專利名稱：電加熱式催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱式催化劑。
背景技術(shù)：
已知有在因通電而發(fā)熱的催化劑的載體、和收納該催化劑的載體的殼體之間設(shè)置絕緣體的襯墊的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)I)。根據(jù)該襯墊，當(dāng)對催化劑的載體通電時，能夠抑制電朝殼體流動。然而，在發(fā)動機(jī)剛剛起動之后等時，由于電極的溫度低，因此，如果通過了襯墊的排氣與該電極接觸，則存在排氣中的水在該電極處凝結(jié)的情況。存在因該水而導(dǎo)致電極和殼體之間的絕緣電阻降低從而電從電極朝殼體流動的憂慮。專利文獻(xiàn)1:日本特開平05 - 269387號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，其目的在于抑制電朝電加熱式催化劑的殼體流動。為了解決上述課題，基于本發(fā)明的電加熱式催化劑具備發(fā)熱體，通過對該發(fā)熱體通電，該發(fā)熱體發(fā)熱；殼體，該殼體收納上述發(fā)熱體；襯墊，該襯墊設(shè)置于上述發(fā)熱體和上述殼體之間，該襯墊對電進(jìn)行絕緣，并且支承上述發(fā)熱體；電極，該電極從上述殼體的外側(cè)與上述發(fā)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(nèi)側(cè)且在上述發(fā)熱體的外側(cè)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(shè)置間隙而形成；以及分隔部，該分隔部在上述電極室內(nèi)設(shè)置于比上述電極靠排氣的流動方向的上游側(cè)的位置，在該電極室內(nèi)流通的排氣與上述分隔部碰撞。發(fā)熱體可以形成為催化劑的載體，也可以設(shè)置于比催化劑靠上游側(cè)的位置。通過對發(fā)熱體通電，該發(fā)熱體發(fā)熱，因此能夠使催化劑的溫度上升。然而，由于在發(fā)動機(jī)的排氣中含有水分，因此當(dāng)發(fā)動機(jī)冷起動時等電極、絕緣部的溫度低時，存在如果排氣直接與該電極、絕緣部碰撞則水會發(fā)生凝結(jié)的情況。相對于此，通過具備分隔部，能夠抑制流入到電極室內(nèi)的排氣與電極、絕緣部直接碰撞。即，由于分隔部設(shè)置于比電極靠排氣的流動方向的上游側(cè)的位置，因此流入電極室的排氣的至少一部分在與電極碰撞之前與分隔部碰撞。另外，此處所說的排氣的流動方向是指在流入電極室內(nèi)之后且與分隔部碰撞之前的排氣的流動方向。該排氣的流動方向可以與殼體或者發(fā)熱體的中心軸方向平行。進(jìn)而，通過具備分隔部，排氣的至少一部分不會直接與電極碰撞，因此能夠抑制水在電極、絕緣部凝結(jié)的情況。由此，能夠抑制電朝殼體流動。另外，也能夠?qū)⒎指舨吭陔姌O室內(nèi)設(shè)置于比電極靠排氣的流動方向的下游側(cè)的位置。并且，分隔部也能夠包圍電極的周圍。
并且，在本發(fā)明中也可以構(gòu)成為上述分隔部在上述電極室內(nèi)設(shè)置于流入該電極室內(nèi)的排氣朝上述電極直線前進(jìn)的路徑上。即，分隔部設(shè)定于假定不存在分隔部的情況下與電極碰撞的排氣所流動的部位。由此，能夠抑制排氣與電極直接碰撞。并且，在本發(fā)明中也可以構(gòu)成為當(dāng)上述分隔部與上述絕緣部之間的距離小于電絕緣所需要的空間距離的情況下，上述分隔部由絕緣體構(gòu)成。此處，如果分隔部由導(dǎo)電體構(gòu)成，存在當(dāng)該分隔部與電極之間的距離變近時在該分隔部與電極之間發(fā)生放電的憂慮。即，當(dāng)分隔部與絕緣部之間的距離小于電絕緣所需要的空間距離的情況下，存在在該分隔部與電極之間發(fā)生放電的憂慮。相對于此，通過利用絕緣體構(gòu)成分隔部，能夠抑制在分隔部與電極之間發(fā)生放電的情況。并且，在本發(fā)明中也可以構(gòu)成為當(dāng)上述分隔部與上述絕緣部之間的距離在電絕緣所需要的空間距離以上的情況下，上述分隔部由導(dǎo)電體構(gòu)成。即，由于不存在分隔部與電極之間發(fā)生放電的憂慮，因此能夠利用導(dǎo)電體構(gòu)成分隔部。由此，作為分隔部例如能夠使用耐久性高的材料。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制電朝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(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出實施例2所涉及的電加熱式催化劑的概要結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示出實施例3所涉及的電加熱式催化劑的概要結(jié)構(gòu)的圖。圖4是示出要求空間距離與從電極及絕緣部到板為止的距離之間的關(guān)系的圖。圖5是示出要求空間距離與從電極及絕緣部到板為止的距離之間的關(guān)系的圖。圖6是示出從板到殼體為止的距離以及從板到催化劑載體為止的距離的關(guān)系的圖。圖7是示出要求空間距離與從板到催化劑載體為止的距離之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明所涉及的電加熱式催化劑的具體實施方式
進(jìn)行說明。另夕卜，以下的實施例能夠適當(dāng)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(jié)構(gòu)的圖。另外，本實施例所涉及的電加熱式催化劑I設(shè)置在搭載于車輛的發(fā)動機(jī)的排氣管。發(fā)動機(jī)可以是柴油機(jī)，也可以是汽油機(jī)。并且，在采用具備電機(jī)的混合動力系統(tǒng)的車輛中也能夠使用。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的形狀相對于中心軸A線對稱，因此在圖1中僅示出上側(cè)的部分。并且，圖1中的箭頭B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(jìn)而，從中心軸A側(cè)起依次具備催化劑載體2、內(nèi)管3、殼體4。并且，在催化劑載體2和內(nèi)管3之間、以及在內(nèi)管3和殼體4之間設(shè)置有襯墊5。催化劑載體2使用形成電阻且具有因通電而發(fā)熱的性質(zhì)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。排氣在該通路內(nèi)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可以為橢圓形。中心軸A為排氣管、催化劑載體2、內(nèi)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(dāng)于本發(fā)明的發(fā)熱體。另外，即便是在將發(fā)熱體配備在比催化劑靠上游側(cè)的位置的情況下也同樣能夠應(yīng)用本實施例。 在催化劑載體2擔(dān)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連接有兩個電極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(fā)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卷繞于催化劑載體2的外周面以及內(nèi)管3的外周面。由于襯墊5覆蓋催化劑載體2的外周面(與中心軸A平行的面)，因此，當(dāng)對催化劑載體2通電時，能夠抑制電朝內(nèi)管3以及殼體4流動。內(nèi)管3的材料使用例如氧化鋁之類的電絕緣材料。內(nèi)管3形成為以中心軸A為中心的管狀。該內(nèi)管3的在中心軸A方向上的長度比襯墊5長。因此，內(nèi)管3從襯墊5朝上游側(cè)以及下游側(cè)突出。內(nèi)管3的內(nèi)徑與將襯墊5卷繞于催化劑載體2的外周后的該襯墊5的外徑大致相同。因此，在將襯墊5以及催化劑載體2收納于內(nèi)管3內(nèi)時，該襯墊5被壓縮，因此借助該襯墊5的反彈力將催化劑載體2固定于內(nèi)管3內(nèi)。殼體4的材料使用金屬，例如能夠使用不銹鋼材料。在殼體4的內(nèi)側(cè)收納有催化劑載體2、內(nèi)管3以及襯墊5。殼體4的內(nèi)徑與將襯墊5卷繞于內(nèi)管3的外周后的該襯墊5的外徑大致相同，在將襯墊5以及內(nèi)管3收納于殼體4時，該襯墊5被壓縮，因此借助該襯墊5的反彈力將內(nèi)管3固定于殼體4內(nèi)。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(nèi)管3、殼體4以及襯墊5分別開設(shè)有孔31、41、51。這些孔31、41、51的直徑大于電極6的直徑。因此，內(nèi)管
3、殼體4以及襯墊5與電極6分離。進(jìn)而，在開設(shè)于殼體4的孔41設(shè)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(jìn)而，絕緣部7無間隙地設(shè)置于殼體4和電極6之間。這樣，在殼體4內(nèi)形成電極6周圍的閉合空間即電極室8。并且，開設(shè)于內(nèi)管3的孔31的直徑小于開設(shè)于襯墊5的孔51的直徑。因此，內(nèi)管3從襯墊5朝電極室8內(nèi)突出。進(jìn)而,在排氣的流動方向上的位于電極6的上游側(cè)的內(nèi)管3設(shè)置有板9。板9將比電極6靠上游側(cè)的電極室8的一部分分隔成上游側(cè)和下游側(cè)。板9在形成孔31的內(nèi)管3的端部朝該內(nèi)管3的內(nèi)側(cè)以及外側(cè)相對于中心軸A垂直地延伸。板9可以是平面，也可以是曲面。并且，板9的形狀也可以與開設(shè)于內(nèi)管3的孔31的形狀一致。板9的材料可以與內(nèi)管3的材料相同，也可以與內(nèi)管3的材料不同。該板9是為了抑制流入電極室8內(nèi)的排氣與電極6以及絕緣部7直接碰撞而設(shè)置的。例如，以在絕緣部7的末端、即 電極6從絕緣部7露出的部位的上游側(cè)存在板9的方式設(shè)置該板9。并且，例如也可以按照當(dāng)在排氣的流動方向B (也可以說是中心軸A的方向)上將絕緣部7的末端部朝板9投影時，該絕緣部7的末端部的至少一部分投影到板9的方式?jīng)Q定板9的形狀以及位置。此外，也可以將板9在電極室8內(nèi)設(shè)置于流入該電極室8內(nèi)的排氣朝電極6直線前進(jìn)的路徑上。只要將板9設(shè)置成遮擋假定不存在該板9的情況下與電極6或者絕緣部7碰撞的排氣的至少一部分即可。即，板9的大小也可以小于電極6或者絕緣部7。并且，板9設(shè)置成不與殼體4、催化劑載體2以及襯墊5接觸。另外，在本實施例中，板9相當(dāng)于本發(fā)明的分隔部。在以這種方式構(gòu)成的電加熱式催化劑I中，在比催化劑載體2靠上游側(cè)處凝結(jié)的水有時會沿殼體4的內(nèi)壁流動而附著于襯墊5。該水附著于內(nèi)管3和殼體4之間的襯墊5。即，由于內(nèi)管3與襯墊5相比朝上游側(cè)以及下游側(cè)突出，因此能夠抑制水進(jìn)入比內(nèi)管3靠內(nèi)側(cè)的位置的情況。由此，能夠抑制在襯墊5的上游端以及下游端因水而導(dǎo)致殼體4與催化劑載體2之間短路的情況。并且，當(dāng)排氣中的顆粒狀物質(zhì)(以下稱作PM)附著于襯墊5以及內(nèi)管3時，存在因該P(yáng)M而導(dǎo)致殼體4與催化劑載體2之間短路的憂慮。但是，通過使內(nèi)管3比襯墊5突出，突出的部位承受排氣的熱而溫度升高，因此能夠使附著于該內(nèi)管3的PM氧化而將其除去。由此，能夠抑制因PM而導(dǎo)致殼體4與催化劑載體2之間短路的情況。然而，附著于襯墊5的水會因排氣的熱以及催化劑載體2的熱而蒸發(fā)。但是，當(dāng)附著的水的量增多時，其一部分并不立刻蒸發(fā)而滯留于襯墊5內(nèi)。進(jìn)而，水會通過襯墊5內(nèi)而到達(dá)電極6周圍的電極室8。由于在發(fā)動機(jī)冷起動時電極6以及絕緣部7的溫度低，因此，如果排氣與該電極6以及絕緣部7碰撞，則水在該電極6以及絕緣部7的表面凝結(jié)。當(dāng)像這樣在電極6以及絕緣部7的表面凝結(jié)有水時，存在電從電極6朝殼體4流動的憂慮。于是，存在當(dāng)存在使催化劑載體2的溫度上升的要求時無法通電的憂慮。相對于此，通過具備板9，能夠抑制排氣與電極6以及絕緣部7直接碰撞的情況。在電極6以及絕緣部7，與排氣直接碰撞的部位相比，水難以凝結(jié)在排氣不直接碰撞的部位。即，通過具備板9，能夠抑制水在電極6以及絕緣部7凝結(jié)。這樣，能夠抑制水在電極6以及絕緣部7凝結(jié)，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，對在內(nèi)管3以及襯墊5分別開設(shè)有孔31、51的情況進(jìn)行了說明，但是，代替于此，內(nèi)管3以及襯墊5也可以隔著電極6被分割成上游側(cè)和下游側(cè)。S卩，可以在電極6的上游側(cè)和下游側(cè)的催化劑載體2的周圍分別配置內(nèi)管3以及襯墊5。由此，電極室8形成為繞催化劑載體2的周圍一周。即便在這種情況下，通過在電極6的上游側(cè)設(shè)置板9，也能夠抑制排氣與電極6以及絕緣部7直接碰撞，因此能夠抑制電朝殼體4流動。實施例2圖2是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑100的概要結(jié)構(gòu)的圖。在實施例1中將板9設(shè)置于內(nèi)管3,但在本實施例中,將板90設(shè)置于殼體4。另外,對與實施例1相同的部件標(biāo)注相同標(biāo)號并省略說明。g卩，板90從殼體4朝中心軸A方向延伸。板90的靠中心軸A側(cè)的端部位于電極室8內(nèi)的比催化劑載體2的外周面靠外側(cè)的位置，以免與催化劑載體2接觸。并且，板90設(shè)置成也不與內(nèi)管3以及襯墊5接觸。板90的材料可以與殼體4的材料相同，也可以與殼體4的材料不同。即便在以這種方式構(gòu)成的電加熱式催化劑100中，也能夠抑制排氣與電極6以及絕緣部7直接碰撞。即，通過具備板90，能夠抑制水在電極6以及絕緣部7凝結(jié)。這樣，能夠抑制水在電極6以及絕緣部7凝結(jié)，因此能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。實施例3圖3是示出本實施例所涉及的電加熱式催化劑101的概要結(jié)構(gòu)的圖。在本實施例中，將板90設(shè)置在電極6的上游側(cè)，并且在下游側(cè)也設(shè)置板91。另外，也可以在該電極6的周圍設(shè)置以電極6的中心軸為中心的筒，從而包圍電極6。另外，對與實施例1或2相同的部件標(biāo)注相同標(biāo)號并省略說明。 電極6的下游側(cè)的板91從殼體4朝中心軸A方向延伸。板91的靠中心軸A側(cè)的端部位于比催化劑載體2的外周面靠外側(cè)的位置，以免與催化劑載體2接觸。此外，板91設(shè)置成也不與內(nèi)管3以及襯墊5接觸。比電極6靠下游側(cè)的板91的形狀、與比電極6靠上游側(cè)的板91的形狀關(guān)于電極6的中心軸線對稱。另外，也可以與實施例1的板9同樣，將板90、91設(shè)置于內(nèi)管3。這樣，通過在電極6的下游側(cè)也設(shè)置板91，排氣更難以與電極6以及絕緣部7碰撞，因此能夠進(jìn)一步抑制水在電極6以及絕緣部7凝結(jié)。由此，能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。實施例4此處，如果從電極6以及絕緣部7到板9為止的距離短，存在當(dāng)對電極6通電時在該電極6以及絕緣部7與板9之間發(fā)生放電的憂慮。相對于此，通過使用絕緣材料作為板9的材料，能夠抑制發(fā)生放電的情況。因此，在本實施例中，在電極6以及絕緣部7與板9之間的空間距離比不會發(fā)生放電的距離的下限值(以下稱作要求空間距離)短的情況下，使用絕緣體作為板9的材料。要求空間距離也稱作電絕緣所需要的空間距離。圖4以及圖5是示出要求空間距離D與從電極6及絕緣部7到板9為止的距離C之間的關(guān)系的圖。在圖4中，從電極6及絕緣部7到板9為止的距離C比要求空間距離D短。在該情況下，使用絕緣體作為板9的材料。另一方面，在圖5中，從電極6及絕緣部7到板9為止的距離C比要求空間距離D長。在該情況下，作為板9的材料無需使用絕緣體，能夠使用導(dǎo)電體，因此例如能夠使用耐久性優(yōu)異的不銹鋼材料。另外，也可以不論從電極6及絕緣部7到板9為止的距離C如何均使用絕緣體作為板9的材料。這樣，當(dāng)在電極6及絕緣部7與板9之間會發(fā)生放電時，通過使用絕緣體作為板9的材料，能夠抑制電從電極6朝殼體4流動。并且，當(dāng)不會發(fā)生放電時，通過使用導(dǎo)電體作為板9的材料，能夠使板9的耐久性提聞。同樣，如果從板9、90、91到殼體4或者催化劑載體2為止的距離短，則存在當(dāng)對電極6通電時在該殼體4或催化劑載體2與板9、90、91之間發(fā)生放電的憂慮。因此，在本實施例中，在作為板9、90、91使用導(dǎo)電體的情況下,可以使殼體4或催化劑載體2與板9、90、91之間的空間距離比要求空間距離D長。圖6是示出從板9到殼體4為止的距離E以及從板9到催化劑載體2位置的距離F的關(guān)系的圖。在使用導(dǎo)電體作為板9的情況下，以從板9到殼體4為止的距離E與從板9到催化劑載體2為止的距離F之和在要求空間距離D以上的方式?jīng)Q定各個部件的形狀。并且，圖7是示出要求空間距離D與從板90到催化劑載體2為止的距離G之間的關(guān)系的圖。在使用導(dǎo)電體作為板90的情況下，以從板90到催化劑載體2為止的距離G在要求空間距離D以上的方式?jīng)Q定各個部件的形狀。在比電極6靠下游側(cè)設(shè)置板91的情況下也有同樣的考慮。這樣，能夠抑制 電經(jīng)由板9、90、91朝殼體4流動。標(biāo)號說明:1…電加熱式催化劑；2…催化劑載體；3…內(nèi)管；4…殼體；5…襯墊；6…電極；7…絕緣部；8…電極室；9…板;31…孔;41…孔;51…孔。
權(quán)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(fā)熱體，通過對所述發(fā)熱體通電，所述發(fā)熱體發(fā)熱； 殼體，該殼體收納所述發(fā)熱體； 襯墊，該襯墊設(shè)置于所述發(fā)熱體與所述殼體之間，所述襯墊對電進(jìn)行絕緣，并且支承所述發(fā)熱體； 電極，該電極從所述殼體的外側(cè)與所述發(fā)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(nèi)側(cè)且在所述發(fā)熱體的外側(cè)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(shè)置間隙而形成；以及 分隔部，該分隔部在所述電極室內(nèi)設(shè)置于比所述電極靠排氣的流動方向的上游側(cè)的位置，在該電極室內(nèi)流通的排氣與所述分隔部碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電加熱式催化劑，其中， 所述分隔部在所述電極 室內(nèi)設(shè)置于流入該電極室內(nèi)的排氣朝所述電極直線前進(jìn)的路徑上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電加熱式催化劑，其中， 當(dāng)所述分隔部與所述絕緣部之間的距離小于電絕緣所需要的空間距離的情況下，所述分隔部由絕緣體構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電加熱式催化劑，其中， 當(dāng)所述分隔部與所述絕緣部之間的距離在電絕緣所需要的空間距離以上的情況下，所述分隔部由導(dǎo)電體構(gòu)成。
全文摘要
能抑制電朝電加熱式催化劑(1)的殼體(4)流動的電加熱式催化劑(1)具備因通電而發(fā)熱的發(fā)熱體(2)；收納發(fā)熱體(2)的殼體(4)；設(shè)置于發(fā)熱體(2)和殼體(4)之間、對電進(jìn)行絕緣并支承發(fā)熱體(2)的襯墊(5)；從殼體(4)的外側(cè)與發(fā)熱體(2)連接的電極(6)；堵塞殼體(4)和電極(6)之間的間隙的絕緣部(7)；電極室(8)，該電極室(8)是在殼體(4)的內(nèi)側(cè)且在發(fā)熱體(2)的外側(cè)的電極(6)的周圍形成的空間，通過在電極(6)和襯墊(5)設(shè)置間隙形成；以及分隔部(9)，該分隔部(9)在電極室(8)內(nèi)設(shè)置于比電極(6)靠排氣的流動方向的上游側(cè)的位置，在該電極室(8)內(nèi)流通的排氣與分隔部碰撞。
文檔編號B01D53/86GK103079702SQ201080068998
公開日2013年5月1日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者吉岡衛(wèi), 渡邊剛 申請人:豐田自動車株式會社