、ハニカム構造体１０のセル１５内において、上流側で加熱されたガスが下流側へ向かい、これによってハニカム構造体１０の下流側も加熱される。一方で、当該全長の一方の端面が、ガス流れ方向の下流側の端面である場合、ハニカム構造体１０の全長の下流側から５０％以下の領域に設けられた導電体が発熱することで、ハニカム構造体１０で加熱されたガスが下流側へ向かい、これによってハニカム構造体１０の下流側に設置した別の担体を加熱する効果をより高めることができる。このため、ハニカム構造体１０において、全長に亘り、コイルで囲んで加熱することなく、ハニカム構造体１０全体を加熱したり、その下流に配置した別のハニカム構造体を同時に加熱したりすることができる。従って、誘導加熱時の消費電力が抑制される。また、ハニカム構造体１０を用いた排気ガス浄化システムの構成を簡略化することができる。また、複合材１３が導電体のみでなく、導電体より熱膨張係数あるいはヤング率の小さい非導電体も含んでいるため、ハニカム構造体１０の加熱時の複合材１３の熱膨張により発生する熱応力が緩和され、セル１５の破損を良好に抑制することができる。
また、担持された導電体は、後述するように、ハニカム構造体１０の材質より密度が高い金属等であることが多いため、その熱容量により、一度加熱させると、加熱された部分は導電体が無い場合よりも冷めにくくなるという特徴を有する。この効果も加熱する効果をより高めることにおいて利点となる。特に、隔壁１２の厚みを薄くするなどして軽量のハニカム構造体１０を使用することによって加熱の効果を高めることが可能である。加えて、例えば、下流側の領域にのみ導電体を配置することで、下流に向かう排気ガス温度を冷めにくくするような構成にすることが可能である。さらには、ハニカム構造体１０を軽量化することで生じる、機械的強度が低下するなどの課題に対し、下流側に導電体を配置してハニカム構造体１０の全体での密度を高めることで機械的強度を補うことも可能になる。
ハニカム構造体１０の大きさは、特に限定されないが、直径が１５０ｍｍ以上、または、容積が３Ｌ以上であるのが好ましい。このような大きさに形成されていると、ハニカム構造体１０を、例えば、ディーゼル車、液化天然ガス車、圧縮天然ガス車、または、合成燃料車等の大型車に用いることができ、誘導加熱時の消費電力の削減効果がより大きくなる。
複合材１３は、ハニカム構造体１０の全長の、４０％以下の領域におけるセル１５内に設けられていてもよく、３０％以下の領域におけるセル１５内に設けられていてもよく、２０％以下の領域におけるセル１５内に設けられていてもよい。
ハニカム構造体１０の下流側の端面には、目封じ部が設けられていないのが好ましい。このような構成によれば、圧力損失が上がることなく、また、より均一に下流側にガスを送ることが可能になるため、消費電力の抑制にも有効である。
複合材１３が充填されたセル１５は、縦横に隣接するセルに関し、１セルおきに配置されていてもよく、複数セルおきに配置されてもよく、連続して配置されていてもよい。複合材１３が充填されたセル１５の数、または配置等は制限されず、必要に応じて適宜設計することができる。加熱の効果を高める観点からは、複合材１３を充填したセル数を増やした方が良いが、圧力損失を下げる観点からはできるだけ減らした方が良い。
複合材１３は、導電体を５０～９５質量％含有するのが好ましい。複合材１３の導電体の含有量が、５０質量％以上であると、ハニカム構造体１０の誘導加熱効率がより良好となる。複合材１３の導電体の含有量が、９５質量％以下であると、ハニカム構造体１０の加熱時の複合材１３の熱膨張がより緩和されるため、セル１５の破損をより良好に抑制することができる。複合材１３は、導電体を５５～９０質量％含有するのがより好ましく、６０～８５質量％含有するのが更により好ましい。
複合材１３の気孔率は、３０～７０％であるのが好ましい。複合材１３の気孔率が３０％以上であると、複合材１３を充填したセル１５が、排気ガス流路としてより良好に使用される。複合材１３の気孔率が７０％以下であると、ハニカム構造体１０の誘導加熱性能がより良好となる。複合材１３の気孔率は、３５～６５％であるのがより好ましく、４０～６０％であるのが更により好ましい。なお、ハニカム構造体１０に担持した複合材１３の気孔率は、試料切り出しの観点で水銀圧入法での測定が困難であることから、この場合は画像解析で測定することが可能である。
複合材１３が含有する導電体は、多孔体であるのが好ましい。このような構成によれば、複合材１３の耐久性が向上する。多孔体の導電体の材質としては、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｒ－９質量％Ｎｉ、Ｃｕ等が挙げられる。
複合材１３が含有する導電体は、磁性体であるのが好ましい。このような構成によれば、ハニカム構造体１０の誘導加熱特性がより向上する。導電体を構成する磁性体は、磁性材料であり、磁場により磁化され、磁場の強さにより磁化の状態も変わる。これを表したものが「磁化曲線」である。磁化曲線は、横軸には磁場Ｈを目盛り、縦軸には、磁束密度Ｂを目盛る場合（Ｂ－Ｈ曲線）がある。磁性材料に全く磁場が加えられていない状態を消磁状態といい原点Ｏで表す。磁場を加えていくと、原点Ｏから、磁束密度が増加していき飽和する曲線を描く。この曲線が「初磁化曲線」である。初磁化曲線上の点と原点を結ぶ直線の傾きが「透磁率」である。透磁率は、磁場が浸透するといったような意味合いで、磁性材料の磁化のしやすさの目安となる。原点付近の磁場が小さい所での透磁率が「初透磁率」であり、初磁化曲線上で最大となる透磁率が「最大透磁率」である。
導電体を構成する磁性体は、５００以上の最大透磁率を有するのが好ましい。このような構成によれば、ハニカム構造体１０を誘電加熱した際、水分が気化する温度（約１００℃）まで、さらには触媒が活性化する温度（約３００℃）まで、短時間に温度を上昇させることができる。導電体を構成する磁性体は、１０００以上の最大透磁率を有するのがより好ましく、２０００以上の最大透磁率を有するのが更により好ましい。５００以上の最大透磁率を有する磁性体としては、例えば、残部Ｆｅ－１０質量％Ｓｉ－５質量％Ａｌ、４９質量％Ｃｏ－４９質量％Ｆｅ－２質量％Ｖ、残部Ｆｅ－３６質量％Ｎｉ、残部Ｆｅ－４５質量％Ｎｉ、残部Ｆｅ－３５質量％Ｃｒ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｒ、残部Ｆｅ－１６質量％Ｃｒ－８質量％Ａｌ等がある。
導電体を構成する磁性体は、４５０℃以上のキュリー点を有するのが好ましい。導電体を構成する磁性体のキュリー点が４５０℃以上であると、触媒活性化温度以上に触媒温度を上昇させるのに十分なハニカム温度に達することが可能になる。４５０℃以上のキュリー点を有する磁性体としては、例えば、残部Ｃｏ－２０質量％Ｆｅ、残部Ｃｏ－２５質量％Ｎｉ－４質量％Ｆｅ、残部Ｆｅ－１５～３５質量％Ｃｏ、残部Ｆｅ－１７質量％Ｃｏ－２質量％Ｃｒ－１質量％Ｍｏ、残部Ｆｅ－４９質量％Ｃｏ－２質量％Ｖ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｏ－１０質量％Ｃｒ－２質量％Ｍｏ－１質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－２７質量％Ｃｏ－１質量％Ｎｂ、残部Ｆｅ－２０質量％Ｃｏ－１質量％Ｃｒ－２質量％Ｖ、残部Ｆｅ－３５質量％Ｃｏ－１質量％Ｃｒ、純コバルト、純鉄、電磁軟鉄、残部Ｆｅ－０．１～０．５質量％Ｍｎ、残部Ｆｅ－３質量％Ｓｉ、残部Ｆｅ－６．５質量％Ｓｉ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｒ、残部Ｆｅ－１６質量％Ｃｒ－８質量％Ａｌ、残部Ｎｉ－１３質量％Ｆｅ－５．３質量％Ｍｏ，残部Ｆｅ－４５質量％Ｎｉ等がある。ここで、磁性体のキュリー点は、強磁性の特性を失う温度をさす。
導電体を構成する磁性体は、２５℃で２０μΩｃｍ以上の固有抵抗値を有するのが好ましい。このような構成によれば、誘導加熱による発熱量をより高くすることができる。２５℃で５０μΩｃｍ以上の固有抵抗値を有する磁性体としては、例えば、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｒ、残部Ｆｅ－１３質量％Ｃｒ－２質量％Ｓｉ、残部Ｆｅ－２０質量％Ｃｒ－２質量％Ｓｉ－２質量％Ｍｏ、残部Ｆｅ－１０質量％Ｓｉ－５質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｏ－１０質量％Ｃｒ－２質量％Ｍｏ－１質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－３６質量％Ｎｉ、残部Ｆｅ－４５質量％Ｎｉ、残部Ｆｅ－４９質量％Ｃｏ－２質量％Ｖ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｏ－１０質量％Ｃｒ－２質量％Ｍｏ－１質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－１７質量％Ｃｏ－２質量％Ｃｒ－１質量％Ｍｏ等がある。
導電体を構成する磁性体は、４０Ａ／ｍ以上の保磁力を有するのが好ましい。このような構成によれば、ハニカム構造体１０を誘電加熱した際、水分が気化する温度（約１００℃）まで、さらには触媒が活性化する温度（約３００℃）まで、短時間に温度を上昇させることができる。４０Ａ／ｍ以上の保磁力を有する磁性体としては、残部Ｆｅ－３５質量％Ｃｏ、残部Ｆｅ－２０質量％Ｃｏ－１質量％Ｖ、残部Ｆｅ－１３質量％Ｃｒ－２質量％Ｓｉ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｒ、残部Ｆｅ－１６質量％Ｃｒ－８質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－４９質量％Ｃｏ－２質量％Ｖ、残部Ｆｅ－１８質量％Ｃｏ－１０質量％Ｃｒ－２質量％Ｍｏ－１質量％Ａｌ、残部Ｆｅ－１７質量％Ｃｏ－２質量％Ｃｒ－１質量％Ｍｏ等がある。
複合材１３に含まれる非導電体の材質は、特に限定されないが、ケイ酸、ホウ酸、又はホウケイ酸を含むガラス、結晶化ガラス、セラミックス、または、その他の酸化物を含む、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス等を用いることができる。
次に、ハニカム構造体１０の製造方法を説明する。まず、セラミックス製の隔壁を有し、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカム構造体を作製する。例えば、コージェライトからなるハニカム構造体を作製する場合には、まず、坏土用材料としてコージェライト化原料を用意する。コージェライト化原料は、コージェライト結晶の理論組成となるように各成分を配合するため、シリカ源成分、マグネシア源成分、及びアルミナ源成分等を配合する。このうちシリカ源成分としては、石英、溶融シリカを用いることが好ましく、更に、このシリカ源成分の粒径を１００～１５０μｍとすることが好ましい。
マグネシア源成分としては、例えば、タルク、マグネサイト等を挙げることができる。これらの中でも、タルクが好ましい。タルクは、コージェライト化原料中３７～４３質量％含有させることが好ましい。タルクの粒径（平均粒子径）は、５～５０μｍであることが好ましく、１０～４０μｍであることが更に好ましい。また、マグネシア（ＭｇＯ）源成分は、不純物としてＦｅ2Ｏ3、ＣａＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等を含有していてもよい。
アルミナ源成分としては、不純物が少ないという点で、酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの少なくとも一種を含有するものが好ましい。また、コージェライト化原料中、水酸化アルミニウムは１０～３０質量％含有させることが好ましく、酸化アルミニウムは０～２０質量％含有させることが好ましい。
次に、コージェライト化原料に添加する坏土用材料（添加剤）を用意する。添加剤として、少なくともバインダと造孔剤を用いる。そして、バインダと造孔剤以外には、分散剤や界面活性剤を使用することができる。
造孔剤としては、コージェライトの焼成温度以下において酸素と反応して酸化除去可能な物質、又は、コージェライトの焼成温度以下の温度に融点を有する低融点反応物質等を用いることができる。酸化除去可能な物質としては、例えば、樹脂（特に、粒子状の樹脂）、黒鉛（特に、粒子状の黒鉛）等を挙げることができる。低融点反応物質としては、鉄、銅、亜鉛、鉛、アルミニウム、及びニッケルからなる群より選択される少なくとも一種の金属、これらの金属を主成分とする合金（例えば、鉄の場合には炭素鋼や鋳鉄、ステンレス鋼）、又は、二種以上を主成分とする合金を用いることができる。これらの中でも、低融点反応物質は、粉粒状又は繊維状の鉄合金であることが好ましい。更に、その粒径又は繊維径（平均径）は１０～２００μｍであることが好ましい。低融点反応物質の形状は、球状、巻菱形状、金平糖状等が挙げられ、これらの形状であると、細孔の形状をコントロールすることが容易となるため好ましい。
バインダとしては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。また、分散剤としては、例えば、デキストリン、ポリアルコール等を挙げることができる。また、界面活性剤としては、例えば、脂肪酸石鹸を挙げることができる。なお、添加剤は、一種単独又は二種以上用いることができる。
次に、コージェライト化原料１００質量部に対して、バインダを３～８質量部、造孔剤を３～４０質量部、分散剤を０．１～２質量部、水を１０～４０質量部の割合で混合し、これら坏土用材料を混練し、坏土を調製する。
次に、調製した坏土を、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等でハニカム形状に成形し、生のハニカム成形体を得る。連続成形が容易であり、例えばコージェライト結晶を配向させることができることから、押出成形法を採用することが好ましい。押出成形法は、真空土練機、ラム式押出成形機、２軸スクリュー式連続押出成形機等の装置を用いて行うことができる。
次に、ハニカム成形体を乾燥させて所定の寸法に調整してハニカム乾燥体を得る。ハニカム成形体の乾燥は、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等で行うことができる。なお、全体を迅速且つ均一に乾燥することができることから、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥と、を組み合わせて乾燥を行うことが好ましい。
次に、所望の磁性体等で構成された導電体、及び、ガラス等で構成された非導電体を混在させた材料を、ハニカム乾燥体の全長の上流側から５０％以下の領域におけるセル内に充填する。具体的には、例えば、磁性体粉末とガラス粉末を９：１の体積比で配合し、これにバインダ、分散剤、水を配合して複合材形成用スラリーを作製する。
次に、ハニカム乾燥体の上流側の端面のセルの一部にマスクを施し、その端面を、複合材形成用スラリーが貯留された貯留容器中に浸漬して、マスクをしていないセルに複合材形成用スラリーを充填する。このとき、複合材形成用スラリーは、ハニカム乾燥体の一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル内に充填する。その後、乾燥させ、焼成することによって、一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル内に複合材が充填されたハニカム構造体を得る。上記乾燥の条件は、ハニカム成形体を乾燥させる条件と同様の条件を採用することができる。また、上記焼成の条件は、コージェライト化原料を用いた場合には、通常、大気雰囲気下、１４１０～１４４０℃の温度で３～１５時間とすることができる。
複合材形成用スラリーの充填方法としては、ペースト状の材料を、スキージのようなヘラで押し込むのが簡単な方法である。スキージの押し込み回数で深さを制御するのが簡単である。
また、得られたハニカム構造体は、その外周面に外周壁が形成された状態で作製される場合には、その外周面を研削し、外周壁を取り除いた状態としてもよい。このようにして外周壁を取り除いたハニカム構造体の外周に、後の工程にて、コーティング材を塗布して外周コーティングを形成する。また、外周面を研削する場合には、外周壁の一部を研削して取り除き、その部分に、コーティング材によって外周コーティングを形成してもよい。コーティング材を調製する場合には、例えば、２軸回転式の縦型ミキサーを用いて調製することができる。
また、コーティング材には、コロイダルシリカ、有機バインダ、粘土等を更に含有させてもよい。なお、有機バインダは、０．０５～０．５質量％用いることが好ましく、０．１～０．２質量％用いることが更に好ましい。また、粘土は、０．２～２．０質量％用いることが好ましく、０．４～０．８質量％用いることが更に好ましい。
先に作製したハニカム構造体の外周面に、コーティング材を塗布し、塗布したコーティング材を乾燥させて、外周コーティングを形成する。このように構成することによって、乾燥・熱処理時の外周コーティングのクラックの発生を効果的に抑制することができる。
コーティング材の塗工方法としては、例えば、ハニカム構造体を回転台の上に載せて回転させ、コーティング材をブレード状の塗布ノズルから吐出させながらハニカム構造体の外周部に沿うように塗布ノズルを押し付けて塗布する方法を挙げることができる。このように構成することによって、コーティング材を均一な厚さで塗布することができる。また、形成した外周コーティングの表面粗さが小さくなり、外観に優れ、且つ熱衝撃によって破損し難い外周コーティングを形成することができる。
なお、ハニカム構造体の外周面が研削されて、外周壁が取り除かれたものの場合には、ハニカム構造体の外周面全体にコーティング材を塗布して外周コーティングを形成する。一方、ハニカム構造体の外周面に外周壁が存在する、或いは、一部の外周壁が取り除かれている場合には、部分的にコーティング材を塗布して外周コーティングを形成してもよいし、勿論、ハニカム構造体の外周面全域にコーティング材を塗布して外周コーティングを形成してもよい。
塗布したコーティング材（即ち、未乾燥の外周コーティング）を乾燥する方法については特に制限はないが、例えば、乾燥クラック防止の観点から、室温にて２４時間以上保持することでコーティング材中の水分の２５％以上を乾燥させた後、電気炉にて６００℃で１時間以上保持することで水分及び有機物を除去する方法を好適に用いることができる。
（実施形態２）
図３には、本発明の実施形態２における、誘導加熱用のハニカム構造体２０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図４には、本発明の実施形態２におけるハニカム構造体２０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
図３には、本発明の実施形態２における、誘導加熱用のハニカム構造体２０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図４には、本発明の実施形態２におけるハニカム構造体２０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
本発明の実施形態２における、誘導加熱用のハニカム構造体２０の構成は、本発明の実施形態１における、誘導加熱用のハニカム構造体１０に対して、複合材１４の配置構成が異なる以外は、同様である。すなわち、ハニカム構造体２０は、一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に、導電体と非導電体とで構成されている複合材１４が設けられており、複合材１４は、セル１５の隔壁の表面に薄膜状に設けられている。複合材１４が設けられたセル１５は、縦横に隣接するセルに関し、１セルおきに配置されていてもよく、複数セルおきに配置されてもよく、連続して配置されていてもよい。
ハニカム構造体２０は、一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に、磁界の変化に応じて発熱する導電体を含んでおり、ハニカム構造体２０の一方の端面から全長の５０％以下の領域だけをコイルで囲んで誘導加熱することで、導電体を発熱させる。このため、本発明の実施形態１で説明した通り、ハニカム構造体２０の誘導加熱時の消費電力が抑制される。また、ハニカム構造体２０を用いた排気ガス浄化システムの構成を簡略化することができる。また、複合材１４が導電体のみでなく、導電体より熱膨張係数あるいはヤング率の小さい非導電体も含んでいるため、ハニカム構造体２０の加熱時の複合材１４の熱膨張により発生する熱応力が緩和され、セル１５の破損を良好に抑制することができる。
ハニカム構造体２０は、複合材１４が、セル１５の隔壁の表面に薄膜状に設けられているため、複合材１３を設けたセル１５が、排気ガス流路としてより良好に使用される。
薄膜状の複合材１４の厚みは、５～１００μｍであるのが好ましい。複合材１４の厚みが５μｍ以上であると、ハニカム構造体１０の誘導加熱効率がより良好となる。また、複合材１４の厚みが１００μｍ以下であると、複合材１３を設けたセル１５が、排気ガス流路としてより良好に使用される。薄膜状の複合材１４の厚みは、５～６０μｍであるのがより好ましく、１０～４０μｍであるのが更により好ましい。
本発明の実施形態２における、ハニカム構造体２０の製造方法は、本発明の実施形態１における、ハニカム構造体１０の製造方法に対して、複合材形成工程が異なる以外は、同様である。そのため、以下に、ハニカム構造体２０の製造方法における複合材形成工程の一例を説明する。
ハニカム構造体２０の製造方法における複合材形成工程としては、まず、導電体及び非導電体を混在させた材料に、バインダ、分散剤、水を配合してペーストを作製し、これをセル内に注入する。次に、乾燥、脱脂後、真空雰囲気化でセル内の隔壁表面に焼付して、ハニカム乾燥体のセル内の隔壁の表面をコートするように設ける。このようにして、セル１５の隔壁１２の表面に薄膜状に設けられた複合材１３を作製することができる。
（実施形態３）
図５には、本発明の実施形態３における、誘導加熱用のハニカム構造体３０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図６には、本発明の実施形態３におけるハニカム構造体３０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
図５には、本発明の実施形態３における、誘導加熱用のハニカム構造体３０のセル１５の延伸方向に垂直な断面模式図が記載されている。図６には、本発明の実施形態３におけるハニカム構造体３０のセル１５の延伸方向に平行な断面模式図が記載されている。
ハニカム構造体３０は、柱状に形成されている。ハニカム構造体３０は、柱状のハニカムセグメント１７が、接合材層１８を介して複数個接合して構成されている。ハニカムセグメント１７は、外周壁１１と、外周壁１１の内側に配設され、ガス流れ方向の上流から下流へ延びて流路を形成する複数のセル１５を区画形成するセラミックス製の隔壁１２とを有している。
接合材層１８を構成する接合材は、ハニカムセグメント１７の外周壁１１の表面同士が良好な接着力により接合できるものであれば特に限定されない。接合材層１８を構成する接合材としては、例えば、無機粒子を含み、その他の成分として無機繊維、コロイド状酸化物を含むものであってもよい。また、ハニカムセグメント１７の接合時には、これらの成分に加え、必要に応じて、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の有機バインダ、分散剤、水等を加え、それをミキサー等の混練機を使用して混合、混練してペースト状にしたものを用いてもよい。接合材層の厚みとしては、ハニカムセグメント１７同士の接合性の観点から、０．３～２ｍｍであることが好ましく、０．５～１．５ｍｍであることがより好ましい。
接合材層１８を構成する接合材に含まれる無機粒子の構成材料としては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ系金属、ニッケル系金属、珪素－炭化珪素系複合材料等を用いることが好ましい。
接合材層１８を構成する接合材に含まれる無機繊維としては、アルミノシリケート、ムライト、炭化珪素等のセラミックスファイバー、銅、鉄等のメタルファイバー等を好適に用いることができる。コロイド状酸化物としては、シリカゾル、アルミナゾル等が好適なものとして挙げられる。コロイド状酸化物は、接合材に適度な接着力を付与するために好適であり、また、乾燥・脱脂することによって無機繊維及び無機粒子と結合し、乾燥後の接合材を耐熱性等に優れた強固なものとすることができる。
ハニカム構造体３０は、一方の端面から全長の５０％以下の領域における接合材層１８内に、導電体１６が設けられている。導電体１６は、磁界の変化に応じて発熱する導電体であり、本発明の実施形態１及び２で示した複合材１３、１４に含まれる導電体と同様の材料を用いて形成することができる。
ハニカム構造体３０は、一方の端面から全長の５０％以下の領域における接合材層１８内に、磁界の変化に応じて発熱する導電体１６を含んでおり、ハニカム構造体３０の一方の端面から全長の５０％以下の領域だけをコイルで囲んで誘導加熱することで、導電体１６を発熱させる。このため、本発明の実施形態１及び２で説明した通り、ハニカム構造体３０の誘導加熱時の消費電力が抑制される。また、ハニカム構造体３０を用いた排気ガス浄化システムの構成を簡略化することができる。また、導電体１６が接合材層１８内に設けられているため、ハニカム構造体３０の加熱時のハニカムセグメント１７の熱膨張が緩和され、セル１５の破損を良好に抑制することができる。また、導電体１６が、排気ガスの流路となるセル１５内ではなく、接合材層１８内に設けられているため、排気ガスの浄化効率がより良好となる。
導電体１６は、接合材層１８内において、接合材層１８を構成する接合材と混在するように設けてもよい。また、導電体１６は、接合材層１８内において、その一部に配置するように設けていてもよい。
図５に示す例では、導電体１６は、接合材層１８内において、複数のハニカムセグメント１７を囲むようなループ状に設けられている。また、接合材層１８内において、導電体１６と接合材とが混在する層が、複数のハニカムセグメント１７を囲むようなループ状に設けられていてもよい。このような構成によれば、導電体１６がループ状に設けられているため、電磁誘導加熱によりループ状に設けられた導電体１６を周回するように電流が流れやすくなり、渦電流が発生しやすい。このため、数十ｋＨｚ以下の比較的低い周波数でも十分に電磁誘導加熱が可能となる。また、ループ状に設けられた導電体１６によって渦電流が発生しやすくなっているため、導電体１６に必ず強磁性体を用いなければならない等の材料のキュリー点による制限が無く、加熱速度が良好なハニカム構造体３０を得ることができる。
ハニカム構造体３０のセル１５の延伸方向に垂直な断面において、接合材層１８内における導電体１６の配置は特に限定されず、例えば、図７及び図８に示すように配置されていてもよい。図７では、導電体１６が、縦横に隣接するハニカムセグメント１７に関し、１セグメントおきに、ハニカムセグメント１７を取り囲むように、それぞれ独立したループ状に配置されている。また、図８では、導電体１６が、最も外側に設けられたすべてのハニカムセグメント１７をそれぞれ取り囲むように、それぞれ独立したループ状に配置されている。
本発明の実施形態３における、ハニカム構造体３０の製造方法は、本発明の実施形態１における、ハニカム構造体１０の製造方法において、ハニカム乾燥体を形成するまでは同様に製造する。その後、複数のハニカム乾燥体の各々の被接合面間に接合材を塗布することで接合材層を介在させて接合する。当該接合工程では、ハニカムセグメントをＬ字型の受板に沿わせて接合材層を介して複数個積み重ね、所望の積層構造にした上で、全体を加圧することで接合することができる。
上述の複数のハニカム乾燥体の各々の被接合面間に接合材を塗布するとき、当該接合材に所望の材料で構成された導電体を、接合材に混合させる、あるいは接合材と導電体を、導電体が接合材層の一部を形成するように、それぞれ塗布する。
＜２．排気ガス浄化触媒＞
本発明の実施形態における排気ガス浄化触媒４０は、本発明の実施形態１～３におけるハニカム構造体１０、２０、３０のいずれかと、ハニカム構造体１０、２０、３０のセル１５内に担持された触媒とを有する。ハニカム構造体１０、２０、３０のセル１５内に担持された触媒は、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、ＮＯx選択還元触媒、炭化水素吸着触媒、炭化水素、一酸化炭素酸化触媒、及び、アンモニアスリップ（酸化）触媒からなる群より選択される少なくとも１種である。
本発明の実施形態における排気ガス浄化触媒４０は、本発明の実施形態１～３におけるハニカム構造体１０、２０、３０のいずれかと、ハニカム構造体１０、２０、３０のセル１５内に担持された触媒とを有する。ハニカム構造体１０、２０、３０のセル１５内に担持された触媒は、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、ＮＯx選択還元触媒、炭化水素吸着触媒、炭化水素、一酸化炭素酸化触媒、及び、アンモニアスリップ（酸化）触媒からなる群より選択される少なくとも１種である。
当該触媒は、所望の排気ガス浄化の目的に応じて適宜選択することができる。本発明の実施形態における排気ガス浄化触媒４０の具体的な使用例は、後述する。また、触媒の担持方法については、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．排気ガス浄化システム＞
図９に、本発明の実施形態における、排気ガス浄化システム５０の模式図を示す。排気ガス浄化システム５０は、ガス流れ方向の上流側に配置したハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の下流側に配置した、ハニカム構造体６０及びハニカム構造体７０とを備えている。ハニカム構造体１０の下流側に配置するハニカム構造体は、２つに限られず、１つでもよく、３つ以上でもよい。ハニカム構造体１０の導電体１６が設けられている位置は、ガス流れ方向の上流側の端面から全長の５０％以下の領域であってもよく、ガス流れ方向の下流側の端面から全長の５０％以下の領域であってもよい。
図９に、本発明の実施形態における、排気ガス浄化システム５０の模式図を示す。排気ガス浄化システム５０は、ガス流れ方向の上流側に配置したハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の下流側に配置した、ハニカム構造体６０及びハニカム構造体７０とを備えている。ハニカム構造体１０の下流側に配置するハニカム構造体は、２つに限られず、１つでもよく、３つ以上でもよい。ハニカム構造体１０の導電体１６が設けられている位置は、ガス流れ方向の上流側の端面から全長の５０％以下の領域であってもよく、ガス流れ方向の下流側の端面から全長の５０％以下の領域であってもよい。
排気ガス浄化システム５０の各ハニカム構造体は、所望の目的に応じて、適宜適切な触媒を担持させることができる。例えば、ハニカム構造体１０が、ディーゼル酸化触媒を担持した排気ガス浄化触媒４０であり、ハニカム構造体６０及びハニカム構造体７０のいずれかが、ディーゼル・パティキュレート・フィルターであってもよい。
また、ハニカム構造体６０及びハニカム構造体７０が、それぞれ、選択還元触媒を担持しているハニカム構造体、ＮＯx吸蔵触媒を担持しているハニカム構造体、アンモニアスリップ触媒を担持しているハニカム構造体、三元触媒を担持しているハニカム構造体、及び、炭化水素吸着触媒を担持しているハニカム構造体からなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
排気ガス浄化システム５０は、排気ガス浄化触媒４０の外周を螺旋状に周回するコイル配線４７を有する。コイル配線４７は、ハニカム構造体１０の一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に設けられた複合材１３に対応する外周部分のみに設けることができ、ハニカム構造体１０の加熱効率が良好となり、また、排気ガス浄化システム５０の簡略化が可能となる。
排気ガス浄化システム５０は、ハニカム構造体１０、６０、７０及びコイル配線４７を、無機マット材４６を介して収容する金属管４４を有する。金属管４４の拡径部に排気ガス浄化システム５０を配置することができる。また、排気ガス浄化システム５０は、ハニカム構造体１０と、ハニカム構造体６０、７０との間に、尿素水を噴霧するノズル４３を設けることで、尿素選択触媒還元システムとしてもよい。このとき、尿素水を噴霧するノズル４３の下流側にミキサー４５を設け、排気ガスと尿素水とのミキシングを行うことが好ましい。
図９では、本発明の実施形態１における、ハニカム構造体１０を排気ガス浄化システム５０に用いた例を示しているが、これに限らず、ハニカム構造体１０に代えて、本発明の実施形態２、３における、ハニカム構造体２０またはハニカム構造体３０を排気ガス浄化システム５０に用いてもよい。
排気ガス浄化システム５０では、コイル配線４７に流れる交流電流に応じた磁界の変化に応じてハニカム構造体１０が昇温する。このとき、ハニカム構造体１０の一方の端面から全長の５０％以下の領域におけるセル１５内に設けられた複合材１３の導電体が発熱することで、ハニカム構造体１０の全長に亘って加熱される。これにより、ハニカム構造体１０が触媒を担持する場合、ハニカム構造体１０の昇温は、ハニカム構造体１０に含まれる触媒担体より担持された触媒の温度を高め、触媒反応が促進される。端的には、一酸化炭素（ＣＯ）、窒化酸化物（ＮＯx）、炭化水素（ＣＨ）が、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）に酸化又は還元される。
さらに、ハニカム構造体１０を通って加熱されたガスが、下流側のハニカム構造体６０、７０を通り、それぞれ所定の機能が発揮されて、排気ガスが浄化される。
図１１（ａ）～（ｃ）は、図９に示した排気ガス浄化システム５０とは異なる構成を有する、本発明の実施形態における排気ガス浄化システム５１、５２、５３の模式図である。触媒担体の組合せは、３種類の形態においていずれも同一であるが、加熱を行う目的によって誘導加熱する部位がそれぞれ異なっている。図１１（ａ）～（ｃ）において、それぞれ、「ＤＯＣ」は酸化触媒を示し、「ＳＣＲ」は選択還元触媒を示し、「ＣＳＦ」は酸化触媒を示し、「Ｕｒｅａ」は尿素を示し、「ＨＣ」は炭化水素を示し、「ＡＳＣ」はアンモニアスリップ触媒を示し、「ｃｃ－」はエンジン直下を示し、「ＵＦ」は床下を示す。なお、図１１（ａ）～（ｃ）で示した形態についても、本発明を実施する一例を示したものであり、本発明の排気ガス浄化システムはこれらの形態に限られない。
図１１（ａ）に示す排気ガス浄化システム５１では、ガス流れの最上流のエンジン直下の酸化触媒（ｃｃ－ＤＯＣ）を加熱するため、この触媒を担持するハニカム構造体のガス流れの上流側に導電体を設け、これを本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０としている。このような構成によれば、最上流の酸化触媒体（ｃｃ－ＤＯＣ）を加熱することで、システムとしての浄化性能を高めることができるため、特に、低温始動時に触媒活性が十分でないためにシステム全体の浄化性能が低下する課題を解決することが可能となる。
図１１（ｂ）に示す排気ガス浄化システム５２では、床下の酸化触媒（ＵＦ－ＤＯＣ）を加熱するため、この触媒を担持するハニカム構造体のガス流れの上流側に導電体を設け、これを本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０としている。床下の上流側に位置するノズルから噴霧される炭化水素（ＨＣ）は、酸化触媒（ＵＦ－ＤＯＣ）により酸化され、酸化発熱により排気ガス温度が上がることに寄与するが、上述の通りＵＦ－ＤＯＣを誘導加熱により加熱することで、排気ガス温度の上昇を促進させることが可能となる。また、後段の酸化触媒体（ＵＦ－ＣＳＦ）のハニカム構造体にも、ガス流れの下流側に導電体を設け、これを本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０を用いることで、自身のハニカム構造体を加熱するだけでなく、その下流でノズルから噴霧される尿素もあわせて加熱することができる。これにより、尿素のアンモニアへの分解を促進させ、その下流のＳＣＲ触媒をより有効に機能させることができる。
図１１（ｃ）に示す排気ガス浄化システム５３では、最下流のアンモニアスリップ触媒体（ＡＳＣ）のハニカム構造体のガス流れの上流側に導電体を設け、これを本発明の実施形態に係るハニカム構造体１０としている。アンモニアスリップ触媒体は有害物質であるアンモニアが排気ガス成分として外気に排出されてしまうことを抑制するために、アンモニアを酸化させることを目的としているが、エンジン停止直後の始動時には触媒の活性が十分でなく、このような場合に誘導加熱で補うことで浄化性能を向上させることができる。
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
組成が、残部Ｆｅ－４９質量％Ｃｏ－２質量％Ｖであり、平均粒径８μｍの磁性体粉末３０ｇと、平均粒径２μｍのガラスフリットとを、質量比率２：１となるように混合し、さらに、気孔率調整のための発泡樹脂、カルボキシメチルセルロース、及び、水を混合して、スラリーを作製した。得られたスラリーを、直径８２ｍｍ、長さ８５ｍｍ、隔壁厚さが０．１ｍｍ、隔壁間距離が約１ｍｍの円柱状のコージェライト製ハニカム構造体の片側端面のみに、深さ１０ｍｍとなるように、図２に示すセル内の位置に充填した後、１０００℃で焼付けを実施することで、複合材を設けた。この場合、当該複合材の形成領域は、ハニカム構造体の一方の端面から全長の１２％の領域に相当する。得られた複合材の気孔率は、研磨、ＳＥＭ、画像解析を実施した結果、５８％であった。
組成が、残部Ｆｅ－４９質量％Ｃｏ－２質量％Ｖであり、平均粒径８μｍの磁性体粉末３０ｇと、平均粒径２μｍのガラスフリットとを、質量比率２：１となるように混合し、さらに、気孔率調整のための発泡樹脂、カルボキシメチルセルロース、及び、水を混合して、スラリーを作製した。得られたスラリーを、直径８２ｍｍ、長さ８５ｍｍ、隔壁厚さが０．１ｍｍ、隔壁間距離が約１ｍｍの円柱状のコージェライト製ハニカム構造体の片側端面のみに、深さ１０ｍｍとなるように、図２に示すセル内の位置に充填した後、１０００℃で焼付けを実施することで、複合材を設けた。この場合、当該複合材の形成領域は、ハニカム構造体の一方の端面から全長の１２％の領域に相当する。得られた複合材の気孔率は、研磨、ＳＥＭ、画像解析を実施した結果、５８％であった。
次に、上記の複合材を設けたハニカム構造体を、内径９０ｍｍの石英ガラス管内に設置し、石英ガラス管中に、２００℃に加熱した温風を０．５Ｎｍ3／分で流した。次に、直径１００ｍｍの誘導加熱コイルを、ハニカム構造体のガス流れの上流側の端面から１０ｍｍの深さに設けた複合材だけを加熱できるように、ガス流れの上流側端部の外側に巻いて、誘導加熱装置を用いて、当該ハニカム構造体の加熱試験を行った。ハニカム構造体のガス流れの上流側の端面の温度を赤外線温度計で測定した。投入電力を３～６ｋＷとし、誘導加熱周波数を４５０ｋＨｚとして、ハニカム構造体の昇温性能を測定した。当該試験結果として、図１０に、実施例１に係る、時間（秒）－温度（℃）の関係を表したグラフを示す。
＜比較例１＞
実施例１と同じサイズのハニカム構造体の全長にわたり、実施例１のスラリーを、セル内に充填した後、１０００℃で焼付けを実施することで、複合材を設けた。この場合、当該複合材の形成領域は、ハニカム構造体の一方の端面から全長の１００％の領域に相当する。
実施例１と同じサイズのハニカム構造体の全長にわたり、実施例１のスラリーを、セル内に充填した後、１０００℃で焼付けを実施することで、複合材を設けた。この場合、当該複合材の形成領域は、ハニカム構造体の一方の端面から全長の１００％の領域に相当する。
次に、上記同様の試験装置内に、当該複合材を充填したハニカム構造体を設置した。ただし、直径１００ｍｍの誘導加熱コイルは、複合材が存在する担体全体をできるだけ加熱できるように巻いた。次に、実施例１と同様の条件で、昇温性能を測定した。当該試験結果として、図１０に、比較例１に係る、時間（秒）－温度（℃）の関係を表したグラフを示す。
実施例１と比較例１とは、複合材に用いた磁性体の重量と、被加熱体であるハニカム構造体とが同様であり、また、誘導加熱のための入力電力もほぼ同じである条件であった。しかしながら、図１０に示すように、実施例１の方が早く加熱され、ハニカム構造体内の磁性体を含む複合材が存在する箇所を通過するガスを、効率的に昇温することができることがわかった。
１０、２０、３０、６０、７０ ハニカム構造体
１１ 外周壁
１２ 隔壁
１３、１４ 複合材
１５ セル
１６ 導電体
１７ ハニカムセグメント
１８ 接合材層
４０ 排気ガス浄化触媒
４３ ノズル
４４ 金属管
４５ ミキサー
４６ 無機マット材
４７ コイル配線
４８ 電磁遮蔽部
５０、５１、５２、５３ 排気ガス浄化システム
１１ 外周壁
１２ 隔壁
１３、１４ 複合材
１５ セル
１６ 導電体
１７ ハニカムセグメント
１８ 接合材層
４０ 排気ガス浄化触媒
４３ ノズル
４４ 金属管
４５ ミキサー
４６ 無機マット材
４７ コイル配線
４８ 電磁遮蔽部
５０、５１、５２、５３ 排気ガス浄化システム
Claims (14)
- 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隔壁と、
を有するセラミックス製の柱状のハニカム構造体であって、
前記ハニカム構造体のガス流れ方向の上流側の端面から全長の５０％以下の領域における前記セル内に、導電体と非導電体とで構成されている複合材が設けられており、
前記導電体は、多孔体であって、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。 - 前記複合材が、前記セルの隔壁の表面に薄膜状に設けられている請求項１に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記複合材が、前記セル内に充填されている請求項１に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記複合材は、前記導電体を５０～９５質量％含有している請求項１～３のいずれか一項に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記複合材の気孔率が３０～７０％である請求項１～４のいずれか一項に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個接合して構成されている柱状のハニカム構造体であって、
前記柱状のハニカムセグメントは、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隔壁と、を有し、
前記ハニカム構造体のガス流れ方向の上流側の端面から全長の５０％以下の領域における前記接合材層内に、導電体が設けられており、
前記導電体は、磁界の変化に応じて発熱する導電体である、誘導加熱用のハニカム構造体。 - 前記導電体が多孔体である請求項６に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記導電体が磁性体である請求項１～６のいずれか一項に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記隔壁及び外周壁が、コージェライト、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、窒化珪素、ムライト、及び、アルミナからなる群から選択される少なくとも１つのセラミックスで構成されている請求項１～８のいずれか一項に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造体の直径が１５０ｍｍ以上、または、容積が３Ｌ以上である請求項１～９のいずれか一項に記載の誘導加熱用のハニカム構造体。
- 請求項１～１０のいずれか一項に記載のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記セル内に担持された触媒と、を有し、
前記触媒が、酸化触媒、三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、ＮＯx選択還元触媒、炭化水素吸着触媒、炭化水素、一酸化炭素酸化触媒、及び、アンモニアスリップ触媒からなる群より選択される少なくとも１種である、排気ガス浄化触媒。 - ガス流れ方向の上流側に配置した請求項１～１０のいずれか一項に記載のハニカム構造体Ａと、
前記ハニカム構造体の下流側に配置した、少なくとも１つのハニカム構造体Ｂと、
を備えた排気ガス浄化システム。 - 前記ハニカム構造体Ａが、ディーゼル酸化触媒を担持しており、前記ハニカム構造体Ｂが、ディーゼル・パティキュレート・フィルターを含む請求項１２に記載の排気ガス浄化システム。
- 前記ハニカム構造体Ｂが、選択還元触媒を担持しているハニカム構造体、ＮＯx吸蔵触媒を担持しているハニカム構造体、アンモニアスリップ触媒を担持しているハニカム構造体、三元触媒を担持しているハニカム構造体、及び、炭化水素吸着触媒を担持しているハニカム構造体からなる群から選択される少なくとも１種を更に含む請求項１２または１３に記載の排気ガス浄化システム。
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