JP7330359B2 - 電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
(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ハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造体の外周面に対して起立するように設けられた、セラミックスまたはカーボンで構成された電極端子と、
を備え、
前記電極端子は、前記柱状ハニカム構造体側に位置する第1端部の端面の面積が、前記第1端部の反対側に位置する第2端部の端面の面積より小さい電気加熱式担体。
(2)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ハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造体の外周面に対して起立するように設けられた、セラミックスまたはカーボンで構成された電極端子と、
を備え、
前記電極端子は、前記柱状ハニカム構造体側に位置する第1端部の端面、前記第1端部の反対側に位置する第2端部の端面、及び、側面を有し、
前記側面の少なくとも一部に、金属電極と係止可能に構成された窪み部または突出部を有する電気加熱式担体。
(3)(1)または(2)に記載の電気加熱式担体と、
前記電極端子と接合する金属電極と、
前記電気加熱式担体を保持するための金属製の筒状部材と、
を有する排気ガス浄化装置。
図1は、本発明の実施形態における電気加熱式担体20の柱状ハニカム構造体10の外観模式図を示すものである。図2は、本発明の実施形態における電気加熱式担体20の柱状ハニカム構造体10上に設けられた電極層14a、14b、及び、電極層14a、14b上に設けられた電極端子15a、15bの、セルの延伸方向に垂直な断面模式図を示すものである。
柱状ハニカム構造体10は、外周壁12と、外周壁12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16を区画形成する隔壁13とを有する。
ここで、「アルカリ系原子の合計含有量」とは、ホウケイ酸塩がアルカリ系原子を1種含む場合には、その1種のアルカリ系原子の質量%を示す。また、ホウケイ酸塩がアルカリ系原子を複数種含む場合には、その複数の各アルカリ系原子の各含有量(質量%)との合計の含有量(質量%)を示す。
上述した各原子のうち、アルカリ系原子、Si、O、Alの含有量については、電子線マイクロアナライザ(EPMA)分析装置を用いて測定することができる。上述した各原子のうち、Bの含有量については、誘導結合プラズマ(ICP)分析装置を用いて測定することができる。ICP分析によると、柱状ハニカム構造体10全体におけるB含有量が測定されるため、得られた測定結果は、ホウケイ酸塩におけるB含有量に換算される。
Si粒子は、ドーパントによりドープされているSi粒子であってもよい。ドーパントとしては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等が挙げられる。ドーパント濃度としては、1×1016~5×1020個/cm3という範囲でケイ素粒子中にドーパントとして含まれてもよい。ここで、一般に、Si粒子中のドーパントの濃度が高くなると柱状ハニカム構造体10の体積抵抗率が下がり、Si粒子中のドーパントの濃度が低くなると柱状ハニカム構造体10の体積抵抗率が上がる。柱状ハニカム構造体10に含まれるケイ素粒子におけるドーパント量は、5×1016~5×1020個/cm3であるのが好ましく、5×1017~5×1020個/cm3であるのがより好ましい。
柱状ハニカム構造体10に含まれるSi粒子中のドーパントは同族元素であれば、カウンタードーピングの影響を受けずに導電性を発現できるため、複数の種類の元素を含んでいてもよい。また、ドーパントが、B及びAlからなる群から選択される一種または二種であるのがより好ましい。また、N及びPからなる群から選択される一種または二種であるのも好ましい。
柱状ハニカム構造体10には、外周壁12の表面に、電極層14a、14bが設けられている。電極層14a、14bは、柱状ハニカム構造体10の中心軸を挟んで対向するように配設された、一対の電極層14a、14bであってもよい。なお、電極層14a、14bは設けなくてもよい。
電極端子15a、15bは、電極層14a、14bの表面から起立するように設けられており、電気的に接合されている。これにより、電極端子15a、15bに電圧を印加すると通電してジュール熱により柱状ハニカム構造体10を発熱させることが可能である。このため、柱状ハニカム構造体10はヒーターとしても好適に用いることができる。印加する電圧は12~900Vが好ましく、48~600Vが更に好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。なお、電極層14a、14bを設けない場合は、電極端子15a、15bは、柱状ハニカム構造体10の外周面に対して起立するように設ける。電極端子15a、15bの大きさは、限定的ではないが、例えば、底面積が10~800mm2であり、電極端子が起立する方向の長さが10~100mmの柱状に形成することができる。
電気加熱式担体20に触媒を担持することにより、電気加熱式担体20を触媒体として使用することができる。複数のセル16の流路には、例えば、自動車排気ガス等の流体を流すことができる。触媒としては、例えば、貴金属系触媒又はこれら以外の触媒が挙げられる。貴金属系触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)といった貴金属をアルミナ細孔表面に担持し、セリア、ジルコニア等の助触媒を含む三元触媒や酸化触媒、又は、アルカリ土類金属と白金を窒素酸化物(NOx)の吸蔵成分として含むNOx吸蔵還元触媒(LNT触媒)が例示される。貴金属を用いない触媒として、銅置換又は鉄置換ゼオライトを含むNOx選択還元触媒(SCR触媒)等が例示される。また、これらの触媒からなる群から選択される2種以上の触媒を用いてもよい。なお、触媒の担持方法についても特に制限はなく、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。
次に、本発明に係る電気加熱式担体を製造する方法について例示的に説明する。本発明の電気加熱式担体の製造方法は一実施形態において、電極端子形成ペースト付き未焼成柱状ハニカム構造体を得る工程A1と、電極端子形成ペースト付き未焼成柱状ハニカム構造体を焼成して電極端子付き柱状ハニカム構造体を得る工程A2とを含む。また、他の実施形態としては、電極層形成ペースト、電極端子形成ペーストを仮焼成後に、ハニカム構造体に貼り付けてもよい。また、カーボンで構成された電極端子については、カーボン製の電極端子をハニカム構造体に貼り付けてもよい。
上述した本発明の実施形態に係る電気加熱式担体は、排気ガス浄化装置に用いることができる。当該排気ガス浄化装置は、電気加熱式担体と、電極端子と接合する金属電極と、電気加熱式担体を保持するための金属製の筒状部材とを有する。排気ガス浄化装置において、電気加熱式担体は、エンジンからの排気ガスを流すための排気ガス流路の途中に設置される。
12 外周壁
13 隔壁
14a、14b 電極層
15a、15b、25a、25b、35a、35b、45a、45b、55a、55b、65a、65b、75a、75b、115a、115b、125a、125b、135a、135b、145a、145b、155a、155b、165a、165b、175a、175b、185a、185b、195a、195b 電極端子
16 セル
21、22、31、32、61、62、71、72、126、136、146、156、166、176、186、196 柱状部
27、37、47、57、67、77、127、137、147、157、167、177、187、197 第1端部
28、38、48、58、68、78、128、138、148、158、168、178、188、198 第2端部
20 電気加熱式担体
121、131、141、151、161、171、181、191 側面
122、132、142、152 突出部
162、172、182、192 窪み部
Claims (7)
- 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ハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造体の外周面に対して起立するように設けられた、セラミックスまたはカーボンで構成された電極端子と、
を備え、
前記電極端子は、前記柱状ハニカム構造体側に位置する第1端部の端面、前記第1端部の反対側に位置する第2端部の端面、及び、側面を有し、
前記側面の少なくとも一部に、金属電極と係止可能に構成された突出部を有し、
前記突出部は、前記第2端部の端面と前記第1端部の端面との間の側面に設けられており、
前記突出部が、半球状または直方体状を有する電気加熱式担体。 - 前記突出部が、前記電極端子の側面において、周方向に亘って連続的に設けられている請求項1に記載の電気加熱式担体。
- 前記突出部が、前記電極端子の外周表面において、前記電極端子の中心軸を挟んで対向するように一対以上設けられている請求項1に記載の電気加熱式担体。
- 前記柱状ハニカム構造体の前記外周壁と前記隔壁とが、アルカリ系原子を含むホウケイ酸塩から構成されるマトリックスと、導電性フィラーから構成されるドメインと、を有する請求項1~3のいずれか一項に記載の電気加熱式担体。
- 前記柱状ハニカム構造体は、前記外周壁上に、電極層を備え、
前記電極端子は、前記電極層の表面に設けられている請求項1~4のいずれか一項に記載の電気加熱式担体。 - 前記電極層が、前記柱状ハニカム構造体の中心軸を挟んで対向するように設けられた一対の電極層である請求項5に記載の電気加熱式担体。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の電気加熱式担体と、
前記電極端子と接合する金属電極と、
前記電気加熱式担体を保持するための金属製の筒状部材と、
を有する排気ガス浄化装置。
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