JPH10325314A - 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター - Google Patents
抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーターInfo
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- JPH10325314A JPH10325314A JP10143109A JP14310998A JPH10325314A JP H10325314 A JPH10325314 A JP H10325314A JP 10143109 A JP10143109 A JP 10143109A JP 14310998 A JP14310998 A JP 14310998A JP H10325314 A JPH10325314 A JP H10325314A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンジン始動時等のエミッションが最も多い
低温排ガスを迅速に加熱・昇温することができる、特
に、自動車等排ガスの浄化に好適に用いることができる
抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーターを提供する。 【解決手段】 通電により発熱する材料からなり、多数
の貫通孔１１を有するハニカム構造体１０を用いた抵抗
調節型ヒーターである。通電のための少なくとも２つの
電極を設けるとともに、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以
上となる抵抗調節手段を設けた。
低温排ガスを迅速に加熱・昇温することができる、特
に、自動車等排ガスの浄化に好適に用いることができる
抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーターを提供する。 【解決手段】 通電により発熱する材料からなり、多数
の貫通孔１１を有するハニカム構造体１０を用いた抵抗
調節型ヒーターである。通電のための少なくとも２つの
電極を設けるとともに、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以
上となる抵抗調節手段を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、自動車等排ガス
の浄化に好適に用いることができる抵抗調節型ヒーター
及び触媒コンバーターに関する。
の浄化に好適に用いることができる抵抗調節型ヒーター
及び触媒コンバーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】 自動車等の排気ガスを浄化するために
用いられる触媒コンバーターは、触媒が触媒作用を発揮
するために所定温度以上に昇温されることが必要である
ので、自動車の始動時等の未だ触媒が十分に昇温してい
ない場合には触媒を加熱することが必要となる。従来、
このような触媒を加熱するための提案として、例えば実
開昭６３−６７６０９号公報に記載の技術が知られてい
る。この実開昭６３−６７６０９号公報には、セラミッ
ク製主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル担体に
アルミナをコートした電気通電可能なメタルモノリス触
媒を配設した触媒コンバーターが開示されている。
用いられる触媒コンバーターは、触媒が触媒作用を発揮
するために所定温度以上に昇温されることが必要である
ので、自動車の始動時等の未だ触媒が十分に昇温してい
ない場合には触媒を加熱することが必要となる。従来、
このような触媒を加熱するための提案として、例えば実
開昭６３−６７６０９号公報に記載の技術が知られてい
る。この実開昭６３−６７６０９号公報には、セラミッ
ク製主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル担体に
アルミナをコートした電気通電可能なメタルモノリス触
媒を配設した触媒コンバーターが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、実開
昭６３−６７６０９号公報記載のプレヒーターたるメタ
ルモノリス触媒は、単にフォイルタイプのメタルハニカ
ム構造体の内周から外周へ通電し発熱させるものであっ
て、その抵抗が調節されておらず（即ち、材質、寸法、
リブ厚で規定されるのみで、所望の抵抗が調節されてい
ない）、昇温特性が不十分であるばかりでなく、内周部
に電極を設けているため、中心部が触媒として作用せ
ず、しかも圧力損失の原因となるという問題がある。さ
らに、ガス流によって電極が脱離し易くなるという欠点
がある。
昭６３−６７６０９号公報記載のプレヒーターたるメタ
ルモノリス触媒は、単にフォイルタイプのメタルハニカ
ム構造体の内周から外周へ通電し発熱させるものであっ
て、その抵抗が調節されておらず（即ち、材質、寸法、
リブ厚で規定されるのみで、所望の抵抗が調節されてい
ない）、昇温特性が不十分であるばかりでなく、内周部
に電極を設けているため、中心部が触媒として作用せ
ず、しかも圧力損失の原因となるという問題がある。さ
らに、ガス流によって電極が脱離し易くなるという欠点
がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 従って、本発明は上記
欠点を解消した抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバータ
ーを提供することを目的とするものである。そしてその
目的は、本発明によれば、通電により発熱する材料から
なり多数の貫通孔を有するハニカム構造体に、通電のた
めの少なくとも２つの電極を設けるとともに、該電極間
に電流密度が５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設けた
ことを特徴とする抵抗調節型ヒーター、により達成する
ことができる。このヒーターの場合、ハニカム構造体に
触媒を担持するようにすることが好ましい。
欠点を解消した抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバータ
ーを提供することを目的とするものである。そしてその
目的は、本発明によれば、通電により発熱する材料から
なり多数の貫通孔を有するハニカム構造体に、通電のた
めの少なくとも２つの電極を設けるとともに、該電極間
に電流密度が５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設けた
ことを特徴とする抵抗調節型ヒーター、により達成する
ことができる。このヒーターの場合、ハニカム構造体に
触媒を担持するようにすることが好ましい。
【０００５】 また、本発明によれば、通電により発熱
する材料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構造体
に触媒を担持させるとともに、通電のための少なくとも
２つの電極を設け、かつ該電極間に電流密度が５Ａ/mm2
以上となる抵抗調節手段を設けたことを特徴とする触媒
コンバーターが提供される。さらに本発明によれば、主
モノリス触媒の上流側、又は主モノリス触媒と主モノリ
ス触媒の間に、通電により発熱する材料からなり多数の
貫通孔を有するハニカム構造体に通電のための少なくと
も２つの電極を設けるとともに、該電極間に電流密度が
５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設けてなるヒーター
を配設したことを特徴とする触媒コンバーター、およ
び、主モノリス触媒の下流側に、通電により発熱する材
料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構造体に触媒
を担持させ且つ通電のための少なくとも２つの電極を設
けるとともに、該電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上とな
る抵抗調節手段を設けてなるヒーターを配設したことを
特徴とする触媒コンバーターが提供される。本発明にお
いては、ハニカム構造体を金属粉末をハニカム状に押出
成形し焼結させて形成すると、好ましい。
する材料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構造体
に触媒を担持させるとともに、通電のための少なくとも
２つの電極を設け、かつ該電極間に電流密度が５Ａ/mm2
以上となる抵抗調節手段を設けたことを特徴とする触媒
コンバーターが提供される。さらに本発明によれば、主
モノリス触媒の上流側、又は主モノリス触媒と主モノリ
ス触媒の間に、通電により発熱する材料からなり多数の
貫通孔を有するハニカム構造体に通電のための少なくと
も２つの電極を設けるとともに、該電極間に電流密度が
５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設けてなるヒーター
を配設したことを特徴とする触媒コンバーター、およ
び、主モノリス触媒の下流側に、通電により発熱する材
料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構造体に触媒
を担持させ且つ通電のための少なくとも２つの電極を設
けるとともに、該電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上とな
る抵抗調節手段を設けてなるヒーターを配設したことを
特徴とする触媒コンバーターが提供される。本発明にお
いては、ハニカム構造体を金属粉末をハニカム状に押出
成形し焼結させて形成すると、好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】 本発明では、多数の貫通孔を有
するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つの電
極を設けるとともに、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上
となるように抵抗調節手段を設けることを特徴とする。
このように、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上となるよ
うに抵抗調節手段を設けることにより、エンジン始動時
（コールドスタート時）等のエミッションが最も多い初
期の低温排ガスを迅速に加熱・昇温することができ、排
ガスの高浄化率を達成できる。
するハニカム構造体に通電のための少なくとも２つの電
極を設けるとともに、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上
となるように抵抗調節手段を設けることを特徴とする。
このように、電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上となるよ
うに抵抗調節手段を設けることにより、エンジン始動時
（コールドスタート時）等のエミッションが最も多い初
期の低温排ガスを迅速に加熱・昇温することができ、排
ガスの高浄化率を達成できる。
【０００７】 本発明では、電極間の電流密度を５Ａ/m
m2以上とする。これにより、ヒーターの昇温速度が大き
く、コールドスタート時の排ガス中のエミッションが低
減する。即ち、ヒーター温度は１０秒以内に確実に３０
０℃以上に到達し、主触媒およびヒーター上の触媒を有
効に作用させることができるのである。また、電流密度
を８Ａ/mm2以上とすれば、ヒーター温度は５秒以内に確
実に３００℃以上に到達するためさらに好ましいが、一
方電流密度を３０Ａ/mm2以上とすると、多大な電力を要
して好ましくなく、またヒーター上の触媒が高温になり
過ぎ、触媒の耐久性の点て実用上好ましくない。主モノ
リス触媒またはヒーター上に担持した触媒の作用温度と
は、一般に３００℃以上の温度を意味し、実用上はヒー
ター出口温度またはコンバーター出口温度を計側し、３
００℃以上の所望の温度になるようヒーターへのインプ
ット電カを調節する。
m2以上とする。これにより、ヒーターの昇温速度が大き
く、コールドスタート時の排ガス中のエミッションが低
減する。即ち、ヒーター温度は１０秒以内に確実に３０
０℃以上に到達し、主触媒およびヒーター上の触媒を有
効に作用させることができるのである。また、電流密度
を８Ａ/mm2以上とすれば、ヒーター温度は５秒以内に確
実に３００℃以上に到達するためさらに好ましいが、一
方電流密度を３０Ａ/mm2以上とすると、多大な電力を要
して好ましくなく、またヒーター上の触媒が高温になり
過ぎ、触媒の耐久性の点て実用上好ましくない。主モノ
リス触媒またはヒーター上に担持した触媒の作用温度と
は、一般に３００℃以上の温度を意味し、実用上はヒー
ター出口温度またはコンバーター出口温度を計側し、３
００℃以上の所望の温度になるようヒーターへのインプ
ット電カを調節する。
【０００８】 なお、本発明において、電流密度は以下
の如く定義される。図１（ａ）（ｂ）に示すように、多
数の貫通孔１１を有するハニカム構造体１０に、抵抗調
節手段としてのスリット１２を所定数設けた抵抗調節型
ヒーターにおいて、隔壁（リブ）１３の断面１４の断面
積（リブ厚×ヒーター長）をＳとしスリット−スリット
間のリブ数をｎ（例えば、図１（ｂ）の場合、リブ数ｎ
は５である。）として、電流Ｉを流したとき、電流密度
はＩ／（Ｓ×ｎ）で表わされる。
の如く定義される。図１（ａ）（ｂ）に示すように、多
数の貫通孔１１を有するハニカム構造体１０に、抵抗調
節手段としてのスリット１２を所定数設けた抵抗調節型
ヒーターにおいて、隔壁（リブ）１３の断面１４の断面
積（リブ厚×ヒーター長）をＳとしスリット−スリット
間のリブ数をｎ（例えば、図１（ｂ）の場合、リブ数ｎ
は５である。）として、電流Ｉを流したとき、電流密度
はＩ／（Ｓ×ｎ）で表わされる。
【０００９】 次に、上記した抵抗調節型ヒーターと主
触媒からなる触媒コンバーターの操作カ法を自動車排ガ
スの浄化の場合に関し説明すると、エンジン始動時にお
ける低温ガスを迅速に加熱するために、ヒーターへの通
電開始後６０秒間は５Ａ/mm2以上の電流密度で通電する
ことが好ましい。電流密度５Ａ/mm2未満でヒーターに通
電する場合には、エンジン始動前に数十秒間ヒーターを
予熱しないと所望の排ガス浄化特性を得ることができ
す、実用上問題がある。そして、ヒーターに担持した触
媒および主触媒の作用温度（３００〜４００℃）に到達
するまで、少なくとも５Ａ/mm2以上の電流密度て通電
し、その後インプット電力を低減させて通電する。イン
プット電カを低減する方法としては、オン−オフ制御す
るか、あるいは５Ａ/mm2未満の電流密度で通電する等が
ある。なお、エンジン作動と実質的に同時とは、エンジ
ン作動と同時の場合のほか、エンジン作動の数秒前、例
えば５秒程度前に通電してもよい。
触媒からなる触媒コンバーターの操作カ法を自動車排ガ
スの浄化の場合に関し説明すると、エンジン始動時にお
ける低温ガスを迅速に加熱するために、ヒーターへの通
電開始後６０秒間は５Ａ/mm2以上の電流密度で通電する
ことが好ましい。電流密度５Ａ/mm2未満でヒーターに通
電する場合には、エンジン始動前に数十秒間ヒーターを
予熱しないと所望の排ガス浄化特性を得ることができ
す、実用上問題がある。そして、ヒーターに担持した触
媒および主触媒の作用温度（３００〜４００℃）に到達
するまで、少なくとも５Ａ/mm2以上の電流密度て通電
し、その後インプット電力を低減させて通電する。イン
プット電カを低減する方法としては、オン−オフ制御す
るか、あるいは５Ａ/mm2未満の電流密度で通電する等が
ある。なお、エンジン作動と実質的に同時とは、エンジ
ン作動と同時の場合のほか、エンジン作動の数秒前、例
えば５秒程度前に通電してもよい。
【００１０】 本発明の基体であるハニカム構造体の構
成材料としては、通電により発熱する材料からなるもの
であれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい
が、金属質が機械的強度が高いため好ましい。金属質の
場合、例えばステンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−
Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ
等の組成を有する材料からなるものが挙げられる。上記
のうち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌが
耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好まし
い。ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質であ
ってもよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニ
カム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨張差による触
媒の剥離が生ずることが殆どないことから好ましい。
成材料としては、通電により発熱する材料からなるもの
であれば制限はなく、金属質でもセラミック質でもよい
が、金属質が機械的強度が高いため好ましい。金属質の
場合、例えばステンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−
Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ
等の組成を有する材料からなるものが挙げられる。上記
のうち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｌが
耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好まし
い。ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質であ
ってもよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニ
カム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨張差による触
媒の剥離が生ずることが殆どないことから好ましい。
【００１１】 次に、本発明のハニカム構造体のうち金
属質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。まず、
所望の組成となるように、例えばＦｅ粉末、Ａｌ粉末、
Ｃｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末原
料を調製する。次いで、このように調製された金属粉末
原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の
有機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望の
ハニカム形状に押出成形する。次に、押出成形されたハ
ニカム成形体を、非酸化雰囲気下１０００〜１４５０℃
で焼成する。ここで、水素を含む非酸化雰囲気下におい
て焼成を行なうと、有機バインダーがＦｅ等を触媒にし
て分解除去し、良好な焼結体（ハニカム構造体）を得る
ことができ、好ましい。焼成温度が１０００℃未満の場
合、成形体が焼結せず、焼成温度が１４５０℃を超える
と得られる焼結体が変形するため、好ましくない。な
お、望ましくは、得られたハニカム構造体の隔壁及び気
孔の表面を耐熱性金属酸化物で被覆する。
属質ハニカム構造体の製造方法の例を説明する。まず、
所望の組成となるように、例えばＦｅ粉末、Ａｌ粉末、
Ｃｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末原
料を調製する。次いで、このように調製された金属粉末
原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の
有機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望の
ハニカム形状に押出成形する。次に、押出成形されたハ
ニカム成形体を、非酸化雰囲気下１０００〜１４５０℃
で焼成する。ここで、水素を含む非酸化雰囲気下におい
て焼成を行なうと、有機バインダーがＦｅ等を触媒にし
て分解除去し、良好な焼結体（ハニカム構造体）を得る
ことができ、好ましい。焼成温度が１０００℃未満の場
合、成形体が焼結せず、焼成温度が１４５０℃を超える
と得られる焼結体が変形するため、好ましくない。な
お、望ましくは、得られたハニカム構造体の隔壁及び気
孔の表面を耐熱性金属酸化物で被覆する。
【００１２】 次に、得られたハニカム構造体につい
て、後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節手段
を設ける。ハニカム構造体に設ける抵抗調節手段として
は、例えばスリットを種々の方向、位置、長さで設け
ること、貫通軸方向の隔壁長さを変化させること、
ハニカム構造体の隔壁の厚さ（壁厚）を変化させるか、
または貫通孔のセル密度を変化させること、およびハ
ニカム構造体の隔壁にスリットを設けること、等が好ま
しいものとして挙げられる。発熱部分を簡易に調節でき
る方法として、のスリットの形成が特に好ましい。
て、後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節手段
を設ける。ハニカム構造体に設ける抵抗調節手段として
は、例えばスリットを種々の方向、位置、長さで設け
ること、貫通軸方向の隔壁長さを変化させること、
ハニカム構造体の隔壁の厚さ（壁厚）を変化させるか、
または貫通孔のセル密度を変化させること、およびハ
ニカム構造体の隔壁にスリットを設けること、等が好ま
しいものとして挙げられる。発熱部分を簡易に調節でき
る方法として、のスリットの形成が特に好ましい。
【００１３】 上記のようにして得られた金属質ハニカ
ム構造体は、通常その外周部の隔壁または内部に、ろう
付け、溶接などの手段によって電極を設けることによ
り、ハニカムヒーターが作製される。ここて、電極と
は、当該ヒーターに電圧をかけるための端子の総称を意
味し、ヒーター外周部と缶体を直接接合したものや、ア
ース等の端子を含む。この金属質ハニカム構造体は、全
体としてその抵抗値が０．００１Ω〜０．５Ωの範囲と
なるように形成することが好ましい。
ム構造体は、通常その外周部の隔壁または内部に、ろう
付け、溶接などの手段によって電極を設けることによ
り、ハニカムヒーターが作製される。ここて、電極と
は、当該ヒーターに電圧をかけるための端子の総称を意
味し、ヒーター外周部と缶体を直接接合したものや、ア
ース等の端子を含む。この金属質ハニカム構造体は、全
体としてその抵抗値が０．００１Ω〜０．５Ωの範囲と
なるように形成することが好ましい。
【００１４】 また、上記の金属質ハニカム構造体の表
面にさらに触媒を担持させることにより、排気ガスの浄
化反応（酸化反応熱等）による温度上昇が期待できるた
め、好ましい。金属質ハニカム構造体の表面に担持する
触媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担
持させたものである。ここで、大きな表面積を有する担
体としては、例えばγ−Ａｌ2 Ｏ3系、ＴｉＯ2系、Ｓｉ
Ｏ2−Ａｌ2 Ｏ3系などやベロブスカイト系のものが代表
的なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、例
えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｃｏ等の卑金属などを挙げることができる。上記のう
ち、γ−Ａｌ2 Ｏ3系にＰｔ、Ｐｄを１０−１０Ｏg/ft3
担持したものが好ましい。
面にさらに触媒を担持させることにより、排気ガスの浄
化反応（酸化反応熱等）による温度上昇が期待できるた
め、好ましい。金属質ハニカム構造体の表面に担持する
触媒は、大きな表面積を有する担体に触媒活性物質を担
持させたものである。ここで、大きな表面積を有する担
体としては、例えばγ−Ａｌ2 Ｏ3系、ＴｉＯ2系、Ｓｉ
Ｏ2−Ａｌ2 Ｏ3系などやベロブスカイト系のものが代表
的なものとして挙げられる。触媒活性物質としては、例
えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｃｏ等の卑金属などを挙げることができる。上記のう
ち、γ−Ａｌ2 Ｏ3系にＰｔ、Ｐｄを１０−１０Ｏg/ft3
担持したものが好ましい。
【００１５】 次に、本発明における抵抗調節型ヒータ
ーの形状、形成されるスリット等の、自動車排ガス浄化
用に用いられる場合のヒーターについて特に好ましい範
囲（ペストモード）を説明する。まず、ハニカム構造体
の隔壁の厚さ（リプ厚）は７５〜５００μmの範囲がよ
い。７５μm未満では強度に劣り、ヒーター寿命に問題
がある。５００μmを超えると圧力損失が大きくなって
問題があるほか、昇温するために多大な電流を必要とす
る。特に好ましくは１００〜３００μmの範囲である。
ーの形状、形成されるスリット等の、自動車排ガス浄化
用に用いられる場合のヒーターについて特に好ましい範
囲（ペストモード）を説明する。まず、ハニカム構造体
の隔壁の厚さ（リプ厚）は７５〜５００μmの範囲がよ
い。７５μm未満では強度に劣り、ヒーター寿命に問題
がある。５００μmを超えると圧力損失が大きくなって
問題があるほか、昇温するために多大な電流を必要とす
る。特に好ましくは１００〜３００μmの範囲である。
【００１６】 セル密度としては１００〜４００セル/インチ
2（cpi2）が好ましい。即ち、ハニカム構造体の貫通孔
内のガスを加熱する伝熱面積及びヒーター上に触媒を担
持している場合には、触媒表面積の点から１００セル/インチ
2以上が好ましく、また４００セル/インチ2を超えるとスリッ
ト等の加工の問題や、スリットを形成するリブ同士が接
近するため、長期寿命の観点からショートし易いという
問題がある。また、ハニカム構造体の開孔率としては、
圧力損失及び強度の点から５０〜８５％が好ましい。
2（cpi2）が好ましい。即ち、ハニカム構造体の貫通孔
内のガスを加熱する伝熱面積及びヒーター上に触媒を担
持している場合には、触媒表面積の点から１００セル/インチ
2以上が好ましく、また４００セル/インチ2を超えるとスリッ
ト等の加工の問題や、スリットを形成するリブ同士が接
近するため、長期寿命の観点からショートし易いという
問題がある。また、ハニカム構造体の開孔率としては、
圧力損失及び強度の点から５０〜８５％が好ましい。
【００１７】 さらにヒーター長（貫通孔軸方向長さ）
が長くなると断面積が増加するため、多大な電流を必要
とし、一方短くなり過ぎると、伝熱面積、触媒面積が小
さくなりすぎて好ましくない。主触媒の前にプレヒータ
ーとして設置する場合、主触媒長の１／２０〜１／３程
度のヒーター長が好ましい。スリットは発熱部分を制御
するように設けるが、自動車排ガス浄化用の場合、ヒー
ターの中心部及び全体を比較的均一に加熱することが好
ましく、スリットと外壁との距離がスリット間距離より
長くなるようにスリットを設置する。また、スリット本
数が多くなると、全発熱長が長くなりヒーターとして好
ましいが、抵抗が大きくなるため、一定電圧を印加する
場合、電流が小さくなり、結果として５Ａ/mm2未満の電
流密度となる場合が生じるのて、５Ａ/mm2以上になるよ
うにスリット本数を定める。尚、本発明においてハニカ
ム構造体とは、隔壁により仕切られた多数の貫通孔を有
する一体構造をいい、例えば貫通孔の断面形状（セル形
状）は円形、多角形、コルゲート形等の各種の任意な形
状が使用できる。
が長くなると断面積が増加するため、多大な電流を必要
とし、一方短くなり過ぎると、伝熱面積、触媒面積が小
さくなりすぎて好ましくない。主触媒の前にプレヒータ
ーとして設置する場合、主触媒長の１／２０〜１／３程
度のヒーター長が好ましい。スリットは発熱部分を制御
するように設けるが、自動車排ガス浄化用の場合、ヒー
ターの中心部及び全体を比較的均一に加熱することが好
ましく、スリットと外壁との距離がスリット間距離より
長くなるようにスリットを設置する。また、スリット本
数が多くなると、全発熱長が長くなりヒーターとして好
ましいが、抵抗が大きくなるため、一定電圧を印加する
場合、電流が小さくなり、結果として５Ａ/mm2未満の電
流密度となる場合が生じるのて、５Ａ/mm2以上になるよ
うにスリット本数を定める。尚、本発明においてハニカ
ム構造体とは、隔壁により仕切られた多数の貫通孔を有
する一体構造をいい、例えば貫通孔の断面形状（セル形
状）は円形、多角形、コルゲート形等の各種の任意な形
状が使用できる。
【００１８】
【実施例】 以下、本発明を図示の実施例に基づいて更
に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られ
るものではない。図１（ａ）は本発明の抵抗調節型ヒー
ターの一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一
部拡大斜視図で、多数の貫通孔１１を有するハニカム構
造体１０に、抵抗調節手段として複数のスリット１２を
設け、かつその外壁に２つの電極１５を設置したもので
ある。なお、図において、１３は隔壁（リブ）、１４は
リブ断面であり、Ｓはスリット間に存在するリブ１３の
断面１４の断面積、Ｂはヒーター直径、Ｃはヒーター
長、Ｄはスリット長を示す。
に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られ
るものではない。図１（ａ）は本発明の抵抗調節型ヒー
ターの一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一
部拡大斜視図で、多数の貫通孔１１を有するハニカム構
造体１０に、抵抗調節手段として複数のスリット１２を
設け、かつその外壁に２つの電極１５を設置したもので
ある。なお、図において、１３は隔壁（リブ）、１４は
リブ断面であり、Ｓはスリット間に存在するリブ１３の
断面１４の断面積、Ｂはヒーター直径、Ｃはヒーター
長、Ｄはスリット長を示す。
【００１９】次に、具体的な実施結果を説明する。 （実施例１）平均粒径１０、２０、２２μmのＦｅ粉、
Ｆｅ−Ａｌ粉（Ａｌ５Ｏｗｔ％）、Ｆｅ−Ｃｒ粉（Ｃｒ
５０ｗｔ％）の原料を用い、Ｆｅ−２２Ｃｒ−５Ａｌ
（重量％）の組成になるよう原料を配合し、これに有機
バインダー（メチルセルロース）と酸化防止剤（オレイ
ン酸）、水を添加して杯土を調製し、表１に示すリブ
厚、貫通孔数の四角セルよりなるハニカムを押出し成形
し、乾燥後Ｈ2雰囲気下１３００℃で焼成し、その後空
気中、１０００℃で熱処理を行なった。得られたハニカ
ム構造体の気孔率は２２％であり、平均細孔径は５μm
であった。上記方法により得られた外径９０mmφのハニ
カム構造体１０を表１に示すヒーター長Ｃへ加工し、さ
らに約５０〜７０mm長のスリット１２を所定の本数設け
た。得られた抵抗調節型ヒーターに図１（ａ）に示すよ
うにその外壁に２ヶ所電極１５をセットし、さらにスリ
ット１２の外周部にジルコニア系の耐熱性無機接着剤を
充填し、絶縁部とした。
Ｆｅ−Ａｌ粉（Ａｌ５Ｏｗｔ％）、Ｆｅ−Ｃｒ粉（Ｃｒ
５０ｗｔ％）の原料を用い、Ｆｅ−２２Ｃｒ−５Ａｌ
（重量％）の組成になるよう原料を配合し、これに有機
バインダー（メチルセルロース）と酸化防止剤（オレイ
ン酸）、水を添加して杯土を調製し、表１に示すリブ
厚、貫通孔数の四角セルよりなるハニカムを押出し成形
し、乾燥後Ｈ2雰囲気下１３００℃で焼成し、その後空
気中、１０００℃で熱処理を行なった。得られたハニカ
ム構造体の気孔率は２２％であり、平均細孔径は５μm
であった。上記方法により得られた外径９０mmφのハニ
カム構造体１０を表１に示すヒーター長Ｃへ加工し、さ
らに約５０〜７０mm長のスリット１２を所定の本数設け
た。得られた抵抗調節型ヒーターに図１（ａ）に示すよ
うにその外壁に２ヶ所電極１５をセットし、さらにスリ
ット１２の外周部にジルコニア系の耐熱性無機接着剤を
充填し、絶縁部とした。
【００２０】（実施例２） （ヒーター昇温特性確認実験）自動車用の１２Ｖバッテ
リー単独又は直列に２個接続したもの（２４Ｖ）を電源
とし、ヒーターに０．７m3/minの空気を通風（自動車の
排ガス量をシミュレート）しながら通電し、この時のヒ
ーター温度を測定し、ヒーター温度が２ＯＯ℃、３００
℃、４００℃に到達するまでの時間を計測した。結果を
表１および図２に示す。表１および図２に示す通り、種
々の形状からなるヒーターにおいて電流密度５Ａ/mm2以
上の場合、いずれも１０秒以内にヒーターが３００℃以
上になる。また比較例に示す通り、ヒーター形状が同一
でも低電圧で通電し、５Ａ/mm2未満である場合は、１０
秒以内にはヒーターが３００℃に到達しないことがわか
る。
リー単独又は直列に２個接続したもの（２４Ｖ）を電源
とし、ヒーターに０．７m3/minの空気を通風（自動車の
排ガス量をシミュレート）しながら通電し、この時のヒ
ーター温度を測定し、ヒーター温度が２ＯＯ℃、３００
℃、４００℃に到達するまでの時間を計測した。結果を
表１および図２に示す。表１および図２に示す通り、種
々の形状からなるヒーターにおいて電流密度５Ａ/mm2以
上の場合、いずれも１０秒以内にヒーターが３００℃以
上になる。また比較例に示す通り、ヒーター形状が同一
でも低電圧で通電し、５Ａ/mm2未満である場合は、１０
秒以内にはヒーターが３００℃に到達しないことがわか
る。
【００２１】
【表１】
【００２２】（実施例３） （エンジン始動時の性能確認）ヒーターＮｏ．５そのも
の、及び当該ヒーターにＰｔ、Ｐｄを各々２Ｏg含有す
るＣｅＯ2−γ−Ａｌ2Ｏ3からなる触媒が担持（被覆）
されたヒーター（Ｎｏ．１１）を、外径９０mmφ、長さ
１００mmの主モノリス触媒である市販三元触媒（リブ厚
６mil、貫通孔数４００セル/インチ2）の前方（ガス上流側）
に設置した。本システムでエンジン始動時の性能を確認
するためにエンジン（Ａ／Ｆ＝１４．６）を１００℃か
ら４２０℃まで２分間で定速昇温し、その後４２０℃で
１分間キープし、各エミッションの浄化率を測定した。
排ガス量は０．７m3/minとし、ヒーターへの通電は、バ
ッテリーによる２４Ｖと１２Ｖの２種類を用い、排ガス
が１００℃になると同時に通電を開始し、ヒーター温度
が４５０℃になるように、オン−オフ制御を行なった。
得られた各エミッションの平均浄化率を表２に示す。
の、及び当該ヒーターにＰｔ、Ｐｄを各々２Ｏg含有す
るＣｅＯ2−γ−Ａｌ2Ｏ3からなる触媒が担持（被覆）
されたヒーター（Ｎｏ．１１）を、外径９０mmφ、長さ
１００mmの主モノリス触媒である市販三元触媒（リブ厚
６mil、貫通孔数４００セル/インチ2）の前方（ガス上流側）
に設置した。本システムでエンジン始動時の性能を確認
するためにエンジン（Ａ／Ｆ＝１４．６）を１００℃か
ら４２０℃まで２分間で定速昇温し、その後４２０℃で
１分間キープし、各エミッションの浄化率を測定した。
排ガス量は０．７m3/minとし、ヒーターへの通電は、バ
ッテリーによる２４Ｖと１２Ｖの２種類を用い、排ガス
が１００℃になると同時に通電を開始し、ヒーター温度
が４５０℃になるように、オン−オフ制御を行なった。
得られた各エミッションの平均浄化率を表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】 表２の結果から明らかな通り、電流密度
を５Ａ/mm2以上とした本発明の実施例が、５Ａ/mm2未満
の比較例より排ガス浄化能に優れていることがわかる。
実施例のうち、Ｎｏ．２の触媒性能が最大活性を示し、
かつヒーター通電後ヒーター上の触媒着火による自己発
熱によって約１．５分後にヒーターの通電はオフの状態
となった。
を５Ａ/mm2以上とした本発明の実施例が、５Ａ/mm2未満
の比較例より排ガス浄化能に優れていることがわかる。
実施例のうち、Ｎｏ．２の触媒性能が最大活性を示し、
かつヒーター通電後ヒーター上の触媒着火による自己発
熱によって約１．５分後にヒーターの通電はオフの状態
となった。
【００２５】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、電極間の電流密度が５Ａ/mm2以上となるように抵抗
調節手段を設けたので、エンジン始動時（コールドスタ
ート時）等のエミッションが最も多い初期の低温排ガス
を迅速に加熱・昇温することができ、排ガスの高浄化率
を達成できるという優れた効果を有する。
ば、電極間の電流密度が５Ａ/mm2以上となるように抵抗
調節手段を設けたので、エンジン始動時（コールドスタ
ート時）等のエミッションが最も多い初期の低温排ガス
を迅速に加熱・昇温することができ、排ガスの高浄化率
を達成できるという優れた効果を有する。
【図１】 図１（ａ）は本発明の抵抗調節型ヒーターの
一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部拡大
斜視図である。
一例を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部拡大
斜視図である。
【図２】 ヒーター昇温特性確認実験における到達時間
と電流密度の関係を示すグラフである。
と電流密度の関係を示すグラフである。
１０…ハニカム構造体、１１…貫通孔、１２…スリッ
ト、１３…隔壁（リブ）、１４…リブ断面、１５…電
極、Ｓ…リブ断面積、Ｂ…ヒーター直径、Ｃ…ヒーター
長、Ｄ…スリット長。
ト、１３…隔壁（リブ）、１４…リブ断面、１５…電
極、Ｓ…リブ断面積、Ｂ…ヒーター直径、Ｃ…ヒーター
長、Ｄ…スリット長。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｂ０１Ｊ 23/56 ３０１Ａ
Claims (7)
- 【請求項１】 通電により発熱する材料からなり多数の
貫通孔を有するハニカム構造体に、通電のための少なく
とも２つの電極を設けるとともに、該電極間に電流密度
が５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設けたことを特徴
とする抵抗調節型ヒーター。 - 【請求項２】 ハニカム構造体が、粉末原料をハニカム
状に押出成形し焼結させたものである請求項１記載の抵
抗調節型ヒーター。 - 【請求項３】 ハニカム構造体に触媒を担持した請求項
１記載の抵抗調節型ヒーター。 - 【請求項４】 通電により発熱する材料からなり多数の
貫通孔を有するハニカム構造体に触媒を担持させるとと
もに、通電のための少なくとも２つの電極を設け、かつ
該電極間に電流密度が５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段
を設けたことを特徴とする触媒コンバーター。 - 【請求項５】 主モノリス触媒の上流側、又は主モノリ
ス触媒と主モノリス触媒の間に、通電により発熱する材
料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構造体に通電
のための少なくとも２つの電極を設けるとともに、該電
極間に電流密度が５Ａ/mm2以上となる抵抗調節手段を設
けてなるヒーターを配設したことを特徴とする触媒コン
バーター。 - 【請求項６】 主モノリス触媒の下流側に、通電により
発熱する材料からなり多数の貫通孔を有するハニカム構
造体に触媒を担持させ且つ通電のための少なくとも２つ
の電極を設けるとともに、該電極間に電流密度が５Ａ/m
m2以上となる抵抗調節手段を設けてなるヒーターを配設
したことを特徴とする触媒コンバーター。 - 【請求項７】 ハニカム構造体に触媒を担持した請求項
５記載の触媒コンバーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143109A JPH10325314A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10143109A JPH10325314A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2176942A Division JP3034913B2 (ja) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | 触媒コンバーターの操作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325314A true JPH10325314A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15331126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10143109A Pending JPH10325314A (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10325314A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009279482A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Gifu Univ | 揮発性有機化合物処理装置 |
| JP2011099405A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Toyota Motor Corp | 排気浄化装置 |
| WO2013146955A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
| JP5663003B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2015-02-04 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62123U (ja) * | 1985-06-17 | 1987-01-06 | ||
| JPS6367609U (ja) * | 1986-10-23 | 1988-05-07 | ||
| JPS644249A (en) * | 1987-02-12 | 1989-01-09 | Ngk Insulators Ltd | Cordierite honeycomb construction catalyst support and its production |
| WO1989010470A1 (fr) * | 1988-04-25 | 1989-11-02 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Procede pour accelerer la reponse d'un catalyseur de gaz d'echappement; dispositifs et supports chauffes electriquement pour la mise en oeuvre de ce procede |
-
1998
- 1998-05-25 JP JP10143109A patent/JPH10325314A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62123U (ja) * | 1985-06-17 | 1987-01-06 | ||
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| JPH03500911A (ja) * | 1988-04-25 | 1991-02-28 | エミテツク、ゲゼルシヤフト、フユア、エミツシオンステクノロギー、ミツト、ベシユレンクテル、ハフツング | 排ガス浄化装置の応答促進装置及びその運転方法 |
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| JP2009279482A (ja) * | 2008-05-20 | 2009-12-03 | Gifu Univ | 揮発性有機化合物処理装置 |
| JP2011099405A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Toyota Motor Corp | 排気浄化装置 |
| JP5663003B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2015-02-04 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
| WO2013146955A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
| JPWO2013146955A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2015-12-14 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
| US9707515B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-07-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Honeycomb structure |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001205 |