WO2012014317A1 - 電気加熱式触媒 - Google Patents

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▲吉▼岡　衛
典昭 熊谷
高木　直也
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrically heated catalyst.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to suppress the flow of electricity to the case of the electrically heated catalyst.
  • an electrically heated catalyst provides: A heating element that generates heat when energized; A case for housing the heating element; A mat provided between the heating element and the case for insulating electricity; An inner tube provided inside the case and outside the heating element, and supported by the mat while dividing the mat into the case side and the heating element side; With The inner tube protrudes from the mat; The distance between the inner tube and the case is a distance necessary to support the inner tube at the location where the mat is present, and the inner tube is located at a location where the inner tube protrudes from the mat. The distance is necessary to avoid the occurrence of discharge with the case.
  • the heating element may be a catalyst carrier or may be provided upstream of the catalyst. Since the heating element generates heat by energizing the heating element, the temperature of the catalyst can be increased. Since the inner pipe divides the mat into the case side and the heating element side, there are places where the mat exists on the inner side and the outer side of the inner pipe. Further, since the inner tube is supported by the mat, the inner tube is not in contact with the heating element and the case.
  • the water absorbed by the mat moves in the mat, but the movement of water from the case side to the heating element side is blocked by the inner tube. If it does so, the short circuit by water can be suppressed. Further, the water absorbed by the mat evaporates due to the heat of the exhaust and the heat of the heating element, so that it is removed over time. Further, by reducing the thickness of the mat, the amount of water absorbed by the mat can be reduced. Thereby, evaporation of water can be promoted. However, if the mat is too thin, it will be difficult to support the mat. Therefore, the thickness of the mat is set to the minimum necessary thickness for supporting the inner tube. Thereby, the distance between the inner tube and the case at the place where the mat exists is determined.
  • the inner tube may have a communicating portion that communicates the case side and the heating element side at a location in contact with the mat. Since the communicating part communicates the case side and the heating element side at the place where it is in contact with the mat, the mat exists on both the case side and the heating element side of the communicating part. For this reason, when a lot of water is absorbed by the mat, the water moves from the case-side mat to the heating element-side mat through the communicating portion. Thereby, since it can suppress that water reaches
  • the thickness of the inner tube where the mat is present it is possible to make the thickness of the inner tube where the mat is present larger than the portion where the inner tube protrudes from the mat. If the thickness of the inner tube is changed in this way, the distance between the inner tube and the case can be changed between the portion where the mat is provided and the portion where the inner tube protrudes from the mat.
  • the thickness of the case where the mat is present can be made larger than the position where the inner tube protrudes from the mat. If the thickness of the case is changed in this way, the distance between the inner tube and the case can be changed between the portion where the mat is provided and the portion where the inner tube protrudes from the mat.
  • the heating element can be made of a material capable of absorbing water. If it does so, the water which permeated through the communication part from the case side to the heat generating body side will be absorbed by the heat generating body. This water moves through the heating element and is removed from the heating element by the gas flowing through the heating element. Thereby, water can be quickly removed from the mat and the heating element.
  • electricity can be prevented from flowing through the case of the electrically heated catalyst.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electrically heated catalyst according to Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an electrically heated catalyst according to Example 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an electrically heated catalyst according to Example 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electrically heated catalyst 1 according to the present embodiment.
  • the electrically heated catalyst 1 according to this embodiment is provided in the exhaust pipe 2 of the internal combustion engine mounted on the vehicle.
  • the internal combustion engine may be a diesel engine or a gasoline engine. It can also be used in a vehicle that employs a hybrid system equipped with an electric motor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the electrically heated catalyst 1 cut in the longitudinal direction along the central axis A of the exhaust pipe 2.
  • the electrically heated catalyst 1 shown in FIG. Since the shape of the electrically heated catalyst 1 is symmetrical with respect to the central axis A, only the upper part is shown in FIG.
  • the electrically heated catalyst 1 includes a cylindrical catalyst carrier 3 centering on a central axis A.
  • a catalyst carrier 3, an inner tube 4, and a case 5 are provided in this order from the central axis A side.
  • a mat 6 is provided between the catalyst carrier 3 and the inner tube 4 and between the inner tube 4 and the case 5.
  • the catalyst carrier 3 is made of a material that generates electrical resistance and generates heat when energized.
  • SiC is used as the material of the catalyst carrier 3.
  • the catalyst carrier 3 has a plurality of passages extending in the direction in which the exhaust flows (that is, in the direction of the central axis A) and having a cross section perpendicular to the direction in which the exhaust flows in a honeycomb shape. Exhaust gas flows through this passage.
  • the outer shape of the catalyst carrier 3 is, for example, a cylindrical shape centered on the central axis A of the exhaust pipe 2.
  • the cross-sectional shape of the catalyst carrier 3 having a cross section orthogonal to the central axis A may be, for example, an ellipse.
  • the central axis A is a central axis common to the exhaust pipe 2, the catalyst carrier 3, the inner pipe 4, and the case 5.
  • the catalyst carrier 3 corresponds to the heating element in the present invention. Even when the heating element is provided on the upstream side of the catalyst, the present embodiment can be similarly applied.
  • the catalyst is supported on the catalyst carrier 3.
  • the catalyst include an oxidation catalyst, a three-way catalyst, an NOx storage reduction catalyst, and a selective reduction NOx catalyst.
  • Two electrodes 7 are connected to the catalyst carrier 3, and the catalyst carrier 3 is energized by applying a voltage between the electrodes 7.
  • the catalyst carrier 3 generates heat due to the electrical resistance of the catalyst carrier 3.
  • an electrical insulating material is used, for example, a ceramic fiber mainly composed of alumina.
  • the mat 6 is wound around the outer peripheral surface of the catalyst carrier 3 and the outer peripheral surface of the inner tube 4. Since the mat 6 covers the outer peripheral surface of the catalyst carrier 3 (a surface parallel to the central axis A), electricity is prevented from flowing to the inner tube 4 and the case 5 when the catalyst carrier 3 is energized. .
  • the inner tube 4 is formed in a tubular shape around the central axis A.
  • the inner tube 4 is longer in the central axis A direction than the mat 6. For this reason, the inner tube 4 protrudes from the mat 6 to the upstream side and the downstream side.
  • the inner diameter of the inner tube 4 is substantially the same as the outer diameter of the mat 6 when the outer periphery of the catalyst carrier 3 is covered with the mat 6.
  • the thickness of the inner tube 4 differs between the central portion 41 that is in contact with the mat 6 and the end portion 42 that is a portion protruding upstream and downstream of the mat 6. This thickness is set so that the distance between the end portion 42 and the case 5 is longer than the distance between the central portion 41 and the case 5.
  • the material of the case 5 is a metal, and for example, a stainless steel material can be used.
  • the case 5 includes an accommodating portion 51 that includes a curved surface parallel to the central axis A, and a tapered portion 52 that connects the accommodating portion 51 and the exhaust pipe 2 on the upstream side and the downstream side of the accommodating portion 51. 53.
  • the catalyst carrier 3, the inner tube 4, and the mat 6 are accommodated inside the accommodating portion 51.
  • the tapered portions 52 and 53 have a tapered shape in which the passage cross-sectional area decreases as the distance from the accommodating portion 51 increases. That is, the taper portion 52 upstream of the catalyst carrier 3 has a smaller sectional area toward the upstream side, and the taper portion 53 downstream of the catalyst carrier 3 has a smaller sectional area toward the downstream side.
  • the inner diameter of the accommodating portion 51 is substantially the same as the outer diameter of the mat 6 when the outer periphery of the inner tube 4 is covered with the mat 6.
  • Two electrodes 7 are connected to the catalyst carrier 3.
  • holes 43 and 54 are formed in the inner tube 4 and the case 5.
  • the mat 6 is not provided around the electrode 7 until the electrode 7 is connected to the catalyst carrier 3.
  • An insulating material 8 that supports the electrode 7 is provided in the hole 54 formed in the case 5.
  • the insulating material 8 is provided between the case 5 and the electrode 7 without a gap. In this manner, a closed space 9 is formed in the case 5 around the electrode 7.
  • water condensed on the upstream side of the catalyst carrier 3 may flow on the inner wall of the exhaust pipe 2 or the case 5 and adhere to the mat 6.
  • the water adheres to the mat 6 between the inner tube 4 and the accommodating portion 51. That is, since the inner tube 4 protrudes upstream and downstream of the mat 6, water is prevented from entering the inner tube 4. Thereby, it is suppressed that the case 5 and the catalyst carrier 3 are short-circuited by water at the upstream end and the downstream end of the mat 6.
  • the case 5 and the catalyst carrier 3 may be short-circuited by the PM.
  • the inner tube 4 protrudes from the mat 6 and the temperature of the protruding portion is increased due to the heat of the exhaust, the PM adhering to the inner tube 4 can be oxidized and removed. Thereby, it is suppressed that case 5 and the catalyst support
  • the water adhering to the mat 6 evaporates due to the heat of the exhaust and the heat of the catalyst carrier 3.
  • the amount of adhering water increases, a part of the water does not immediately evaporate and stays in the mat 6. Then, water may reach the space 9 around the electrode 7 through the mat 6 and stay in the space 9 in some cases. In this way, the water present in the space 9 is difficult to remove even if it evaporates. If water vapor is present in the space 9, the insulation resistance between the electrode 7 and the case 5 is greatly reduced. If it does so, when there exists a request
  • the distance between the end 42 and the case 5 is shortened at the end 42 of the inner tube 4, there is a possibility that electric discharge occurs. For this reason, when the end portion 42 is brought close to the case 5 in accordance with the central portion 41, a discharge can occur. Therefore, the distance between the end portion 42 and the case 5 is a distance that can avoid discharge. As a result, the distance between the end portion 42 and the case 5 is longer than the distance between the central portion 41 and the case 5.
  • the required distance to the case 5 differs between the central portion 41 and the end portion 42 of the inner tube 4.
  • the outer peripheral surface of the inner tube 4 is formed so that the center portion 41 and the end portion 42 of the inner tube 4 have a distance corresponding to each request.
  • the distance from the central axis A to the inner peripheral surface of the inner tube 4 is the same at the central portion 41 and the end portion 42. That is, the thickness of the central portion 41 is increased in order to bring the central portion 41 closer to the case 5 than the end portion 42. For this reason, there is a step between the central portion 41 and the end portion 42.
  • the mat 6 between the inner tube 4 and the case 5 can be thinned, the water absorption force of the mat 6 can be limited. Thereby, the time for removing water from the mat 6 can be shortened. Therefore, it is possible to suppress electricity from flowing to the case 5.
  • the thickness of the central portion 41 is increased, but another member having no water absorption may be attached to the outer peripheral surface of the inner tube 4 instead.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the electrically heated catalyst 10 according to the present embodiment. Differences from the electrically heated catalyst 1 shown in Example 1 will be described. In addition, the same code
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the electrically heated catalyst 10 according to the present embodiment. Differences from the electrically heated catalyst 1 shown in Example 1 will be described. In addition, the same code
  • the inner tube 4 is provided with a plurality of communication holes 44 that allow communication between the case 5 side and the catalyst carrier 3 side.
  • the communication hole 44 is provided at a place where the mat 6 and the inner tube 4 are in contact with each other.
  • the diameter of the communication hole 44 is set to a size through which water absorbed by the mat 6 can pass.
  • the communication hole 44 corresponds to the communication portion in the present invention.
  • the communication hole 44 allows water to pass through, the water that has entered the mat 6 outside the inner tube 4 passes through the communication hole 44 and enters the mat 6 inside the inner tube 4.
  • the temperature of the catalyst carrier 3 is increased by the heat of the exhaust, the water approaching the catalyst carrier 3 is easily evaporated.
  • SiC has a large water absorption capacity, when water reaches the catalyst carrier 3, the water is absorbed by the catalyst carrier 3. This water is discharged from the catalyst carrier 3 together with the exhaust gas flowing through the catalyst carrier 3. In this way, water can be prevented from staying in the mat 6.
  • it can suppress that water permeates into the space 9 around the electrode 7, it can suppress that the insulation resistance of the electrode 7 and the case 5 falls significantly.
  • the position of the communication hole 44 it is possible to adjust the time when water enters the inside of the inner pipe 4 through the communication hole 44. For example, if the position of the communication hole 44 is brought close to the electrode 7, it takes time for the water that has entered the mat 6 to pass through the communication hole 44, so that a short circuit due to the water that has entered the mat 6 can be suppressed. In addition, if a small amount of water has entered the mat 6, it evaporates before passing through the communication hole 44. That is, water can be passed through the communication hole 44 only when there is a risk of water entering the space 9. Further, if the position of the communication hole 44 is too close to the electrode 7, water may enter the space 9. The optimum position and size of the communication hole 44 can be obtained by experiments or the like.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the electrically heated catalyst 11 according to the present embodiment. Differences from the electrically heated catalyst 1 shown in Example 1 will be described. In addition, the same code
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the electrically heated catalyst 11 according to the present embodiment. Differences from the electrically heated catalyst 1 shown in Example 1 will be described. In addition, the same code
  • the thickness of the housing portion 55 of the case 50 is different between the central portion 501 that is in contact with the mat 61 and the end portion 502 that is not in contact with the mat 61.
  • the inner tube 40 has the same thickness at a portion in contact with the mat 61 and a portion protruding from the mat 61.
  • the communication hole 44 is shown in FIG. 3, the communication hole 44 may not be provided as in the first embodiment.
  • the mat 61 existing between the inner tube 40 and the case 50 is preferably thin.
  • the distance between the inner tube 40 and the central portion 501 is set to the minimum necessary distance that can support the inner tube 40. Thereby, the distance between the inner tube 40 and the central portion 501 is relatively short.
  • the distance between the inner tube 40 and the case 50 is shortened at the end portion 502 of the housing portion 55, there is a possibility that electric discharge occurs. For this reason, discharge can occur when the end portion 502 is brought close to the inner tube 40 in accordance with the central portion 501. Therefore, the distance between the inner tube 40 and the end 502 is set to a distance that can avoid discharge. Thereby, the distance between the inner tube 40 and the end portion 502 is longer than the distance between the inner tube 40 and the central portion 501.
  • the required distance to the inner tube 40 differs between the central portion 501 and the end portion 502 of the accommodating portion 55.
  • the inner peripheral surface of the accommodating part 55 is formed in the center part 501 and the edge part 502 of the accommodating part 55 so that it may become the distance according to each request
  • the distance from the central axis A to the outer peripheral surface of the case 50 is the same at the central portion 501 and the end portion 502. That is, in order to bring the central portion 501 closer to the inner tube 40, the thickness of the central portion 501 is increased. For this reason, there is a step between the central portion 501 and the end portion 502.
  • the central portion 501 and the end portion 502 have the same thickness around the hole 54.
  • the range in which the thickness of the central portion 501 is the same as the thickness of the end portion 502 can be obtained in advance by experiments or the like as a range in which discharge between the electrode 7 and the central portion 501 can be avoided.
  • the mat 61 between the inner tube 40 and the case 50 can be thinned, the water absorption force of the mat 61 can be limited. Thereby, the time for removing water from the mat 61 can be shortened.
  • the thickness of the central portion 501 is increased, but another member having no water absorption may be attached to the inner peripheral surface of the case 50 instead.

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Abstract

　電気加熱式触媒（１）のケース（５）に電気が流れることを抑制する。通電により発熱する発熱体（３）と、発熱体（３）を収容するケース（５）と、発熱体（３）とケース（５）との間に設けられ電気を絶縁するマット（６）と、ケース（５）よりも内側で且つ発熱体（３）よりも外側に設けられ、マット（６）をケース（５）側と発熱体（３）側とに分割しつつマット（６）により支持される内管（４）と、を備え、内管（４）とケース（５）との間の距離を、マット（６）が存在する箇所においては内管（４）を支持するために必要な距離とし、内管（４）がマット（６）から突出する箇所においては内管（４）とケース（５）との間で放電が起こることを回避するために必要な距離とする。

Description

電気加熱式触媒
　本発明は、電気加熱式触媒に関する。
　通電により発熱する触媒の担体と、該触媒の担体を収容するケースと、の間に絶縁体のマットを設ける技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このマットによれば、触媒の担体に通電したときに、ケースに電気が流れることを抑制できる。ところで、内燃機関の始動直後などには、排気管壁面で排気中の水が凝縮することがある。液体となった水は排気に押されて下流側に流れ、触媒に到達する。この液体の水がマット内に浸入し電極まで達すると、電極とケースとの間の絶縁抵抗が低下するため電極からケースに電気が流れる虞がある。
特開平０５－２６９３８７号公報
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することにある。
　上記課題を達成するために本発明による電気加熱式触媒は、
　通電により発熱する発熱体と、
　前記発熱体を収容するケースと、
　前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁するマットと、
　前記ケースよりも内側で且つ前記発熱体よりも外側に設けられ、前記マットを前記ケース側と前記発熱体側とに分割しつつ前記マットにより支持される内管と、
　を備え、
　前記内管は、前記マットから突出し、
　前記内管と前記ケースとの間の距離を、前記マットが存在する箇所においては前記内管を支持するために必要な距離とし、前記内管が前記マットから突出する箇所においては前記内管と前記ケースとの間で放電が起こることを回避するために必要な距離とする。
　発熱体は、触媒の担体としてもよく、触媒よりも上流側に設けてもよい。発熱体に通電することにより該発熱体が発熱するため、触媒の温度を上昇させることができる。内管は、マットをケース側と発熱体側とに分割しているため、内管の内側と外側とにはマットが存在する箇所がある。また、内管はマットにより支持されるため、該内管は、発熱体及びケースとは接触していない。
　ところで、内燃機関の排気中には水分が含まれるため、ケースなどにおいて水が凝縮することがある。この水はケースの内面を流れてマットに付着し、その後マットに吸収される。ここで、内管がマットから突出していることにより、ケースの内面を流れてくる水が、内管よりも発熱体側に流れ難くなるため、発熱体の前端及び後端において発熱体とケースとが短絡することを抑制できる。また、マットよりも突出した箇所においては温度が上昇し易いため、排気中の粒子状物質が付着してもすぐに酸化され除去される。これによって、マットの前端または後端に付着した粒子状物質による短絡を抑制できる。
　ここで、マットに吸収された水は該マット内を移動するが、ケース側から発熱体側への水の移動は内管によって遮られる。そうすると、水による短絡を抑制できる。また、マットに吸収された水は、排気の熱や発熱体の熱により蒸発するため、時間が経てば除去される。さらに、マットを薄くすることにより、該マットに吸収される水の量を減少させることができる。これにより、水の蒸発を促進させることができる。しかし、マットを薄くしすぎるとマットを支持することが困難となる。そこで、マットの厚さを、内管を支持するための必要最低限の厚さとする。これにより、マットが存在する箇所における内管とケースとの距離が定まる。一方、内管を支持するために必要となるマットの厚さに合わせて内管とケースとの距離を決定すると、マットから内管が突出する箇所においては内管とケースとの間で放電が起こる虞がある。これに対し、内管がマットから突出する箇所においては、内管とケースとの間で放電が起こることを回避するために最低限必要となる距離を確保する。すなわち、内管とケースとの距離を、マットが存在する箇所と、内管がマットから突出する箇所とで、変えている。このようにして、放電を抑制しつつ内管を支持することが可能となる。
　また、本発明においては、前記内管は、前記マットと接する箇所において前記ケース側と前記発熱体側とを連通する連通部を有していてもよい。連通部は、マットと接する箇所においてケース側と発熱体側とを連通しているため、連通部のケース側と発熱体側とには共にマットが存在する。このため、マットに多くの水が吸収されると、水が連通部を通ってケース側のマットから発熱体側のマットへ移動する。これにより、水が電極へ到達することを抑制できるので、電極とケースとの絶縁抵抗が低下することを抑制できる。また、連通部を通過した水は、排気の熱や発熱体の熱をより受け易くなるため、より蒸発し易くなる。また、発熱体に水を吸収させれば、排気の流れにより水の蒸発が促進されるため、より速やかに水を除去することができる。
　本発明においては、前記内管が前記マットから突出する箇所よりも、前記マットが存在する箇所の前記内管の厚さを大きくすることができる。このように内管の厚さを変えれば、マットが備わる箇所と内管がマットから突出する箇所とで、内管とケースとの距離を変えることができる。
　また、本発明においては、前記内管が前記マットから突出する箇所よりも、前記マットが存在する箇所の前記ケースの厚さを大きくすることができる。このようにケースの厚さを変えれば、マットが備わる箇所と内管がマットから突出する箇所とで、内管とケースとの距離を変えることができる。
　本発明においては、前記発熱体は、吸水可能な材料からなることができる。そうすると、ケース側から発熱体側に連通部を通って浸入した水が、発熱体に吸収される。この水は、発熱体内を移動し、発熱体内を流通するガスにより該発熱体から除去される。これにより、マット及び発熱体から速やかに水を除去することができる。
　本発明によれば、電気加熱式触媒のケースに電気が流れることを抑制することができる。
実施例１に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例２に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。 実施例３に係る電気加熱式触媒の概略構成を示す図である。
　以下、本発明に係る電気加熱式触媒の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、適宜組み合わせることができる。
　図１は、本実施例に係る電気加熱式触媒１の概略構成を示す図である。なお、本実施例に係る電気加熱式触媒１は、車両に搭載される内燃機関の排気管２に設けられる。内燃機関は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても用いることができる。
　図１に示す電気加熱式触媒１は、排気管２の中心軸Ａに沿って電気加熱式触媒１を縦方向に切断した断面図である。なお、電気加熱式触媒１の形状は、中心軸Ａに対して線対称のため、図１では、上側の部分のみを示している。
　本実施例に係る電気加熱式触媒１は、中心軸Ａを中心にした円柱形の触媒担体３を備えている。そして、中心軸Ａ側から順に、触媒担体３、内管４、ケース５が備わる。また、触媒担体３と内管４との間、及び内管４とケース５との間には、マット６が設けられている。
　触媒担体３には、電気抵抗となって、通電により発熱する材質のものが用いられる。触媒担体３の材料には、たとえばＳｉＣが用いられる。触媒担体３は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。触媒担体３の外形は、たとえば排気管２の中心軸Ａを中心とした円柱形である。なお、中心軸Ａと直交する断面による触媒担体３の断面形状は、たとえば楕円形で有っても良い。中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管４、及びケース５で共通の中心軸である。なお、本実施例においては触媒担体３が、本発明における発熱体に相当する。なお、発熱体を触媒よりも上流側に備える場合であっても、本実施例を同様に適用することができる。
　触媒担体３には、触媒が担持される。触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。触媒担体３には、電極７が２本接続されており、該電極７間に電圧をかけることにより触媒担体３に通電される。この触媒担体３の電気抵抗により該触媒担体３が発熱する。
　マット６には、電気絶縁材が用いられ、たとえばアルミナを主成分とするセラミックファイバーが用いられる。マット６は、触媒担体３の外周面及び内管４の外周面に巻きつけられる。マット６は、触媒担体３の外周面（中心軸Ａと平行な面）を覆っているため、触媒担体３に通電したときに、内管４及びケース５へ電気が流れることを抑制している。
　内管４の材料には、たとえばアルミナのような電気絶縁材が用いられる。内管４は、中心軸Ａを中心とした管状に形成される。この内管４は、中心軸Ａ方向の長さがマット６より長い。このため、内管４は、マット６から上流側及び下流側に突出している。内管４の内径は、触媒担体３の外周をマット６で覆ったときの該マット６の外径と略同じで、内管４内にマット６及び触媒担体３を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力により内管４内に触媒担体３が固定される。
　そして、内管４は、マット６と接している箇所である中央部４１と、マット６よりも上流側及び下流側に突出する箇所である端部４２と、で厚さが異なる。この厚さは、端部４２とケース５との距離が、中央部４１とケース５との距離よりも長くなるように設定される。
　ケース５の材料には、金属が用いられ、たとえばステンレス鋼材を用いることができる。ケース５は、中心軸Ａと平行な曲面を含んで構成される収容部５１と、該収容部５１よりも上流側及び下流側で該収容部５１と排気管２とを接続するテーパ部５２，５３と、を備えて構成されている。収容部５１の内側に、触媒担体３、内管４、及びマット６が収容される。テーパ部５２，５３は、収容部５１から離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。すなわち、触媒担体３よりも上流側のテーパ部５２では、上流側ほど断面積が小さくなり、触媒担体３よりも下流側のテーパ部５３では、下流側ほど断面積が小さくなる。収容部５１の内径は、内管４の外周をマット６で覆ったときの該マット６の外径と略同じで、収容部５１にマット６及び内管４を収容するときには、該マット６が圧縮されるため、該マット６の反発力により収容部５１内に内管４が固定される。
　触媒担体３には、電極７が２つ接続されている。この電極７を通すために、内管４及びケース５には、孔４３、５４が開けられている。また、電極７が触媒担体３に接続されるまでの該電極７の周りには、マット６を設けていない。そして、ケース５に開けられている孔５４には、電極７を支持する絶縁材８が設けられている。この絶縁材８は、ケース５と電極７との間に隙間なく設けられる。このようにして、ケース５内には、電極７の周りに閉じられた空間９が形成される。
　このように構成された電気加熱式触媒１では、触媒担体３よりも上流側で凝縮した水が、排気管２やケース５の内壁を流れてマット６に付着することがある。このときには、収容部５１の内壁を水が流れてくるので、この水は内管４と収容部５１との間のマット６に付着する。すなわち、内管４がマット６よりも上流側及び下流側に突出しているため、水が内管４よりも内側に入り込むことが抑制される。これにより、マット６の上流端及び下流端においてケース５と触媒担体３とが水により短絡することが抑制される。
　また、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）がマット６や内管４に付着すると、該ＰＭによりケース５と触媒担体３とが短絡する虞がある。しかし、内管４がマット６よりも突出することにより、突出した箇所においては排気の熱を受けて温度が高くなるので、該内管４に付着したＰＭを酸化させて除去することができる。これにより、ケース５と触媒担体３とがＰＭにより短絡することが抑制される。
　ところで、マット６に付着した水は、排気の熱や触媒担体３の熱により蒸発する。しかし、付着する水の量が多くなると、その一部がすぐには蒸発せずにマット６内に滞留する。そして、水がマット６内を通って電極７の周りの空間９まで到達し、該空間９に滞留することがある。このようにして空間９に存在する水は、たとえ蒸発しても除去し難い。そして、空間９内に水蒸気が存在すると、電極７とケース５との絶縁抵抗が大きく低下する。そうすると、触媒担体３の温度を上昇させる要求があったときに、通電が不可能となる虞がある。
　ここで、中央部４１とケース５との距離が長いほど、この間のマット６が厚くなるため、マット６の上流端及び下流端においてマット６が露出する面積が大きくなるので、水が吸収され易くなる。また、マット６内の水の滞留量が多くなると、全て蒸発するまでに時間を要してしまう。このため、内管４とケース５との間に存在するマット６は薄いほうが良い。しかし、マット６を薄くしすぎると、内管４を支持することが困難となる。そこで、中央部４１とケース５との距離を、内管４を支持可能な必要最低限の距離とする。これにより、中央部４１とケース５との距離は比較的短くなる。
　一方、内管４の端部４２においては、端部４２とケース５との距離が短くなると、放電が起こる虞がある。このため、中央部４１に合わせて端部４２をケース５に近づけると、放電が起こり得る。そこで、端部４２とケース５との距離を、放電を回避可能な距離とする。これにより、端部４２とケース５との距離は、中央部４１とケース５との距離よりも長くなる。
　このように、内管４の中央部４１と端部４２とで、要求されるケース５までの距離が異なる。このため、内管４の中央部４１と端部４２とで、それぞれの要求に応じた距離となるように、内管４の外周面を形成している。なお、中心軸Ａから内管４の内周面までの距離は、中央部４１と端部４２とで同じとする。すなわち、中央部４１を端部４２よりもケース５へ近づけるために、該中央部４１の厚さを大きくしている。このため、中央部４１と端部４２との間には段差がある。
　以上説明したように本実施例によれば、内管４とケース５との間のマット６を薄くすることができるため、該マット６の吸水力を制限することができる。これにより、マット６から水を除去する時間を短縮することができる。したがって、ケース５へ電気が流れることを抑制できる。
　なお、本実施例では、中央部４１の厚さを増しているが、これに変えて、内管４の外周面に吸水性のない他の部材を取り付けてもよい。
　図２は、本実施例に係る電気加熱式触媒１０の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。なお、実施例１に示す電気加熱式触媒１と同じ部材については同じ符号を付している。
　本実施例に係る内管４には、ケース５側と触媒担体３側とを連通する連通孔４４が複数設けられている。この連通孔４４は、マット６と内管４とが接している箇所に設けられる。この連通孔４４の直径は、マット６に吸収された水が通過可能な大きさに設定される。なお、本実施例においては連通孔４４が、本発明における連通部に相当する。
　すなわち、連通孔４４は水を通すため、内管４よりも外側のマット６内に浸入した水が、連通孔４４を通過して、内管４よりも内側のマット６内に浸入する。ここで、排気の熱により触媒担体３の温度は高くなるので、触媒担体３に近付いた水は蒸発し易くなる。また、ＳｉＣは吸水力が大きいため、触媒担体３に水が到達すると、該触媒担体３に水が吸収される。この水は、触媒担体３内を流れる排気と共に該触媒担体３内から排出される。このようにして、マット６内に水が滞留することを抑制できる。これにより、電極７の周りの空間９に水が浸入することを抑制できるので、電極７とケース５との絶縁抵抗が大きく低下することを抑制できる。
　また、連通孔４４の位置を調節することにより、水が該連通孔４４を通って内管４よりも内側に浸入する時期を調節することができる。たとえば、連通孔４４の位置を電極７に近づければ、マット６内に浸入した水が連通孔４４を通過するまでに時間を要するため、該マット６内に浸入した水による短絡を抑制できる。また、マット６内に浸入した水が少量であれば、連通孔４４を通過するまでに蒸発する。すなわち、空間９に水が浸入する虞があるときに限り連通孔４４に水を通過させることができる。また、連通孔４４の位置を電極７に近づけすぎると、空間９に水が浸入する虞がある。連通孔４４の最適な位置や大きさは、実験等により求めることができる。
　以上説明したように本実施例によれば、空間９に水が滞留することを抑制できるため、電極７からケース５へ電気が流れることを抑制できる。
　図３は、本実施例に係る電気加熱式触媒１１の概略構成を示す図である。実施例１に示す電気加熱式触媒１と異なる点について説明する。なお、実施例１に示す電気加熱式触媒１と同じ部材については同じ符号を付している。
　図３に示す電気加熱式触媒１１は、内管４０、ケース５０及びマット６１の形状が実施例１と異なる。すなわち、ケース５０の収容部５５は、マット６１と接している箇所である中央部５０１と、マット６１と接していない箇所である端部５０２と、で厚さが異なる。また、内管４０は、マット６１と接している箇所と、マット６１から突出している箇所と、で厚さが同じである。なお、図３には、連通孔４４が示されているが、実施例１と同様に連通孔４４はなくてもよい。
　ここで、内管４０と中央部５０１との距離が長いほど、この間のマット６１が厚くなるため、マット６１の上流端及び下流端においてマット６１が露出する面積が大きくなるので、水が吸収され易くなる。また、マット６１内の水の滞留量が多くなると、全て蒸発するまでに時間を要してしまう。このため、内管４０とケース５０との間に存在するマット６１は薄いほうが良い。しかし、マット６１を薄くしすぎると、内管４０を支持することが困難となる。そこで、内管４０と中央部５０１との距離を、内管４０を支持可能な必要最低限の距離とする。これにより、内管４０と中央部５０１との距離は比較的短くなる。
　一方、収容部５５の端部５０２においては、内管４０とケース５０との距離が短くなると、放電が起こる虞がある。このため、中央部５０１に合わせて端部５０２を内管４０に近づけると、放電が起こり得る。そこで、内管４０と端部５０２との距離を、放電を回避可能な距離とする。これにより、内管４０と端部５０２との距離は、内管４０と中央部５０１との距離よりも長くなる。
　このように、収容部５５の中央部５０１と端部５０２とで、要求される内管４０までの距離が異なる。このため、収容部５５の中央部５０１と端部５０２とで、それぞれの要求に応じた距離となるように、収容部５５の内周面を形成している。なお、中心軸Ａからケース５０の外周面までの距離は、中央部５０１と端部５０２とで同じとする。すなわち、中央部５０１を内管４０へ近づけるために、該中央部５０１の厚さを大きくしている。このため、中央部５０１と端部５０２との間には段差がある。
　また、ケース５０に設けられている孔５４の箇所まで中央部５０１の厚さを増すと、空間９に露出する中央部５０１の面積が大きくなる。そうすると、電極７と中央部５０１との間で放電が起こる虞がある。このため、本実施例では、孔５４の周りでは、中央部５０１と端部５０２とで同じ厚さにしている。中央部５０１の厚さを端部５０２の厚さと同じにする範囲は、電極７と中央部５０１との間の放電を回避可能な範囲として予め実験等により求めることができる。
　以上説明したように本実施例によれば、内管４０とケース５０との間のマット６１を薄くすることができるため、該マット６１の吸水力を制限することができる。これにより、マット６１から水を除去する時間を短縮することができる。
　なお、本実施例では、中央部５０１の厚さを増しているが、これに変えて、ケース５０の内周面に吸水性のない他の部材を取り付けてもよい。
１     電気加熱式触媒
２     排気管
３     触媒担体
４     内管
５     ケース
６     マット
７     電極
８     絶縁材
９     空間
１０   電気加熱式触媒
１１   電気加熱式触媒
４１   中央部
４２   端部
４３   孔
５１   収容部
５２   テーパ部
５３   テーパ部
５４   孔

Claims (5)

  1. 　通電により発熱する発熱体と、
    　前記発熱体を収容するケースと、
    　前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ電気を絶縁するマットと、
    　前記ケースよりも内側で且つ前記発熱体よりも外側に設けられ、前記マットを前記ケース側と前記発熱体側とに分割しつつ前記マットにより支持される内管と、
    　を備え、
    　前記内管は、前記マットから突出し、
    　前記内管と前記ケースとの間の距離を、前記マットが存在する箇所においては前記内管を支持するために必要な距離とし、前記内管が前記マットから突出する箇所においては前記内管と前記ケースとの間で放電が起こることを回避するために必要な距離とする電気加熱式触媒。
  2. 　前記内管は、前記マットと接する箇所において前記ケース側と前記発熱体側とを連通する連通部を有する請求項１に記載の電気加熱式触媒。
  3. 　前記内管が前記マットから突出する箇所よりも、前記マットが存在する箇所の前記内管の厚さを大きくする請求項１または２に記載の電気加熱式触媒。
  4. 　前記内管が前記マットから突出する箇所よりも、前記マットが存在する箇所の前記ケースの厚さを大きくする請求項１から３の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
  5. 　前記発熱体は、吸水可能な材料からなる請求項１から４の何れか１項に記載の電気加熱式触媒。
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