特開 2019-157670 加熱ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-157670(P2019-157670A)

(43)【公開日】2019年9月19日

(54)【発明の名称】加熱ユニット

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20190823BHJP

   H05B 3/03 20060101ALI20190823BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 KZHV

   F01N3/20 HZAB

   H05B3/03

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-41955(P2018-41955)

(22)【出願日】2018年3月8日

(71)【出願人】

【識別番号】000006644

【氏名又は名称】日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100160886

【弁理士】

【氏名又は名称】久松 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】大水 昌文

(72)【発明者】

【氏名】雷 哲

【テーマコード（参考）】

3G091

3K092

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA14

3G091AA17

3G091AA18

3G091BA03

3G091BA39

3G091CA04

3G091GA02

3G091GA08

3G091GA09

3G091GA10

3G091GB01X

3G091HA08

3G091HA31

3G091HA32

3G091HA45

3G091HA47

3K092PP20

3K092QA08

3K092QC01

3K092QC70

3K092VV01

(57)【要約】

【課題】個々の電気加熱式発熱体が設計上の電気抵抗値を満足しない場合であっても、加熱ユニットの目標電気抵抗値を満足させることを目的とする。
【解決手段】 流体の流動経路上に配置される一対の電気加熱式発熱体が電気的に接続された加熱ユニットにおいて、前記一対の電気加熱式発熱体は、前記流体の流動方向である所定方向に延びる第１中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第１電気加熱式発熱体と、前記所定方向に延びる第２中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第２電気加熱式発熱体と、により構成されており、
前記第１中心電極及び前記第２中心電極は、前記第１電気加熱式発熱体及び前記第２電気加熱式発熱体よりも電気抵抗値が低い抵抗体によって電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流動経路上に配置される一対の電気加熱式発熱体が電気的に接続された加熱ユニットにおいて、
前記一対の電気加熱式発熱体は、前記流体の流動方向である所定方向に延びる第１中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第１電気加熱式発熱体と、前記所定方向に延びる第２中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第２電気加熱式発熱体と、により構成されており、
前記第１中心電極及び前記第２中心電極は、前記第１電気加熱式発熱体及び前記第２電気加熱式発熱体よりも電気抵抗値が低い抵抗体によって電気的に接続されていることを特徴とする加熱ユニット。

【請求項2】

前記抵抗体は、前記所定方向に延びる抵抗体中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。

【請求項3】

前記抵抗体における前記波箔の波高さは、前記第１電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さ及び前記第２電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の加熱ユニット。

【請求項4】

前記第１中心電極及び前記第２中心電極の外径をＨ１、前記抵抗体の外径をＨ２としたときに、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２又は３に記載の加熱ユニット。
Ｈ２≦１．２Ｈ１・・・・・・・・・・・・・・・（１）

【請求項5】

前記抵抗体の前記波箔における最外周部には、前記所定方向に管状に延びる延出部が設けられており、前記延出部は前記第２中心電極の径方向における外面に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の加熱ユニット。

【請求項6】

前記第１電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記第２電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記抵抗体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、
前記第１加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、電源の第１端子に接続するための第１接続部が設けられており、
前記第２加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、前記第１端子とは極性が異なる前記電源の第２端子に接続するための第２接続部が設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【請求項7】

前記第１中心電極と前記抵抗体との間には、第１絶縁板が介在しており、
前記抵抗体と前記第２中心電極との間には、第２絶縁板が介在しており、
前記抵抗体中心電極は、前記第１絶縁板に形成された貫通孔部を貫通して、前記第１中心電極の端部に形成された嵌合開口部に嵌合していることを特徴とする請求項２乃至６のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【請求項8】

前記第１中心電極及び前記第２中心電極は、絶縁性の棒状部材により連結されており、
前記棒状部材に捲き回された線状又は帯状の導電部材における一端が前記第１中心電極に接続され、前記導電部材における他端が前記第２中心電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱ユニット。

【請求項9】

前記第１中心電極、前記第２中心電極及び前記棒状部材の外径は、略同じであることを特徴とする請求項８に記載の加熱ユニット。

【請求項10】

前記第１電気加熱式発熱体及び前記第２電気加熱式発熱体は、排ガス浄化用の触媒を担持させるための触媒基材であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一対の電気加熱式発熱体が電気的に接続された加熱ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、排ガス浄化のために用いられる加熱ユニットとして、一対の電気加熱式発熱体を中心電極によって電気的に接続した電気加熱式触媒装置（ＥＨＣ）が知られている。この触媒装置に電流を流すと、電気加熱式発熱体の電気抵抗値に応じてハニカム体が発熱し、触媒が活性化される。特許文献１には、複数のメタル触媒担体のうち少なくとも一対の触媒担体が中心電極を介して互いに直列に接続された電気加熱式触媒装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−３２９０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、従来の電気加熱式触媒装置は、個々の電気加熱式発熱体の電気抵抗値が互いに等しいことを前提として設計されている。しかしながら、実際には、誤差により箔厚、箔幅、材料組成等が互いに異なるため、個々の電気加熱式発熱体における電気抵抗値にばらつきが生じ、結果的に触媒装置全体の電気抵抗値が所望の電気抵抗値を満足しない場合があった。電気加熱式発熱体は、径が比較的大きいため、誤差の累積により、実際の電気抵抗値が目標電気抵抗値から乖離し易い。

【0005】

箔厚、箔幅、材料組成等を厳密に制御できれば、同一抵抗値の電気加熱式発熱体を製造できるが、この方法では製造管理が煩雑となり、コストも増大する。

【0006】

そこで、本発明は、個々の電気加熱式発熱体が設計上の電気抵抗値を満足しない場合であっても、加熱ユニットの目標電気抵抗値を満足させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本願発明に係る加熱ユニットは、（１）流体の流動経路上に配置される一対の電気加熱式発熱体が電気的に接続された加熱ユニットにおいて、前記一対の電気加熱式発熱体は、前記流体の流動方向である所定方向に延びる第１中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第１電気加熱式発熱体と、前記所定方向に延びる第２中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなる第２電気加熱式発熱体と、により構成されており、前記第１中心電極及び前記第２中心電極は、前記第１電気加熱式発熱体及び前記第２電気加熱式発熱体よりも電気抵抗値が低い抵抗体によって電気的に接続されていることを特徴とする。

【0008】

（２）前記抵抗体は、前記所定方向に延びる抵抗体中心電極の周りに平箔と波箔とを積層した積層シートを巻き回してなることを特徴とする（１）に記載の加熱ユニット。

【0009】

（３）前記抵抗体における前記波箔の波高さは、前記第１電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さ及び前記第２電気加熱式発熱体における前記波箔の波高さよりも小さいことを特徴とする（２）に記載の加熱ユニット。

【0010】

（４）前記第１中心電極及び前記第２中心電極の外径をＨ１、前記抵抗体の外径をＨ２としたときに、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする（２）又は（３）に記載の加熱ユニット。
Ｈ２≦１．２Ｈ１・・・・・・・・・・・・・・・（１）

【0011】

（５）前記抵抗体の前記波箔における最外周部には、前記所定方向に管状に延びる延出部が設けられており、前記延出部は前記第２中心電極の径方向における外面に接続されていることを特徴とする（４）に記載の加熱ユニット。

【0012】

（６）前記第１電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、前記第２電気加熱式発熱体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、前記抵抗体に含まれる前記平箔及び前記波箔の間には絶縁層が介在しており、前記第１加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、電源の第１端子に接続するための第１接続部が設けられており、前記第２加熱式発熱体の前記波箔の最外周部には、前記第１端子とは極性が異なる前記電源の第２端子に接続するための第２接続部が設けられていることを特徴とする（２）乃至（５）のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【0013】

（７）前記第１中心電極と前記抵抗体との間には、第１絶縁板が介在しており、前記抵抗体と前記第２中心電極との間には、第２絶縁板が介在しており、前記抵抗体中心電極は、前記第１絶縁板に形成された貫通孔部を貫通して、前記第１中心電極の端部に形成された嵌合開口部に嵌合していることを特徴とする（２）乃至（６）のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【0014】

（８）前記第１中心電極及び前記第２中心電極は、絶縁性の棒状部材により連結されており、前記棒状部材に捲き回された線状又は帯状の導電部材における一端が前記第１中心電極に接続され、前記導電部材における他端が前記第２中心電極に接続されていることを特徴とする（１）に記載の加熱ユニット。

【0015】

（９）前記第１中心電極、前記第２中心電極及び前記棒状部材の外径は、略同じであることを特徴とする（８）に記載の加熱ユニット。

【0016】

（１０）前記第１電気加熱式発熱体及び前記第２電気加熱式発熱体は、排ガス浄化用の触媒を担持させるための触媒基材であることを特徴とする（１）乃至（９）のうちいずれか一つに記載の加熱ユニット。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、個々の電気加熱式発熱体が設計上の電気抵抗値を満足しない場合であっても、加熱ユニットの目標電気抵抗値を満足させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】加熱ユニットの概略断面図である。

【図2】第１触媒コンバータを軸方向から見た図である。

【図3】抵抗体を軸方向に見た図である。

【図4】図１の領域Ａを拡大した拡大図である。

【図5】図２の領域Ｂを拡大した拡大図である。

【図6】図３の領域Ｃを拡大した拡大図である。

【図7】変形例１の拡大図である。

【図8】変形例３の軸方向断面図である。

【図9】変形例８に係る波箔の拡大図であり、図５に対応している。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（第１実施形態）
図１は、加熱ユニットの概略断面図である。図１に示す白抜きの矢印は、排ガス（流体に相当する）の導通方向（加熱ユニットの軸方向）を示している。矢印の定義は、図４、７及び８においても同様である。図２は、第１触媒コンバータを軸方向から見た図である。本実施形態の加熱ユニット１は、排ガス浄化装置であり、車両の排ガス経路を形成する配管Ｘの内部に設置することができる。車両には、ガソリン自動車、ディーゼル自動車、ハイブリッド自動車が含まれる。

【0020】

加熱ユニット１は、第１触媒コンバータ２（第１電気加熱式発熱体に相当する）、第２触媒コンバータ３（第２電気加熱式発熱体に相当する）及び抵抗体５を含み、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３は抵抗体５を介して電気的及び機械的に接続されている。第１触媒コンバータ２は、平箔２１及び波箔２２を積層した積層シートを第１中心電極４１周りに巻き回すことにより構成されている。つまり、第１触媒コンバータ２は、軸方向に延びるガス流路を多数備えたハニカム構造により構成されている。波箔２２は、波の位相が変化しないストレート形状、軸方向に並ぶ波の位相が互いに異なるオフセット形状等により形成することができる。第１中心電極４１は、上述のハニカム構造体の軸方向における両端部から突出している。

【0021】

平箔２１及び波箔２２には、耐熱合金からなる金属箔を用いることができる。耐熱合金は特に限定しないが、例えば、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ系ステンレス鋼を用いることができる。

【0022】

平箔２１の両面には、絶縁層が形成されている。絶縁層は、例えば酸化被膜により形成することができる。この酸化被膜は、平箔２１を加熱することにより形成することができる。すなわち、平箔２１を加熱すると、平箔２１に含まれる金属由来の酸化被膜が平箔２１の表面に形成される。ただし、本発明はこれに限るものではなく、絶縁性材料を平箔２１の表面に塗布することにより、絶縁層を形成してもよい。平箔２１の両面に絶縁層を形成することにより、平箔２１及び波箔２２が短絡することを防止できる。なお、平箔２１及び波箔２２の間に絶縁シートを介在させたり、波箔２２の両面に絶縁層を形成することにより、絶縁処理を施してもよい。

【0023】

波箔２２の最外周部に位置する一端部２２ａ（第１接続部に相当する）は、第１触媒コンバータ２から延出しており、この一端部２２ａには図示しない電源の正極端子（第１端子に相当する）が電気的に接続されている。つまり、波箔２２の一端部２２ａは、加熱ユニット１の総プラス端子として機能する。電源には、車両走行用のバッテリや補機バッテリを用いることができる。波箔２２の最内周部に位置する他端部２２ｂは、第１中心電極４１に対して電気的及び機械的に接続されている。なお、これらの一端部２２ａ及び他端部２２ｂに絶縁処理が施されていないことは言うまでもない。

【0024】

平箔２１及び波箔２２には、触媒が担持されている。触媒は、ウォッシュコート液（γアルミナと添加剤及び貴金属触媒を成分とする溶液）が貯留された触媒浴に平箔２１及び波箔２２を浸漬させることにより、平箔２１及び波箔２２に担持させることができる。なお、第１触媒コンバータ２は、図示しない外筒の内部に収められていてもよい。この点については、第２触媒コンバータ３も同様である。

【0025】

上述の構成おいて、電源から第１触媒コンバータ２に向かって電力を供給すると、波箔２２に電流が流れ、第１触媒コンバータ２を発熱させることができる。これにより、平箔２１及び波箔２２に担持された触媒が活性化され、触媒による排ガス浄化作用を高めることができる。すなわち、各ガス流路に流入した排ガスが触媒に接触することにより、排ガスに含まれるＣＯガス、ＣＨガス、ＮＯ_Ｘガスが無害化される。

【0026】

第２触媒コンバータ３は、平箔及び波箔を積層した積層シートを第２中心電極４２周りに巻き回すことにより構成されている。すなわち、第２触媒コンバータ３は、第１触媒コンバータ２と概ね同一の構造により構成されている。「概ね」とは、平箔２１及び波箔２２の金属組成、箔幅、箔厚等にバラツキがあることを意味する。つまり、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３は、設計上の構造が同一である一方で、金属組成、箔幅、箔厚等にバラツキ（誤差）があるため、少なくとも一方の電気抵抗値が所望の電気抵抗値から乖離する場合がある。そのため、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３だけを直列に接続しても、設計上の電気抵抗値が得られない場合がある。そこで、本実施形態では、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３の間に抵抗体５を介在させることにより、加熱ユニット１の抵抗値を調整している。

【0027】

第２触媒コンバータ３の波箔の最外周部には、軸方向に延びる不図示の延出端部（第２接続部に相当する）が設けられており、この延出端部には前記電源の負極端子（第２端子に相当する）が電気的に接続されている。つまり、第２触媒コンバータ３の波箔の前記延出端部は、加熱ユニット１の総マイナス端子として機能する。

【0028】

次に、図１乃至６を参照しながら、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３の間に設けられる抵抗体５について詳細に説明する。図３は、抵抗体を軸方向から見た図である。図４は、図１において破線で示した領域Ａの拡大図である。図５は、図２において破線で示した領域Ｂの拡大図である。図６は、図３において破線で示した領域Ｃの拡大図である。

【0029】

抵抗体５は、平箔２１´及び波箔２２´を積層した積層シートを、軸方向に延びる抵抗体中心電極５２の周りに巻き回すことで構成されている。ここで、抵抗体５のうち抵抗体中心電極５２以外の部分（つまり、捲回体の部分）をハニカム状抵抗体５１と称するものとする。抵抗体５は、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３よりも小径に形成されており、電気抵抗値が第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３のよりも小さくなっている。平箔２１´及び波箔２２´には、耐熱合金からなる金属箔を用いることができる。耐熱合金については、上述したから説明を繰り返さない。

【0030】

平箔２１´の両面には、絶縁層が形成されている。絶縁層は、例えば酸化被膜により形成することができる。酸化被膜の形成方法は、上述したから説明を繰り返さない。平箔２１´の両面に絶縁層を形成することにより、平箔２１´及び波箔２２´が電気的に短絡することを防止できる。ただし、平箔２１´及び波箔２２´の間に絶縁シートを介在させたり、波箔２２´の両面に絶縁層を形成することにより、絶縁処理を施してもよい。なお、平箔２１´及び波箔２２´には、触媒が担持されていない。

【0031】

抵抗体中心電極５２は、ハニカム状抵抗体５１よりも長尺に形成されており、一端がハニカム状抵抗体５１から突出し、他端がハニカム状抵抗体５１の軸方向端部と面一になっている。ハニカム状抵抗体５１と第１中心電極４１との間には、第１絶縁リング６１（第１絶縁板に相当する）が配置されている。これにより、第１触媒コンバータ２からハニカム状抵抗体５１に直接電流が流れることを防止できる。第１絶縁リング６１には、セラミックスを用いることができる。

【0032】

抵抗体中心電極５２の前記突出部は、第１絶縁リング６１の貫通穴部を貫通して、第１中心電極４１の端部に形成された嵌合開口部４１ａに嵌合されている。これにより、第１中心電極４１及び抵抗体中心電極５２を電気的及び機械的に接続することができる。第１中心電極４１の端部に形成された嵌合開口部４１ａに対して抵抗体中心電極５２を嵌合するだけで、第１触媒コンバータ２及び抵抗体５を電気的に接続できるため、接続時の位置決めが容易となり、配線の引き回し作業などを省略することができる。

【0033】

抵抗体中心電極５２には、波箔２２´の最内周部が電気的及び機械的に接続されている。これにより、第１触媒コンバータ２から出力される電流を、抵抗体中心電極５２を介して波箔２２´に流すことができる。

【0034】

ここで、第１中心電極４１及び第２中心電極４２の外径をＨ１、抵抗体５の外径をＨ２としたときに、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
Ｈ２≦１．２Ｈ１・・・・・・・・・・・・（１）
抵抗体５の外径Ｈ２が第１中心電極４１（第２中心電極４２）の外径Ｈ１の１．２倍を超過すると、軸方向視において、抵抗体５が第１中心電極４１（第２中心電極４２）の外周面から大きく張り出すため、排ガスの流れが妨げられ、圧力損失が増大する。抵抗体５の外径Ｈ２を第１中心電極４１（第２中心電極４２）の外径Ｈ１の１．２倍以下に設定しておければ、圧力損失が過度に増大することを抑制できる。

【0035】

波箔２２´の最外周部には、管状の延出部２２１が軸方向に延びて形成されている。すなわち、延出部２２１は、抵抗体中心電極５２の径方向において第２中心電極４２と向き合う位置まで延びており、第２中心電極４２に対して電気的及び機械的に接続されている。抵抗体５及び第２触媒コンバータ３の電気的接続を行うタブ等が不要となるため、接続作業が容易であり、コストの増大も抑制することができる。なお、延出部２２１に絶縁処理が施されていないことは言うまでもない。

【0036】

延出部２２１の径方向内側には、第２絶縁板６２が配置されている。この第２絶縁板６２は、抵抗体５と第２中心電極４２との間に介在しており、抵抗体５及び第２中心電極４２の電気的な接続位置を延出部２２１のみに制限している。第２絶縁板６２には、セラミックスを用いることができる。

【0037】

抵抗体５の電気抵抗値は、図６に示す波箔２２´の波高さＴ２及び巻き数を変更することにより調整できる。ここで、波箔２２´の波高さＴ２を小さくするとともに巻き数を少なくすることにより、抵抗体５の径寸法の拡大を抑制しながら、容易に電気抵抗値を所望の値に設定することができる。具体的には、抵抗体中心電極５２の外径をＨ３、第１触媒コンバータ２（第２触媒コンバータ３）の波箔２２の波高さをＴ１（図５参照）、抵抗体５の波箔２２´の波高さをＴ２（図６参照）としたとき、Ｔ２は０．５Ｔ１以上１．０Ｔ１以下に設定するのが好ましい。また、抵抗体５の波箔２２´の巻き数をＳ２としたときに、以下の条件式を満足することが好ましい。
Ｓ２≦（０．６Ｈ１−０．５Ｈ３）／Ｔ２・・・・・・・・・（２）
これにより、抵抗体５の外径Ｈ２が第１中心電極４１（第２中心電極４２）の外径Ｈ１の１．２倍超になることを抑制しながら、抵抗体５の電気抵抗値を所望の値に設定することができる。

【0038】

次に、加熱ユニット１の電気抵抗値の設定方法について、説明する。本実施形態では、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３の夫々の電気抵抗値が、加熱ユニット１の目標電気抵抗値の１／２未満になるように製造しておき、不足する電気抵抗値を抵抗体５で補うという設計思想に基づき、加熱ユニット１を製造する。目標電気抵抗値は、加熱ユニット１が搭載される車両のサイズ等に応じて適宜設定することができる。

【0039】

ここで、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３は、径が抵抗体５よりも大きいため、製造誤差による電気抵抗値のバラツキが大きくなる。つまり、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３だけで、電気抵抗値の調整を行うことは容易でない。第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３を構成する波箔２２の板幅、箔厚等を厳密に制御できれば、抵抗体５がなくても加熱ユニットの抵抗値を目標電気抵抗値に設定することができるが、この方法では製造管理が煩雑となり、コストも増大する。本実施形態によれば、製造誤差による電気抵抗値のバラツキが相対的に小さい抵抗体５により、電気抵抗値を調整しているため、電気抵抗値の調整を容易に行うことができる。すなわち、抵抗体５は、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３よりも小径に形成されており、誤差の積み上げが少ないため、製造誤差による電気抵抗値のバラツキを相対的に小さくできる。

【0040】

ここで、本願発明の比較例として、抵抗体５を第２触媒コンバータ３の下段に設ける方法が考えられる。しかしながら、この方法では、第２触媒コンバータ３の波箔２２における径方向外側端部と小径の抵抗体５とを電気的に接続する必要があるため、排ガス経路を横切って配線しなければならない。そのため、配線作業が煩雑化し、圧力損失を増大させるおそれがある。これに対して、本実施形態では、抵抗体５を第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３の間に配置して、波箔２２´の延出部２２１を第２中心電極４２に接続することにより、抵抗体５及び第２触媒コンバータ３を電気的に接続しているため、配線が不要であり、圧力損失の増大も抑制することができる。

【0041】

図１乃至４を参照しながら、排ガス浄化時における加熱ユニット１の挙動について説明する。上述の構成において、電源を投下すると、第１触媒コンバータ２の一端部２２ａから波箔２２に向かって電流が流れる。これにより、第１触媒コンバータ２が発熱する。電源を投下するタイミングは、例えば、エンジン始動時に設定することができる。エンジン始動時は、第１触媒コンバータ２及び第２触媒コンバータ３の温度が低いため、これらを加熱することにより、触媒を活性化する必要があるからである。

【0042】

波箔２２に流入した電流は、第１中心電極４１及び抵抗体中心電極５２を介して抵抗体５の波箔２２´に流入し、抵抗体５を発熱させる。抵抗体５が発熱すると、抵抗体中心電極５２及び第１絶縁リング６１を介して、抵抗体５の熱が第１中心電極４１に伝熱し、第１触媒コンバータ２を加熱することができる。これにより、第１触媒コンバータ２に担持された触媒をより活性化することができる。同様に、抵抗体５が発熱すると、延出部２２１及び第２絶縁リング６２を介して、抵抗体５の熱が第２中心電極４２に伝熱し、第２触媒コンバータ３を加熱することができる。これにより、第２触媒コンバータ３に担持された触媒をより活性化することができる。

【0043】

抵抗体５の波箔２２´に流入した電流は、延出部２２１を介して第２触媒コンバータ３の波箔２２に流入し、第２触媒コンバータ３を発熱させる。これにより、第２触媒コンバー３に担持された触媒を活性化することができる。

【0044】

抵抗体のない加熱ユニット（比較例１）と、抵抗体を有する加熱ユニット（実施例１）との電気抵抗値をそれぞれ測定し、目標電気抵抗値を満足するかを調べた。目標電気抵抗値は、２４〜２５Ωに設定した。

【0045】

＜比較例１＞
第１触媒コンバータに用いられる金属箔として、厚さ５０μｍのＹＵＳ２０５−Ｍ１材を使用し、波箔の波高さを１．２５ｍｍ、波ピッチを２．５ｍｍとした。第１中心電極は直径１０ｍｍ、軸方向長さ２０ｍｍとし、ハニカム構造体は直径６８ｍｍ、軸方向長さ１３ｍｍとした。なお、上述の値は、設計値である。第２触媒コンバータは、第１触媒コンバータと同様の設計値に基づき製造した。なお、第１中心電極及び第２中心電極を互いに直接接続することにより、第１触媒コンバータ及び第２触媒コンバータを接続した。

【0046】

＜実施例１＞
第１触媒コンバータに用いられる金属箔として、厚さ５０μｍのＹＵＳ２０５−Ｍ１材を使用し、波箔の波高さを１．２５ｍｍ、波ピッチを２．５ｍｍとした。第１中心電極は、直径１０ｍｍ、軸方向長さ１７．５ｍｍとし、ハニカム構造体は直径６８ｍｍ、軸方向長さ１３ｍｍとした。なお、上述の値は、設計値である。第２触媒コンバータは、第１触媒コンバータと同様の設計値に基づき製造した。次に第１触媒コンバータ及び第２触媒コンバータの直列合成抵抗値を測定し、加熱ユニットの目標抵抗値との差分を算出した。次に抵抗体として、厚さ５０μｍの平箔と、波ピッチ１．６６ｍｍの波箔と、を積層した積層シートを、直径３ｍｍ、軸方向長さ１０ｍｍの抵抗体中心電極の周りに巻き回して、前記目標抵抗値との差分を設計値とする直径１０ｍｍ、軸方向長さ５ｍｍのハニカム状抵抗体を有する抵抗体を製造した。これらの第１触媒コンバータ、抵抗体及び第２触媒コンバータを接続して、上記実施形態の加熱ユニットを製造した。

【0047】

つまり、比較例１及び実施例１の加熱ユニットの搭載容積が互いに同じになるように、製造した。なお、搭載容積は、軸方向視における第１触媒コンバータ（第２触媒コンバータ）の最外周に囲まれた面積（円形の面積）に加熱ユニットの軸方向長さを乗じた値と定義した。

【0048】

比較例１及び実施例１の加熱ユニットを其々複数作成し、電気抵抗値に関する製造ばらつきを評価した。比較例１における加熱ユニットの電気抵抗値に関する製造ばらつきを示す標準偏差σ‘は目標抵抗値の２．５％であった。これに対して、実施例１における加熱ユニットの電気抵抗値の製造ばらつきを示す標準偏差σは、抵抗体により電気抵抗値が補正されたため、目標抵抗値の０．５％となり、全ての加熱ユニットが所望の電気抵抗値範囲（ここでは例として目標抵抗値を１００％としたとき、±２．０％以下）を満足した。すなわち、本発明に係る加熱ユニットは、搭載容積が同じで、かつ、抵抗体を有しない従来の加熱ユニットと比べて、目標電気抵抗値が得られやすいことがわかった。

【0049】

（変形例１）
上述の実施形態では、抵抗体５をハニカム構造により構成したが、本発明はこれに限るものではなく、他の構造であってもよい。図７は、本変形例１に係る抵抗体５´の概略図である。なお、上記実施形態と機能が共通する要素には、同一符号を付している。第１中心電極４１と第２中心電極４２との間には、これらと同一外径の棒状に形成された絶縁体７（絶縁性の棒状部材に相当する）が設けられている。絶縁体７の外面にはコイル状の抵抗体５´が巻き付けられており、抵抗体５´の一端は第１中心電極４１に対して接続され、他端は第２中心電極４２に対して接続されている。この抵抗体５´は、第１触媒コンバータ２、第２触媒コンバータ３よりも電気抵抗値が小さい。なお、コイル状の抵抗体５´に変えて、帯状に延びる板状の抵抗体５´を絶縁体７に巻き付ける構成であってもよい。抵抗体５´が導電性の材料によって構成されていることは言うまでもない。

【0050】

本変形例１では、抵抗体５´の巻き数を調整することにより、電気抵抗値を容易に調整することができる。第１触媒コンバータ２、第２触媒コンバータ３よりも電気抵抗値が小さい抵抗体５´により、加熱ユニット１の電気抵抗値を調整しているため、上記実施形態と同様に電気抵抗値の調整を容易に行うことができる。

【0051】

本変形例１によれば、第１中心電極４１及び第２中心電極４２と同一外径の絶縁体７に線状又は帯状の抵抗体５´を巻き付けているため、抵抗体５´が排ガス経路に大きく張り出すことがない。これにより、圧力損失の増大を抑制することができる。

【0052】

（変形例２）
上述の実施形態では、第１触媒コンバータ２、第２触媒コンバータ３及び抵抗体５に含まれる波箔を導電路として用いたが、本発明はこれに限るものではなく、平箔及び波箔の双方を導電路として用いてもよい。この構成によれば、第１触媒コンバータ２、第２触媒コンバータ３及び抵抗体５それぞれの導電路が並列になるため、波箔のみを導電路に設定した場合と比べて、金属箔の劣化等に起因する電気抵抗値の変動を抑制することができる。

【0053】

（変形例３）
上述の実施形態では、抵抗体５の抵抗体中心電極５２を第１中心電極４１に嵌合させたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第１中心電極４１の端面をフラットに形成し、ここに抵抗体中心電極５２の端部を接合する構成であってよい。また、図８に示すように、抵抗体５の軸中心に空洞部５１３を設けるとともに、この空洞部５１３に第１中心電極４１の軸端部から突出する第１中心電極突出部４１１を嵌合する構成であってもよい。この場合、第１中心電極突出部４１１と抵抗体５の波箔とを接続することにより、第１触媒コンバータ２及び抵抗体５を電気的に接続することができる。

【0054】

（変形例４）
上述の実施形態では、ハニカム状抵抗体５１の最外周箔を波箔２２´によって構成したが、本発明はこれに限るものではなく、平箔２１´によって構成してもよい。この場合、平箔２１´の一部を延出して、この延出部を第２中心電極４２に接合することができる。

【0055】

（変形例５）
上述の実施形態では、第１触媒コンバータ２から第２触媒コンバータ３に向かって排ガスが流れる構成であるが、本発明はこれに限るものではなく、第２触媒コンバータ３から第１触媒コンバータ２に向かって排ガスが流れる構成であってもよい。

【0056】

（変形例６）
上述の実施形態では、第１触媒コンバータ２から第２触媒コンバータ３に向かって電流を流したが、本発明はこれに限るものではなく、逆向きに電流を流してもよい。

【0057】

（変形例７）
上述の実施形態では、排ガス浄化に用いられる加熱装置について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、家庭用スチーム発生装置や水素改質装置に用いることもできる。この場合、加熱装置に触媒を担持させる必要はない。

【0058】

（変形例８）
図９は、変形例８に係る波箔の拡大図であり、図５に対応している。上述の実施形態では、第１触媒コンバータ２（第２触媒コンバータ３）の波箔２２の断面形状を台形状に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、図９に図示するようにサインカーブ状に形成してもよい。なお、抵抗体５の波箔２２´についても同様にサインカーブ状に形成してもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 加熱ユニット ２ 第１触媒コンバータ ３ 第２触媒コンバータ
５ 抵抗体 ７ 棒状絶縁体 ２１、２１´ 平箔 ２２、２２´ 波箔
４１ 第１中心電極 ４２ 第２中心電極
５１ ハニカム状抵抗体 ５２ 抵抗体中心電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】