JPH08257415A - 電気加熱担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電気加熱式担体を形成する際に、
金属箔積層体の金属箔間の接合を局部的接合とし、その
局部的接合部の形成を最適化することにより、大電流を
流すことなく、すなわち低消費電力で且つ、短時間で全
体を触媒活性化温度に昇温できる電気加熱担体を提供す
る。 【構成】 波箔と平箔との間に多数のロウ箔を配し、中
心電極に円筒状に巻き取って得られる電気加熱担体であ
って、通電経路を構成する各要素のうち、発熱部の体積
当たりの発熱量を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排ガスを浄化
する際に触媒として用いられる電気加熱担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、近年、自動車等内燃機関の排気
通路に浄化触媒を配し、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_x 等
の有害成分を浄化する技術が知られている。しかし、排
気浄化触媒は、活性温度より低い温度では、排気浄化能
力が著しく低下するため、内燃機関の始動時等、触媒の
温度が低い間は、排気中の上記有害成分、特にＨＣ，Ｃ
Ｏ成分が触媒により浄化されず、そのまま大気に放出さ
れるという問題を生じる。

【０００３】この問題を解決するために、触媒担体に金
属を使用し、内燃機関の始動時にこの金属担体に、電流
を流すことにより、金属担体自体を発熱させて、短時間
で触媒活性化温度（３００〜４００℃）まで上昇させる
ようにした電気加熱式の触媒装置が提案されている。

【０００４】この種の電気加熱式触媒装置の例として
は、特開平５−１７９９３９号公報に開示されたものが
ある。この公報で開示された電気加熱式触媒装置では、
触媒担体ａは表面にそれぞれ絶縁層を形成した金属製の
波箔ｂと平箔ｃとを図８に示すように重ねて中心電極ｄ
の周りに巻回して構成した円筒状の金属箔積層体ｅの形
状とし、この金属箔積層体ｅの中心部には電極ｄを、外
周部には電極ｇをそれぞれ接続して金属箔積層体ｅに通
電してこの金属箔積層体ｅを発熱させ、触媒活性化温度
まで昇温させるように構成されている。

【０００５】ただし、中心部の電極ｄ近傍領域Ａと外周
部の電極ｇ近傍領域Ｂの金属箔各層は、通電可能なロウ
材により全面的にロウ付けされ、相互に通電可能に接合
されているが、中間部領域Ｃの金属箔各層では波箔ｂと
平箔ｃは前記金属絶縁層により、相互に電気的に絶縁さ
れた部分を形成した状態になっている。

【０００６】したがって、中心部の電極ｄと外周部の電
極ｇを介して通電した場合、電流は相互に電気的に絶縁
された金属箔層に沿って渦巻き状に流れる。この渦巻き
円筒状に形成された金属箔層（発熱部）の体積が比較的
大きいため、小電力の場合には発熱が不十分になり、金
属箔積層体ｅ全体を触媒活性化温度まで上昇させるため
に長時間を要し、触媒活性化の遅れ等の問題を生じる。

【０００７】このような問題を解決する方法の一つとし
て、金属箔積層体ｅの金属層間の接合部を多数配置し、
発熱部（ヒートスポット）を多数形成することにより、
金属箔積層体ｅを短時間で触媒活性化温度まで昇温させ
る方法がある。しかし、この方法では、単純に発熱点を
多数形成した場合、電極間の抵抗が過度に低下してしま
い、通電時に電極間に大電流が流れ、電力消費量が増大
することになり、バッテリーの寿命低下や内燃機関の始
動不良等の問題を生ずるおそれがある。この問題点を解
決した例としては、特願平６−１１６６７４号がある。
本発明は、この発明を更に発展させたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気加熱式
担体を形成する際に、金属箔積層体の金属箔間の接合を
局部的接合とし、その局部的接合部の形成を最適化する
ことにより、大電流を流すことなく、即ち低消費電力で
且つ、短時間で全体を触媒活性化温度に昇温できる電気
加熱担体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、波箔と平箔と
の間に多数のロウ箔を配し、中心電極に円筒状に巻き取
って得られる電気加熱担体であって、通電経路を構成す
る各要素のうち、発熱部の体積当たりの発熱量が大きく
なるように、（１）波箔の厚みを平箔の厚みよりも相対
的に薄くしたことを特徴とする電気加熱担体、（２）波
箔の幅を平箔の幅よりも相対的に狭くすることを特徴と
する電気加熱担体である。

【００１０】

【作用】電気加熱式担体を発熱させるために使用できる
電源容量は、一般の自動車の場合でも、０．７５kWレベ
ルの小容量のものも少なくないことから、このレベルの
電源容量で短時間で効率良く発熱させるための発熱部
は、面状や線状ではなく、複数の点状配置にせざるを得
ない。

【００１１】本発明の電気加熱担体においては、金属箔
積層体の波箔と平箔接合を局所接合として、全体の消費
電力を増加させることなく、発熱部の体積当たりの発熱
量を大きくすることによって、発熱部の昇温速度が大き
くなり、短時間で触媒活性化温度まで昇温することがで
きる。発熱点を短時間で触媒活性化温度にすることで、
触媒反応で生じた熱が周囲に伝達していくため、連鎖的
に担体全体を触媒活性化温度にすることができる。本発
明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、消
費電力を小さくして短時間に触媒担体を触媒活性化温度
に昇温できるようにしたものである。

【００１２】

【実施例】以下、更に本発明を明確にするために、図１
に示す実施例を用いて説明する。この実施例では、金属
製の波箔と平箔を重ねて中心電極（巻取軸）に巻回して
円筒状に形成した金属箔積層体を触媒担体とし、その外
周部にもう一方の電極を接続した電気加熱式触媒装置に
本発明を適用した場合の例を示している。

【００１３】図１において、１は電気加熱式触媒装置全
体、２は触媒担体となる円筒状金属箔積層体、３，４は
円筒状金属箔積層体を形成する帯状の波箔、平箔であ
る。５は円筒状金属箔積層体２の中心部に配設され、波
箔３と平箔４に通電可能な棒状の中心電極（プラス
極）、６は円筒状金属箔積層体２を圧入した円筒状の金
属外筒であり、この積層体２を補強するとともに金属箔
積層体２の外周と通電可能に接続され、外部電極（マイ
ナス極）としても機能する。したがって、中心電極５と
外部電極６（金属外筒）との間に電圧を印加することに
より、円筒状金属箔積層体２に通電できるようになって
いる。

【００１４】この円筒状金属箔積層体２は、図２に示す
ように、波箔３と平箔４との間の空隙により形成された
軸方向の貫通路７が中心電極５の周りに渦巻き状に配列
した構成を有している。

【００１５】波箔３と平箔４の表面には排ガス浄化触媒
（図示省略）が担持されており、この触媒装置の金属外
筒（外部電極）６を内燃機関の排気系（図示省略）に接
続して排ガスを前記軸方向の貫通路７を通すことによ
り、この排気ガス中の有毒成分が触媒と反応する結果、
排気ガスが浄化される。

【００１６】この波箔３、平箔４には一般には、アルミ
ニウムを含有する鉄系合金等の金属の厚さ５０μｍ程度
の箔材が用いられており、その表面には、絶縁層として
厚さ１μｍ程度のアルミナ等の金属酸化物層（図示省
略）が形成されている。

【００１７】この円筒状金属箔積層体２は、図３に示す
ように、波箔３と平箔４とを重ねてそれぞれの始端を中
心電極５に接合した後、波箔と平箔とを重ねた状態のま
ま中心電極５の周りに巻き回すことで形成される。この
とき、ロウ箔８ａ，８ｂを金属箔積層体２の表層近傍の
予め設定された位置に差込み等により配置する。

【００１８】図４は、金属箔積層体２におけるロウ箔８
ａ，８ｂによる通電可能な接合部９ａ，９ｂの配置例と
径方向に隣接する接合部間の通電路形成例を概念的に示
す。この例では、波箔と平箔よりなる金属箔層の条数は
１条で、渦巻き状に巻回され円筒状の金属箔積層体２が
形成されている。

【００１９】接合部９ａ，９ｂは、接合部の波箔３と平
箔４との間に、絶縁層より酸化性の大きい金属（例え
ば、ジルコニウム−ニッケル合金）からなる厚さ０．０
５mm×幅１mm×長さ１２〜２０mmレベルのロウ箔８ａ，
８ｂにより形成され、接合部９ａとこれと径方向に隣接
する接合部９ｂの端部が径方向で重なっており、この重
なり部（重なり幅ｄ）に発熱部（点）ｈｐが形成され
る。

【００２０】すなわち、中心部から外周に向かって渦巻
き状に形成された１条の金属箔層についてみた場合、電
流は平箔からロウ材を通り、波箔を通って径方向に流
れ、ロウ材を通って隣接する金属箔層の平箔に流れる。

【００２１】図５は、通電経路の全体概念図を示し、発
熱点が各条（ここでは２条）の金属箔層毎に、中心部か
ら外周端に向かって周方向に所定間隔で２０〜６０箇所
形成され、金属外筒（外部電極）６と一体化して通電路
１０が形成される。このように接合部によって形成され
る発熱部（点）ｈｐを金属箔積層体２に分布させ、中心
電極５と外部電極６の間に通電して発熱させる。

【００２２】本発明は、全消費電力を大きくすることな
く、図５に示す電流路（各要素）のうち、発熱部（点）
ｈｐの体積当たりの発熱量を大きくした電気加熱担体で
ある。

【００２３】請求項１の実施例を、従来例および比較例
とともに表１に、概念図を図６に示す。図６に示すよう
に、波箔３の厚みを平箔４の厚みよりも相対的に薄くし
た特徴を有している。

【００２４】〔電気加熱条件〕 ・電圧：１０Ｖ 〔電気加熱担体〕 ・外径：８５mm ・中心電極（材質はフェライト系ステンレス） 径：８mm ・波箔（材質はフェライト系ステンレス） 幅：２０mm、波高さ：１．２５mm、波ピッチ：２．５mm ・平箔（材質はフェライト系ステンレス） 幅：２０mm ・ロウ箔（材質はＺｒ／Ｎｉ合金） 幅：１mm、厚み：０．０５mm

【表１】

【００２５】表１に示すように、実施例１および２のよ
うに波箔を平箔よりも薄くした場合、従来例よりも発熱
部の体積当たりの発熱量が大きく、且つ全消費電力が低
減できることがわかった。すなわち、波箔を薄くしたこ
とで、担体の電気抵抗を増加させ消費電力を低減し、且
つ発熱部の体積を削減したことで、体積当たりの発熱量
を大きくすることを可能にした。また、比較例のように
平箔と波箔をともに薄くした条件では、全消費電力は低
減できるが、発熱部の体積当たりの発熱量は従来例と同
等であった。

【００２６】請求項２の実施例を、従来例および比較例
とともに表２に、概念図を図７に示す。図７に示すよう
に、波箔３の幅を平箔４の幅よりも相対的に狭くした特
徴を有している。

【００２７】〔電気加熱条件〕 ・電圧：１０Ｖ 〔電気加熱担体〕 ・外径：８５mm ・中心電極（材質はフィライト系ステンレス） 径：８mm ・波箔（材質はフェライト系ステンレス） 厚み：５０μｍ、波高さ：１．２５mm、波ピッチ：２．
５mm ・平箔（材質はフィライト系ステンレス） 厚み：５０μｍ ・ロウ箔（材質はＺｒ／Ｎｉ合金） 幅：１mm、厚み：０．０５mm

【表２】

【００２８】表２に示すように、実施例１および２のよ
うに波箔の幅を平箔の幅よりも狭くした場合、従来例よ
りも発熱部の体積当たりの発熱量が大きく、且つ全消費
電力が低減できることがわかった。すなわち、波箔の幅
を狭くしたことで、担体の電気抵抗を増加させ消費電力
を低減し、且つ発熱部の体積を削減したことで、体積当
たりの発熱量を大きくすることを可能にした。

【００２９】

【発明の効果】本発明の電気加熱式担体によって、全消
費電力の低減が可能で且つ、発熱部の体積当たりの発熱
量を大きくできるため、発熱部の昇温速度が大きくな
り、短時間に触媒反応を起こし、その反応熱が伝達する
ことで連鎖的に触媒反応が起こるため、小電力化と浄化
性能確保との両立が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の電気加熱式触媒装置の構造例を示す側断
面概要説明図。

【図２】円筒状金属箔積層体の径方向断面説明図。

【図３】触媒担体として用いられる円筒状金属箔積層体
の製造方法例を示す概要説明図で、波箔と平箔を重ねて
中心電極に巻回している状態を示す立体説明図。

【図４】本発明の実施例における電気加熱担体（円筒状
金属積層体）における接合部による通電路と発熱部
（点）形成例を示す径方向断面概念説明図。

【図５】本発明の実施例における電気加熱担体（円筒状
金属積層体）におけるロウ箔による通電路を示す径方向
断面説明図。

【図６】請求項１の実施例における電気加熱担体の説明
図。

【図７】請求項２の実施例における電気加熱担体の説明
図。

【図８】従来タイプの電気加熱式担体における通電路形
成例を示す径方向断面説明図。

【符号の説明】

１ 電気加熱式触媒装置 ２ 金属箔積層体（電気加熱担体） ３ 波箔 ４ 平箔 ５ 中心電極 ６ 外部電極 ７ 通気貫通孔 ８ａ，８ｂ ロウ箔 ９ａ，９ｂ 接合部 １０ 通電路 Ａ 中心部領域 Ｂ 外周部 Ｃ 中間部領域 ｈｐ 発熱部（点）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加古 卓三 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 紺谷 省吾 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波箔と平箔との間に多数のロウ箔を配
   し、中心電極に円筒状に巻き取って得られる電気加熱担
   体であって、通電経路を構成する各要素のうち、発熱部
   の体積当たりの発熱量が大きくなるように、波箔の厚み
   を平箔の厚みよりも相対的に薄くすることを特徴とする
   電気加熱担体。
2. 【請求項２】 波箔と平箔との間に多数のロウ箔を配
   し、中心電極に円筒状に巻き取って得られる電気加熱担
   体であって、通電経路を構成する各要素のうち、発熱部
   の体積当たりの発熱量が大きくなるように、波箔の幅を
   平箔の幅よりも相対的に狭くすることを特徴とする電気
   加熱担体。