電加熱式催化劑的製作方法
2023-05-06 11:33:16
專利名稱：電加熱式催化劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及電加熱式催化劑。
背景技術：
已知有在通過通電而發熱的催化劑的載體、和收納該催化劑的載體的殼體之間設置絕緣體的襯墊的技術(例如，參照專利文獻I )。根據該襯墊，當對催化劑的載體通電時，能夠抑制電朝殼體流動。然而，由於在發動機的排氣中含有水分，因此有時會在殼體等凝結有水。該水在殼體的內表面流動而附著於襯墊，之後被襯墊吸收。被襯墊吸收的水在該襯墊內移動。進而，襯墊內的水因排氣的熱、發熱體的熱而蒸發，因此隨著時間的流逝而被除去。但是，如果在比較短的時間內反覆進行發動機的起動以及停止，則凝結水的量變多，難以除去襯墊內的水。因此，電極周圍的溼度變高，電極和殼體之間的絕緣電阻降低，因此存在電從電極朝殼體流動的憂慮。專利文獻1:日本特開平05 - 269387號公報專利文獻2 :日本特開2010 - 059960號公報
發明內容
本發明是鑑於上述問題點而完成的，其目的在於抑制電向電加熱式催化劑的殼體流動。為了解決上述課題，基於本發明的電加熱式催化劑具備發熱體，通過對上述發熱體通電，上述發熱體發熱；殼體，該殼體收納上述發熱體；襯墊，該襯墊設置於上述發熱體和上述殼體之間，上述襯墊對電進行絕緣，並且支承上述發熱體；電極，該電極從上述殼體的外側與上述發熱體連接；絕緣部，該絕緣部堵塞上述殼體與上述電極之間的間隙；電極室，該電極室是在上述殼體的內側且在上述發熱體的外側的上述電極的周圍形成的空間，通過在上述電極和上述襯墊設置間隙而形成；以及循環通路，該循環通路在上述發熱體的上遊側或者下遊側的任一方具備兩個開口部，從上述開口部的一個通過上述電極的周圍連接至上述開口部的另一個。發熱體可以是催化劑的載體，也可以設置於比催化劑靠上遊側的位置。通過對發熱體通電而該發熱體發熱，因此能夠使催化劑的溫度上升。此處，發熱體的溫度因排氣的熱以及催化劑處的反應熱而在早期變高，因此，在該發熱體的周邊處，水的蒸發較快。另一方面，在電極室周圍的殼體中，難以受到排氣的熱，此夕卜，殼體的外側與外部空氣接觸，因此溫度難以上升。因此，在殼體的周邊處，水的蒸發變得緩慢。
與此相對，通過具備循環通路，能夠使電極周邊的溫度迅速上升。即，從某一個開口部導入到循環通路內的排氣例如藉助排氣的脈動的作用而在循環通路內循環。這樣，循環通路內的排氣的熱傳遞至電極以及殼體，該電極以及殼體的溫度上升。由此，能夠使電極室內的附著於殼體的周邊的水蒸發而將其除去，因此能夠抑制電朝殼體流動。另外，為了使殼體的溫度上升，也可以沿著殼體設置循環通路。並且，循環通路可以設置於殼體的內側，也可以設置於殼體的外側。並且，在本發明中，上述開口部能夠在排氣的流動方向上錯開設置。這樣，因排氣的脈動的相位差而在開口部的一個和另一個產生壓力差。由此，能夠促進循環通路內的排氣的流動，因此能夠朝電極室賦予更多的熱。並且，在本發明中，能夠在上述開口部的一個具備流入引導件，該流入引導件使在上述殼體流通的排氣朝該開口部的一個流動。這樣，能夠使大量的排氣流入開口部的一個，因此，能夠使大量的排氣朝循環通路流通。由此，能夠對電極室的周邊賦予更多的熱。並且，在本發明中，能夠在上述開口部的另一個具備流出引導件，該流出引導件使從該開口部的另一個流出的排氣朝上述殼體的下遊側流動。這樣，能夠使大量的排氣從開口部的另一個流出，因此，能夠使大量的排氣朝循環通路流通。由此，能夠對電極室的周邊賦予更多的熱。 並且，在本發明中，上述電加熱式催化劑能夠具備閉塞部，當在上述循環通路流通的排氣的溫度變為閾值以上時，上述閉塞部使上述循環通路閉塞。通過使循環通路閉塞，能夠抑制朝電極室周邊供給熱的情況。此處，當使溫度高的排氣在電極的周圍流通時，存在該電極過熱的憂慮。因此，當存在電極過熱的憂慮時，閉塞部使循環通路閉塞。即，所謂閾值，可以是電極過熱的溫度。並且，閾值也可以是相對於電極過熱的溫度而具有一定程度的餘裕的溫度。通過使循環通路閉塞，朝電極供給的熱的供給量減少，因此，能夠抑制該電極的過熱。根據本發明，能夠抑制電向電加熱式催化劑的殼體流動。
圖1是示出實施例1所涉及的電加熱式催化劑的概要結構的圖。圖2是利用與電極的中心軸正交的面剖切循環通路時的剖視圖。圖3是示出電極室內溼度以及絕緣電阻的變化的時序圖。圖4是實施例1所涉及的電極室的剖視圖。圖5是實施例1所涉及的電極室的剖視圖。圖6是實施例1所涉及的電極室的剖視圖。圖7是實施例1所涉及的電極室的剖視圖。圖8是示出實施例2所涉及的電加熱式催化劑的概要結構的圖。圖9是利用與電極的中心軸正交的面剖切循環通路時的剖視圖。圖10是示出實施例3所涉及的電加熱式催化劑的概要結構的圖。圖11是另一個開口部的剖視圖。圖12是示出實施例4所涉及的電加熱式催化劑的概要結構的圖。圖13是利用與電極的中心軸正交的面剖切循環通路時的剖視圖。
具體實施例方式以下，基於附圖對本發明所涉及的電加熱式催化劑的具體的實施方式進行說明。另外，以下的實施例能夠適當組合。實施例1圖1是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑I的概要結構的圖。另外，本實施例所涉及的電加熱式催化劑I設置在搭載於車輛的內燃機的排氣管。發動機可以是柴油機，也可以是汽油機。並且，也能夠在採用具備電機的混合動力系統的車輛中使用。圖1所示的電加熱式催化劑I是沿著該電加熱式催化劑I的中心軸A將該電加熱式催化劑I在縱向剖切而得的剖視圖。另外，電加熱式催化劑I的形狀相對於中心軸A線對稱，因此，在圖1中僅示出上側的部分。並且，圖1中B的箭頭表示排氣的流動方向。本實施例所涉及的電加熱式催化劑I具備以中心軸A為中心的圓柱形的催化劑載體2。進而，從中心軸A側起依次具備催化劑載體2、內管3、殼體4。並且，在催化劑載體2和內管3之間、以及在內管3和殼體4之間設置有襯墊5。催化劑載體2使用形成電阻且因通電而發熱的材質的材料。例如將SiC用作催化劑載體2的材料。催化劑載體2具有沿排氣的流動方向(也可以說是中心軸A的方向)延伸且與排氣的流動方向B垂直的截面呈蜂窩狀的多條通路。排氣在該通路流通。催化劑載體2的外形例如為以排氣管的中心軸A為中心的圓柱形。另外，利用與中心軸A正交的截面剖切催化劑載體2而得的截面形狀例如也可以為橢圓形。中心軸A為排氣管、催化劑載體2、內管3以及殼體4共通的中心軸。另外，在本實施例中，催化劑載體2相當於本發明中的發熱體。另外，即便是在將發熱體配備在比催化劑靠上遊側的位置的情況下，也同樣能夠適用本實施例。在催化劑載體2擔載有催化劑。作為催化劑，例如能夠舉出氧化催化劑、三元催化齊 、吸留還原式NOx催化劑、選擇還原式NOx催化劑等。在催化劑載體2連接有兩根電極6，通過對該電極6之間施加電壓而對催化劑載體2通電。該催化劑載體2因該催化劑載體2的電阻而發熱。襯墊5使用電絕緣材料，例如使用以氧化鋁為主成分的陶瓷纖維。襯墊5卷繞於催化劑載體2的外周面以及內管3的外周面。由於襯墊5覆蓋催化劑載體2的外周面(與中心軸A平行的面)，因此，在對催化劑載體2通電時，能夠抑制電向內管3以及殼體4流動。內管3的材料例如使用氧化鋁那樣的電絕緣材料。內管3形成為以中心軸A為中心的管狀。該內管3的在中心軸A方向上的長度比襯墊5長。因此，內管3從襯墊5向上遊側以及下遊側突出。內管3的內徑與在催化劑載體2的外周卷繞襯墊5後的該襯墊5的外徑大致相同。因此，在將襯墊5以及催化劑載體2收納於內管3內時，該襯墊5被壓縮，因此，藉助該襯墊5的反彈力，催化劑載體2被固定於內管3內。另外，在本實施例中設置有內管3,但也可以不設置內管3。
殼體4的材料使用金屬，例如能夠使用不鏽鋼材料。催化劑載體2、內管3以及襯墊5被收納在殼體4的內側。殼體4的內徑與在內管3的外周卷繞襯墊5後的該襯墊5的外徑大致相同，在將襯墊5以及內管3收納於殼體4時，該襯墊5被壓縮，因此，藉助該襯墊5的反彈力，內管3被固定於殼體4內。
在催化劑載體2連接有兩個電極6。為了使該電極6通過，在內管3、殼體4以及襯墊5分別開設有孔31、41、51。這些孔31、41、51的直徑大於電極6的直徑。因此，內管
3、殼體4以及襯墊5與電極6分離。進而，在開設於殼體4的孔41設置有支承電極6的絕緣部7。該絕緣部7的材料使用絕緣體。進而，絕緣部7無間隙地設置於殼體4和電極6之間。這樣，在殼體4內形成有圍繞電極6的閉合的空間亦即電極室8。在殼體4的外側設置有供排氣循環的循環通路9。圖2是利用與電極6的中心軸正交的面剖切循環通路9時的剖視圖。循環通路9在比催化劑載體2靠上遊側的位置具有兩個開口部91。該開口部91在殼體4的周方向鄰接設置。開口部91貫通殼體4而朝該殼體4的內部開口。在開口部91分別連接有與中心軸A平行地沿著殼體4的外表面形成的直線部92。各個直線部92與形成於電極6的中心軸周圍的環部93連接。在環部93、在鄰接的直線部92之間設置有間隔壁94，以使得從一個直線部92朝向另一個直線部的排氣的通路繞電極6一周。環部93與絕緣部7的外周面接觸。進而，在比環部93靠中心軸A側的位置存在殼體4，在更靠中心軸A側的位置存在電極室8。在以這種方式構成的電加熱式催化劑I中，在比催化劑載體2靠上遊側的位置凝結的水有時會在殼體4的內壁流動而附著於襯墊5。該水附著於內管3和殼體4之間的襯墊5。S卩，由於內管3與襯墊5相比向上遊側以及下遊側突出，因此能夠抑制水進入比內管3靠內側的位置的情況。由此，能夠抑制在襯墊5的上遊端以及下遊端因水而導致殼體4和催化劑載體2之間短路的情況。並且，當排氣中的顆粒狀物質(以下稱作PM)附著於襯墊5以及內管3時，存在因該PM而導致殼體4和催化劑載體2之間短路的憂慮。但是，通過使內管3比襯墊5突出，在突出的部位處承受排氣的熱而溫度變高，因此能夠使附著於該內管3的PM氧化而將其除去。由此，能夠抑制因PM而導致殼體4和催化劑載體2之間短路的情況。然而，附著於襯墊5的水會因排氣的熱以及催化劑載體2的熱而蒸發。但是，若附著的水的量增多，則其一部分不會立刻蒸發而是滯留在襯墊5內。進而，存在水通過襯墊5內到達電極6周圍的電極室8並滯留於該電極室8的情況。這樣，對於這樣存在於該電極室8的水，即便是蒸發也難以被除去。當在電極室8內存在水蒸氣時，電極6和殼體4之間的絕緣電阻大幅降低。這樣，當存在使催化劑載體2的溫度上升的要求時，存在無法通電的憂慮。此處，圖3是示出電極室內溼度以及絕緣電阻的變化的時序圖。在該圖中示出假定不存在本實施例所涉及的循環通路9的情況。C表示電極室內溼度，D表示絕緣電阻。並且，實線表示以比較短的周期反覆進行發動機的起動以及停止的情況，點劃線表示以比較長的周期反覆進行發動機的起動以及停止的情況。當以比較長的周期反覆進行發動機的起動以及停止時，襯墊5內的溫度變高，因此襯墊5內的水易於被除去。於是，滯留於襯墊5內的水的量變少，因此在發動機起動後電極室8內的溼度立刻降低。因此，絕緣電阻也馬上恢復。另一方面，當以比 較短的周期反覆進行發動機的起動以及停止時，襯墊5內的水難以被除去，因此滯留於襯墊5內的水的量變多。由此,發動機起動後電極室8內的溼度並不立刻降低。並且，當電極室8內的溼度變高時，在發動機的冷起動時，會在電極室8內產生凝結水。存在因該凝結水而導致電從電極6朝殼體4流動的憂慮。此處，由於催化劑載體2的溫度因排氣的熱以及催化劑處的反應熱而變高，因此，在電極室8內的催化劑載體2的周邊，水的蒸發較快。另一方面，在電極室8內的殼體4的周邊，難以受到排氣的熱，此外，殼體4的外側與外部空氣接觸，因此溫度難以上升。因此，在殼體4的周邊，水的蒸發緩慢。由此，存在電從電極6朝殼體4流動的憂慮。與此相對，通過具備循環通路9，能夠使電極室8周邊的殼體4的溫度迅速上升。即，從某一個開口部91被導入到循環通路9內的排氣例如藉助排氣的脈動的作用而在循環通路9內流通。這樣，循環通路9內的排氣的熱傳遞至殼體4，從而該殼體4的溫度上升。由此,能夠使電極室8內的附著於殼體4的周邊的水蒸發而將其除去。圖4至圖7示出本實施例所涉及的電極室8的剖視圖。圖4示出發動機起動前的狀態。在該時刻，尚未產生凝結水。圖5示出剛剛進行發動機的冷起動後的狀態。在該時亥IJ，在電極室8的整體附著有凝結水E。圖6示出從發動機的冷起動到暖機完成的中途的狀態。此時，由於排氣的熱以及反應熱，催化劑載體2的溫度上升，由此，催化劑載體2的周邊的凝結水蒸發。並且，由於來自循環通路9的熱，殼體4的溫度上升，殼體4的周邊的凝結水蒸發。由此，僅在內管3的周邊殘留有凝結水E。即便像這樣僅在內管3的周邊殘留有凝結水E，由於在相比該內管3靠殼體4側的襯墊5以及絕緣部7並未附著有水，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。在該時刻，假設在不具備循環通路9的情況下，由於在殼體4側殘留有凝結水，因此存在電從電極6朝殼體4流動的憂慮。因而，通過具備循環通路9，能夠在早期除去殼體4周邊的凝結水，因此能夠在早期對電極6通電。進而，圖7示出發動機的暖機完成後的狀態。在該時刻，由於凝結水被從電極室8除去，因此絕緣電阻也恢復。如以上說明的那樣，根據本實施例，由於能夠利用循環通路9在早期除去電極室8內的殼體4周邊的凝結水，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。另外，在本實施例中，開口部91設置於比催化劑載體2靠上遊側的位置，但也可以代替這種情況而將開口部91設置於比催化劑載體2靠下遊側的位置。這樣，能夠將藉助催化劑載體2而溫度上升了的排氣導入循環通路9。實施例2圖8是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑100的概要結構的圖。並且，圖9是利用與電極6的中心軸正交的面剖切循環通路900而得的剖視圖。對與實施例1所示的電加熱式催化劑I不同的點進行說明。另外，對與實施例1所示的電加熱式催化劑I相同的部件標註相同標號。在本實施例中，在比一個開口部911靠上遊側的位置設置有另一個開口部912。SP，一個開口部911和另一個開口部912在排氣的流動方向B (也可以是中心軸A方向)上錯開設置。一個開口部911與環部93藉助一個直線部921連接。並且，另一個開口部912與環部93藉助另一個直線部922連接。另一個開口部912比一個開口部911距離環部93遠，因此，另一個直線部922比一個直線部921長。在以這種方式構成的電加熱式催化劑100中，由於一個開口部911和另一個開口部912在排氣的流動方向B上錯開設置，因此，會在一個開口部911和另一個開口部912產生壓力差。即，由於排氣的脈動，在一個開口部911和另一個開口部912處，壓力分別變動，由於它們在排氣的流動方向B上錯開，因此壓力的變動會產生相位差。由於該相位差，會在一個開口部911和另一個開口部912產生壓力差。由於能夠藉助該壓力差促進循環通路900內的排氣的流動，因此能夠對電極6的周邊賦予更多的熱。由此，能夠使附著在從電極6到殼體4的部分水迅速地蒸發。另外，一個開口部911與另一個開口部912之間的在排氣的流動方向B上的距離的最佳值能夠通過實驗等求出。如以上說明的那樣，根據本實施例，由於能夠利用循環通路900在早期除去電極室8內的殼體4周邊的凝結水，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。實施例3圖10是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑101的概要結構的圖。圖10是將一個開口部913剖切而得的剖視圖。並且，圖11是另一個開口部914的剖視圖。對與實施例I所示的電加熱式催化劑I不同的點進行說明。另外，對與實施例1所示的電加熱式催化劑I相同的部件標註相同標號。在本實施例中，在殼體4的內壁具備促進排氣朝循環通路901的一個開口部913流入的流入引導件10、以及促進排氣從另一個開口部914流出的流出引導件11。流入引導件10是以板厚方向與中心軸A平行的方式從比一個開口部913靠下遊側的殼體4的內表面朝中心軸A方向延伸、然後朝排氣的流動方向B的上遊側折彎的例如金屬制的板。另外，流入引導件10隻要是使排氣的流動朝向一個開口部913的形狀即可，也可以是其他的形狀。例如，也可以是從比一個開口部913靠下遊側的殼體4的內表面朝中心軸A方向延伸的板。並且，也可以是隨著從比一個開口部913靠下遊側的殼體4的內表面趨向上遊側而接近中心軸A的板。流出引導件11是以板厚方向與中心軸A平行的方式從比另一個開口部914靠上遊側的殼體4的內表面朝中心軸A方向延伸、然後朝排氣的流動方向B的下遊側折彎的例如金屬制的板。另外，流出引導件11隻要是使從另一個開口部91流出的排氣朝向殼體4的下遊側的形狀、或者是抑制在殼體4內流通的排氣朝另一個開口部914流入的形狀即可，也可以是其他的形狀。例如，也可以是從比另一個開口部914靠上遊側的殼體4的內表面朝中心軸A方向延伸的板。並且，也可以是隨著從比另一個開口部914靠上遊側的殼體4的內表面趨向下遊側而接近中心軸A的板。通過設置這樣的流入引導件10以及流出引導件11，一個開口部913成為排氣的入口，另一個開口部914成為排氣的出口。另外，在本實施例中，一個開口部913和另一個開口部914可以如實施例1那樣鄰接，也可以如實施例2那樣在排氣的流動方向B上錯開。在以這種方式構成的電加熱式催化劑101中，促進排氣朝一個開口部913流入，並促進排氣從另一個開口部914流出，因此，能夠促進排氣在循環通路901內的流動。因此，能夠對電極6的周邊賦予更多的熱。由此，能夠使附著在從電極6到殼體4的位置的水迅速蒸發。另外，在本實施例中，均具備流入引導件10和流出引導件11，但也可以僅具備某一方。例如，即便僅具備流入引導件10，也能夠促進排氣朝一個開口部913流入，因此能夠促進排氣在循環通路901內的循環。並且，即便僅具備流出引導件11，也能夠促進排氣從另一個開口部914流出，因此能夠促進排氣在循環通路901內的循環。如以上說明的那樣，根據本實施例，由於能夠利用循環通路901在早期除去電極室8內的殼體4周邊的凝結水，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。實施例4圖12是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑102的概要結構的圖。並且，圖13是利用與電極6的中心軸正交的面剖切循環通路902而得的剖視圖。對與實施例2所示的電加熱式催化劑100不同的點進行說明。另外，對與實施例2所示的電加熱式催化劑100相同的部件標註相同標號。在本實施例中，在與另一個開口部912連接的另一個直線部922的中途設置有當溫度高時閉塞另一個直線部922的閥95。另外，閥95也可以設置於一個直線部921。閥95例如由雙金屬元件或者形狀記憶合金構成，該閥95設定成當通過另一個直線部922的排氣的溫度變為閾值以上時，使另一個直線部922閉塞。該閾值被設定成使得電極6不會過熱的溫度。即，當溫度高的排氣在循環通路902流通時，在電極6過熱之前，閥95使另一個直線部922閉塞。由此，排氣的流動被切斷，因此能夠抑制朝電極6的周圍供給熱，從而能夠抑制電極6過熱。另外，在本實施例中，利用閥95自動地閉塞另一個直線部922，但代替於此，也可以具備測定排氣的溫度的傳感器以及基於該傳感器的輸出信號而對閥95進行控制的控制裝置。進而，在本實施例中，閥95相當於本發明中的閉塞部。如以上說明的那樣，根據本實施例，由於能夠利用循環通路902在早期除去電極室8內的殼體4周邊的凝結水，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。並且，能夠利用閥95能夠抑制電極6的過熱。標號說明1…電加熱式催化劑；2…催化劑載體；3…內管；4…殼體；5…襯墊；6…電極；7…絕緣部；8…電極室；9…循環通路；91…開口部;92…直線部;93…環部;94…間隔壁。
權利要求
1.一種電加熱式催化劑，其中， 所述電加熱式催化劑具備 發熱體，通過對所述發熱體通電，所述發熱體發熱； 殼體，該殼體收納所述發熱體； 襯墊，該襯墊設置於所述發熱體與所述殼體之間，所述襯墊對電進行絕緣，並且支承所述發熱體； 電極，該電極從所述殼體的外側與所述發熱體連接； 絕緣部，該絕緣部堵塞所述殼體與所述電極之間的間隙； 電極室，該電極室是在所述殼體的內側且在所述發熱體的外側的所述電極的周圍形成的空間，通過在所述電極和所述襯墊設置間隙而形成；以及 循環通路，該循環通路在所述發熱體的上遊側或者下遊側的任一方具備兩個開口部，從所述開口部的一個通過所述電極的周圍連接至所述開口部的另一個。
2.根據權利要求1所述的電加熱式催化劑，其中， 所述開口部在排氣的流動方向上錯開設置。
3.根據權利要求1或2所述的電加熱式催化劑，其中， 所述開口部的一個具備流入引導件，該流入引導件使在所述殼體流通的排氣朝該開口部的一個流動。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的電加熱式催化劑，其中， 所述開口部的另一個具備流出引導件，該流出引導件使從該開口部的另一個流出的排氣朝所述殼體的下遊側流動。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電加熱式催化劑，其中， 所述電加熱式催化劑具備閉塞部，當在所述循環通路流通的排氣的溫度變為閾值以上時，所述閉塞部使所述循環通路閉塞。
全文摘要
本發明提供電加熱式催化劑。抑制電朝電加熱式催化劑(1)的殼體(4)流動。具備因通電而發熱的發熱體(2)；收納發熱體(2)的殼體(4)；設置於發熱體(2)與殼體(4)間的襯墊(5)；從殼體(4)的外側與發熱體(2)連接的電極(6)；堵塞殼體(4)與電極(6)間的間隙的絕緣部(7)；電極室(8)，該電極室(8)是在殼體(4)的內側且在發熱體(2)的外側的電極(6)周圍形成的空間，通過在電極(6)和襯墊(5)設置間隙形成；以及循環通路(9)，該循環通路(9)在發熱體(2)的上遊側或下遊側的任一方具備兩個開口部(91)，從開口部(91)的一方通過電極(6)的周圍連接至開口部(91)的另一方。
文檔編號B01D53/94GK103068470SQ20108006879
公開日2013年4月24日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者吉岡衛, 渡邊剛 申請人:豐田自動車株式會社