(57)【要約】【課題】  複雑な構成を要さず触媒をより短時間で効率良く加熱することができ、排気ガス浄化性能を向上することが可能な電気加熱触媒装置を提供する。【解決手段】  内燃機関（１）の排気通路（１０）に配設され、板状に形成された触媒担体（３０）に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置（２ｂ）において、前記触媒担体（３０）には、その通電経路方向の幅が部分的に狭くなる狭窄箇所（Ｓａ，Ｓｂ）が設けられている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体には、その通電経路方向の幅が部分的に狭くなる狭窄箇所が設けられていることを特徴とする電気加熱触媒装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体の少なくとも一部は、その通電経路方向の幅が漸次拡大または漸次縮小したテーパ状に形成されていることを特徴とする電気加熱触媒装置。
【請求項３】
前記触媒担体の前記狭窄箇所が、前記通電経路と交差する方向にスリットを形成したことによって設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気加熱触媒装置。
【請求項４】
前記触媒担体が、排気ガス流方向に平行に配設され、かつ、排気ガス流方向と交差する方向に延在する帯状に形成され、前記スリットは、前記触媒担体の排気ガス流方向下流側に位置した側縁から上流側に向けて配向され、かつ、前記触媒担体の延在方向に複数並設されていることを特徴とする請求項３に記載の電気加熱触媒装置。
【請求項５】
前記触媒担体が、帯状部材の一端を中心としてその周囲に他端側を巻回した巻層体で構成され、該巻層体の各巻層が相互に離間または絶縁されるとともに、前記巻層体の軸心方向が排気ガス流方向に平行に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気加熱触媒装置。
【請求項６】
前記触媒担体は、同一面内で隣接して配置された一対の帯状部分を備え、前記一対の帯状部分は、一端部において相互に接続され、それ以外の部分では相互に離間または絶縁され、それぞれの他端部に通電用の接点が設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気加熱触媒装置。
【請求項７】
前記触媒担体への給電手段として電気二重層キャパシタを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気加熱触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化触媒に関し、更に詳しくは、触媒の温度上昇を促進させ活性を促すことにより浄化性能を向上させ、始動時など排気ガスが低温の場合にも優れた浄化性能を発揮できる触媒担体を備えた電気加熱触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用の排気ガス浄化触媒は、所定の温度以上に昇温されるまでは活性化されず、充分な浄化性能が得られない。一般的には排気ガス熱を利用して触媒を加熱しているが、触媒に到達する排気ガスの温度が上昇するには、エンジン始動からある程度の時間が必要となる。そのため、特に冷機始動時の排ガス規制に対して対応できない可能性が懸念されている。そこで、電気によって触媒を加熱する種々の電気加熱触媒（EHC＝Electrically Heated Catalyst）が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１〜３は、いずれも触媒担体に交互方向からスリットを入れ、排気ガス通過面全体に通電経路を配して、温度分布が均一化されるようにしており、さらに特許文献２では、ハニカム構造をなす触媒担体のセル口径、セル壁厚を中央部と外周部とで異ならせ、排ガス流量が多い中心域での発熱量が多くなるようにしている。
【０００４】
しかし、セルパターンが局所的に異なるハニカム担体を焼成するのは技術的に難しく、空隙密度が低い部分ではガスの流入が一層少なくなるため浄化性能に不利である。また、特許文献３では、中心付近におけるスリットの間隔を密にして高抵抗にし、加熱温度が高くなるようにしているが、より細かな温度分布を作ることはできず、外周部では温度があまり上がらない部分は浄化されにくい問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１８８５７号公報
【特許文献２】特開平８−２３２６４７号公報
【特許文献３】特許第２７８２６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、複雑な構成を要さず触媒をより短時間で効率良く加熱することができ、排気ガス浄化性能を向上することが可能な電気加熱触媒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意研究した結果、排気ガス通過面全体の温度分布を均一化させるよりも、局所的である代わりに短時間で昇温する部分を設定し、その部分で触媒反応の開始時期を早め、その反応熱を利用することにより全体を短時間で効率良く昇温させ得るという知見を得るに至った。
すなわち本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体には、その通電経路方向の幅が部分的に狭くなる狭窄箇所が設けられているようにした。
また本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体の少なくとも一部は、その通電経路方向の幅が漸次拡大または漸次縮小したテーパ状に形成されているようにした。
【０００８】
本発明の好適な態様において、前記触媒担体の前記狭窄箇所が、前記通電経路と交差する方向にスリットを形成したことによって設けられている。また、前記触媒担体が、排気ガス流方向に平行に配設され、かつ、排気ガス流方向と交差する方向に延在する帯状に形成され、前記スリットは、前記触媒担体の排気ガス流方向下流側に位置した側縁から上流側に向けて配向され、かつ、前記触媒担体の延在方向に複数並設されている。
【０００９】
本発明の好適な態様において、前記触媒担体が、帯状部材の一端を中心としてその周囲に他端側を巻回した巻層体で構成され、該巻層体の各巻層が相互に離間または絶縁されるとともに、前記巻層体の軸心方向が排気ガス流方向に平行に配設されている。また、前記触媒担体は、同一面内で隣接して配置された一対の帯状部分を備え、前記一対の帯状部分は、一端部において相互に接続され、それ以外の部分では相互に離間または絶縁され、それぞれの他端部に通電用の接点が設定されている。さらに、前記触媒担体への給電手段として電気二重層キャパシタを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体には、その通電経路方向の幅が部分的に狭くなる狭窄箇所が設けられているので、触媒担体の狭窄箇所は抵抗が大きいため短時間で昇温し、触媒反応の開始時期が早まるため、その反応熱によって全体の昇温時間が短縮され、触媒を効率良く加熱することができ、排気ガス浄化性能を向上させることが可能となる。
【００１１】
また本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、板状に形成された触媒担体に通電して発熱させ排気ガス浄化用触媒を加熱するようにした電気加熱触媒装置において、前記触媒担体の少なくとも一部は、その通電経路方向の幅が漸次拡大または漸次縮小したテーパ状に形成されているので、触媒担体全体に意図的に温度勾配を設けることができ、触媒の反応熱が生じた後の熱伝達がスムーズに進行し全体の昇温時間が短縮され、触媒を効率良く加熱することができる。
【００１２】
本発明において、前記触媒担体の前記狭窄箇所が、前記通電経路と交差する方向にスリットを形成したことによって設けられている態様では、スリットを設けた箇所での急激な断面積の変化により抵抗増加の度合いが大きく、急速加熱が可能であるとともに、スリットの長さに応じて抵抗増加の度合いを容易かつ自在に設定することが可能となり、さらに、スリットの数や配置間隔を調整することにより、抵抗の変化を自在にレイアウトすることが可能となる。
【００１３】
また、前記触媒担体が、排気ガス流方向に平行に配設され、かつ、排気ガス流方向と交差する方向に延在する帯状に形成され、前記スリットは、前記触媒担体の排気ガス流方向下流側に位置した側縁から上流側に向けて配向され、かつ、前記触媒担体の延在方向に複数並設されている態様では、複数のスリットで通電方向に分割された部分には迂回電流が生じ難くなり、前記触媒担体の排気ガス流方向上流側の側縁に沿った残余の部分が通電経路となり、通電経路の断面積を増加させることなく、触媒を担持させる表面積を拡張することが可能となり、しかも、排気ガス流方向の上流側が先に昇温することにより、触媒担体全体を効率良く昇温させ、触媒反応を効率良く進行させることができる。
【００１４】
また、前記触媒担体が、帯状部材の一端を中心としてその周囲に他端側を巻回した巻層体で構成され、該巻層体の各巻層が相互に離間または絶縁されるとともに、前記巻層体の軸心方向が排気ガス流方向に平行に配設されている態様では、円筒形状など排気ガス浄化装置のケーシングに適合させて配置し易い形状に形成可能であるとともに、上述したテーパ形状やスリットを帯状状態における所定の位置に形成することで、巻層体の中央部または外周部など、所望する部位の昇温時間、温度勾配を容易かつ自在に設定でき、例えば、排ガス流が相対的に速い中央部を集中的に加熱するようにすれば、より効果的な浄化が可能となる。
【００１５】
また、前記触媒担体は、同一面内で隣接して配置された一対の帯状部分を備え、前記一対の帯状部分は、一端部において相互に接続され、それ以外の部分では相互に離間または絶縁され、それぞれの他端部に通電用の接点が設定されている態様では、触媒担体の設置形態に係わらず給電手段の接続が容易となり、例えば、上述した円筒形状の触媒担体の外周面のみに通電用接点が配置されるようにすれば、排ガス流が相対的に速い中央部に電極やその支持部材が存在せず、中央部を集中的に加熱する上で有利である。
【００１６】
さらに、前記触媒担体への給電手段として電気二重層キャパシタを備えている態様では、瞬間的に大電流を流すことができるため、前記触媒担体の前記狭窄箇所、すなわちスリット部や幅の小さい部分などの急速加熱をさらに促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に、本発明に係わる電気加熱触媒が適用される自動車の排気系を示す。図において、エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス通路１０を通じて排気ガス浄化装置を構成するメイン触媒２ａ、電気加熱触媒２ｂに送られ、酸化還元反応により浄化された後、マフラー３で消音されて大気中に放出される。
【００１８】
電気加熱触媒２ｂは給電手段２ｃを備え、電力を供給することで加熱される自己発熱型の電気加熱触媒（EHC＝Electrically Heated Catalyst）であり、始動時や冷間時などの排気ガス温度が低い場合にも触媒を活性化しうる温度まで加熱することができる。なお、図１では、排気ガス流方向の上流側から、メイン触媒２ａ、電気加熱触媒２ｂの順で配置されているが、特にこの配置に限定されるものではなく、メイン触媒２ａと電気加熱触媒２ｂの配置順を入れ替えるか、または電気加熱触媒２ｂ単独で使用することも可能である。
【００１９】
上記給電手段２ｃは、四輪車や二輪車などに一般的に使用される鉛蓄電池を利用可能である他、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池など他の二次電池も使用可能であるが、電気二重層キャパシタを併用することで、瞬間的に大電流を流すことが可能となり、より高い浄化性能を発揮することができる。
【００２０】
図２に基本となる電気加熱触媒担体２０の形状を示す。触媒担体２０は、間隙２４を挟んで隣接して配置された一対の帯状部分２１、２２を備え、各帯状部分２１、２２は、一端側の接続部２３において相互に連続しており、反対側の端部に通電用の接点２０ａ、２０ｂとして丸孔が設けられている。一般に、電気加熱触媒は触媒担持部全体を均一に暖めるために、電流が流れる部分は均一な抵抗値になるように一様な幅を有している。
【００２１】
図２に示した比較例の触媒担体２０（試験片）は、帯状部分２１、２２の長さＬ：１４５ｍｍ、幅Ｗａ：１２ｍｍ、Ｗｂ：１２ｍｍ、間隔Ｇ：８ｍｍ、接続部１３の幅Ｗｃ：１２ｍｍであり、接点２０ａから接続部１３で折り返して接点２０ｂに至る通電経路延長の基準となる部材延長は１４５＋８＋１４５＝２９８ｍｍで、全体としてプレート形状をなしている。接点２０ａ、２０ｂ（丸孔）の直径はφ６ｍｍである。
【００２２】
比較例の電気加熱触媒担体２０の素材は、後述する各実施例にも共通であるが、線径：φ０．３ｍｍ、メッシュ：２８mesh（１inch＝２５．４ｍｍ当たりのメッシュ数）のステンレス製メッシュを４枚積層した、厚さ：１．７ｍｍのメッシュシートを使用している。なお、本発明の電気加熱触媒担体の素材は、これに限定されるものではなく、各種メッシュ材、発泡金属、多孔質体、パンチングメタル、シート状金属なども使用することができる。その際、配置形態にもよるが発泡金属および多孔質体は、連続気泡またはオープンセル構造であることが好ましい。また、ステンレスメッシュ材の仕様も上記に限定されるものではなく、各種仕様が適用できる。
【００２３】
次に、本発明に係わる実施形態として、図３〜図６に実施例１〜４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０の形状を示し、以下に説明する。
【００２４】
図３に示す実施例１の電気加熱触媒担体３０は、比較例と同仕様のステンレスメッシュシートを用い、帯状部分３１、３２の長さＬ：１４５ｍｍ、幅Ｗａ：１５ｍｍ、Ｗｂ：１５ｍｍ、間隔Ｇ：５ｍｍ、接続部３３の幅Ｗｃ：１５ｍｍであり、通電経路延長の基準となる部材延長は１４５＋５＋１４５＝２９５ｍｍで、全体としてプレート形状をなし、かつ、帯状部分３１、３２にそれぞれ２本１組として４本のスリットＳａ、Ｓｂを、接続部３３に２本のスリットＳｃを設けてある。各スリットＳａ、Ｓｂ、Ｓｃは、いずれも、接点３０ａから接続部３３で折り返して接点３０ｂに至る通電経路方向に対して垂直な方向に配向され、各組同士の間隔Ｌａ：４５ｍｍ、各組のスリット同士の間隔Ｌｂ：５ｍｍであり、各スリットＳａ、Ｓｂ、Ｓｃの深さｄ：５ｍｍである。
【００２５】
この電気加熱触媒担体３０は、通電経路方向に対して垂直に、担体幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃの１／１０〜１／２の長さのスリットＳａ、Ｓｂ、Ｓｃを入れたことによって、その部分が他の部分に比べて高抵抗となり、通電時に急速に発熱し、排ガス浄化温度まで昇温する部分となり、ライトオフ性能（触媒が冷えた状態から、いかに早く活性になるかという性能）が向上する。それ以外の部分は、スリット部に比べると昇温スピードが緩やかであるが、急速に加熱されたスリット部からの熱伝導によっても加熱され、排ガス浄化に寄与する。また、スリット部で浄化が始まると浄化反応による発熱でさらに加熱が促進されるため、通常の電気加熱よりも効率的な加熱が可能となり、さらに浄化性能が向上する。
【００２６】
スリットの深さは、担体幅に対して１／１０より小さいとスリットの無い部分に対してあまり電気抵抗値の差が生まれず、十分な温度上昇スピードが得られない。逆に、１／２よりも大きいと抵抗値の差が大きくなりすぎてしまい、スリット部に集中的な電圧が印加され、担体の劣化を招いてしまう。また、スリットは本実施例１では、４５ｍｍ間隔で２本ずつ並べて５箇所設けているが、特にこれに限定されるものではなく、複数本連続して設けることや、複数箇所に分布して設けることも可能である。
【００２７】
図４に示す実施例２の電気加熱触媒担体４０は、比較例と同仕様のステンレスメッシュシートを用い、帯状部分４１、４２の長さＬ：１４５ｍｍ、間隔Ｇ：６．５ｍｍであるが、各帯状部分４１、４２の幅が部材長手方向（通電経路方向）に沿って漸次拡大し、各帯状部分４１、４２はいずれもテーパ状をなしている。具体的に、帯状部分４１の接点４０ａ側の端部の幅Ｗ１：１２ｍｍに対し、各帯状部分４１、４２の接続部４３側では共に幅Ｗ２、Ｗ３：１３．５ｍｍに増大し、さらに帯状部分４２の接点４０ｂ側の端部では幅Ｗ４：１５ｍｍに増大している。
【００２８】
この電気加熱触媒担体４０は、通電経路方向に対して垂直方向の幅を徐々に変化させることによって、通電時に温度勾配のある電気加熱触媒担体となる。これにより、実施例１の効果と同様に、急速に昇温し排ガス浄化温度まで加熱される部分ができ、ライトオフ性能が向上する。また、浄化反応による発熱でさらに加熱および熱伝導が促進され、浄化性能が向上する。
【００２９】
担体幅Ｗ１〜Ｗ４の変化度合いは、最大幅部分は最小幅部分に対して２倍以内の幅とすることが望ましい。２倍を超える場合、最小幅部分に集中的な高電圧が印加され、担体の劣化を招いてしまう恐れがある。また、担体幅の変化は、本実施例２では端から端まで一様に徐々に変化しているが、特にこれに限定されるものではなく、担体幅の変化を複数回繰り返してもよく、担体幅が変化する範囲も通電経路方向に対して自由に設定することができる。
【００３０】
図５に示す実施例３の電気加熱触媒担体５０は、比較例と同仕様のステンレスメッシュシートを用い、帯状部分５１、５２の長さＬ：１４５ｍｍ、幅Ｗａ：１２ｍｍ、Ｗｂ：１２ｍｍ、間隔Ｇ：８ｍｍ、接続部５３の幅Ｗｃ：１２ｍｍであり、通電経路延長の基準となる部材延長は１４５＋８＋１４５＝２９８ｍｍで、全体としてプレート形状をなし、かつ、図中下側の一方の帯状部分５２は下方に幅Ｗｄ：２５ｍｍ拡張されており、この拡張部分に、深さ２５ｍｍのスリットＳｄを、等間隔Ｌｃ：５ｍｍで２８本設けてある。
【００３１】
この電気加熱触媒担体５０は、通電経路方向に対して垂直方向にスリットＳｄを１０ｍｍ以下の小幅間隔で複数本連続して入れ、多数の小幅な短冊状部分に分割された櫛歯状（くし型）をなしている。これにより、スリットＳｄを設けた拡張部分は通電経路方向に分断され、通電経路から外れるので、直接的な発熱は殆ど起こらず、電気加熱される部分はスリットＳｄの入っていない幅Ｗｂの部分のみとなる。スリットＳｄを多数設けた分割拡張部分は、スリットの入っていない部分の発熱による熱伝導と、触媒の反応熱によって加熱される。従って、実施例３のように、スリットＳｄを多数設けた分割拡張部分が排気ガス流方向の下流側になるように電気加熱触媒担体５０を配置することにより、より高い熱伝導効果が得られる。
【００３２】
通常、排気ガス浄化性能の向上のため触媒担持量を増やそうとすると、電気加熱触媒担体のサイズを大きくする必要がある。しかし、単純に担体サイズを大きくすると供給電力が同じである場合、電気加熱触媒の昇温スピード、最高到達温度ともに低くなってしまい、ライトオフ性能が低下することになる。そこで、本実施例３のように、電気加熱する部分とあえて電気加熱せずに熱伝導によって加熱する部分に分けることによって、ライトオフ性能を損なうことなく、触媒担持量を増やすことができ、トータルの排気ガス浄化性能を向上させることができる。
【００３３】
各スリットＳｄの間隔Ｌｃが、残余の部分の幅Ｗｂより小さく、実施例３で１０ｍｍ以下であれば、分割拡張部分にはほとんど電流が流れ込まないため、残余の部分は通常の担体とほぼ同等の昇温性能を得ることができる。しかし、各スリットＳｄの間隔Ｌｃが１０ｍｍを超える場合はスリットＳｄで分割された拡張部分Ｗｄに電流が流れ込んでしまうため、残余の部分Ｗｂの昇温スピードが遅くなり、最高到達温度も下がってしまうため、十分なライトオフ性能が得られなくなる。また、スリットＳｄの本数は、本実施例３では２８本であるが、特にこれに限定されるものではなく、任意の数で設けることができる。さらに、スリットＳｄを設ける位置も本実施例３のように限定されるものではなく、電流の流れる部分全体に対して自由に設けることができる。
【００３４】
図６に示す実施例４の電気加熱触媒担体６０は、比較例と同仕様のステンレスメッシュシートを用い、帯状部分６１、６２の長さＬ：１４５ｍｍ、幅Ｗａ：１５ｍｍ、Ｗｂ：１５ｍｍ、間隔Ｇ：５ｍｍ、接続部６３の幅Ｗｃ：１５ｍｍであり、通電経路延長の基準となる部材延長は１４５＋５＋１４５＝２９５ｍｍで、全体としてプレート形状をなし、図中上側に位置した一方の帯状部分６１に２本１組として４本のスリットＳａを、接続部６３に２本のスリットＳｃを実施例１と同様に設け、さらに、図中下側の帯状部分６２は、実施例３と同様に下方に幅Ｗｄ：２５ｍｍ拡張されており、この拡張部分にスリットＳｄを、等間隔Ｌｃ：５ｍｍで２８本設け、これらスリットＳｄは基本的に深さ２５ｍｍであるが、そのうち２組４本のスリットＳｅはｄ２：５ｍｍだけ上方に延長され、幅Ｗｂの部分に進入している。この実施例４は、実施例１と実施例３の構成を組み合わせた形状であり、実施例１と実施例３の両方の効果を互いに損なうことなく同時に得ることができる。
【００３５】
次に、上記比較例の電気加熱触媒担体２０および実施例１〜４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０に電力を供給して発熱させる実験を以下のように行い、それらの昇温加熱特性を評価した。
【００３６】
（実験１）電気二重層キャパシタをシミュレートした電力供給による触媒担体テスト
比較例の電気加熱触媒担体２０および実施例１〜４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０を大気中に静置し、電力供給装置（株式会社高砂製作所／回生型充放電装置）へ接続し、図７に示す電気二重層キャパシタをシミュレートした電力供給を行い、赤外線熱画像計測装置（ＮＥＣ三栄株式会社／サーモトレーサーＴＨ９１００ＷＶ）にて、電力供給開始から１０秒間に２秒毎に赤外線熱画像を撮像し、温度分布の経時変化を観測するとともに、各電気加熱触媒担体の接点（正極側）から約１００ｍｍの位置にてK型熱電対により温度変化を測定した。
【００３７】
但し、比較例および実施例１〜４の各電気加熱触媒担体は、後述するモデルガスによる浄化性能評価テストに最適なサイズとなるよう実車搭載サイズの０．５倍程度の大きさで作製しているため、この実験１における電気二重層キャパシタをシミュレートした電力供給パターンも、全体に０．５の係数を乗算して供給電力量を下げてある。
【００３８】
図８は、比較例の電気加熱触媒担体２０の赤外線熱画像であり、各画像中の右側端部（接続部２３）では通電経路が最短となる各接点２０ａ、２０ｂ寄りのみ昇温し、端縁部は殆ど昇温していないものの、この部分を除けば、全体が均一に加熱されていく状態が観察できる。なお、図８の４ｓｅｃ等で上縁部に僅かに写る黒い筋は、スリットではなく熱電対によるものである。
【００３９】
図９は、実施例１の電気加熱触媒担体３０の赤外線熱画像であり、この画像から、電気加熱触媒担体３０ではスリットＳａ、Ｓｂ、Ｓｃを設けた部分のみが通電直後から集中的に発熱し、他の部分に先行して急速に昇温していることが分かる。また、図１０は、実施例２の電気加熱触媒担体４０の赤外線熱画像であり、電気加熱触媒担体４０では、担体幅の小さい上側の帯状部分４１の左側（接点４０ａ側）が先行して昇温し、担体幅が太い側に高温部が拡大していくことが分かる。
【００４０】
図１１は、実施例３の電気加熱触媒担体５０の赤外線熱画像であり、この電気加熱触媒担体５０では、スリットＳｄを多数設けた下側帯状部分５２の分割拡張部分では、通電開始から１０秒間の間には発熱、昇温が殆ど生じていないのに対し、スリットの無い幅Ｗａの上側帯状部分５１と、分割拡張部分以外の下側帯状部分５２（帯状部分５１と等しい幅Ｗｂを有する部分）は、ほぼ同様に均一に発熱している状態が観察できる。この結果から、狭い間隔で多数のスリットＳｄを設けて拡張部分を分割すれば、この拡張部分を設けない形態（比較例の電気加熱触媒担体２０）と同様の昇温加熱特性が得られることが分かる。
【００４１】
図１２は、実施例４の電気加熱触媒担体６０の赤外線熱画像であり、この電気加熱触媒担体６０でも、前記同様にスリットＳｄを設けた分割拡張部分では通電開始から１０秒間の間に殆ど昇温していない。一方、下側帯状部分６２の延長されたスリットＳｅを設けた部分は、スリットＳａ、Ｓｃを設けた部分と共に、通電直後から局部的に急速に昇温している状態が観察でき、図９に示した実施例１の電気加熱触媒担体３０の画像と同様の昇温加熱特性を有していることが分かる。
【００４２】
図１３は、比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体２０、３０、４０、５０、６０の電力供給開始から３０秒間におけるK型熱電対による温度測定結果を示すグラフであり、電力供給開始から約１４秒間の各電気加熱触媒担体の温度を比較すると、実施例１〜実施例４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０は、いずれも比較例の電気加熱触媒担体２０より到達温度が高く、より急速に昇温していることが分かる。
【００４３】
以上の結果より、実施例１、４のようにスリットを入れるか、実施例２のように担体幅を変化させることによって、すなわち、通電経路に垂直な方向の幅が部分的に狭くなる狭窄箇所を設けることによって、他の部分に先行して急速に昇温する部分を設定可能であると言える。また、実施例３〜実施例４のように狭い間隔で多数のスリットを設け、拡張部分を通電経路方向に分割することによって、拡張部分への迂回電流を抑制すれば、このような拡張部分によって触媒担持面積を増加させながらも、昇温スピードや最高到達温度の低下を招くことがないばかりか、他の部分に先行して急速に昇温する部分を設定できることが分かる。
【００４４】
（実験２）鉛蓄電池をシミュレートした電力供給による触媒担体テスト
比較例の電気加熱触媒担体２０および実施例１〜４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０に対して、実験１と同様の実験設備を使用し、電力供給パターンのみ５０Ａ定電流で１０秒間に亘って電力供給を行うように変更して発熱させ、昇温加熱特性を調べた。なお、電力供給パターンを５０Ａ定電流としたのは、一般的な四輪車や二輪車に搭載されている鉛蓄電池では、過度な劣化を抑えた範囲での定常的な使用可能電流が１００Ａであると想定し、先述の通り、比較例および実施例１〜４の各電気加熱触媒担体は、後述するモデルガスによる浄化性能評価テストに最適なサイズとなるよう実車搭載サイズの０．５倍の大きさで作製している理由による。
【００４５】
図１４は、実験２の結果を示すグラフである。鉛蓄電池をシミュレートした５０Ａ定電流にて電力供給した場合、実施例１〜実施例４いずれの電気加熱触媒担体においても、触媒が活性化される３５０℃程度までの昇温に約１０秒を要している。これに対して、図１３に示した電気二重層キャパシタをシミュレートした電力供給においては、約４〜５秒で３５０℃程度に達しており、これらの結果より、瞬間的に供給することができる電力（電流）が大きい電気二重層キャパシタの方が電気加熱触媒担体を急速に触媒活性温度まで昇温させる上で有利であることを示している。
【００４６】
これらの結果は、電気加熱触媒担体自体の昇温を比較したものであり、かつ、熱電対による温度計測点が必ずしも昇温が最も早い部位ではなく、一箇所のみであったため、比較例と各実施例１〜実施例４との差は比較的小さいが、図８〜図１２の温度分布結果を踏まえると、実施例１、２、４では、他の部分に先行して急速に昇温するスリット付近で、早期に触媒反応が開始され、その反応熱および熱伝導を併せた熱量で他の部分が加熱されるよって全体的な加熱が促進される効果が期待でき、また、実施例３、４では同程度の昇温性能に対して触媒担持量を増やせる利点があるため、比較例に対する優位性はより大きいと言える。
【００４７】
さらに、実施例１〜４の電気加熱触媒担体における局所的な昇温効果は、電流値が大きいほど顕著であるため、実施例１〜４の電気加熱触媒担体に対しては、鉛蓄電池などによる電力供給よりも電気二重層キャパシタによる電力供給が適しているといえる。以上の結果から、冷機始動時の排ガス浄化には電気二重層キャパシタを電源として使用することによって、より優れた浄化性能の電気加熱触媒を得ることができると言える。
【００４８】
（実験３）浄化性能評価テスト
比較例の電気加熱触媒担体２０および実施例１〜４の電気加熱触媒担体３０、４０、５０、６０に対して、以下の手順により触媒を担持させ、排気ガス浄化性能を比較する実験を行なった。
【００４９】
先ず、γ−アルミナ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、アルミナゾル、硝酸アルミニウム水溶液、イオン交換水を混合し、２４時間以上攪拌することでスラリーを調製した。このスラリーは触媒担体に塗布し焼成して水分を乾燥させたとき、アルミナ：（セリア＋ジルコニア）の比率が３：１となるようにそれぞれの添加量を調製している。このスラリーに比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体を、それぞれ約３０秒間浸漬した後引き上げ、エアブローにて余剰スラリーを飛ばし、８０℃の熱風で約１０分間乾燥し、さらに５００℃で１時間焼成して担体にウォッシュコートを担持させた。担持させたウォッシュコート量は、各電気加熱触媒担体の単位面積当たり約１５０ｇ／ｍ２であった。
【００５０】
次いで、それぞれの電気加熱触媒担体を硝酸パラジウム溶液と硝酸ロジウム溶液を適量混合した溶液に３０秒程度浸漬した後引き上げ、エアブローにて余剰な貴金属溶液を飛ばし、８０℃の熱風で約１０分間乾燥させた後、５００℃で１時間焼成して、各電気加熱触媒担体にそれぞれ貴金属を担持させた。このとき、担持させた貴金属量は、各電気加熱触媒担体の単位面積当たり、Ｐｄ＝２．５ｇ／ｍ２、Ｒｈ＝０．５ｇ／ｍ２となるようにした。
【００５１】
そして、各種ボンベガスを混合して、エンジン始動時の排ガスをシミュレートしたモデルガスを準備し、このモデルガスを流す反応管内に、上記の方法で触媒を担持した比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体を配置し、該各電気加熱触媒に電力供給した場合の排気ガス浄化性能を測定する実験を行なった。この際、各電気加熱触媒への電力供給は、実験１で使用した電力供給装置に同様に接続し、各電気加熱触媒担体と反応管とが絶縁され、かつ、モデルガスが漏出しないような電流導入端子を使用した。
【００５２】
【表１】
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表１は、実験に使用したモデルガスの組成を示しており、このモデルガスを反応管内に常温（約２５℃）のまま流し、実験１と同様の電力供給パターンで電気加熱触媒に電力を供給し、電気加熱触媒を通過した後のガス中の、特に冷機始動時に問題となる炭化水素（ＨＣ）を、株式会社堀場製作所製の水素炎イオン化方式ＨＣ分析計で分析し、連続的にＨＣ濃度を測定した。
【００５３】
図１５は、電力供給を行う前のＨＣ濃度を１００％とした場合のＨＣ濃度の測定結果を示すグラフである。図１５によれば、比較例に比べて実施例１〜実施例４がいずれもＨＣ濃度の低減量が大きく、ＨＣ浄化性能に優れていることが分かる。
【００５４】
上記各実施例においては、同一面内で隣接して配置された一対の帯状部分（３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２）を備え、前記一対の帯状部分が、一端部において相互に接続され、それ以外の部分では相互に離間されている電気加熱触媒担体（３０，４０，５０，６０）の試験片について述べたが、実際の排気通路に設置される場合には、排気管や触媒装置のケーシングに適応させて様々な実施形態、設置形態が存在する。
【００５５】
例えば、板状の電気加熱触媒担体３０〜６０を排気ガス流方向に平行に設置する場合には、複数の電気加熱触媒担体３０〜６０を相互に離間または絶縁して積層するか、１枚の電気加熱触媒担体３０〜６０を、各層が相互に離間または絶縁された状態で折り重ねて積層するか、各巻層が相互に離間または絶縁された状態で一端を中心としてその周囲に他端側を巻回した巻層体に形成することができる。
【００５６】
これらの各形態において、同一面内で隣接して配置された帯状部分は、複数対がつづら折れ状に連続して配置されていても良いし、対をなさずに帯状部分が直線的に配置されていても良い。但し、巻層体に形成する場合には、帯状部分を対にした形態とし一端部において相互に接続して他端側に接点が位置するようにすれば、外周面に通電用接点が配置され給電手段の接続が容易となる。また、接続部３３〜６３は、電気加熱触媒担体３０〜６０自体が連続する代わりに、他の導体によって電気的接続を得るようにすることもできる。
【００５７】
さらに、実施例１〜４の電気加熱触媒担体の構成を各帯状部分において、あるいは、１つの帯状部分内において、組み合わせて実施しても良い。また、上記各形態において、電気加熱触媒担体を排気ガス流方向と交差する方向に、すなわち、排気ガス流が電気加熱触媒担体を厚さ方向に通過するように設置することもできる。また、上記各実施例においては、狭窄部分はスリットＳａ，Ｓｂ，Ｓｃで形成される場合を示したが、狭窄部分は、三角形状等、他の切り欠き形状とすることもできる。但し、触媒の担持面積の点では、狭窄部分がスリットで形成されることが好ましい。また、狭窄部分の両側または片側がテーパ状に拡大または縮小していても良く、スリットとテーパ状部分とを組み合わせても良い。
【００５８】
以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係わる電気加熱触媒が適用される自動車の排気系を示す模式図である。
【図２】比較例の電気加熱触媒担体の形状を示す模式的な正面図である。
【図３】実施例１の電気加熱触媒担体の形状を示す模式的な正面図である。
【図４】実施例２の電気加熱触媒担体の形状を示す模式的な正面図である。
【図５】実施例３の電気加熱触媒担体の形状を示す模式的な正面図である。
【図６】実施例４の電気加熱触媒担体の形状を示す模式的な正面図である。
【図７】電気二重層キャパシタをシミュレートした電力供給パターン示すグラフである。
【図８】電気加熱実験１における比較例の電気加熱触媒担体を示す赤外線熱画像である。
【図９】電気加熱実験１における実施例１の電気加熱触媒担体を示す赤外線熱画像である。
【図１０】電気加熱実験１における実施例２の電気加熱触媒担体を示す赤外線熱画像である。
【図１１】電気加熱実験１における実施例３の電気加熱触媒担体を示す赤外線熱画像である。
【図１２】電気加熱実験１における実施例４の電気加熱触媒担体を示す赤外線熱画像である。
【図１３】電気加熱実験１における比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体の昇温状況を示すグラフである。
【図１４】電気加熱実験２における比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体の昇温状況を示すグラフである。
【図１５】ＨＣ浄化性能実験における比較例および実施例１〜４の電気加熱触媒担体のＨＣ濃度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１  エンジン
２ａ  メイン触媒
２ｂ  電気加熱触媒
２ｃ  給電手段
１０  排気ガス通路
２０，３０，４０，５０，６０  電気加熱触媒担体
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，３０ｂ，４０ａ，４０ｂ，５０ａ，５０ｂ，６０ａ，６０ｂ  接点
２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２  帯状部分
２３，３３，４３，５３，６３  接続部
２４，３４，４４，５４，６４  間隙
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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