(57)【要約】【課題】電力効率の低下及びノイズの発生を抑制して小型化が図られる触媒装置を提供すること。【解決手段】触媒装置１はガス流路１００に設けられるとともに、触媒担体１０、被加熱体２０、保持部３０、コイル４０を備える。触媒担体１０は触媒が担持している。被加熱体２０は磁性体からなるとともに棒状をなしており、触媒担体１０に接するように設けられている。保持部３０は、触媒担体１０及び被加熱体２０を内部に保持するとともに、ガス流路に接続されて触媒担体１０の内部にガスを流通させるように構成されている。コイル４０は、被加熱体２０に誘導電流を生じさせるように構成されている。【選択図】図２
2018202278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路（１００）に設けられる触媒装置（１）であって、
触媒が担持された触媒担体（１０）と、
該触媒担体に接するように設けられた棒状の被加熱体（２０）と、
上記触媒担体及び上記被加熱体を内部に保持するとともに、上記ガス流路に接続されて上記触媒担体の内部にガスを流通させるように構成された保持部（３０）と、
上記被加熱体に誘導電流を生じさせるように構成されたコイル（４０）と、
を備える触媒装置。
【請求項２】
上記被加熱体は、上記触媒担体における上記ガスの流れ方向（Ｘ）の中央位置（Ｘ０）よりも、流れ方向上流側に位置する、請求項１に記載の触媒装置。
【請求項３】
上記被加熱体は、上記触媒担体の上記流れ方向上流側の端面（１２、１３ａ）に載置されており、又は、上記触媒担体の内部に位置するとともに上記流れ方向上流側の端面から露出している、請求項１又は２に記載の触媒装置。
【請求項４】
上記被加熱体は、該被加熱体の長手方向が上記コイルから発生して上記被加熱体を通る磁束の向きに平行となるように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の触媒装置。
【請求項５】
上記被加熱体の長手方向に直交する断面の形状は、該断面の中心（２０ａ）から該断面の外周（２０ｂ）までの最短距離（ｄ１）が、上記コイルに通電される交流電流の周波数に基づいて規定される浸透深さよりも大きくなるように形成されている、請求項４に記載の触媒装置。
【請求項６】
上記触媒担体は、第１触媒担体（１３）と第２触媒担体（１４）とからなり、
上記第１触媒担体は、上記第２触媒担体よりも上記流れ方向の上流に設けられるとともに、上記第１触媒担体と上記第２触媒担体との間に空間部（１５）が形成されており、
上記被加熱体は上記第１触媒担体に接している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒装置。
【請求項７】
上記第１触媒担体における流れ方向の上流側の端面（１３ａ）及び下流側の端面（１３ｂ）の少なくとも一方には、上記コイルから生じた磁束を上記被加熱体に誘導する磁束誘導体（５１、５２）が配置されている、請求項６に記載の触媒装置。
【請求項８】
上記空間部には、上記保持部の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するとともに上記保持部の内周面に沿って配置されて、上記空間部から上記保持部を介して外部に熱が漏えいすることを防止する熱漏洩防止部材（６０）が設けられている、請求項６又は７に記載の触媒装置。
【請求項９】
周囲雰囲気よりも高い透磁率及び高い電気抵抗を有するとともに、上記保持部の外周面との間に上記コイルが位置するように上記保持部の外側に設けられた磁路形成部材（８０）を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の触媒装置。
【請求項１０】
磁性体からなるとともに、上記磁路形成部材が上記保持部から離間するように、上記磁路形成部材を支持する支持部材（８１）が備えられている、請求項９に記載の触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの浄化システムとして触媒が担持された担体を備えた触媒装置が使用されている。例えば、特許文献１には、内燃機関の排気系に、触媒を担持させたセラミック製のモノリス担体と、当該モノリス担体に設けられた通電部と、モノリス担体の外周に設けられた加熱コイルとを備えた排気浄化用の触媒装置が搭載された構成が開示されている。そして、加熱コイルに通電することにより、通電部に誘導電流を発生させて発熱させ、触媒を早期に昇温して活性化させることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２７９３７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、特許文献１に開示の構成では、通電部はモノリス担体の細孔の内周面に蒸着された薄膜から形成されている。そのため、通電部を早期に加熱して触媒を早期に昇温させるためには、当該薄膜からなる通電部の表皮厚さに応じた高周波の交流電流を加熱コイルに印加する必要がある。その結果、高周波電流を発生させるためのスイッチング回路におけるスイッチング損失により電力効率が低下したり、スイッチング回路から発生するノイズにより周囲の電子部品に影響を与えるおそれがある。また、高周波の交流電流の印加に替えて、低周波の交流電流を大電流で加熱コイルに印加することも考えられるが、この場合は装置が大型化したり、電力効率が低下するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、電力効率の低下及びノイズの発生を抑制して小型化が図られる触媒装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、ガス流路（１００）に設けられる触媒装置（１）であって、
触媒が担持された触媒担体（１０）と、
該触媒担体に接するように設けられた棒状の被加熱体（２０）と、
上記触媒担体及び上記被加熱体を内部に保持するとともに、上記ガス流路に接続されて上記触媒担体の内部にガスを流通させるように構成された保持部（３０）と、
上記被加熱体に誘導電流を生じさせるように構成されたコイル（４０）と、
を備える触媒装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記触媒装置においては、コイルが通電されることにより、触媒担体に接するように設けられた棒状の被加熱体に誘導電流が生じて被加熱体が発熱する。これにより、被加熱体に生じた熱が触媒担体に伝播されて触媒が加熱されるため、触媒担体内を流通するガスの触媒反応が促進されることとなる。被加熱体は棒状であることから薄膜状である場合に比べて厚さが大きいため、低周波電流をコイルに印加することにより被加熱体に誘導電流を効率的に生じさせて、被加熱体を早期に発熱させることができる。その結果、スイッチング回路におけるスイッチング損失を低減して電力効率の低下を抑制することができるとともに、スイッチング回路から発生するノイズを低減して周囲の電子部品へのノイズの影響を低減することができる。また、コイルに大電流を印加する必要もないため、装置の小型化を図ることができる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、電力効率の低下及びノイズの発生を抑制できるとともに小型化が図られる触媒装置を提供することができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、触媒装置の斜視概略図。
【図２】実施形態１における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図３】図２における、III-III線位置断面図。
【図４】実施形態１における、触媒担体の構成を説明する断面概念図。
【図５】実施形態１における、磁束の発生状態を説明する断面概念図。
【図６】実施形態１における、被加熱体の温度変化を示す図。
【図７】実施形態２における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図８】図７における、VIII-VIII線位置断面図。
【図９】実施形態１と実施形態２との比較試験の結果を示す図。
【図１０】実施形態３における、触媒装置の斜視概略図。
【図１１】実施形態３における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図１２】図１１における、XII-XII線位置断面図。
【図１３】実施形態３における、磁束の発生状態を説明する断面概念図。
【図１４】図１４（ａ）は実施形態１における磁束密度ベクトルを示す図、図１４（ｂ）は実施形態３における磁束密度ベクトルを示す図。
【図１５】図１５（ａ）は実施形態１における温度分布を示す図、図１５（ｂ）は実施形態３における温度分布を示す図。
【図１６】実施形態１と実施形態３との比較試験の結果を示す図。
【図１７】実施形態４における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図１８】実施形態５における、触媒装置の斜視概略図。
【図１９】実施形態５における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図２０】図１９における、XX-XX線位置断面図。
【図２１】図２１（ａ）は第１の巻回態様を示すコイルの概略図、図２１（ｂ）は第２の巻回態様を示すコイルの概略図。
【図２２】実施形態５の第１の巻回態様における、磁束の発生状態を説明する断面概念図。
【図２３】実施形態５の第１の巻回態様における、磁束の発生状態を説明する図１９のXX-XX線位置での断面概念図。
【図２４】実施形態５の第２の巻回態様における、磁束の発生状態を説明する他の断面概念図。
【図２５】実施形態５の第２の巻回態様における、磁束の発生状態を説明する図１９のXX-XX線位置での他の断面概念図。
【図２６】実施形態６における、触媒装置の構成を示す断面概念図。
【図２７】図２６における、XXVII-XXVII線位置断面図。
【図２８】図２６における、XXVIII-XXVIII線位置断面図。
【図２９】実施形態６における、触媒装置の斜視概略図。
【図３０】実施形態６における、磁束の発生状態を説明する断面概念図。
【図３１】実施形態６における、磁束密度ベクトルを示す図。
【図３２】図３２（ａ）は図３０に示す断面位置での温度分布を示す図、図３２（ｂ）は図３０におけるXXXII-XXXII線位置断面での温度分布を示す図。
【図３３】図３３（ａ）は実施形態６と比較形態との発熱量の比較結果を示す図、図３３（ｂ）は実施形態６と比較形態との温度の比較結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
上記触媒装置の実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
本実施形態の触媒装置１は、図１、図２に示すように、図示しないガス流路１００に設けられる。触媒装置１は、触媒担体１０、被加熱体２０、保持部３０、コイル４０を備える。
触媒担体１０は触媒を担持している。
被加熱体２０は磁性体からなるとともに棒状をなしており、触媒担体１０に接するように設けられている。
保持部３０は、触媒担体１０及び被加熱体２０を内部に保持するとともに、ガス流路１００に接続されて触媒担体１０の内部にガスを流通させるように構成されている。
コイル４０は、被加熱体２０に誘導電流を生じさせるように構成されている。
【００１２】
以下、本実施形態の触媒装置１について、詳述する。
本実施形態の触媒装置１は、排気を浄化する浄化システムとして内燃機関に搭載されている。図１、図２に示すように、触媒装置１は、保持部３０内に触媒担体１０と被加熱体２０とが保持されてなる。保持部３０は管状を成しており、内燃機関の排気流路を形成するガス流路１００に接続されている。軸方向の一端にガス流路１００に接続されてガスが流入するガス導入部３１を備え、軸方向の他端にガス流路１００に接続されてガスを排出するガス排出部３２と備える。そして、ガス導入部３１とガス排出部３２との間に触媒担体１０及び被加熱体２０が位置している。これにより、触媒装置１において、ガス導入部３１からガスを流入させ、触媒担体１０内を流通させてガス排出部３２からガスを排出するように構成されている。当該ガスの流れる方向を流れ方向Ｘとする。
【００１３】
触媒担体１０は、モノリス担体であって、三元触媒などの所定の触媒を担持している。触媒担体１０の外形は、保持部３０の内周に沿ってガスの流れ方向Ｘに延びる円柱状を成している。特に限定されないが本例では、保持部３０の内径は１００ｍｍであり、触媒担体１０の流れ方向Ｘの長さは３０ｍｍである。触媒担体１０はハニカム構造を有しており、図４に示すように、流れ方向Ｘにガスを流通可能な複数の細孔１１を有している。本実施形態では、細孔１１の断面形状は、一辺の長さが２ｍｍの正方形となっている。
【００１４】
被加熱体２０は導体からなり、後述のコイル４０から生じる磁束により、電磁誘導によって誘導電流が生じる。被加熱体２０の材質としては、例えば、ＳＣ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼や、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼などを採用することができる。被加熱体２０の形状は中実の棒状である。被加熱体２０の長手方向に直交する断面の形状、すなわち、横断面形状は、正方形、長方形等の多角形としたり、円形、楕円形などとすることができる。本実施形態では、図４に示すように、被加熱体２０の横断面形状は、触媒担体１０の細孔１１の開口部の形状に沿った正方形である。
【００１５】
そして、本実施形態では、図４に示すように、被加熱体２０の横断面形状は、該断面の中心から該断面の外周までの最短距離ｄ１が、コイル４０に通電される交流電流の周波数に基づいて規定される浸透深さよりも大きくなるように形成されている。浸透深さｄ（ｍ）は電流が表面電流の１／ｅになる深さであって、電気抵抗率（Ωｍ）をρ、周波数（Ｈｒ）をｆ、透磁率（Ｈ／ｍ）をμとしたとき、下記の式１により導き出すことができる。
【数１】
2018202278.tif 000003
例えば、自動車用非接触給電で使用される周波数８５Ｈｚでは、上記式１に基づいて、ＳＣ４５Ｃ製の被加熱体２０の浸透深さｄは０．０８ｍｍ、ＳＵＳ４３０製の被加熱体２０の浸透深さｄは０．０６ｍｍと算出できる。そして、本実施形態では、図４に示す被加熱体２０における最短距離ｄ１は、１．０ｍｍとしており、上記浸透深さよりも十分大きい。
【００１６】
本実施形態では、図１、図２に示すように、被加熱体２０は、触媒担体１０におけるガスの流れ方向Ｘの中央位置Ｘ０よりも、流れ方向上流側に位置している。そして、被加熱体２０の長手方向が、ガスの流れ方向Ｘに平行となっている。さらに、被加熱体２０は、触媒担体１０の内部に位置するとともに流れ方向Ｘ上流側の端面１２から露出しており、端面１２から各被加熱体２０の長手方向の長さ分、触媒担体１０に埋まった状態となっている。
【００１７】
また、本実施形態では、図３に示すように、複数の被加熱体２０は、触媒担体１０の端面１２における中心位置１２ａを中心とする第１仮想円２０１に沿って等間隔に配置された第１被加熱体２１と、第１仮想円２０１よりも半径が小さい第２仮想円２０２に沿って等間隔も配置された第２被加熱体２２とからなる。そして、図３に示す第１仮想円２０１は図２に示すガス導入部３１の内径よりも若干小さくなっている。これにより、被加熱体２０は、触媒担体１０の端面１２のうち、流れ方向Ｘにおいてガス導入部３１の内腔部分と対向する範囲内に位置している。
【００１８】
図２に示すように、被加熱体２０が設けられる領域の径方向外側にはコイル４０が配設されている。コイル４０は保持部３０の外周に巻回されているとともに、制御部４５を介してバッテリ４６に接続されている。制御部４５はバッテリ４６から出力される直流電流を所定周波数の交流電流に変換するスイッチング回路を有している。そして、制御部４５を通じて交流電流をコイル４０に通電すると、図５に示すように、コイル４０の周囲に磁束Ｐが生じる。なお、コイル４０には交流電流が通電されるため、磁束Ｐの向きは通電された交流電流の周波数に応じて反転することとなる。本実施形態では、コイル４０から発生した磁束Ｐのうち、被加熱体２０を通る磁束Ｐは被加熱体２０の長手方向と実質的に平行となっている。なお、「実質的に平行」とは、厳密に平行な場合だけでなく、厳密には平行ではないが平行な場合と同等な作用効果を奏する場合を含む。
【００１９】
（確認試験１）
本実施形態の触媒装置１において、コイル４０に周波数３００ｋＨｚの交流電流を流したときの被加熱体２０の温度変化を観察した。図６に示すように、コイル４０への通電をオンにした時点から１０秒後に３７０℃に到達した。当該試験により比較的低い周波数の交流電流で比較的早期に被加熱体２０を加熱できることが確認できた。
【００２０】
次に、本実施形態の触媒装置１における作用効果について、詳述する。
本実施形態の触媒装置１によれば、コイル４０が通電されることにより、触媒担体１０に接するように設けられた被加熱体２０に誘導電流が生じて被加熱体２０が発熱する。これにより、被加熱体２０に生じた熱が触媒担体１０に伝播されて触媒が加熱されるため、触媒担体１０内を流通するガスの触媒反応が促進されることとなる。そして、被加熱体２０は棒状であることから薄膜状である場合に比べて厚さが大きいため、低周波電流をコイル４０に印加することにより被加熱体２０に誘導電流を効率的に生じさせて、被加熱体２０を早期に発熱させることができる。その結果、スイッチング回路におけるスイッチング損失を低減して電力効率の低下を抑制することができるとともに、スイッチング回路から発生するノイズを低減して周囲の電子部品へのノイズの影響を低減することができる。また、コイル４０に大電流を印加する必要もないため、触媒装置１の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、被加熱体２０は、触媒担体１０におけるガスの流れ方向Ｘの中央位置Ｘ０よりも、流れ方向Ｘ上流側に位置している。これにより、被加熱体２０に生じる熱により、触媒担体１０における流れ方向Ｘの上流側の部分が加熱されやすくなる。そのため、触媒装置１においてガスが流入する側に近い位置の触媒担体１０に担持された触媒を早期に活性化できるため、触媒担体１０における触媒反応を促進することができる。また、被加熱体２０から生じる熱により流れ方向上流に位置する触媒担体１０の触媒反応を促進することにより、当該触媒反応によって生じた反応熱によって流れ方向下流の触媒担体１０を加熱して、流れ方向下流の触媒担体１０における触媒反応を促進することができる。そのため、被加熱体２０を流れ方向Ｘの中央位置Ｘ０よりも下流側に設ける必要がないため、被加熱体２０及びコイル４０を比較的小さくすることができる。その結果、消費電力の低減、装置の軽量化、小型化及び材料費の低減が見込める。
【００２２】
また、本実施形態では、被加熱体２０は、触媒担体１０の内部に位置するとともに流れ方向Ｘ上流側の端面１２から露出している。これにより、被加熱体２０に生じる熱により、触媒担体１０の流れ方向Ｘ上流側の端部を積極的に加熱することができるため、ガスが流入する側に最も近い位置の触媒担体１０に担持された触媒を早期に活性化でき、触媒担体１０における触媒反応を一層促進することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、被加熱体２０は、被加熱体２０の長手方向が、コイル４０から発生して被加熱体２０を通る磁束Ｐの向きに平行となるように配置されている。これにより、当該磁束Ｐによって、被加熱体２０に誘導電流が生じやすくなっている。そのため、被加熱部体２０にジュール損失が生じて被加熱体２０が発熱しやすくなり、触媒担体１０を昇温させやすくなっている。また、被加熱体２０が磁性体からなる場合にはジュール損失に加えてヒステリシス損失も発生するため、被加熱体２０がさらに発熱しやすくなる。
【００２４】
また、本実施形態では、被加熱体２０の長手方向に直交する断面の形状は、該断面の中心２０ａから該断面の外周までの最短距離ｄ１が、コイル４０に通電される交流電流の周波数に基づいて規定される浸透深さよりも大きくなるように形成されている。これにより、コイル４０に印加する交流電流の周波数を小さくしつつ、被加熱体２０に効率的に誘導電流を発生させて、被加熱体２０を早期に昇温させることができる。その結果、スイッチング回路におけるスイッチング損失及びスイッチングノイズを一層低減することができるとともに、消費電力を一層低減することができる。また、触媒装置１の小型化にも一層寄与する。
【００２５】
さらに、本実施形態では、被加熱体２０における上記最短距離ｄ１は上記浸透深さよりも１０倍以上も大きい値としている。これにより、上述の如く、被加熱体２０を早期に昇温させることができることに加え、被加熱体２０の熱容量を比較的大きくすることができるため、被加熱体２０が昇温した状態を維持しやすくなり、触媒担体１０をより長く安定して加熱させることができる。
【００２６】
また、仮に、コイル４０を保持部３０の内側に配置すれば、コイル４０が保持部３０の内側を流通するガスに接触して劣化するおそれがあるが、本実施形態ではコイル４０が保持部３０の外側に設けられているため、コイル４０が保持部３０の内側を流れるガスに接することがない。そのため、コイル４０の劣化が抑制されている。
【００２７】
以上のごとく、本実施形態によれば、電力効率の低下及びノイズの発生を抑制できるとともに小型化が図られる触媒装置１を提供することができる。
【００２８】
（実施形態２）
実施形態１では、図２に示すように、被加熱体２０を触媒担体１０の内部に位置するとともに、流れ方向上流側Ｘの端面１２から露出するように配設したが、これに替えて、本実施形態では、図７に示すように、被加熱体２０を触媒担体１０の流れ方向Ｘ上流側の端面１２に載置されている。その他の構成要素は実施形態１の場合と同等であって、実施形態１の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
本例では、図７に示すように、被加熱体２０の長手方向は、流れ方向Ｘに直交する平面に直交している。すなわち、被加熱体２０の長手方向は、図８に示す断面に平行となっている。そして、本実施形態では、図８に示すように、被加熱体２０は、触媒担体１０の端面１２の中心位置１２ａを四方から囲むように端面１２に配置されている。図７に示すように、被加熱体２０はその厚さ分だけ触媒担体１０に埋め込まれており、触媒担体１０の端面１２と面一になっている。
【００３０】
（確認試験２）
コイル４０に印加する交流電流の周波数と被加熱体２０の発熱量との関係について、実施形態１と本実施形態２との場合を比較した。図９に示すように、周波数が１．８ＭＨｚよりも小さい領域では、実施形態１の方が被加熱体２０における発熱量が多いことが示された。とりわけ、周波数が１ＭＨｚ以下において、印加周波数に対して得られる発熱量の比が飛躍的に大きくなっている。一方、周波数が１．８ＭＨｚよりも大きい範囲では、実施形態２の方が被加熱体２０における発熱量が多いことが示された。従って、使用可能な周波数が比較的低い場合には、実施形態１の場合が有利であるが、使用可能な周波数が高い場合には、実施形態２の方が有利となる場合がある。なお、実施形態１における、被加熱体２０の長手方向が被加熱体２０を通る磁束Ｐの向きと実質的に平行であることによる作用効果を除いて、本実施形態においても実施形態１と同等の作用効果を奏する。
【００３１】
（実施形態３）
実施形態１では、触媒担体１０は単一の形態で設けられていたが、これに替えて、本実施形態では以下のように構成されている。すなわち、本実施形態の触媒装置１では、図１０、図１１に示すように、触媒担体１０は、第１触媒担体１３と第２触媒担体１４とからなっている。そして、第１触媒担体１３は、第２触媒担体１４よりも流れ方向Ｘの上流に設けられるとともに、流れ方向Ｘにおいて第１触媒担体１３と第２触媒担体１４とは互いに離隔しており、両者の間に空間部１５が形成されている。また、被加熱体２０は第１触媒担体１３に接している。
【００３２】
第１触媒担体１３と第２触媒担体１４とは、同一の組成を有している。図１１に示すように、本実施形態では、第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの長さが、第２触媒担体１４の流れ方向Ｘの長さよりも短くなっている。なお、本実施形態では、触媒担体１０の流れ方向Ｘの中央位置Ｘ０は、第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの上流側の面１３ａと、第２触媒担体１４の流れ方向Ｘの下流側の面１４ｂとの流れ方向Ｘにおける中央の位置を示す。
【００３３】
第１触媒担体１３には、実施形態１の場合と同様に、被加熱体２０が設けられている。本実施形態では、被加熱体２０の長手方向の長さは第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの長さと同一となっている。そして、被加熱体２０の流れ方向Ｘの上流側の端面が第１触媒担体１３の流れ方向Ｘ上流側の端面１３ａと面一となるとともに、被加熱体２０の流れ方向Ｘの下流側の端面が第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの下流側の端面１３ｂと面一となっている。
【００３４】
図１０、図１１に示すように、第１触媒担体１３における流れ方向Ｘの上流側の端面１３ａ及び下流側の端面１３ｂの少なくとも一方に、コイル４０から生じた磁束Ｐを被加熱体２０に誘導する磁束誘導体５１、５２を配置することができ、本実施形態では、第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの両端面１３ａ、１３ｂに磁束誘導体５１、５２に配置している。磁束誘導体５１、５２は導体からなり、周囲の空間よりも透磁率が高い材料からなる。磁束誘導体５１は第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの上流側の端面１３ａに載置されている。本実施形態では、図１２に示すように、磁束誘導体５１は棒状を成しており、その長手方向が第１触媒担体１３の径方向に平行となっている。そして、磁束誘導体５１は、図１２に示すように、流れ方向Ｘから見て、被加熱体２０と重なるように配置されている。なお、図示しないが、磁束誘導体５２も第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの下流側の面１３ｂにおいて同様に載置されている。
【００３５】
本実施形態の触媒装置１によれば、図１３に示すように、磁束誘導体５１、５２が上述のように配置されることにより、コイル４０から生じる磁束のうち、被加熱体２０の加熱に利用されていなかった磁束が、磁束誘導体５１、５２を通って被加熱体２０に到達して被加熱体２０の加熱に利用されやすくなる。これにより、被加熱体２０が早期に発熱して第１触媒担体１３を早期に昇温することができる。また、磁束誘導体５１、５２は導体からなるため、コイル４０から生じる磁束が磁束誘導体５１、５２を通ることにより、磁束誘導体５１、５２にも誘導電流が生じて発熱することとなる。その結果、磁束誘導体５１、５２の発熱によっても第１触媒担体１３が加熱されて、第１触媒担体１３が昇温されることとなる。
【００３６】
さらに本実施形態では、空間部１５が設けられていることにより、被加熱体２０に生じた熱及び第１触媒担体１３で生じた熱が第２触媒担体１４に伝わることが抑制される。これにより、第１触媒担体１３を一層早期に昇温することができる。なお、本実施形態においても、実施形態１と同等の作用効果を奏する。
【００３７】
（確認試験３）
コイル４０に周波数３００ｋＨｚの交流電流を流した時の磁束密度ベクトルについて、実施形態１の場合と実施形態３の場合とを比較した。図１４（ｂ）に示すように、実施形態３において、磁束誘導体５１、５２に磁束が通っていることが確認できた。さらに、図１４（ａ）に示す実施形態１の場合に比べて、図１４（ｂ）に示す実施形態３の方が被加熱体２０における磁束密度が大きくなっていることが確認できた。
【００３８】
また、コイル４０に周波数３００ｋＨｚの交流電流を流したときの被加熱体２０の温度変化について、実施形態１の場合と実施形態３の場合とを比較した。図１５（ａ）に示す実施形態１の場合の触媒担体１０における温度分布に対して、図１５（ｂ）に示す実施形態３の場合の第１触媒担体１３における温度分布では、高温領域が広くなっており、特に第１触媒担体１３の両端面１３ａ、１３ｂにおいて昇温されていることが確認できた。また、図１６に示すように、実施形態３では、実施形態１よりも早期に被加熱体２０の温度が上昇していることが確認できた。
【００３９】
（実施形態４）
本実施形態の触媒装置１では、図１２、図１３に示す実施形態３と同等の構成を有するとともに、図１７に示すように、空間部１５に位置決め部材６０が設けられている。位置決め部材６０は、保持部３０の内周面に沿う環状を成している。そして、位置決め部材６０の流れ方向Ｘの長さは、空間部１５の流れ方向Ｘの長さに一致している。なお、本実施形態において、実施形態３と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の触媒装置１によれば、位置決め部材６０が空間部１５に嵌め込まれることにより、第１触媒担体１３と第２触媒担体１４とが位置決めされて、空間部１５が維持されることとなる。そして、本実施形態においても、実施形態３の場合と同等の作用効果を奏する。
【００４１】
本実施形態では、位置決め部材６０は、保持部３０の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料からなる。これにより、位置決め部材６０は、空間部１５から保持部３０を介して外部に熱が漏えいするのを防止する熱漏洩防止部材６１としても機能することとなる。熱漏洩防止部材６１により、外部への熱の漏洩が防止されるため、触媒装置１における熱効率を向上することができる。
【００４２】
（実施形態５）
図１２、図１３に示す実施形態３では、コイル４０は保持部３０の外周において、周方向に巻回されていることとした。本実施形態では、これに替えて、図１８、図１９、図２０に示すように、第１コイル４２、第２コイル４２、第３コイル４３、第４コイル４４が、保持部３０の外周面を周方向に４分割された各領域に、当該外周面に垂直な方向を巻回軸として巻回された状態で設けられている。第１コイル４２、第２コイル４２、第３コイル４３、第４コイル４４は、図２１（ａ）に示すように、同一方向に巻回されている第１の巻回態様としてもよい。第１の巻回態様では、隣り合うコイル同士の巻回方向が同一方向となっている。また、図２１（ｂ）に示すように、第１コイル４１と第３コイル４３とが同一方向に巻回されるとともに、第２コイル４２と第４コイル４４とが第１コイル４１及び第３コイル４３と反対方向に巻回される第２の巻回態様としてもよい。第２の巻回態様では、隣り合うコイル同士の巻回方向が互いに反対方向となっている。
【００４３】
さらに、図１９に示すように、本実施例では、第１触媒担体１３の両端面１３ａ、１３ｂに載置された磁束誘導体５１、５２に加え、第１触媒担体１３の内部に径方向に平行な内部磁束誘導体５３が設けられている。内部磁束誘導体５３は磁束誘導体５１、５２と同様に、導体であって周囲の空間よりも透磁率が高い材料からなるとともに棒状を成している。そして、内部磁束誘導体５３の長手方向における第１触媒担体１３の径方向中央に近い側の端部は被加熱体２０の側面に当接している。なお、本実施形態において、上述の実施形態と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
各コイル４１〜４４の巻回態様を図２１（ａ）に示すように第１の巻回態様とした場合は、図２２、図２３に示すように、各コイル４１〜４４から生じた磁束Ｐは同様の態様で磁束誘導体５１、５２及び内部磁束誘導体５３を通じて被加熱体２０に到達して、被加熱体２０が発熱して第１触媒担体１３を昇温させることができる。また、第１の巻回態様では、各コイル４１〜４４は同一方向に巻回されているため、同一のコイルを用いて部品の共通化できることから、製造コストの低減が図られる。
【００４５】
一方、コイル４１〜４４の巻回態様を図２１（ｂ）に示すように第２の巻回態様とした場合は、図２４、図２５に示すように、隣り合うコイル同士の巻回方向が互いに反対方向となっているため、第１コイル４１、第３コイル４３から生じた磁束Ｐ１は、磁束誘導体５１、５２及び内部磁束誘導体５３を通じて被加熱体２０に到達して被加熱体２０を通り、第２コイル４２、第４コイル４４から生じた磁束Ｐ２として、被加熱体２０を通って磁束誘導体５１、５２及び内部磁束誘導体５３を通じることとなる。すなわち、隣り合うコイル同士の間で磁束のループを形成することができる。これにより、被加熱体２０に磁束を一層効率的に通して第１触媒担体１３を昇温させることができる。なお、本実施形態においても、実施形態３の場合と同等の作用効果を奏する。
【００４６】
（実施形態６）
本実施形態の触媒装置１では、図１１、図１２に示す実施形態３の場合に加えて、図２６、図２７、図２８、図２９に示すように、保持部３０の外周面との間にコイル４０が位置するように保持部３０の外側に設けられた磁路形成部材８０を備える。本実施形態では、磁路形成部材８０は、コイル４０の外周側に加えて、空間部１５の外周側及び第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの上流側の領域の外周側にわたって形成されている。磁路形成部材８０は、周囲雰囲気よりも高い透磁率及び高い電気抵抗を有する材料からなり、本実施形態ではフェライトからなる。磁路形成部材８０は円筒状を成しており、その内周面がコイル４０に対向している。
【００４７】
磁路形成部材８０は、保持部３０から離間するように支持部材８１により支持されている。支持部材８１は金属製であって磁性体であることが好ましく、本実施形態ではＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼製である。支持部材８１はコイル４０の外周側を覆うように形成されている。図２６に示すように、支持部材８１は、上流側立壁８１ａ、下流側立壁８１ｂ及び円筒部８１ｃを備える。上流側立壁８１ａは、コイル４０の流れ方向Ｘの上流側において保持部３０の外周面に立設されている。下流側立壁８１ｂはコイル４０の流れ方向Ｘの下流側において保持部３０の外周面に立設されている。円筒部８１ｃは、上流側立壁８１と下流側立壁８１ｂとの間を繋ぐとともに保持部３０の外周面と平行な筒状を成している。図２６に示すように、上流側立壁８１ａ、下流側立壁８１ｂ及び円筒部８１ｃにより支持部材８１は断面コ字状を成している。そして、円筒部８１ｃの内周面に磁路形成部材８０の外周面が当接するとともに、上流側立壁８１ａ及び下流側立壁８１ｂにより、磁路形成部材８０の流れ方向Ｘ両端が挟持されている。これにより、磁路形成部材８０が支持部材８１により支持されている。
【００４８】
また、図２７に示すように、第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの上流側の端面１３ａには、該端面１３ａに載置された複数の磁束誘導体５１を互いに連結する連結部５１ａが設けられている。図示しないが、第１触媒担体１３の流れ方向Ｘの下流側の端面１３ｂにも、該端面１３ｂに載置された複数の磁束誘導体５２を互いに連結する連結部が設けられている。なお、本実施形態では、図２８に示すように、実施形態３の場合に比べて、被加熱体２０のうち、第１被加熱体２１は第１仮想円２０１に沿って密に配置されており、第２被加熱体２２も第２仮想円２０２に沿って密に配置されている。
【００４９】
本実施形態の触媒装置１によれば、図３０に示すように、コイル４０を周方向に覆う磁路形成部材８０がコイル４０から生じる磁束Ｐの磁路の一部を形成する。そして、図３１に示すように、コイル４０から生じる磁束は、磁路形成部材８０のうち、高透磁率を有する支持部材８１を積極的に通るととともに、磁性体からなって支持部材８１の内周側を覆う磁路形成部材８０により、磁束Ｐが磁路形成部材８０の外周側に漏れにくくなっている。その結果、コイル４０から生じた磁束Ｐのより多くが被加熱体２０を通ることとなり、被加熱体２０がより効率的に発熱して、図３２（ａ）に示すように、第１触媒担体１３がより早期に昇温されることとなる。また、図３２（ｂ）に示すように、コイル４０から生じる磁束により磁束誘導体５１にも誘導電流が生じて磁束誘導体５１が発熱し、第１触媒担体１３がより早期に昇温されることとなる。
【００５０】
（確認試験４）
次に、実施形態５の触媒装置１と比較形態の触媒装置とにおいて、コイル４０に周波数８５ｋＨｚの交流電流を流したときの発熱量及び温度を比較した。比較形態の触媒装置は、磁路形成部８０及び支持部材８１を有さないが、その他は実施形態５の触媒装置１と同一の構成を有する。そして、比較対象の発熱量及び温度は、実施形態５及び比較形態における、磁束誘導体５１、第１被加熱体２１及び第２被加熱体２２の発熱量及び温度とした。
【００５１】
図３３（ａ）に示すように、実施形態５の触媒装置１では、発熱量は、磁束誘導体５１、第１被加熱体２１及び第２被加熱体２２のいずれにおいても、比較形態の場合を上回っていた。また、図３３（ｂ）に示すように、実施形態５の触媒装置１では、温度についても、磁束誘導体５１、第１被加熱体２１及び第２被加熱体２２のいずれにおいても、比較形態の場合を上回っていた。これらの比較結果により、磁路形成部８０及び支持部材８１により、被加熱体２０がより効率的に発熱して、第１触媒担体１３をより早期に昇温できることが確認できた。
【００５２】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１において、触媒装置１が接続されるガス流路を、内燃機関の排気流路に替えて、他のガス流路に接続することとしてもよい。他のガス流路に接続する場合は、当該ガス流路を流通するガスの種類に応じて、触媒担体に担持される触媒の種類を変更することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  触媒装置
１０、１３、１４  触媒担体
１５  空間部
２０、２１、２２  被加熱体
３０  保持部
４０、４１、４２、４３、４４  コイル
５１、５２、５３  磁束誘導体
６０  熱漏洩防止部材
８０  磁路形成部材
８１  支持部材
【図１】
2018202278.tif 000004
【図２】
2018202278.tif 000005
【図３】
2018202278.tif 000006
【図４】
2018202278.tif 000007
【図５】
2018202278.tif 000008
【図６】
2018202278.tif 000009
【図７】
2018202278.tif 000010
【図８】
2018202278.tif 000011
【図９】
2018202278.tif 000012
【図１０】
2018202278.tif 000013
【図１１】
2018202278.tif 000014
【図１２】
2018202278.tif 000015
【図１３】
2018202278.tif 000016
【図１４】
2018202278.tif 000017
【図１５】
2018202278.tif 000018
【図１６】
2018202278.tif 000019
【図１７】
2018202278.tif 000020
【図１８】
2018202278.tif 000021
【図１９】
2018202278.tif 000022
【図２０】
2018202278.tif 000023
【図２１】
2018202278.tif 000024
【図２２】
2018202278.tif 000025
【図２３】
2018202278.tif 000026
【図２４】
2018202278.tif 000027
【図２５】
2018202278.tif 000028
【図２６】
2018202278.tif 000029
【図２７】
2018202278.tif 000030
【図２８】
2018202278.tif 000031
【図２９】
2018202278.tif 000032
【図３０】
2018202278.tif 000033
【図３１】
2018202278.tif 000034
【図３２】
2018202278.tif 000035
【図３３】
2018202278.tif 000036