JPH07185264A - ハニカム状ヒーター - Google Patents

ハニカム状ヒーター

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JPH07185264A
JPH07185264A JP5335339A JP33533993A JPH07185264A JP H07185264 A JPH07185264 A JP H07185264A JP 5335339 A JP5335339 A JP 5335339A JP 33533993 A JP33533993 A JP 33533993A JP H07185264 A JPH07185264 A JP H07185264A
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JP
Japan
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honeycomb heater
outer peripheral
honeycomb
peripheral portion
temperature distribution
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JP5335339A
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English (en)
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Hideo Yashima
英雄 八島
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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  • Resistance Heating (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒を担持したハニカム状ヒーターの通電加熱
による温度分布を均一にし、脱臭効果の効率化と触媒の
寿命の向上と電極部の劣化防止をはかる。 【構成】ハニカム状ヒーターに電極部1a,1bを設
け、リブ3が厚く電流の集中する外周部が過熱しないよ
うにコーナーを削除したりスリットやU溝を設けて外周
部の電気抵抗を大きくすることにより温度分布を均一に
する。また、電極部1a,1bの近傍のセルの形状を変
えて開口面積を大きくし、過熱を防止して電極部の酸化
劣化を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は暖房用の温風ヒーター、
工業用の高温ヒーター、あるいは触媒を担持した調理用
または便所の脱臭用のヒーター、あるいは自動車等の内
燃機関の排気ガス浄化用のヒーター等、これらに用いる
ハニカム状ヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ハニカム状ヒーターを用いたもの
として抵抗温度特性が正特性であるチタン酸鉛を素材と
した温風暖房機やヘヤードライヤーがあった。このハニ
カム状ヒーターの構造はセルの通風路に対して垂直に電
極を設けたものであり、抵抗温度特性が正特性であるの
で構造を強化するために外周部分の肉厚を大きくしても
温度分布が均一となり熱集中の問題がなかった。
【0003】また、実開平4−46389号公報にある
ように、ハニカム状セラミックヒーター本体の電極をそ
れぞれ円弧状に形成し、対向する電極間の間隔を端部で
最小、中央部で最大とすることによって中央部の電気抵
抗を大きくして中央部の過熱を防止し、通風による吹き
出し温度分布が均一になるようにしたものがある。特開
平5−115793号公報では、排気ガスの浄化装置に
おいてエンジン始動時(コールドスタート時)に触媒を
加熱するための通電発熱式の円筒状のハニカム体の中心
と外周に電極を設けたとき、電流集中による中心部の過
熱を防止してハニカム体を均一に加熱するために、排気
ガス流方向のハニカム体の幅を外周から中心にゆくにし
たがい大きくし、通電面積を中心から外周にかけてほぼ
一定としてハニカム体の吹き出し温度分布を均一にする
ものがあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明に用いるハニカ
ム状ヒーターの抵抗温度特性はわずかに負特性を示す抵
抗体であり、電極もセルの通風路に対して平行な外周部
に位置するものである。触媒を担持して触媒効果を上げ
るためにはセル数を多くする必要があるが、これによる
通風時の圧力損失の増大を避けるためにセルの壁の厚
み、即ちリブの厚みを小さくするととくに外周部の強度
が低下して一部が破損したり、相対する外周部にAlや
Ni等の金属を溶射して電極層を設けると通電時熱膨張
率の違いにより電極層の剥離が生じたりする。また外周
部にリード線やリード板をろう付けすることによって電
極を形成しても電極部の強度を大きくすることができな
かった。
【0005】外周部に対向する電極があるとセルのそれ
ぞれのリブに並列に電流が流れるため、リブの抵抗が不
均一であれば抵抗の小さい部分に電流が集中してヒータ
ーの温度分布が不均一になり、触媒効果の効率が上がら
ず触媒寿命の向上も難しい。抵抗温度特性が負特性のと
きにはこれらのことが顕著に表れる。
【0006】そこで本発明は外周部の強度を向上すると
ともに温度分布の均一なハニカム状ヒーターの提供を目
的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電材である
SiC等と焼結助材での金属Siを押し出し成形し、窒
素雰囲気で焼成してN2と金属Siを反応させSi34
としたハニカム状ヒーターの外周部にセルの通風方向に
平行に対向する電極を設け、電流の流れる側の外周部の
形状もしくはセルの形状を機械的強度を保ちつつ電気抵
抗値を均一にするような形状として通風時に均一な温度
分布とすることと、セルの形状を変えて電極部の過熱を
防止したものである。
【0008】
【作用】ハニカム状ヒーターの外周部の一部のみが内部
のセルのリブの厚みよりも大きいのでその部分によって
ヒーター全体の強度が保たれると同時に、電極からみた
各部分の抵抗値は内部のセルの抵抗値とほぼ同じとな
る。また電極部もしくは導通側の外周部の近傍のセルの
形状を変えて開口面積を大きくすることにより通風抵抗
を小さくし、電極部の過熱の防止と温度分布の均一化が
なされる。
【0009】
【実施例】本発明のハニカム状ヒーターの材料は金属で
もセラミックでもよいが、特にSiCを主成分とするセ
ラミックからなるものについて製造方法を述べる。
【0010】図1に示すように、まず主原料として所定
の抵抗値を得るために40μm以下の粒径で特にセルの
壁、即ちセルのリブ3の厚みが小さいものは平均粒径2
μm以下のSiCを30重量部と粒径6μmの金属Si
を40重量部と粒径1μmのSi34を30重量部とを
添加した原料を配合し、これにバインダーとして水溶性
のメチルセルロースまたはポリビニルアルコール、可塑
剤としてグリセリン、そしてアクリル系の分散剤を添加
し、適度の硬度となるように調節しつつ水を混合して混
練する。セル数70/cm2、セルのリブの厚み0.27
mmの四角状のセルで外周部のリブの厚みが0.4mm
の金型を用い、高圧真空成形機により外周のリブの厚み
が内部のリブの厚みより大きいものを押し出し成形す
る。成形されたものをワイヤソー等を用いて所定の長さ
に切断しマイクロ波加熱して乾燥する。その成形体を脱
脂し、1100℃〜1400℃の窒素雰囲気中で焼成す
ると原料中の金属Siが窒素と反応して窒化ケイ素とな
り、炭化ケイ素と結合して良好な焼結体をうることがで
きる。このとき窒素雰囲気の圧力は常圧でも加圧状態で
もよく、またアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混
合気体でも可能である。
【0011】得られた焼結体の電気抵抗値を安定化させ
かつ使用中の電気抵抗値の増加率を下げるためには70
0℃〜1200℃の範囲、好ましくは800℃で4時間
大気中で熱処理する。得られた焼結体の気孔率は35%
で平均細孔径は0.02μm、最終寸法は40×40×
15mmtとなる。
【0012】つぎにこのハニカム状セラミックヒーター
の対向する外周部に導電性材料のAlを0.2mmの厚
みに溶射して電極層とし、その溶射面に0.5mmtのA
l−Si合金とろう材をクラッドした電極板を予熱して
超音波接合する。このときの電極板の剥離強度は8kg
fで実用に耐えるが、電極部1a,1bのリブの厚みが
セルと同じであれば2kgfとなり電極部のリブの厚み
を大きくする必要がある。電極部はまた通電過熱によっ
て大きな熱応力が発生するのでリブの厚みを大きくする
必要がある。
【0013】つぎに、このハニカム状セラミックヒータ
ーに触媒を担持させれば、一酸化炭素やアンモニア等有
毒ガスの除去や脱臭が可能である。触媒を担持する方法
として例えば水酸化マンガン等のMnイオンを含む水溶
液に浸せきし表面にMnの酸化物または水酸化物として
析出させたのち、それを高温加熱処理して二酸化マンガ
ンに変える。担持する量はハニカム状セラミックヒータ
ー1000cm3当たり20〜100g程度が適してい
る。同様にして貴金属酸水溶液を用いてもよい。
【0014】このようにして本発明によるハニカム状セ
ラミックヒーターの原形が得られる。ただし図1には電
極部が記載されていない。
【0015】ここで図1のセラミックヒーターにAC1
00Vを印加し発熱させるとリブの厚みが大きい外周部
の導通部の温度は400℃を越え、内部は200℃以下
であった。
【0016】そこで本発明はセラミックヒーターの各部
の温度を均一にするために図2もしくは図3のように外
周部の導通部のリブ2a、2bの厚い部分の全部を削除
するかあるいはその電極部に近接する一部を残すと各部
の温度差は30℃以内であった。
【0017】本発明は、外周部の強度を保ちつつ各部の
温度を均一にする方法として図4のように導通部2a、
2bに押し出し成型時に成形方向にスリット5を複数設
け電気的に遮断して過熱を防止するものである。また、
図5のように導通部2a、2bを電気的に遮断すること
なくコーナー6を削除することにより内部に比べてその
幅を狭くしたり、図6のように導通部2a、2bの電流
方向に平行に複数のV形スリット7を設けたり、図7の
ように導通部2a、2bの電流方向に大きなU溝8を設
けたりすることによって電気抵抗値を大きくするか通風
抵抗を下げて温度分布を均一にするものである。
【0018】つぎに本発明は、図8のように外周部の導
通部2a、2bに近接する近傍の複数のセル9の形状を
変えて開口面積を内部のセルよりも大きくし、通風量を
増すことにより熱交換を容易にして過熱を防止し温度分
布を均一にするものである。
【0019】さらに本発明では、電極部1a、1bの図
示されないAl−Si合金が溶射された電極層の耐熱温
度は約400℃でありろう付けによる電極層であればさ
らに耐熱温度が低く長期にわたる信頼性の確保が難しい
ので、図9に示すように電極部1a、1bに近接する近
傍の複数のセル10の形状を変えて開口面積を大きく
し、送風抵抗を低減して送風量を増し電極部の温度を低
下させることにより、電極層や電極板の酸化腐食を防止
するようにしたものである。
【0020】なお、本発明は図1の形状に限定されるも
のでなく、セルの形状やセラミックヒーターの外形形状
が円形あるいは多角形の各種の形状をとることができ
る。またセルの密度は16/cm2〜100/cm2が望
ましく、リブの厚みは0.1〜0.3mmが望ましい。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、ハニカム状ヒーターの
電極部の厚みををセルのリブより大きくすることにより
電極部にかかる外力や加熱時の熱応力による電極部の破
損を防止することがができる。
【0022】またハニカム状ヒーターの外周部の導通部
の一部あるいは全部を削除することにより、電極部の機
械的強度を保持しつつ温度分布を均一にすることができ
る。
【0023】ハニカム状ヒーターの押し出し成形時に外
周部の導通部に複数のスリットを設けることにより電流
集中を低減し、導通部の機械的強度を保持しつつ温度分
布を均一にすることができる。
【0024】ハニカム状ヒータの外周部の導通部の幅を
内部より狭くすることにより、導通部の機械的強度を保
持しつつ温度分布を均一にすることができる。
【0025】ハニカム状ヒーターの外周部の導通部に近
接するセルの開口面積を大きくすることにより、通風量
が増し熱交換が容易になって温度分布が均一になる。
【0026】ハニカム状ヒーターの電極部に近接するセ
ルの開口面積を大きくすることにより、同様にして電極
部が過熱されることなく電極板や電極層の酸化による劣
化が防止されて長期にわたる信頼性を確保することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すハニカム状ヒーターの
斜視図である。
【図2】本発明の他の実施例である外周部を削除したハ
ニカム状ヒーターの斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例である外周部の一部を削除
したハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図4】本発明の他の実施例である押し出し成形方向に
スリットを設けたハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図5】本発明の他の実施例である外周部のコーナーを
削除したハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図6】本発明の他の実施例である電流導通部にV形ス
リットを設けたハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図7】本発明の他の実施例である電流導通部にU溝を
設けたハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図8】本発明の他の実施例である電流導通部の近傍の
開口面積の大きいハニカム状ヒーターの斜視図である。
【図9】本発明の他の実施例である電極部の近傍の開口
面積の大きいハニカム状ヒーターの斜視図である。
【符号の説明】
1a、1b 電極部 2a、2b 電流導通部 3 セルのリブ 5 スリット 6 コーナー 7 V形スリット 8 U溝
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F01N 3/24 ZAB K F24H 3/00 B H05B 3/02 A 7512−3K 3/14 C 7512−3K

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電材の炭化ケイ素を含みハニカム状に
    成形して焼結し触媒を担持したセラミックヒーターにお
    いて、外周部のセルの壁の厚みを内部のセルの壁の厚み
    よりも大きくし、該外周部の一部に通電加熱用の電極部
    を設けたことを特徴とするハニカム状ヒーター。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のハニカム状ヒーターにお
    いて、外周部の電流導通部の一部または全部を削除して
    温度分布を均一にすることを特徴とするハニカム状ヒー
    ター。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のハニカム状ヒーターにお
    いて、押し出し成形時に外周部の電流の導通部に、成形
    方向に複数のスリットを設けて電気的に遮断あるいは電
    気抵抗値を高め、温度分布を均一にすることを特徴とす
    るハニカム状ヒーター。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のハニカム状ヒーターにお
    いて、外周部の電流の導通部に電流方向に平行にコーナ
    ーを削除するか、U溝または複数のスリットを設けて電
    流の導通領域を狭くして電気抵抗値を高め、温度分布を
    均一にすることを特徴とするハニカム状ヒーター。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のハニカム状ヒーターにお
    いて、外周部の電流の導通部に近接する複数のセルの開
    口面積を大きくして送風抵抗を低減し、温度分布を均一
    にすることを特徴とするハニカム状ヒーター。
  6. 【請求項6】 請求項1記載のハニカム状ヒーターにお
    いて、前記電極部に近接する複数のセルの開口面積を大
    きくして送風抵抗を低減し、前記電極部の過熱を防止す
    ることを特徴とするハニカム状ヒーター。
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