排気ガス加熱装置
【課題】排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを均一に加熱できると共に、圧力損失が過大とならず内燃機関の運転に支障を与えない排気ガス加熱装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２と排気ガス浄化装置３との間の排気ガスの流路上に配置され、排気ガスＧが出入する筐体部１０１と、筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の排気ガスの流れ方向Ｌに自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータ１１０と、複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体１２０と、を備えた排気ガス加熱装置１００において、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
【解決手段】内燃機関２と排気ガス浄化装置３との間の排気ガスの流路上に配置され、排気ガスＧが出入する筐体部１０１と、筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の排気ガスの流れ方向Ｌに自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータ１１０と、複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体１２０と、を備えた排気ガス加熱装置１００において、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを加熱する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気ガスを再燃焼させて排気ガス中のカーボンを除去するため、排気ガスをシースヒータで加熱する装置が開発されている（特許文献１）。この装置は、セラミック製のハニカムフィルタの上流側に、排気路の外周から中心に向かって複数本の棒状のシースヒータを突き出させた構成となっている。
又、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(パティキュレート・マター、以下、適宜「ＰＭ」という)を捕集、浄化する技術として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（粒子状物質捕集装置（Diesel particulate filter）；以下、適宜「ＤＰＦ」という）が知られている。このＤＰＦはセラミックやステンレス鋼等から製造され、ハニカム構造等によってＰＭを捕集しているが、ＰＭが堆積し過ぎると目詰まりを起こし、圧力損失を生じる。このため、ＤＰＦの前段に酸化触媒を配置して排気ガス中のＮＯｘをＮＯ２にし、ＮＯ２によりＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼させる、いわゆる連続再生方式が用いられている。そして、ＤＰＦ内で上記触媒反応を生じさせるためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があることから、ＤＰＦに導入される排気ガスには加熱装置が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭64-006315号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１記載の加熱装置の場合、棒状のシースヒータで排気ガスを直接加熱しているために排気ガスが局所的に加熱され、ヒータに近い位置と遠い位置で排気ガスのガス温度にむらが生じ、昇温が十分でない排気ガスが生じる。その上、この加熱装置の場合、排気ガスの流れ方向に沿ってみたときには１つのシースヒータしか配置されていないため、当該流れ方向に排気ガスとシースヒータとの接触面積が小さく、ガス温度にむらが生じた排気ガスがそのままＤＰＦ内に導入される（つまり、昇温が十分でない排気ガスがそのままＤＰＦ内に導入される）ため、ＤＰＦ内で上記触媒反応を安定して生じさせ難いという問題がある。そこで、特許文献１の加熱装置のシースヒータ間の隙間を埋める（充填する）ように伝熱媒体を配置することが考えられる。これにより、ヒータに近い箇所と遠い箇所でのガス温度のむらを抑制することができる。しかしながら、伝熱媒体で隙間を密に埋めてしまうため、加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となり、ディーゼルエンジンの運転を妨げてしまう虞がある。
そこで、本発明は、ＤＰＦ等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを均一に加熱して温度むらを抑制すると共に、圧力損失が過大とならずディーゼルエンジン等の内燃機関の運転に支障を与えない排気ガス加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の排気ガス加熱装置は、内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向に自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータと、前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
このような排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスを筐体内で均一に加熱できるようになる。つまり、表面積が大きくなるほど、シースヒータに投入した電力によるシースヒータの発熱がより多くの伝熱媒体に伝わり、筐体部内の排気ガスを伝熱媒体が均一に加熱し、筐体内を通過する排気ガスの位置による温度むらが少なくなる。
特に、ＤＰＦ内で酸化触媒反応を生じさせてＤＰＦの連続再生を行うためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があるが、ＤＰＦに導入される排気ガスの温度差が５０℃を超えると、上記昇温範囲内に排気ガス温度を管理することができず、上記触媒反応を安定して生じさせることが困難となる。その点、本発明のように伝熱媒体の表面積を0.7 cm2/W以上とすることで、筐体部内の位置による排気ガスの温度差が５０℃未満となるので、上記した不具合を解消することができる。
そのうえ、本発明の排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの長手方向が排気ガスの流れ方向に沿うように配置している。これにより、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、排気ガスの流れ方向におけるシースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすことで、流れ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【０００６】
又、本発明の排気ガス加熱装置は、内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、前記排気ガスが出入する筐体部と、前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向と自身の長手方向が交差して配置される複数のシースヒータであって、該筐体内の該流れ方向に沿って離間して配置される複数のシースヒータと、前記シースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
このような排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスを筐体内で均一に加熱できるようになる。つまり、表面積が大きくなるほど、シースヒータに投入した電力によるシースヒータの発熱がより多くの伝熱媒体に伝わり、筐体部内の排気ガスを伝熱媒体が均一に加熱し、筐体内を通過する排気ガスの位置による温度むらが少なくなる。
特に、ＤＰＦ内で酸化触媒反応を生じさせてＤＰＦの連続再生を行うためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があるが、ＤＰＦに導入される排気ガスの温度差が５０℃を超えると、上記昇温範囲内に排気ガス温度を管理することができず、上記触媒反応を安定して生じさせることが困難となる。その点、本発明のように伝熱媒体の表面積を0.7 cm2/W以上とすることで、筐体部内の位置による排気ガスの温度差が５０℃未満となるので、上記した不具合を解消することができる。
そのうえ、本発明の排気ガス加熱装置によれば、複数のシースヒータを筐体部の流れ方向に沿って、離間するように配置している。これにより、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、排気ガスの流れ方向におけるシースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすことで、流れ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【０００７】
本発明の排気ガス加熱装置において、前記伝熱媒体は、リボン状の金属箔又はハニカム状の金属からなることが好ましい。
このような排気ガス加熱装置によれば、伝熱媒体と排気ガスとの接触面積が増え、排気ガスをより均一に加熱することができる。
【０００８】
本発明の排気ガス加熱装置において、前記筐体部の周囲を覆う断熱材をさらに備えてもよい。
このような排気ガス加熱装置によれば、筐体部から外部に熱が奪われ難く、排気ガスをより均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ＤＰＦ等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを均一に加熱して温度むらを抑制すると共に、圧力損失が過大とならずディーゼルエンジン等の内燃機関の運転に支障を与えない排気ガス加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置を取り付けたエンジンの排気系統の断面図である。
【図２】排気ガス加熱装置の透視斜視図である。
【図３】排気ガスの流れ方向に沿う排気ガス加熱装置の断面図である。
【図４】シースヒータの断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置の透視斜視図である。
【図６】筐体部からコネクタを取り外した状態を示す図である。
【図７】ガスの温度むらを測定する際の、筐体部の出側断面の各位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００を取り付けたエンジンの排気系統の断面図を示す。エンジンの排気系統は、内燃機関であるディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン２の排気ポートに接続された第１排気管１２と、コネクタ（アタッチメント）１４を介して第１排気管１２に接続される排気ガス加熱装置１００と、コネクタ１６を介して排気ガス加熱装置１００の下流に接続される第２排気管１８と、第２排気管１８に接続されるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ４）と、ＤＰＦ４の下流に接続される最終排気管２０とを備える。最終排気管２０の下流には図示しない消音装置等が接続されている。
なお、排気ガス加熱装置１００の一端の側方にはコネクタ１４に接続される排気ガス導入ポート１０２が突出し、排気ガス加熱装置１００の他端の側方にはコネクタ１６に接続される排気ガス排出ポート１０４が突出している。そして、排気ガスＧは排気ガス導入ポート１４から排気ガス加熱装置１００内に導入されて加熱された後、排気ガス排出ポート１６から排出されるようになっている。
【００１２】
ＤＰＦ４はハニカム構造の筒状セラミックからなり、ディーゼルエンジン２の排気ポートから排出されたＰＭを含む排気ガスＧはＤＰＦ４の上流側に流れ、このとき煤状のＰＭがＤＰＦ４に捕集され、浄化された排気ガスＧがＤＰＦ４の下流から最終排気管２０を通って外部に排出される。
又、第１排気管１２内には、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮＯ２にする酸化触媒反応を生じさせるための尿素水を噴射するノズル１０が配置されている。
【００１３】
次に、図２〜図４を参照し、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００の構成について説明する。なお、図２は排気ガス加熱装置１００の透視斜視図であり、図３は排気ガスＧの流れ方向に沿う排気ガス加熱装置１００の断面図であり、図４は排気ガス加熱装置１００が有するシースヒータの断面図である。
【００１４】
図２において、排気ガス加熱装置１００は、細長い箱状に形成されて排気ガスＧが出入する筐体部１０１と、筐体部１０１の一端（図２では上端）から側方に突出する角筒状の排気ガス導入ポート１０２と、筐体部１０１の他端（図２では下端）から側方に突出する角筒状の排気ガス排出ポート１０４と、筐体部１０１内に収容された複数本のシースヒータ１１０と、シースヒータ１１０の間に充填される金属製ハニカム構造の伝熱媒体１２０と、を備えている。
筐体部１０１は、例えばステンレス鋼板を加工した金属からなり、シースヒータ１１０は後述する金属製の外管を有している。又、伝熱媒体１２０もステンレス鋼板やアルミニウム板をハニカム状に加工して形成することができる。伝熱媒体１２０をシースヒータ１１０（の外管）に溶接やロウ付けして接合すると、シースヒータ１１０から伝熱媒体１２０へ熱が伝わり易くなるので好ましい。
【００１５】
ここで、排気ガス導入ポート１０２から筐体部１０１の上端側方に導入された排気ガスＧは、筐体部１０１の長手方向（一端から他端側へ向かう方向）Ｌに沿って流れ、筐体部１０１の下端側方を通って排気ガス排出ポート１０４から排出される。各シースヒータ１１０は、筐体部１０１のＬ方向（排気ガスＧの流れ方向）に自身の長手方向が沿うように配置され、かつＬ方向に直行する方向にそれぞれ離間している（図３参照）。
なお、本発明において、「排気ガス加熱装置」は、筐体部１０１、シースヒータ１１０、伝熱媒体１２０、及び筐体部１０１に一体に接続された部材（本実施形態の場合は排気ガス導入ポート１０２及び排気ガス排出ポート１０４）を含むが、筐体部１０１から着脱可能で排気ガスＧの流路上に配置される部材（本実施形態の場合はコネクタ１４、１６）を含まない。
【００１６】
断面図３に示すように、複数本のシースヒータ１１０はＬ方向に自身の長手方向を沿わせ、かつＬ方向に直交する方向に互いのシースヒータ１１０が離間しつつ、筐体部１０１内に並んでいる。そして、各シースヒータ１１０の長手方向の中央部にハニカム構造の伝熱媒体１２０が配置されている。
【００１７】
なお、この実施形態では、各シースヒータ１１０の長手方向の長さが筐体部１０１のＬ方向の長さより長く、各シースヒータ１１０の外管（鞘管）１１１が筐体部１０１のＬ方向に垂直な両壁面を貫通している。このため、シースヒータ１１０の外管１１１の両端から延びる中軸１１３が筐体部１０１の外部に位置し、中軸１１３に発熱コイルの端部が通っている。
従って、この中軸１１３を通るコイルの端部を配線１１９で接続することにより、各シースヒータ１１０を直列に接続し易く、排気ガス加熱装置１００に供給される電源電圧にシースヒータ１１０の抵抗を合わせやすいという利点がある。特に、室外据え置き型のディーゼルエンジンに排気ガス加熱装置１００を取り付ける場合、屋外電源の電圧は高いことが多く、各シースヒータ１１０を適宜直列に接続することで、個々のシースヒータ１１０に過大な電圧が負荷されることを防止できる。
又、シースヒータ１１０の外管１１１の両端を筐体部１０１で支持することにより、筐体部１０１でシースヒータ１１０の一端のみを片持ちで支持する場合に比べ、シースヒータ１１０を確実に支持することができ、シースヒータ１１０の脱落等を回避できる。
【００１８】
なお、断面図４に示すように、シースヒータ１１０は、金属製筒状の外管（鞘管）１１１と、外管１１１内に収容されるアルミナ管１１４と、中軸１１３と、アルミナ管１１４に巻回される発熱コイル（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ線）１１７及び制御コイル１１８と、無機絶縁体（ＭｇＯ粉末）１１６と、シール部材（ゴムパッキン）１１５とを備える。
外管（鞘管）１１１は、例えばインコネル等の耐熱金属から形成することができる。中軸１１３はアルミナ管１１４の両端に同軸に接続され、例えばクロム-モリブデン鋼等の金属（合金）から形成することができる。発熱コイル１１７はアルミナ管１１４の長手方向中央部に巻回され、制御コイル１１８は発熱コイル１１７の両端にそれぞれ接続されて発熱コイル１１７への負荷電圧を調整して発熱量を制御する。無機絶縁体１１６は、外管１１１とアルミナ管１１４（及び中軸１１３）との隙間に充填され、シール部材１１５は、外管１１１の両端部で外管１１１と中軸１１３との隙間をシールする。
発熱コイル１１７の両端にそれぞれ接続された制御コイル１１８の端部はリード部となっていて、このリード部は中軸１１３内を通ってシースヒータ１１０の外部に引き出されている。
【００１９】
本発明において、シースヒータの直径は通常２〜１５ｍｍである。シースヒータの直径が１５ｍｍを越えると、発熱コイル１１７の巻き径が大きくなり、その結果、シースヒータの抵抗が大きくなるため、電力を一定と考えると、シースヒータの本数を減らすこととなり、その結果、排気ガス加熱装置１００に温度むらが生じる。
一方、筐体の内部径は通常３０〜１５０ｍｍであり、ヒータの直径に対して筐体の内部径は比較的大きく、ヒータに近い位置と遠い位置で排気ガスのガス温度にむらが生じる虞がある。
そこで、第１の実施形態においては、シースヒータ１１０の単位消費電力に対する伝熱媒体１２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスＧを筐体１０１内で均一に加熱できるようになる（後述の実施例参照）。つまり、表面積ＳＷが大きくなるほど、Ｌ方向において、シースヒータ１１０に投入した電力によるシースヒータ１１０の発熱がより多くの伝熱媒体１２０に伝わり、筐体部１０１内の排気ガスＧを伝熱媒体１２０が均一に加熱し、筐体１０１内を通過する排気ガスＧの位置による温度むらが少なくなる（具体的には、筐体部１０１内の位置による排気ガスＧの温度差が５０℃未満となる）。
さらに、温度むらを抑制することで、シースヒータ（外管）１１０の表面温度が局所的に高くなり過ぎることを防止することが可能になり、シースヒータ（外管）１１０の腐食を抑制することができる。
【００２０】
一方、上記表面積ＳＷが0.7 cm2/W未満の場合、シースヒータ１１０からの発熱が伝熱媒体１２０に伝わる領域（表面積）が少なく、筐体部１０１内の排気ガスＧを伝熱媒体１２０が均一に加熱できず、ガスの位置による温度むらが生じる。
【００２１】
さらに、シースヒータ１１０の長手方向がＬ方向に沿うように配置させているので、シースヒータ１１０の単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置１００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、Ｌ方向におけるシースヒータ１１０と伝熱媒体１２０との接触面積を増やすことで、Ｌ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体１２０で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置１００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【００２２】
次に、図５、図６を参照し、本発明の第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置２００の構成について説明する。
図５において、排気ガス加熱装置２００は、細長い角筒状に形成されて排気ガスＧが出入する筐体部２０１と、筐体部２０１内に収容された複数本のシースヒータ２１０と、シースヒータ２１０の間に充填されるリボン状金属箔からなる伝熱媒体２２０と、を備えている。伝熱媒体２２０は、リボン状や線状のステンレス鋼やアルミニウムの箔を不定形に折り畳んで形成することができる。
ここで、筐体部２０１の一端（図５では上端）側の矩形開口には、この開口に合致するコネクタ（アタッチメント）１４ｘが接続され、コネクタ１４ｘは第１の実施形態と同様にディーゼルエンジン２の排気ポートに接続されている。又、筐体部２０１の他端（図５では下端）側の矩形開口には、この開口に合致するコネクタ１６ｘが接続され、コネクタ１６ｘは第１の実施形態と同様にＤＰＦ４に接続されている。そして、コネクタ１４ｘから筐体部２０１の上端開口に導入された排気ガスＧは、筐体部２０１の長手方向（一端開口から他端開口側へ向かう方向）Ｌに沿って流れ、筐体部２０１の下端開口を通ってコネクタ１６ｘから排出される。この方向Ｌは、筐体部２０１内の排気ガスＧの流れ方向となっている。
【００２３】
一方、各シースヒータ２１０は、筐体部１０１のＬ方向（排気ガスＧの流れ方向）と自身の長手方向が直交しつつ、筐体部１０１の方向Ｌに沿って離間して配置されている。
なお、本発明において、「排気ガス加熱装置」は、筐体部２０１、シースヒータ２１０、伝熱媒体２２０を含むが、筐体部２０１から着脱可能で排気ガスの流路上に配置される部材（本実施形態の場合はコネクタ１４ｘ、１６ｘ）を含まない。
【００２４】
図６は、筐体部２０１からコネクタ１４ｘ、１６ｘを取り外した状態を示す。Ｌ方向に沿い、各シースヒータ２１０と筐体部２０１との隙間にリボン状金属箔からなる伝熱媒体２２０が充填されている。
そして、第２の実施形態においては、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体２２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスＧを筐体２０１内で均一に加熱できるようになる（後述の実施例参照）。つまり、表面積ＳＷが大きくなるほど、Ｌ方向において、シースヒータ２１０に投入した電力によるシースヒータ２１０の発熱がより多くの伝熱媒体２２０に伝わり、筐体部２０１内の排気ガスＧを伝熱媒体２２０が均一に加熱し、筐体１０１内を通過する排気ガスＧの位置による温度むらが少なくなる（具体的には、筐体部２０１内の位置による排気ガスＧの温度差が５０℃未満となる）。
【００２５】
さらに、複数のシースヒータ２１０を筐体部２０１の流れ方向に沿って、離間するように配置しているので、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置２００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、Ｌ方向におけるシースヒータ２１０と伝熱媒体２２０との接触面積を増やすことで、Ｌ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体２２０で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置２００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【００２６】
なお、第２の実施形態では、各シースヒータ２１０の長手方向の長さが筐体部２０１のＬ方向に垂直な方向の長さより長く、各シースヒータ２１０の外管（鞘管）２１１が筐体部２０１のＬ方向に沿う両壁面を貫通している。このため、第１の実施形態と同様、シースヒータ２１０の外管２１１の両端から延びる中軸２１３が筐体部２０１の外部に位置し、中軸２１３に発熱コイルの端部が通っている。
従って、この中軸２１３を通るコイルの端部を配線２１９で接続することにより、各シースヒータ２１０を直列に接続し易く、排気ガス加熱装置１００に供給される電源電圧にシースヒータ２１０の抵抗を合わせやすい。
又、シースヒータ２１０の外管２１１の両端を筐体部２０１で支持することにより、筐体部２０１でシースヒータ２１０の一端のみを片持ちで支持する場合に比べ、シースヒータ２１０を確実に支持することができ、シースヒータ２１０の脱落等を回避できる。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、筐体部の周囲を断熱材で覆ってもよい。
【実施例】
【００２８】
第１の実施形態及び第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００、２００（それぞれ図１、図５に示す）を作製し、実施例１〜３とした。実施例１〜３の各排気ガス加熱装置１００、２００のＬ方向の筐体部長さをいずれも２００ｍｍとした。なお、実施例１〜３では、Ｌ方向の筐体部長さが、シースヒータで加熱する部分の長さ（加熱長さ）となる。
比較例１として、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、シースヒータ２１０を方向Ｌに１本のみ配置（筐体部の断面に平行に２本配置）し、シースヒータ２１０の隙間にリボン状の金属箔（伝熱媒体）を密に充填したものを用意した。
比較例２として、比較例１において伝熱媒体充填しなかったものを用意した。この比較例２の排気ガス加熱装置は、特許文献１の装置に相当する。なお、比較例１、２では、外枠長さが３０ｍｍであり、これがシースヒータで加熱する部分の長さ（加熱長さ）となる。
比較例３として、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、伝熱媒体を充填しなかったものを用意した。
なお、シースヒータは実施例１〜３、比較例１〜３共に直径５ｍｍのものを使用した。
【００２９】
得られた各排気ガス加熱装置について、シースヒータに通電し、流速１０００Ｌ／ｍｉｎにしてガスを流した状態で、図７に示す筐体部の出側断面の各位置a〜eの雰囲気温度を熱電対で測定した。そして、それぞれ｜a-b｜,｜a-c｜,｜a-d｜,｜a-e｜で表される２箇所の位置の温度差の絶対値を測定し、これら絶対値の平均をΔＴ（℃）とした。ΔＴが50℃未満であれば、加熱むらが無く均一に加熱できるとし、評価を○（良好）とした。
次に、筐体部の入側開口に市販のドライヤを配置し、筐体部の入側の風速Ｗｉ及び出側開口の風速Ｗｏを風速計（ＴＥＳＴＯ製、型式４０５−ＶＩ）にて測定した。Ｗｏ/Ｗｉが0.7以上であれば圧力損失が小さく、評価を○（良好）とした。
得られた結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１から明らかなように、実施例１〜実施例３（つまり第１の実施形態及び第２の実施形態）場合、排気ガスの加熱むらが無くガスを均一に加熱できると共に、圧力損失が少なく、総合評価が良好であった。
一方、シースヒータを方向Ｌに１本のみ配置した比較例１の場合、方向Ｌの加熱長さが短い分、シースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすため、第１及び第２の実施形態に比べて伝熱媒体を密に充填することになり、その結果、加熱むらは無かったものの、圧力損失が0.7を超えて大きくなった。
又、シースヒータを方向Ｌに１本のみ配置し、さらに伝熱媒体を充填しなかった比較例２や、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、伝熱媒体を充填しなかった比較例３の場合、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体２２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W未満となり、加熱むらが生じた。
【符号の説明】
【００３２】
２ 内燃機関（ディーゼルエンジン）
４ 排気ガス浄化装置（ＤＰＦ）
１００、２００ 排気ガス加熱装置
１０１、２０１ 筐体部
１１０、２１０ シースヒータ
１２０、２２０ 伝熱媒体
Ｌ 筐体部内の排気ガスの流れ方向
Ｇ 排気ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを加熱する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気ガスを再燃焼させて排気ガス中のカーボンを除去するため、排気ガスをシースヒータで加熱する装置が開発されている（特許文献１）。この装置は、セラミック製のハニカムフィルタの上流側に、排気路の外周から中心に向かって複数本の棒状のシースヒータを突き出させた構成となっている。
又、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質(パティキュレート・マター、以下、適宜「ＰＭ」という)を捕集、浄化する技術として、ディーゼルパティキュレートフィルタ（粒子状物質捕集装置（Diesel particulate filter）；以下、適宜「ＤＰＦ」という）が知られている。このＤＰＦはセラミックやステンレス鋼等から製造され、ハニカム構造等によってＰＭを捕集しているが、ＰＭが堆積し過ぎると目詰まりを起こし、圧力損失を生じる。このため、ＤＰＦの前段に酸化触媒を配置して排気ガス中のＮＯｘをＮＯ２にし、ＮＯ２によりＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼させる、いわゆる連続再生方式が用いられている。そして、ＤＰＦ内で上記触媒反応を生じさせるためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があることから、ＤＰＦに導入される排気ガスには加熱装置が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭64-006315号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１記載の加熱装置の場合、棒状のシースヒータで排気ガスを直接加熱しているために排気ガスが局所的に加熱され、ヒータに近い位置と遠い位置で排気ガスのガス温度にむらが生じ、昇温が十分でない排気ガスが生じる。その上、この加熱装置の場合、排気ガスの流れ方向に沿ってみたときには１つのシースヒータしか配置されていないため、当該流れ方向に排気ガスとシースヒータとの接触面積が小さく、ガス温度にむらが生じた排気ガスがそのままＤＰＦ内に導入される（つまり、昇温が十分でない排気ガスがそのままＤＰＦ内に導入される）ため、ＤＰＦ内で上記触媒反応を安定して生じさせ難いという問題がある。そこで、特許文献１の加熱装置のシースヒータ間の隙間を埋める（充填する）ように伝熱媒体を配置することが考えられる。これにより、ヒータに近い箇所と遠い箇所でのガス温度のむらを抑制することができる。しかしながら、伝熱媒体で隙間を密に埋めてしまうため、加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となり、ディーゼルエンジンの運転を妨げてしまう虞がある。
そこで、本発明は、ＤＰＦ等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを均一に加熱して温度むらを抑制すると共に、圧力損失が過大とならずディーゼルエンジン等の内燃機関の運転に支障を与えない排気ガス加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の排気ガス加熱装置は、内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向に自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータと、前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
このような排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスを筐体内で均一に加熱できるようになる。つまり、表面積が大きくなるほど、シースヒータに投入した電力によるシースヒータの発熱がより多くの伝熱媒体に伝わり、筐体部内の排気ガスを伝熱媒体が均一に加熱し、筐体内を通過する排気ガスの位置による温度むらが少なくなる。
特に、ＤＰＦ内で酸化触媒反応を生じさせてＤＰＦの連続再生を行うためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があるが、ＤＰＦに導入される排気ガスの温度差が５０℃を超えると、上記昇温範囲内に排気ガス温度を管理することができず、上記触媒反応を安定して生じさせることが困難となる。その点、本発明のように伝熱媒体の表面積を0.7 cm2/W以上とすることで、筐体部内の位置による排気ガスの温度差が５０℃未満となるので、上記した不具合を解消することができる。
そのうえ、本発明の排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの長手方向が排気ガスの流れ方向に沿うように配置している。これにより、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、排気ガスの流れ方向におけるシースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすことで、流れ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【０００６】
又、本発明の排気ガス加熱装置は、内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、前記排気ガスが出入する筐体部と、前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向と自身の長手方向が交差して配置される複数のシースヒータであって、該筐体内の該流れ方向に沿って離間して配置される複数のシースヒータと、前記シースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である。
このような排気ガス加熱装置によれば、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスを筐体内で均一に加熱できるようになる。つまり、表面積が大きくなるほど、シースヒータに投入した電力によるシースヒータの発熱がより多くの伝熱媒体に伝わり、筐体部内の排気ガスを伝熱媒体が均一に加熱し、筐体内を通過する排気ガスの位置による温度むらが少なくなる。
特に、ＤＰＦ内で酸化触媒反応を生じさせてＤＰＦの連続再生を行うためには、排気ガス温度を250〜300℃程度に昇温する必要があるが、ＤＰＦに導入される排気ガスの温度差が５０℃を超えると、上記昇温範囲内に排気ガス温度を管理することができず、上記触媒反応を安定して生じさせることが困難となる。その点、本発明のように伝熱媒体の表面積を0.7 cm2/W以上とすることで、筐体部内の位置による排気ガスの温度差が５０℃未満となるので、上記した不具合を解消することができる。
そのうえ、本発明の排気ガス加熱装置によれば、複数のシースヒータを筐体部の流れ方向に沿って、離間するように配置している。これにより、シースヒータの単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、排気ガスの流れ方向におけるシースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすことで、流れ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【０００７】
本発明の排気ガス加熱装置において、前記伝熱媒体は、リボン状の金属箔又はハニカム状の金属からなることが好ましい。
このような排気ガス加熱装置によれば、伝熱媒体と排気ガスとの接触面積が増え、排気ガスをより均一に加熱することができる。
【０００８】
本発明の排気ガス加熱装置において、前記筐体部の周囲を覆う断熱材をさらに備えてもよい。
このような排気ガス加熱装置によれば、筐体部から外部に熱が奪われ難く、排気ガスをより均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ＤＰＦ等の排気ガス浄化装置に導入される排気ガスを均一に加熱して温度むらを抑制すると共に、圧力損失が過大とならずディーゼルエンジン等の内燃機関の運転に支障を与えない排気ガス加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置を取り付けたエンジンの排気系統の断面図である。
【図２】排気ガス加熱装置の透視斜視図である。
【図３】排気ガスの流れ方向に沿う排気ガス加熱装置の断面図である。
【図４】シースヒータの断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置の透視斜視図である。
【図６】筐体部からコネクタを取り外した状態を示す図である。
【図７】ガスの温度むらを測定する際の、筐体部の出側断面の各位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００を取り付けたエンジンの排気系統の断面図を示す。エンジンの排気系統は、内燃機関であるディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン２の排気ポートに接続された第１排気管１２と、コネクタ（アタッチメント）１４を介して第１排気管１２に接続される排気ガス加熱装置１００と、コネクタ１６を介して排気ガス加熱装置１００の下流に接続される第２排気管１８と、第２排気管１８に接続されるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ４）と、ＤＰＦ４の下流に接続される最終排気管２０とを備える。最終排気管２０の下流には図示しない消音装置等が接続されている。
なお、排気ガス加熱装置１００の一端の側方にはコネクタ１４に接続される排気ガス導入ポート１０２が突出し、排気ガス加熱装置１００の他端の側方にはコネクタ１６に接続される排気ガス排出ポート１０４が突出している。そして、排気ガスＧは排気ガス導入ポート１４から排気ガス加熱装置１００内に導入されて加熱された後、排気ガス排出ポート１６から排出されるようになっている。
【００１２】
ＤＰＦ４はハニカム構造の筒状セラミックからなり、ディーゼルエンジン２の排気ポートから排出されたＰＭを含む排気ガスＧはＤＰＦ４の上流側に流れ、このとき煤状のＰＭがＤＰＦ４に捕集され、浄化された排気ガスＧがＤＰＦ４の下流から最終排気管２０を通って外部に排出される。
又、第１排気管１２内には、排気ガスＧ中のＮＯｘをＮＯ２にする酸化触媒反応を生じさせるための尿素水を噴射するノズル１０が配置されている。
【００１３】
次に、図２〜図４を参照し、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００の構成について説明する。なお、図２は排気ガス加熱装置１００の透視斜視図であり、図３は排気ガスＧの流れ方向に沿う排気ガス加熱装置１００の断面図であり、図４は排気ガス加熱装置１００が有するシースヒータの断面図である。
【００１４】
図２において、排気ガス加熱装置１００は、細長い箱状に形成されて排気ガスＧが出入する筐体部１０１と、筐体部１０１の一端（図２では上端）から側方に突出する角筒状の排気ガス導入ポート１０２と、筐体部１０１の他端（図２では下端）から側方に突出する角筒状の排気ガス排出ポート１０４と、筐体部１０１内に収容された複数本のシースヒータ１１０と、シースヒータ１１０の間に充填される金属製ハニカム構造の伝熱媒体１２０と、を備えている。
筐体部１０１は、例えばステンレス鋼板を加工した金属からなり、シースヒータ１１０は後述する金属製の外管を有している。又、伝熱媒体１２０もステンレス鋼板やアルミニウム板をハニカム状に加工して形成することができる。伝熱媒体１２０をシースヒータ１１０（の外管）に溶接やロウ付けして接合すると、シースヒータ１１０から伝熱媒体１２０へ熱が伝わり易くなるので好ましい。
【００１５】
ここで、排気ガス導入ポート１０２から筐体部１０１の上端側方に導入された排気ガスＧは、筐体部１０１の長手方向（一端から他端側へ向かう方向）Ｌに沿って流れ、筐体部１０１の下端側方を通って排気ガス排出ポート１０４から排出される。各シースヒータ１１０は、筐体部１０１のＬ方向（排気ガスＧの流れ方向）に自身の長手方向が沿うように配置され、かつＬ方向に直行する方向にそれぞれ離間している（図３参照）。
なお、本発明において、「排気ガス加熱装置」は、筐体部１０１、シースヒータ１１０、伝熱媒体１２０、及び筐体部１０１に一体に接続された部材（本実施形態の場合は排気ガス導入ポート１０２及び排気ガス排出ポート１０４）を含むが、筐体部１０１から着脱可能で排気ガスＧの流路上に配置される部材（本実施形態の場合はコネクタ１４、１６）を含まない。
【００１６】
断面図３に示すように、複数本のシースヒータ１１０はＬ方向に自身の長手方向を沿わせ、かつＬ方向に直交する方向に互いのシースヒータ１１０が離間しつつ、筐体部１０１内に並んでいる。そして、各シースヒータ１１０の長手方向の中央部にハニカム構造の伝熱媒体１２０が配置されている。
【００１７】
なお、この実施形態では、各シースヒータ１１０の長手方向の長さが筐体部１０１のＬ方向の長さより長く、各シースヒータ１１０の外管（鞘管）１１１が筐体部１０１のＬ方向に垂直な両壁面を貫通している。このため、シースヒータ１１０の外管１１１の両端から延びる中軸１１３が筐体部１０１の外部に位置し、中軸１１３に発熱コイルの端部が通っている。
従って、この中軸１１３を通るコイルの端部を配線１１９で接続することにより、各シースヒータ１１０を直列に接続し易く、排気ガス加熱装置１００に供給される電源電圧にシースヒータ１１０の抵抗を合わせやすいという利点がある。特に、室外据え置き型のディーゼルエンジンに排気ガス加熱装置１００を取り付ける場合、屋外電源の電圧は高いことが多く、各シースヒータ１１０を適宜直列に接続することで、個々のシースヒータ１１０に過大な電圧が負荷されることを防止できる。
又、シースヒータ１１０の外管１１１の両端を筐体部１０１で支持することにより、筐体部１０１でシースヒータ１１０の一端のみを片持ちで支持する場合に比べ、シースヒータ１１０を確実に支持することができ、シースヒータ１１０の脱落等を回避できる。
【００１８】
なお、断面図４に示すように、シースヒータ１１０は、金属製筒状の外管（鞘管）１１１と、外管１１１内に収容されるアルミナ管１１４と、中軸１１３と、アルミナ管１１４に巻回される発熱コイル（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ線）１１７及び制御コイル１１８と、無機絶縁体（ＭｇＯ粉末）１１６と、シール部材（ゴムパッキン）１１５とを備える。
外管（鞘管）１１１は、例えばインコネル等の耐熱金属から形成することができる。中軸１１３はアルミナ管１１４の両端に同軸に接続され、例えばクロム-モリブデン鋼等の金属（合金）から形成することができる。発熱コイル１１７はアルミナ管１１４の長手方向中央部に巻回され、制御コイル１１８は発熱コイル１１７の両端にそれぞれ接続されて発熱コイル１１７への負荷電圧を調整して発熱量を制御する。無機絶縁体１１６は、外管１１１とアルミナ管１１４（及び中軸１１３）との隙間に充填され、シール部材１１５は、外管１１１の両端部で外管１１１と中軸１１３との隙間をシールする。
発熱コイル１１７の両端にそれぞれ接続された制御コイル１１８の端部はリード部となっていて、このリード部は中軸１１３内を通ってシースヒータ１１０の外部に引き出されている。
【００１９】
本発明において、シースヒータの直径は通常２〜１５ｍｍである。シースヒータの直径が１５ｍｍを越えると、発熱コイル１１７の巻き径が大きくなり、その結果、シースヒータの抵抗が大きくなるため、電力を一定と考えると、シースヒータの本数を減らすこととなり、その結果、排気ガス加熱装置１００に温度むらが生じる。
一方、筐体の内部径は通常３０〜１５０ｍｍであり、ヒータの直径に対して筐体の内部径は比較的大きく、ヒータに近い位置と遠い位置で排気ガスのガス温度にむらが生じる虞がある。
そこで、第１の実施形態においては、シースヒータ１１０の単位消費電力に対する伝熱媒体１２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスＧを筐体１０１内で均一に加熱できるようになる（後述の実施例参照）。つまり、表面積ＳＷが大きくなるほど、Ｌ方向において、シースヒータ１１０に投入した電力によるシースヒータ１１０の発熱がより多くの伝熱媒体１２０に伝わり、筐体部１０１内の排気ガスＧを伝熱媒体１２０が均一に加熱し、筐体１０１内を通過する排気ガスＧの位置による温度むらが少なくなる（具体的には、筐体部１０１内の位置による排気ガスＧの温度差が５０℃未満となる）。
さらに、温度むらを抑制することで、シースヒータ（外管）１１０の表面温度が局所的に高くなり過ぎることを防止することが可能になり、シースヒータ（外管）１１０の腐食を抑制することができる。
【００２０】
一方、上記表面積ＳＷが0.7 cm2/W未満の場合、シースヒータ１１０からの発熱が伝熱媒体１２０に伝わる領域（表面積）が少なく、筐体部１０１内の排気ガスＧを伝熱媒体１２０が均一に加熱できず、ガスの位置による温度むらが生じる。
【００２１】
さらに、シースヒータ１１０の長手方向がＬ方向に沿うように配置させているので、シースヒータ１１０の単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置１００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、Ｌ方向におけるシースヒータ１１０と伝熱媒体１２０との接触面積を増やすことで、Ｌ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体１２０で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置１００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【００２２】
次に、図５、図６を参照し、本発明の第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置２００の構成について説明する。
図５において、排気ガス加熱装置２００は、細長い角筒状に形成されて排気ガスＧが出入する筐体部２０１と、筐体部２０１内に収容された複数本のシースヒータ２１０と、シースヒータ２１０の間に充填されるリボン状金属箔からなる伝熱媒体２２０と、を備えている。伝熱媒体２２０は、リボン状や線状のステンレス鋼やアルミニウムの箔を不定形に折り畳んで形成することができる。
ここで、筐体部２０１の一端（図５では上端）側の矩形開口には、この開口に合致するコネクタ（アタッチメント）１４ｘが接続され、コネクタ１４ｘは第１の実施形態と同様にディーゼルエンジン２の排気ポートに接続されている。又、筐体部２０１の他端（図５では下端）側の矩形開口には、この開口に合致するコネクタ１６ｘが接続され、コネクタ１６ｘは第１の実施形態と同様にＤＰＦ４に接続されている。そして、コネクタ１４ｘから筐体部２０１の上端開口に導入された排気ガスＧは、筐体部２０１の長手方向（一端開口から他端開口側へ向かう方向）Ｌに沿って流れ、筐体部２０１の下端開口を通ってコネクタ１６ｘから排出される。この方向Ｌは、筐体部２０１内の排気ガスＧの流れ方向となっている。
【００２３】
一方、各シースヒータ２１０は、筐体部１０１のＬ方向（排気ガスＧの流れ方向）と自身の長手方向が直交しつつ、筐体部１０１の方向Ｌに沿って離間して配置されている。
なお、本発明において、「排気ガス加熱装置」は、筐体部２０１、シースヒータ２１０、伝熱媒体２２０を含むが、筐体部２０１から着脱可能で排気ガスの流路上に配置される部材（本実施形態の場合はコネクタ１４ｘ、１６ｘ）を含まない。
【００２４】
図６は、筐体部２０１からコネクタ１４ｘ、１６ｘを取り外した状態を示す。Ｌ方向に沿い、各シースヒータ２１０と筐体部２０１との隙間にリボン状金属箔からなる伝熱媒体２２０が充填されている。
そして、第２の実施形態においては、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体２２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上とすることで、排気ガスＧを筐体２０１内で均一に加熱できるようになる（後述の実施例参照）。つまり、表面積ＳＷが大きくなるほど、Ｌ方向において、シースヒータ２１０に投入した電力によるシースヒータ２１０の発熱がより多くの伝熱媒体２２０に伝わり、筐体部２０１内の排気ガスＧを伝熱媒体２２０が均一に加熱し、筐体１０１内を通過する排気ガスＧの位置による温度むらが少なくなる（具体的には、筐体部２０１内の位置による排気ガスＧの温度差が５０℃未満となる）。
【００２５】
さらに、複数のシースヒータ２１０を筐体部２０１の流れ方向に沿って、離間するように配置しているので、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体の表面積が0.7 cm2/W以上となることを維持しつつ、排気ガス加熱装置２００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。つまり、Ｌ方向におけるシースヒータ２１０と伝熱媒体２２０との接触面積を増やすことで、Ｌ方向における１箇所の隙間を伝熱媒体２２０で粗に埋めることができ、排気ガス加熱装置２００内の通気抵抗（圧力損失）が過大となることを抑制できる。
【００２６】
なお、第２の実施形態では、各シースヒータ２１０の長手方向の長さが筐体部２０１のＬ方向に垂直な方向の長さより長く、各シースヒータ２１０の外管（鞘管）２１１が筐体部２０１のＬ方向に沿う両壁面を貫通している。このため、第１の実施形態と同様、シースヒータ２１０の外管２１１の両端から延びる中軸２１３が筐体部２０１の外部に位置し、中軸２１３に発熱コイルの端部が通っている。
従って、この中軸２１３を通るコイルの端部を配線２１９で接続することにより、各シースヒータ２１０を直列に接続し易く、排気ガス加熱装置１００に供給される電源電圧にシースヒータ２１０の抵抗を合わせやすい。
又、シースヒータ２１０の外管２１１の両端を筐体部２０１で支持することにより、筐体部２０１でシースヒータ２１０の一端のみを片持ちで支持する場合に比べ、シースヒータ２１０を確実に支持することができ、シースヒータ２１０の脱落等を回避できる。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、筐体部の周囲を断熱材で覆ってもよい。
【実施例】
【００２８】
第１の実施形態及び第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置１００、２００（それぞれ図１、図５に示す）を作製し、実施例１〜３とした。実施例１〜３の各排気ガス加熱装置１００、２００のＬ方向の筐体部長さをいずれも２００ｍｍとした。なお、実施例１〜３では、Ｌ方向の筐体部長さが、シースヒータで加熱する部分の長さ（加熱長さ）となる。
比較例１として、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、シースヒータ２１０を方向Ｌに１本のみ配置（筐体部の断面に平行に２本配置）し、シースヒータ２１０の隙間にリボン状の金属箔（伝熱媒体）を密に充填したものを用意した。
比較例２として、比較例１において伝熱媒体充填しなかったものを用意した。この比較例２の排気ガス加熱装置は、特許文献１の装置に相当する。なお、比較例１、２では、外枠長さが３０ｍｍであり、これがシースヒータで加熱する部分の長さ（加熱長さ）となる。
比較例３として、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、伝熱媒体を充填しなかったものを用意した。
なお、シースヒータは実施例１〜３、比較例１〜３共に直径５ｍｍのものを使用した。
【００２９】
得られた各排気ガス加熱装置について、シースヒータに通電し、流速１０００Ｌ／ｍｉｎにしてガスを流した状態で、図７に示す筐体部の出側断面の各位置a〜eの雰囲気温度を熱電対で測定した。そして、それぞれ｜a-b｜,｜a-c｜,｜a-d｜,｜a-e｜で表される２箇所の位置の温度差の絶対値を測定し、これら絶対値の平均をΔＴ（℃）とした。ΔＴが50℃未満であれば、加熱むらが無く均一に加熱できるとし、評価を○（良好）とした。
次に、筐体部の入側開口に市販のドライヤを配置し、筐体部の入側の風速Ｗｉ及び出側開口の風速Ｗｏを風速計（ＴＥＳＴＯ製、型式４０５−ＶＩ）にて測定した。Ｗｏ/Ｗｉが0.7以上であれば圧力損失が小さく、評価を○（良好）とした。
得られた結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１から明らかなように、実施例１〜実施例３（つまり第１の実施形態及び第２の実施形態）場合、排気ガスの加熱むらが無くガスを均一に加熱できると共に、圧力損失が少なく、総合評価が良好であった。
一方、シースヒータを方向Ｌに１本のみ配置した比較例１の場合、方向Ｌの加熱長さが短い分、シースヒータと伝熱媒体との接触面積を増やすため、第１及び第２の実施形態に比べて伝熱媒体を密に充填することになり、その結果、加熱むらは無かったものの、圧力損失が0.7を超えて大きくなった。
又、シースヒータを方向Ｌに１本のみ配置し、さらに伝熱媒体を充填しなかった比較例２や、第２の実施形態に係る排気ガス加熱装置において、伝熱媒体を充填しなかった比較例３の場合、シースヒータ２１０の単位消費電力に対する伝熱媒体２２０の表面積ＳＷが0.7 cm2/W未満となり、加熱むらが生じた。
【符号の説明】
【００３２】
２ 内燃機関（ディーゼルエンジン）
４ 排気ガス浄化装置（ＤＰＦ）
１００、２００ 排気ガス加熱装置
１０１、２０１ 筐体部
１１０、２１０ シースヒータ
１２０、２２０ 伝熱媒体
Ｌ 筐体部内の排気ガスの流れ方向
Ｇ 排気ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、
前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向に自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータと、
前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、
前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である排気ガス加熱装置。
【請求項２】
内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、
前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向と自身の長手方向が交差して配置される複数のシースヒータであって、該筐体部の該流れ方向に沿って、離間して配置される複数のシースヒータと、
前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、
前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である排気ガス加熱装置。
【請求項３】
前記伝熱媒体は、リボン状の金属箔又はハニカム状の金属からなる請求項１又は２に記載の排気ガス加熱装置。
【請求項４】
前記筐体部の周囲を覆う断熱材をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガス加熱装置。
【請求項１】
内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、
前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向に自身の長手方向が沿うように配置される複数のシースヒータと、
前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、
前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である排気ガス加熱装置。
【請求項２】
内燃機関と排気ガス浄化装置との間の排気ガスの流路上に配置され、
前記排気ガスが出入する筐体部と、
前記筐体部内に収容され、かつ該筐体部内の前記排気ガスの流れ方向と自身の長手方向が交差して配置される複数のシースヒータであって、該筐体部の該流れ方向に沿って、離間して配置される複数のシースヒータと、
前記複数のシースヒータの間に充填される金属製の伝熱媒体と、を備えた排気ガス加熱装置において、
前記シースヒータの単位消費電力に対する前記伝熱媒体の表面積ＳＷが0.7 cm2/W以上である排気ガス加熱装置。
【請求項３】
前記伝熱媒体は、リボン状の金属箔又はハニカム状の金属からなる請求項１又は２に記載の排気ガス加熱装置。
【請求項４】
前記筐体部の周囲を覆う断熱材をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガス加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２２３５３（Ｐ２０１２−１２２３５３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１６０９（Ｐ２０１０−２７１６０９）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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