JP2017129085A - 電気加熱式触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管内に設置される電気加熱式触媒について、排気管内に生じる凝縮水が電極部に達することを抑制する。【解決手段】この電気加熱式触媒は、円柱状に成形されている触媒担体１１を有する。触媒担体１１は、絶縁部２１を備える。絶縁部２１は、触媒担体１１の外周面１４に一端２２が位置し、外周面１４から円柱の中心軸Ｃを通過するように延設されて当該触媒担体１１の内部に他端２３が位置している。さらに、電気加熱式触媒は、触媒担体１１の外周面１４において、絶縁部２１の一端２２を挟んで当該触媒担体１１の周方向に並んで配設されている第１電極部３０と第２電極部４０と、を備える。そして、第１電極部３０及び第２電極部４０は、電気加熱式触媒が排気管内に設置されるときの姿勢における鉛直方向において、触媒担体１１の外周面１４における中心軸Ｃよりも上方の範囲に位置している。【選択図】図２

Description

本発明は、排気を浄化するための電気加熱式触媒に関する。

排気管内に配設される排気浄化触媒について、触媒担体に通電して加熱をすることで触媒の活性を高める電気加熱式触媒が知られている。
特許文献１には、円柱状の触媒担体の表面であって直径方向の対向位置、すなわち同触媒担体を挟んで対向する位置に一対の電極部を配設した電気加熱式触媒が開示されている。

特開２０１４‐６２４６７号公報

ところで、電気加熱式触媒が配設される排気管の内部では凝縮水が発生し、排気管内に凝縮水が溜まることがある。こうした凝縮水が排気の熱を受けて蒸発する際には、周囲からの吸熱が起こって熱応力が生じる虞がある。特許文献１に開示されているような電気加熱式触媒を排気管内に配設した場合、対向位置に設けられている一対の電極部の少なくとも一方は、少なくとも一部が触媒担体の中心よりも下方の範囲に存在することになり、凝縮水が電極部に達する虞がある。このように凝縮水が電極部に達すると、凝縮水の蒸発に伴う熱応力が電極部に生じる虞がある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための電気加熱式触媒は、排気管内に設置される電気加熱式触媒であって、円柱状に成形されている触媒担体と、前記触媒担体の外周面に一端が位置し、該外周面から前記円柱の中心軸を通過するように延設されて当該触媒担体の内部に他端が位置しているとともに、前記触媒担体における前記中心軸延伸方向に延設されている絶縁部と、前記触媒担体の外周面において、前記絶縁部の前記一端を挟んで当該触媒担体の周方向に並んで配設されている第１電極部と第２電極部と、を備える。そして、電気加熱式触媒が前記排気管内に設置されるときの姿勢における鉛直方向において、前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記触媒担体の外周面における前記中心軸よりも上方の範囲に位置していることをその要旨とする。

上記のような絶縁部を設けずに第１電極部と第２電極部とを共に中心軸よりも鉛直方向上方の範囲に配設すると、第１電極部と第２電極部との間に形成される電流パスが短くなり、触媒担体の全体を加熱することができなくなる虞がある。この点、上記構成では、第１電極部と第２電極部との間には絶縁部が介在している。そのため、触媒担体には、絶縁部を迂回するように第１電極部と第２電極部との間に電流パスが形成される。すなわち、上記構成によれば、第１電極部と第２電極部とを共に中心軸よりも鉛直方向上方の範囲に配設しながらも、触媒担体の全体を加熱することができる。

そして、上記構成によれば、第１電極部と第２電極部とを共に中心軸よりも鉛直方向上方の範囲に配設しているため、電気加熱式触媒が配設される排気管内に凝縮水が溜まったとしても、一対の電極部を直径方向の対向位置に配設した場合と比較して凝縮水が電極部に達することを抑制することができる。すなわち、凝縮水の蒸発に伴う熱応力が、電極部に生じることが抑制される。

電気加熱式触媒の一実施形態を示す模式図。 図１における２‐２線に沿った断面構造を示す断面図。

以下、電気加熱式触媒の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１には、電気加熱式触媒が排気管内に設置されるときの姿勢における鉛直方向上方を矢印で示している。また、電気加熱式触媒に流入する排気の流れを白抜き矢印で例示している。図１に示すように、電気加熱式触媒を構成する触媒担体１１は、円柱状に成形されている。触媒担体１１は導電性を有する多孔質材料からなり、円柱の底面としての前面１２及び背面１３と、円柱の側面としての外周面１４を備える。一点鎖線は、円柱の中心軸Ｃを示している。触媒担体１１には、白金やパラジウム等の触媒が担持されている。触媒担体１１としては、例えば、導電性を有するセラミックを採用することができる。

触媒担体１１は、絶縁体によって構成されている絶縁部２１を備えている。絶縁部２１は、その一端２２が触媒担体１１の外周面１４上に位置している。そして一端２２は、触媒担体１１の前面１２から触媒担体１１の背面１３に亘って中心軸Ｃの延伸方向に延設されている。つまり、中心軸Ｃの延伸方向における絶縁部２１の長さは、触媒担体１１の中心軸Ｃの長さと等しくされている。さらに絶縁部２１は、触媒担体１１の径方向に中心軸Ｃを超える位置まで延設されており、触媒担体１１の内部に埋設されている。すなわち、絶縁部２１は中心軸Ｃを通過するように延設されている。絶縁部２１の他端２３は、触媒担体１１の内部に位置している。つまり、絶縁部２１の一端２２から他端２３までの長さは、前面１２の半径よりも長く前面１２の直径よりも短くされている。すなわち絶縁部２１は、前面１２と背面１３と外周面１４と触媒担体１１の内部とにそれぞれ一辺が位置する矩形に成形されている。

触媒担体１１には、電気加熱式触媒に電流を流すための一対の電極である第１電極部３０と第２電極部４０とが設けられている。第１電極部３０及び第２電極部４０は、金属からなる導体である。第１電極部３０は、第１電極膜３１と、第１電極膜３１に設けられている第１電極端子３２からなる。第２電極部４０は、第２電極膜４１と、第２電極膜４１に設けられている第２電極端子４２からなる。第１電極膜３１及び第２電極膜４１は、触媒担体１１の外周面１４上に固定されており、絶縁部２１の一端２２を挟んで触媒担体１１の周方向に並んで配設されている。第１電極端子３２と第２電極端子４２とを外部の電源と接続して通電することで触媒担体１１が加熱される。

図２を用いて、絶縁部２１と第１電極部３０と第２電極部４０との触媒担体１１における位置関係について説明する。図２には、図１と同様に電気加熱式触媒が排気管内に設置されるときの姿勢における鉛直方向上方を矢印で示している。また、中心軸Ｃを通過する水平方向の直線を二点鎖線Ｌ１として図示している。したがって、図２において二点鎖線Ｌ１よりも鉛直方向上方の範囲は、中心軸Ｃよりも鉛直方向上方の範囲である。

絶縁部２１の一端２２は、触媒担体１１において鉛直方向の上端に位置している。そして、第１電極部３０は、外周面１４であって、二点鎖線Ｌ１よりも鉛直方向上方の範囲に位置している。同様に第２電極部４０は、外周面１４であって、二点鎖線Ｌ１よりも鉛直方向上方の範囲に位置している。さらに、第１電極部３０と第２電極部４０は、絶縁部２１の一端２２と他端２３とを結ぶ直線である二点鎖線Ｌ２に対して線対称の位置に設けられている。

次に本実施形態にかかる電気加熱式触媒の作用とともに、その効果について説明する。
触媒担体１１の外周面１４において、第１電極部３０及び第２電極部４０が共に中心軸Ｃよりも鉛直方向上方の範囲に位置している。これによって、電気加熱式触媒が配設される排気管内に凝縮水が溜まったとしても、溜まった凝縮水が中心軸Ｃを超えない限り第１電極部３０及び第２電極部４０に凝縮水が達することがない。したがって、凝縮水が第１電極部３０及び第２電極部４０に達することを抑制することができる。すなわち、凝縮水の蒸発に伴う熱応力が、第１電極部３０及び第２電極部４０に生じることが抑制される。

また、触媒担体１１が絶縁部２１を備えており、絶縁部２１が第１電極部３０と第２電極部４０との間に介在している。そのため、第１電極部３０と第２電極部４０とを電源と接続して電流を流すと、絶縁部２１を迂回するように第１電極部３０と第２電極部４０との間に電流パスが形成される。つまり、第１電極部３０及び第２電極部４０を共に触媒担体１１の外周面１４において中心軸Ｃよりも鉛直方向上方の範囲に配設しながらも、第１電極部３０と第２電極部４０との間に形成される電流パスが短くなることがない。これによって、凝縮水が第１電極部３０及び第２電極部４０に達することを抑制しつつも、触媒担体１１の全体を加熱することができる。

さらに、絶縁部２１は、一端２２から他端２３までの長さが前面１２の半径よりも長いものの、前面１２の直径よりも短くなっている。これによって、第１電極部３０と第２電極部４０との間に形成される電流パスが絶縁部２１を迂回して中心軸Ｃの外側を通り、触媒担体１１の全体に及ぶようになるため、触媒担体１１の全体を加熱することができる。

なお、本実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、触媒担体１１の形状として前面１２及び背面１３が真円の円柱を例示した。触媒担体１１の形状はこれに限らず、例えば楕円柱であってもよい。

・第１電極部３０と第２電極部４０とが、絶縁部２１を挟んで設けられ中心軸Ｃよりも鉛直方向上方の範囲に位置していれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。したがって、第１電極部３０と第２電極部４０とを、二点鎖線Ｌ２に対して必ずしも線対称の位置に設けなくてもよい。

・上記実施形態では、絶縁部２１と触媒担体１１について、中心軸Ｃの延伸方向の長さを等しくした。第１電極部３０と第２電極部４０との間の電流パスが絶縁部２１によって迂回して形成されればよく、絶縁部２１の長さが触媒担体１１の長さよりも短くてもよい。

・上記実施形態では、絶縁部２１の一端２２を触媒担体１１における鉛直方向の上端に配設したが、必ずしも上端でなくてもよい。例えば、図２を参照して例示すると、絶縁部２１と第１電極部３０と第２電極部４０とを、中心軸Ｃを中心として図の右手側にそれぞれ３０°傾けて配設したとしても、第１電極部３０及び第２電極部４０は二点鎖線Ｌ１よりも鉛直方向上方の範囲に位置する。つまり、第１電極部３０及び第２電極部４０は中心軸Ｃよりも鉛直方向上方に位置する。このように、第１電極部３０及び第２電極部４０が中心軸Ｃよりも鉛直方向上方に位置していれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

１１…触媒担体、１２…前面、１３…背面、１４…外周面、２１…絶縁部、２２…一端、２３…他端、３０…第１電極部、３１…第１電極膜、３２…第１電極端子、４０…第２電極部、４１…第２電極膜、４２…第２電極端子。

Claims (1)

1. 円柱状に成形されている触媒担体と、
   前記触媒担体の外周面に一端が位置し、該外周面から前記円柱の中心軸を通過するように延設されて当該触媒担体の内部に他端が位置しているとともに、前記触媒担体における前記中心軸延伸方向に延設されている絶縁部と、
   前記触媒担体の外周面において、前記絶縁部の前記一端を挟んで当該触媒担体の周方向に並んで配設されている第１電極部と第２電極部と、を備え、排気管内に設置される電気加熱式触媒であって、
   前記排気管内に設置されるときの姿勢における鉛直方向において、前記第１電極部及び前記第２電極部は、前記触媒担体の外周面における前記中心軸よりも上方の範囲に位置している電気加熱式触媒。

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