排ガス浄化システム
【課題】高電圧の電源を用いる場合であっても、破損が生じにくく、かつ、サイズを小さくすることが可能な排ガスを浄化するための技術を提供する。
【解決手段】排ガスの排気経路に設けられて、排ガスを加熱可能な加熱部と、排気経路において加熱部の下流に設けられて排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応を行う触媒部とを備える排ガス浄化システムである。さらに、加熱部１は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁７と該隔壁７により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセル５とを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁７を通電させるための陽極４ａおよび陰極４ｂとなる一対の電極部４とを有する。
【解決手段】排ガスの排気経路に設けられて、排ガスを加熱可能な加熱部と、排気経路において加熱部の下流に設けられて排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応を行う触媒部とを備える排ガス浄化システムである。さらに、加熱部１は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁７と該隔壁７により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセル５とを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁７を通電させるための陽極４ａおよび陰極４ｂとなる一対の電極部４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関などから排出される排ガスの浄化に使用する排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から生じる排ガスには、人体や環境に悪影響を及ぼす有害物質が含まれており、この有害物質を一定の濃度以下までに低減し、浄化した排ガスを環境に放出しなければならない。この有害物質の中には、気体成分として存在するものがある。この有害な気体成分については、触媒反応によって有害性のより少ない別種の気体成分に変えることが可能である。例えば、内燃機関の排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害な気体成分が存在する。これらの気体成分については、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を触媒とする触媒反応によって、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素（Ｎ２）といった人体や環境への影響がより少ない気体成分へと変えることができる。そこで、排ガスを浄化する際には、排ガスの排気経路上に触媒を配置し、触媒反応によって有害な気体成分を浄化する技術が広く用いられている。
【０００３】
一般に、この排ガス浄化技術に用いる触媒は、高温になると活性化する性質がある。そこで、排ガスをヒーターで加熱し、高温の排ガスを触媒に接触させることより、触媒の温度を高めるという技術が考案されている。この技術で用いられるヒーターは、物体（発熱体）を通電してジュール熱を発生させるものが主流である。導電率や熱伝導率が高く、かつ破壊や変形が生じにくいという観点からは、金属製の発熱体を用いることが一般的である（例えば、特許文献１〜４）。
【０００４】
特に、近年では、ハイブリット自動車に代表されるように、化石燃料から電気へとエネルギーの移行が進んでおり、これに伴ってヒーターに高電圧の電源を用いたいという要望が増えている。この要望に応えるために、金属製の発熱体を通電しにくい構造にするという技術（例えば、金属製の発熱体に穴やスリットを設けるという技術）が提案されている。このように、金属製の発熱体を通電しにくい構造にすると、金属製の発熱体の抵抗が大きくなるので、発熱体のサイズを小さくしても、高電圧の電源を用いるときに十分な発熱量を得ることが可能となる。その結果、自動車などのような設置スペースに制約がある状況下での排ガス浄化技術に適用することができる（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６９６８２号公報
【特許文献２】特開平８−４５２１号公報
【特許文献３】特開平１１−５７４９０号公報
【特許文献４】特表２００６−５０７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、提案されている技術では、上述したように高電圧の電源を用いる場合にはサイズを小さくするために金属製の発熱体を通電しにくい構造にしなければならず、通電しにくい構造では耐衝撃性や耐振動性が低下するので、破損が生じやすくなってしまう。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明の課題は、高電圧の電源を用いる場合であっても、破損が生じにくく、かつ、サイズを小さくすることが可能な排ガスを浄化するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した目的を達成するものである。具体的には、本発明は、以下に示す、排ガス浄化システムである。
【０００９】
［１］ 排ガスの排気経路に設けられて、前記排ガスを加熱可能な加熱部と、前記排気経路において前記加熱部の下流に設けられて、前記排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部と、を備え、前記加熱部は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【００１０】
［２］ 前記触媒部は、前記触媒反応を行う触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造体を備える前記［１］に記載の排ガス浄化システム。
【００１１】
［３］ セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【００１２】
［４］ 前記ハニカム構造部における前記隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【００１３】
［５］ 前記ハニカム構造部における前記隔壁は、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選ばれる１種を主成分とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排ガス浄化システムは、破損が生じにくく、かつ、高電圧の電源を用いる場合であっても、サイズを小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願の第一発明の排ガス浄化システムの一実施形態の説明図である。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムに備えることが可能なヒーターの一実施形態の斜視図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ’断面の図である。
【図４】図１に示す排ガス浄化システムに備えることが可能なヒーターの他の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
１．第一発明の排ガス浄化システム：
本願の第一発明の排ガス浄化システムは、排ガスの排気経路に設けられて排ガスを加熱可能な加熱部と、排気経路において加熱部の下流に設けられて排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部とを備える。
【００１８】
第一発明の排ガス浄化システムは、加熱部が排ガスを加熱することにより、排ガスの温度を高めることができ、その結果、高温の排ガスを触媒部に送ることが可能になる。このようにして高温の排ガスを触媒部に送ると、排ガスの熱によって触媒を加熱することができ、その結果として、触媒反応が活性化する温度まで触媒の温度を高めることができる。触媒部では、触媒反応によって排ガスに含まれる特定物質から他の物質を生成する。その結果、排ガス中の特定物質を低減することができる。
【００１９】
さらに、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と該隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部とを有する。
【００２０】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、通電によって隔壁そのものがジュール熱を発生するので、この隔壁と接触しながら流れる排ガスを直接加熱することができる。直接加熱という熱損失が極めて少ない加熱態様を用いることにより、加熱部で費やす電力を排ガスの加熱に効率的に利用することができる。また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、熱損失が少ないので、隔壁の発熱量から排ガスに加わる熱量を容易に見積もることが可能になる。そのため、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の発熱量を調節することにより、排ガスを目的の温度にしやすい。
【００２１】
さらに、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、排ガスを複数のセル内へと振り分けて流す。すなわち、排ガスを小分けし、これら小分けした排ガスのそれぞれを各セルに流す。このように排ガスを小分けして流すと、排ガスと隔壁との接触面積が大きくなり、これに伴って隔壁と排ガスとの接触による伝熱量も多くなる。このような伝熱態様を用いると、隔壁から排ガスへの伝熱量が排ガス内での熱拡散によって散逸してしまう熱量よりも大きくなるので、排ガスの温度を速やかに上げることができ、また、排ガスを目的の温度にしやすくなる。
【００２２】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、サイズが小さな場合であってもハニカム構造部のセル密度を大きくすることにより、排ガスと隔壁との接触面積を大きくすることが可能であり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。また、セル密度を大きくすることによって排ガスと隔壁との接触面積が十分に大きくなっている場合には、セルの長さを短くしても、すなわち、加熱部のサイズを小さくしても、排ガスを十分に加熱することが可能である。
【００２３】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、排ガスの温度を速やかに上げるという効果を高める観点からは、ハニカム構造部は、隔壁の厚さが０．１〜０．５１ｍｍかつセル密度が１５〜２８０セル／ｃｍ２であることが好ましい。さらに、ハニカム構造部内に排ガスを流す際の圧力損失を小さくできるという観点からは、隔壁の厚さが０．２５〜０．５１ｍｍかつセル密度が１５〜６２セル／ｃｍ２であることがより好ましく、さらに、隔壁の厚さが０．３０〜０．４４ｍｍかつセル密度が１５〜４７セル／ｃｍ２であることがより一層好ましい。
【００２４】
本明細書にいうセラミックスを主成分とするとは、セラミックスを５０質量％以上含むことをいう。すなわちセラミックスを主成分とする隔壁とは、セラミックスを５０質量％以上含んだ隔壁のことを意味する。また、第一発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしては、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などを挙げることができる。
【００２５】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部のような、セラミックスを主成分とする隔壁を有するハニカム構造部では、外部からの振動を受けて共振現象を発生する時の固有振動数は、金属製の部材が持つ固有振動数よりも高いことが多い。そのため、例えば、第一発明の排ガス浄化システムを振動を生じやすい自動車に搭載する場合であっても、共振現象が起こりにくく、その結果として、加熱部に破損が生じにくくなる。
【００２６】
また、第一発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしての金属含浸ＳｉＣには、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、金属Ｓｉとその他の種類の金属（例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ，Ａｇ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｉなど）とを含浸させたＳｉＣなどを挙げることができる。第一発明のヒーターでは、隔壁がＳｉ含浸ＳｉＣや金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣを主成分とする場合には、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性、酸やアルカリなどに対する耐蝕性が優れたものになる。
【００２７】
本明細書にいうＳｉ含浸ＳｉＣとは、金属ＳｉとＳｉＣとを構成成分として含む焼結体のことの総称である。このＳｉ含浸ＳｉＣは、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）の凝固物が取り囲むことにより、金属Ｓｉを介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造を有している。
【００２８】
また、本明細書にいう金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣとは、金属Ｓｉとその他の種類の金属とＳｉＣとを構成成分として含む焼結体のことを総称である。金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣは、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）やその他の種類の金属の凝固物が取り囲むことにより、金属Ｓｉやその他の種類の金属を介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造を有している。
【００２９】
隔壁が金属含浸ＳｉＣを主成分とする場合には、含浸させる金属の量を調整することにより、隔壁の比抵抗を大きくしたり、小さくしたりすることができる。隔壁が金属含浸ＳｉＣを主成分とする場合には、一般に、含浸させる金属の量が多くなるにつれて、隔壁の比抵抗がより小さくなる。
【００３０】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の気孔率を調整することにより、隔壁の比抵抗を大きくしたり、小さくしたりすることができる。一般に、隔壁の気孔率が小さくなるほど、比抵抗がより小さくなり、その結果、隔壁に電気が流れやすくなる。
【００３１】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、原料として使用するＳｉＣの種類（α−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ）やこれらの原料の混合割合によっても隔壁の比抵抗を調整することができる。
【００３２】
隔壁の比抵抗の大きさの調整は、原料として使用するＳｉＣ粒子の平均粒径を大きくしたり、小さくしたりすることによっても可能である。例えば、粒径が大きな原料を用いると、粒径が小さな原料を用いた場合よりも粒界が少なくなるため、電気伝導し易くなり、その結果、比抵抗が小さくなる。
【００３３】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、一般に、ハニカム構造部の長さ（セルの長さ）を大きくする場合には、隔壁の比抵抗を小さくしても、排ガスを十分に加熱することが可能になり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。また、ハニカム構造部の長さ（セルの長さ）が小さい場合であっても、セル数を増やす（例えば、セル密度を増やす）ことにより、排ガスを十分に加熱することが可能になり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。
【００３４】
特に、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍであることが望ましく、さらに、排ガスを十分に加熱可能な状態のままでハニカム構造部を小型化できるという観点からは、低電圧（１０〜６０Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．０１〜７Ω・ｃｍであることが好ましく、高電圧（１００〜６００Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．５〜５０Ω・ｃｍであることが好ましい。第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、低電圧（１０〜６０Ｖ）で使用する際に隔壁の比抵抗が０．０１Ω・ｃｍ以上である場合、あるいは、高電圧（１００〜６００Ｖ）で使用する際に隔壁の比抵抗が０．５Ω・ｃｍ以上である場合には、隔壁を十分な厚さにしたときでも、隔壁の発熱量が小さくなり過ぎずかつ大きくなり過ぎずという具合に、適度な発熱量にできる。すなわち、触媒の活性状態を最も高められる温度となるように、排ガスを加熱することができる。
【００３５】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部によれば、形状やサイズに予め１つの規格に決められており、用途によって通電する際の電圧が異なる場合であっても、上述した各種の手法によって隔壁の比抵抗の大きさが異なったものを用意することにより、容易に対処することができる。具体的には、形状やサイズの規格による制約がある場合、同一電圧条件では隔壁の比抵抗をより小さくしていくという手法によって小型化が可能である。こうした比抵抗の調節によって、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部は電圧１０〜６００Ｖまでの幅広い電圧に適用することができる。
【００３６】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、上述したように隔壁の材質を変更するのみで、加熱部、特にハニカム構造部の構造上の変更を加えなくても、電圧の変更に対処できる。例えば、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、加熱部の抵抗値を調整するために、隔壁に穴やスリットを設けるというような、加熱部の構造的強度を低下させてしまう変更を加えなくてもよい。そのため、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部には、電圧の仕様を変更した場合であっても、構造的強度を保持させやすいという利点がある。
【００３７】
また、第一発明の排ガス浄化システムは備える加熱部は、上述したような隔壁に穴やスリットを設けるというような、隔壁を通電ににくい構造に加工しなくてもよいので、こうした加工のためのコストがかからない点においても利点がある。
【００３８】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、ハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合には、ハニカム構造部が電極部以外の部材と接触すると、短絡などの不具合が生じてしまうことがある。このような不具合を防ぐためには、ハニカム構造部の表面のうちで、電極部以外の部材と接触する部分に絶縁層を設けておくことが望ましい。この絶縁層は、絶縁破壊強度が１０〜３０Ｖ／μｍであることが望ましい。
【００３９】
第一発明の備える加熱部のハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合、上述した絶縁層としては、ハニカム構造部を作り上げているセラミックス成分が酸化して形成される酸化膜を挙げることができる。このような酸化膜は、酸化雰囲気下で高温処理することにより形成することができる。
【００４０】
あるいは、ハニカム構造部の表面を絶縁性樹脂によってコーティングすることにより、絶縁層を設けることも可能である。このように絶縁層が絶縁性樹脂からなる場合、絶縁性樹脂としては、例えば、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレン共重合体、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの一般的に用いられている樹脂を用いることができる。
【００４１】
また、第一発明の排ガス浄化システムでは、対象となる特定物質や触媒の種類などにより、適当な形態の触媒部を用いるとよい。
【００４２】
特に、第一発明が備える触媒部は、触媒反応の反応物となる特定物質と触媒の接触頻度を増やすことにより、特定物質を確実に低減することができるという観点からは、触媒反応を行う触媒を担持した隔壁と、該隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造体を備えることが好ましい。
【００４３】
また、第一発明の排ガス浄化システムを排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために使用する場合には、触媒部に用いる触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒を挙げることができる。これらの触媒の作用により、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を反応物として、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素（Ｎ２）を生成することができ、その結果、排ガスに含まれる一酸化炭素などの濃度を低減することができる。
【００４４】
以下、第一発明の排ガス浄化システムの具体的な実施形態を参照しつつ、その内容を詳しく説明する。
【００４５】
図１は、第一発明の排ガス浄化システムの一実施形態を説明するための図である。図示されるように、本排ガス浄化システム３０は、エンジン３１から排出される排ガスの排気管３７内に装備されている。本排ガス浄化システム３０は、ヒーター３３（加熱部）と触媒体３５（触媒部）とを備えている。これらヒーター３３と触媒体３５は、排ガスが流れる方向に沿って、ヒーター３３、触媒体３５の順に配置されている。この配置により、エンジン３１から排出された排ガスを、ヒーター３３、触媒体３５という順番に通り抜けさせることができる。ここで、ヒーター３３を作動させておくと、排ガスを目的の温度まで高めておいて、触媒体３５へと送ることが可能になる。
【００４６】
続いて、所定の温度の排ガスが触媒体３５に来ると、排ガスの熱によって触媒体３５に担持した触媒の温度を上げることでき、その結果、触媒反応を活性化させることができる。例えば、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）といった環境への影響がより少ない物質に変えたい場合には、触媒体３５に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）など貴金属を担持させておくとよい。一般に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）による触媒反応は、これら貴金属の温度が２００〜５００℃になると、活性化した状態になる。
【００４７】
図２は、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能なヒーター３３の一実施形態の斜視図である。本ヒーター１は、ハニカム構造体６と、このハニカム構造体６の外周壁３に接合する一対の電極４とを有する。ハニカム構造体６は、一方の端部９ａおよびもう一方の端部９ｂで共に開口する円筒状の外周壁３を有し、この外周壁３の筒の内部が隔壁７によって区画されており、外周壁３が抜けている方向（端部９ａと端部９ｂとを結ぶ方向：Ｚ方向）に対して垂直な断面からみると、互いに直交する隔壁７によって、外周壁３に囲まれた内部が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。その結果、外周壁３の内部の各区画にはセル５が形成されている。
【００４８】
なお、本ヒーター１では、ハニカム構造体６の外周壁３の断面形状（貫通する方向に垂直な断面の形状）が円であるが、円以外にも、楕円や四角などであってもよい。また、セル５の断面形状についても、四角形の他に、六角形や円など任意の形状を適用できる。
【００４９】
さらに、本ヒーター１では、このハニカム構造体６の外周壁３に一対の電極４（陽極４ａ、陰極４ｂ）が接合している。本ヒーター１では、陽極４ａと陰極４ｂとによってハニカム構造体６が側方から挟み込まれており、ハニカム構造体６に通電すると、隔壁７からジュール熱を発生させることができる。
【００５０】
本ヒーター１では、ハニカム構造体６は、外周壁３および隔壁７がＳｉ含浸ＳｉＣを主成分としており、比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである。このハニカム構造体６は、ＳｉＣ粉体、金属Ｓｉ粉体、水、有機バインダーなどを混ぜ合わせ、混練して坏土を作製し、この坏土をハニカム形状に成形してハニカム成形体を作製した後、ハニカム成形体を不活性ガス雰囲気中において焼成することにより製造することができる。
【００５１】
ここで、ハニカム構造体６については、外周壁３や隔壁７の強度を保ちながら比抵抗を適当な大きさにできる観点からは、金属Ｓｉの含有量／（Ｓｉの含有量＋ＳｉＣの含有量）の値が５〜５０であることが好ましく、さらに、金属Ｓｉの含有量／（Ｓｉの含有量＋ＳｉＣの含有量）の値が１０〜４０であることがより好ましい。
【００５２】
さらに、本ヒーター１では、外周壁３の表面のうち、電極４と接触しない部分には、ＳｉＣを酸化させてＳｉＯ２を生成させることにより、酸化膜が形成されている。外周壁３の表面に酸化膜を形成する際には、大気などの酸化雰囲気下で高温処理を施すとよい。本ヒーター１が備えるハニカム構造体６のように、外周壁３の主成分がＳｉ含浸ＳｉＣである場合には、例えば、大気中で１２００℃、６時間高温処理することにより、外周壁３の表面に酸化膜を形成することができる。
【００５３】
図３は、図２中のＡ−Ａ’断面の図である。図示されるように、複数のセル５は、外周壁３に囲まれた内部を端部９ａから端部９ｂまで貫いている。ここで、ハニカム構造体６の端部９ａに向かって排ガスを流すと、排ガスが複数のセル５に振り分けられ、各セル５の内部を流れていく。このとき、ハニカム構造体６を通電させておくと、各セル５を区画する隔壁７を発熱させておくことができ、その結果、排ガスがセル５内を通過する際、排ガスを加熱しつづけることができる。
【００５４】
図４は、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能なヒーター３３の他の実施形態の斜視図である。本ヒーター２１では、ハニカム構造体２６と、一対の電極２４（陽極２４ａと陰極２４ｂ）とを備えている。ハニカム構造体２６は、中空の四角柱状の外周壁２３の内部が、隔壁２７によって区画されており、外周壁２３が抜けている方向（端部２９ａと端部２９ｂとを結ぶ方向、長さＬの方向）に対して垂直な断面からみると、互いに直交する隔壁２７によって、外周壁２３に囲まれた内部が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。その結果、外周壁２３の内部には、複数のセル２５が形成され、これら複数のセル２５は、外周壁２３に囲まれた内部を端部２９ａから端部２９ｂまで貫いている。また、本ヒーター２１を長さＬの方向に垂直な断面からみると、外周壁２３は幅Ｗを一辺の長さとした正方形になっている。そして、ハニカム構造体２６の外周壁２３の４面のうち、対向した一対の面のそれぞれに、電極２４（陽極２４ａまたは陰極２４ｂ）が接合している。これら陽極２４ａおよび陰極４２ｂは、接合している外周壁２３の面と同じ幅と長さである（幅Ｗ×長さＬ）。
【００５５】
本ヒーター２１では、例えば、ヒーター２１の長さＬが１０〜３０ｍｍ、外周壁２３の幅Ｗが９０ｍｍ、外周壁２３の厚さが１ｍｍ、隔壁２７の厚さが０．３０〜０．４５ｍｍ、セル密度が１５〜６１セル／ｃｍ２、隔壁２７および外周壁２３の比抵抗が５〜３０Ω・ｃｍ、という形態にすることができる。この形態において、電圧６００Ｖ、ヒーター出力４ｋＷで運転する場合、１５０℃の排ガスをヒーター２１内に流入させると、排ガスがヒーターから排出されるときには排ガスの温度を初期の１５０℃から２００〜４００℃まで上げることが可能である。すなわち、上述した形態と使用態様の下では、本ヒーター２１は、６００Ｖという高電圧で使用した場合であっても、９０×９０×２０ｍｍという小型化が可能であり、また、この小型化したヒーターによって排ガスの温度を触媒の活性化に適した温度まで速やかに上げることができる。
【００５６】
また、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能な触媒体３５としては、例えば、上述したハニカム構造体６やハニカム構造体２６と同様な形状に作られたハニカム構造体を触媒担体として用いることができる。このようなハニカム構造の触媒体の隔壁に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの触媒を担持させておき、排ガスをセル内に流すと、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）といった環境への影響がより少ない物質に変えることができる。
【００５７】
２．第二発明の排ガス浄化システム：
本願の第二発明の排ガス浄化システムは、セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する。
【００５８】
第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部については、上述した第一発明が備える加熱部と同様な作用効果を発揮することができる。
【００５９】
これに加えて、第二発明の排ガス浄化システムは、ハニカム構造部の隔壁に触媒を担持しているので、上述した第一発明における加熱部と触媒部とを一体化させた形態となっている。そのため、第二発明の排ガス浄化システムは、第一発明の排ガス浄化システムと比べ、システム全体のサイズを小さくすることができる。
【００６０】
また、第二発明の排ガス浄化システムでは、発熱する隔壁によって触媒を直接加熱することができるので、排ガスによって間接的に触媒を加熱する第一発明と比べ、触媒の温度を効率良く高めることが可能である。
【００６１】
第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部における隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍであることが望ましく、さらに、排ガスおよび触媒を十分に加熱可能な状態のままでハニカム構造部を小型化できるという観点からは、低電圧（１０〜６０Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．０１〜７Ω・ｃｍであることが好ましく、高電圧（１００〜６００Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．５〜５０Ω・ｃｍであることが好ましい。
【００６２】
また、第二発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしては、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などを挙げることができる。第二発明の排ガス浄化システムが備えるハニカム構造部のように、セラミックスを主成分とする隔壁を有する場合には、固有振動数は、金属製の部材が持つ固有振動数よりも高いことが多い。そのため、例えば、第二発明の排ガス浄化システムを振動の生じやすい自動車に搭載する場合であっても、共振現象が起こりにくく、その結果として、ハニカム構造部に破損が生じにくくなる。
【００６３】
また、第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合には、ハニカム構造部が電極部以外の部材と接触すると、短絡などの不具合が生じてしまうことがある。このような不具合を防ぐためには、ハニカム構造部の表面のうちで、電極部以外の部材と接触する部分に絶縁層を設けておくことが望ましい。この絶縁層は、絶縁破壊強度が１０〜３０Ｖ／μｍであることが望ましい。
【００６４】
第二発明の備えるハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合、上述した絶縁層としては、ハニカム構造部を作り上げているセラミックス成分が酸化して形成される酸化膜を挙げることができる。このような酸化膜は、酸化雰囲気下で高温処理することにより形成することができる。
【００６５】
あるいは、ハニカム構造部の表面を絶縁性樹脂によってコーティングすることにより、絶縁層を設けることも可能である。このように絶縁層が絶縁性樹脂からなる場合、絶縁性樹脂としては、例えば、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレン共重合体、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの一般的に用いられている樹脂を用いることができる。
【００６６】
第二発明の排ガス浄化システムの備えるハニカム構造部の具体例としては、上述したヒーター１の隔壁７に触媒を担持させたものや、ヒーター２１の隔壁２７に触媒を担持したものを挙げることができる。ここで用いる触媒についても、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、内燃機関などから排出される排ガスの浄化に使用する排ガス浄化システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：ヒーター（加熱部）、３：外周壁、４：電極、４ａ：陽極、４ｂ：陰極、５：セル、６：ハニカム構造体、７：隔壁、９，９ａ，９ｂ：端部、２１：ヒーター、２３：外周壁、２４：電極、２４ａ：陽極、２４ｂ：陰極、２５：セル、２６：ハニカム構造体、２７：隔壁、２９，２９ａ，２９ｂ：端部、３０：排ガス浄化システム、３１：エンジン、３３：ヒーター（加熱部）、３５：触媒体（触媒部）、３７：排気管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関などから排出される排ガスの浄化に使用する排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から生じる排ガスには、人体や環境に悪影響を及ぼす有害物質が含まれており、この有害物質を一定の濃度以下までに低減し、浄化した排ガスを環境に放出しなければならない。この有害物質の中には、気体成分として存在するものがある。この有害な気体成分については、触媒反応によって有害性のより少ない別種の気体成分に変えることが可能である。例えば、内燃機関の排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害な気体成分が存在する。これらの気体成分については、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を触媒とする触媒反応によって、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素（Ｎ２）といった人体や環境への影響がより少ない気体成分へと変えることができる。そこで、排ガスを浄化する際には、排ガスの排気経路上に触媒を配置し、触媒反応によって有害な気体成分を浄化する技術が広く用いられている。
【０００３】
一般に、この排ガス浄化技術に用いる触媒は、高温になると活性化する性質がある。そこで、排ガスをヒーターで加熱し、高温の排ガスを触媒に接触させることより、触媒の温度を高めるという技術が考案されている。この技術で用いられるヒーターは、物体（発熱体）を通電してジュール熱を発生させるものが主流である。導電率や熱伝導率が高く、かつ破壊や変形が生じにくいという観点からは、金属製の発熱体を用いることが一般的である（例えば、特許文献１〜４）。
【０００４】
特に、近年では、ハイブリット自動車に代表されるように、化石燃料から電気へとエネルギーの移行が進んでおり、これに伴ってヒーターに高電圧の電源を用いたいという要望が増えている。この要望に応えるために、金属製の発熱体を通電しにくい構造にするという技術（例えば、金属製の発熱体に穴やスリットを設けるという技術）が提案されている。このように、金属製の発熱体を通電しにくい構造にすると、金属製の発熱体の抵抗が大きくなるので、発熱体のサイズを小さくしても、高電圧の電源を用いるときに十分な発熱量を得ることが可能となる。その結果、自動車などのような設置スペースに制約がある状況下での排ガス浄化技術に適用することができる（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６９６８２号公報
【特許文献２】特開平８−４５２１号公報
【特許文献３】特開平１１−５７４９０号公報
【特許文献４】特表２００６−５０７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、提案されている技術では、上述したように高電圧の電源を用いる場合にはサイズを小さくするために金属製の発熱体を通電しにくい構造にしなければならず、通電しにくい構造では耐衝撃性や耐振動性が低下するので、破損が生じやすくなってしまう。
【０００７】
上記の問題に鑑みて、本発明の課題は、高電圧の電源を用いる場合であっても、破損が生じにくく、かつ、サイズを小さくすることが可能な排ガスを浄化するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した目的を達成するものである。具体的には、本発明は、以下に示す、排ガス浄化システムである。
【０００９】
［１］ 排ガスの排気経路に設けられて、前記排ガスを加熱可能な加熱部と、前記排気経路において前記加熱部の下流に設けられて、前記排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部と、を備え、前記加熱部は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【００１０】
［２］ 前記触媒部は、前記触媒反応を行う触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造体を備える前記［１］に記載の排ガス浄化システム。
【００１１】
［３］ セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【００１２】
［４］ 前記ハニカム構造部における前記隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【００１３】
［５］ 前記ハニカム構造部における前記隔壁は、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選ばれる１種を主成分とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排ガス浄化システムは、破損が生じにくく、かつ、高電圧の電源を用いる場合であっても、サイズを小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願の第一発明の排ガス浄化システムの一実施形態の説明図である。
【図２】図１に示す排ガス浄化システムに備えることが可能なヒーターの一実施形態の斜視図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ’断面の図である。
【図４】図１に示す排ガス浄化システムに備えることが可能なヒーターの他の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１７】
１．第一発明の排ガス浄化システム：
本願の第一発明の排ガス浄化システムは、排ガスの排気経路に設けられて排ガスを加熱可能な加熱部と、排気経路において加熱部の下流に設けられて排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部とを備える。
【００１８】
第一発明の排ガス浄化システムは、加熱部が排ガスを加熱することにより、排ガスの温度を高めることができ、その結果、高温の排ガスを触媒部に送ることが可能になる。このようにして高温の排ガスを触媒部に送ると、排ガスの熱によって触媒を加熱することができ、その結果として、触媒反応が活性化する温度まで触媒の温度を高めることができる。触媒部では、触媒反応によって排ガスに含まれる特定物質から他の物質を生成する。その結果、排ガス中の特定物質を低減することができる。
【００１９】
さらに、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部は、セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と該隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部とを有する。
【００２０】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、通電によって隔壁そのものがジュール熱を発生するので、この隔壁と接触しながら流れる排ガスを直接加熱することができる。直接加熱という熱損失が極めて少ない加熱態様を用いることにより、加熱部で費やす電力を排ガスの加熱に効率的に利用することができる。また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、熱損失が少ないので、隔壁の発熱量から排ガスに加わる熱量を容易に見積もることが可能になる。そのため、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の発熱量を調節することにより、排ガスを目的の温度にしやすい。
【００２１】
さらに、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、排ガスを複数のセル内へと振り分けて流す。すなわち、排ガスを小分けし、これら小分けした排ガスのそれぞれを各セルに流す。このように排ガスを小分けして流すと、排ガスと隔壁との接触面積が大きくなり、これに伴って隔壁と排ガスとの接触による伝熱量も多くなる。このような伝熱態様を用いると、隔壁から排ガスへの伝熱量が排ガス内での熱拡散によって散逸してしまう熱量よりも大きくなるので、排ガスの温度を速やかに上げることができ、また、排ガスを目的の温度にしやすくなる。
【００２２】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、サイズが小さな場合であってもハニカム構造部のセル密度を大きくすることにより、排ガスと隔壁との接触面積を大きくすることが可能であり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。また、セル密度を大きくすることによって排ガスと隔壁との接触面積が十分に大きくなっている場合には、セルの長さを短くしても、すなわち、加熱部のサイズを小さくしても、排ガスを十分に加熱することが可能である。
【００２３】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、排ガスの温度を速やかに上げるという効果を高める観点からは、ハニカム構造部は、隔壁の厚さが０．１〜０．５１ｍｍかつセル密度が１５〜２８０セル／ｃｍ２であることが好ましい。さらに、ハニカム構造部内に排ガスを流す際の圧力損失を小さくできるという観点からは、隔壁の厚さが０．２５〜０．５１ｍｍかつセル密度が１５〜６２セル／ｃｍ２であることがより好ましく、さらに、隔壁の厚さが０．３０〜０．４４ｍｍかつセル密度が１５〜４７セル／ｃｍ２であることがより一層好ましい。
【００２４】
本明細書にいうセラミックスを主成分とするとは、セラミックスを５０質量％以上含むことをいう。すなわちセラミックスを主成分とする隔壁とは、セラミックスを５０質量％以上含んだ隔壁のことを意味する。また、第一発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしては、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などを挙げることができる。
【００２５】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部のような、セラミックスを主成分とする隔壁を有するハニカム構造部では、外部からの振動を受けて共振現象を発生する時の固有振動数は、金属製の部材が持つ固有振動数よりも高いことが多い。そのため、例えば、第一発明の排ガス浄化システムを振動を生じやすい自動車に搭載する場合であっても、共振現象が起こりにくく、その結果として、加熱部に破損が生じにくくなる。
【００２６】
また、第一発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしての金属含浸ＳｉＣには、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、金属Ｓｉとその他の種類の金属（例えば、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ，Ａｇ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｉなど）とを含浸させたＳｉＣなどを挙げることができる。第一発明のヒーターでは、隔壁がＳｉ含浸ＳｉＣや金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣを主成分とする場合には、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性、酸やアルカリなどに対する耐蝕性が優れたものになる。
【００２７】
本明細書にいうＳｉ含浸ＳｉＣとは、金属ＳｉとＳｉＣとを構成成分として含む焼結体のことの総称である。このＳｉ含浸ＳｉＣは、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）の凝固物が取り囲むことにより、金属Ｓｉを介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造を有している。
【００２８】
また、本明細書にいう金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣとは、金属Ｓｉとその他の種類の金属とＳｉＣとを構成成分として含む焼結体のことを総称である。金属Ｓｉとその他の種類の金属とを含浸させたＳｉＣは、ＳｉＣ粒子の表面を金属Ｓｉ（金属珪素）やその他の種類の金属の凝固物が取り囲むことにより、金属Ｓｉやその他の種類の金属を介してＳｉＣ粒子同士が接合した構造を有している。
【００２９】
隔壁が金属含浸ＳｉＣを主成分とする場合には、含浸させる金属の量を調整することにより、隔壁の比抵抗を大きくしたり、小さくしたりすることができる。隔壁が金属含浸ＳｉＣを主成分とする場合には、一般に、含浸させる金属の量が多くなるにつれて、隔壁の比抵抗がより小さくなる。
【００３０】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の気孔率を調整することにより、隔壁の比抵抗を大きくしたり、小さくしたりすることができる。一般に、隔壁の気孔率が小さくなるほど、比抵抗がより小さくなり、その結果、隔壁に電気が流れやすくなる。
【００３１】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、原料として使用するＳｉＣの種類（α−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ）やこれらの原料の混合割合によっても隔壁の比抵抗を調整することができる。
【００３２】
隔壁の比抵抗の大きさの調整は、原料として使用するＳｉＣ粒子の平均粒径を大きくしたり、小さくしたりすることによっても可能である。例えば、粒径が大きな原料を用いると、粒径が小さな原料を用いた場合よりも粒界が少なくなるため、電気伝導し易くなり、その結果、比抵抗が小さくなる。
【００３３】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、一般に、ハニカム構造部の長さ（セルの長さ）を大きくする場合には、隔壁の比抵抗を小さくしても、排ガスを十分に加熱することが可能になり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。また、ハニカム構造部の長さ（セルの長さ）が小さい場合であっても、セル数を増やす（例えば、セル密度を増やす）ことにより、排ガスを十分に加熱することが可能になり、その結果、排ガスの温度を速やかに上げることができる。
【００３４】
特に、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍであることが望ましく、さらに、排ガスを十分に加熱可能な状態のままでハニカム構造部を小型化できるという観点からは、低電圧（１０〜６０Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．０１〜７Ω・ｃｍであることが好ましく、高電圧（１００〜６００Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．５〜５０Ω・ｃｍであることが好ましい。第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、低電圧（１０〜６０Ｖ）で使用する際に隔壁の比抵抗が０．０１Ω・ｃｍ以上である場合、あるいは、高電圧（１００〜６００Ｖ）で使用する際に隔壁の比抵抗が０．５Ω・ｃｍ以上である場合には、隔壁を十分な厚さにしたときでも、隔壁の発熱量が小さくなり過ぎずかつ大きくなり過ぎずという具合に、適度な発熱量にできる。すなわち、触媒の活性状態を最も高められる温度となるように、排ガスを加熱することができる。
【００３５】
第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部によれば、形状やサイズに予め１つの規格に決められており、用途によって通電する際の電圧が異なる場合であっても、上述した各種の手法によって隔壁の比抵抗の大きさが異なったものを用意することにより、容易に対処することができる。具体的には、形状やサイズの規格による制約がある場合、同一電圧条件では隔壁の比抵抗をより小さくしていくという手法によって小型化が可能である。こうした比抵抗の調節によって、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部は電圧１０〜６００Ｖまでの幅広い電圧に適用することができる。
【００３６】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、上述したように隔壁の材質を変更するのみで、加熱部、特にハニカム構造部の構造上の変更を加えなくても、電圧の変更に対処できる。例えば、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、加熱部の抵抗値を調整するために、隔壁に穴やスリットを設けるというような、加熱部の構造的強度を低下させてしまう変更を加えなくてもよい。そのため、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部には、電圧の仕様を変更した場合であっても、構造的強度を保持させやすいという利点がある。
【００３７】
また、第一発明の排ガス浄化システムは備える加熱部は、上述したような隔壁に穴やスリットを設けるというような、隔壁を通電ににくい構造に加工しなくてもよいので、こうした加工のためのコストがかからない点においても利点がある。
【００３８】
また、第一発明の排ガス浄化システムが備える加熱部では、ハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合には、ハニカム構造部が電極部以外の部材と接触すると、短絡などの不具合が生じてしまうことがある。このような不具合を防ぐためには、ハニカム構造部の表面のうちで、電極部以外の部材と接触する部分に絶縁層を設けておくことが望ましい。この絶縁層は、絶縁破壊強度が１０〜３０Ｖ／μｍであることが望ましい。
【００３９】
第一発明の備える加熱部のハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合、上述した絶縁層としては、ハニカム構造部を作り上げているセラミックス成分が酸化して形成される酸化膜を挙げることができる。このような酸化膜は、酸化雰囲気下で高温処理することにより形成することができる。
【００４０】
あるいは、ハニカム構造部の表面を絶縁性樹脂によってコーティングすることにより、絶縁層を設けることも可能である。このように絶縁層が絶縁性樹脂からなる場合、絶縁性樹脂としては、例えば、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレン共重合体、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの一般的に用いられている樹脂を用いることができる。
【００４１】
また、第一発明の排ガス浄化システムでは、対象となる特定物質や触媒の種類などにより、適当な形態の触媒部を用いるとよい。
【００４２】
特に、第一発明が備える触媒部は、触媒反応の反応物となる特定物質と触媒の接触頻度を増やすことにより、特定物質を確実に低減することができるという観点からは、触媒反応を行う触媒を担持した隔壁と、該隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造体を備えることが好ましい。
【００４３】
また、第一発明の排ガス浄化システムを排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために使用する場合には、触媒部に用いる触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒を挙げることができる。これらの触媒の作用により、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を反応物として、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素（Ｎ２）を生成することができ、その結果、排ガスに含まれる一酸化炭素などの濃度を低減することができる。
【００４４】
以下、第一発明の排ガス浄化システムの具体的な実施形態を参照しつつ、その内容を詳しく説明する。
【００４５】
図１は、第一発明の排ガス浄化システムの一実施形態を説明するための図である。図示されるように、本排ガス浄化システム３０は、エンジン３１から排出される排ガスの排気管３７内に装備されている。本排ガス浄化システム３０は、ヒーター３３（加熱部）と触媒体３５（触媒部）とを備えている。これらヒーター３３と触媒体３５は、排ガスが流れる方向に沿って、ヒーター３３、触媒体３５の順に配置されている。この配置により、エンジン３１から排出された排ガスを、ヒーター３３、触媒体３５という順番に通り抜けさせることができる。ここで、ヒーター３３を作動させておくと、排ガスを目的の温度まで高めておいて、触媒体３５へと送ることが可能になる。
【００４６】
続いて、所定の温度の排ガスが触媒体３５に来ると、排ガスの熱によって触媒体３５に担持した触媒の温度を上げることでき、その結果、触媒反応を活性化させることができる。例えば、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）といった環境への影響がより少ない物質に変えたい場合には、触媒体３５に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）など貴金属を担持させておくとよい。一般に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）による触媒反応は、これら貴金属の温度が２００〜５００℃になると、活性化した状態になる。
【００４７】
図２は、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能なヒーター３３の一実施形態の斜視図である。本ヒーター１は、ハニカム構造体６と、このハニカム構造体６の外周壁３に接合する一対の電極４とを有する。ハニカム構造体６は、一方の端部９ａおよびもう一方の端部９ｂで共に開口する円筒状の外周壁３を有し、この外周壁３の筒の内部が隔壁７によって区画されており、外周壁３が抜けている方向（端部９ａと端部９ｂとを結ぶ方向：Ｚ方向）に対して垂直な断面からみると、互いに直交する隔壁７によって、外周壁３に囲まれた内部が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。その結果、外周壁３の内部の各区画にはセル５が形成されている。
【００４８】
なお、本ヒーター１では、ハニカム構造体６の外周壁３の断面形状（貫通する方向に垂直な断面の形状）が円であるが、円以外にも、楕円や四角などであってもよい。また、セル５の断面形状についても、四角形の他に、六角形や円など任意の形状を適用できる。
【００４９】
さらに、本ヒーター１では、このハニカム構造体６の外周壁３に一対の電極４（陽極４ａ、陰極４ｂ）が接合している。本ヒーター１では、陽極４ａと陰極４ｂとによってハニカム構造体６が側方から挟み込まれており、ハニカム構造体６に通電すると、隔壁７からジュール熱を発生させることができる。
【００５０】
本ヒーター１では、ハニカム構造体６は、外周壁３および隔壁７がＳｉ含浸ＳｉＣを主成分としており、比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである。このハニカム構造体６は、ＳｉＣ粉体、金属Ｓｉ粉体、水、有機バインダーなどを混ぜ合わせ、混練して坏土を作製し、この坏土をハニカム形状に成形してハニカム成形体を作製した後、ハニカム成形体を不活性ガス雰囲気中において焼成することにより製造することができる。
【００５１】
ここで、ハニカム構造体６については、外周壁３や隔壁７の強度を保ちながら比抵抗を適当な大きさにできる観点からは、金属Ｓｉの含有量／（Ｓｉの含有量＋ＳｉＣの含有量）の値が５〜５０であることが好ましく、さらに、金属Ｓｉの含有量／（Ｓｉの含有量＋ＳｉＣの含有量）の値が１０〜４０であることがより好ましい。
【００５２】
さらに、本ヒーター１では、外周壁３の表面のうち、電極４と接触しない部分には、ＳｉＣを酸化させてＳｉＯ２を生成させることにより、酸化膜が形成されている。外周壁３の表面に酸化膜を形成する際には、大気などの酸化雰囲気下で高温処理を施すとよい。本ヒーター１が備えるハニカム構造体６のように、外周壁３の主成分がＳｉ含浸ＳｉＣである場合には、例えば、大気中で１２００℃、６時間高温処理することにより、外周壁３の表面に酸化膜を形成することができる。
【００５３】
図３は、図２中のＡ−Ａ’断面の図である。図示されるように、複数のセル５は、外周壁３に囲まれた内部を端部９ａから端部９ｂまで貫いている。ここで、ハニカム構造体６の端部９ａに向かって排ガスを流すと、排ガスが複数のセル５に振り分けられ、各セル５の内部を流れていく。このとき、ハニカム構造体６を通電させておくと、各セル５を区画する隔壁７を発熱させておくことができ、その結果、排ガスがセル５内を通過する際、排ガスを加熱しつづけることができる。
【００５４】
図４は、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能なヒーター３３の他の実施形態の斜視図である。本ヒーター２１では、ハニカム構造体２６と、一対の電極２４（陽極２４ａと陰極２４ｂ）とを備えている。ハニカム構造体２６は、中空の四角柱状の外周壁２３の内部が、隔壁２７によって区画されており、外周壁２３が抜けている方向（端部２９ａと端部２９ｂとを結ぶ方向、長さＬの方向）に対して垂直な断面からみると、互いに直交する隔壁２７によって、外周壁２３に囲まれた内部が方眼紙のます目のように四角形に区画されている。その結果、外周壁２３の内部には、複数のセル２５が形成され、これら複数のセル２５は、外周壁２３に囲まれた内部を端部２９ａから端部２９ｂまで貫いている。また、本ヒーター２１を長さＬの方向に垂直な断面からみると、外周壁２３は幅Ｗを一辺の長さとした正方形になっている。そして、ハニカム構造体２６の外周壁２３の４面のうち、対向した一対の面のそれぞれに、電極２４（陽極２４ａまたは陰極２４ｂ）が接合している。これら陽極２４ａおよび陰極４２ｂは、接合している外周壁２３の面と同じ幅と長さである（幅Ｗ×長さＬ）。
【００５５】
本ヒーター２１では、例えば、ヒーター２１の長さＬが１０〜３０ｍｍ、外周壁２３の幅Ｗが９０ｍｍ、外周壁２３の厚さが１ｍｍ、隔壁２７の厚さが０．３０〜０．４５ｍｍ、セル密度が１５〜６１セル／ｃｍ２、隔壁２７および外周壁２３の比抵抗が５〜３０Ω・ｃｍ、という形態にすることができる。この形態において、電圧６００Ｖ、ヒーター出力４ｋＷで運転する場合、１５０℃の排ガスをヒーター２１内に流入させると、排ガスがヒーターから排出されるときには排ガスの温度を初期の１５０℃から２００〜４００℃まで上げることが可能である。すなわち、上述した形態と使用態様の下では、本ヒーター２１は、６００Ｖという高電圧で使用した場合であっても、９０×９０×２０ｍｍという小型化が可能であり、また、この小型化したヒーターによって排ガスの温度を触媒の活性化に適した温度まで速やかに上げることができる。
【００５６】
また、上述した排ガス浄化システム３０に備えることが可能な触媒体３５としては、例えば、上述したハニカム構造体６やハニカム構造体２６と同様な形状に作られたハニカム構造体を触媒担体として用いることができる。このようなハニカム構造の触媒体の隔壁に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの触媒を担持させておき、排ガスをセル内に流すと、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害物質を、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）といった環境への影響がより少ない物質に変えることができる。
【００５７】
２．第二発明の排ガス浄化システム：
本願の第二発明の排ガス浄化システムは、セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、隔壁により区画形成されて排ガスの流路となる複数のセルとを有するハニカム構造部と、ハニカム構造部に接触して配置されたハニカム構造部の隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する。
【００５８】
第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部については、上述した第一発明が備える加熱部と同様な作用効果を発揮することができる。
【００５９】
これに加えて、第二発明の排ガス浄化システムは、ハニカム構造部の隔壁に触媒を担持しているので、上述した第一発明における加熱部と触媒部とを一体化させた形態となっている。そのため、第二発明の排ガス浄化システムは、第一発明の排ガス浄化システムと比べ、システム全体のサイズを小さくすることができる。
【００６０】
また、第二発明の排ガス浄化システムでは、発熱する隔壁によって触媒を直接加熱することができるので、排ガスによって間接的に触媒を加熱する第一発明と比べ、触媒の温度を効率良く高めることが可能である。
【００６１】
第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部における隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍであることが望ましく、さらに、排ガスおよび触媒を十分に加熱可能な状態のままでハニカム構造部を小型化できるという観点からは、低電圧（１０〜６０Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．０１〜７Ω・ｃｍであることが好ましく、高電圧（１００〜６００Ｖ）の場合、隔壁の比抵抗が０．５〜５０Ω・ｃｍであることが好ましい。
【００６２】
また、第二発明に適用可能な通電により発熱するセラミックスとしては、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などを挙げることができる。第二発明の排ガス浄化システムが備えるハニカム構造部のように、セラミックスを主成分とする隔壁を有する場合には、固有振動数は、金属製の部材が持つ固有振動数よりも高いことが多い。そのため、例えば、第二発明の排ガス浄化システムを振動の生じやすい自動車に搭載する場合であっても、共振現象が起こりにくく、その結果として、ハニカム構造部に破損が生じにくくなる。
【００６３】
また、第二発明の排ガス浄化システムでは、ハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合には、ハニカム構造部が電極部以外の部材と接触すると、短絡などの不具合が生じてしまうことがある。このような不具合を防ぐためには、ハニカム構造部の表面のうちで、電極部以外の部材と接触する部分に絶縁層を設けておくことが望ましい。この絶縁層は、絶縁破壊強度が１０〜３０Ｖ／μｍであることが望ましい。
【００６４】
第二発明の備えるハニカム構造部全体が通電により発熱する性質を持ったセラミックスを主成分として作られている場合、上述した絶縁層としては、ハニカム構造部を作り上げているセラミックス成分が酸化して形成される酸化膜を挙げることができる。このような酸化膜は、酸化雰囲気下で高温処理することにより形成することができる。
【００６５】
あるいは、ハニカム構造部の表面を絶縁性樹脂によってコーティングすることにより、絶縁層を設けることも可能である。このように絶縁層が絶縁性樹脂からなる場合、絶縁性樹脂としては、例えば、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレン共重合体、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの一般的に用いられている樹脂を用いることができる。
【００６６】
第二発明の排ガス浄化システムの備えるハニカム構造部の具体例としては、上述したヒーター１の隔壁７に触媒を担持させたものや、ヒーター２１の隔壁２７に触媒を担持したものを挙げることができる。ここで用いる触媒についても、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、内燃機関などから排出される排ガスの浄化に使用する排ガス浄化システムとして利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：ヒーター（加熱部）、３：外周壁、４：電極、４ａ：陽極、４ｂ：陰極、５：セル、６：ハニカム構造体、７：隔壁、９，９ａ，９ｂ：端部、２１：ヒーター、２３：外周壁、２４：電極、２４ａ：陽極、２４ｂ：陰極、２５：セル、２６：ハニカム構造体、２７：隔壁、２９，２９ａ，２９ｂ：端部、３０：排ガス浄化システム、３１：エンジン、３３：ヒーター（加熱部）、３５：触媒体（触媒部）、３７：排気管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの排気経路に設けられて、前記排ガスを加熱可能な加熱部と、
前記排気経路において前記加熱部の下流に設けられて、前記排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部と、を備え、
前記加熱部は、
セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記触媒部は、前記触媒反応を行う触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造体を備える請求項１に記載の排ガス浄化システム。
【請求項３】
セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【請求項４】
前記ハニカム構造部における前記隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化システム。
【請求項５】
前記ハニカム構造部における前記隔壁は、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選ばれる１種を主成分とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化システム。
【請求項１】
排ガスの排気経路に設けられて、前記排ガスを加熱可能な加熱部と、
前記排気経路において前記加熱部の下流に設けられて、前記排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を有する触媒部と、を備え、
前記加熱部は、
セラミックスを主成分として通電により発熱する隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【請求項２】
前記触媒部は、前記触媒反応を行う触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造体を備える請求項１に記載の排ガス浄化システム。
【請求項３】
セラミックスを主成分として通電により発熱するとともに排ガスに含まれる特定物質を低減させる触媒反応に作用する触媒を担持している隔壁と、該隔壁により区画形成されて前記排ガスの流路となる複数のセルと、を有するハニカム構造部と、
前記ハニカム構造部に接触して配置された前記ハニカム構造部の前記隔壁を通電させるための陽極および陰極となる一対の電極部と、を有する排ガス浄化システム。
【請求項４】
前記ハニカム構造部における前記隔壁の比抵抗が０．０１〜５０Ω・ｃｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス浄化システム。
【請求項５】
前記ハニカム構造部における前記隔壁は、ＳｉＣ、金属含浸ＳｉＣ、およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選ばれる１種を主成分とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排ガス浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３３４４３（Ｐ２０１２−２３３４４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２９４５（Ｐ２０１１−１０２９４５）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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