专利名称：电加热式催化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及电加热式催化剂。
背景技术：
已知有在通过通电而发热的催化剂的载体、和收纳该催化剂的载体的壳体之间设置绝缘体的衬垫的技术(例如，参照专利文献I )。根据该衬垫，当对催化剂的载体通电时，能够抑制电朝壳体流动。然而，由于在发动机的排气中含有水分，因此有时会在壳体等凝结有水。该水在壳体的内表面流动而附着于衬垫，之后被衬垫吸收。被衬垫吸收的水在该衬垫内移动。进而，衬垫内的水因排气的热、发热体的热而蒸发，因此随着时间的流逝而被除去。但是，如果在比较短的时间内反复进行发动机的起动以及停止，则凝结水的量变多，难以除去衬垫内的水。因此，电极周围的湿度变高，电极和壳体之间的绝缘电阻降低，因此存在电从电极朝壳体流动的忧虑。专利文献1:日本特开平05 - 269387号公报专利文献2 :日本特开2010 - 059960号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于抑制电向电加热式催化剂的壳体流动。为了解决上述课题，基于本发明的电加热式催化剂具备发热体，通过对上述发热体通电，上述发热体发热；壳体，该壳体收纳上述发热体；衬垫，该衬垫设置于上述发热体和上述壳体之间，上述衬垫对电进行绝缘，并且支承上述发热体；电极，该电极从上述壳体的外侧与上述发热体连接；绝缘部，该绝缘部堵塞上述壳体与上述电极之间的间隙；电极室，该电极室是在上述壳体的内侧且在上述发热体的外侧的上述电极的周围形成的空间，通过在上述电极和上述衬垫设置间隙而形成；以及循环通路，该循环通路在上述发热体的上游侧或者下游侧的任一方具备两个开口部，从上述开口部的一个通过上述电极的周围连接至上述开口部的另一个。发热体可以是催化剂的载体，也可以设置于比催化剂靠上游侧的位置。通过对发热体通电而该发热体发热，因此能够使催化剂的温度上升。此处，发热体的温度因排气的热以及催化剂处的反应热而在早期变高，因此，在该发热体的周边处，水的蒸发较快。另一方面，在电极室周围的壳体中，难以受到排气的热，此夕卜，壳体的外侧与外部空气接触，因此温度难以上升。因此，在壳体的周边处，水的蒸发变得缓慢。
与此相对，通过具备循环通路，能够使电极周边的温度迅速上升。即，从某一个开口部导入到循环通路内的排气例如借助排气的脉动的作用而在循环通路内循环。这样，循环通路内的排气的热传递至电极以及壳体，该电极以及壳体的温度上升。由此，能够使电极室内的附着于壳体的周边的水蒸发而将其除去，因此能够抑制电朝壳体流动。另外，为了使壳体的温度上升，也可以沿着壳体设置循环通路。并且，循环通路可以设置于壳体的内侧，也可以设置于壳体的外侧。并且，在本发明中，上述开口部能够在排气的流动方向上错开设置。这样，因排气的脉动的相位差而在开口部的一个和另一个产生压力差。由此，能够促进循环通路内的排气的流动，因此能够朝电极室赋予更多的热。并且，在本发明中，能够在上述开口部的一个具备流入引导件，该流入引导件使在上述壳体流通的排气朝该开口部的一个流动。这样，能够使大量的排气流入开口部的一个，因此，能够使大量的排气朝循环通路流通。由此，能够对电极室的周边赋予更多的热。并且，在本发明中，能够在上述开口部的另一个具备流出引导件，该流出引导件使从该开口部的另一个流出的排气朝上述壳体的下游侧流动。这样，能够使大量的排气从开口部的另一个流出，因此，能够使大量的排气朝循环通路流通。由此，能够对电极室的周边赋予更多的热。 并且，在本发明中，上述电加热式催化剂能够具备闭塞部，当在上述循环通路流通的排气的温度变为阈值以上时，上述闭塞部使上述循环通路闭塞。通过使循环通路闭塞，能够抑制朝电极室周边供给热的情况。此处，当使温度高的排气在电极的周围流通时，存在该电极过热的忧虑。因此，当存在电极过热的忧虑时，闭塞部使循环通路闭塞。即，所谓阈值，可以是电极过热的温度。并且，阈值也可以是相对于电极过热的温度而具有一定程度的余裕的温度。通过使循环通路闭塞，朝电极供给的热的供给量减少，因此，能够抑制该电极的过热。根据本发明，能够抑制电向电加热式催化剂的壳体流动。
图1是示出实施例1所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图2是利用与电极的中心轴正交的面剖切循环通路时的剖视图。图3是示出电极室内湿度以及绝缘电阻的变化的时序图。图4是实施例1所涉及的电极室的剖视图。图5是实施例1所涉及的电极室的剖视图。图6是实施例1所涉及的电极室的剖视图。图7是实施例1所涉及的电极室的剖视图。图8是示出实施例2所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图9是利用与电极的中心轴正交的面剖切循环通路时的剖视图。图10是示出实施例3所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图11是另一个开口部的剖视图。图12是示出实施例4所涉及的电加热式催化剂的概要结构的图。图13是利用与电极的中心轴正交的面剖切循环通路时的剖视图。
具体实施例方式以下，基于附图对本发明所涉及的电加热式催化剂的具体的实施方式进行说明。另外，以下的实施例能够适当组合。实施例1图1是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂I的概要结构的图。另外，本实施例所涉及的电加热式催化剂I设置在搭载于车辆的内燃机的排气管。发动机可以是柴油机，也可以是汽油机。并且，也能够在采用具备电机的混合动力系统的车辆中使用。图1所示的电加热式催化剂I是沿着该电加热式催化剂I的中心轴A将该电加热式催化剂I在纵向剖切而得的剖视图。另外，电加热式催化剂I的形状相对于中心轴A线对称，因此，在图1中仅示出上侧的部分。并且，图1中B的箭头表示排气的流动方向。本实施例所涉及的电加热式催化剂I具备以中心轴A为中心的圆柱形的催化剂载体2。进而，从中心轴A侧起依次具备催化剂载体2、内管3、壳体4。并且，在催化剂载体2和内管3之间、以及在内管3和壳体4之间设置有衬垫5。催化剂载体2使用形成电阻且因通电而发热的材质的材料。例如将SiC用作催化剂载体2的材料。催化剂载体2具有沿排气的流动方向(也可以说是中心轴A的方向)延伸且与排气的流动方向B垂直的截面呈蜂窝状的多条通路。排气在该通路流通。催化剂载体2的外形例如为以排气管的中心轴A为中心的圆柱形。另外，利用与中心轴A正交的截面剖切催化剂载体2而得的截面形状例如也可以为椭圆形。中心轴A为排气管、催化剂载体2、内管3以及壳体4共通的中心轴。另外，在本实施例中，催化剂载体2相当于本发明中的发热体。另外，即便是在将发热体配备在比催化剂靠上游侧的位置的情况下，也同样能够适用本实施例。在催化剂载体2担载有催化剂。作为催化剂，例如能够举出氧化催化剂、三元催化齐 、吸留还原式NOx催化剂、选择还原式NOx催化剂等。在催化剂载体2连接有两根电极6，通过对该电极6之间施加电压而对催化剂载体2通电。该催化剂载体2因该催化剂载体2的电阻而发热。衬垫5使用电绝缘材料，例如使用以氧化铝为主成分的陶瓷纤维。衬垫5卷绕于催化剂载体2的外周面以及内管3的外周面。由于衬垫5覆盖催化剂载体2的外周面(与中心轴A平行的面)，因此，在对催化剂载体2通电时，能够抑制电向内管3以及壳体4流动。内管3的材料例如使用氧化铝那样的电绝缘材料。内管3形成为以中心轴A为中心的管状。该内管3的在中心轴A方向上的长度比衬垫5长。因此，内管3从衬垫5向上游侧以及下游侧突出。内管3的内径与在催化剂载体2的外周卷绕衬垫5后的该衬垫5的外径大致相同。因此，在将衬垫5以及催化剂载体2收纳于内管3内时，该衬垫5被压缩，因此，借助该衬垫5的反弹力，催化剂载体2被固定于内管3内。另外，在本实施例中设置有内管3,但也可以不设置内管3。
壳体4的材料使用金属，例如能够使用不锈钢材料。催化剂载体2、内管3以及衬垫5被收纳在壳体4的内侧。壳体4的内径与在内管3的外周卷绕衬垫5后的该衬垫5的外径大致相同，在将衬垫5以及内管3收纳于壳体4时，该衬垫5被压缩，因此，借助该衬垫5的反弹力，内管3被固定于壳体4内。
在催化剂载体2连接有两个电极6。为了使该电极6通过，在内管3、壳体4以及衬垫5分别开设有孔31、41、51。这些孔31、41、51的直径大于电极6的直径。因此，内管
3、壳体4以及衬垫5与电极6分离。进而，在开设于壳体4的孔41设置有支承电极6的绝缘部7。该绝缘部7的材料使用绝缘体。进而，绝缘部7无间隙地设置于壳体4和电极6之间。这样，在壳体4内形成有围绕电极6的闭合的空间亦即电极室8。在壳体4的外侧设置有供排气循环的循环通路9。图2是利用与电极6的中心轴正交的面剖切循环通路9时的剖视图。循环通路9在比催化剂载体2靠上游侧的位置具有两个开口部91。该开口部91在壳体4的周方向邻接设置。开口部91贯通壳体4而朝该壳体4的内部开口。在开口部91分别连接有与中心轴A平行地沿着壳体4的外表面形成的直线部92。各个直线部92与形成于电极6的中心轴周围的环部93连接。在环部93、在邻接的直线部92之间设置有间隔壁94，以使得从一个直线部92朝向另一个直线部的排气的通路绕电极6一周。环部93与绝缘部7的外周面接触。进而，在比环部93靠中心轴A侧的位置存在壳体4，在更靠中心轴A侧的位置存在电极室8。在以这种方式构成的电加热式催化剂I中，在比催化剂载体2靠上游侧的位置凝结的水有时会在壳体4的内壁流动而附着于衬垫5。该水附着于内管3和壳体4之间的衬垫5。S卩，由于内管3与衬垫5相比向上游侧以及下游侧突出，因此能够抑制水进入比内管3靠内侧的位置的情况。由此，能够抑制在衬垫5的上游端以及下游端因水而导致壳体4和催化剂载体2之间短路的情况。并且，当排气中的颗粒状物质(以下称作PM)附着于衬垫5以及内管3时，存在因该PM而导致壳体4和催化剂载体2之间短路的忧虑。但是，通过使内管3比衬垫5突出，在突出的部位处承受排气的热而温度变高，因此能够使附着于该内管3的PM氧化而将其除去。由此，能够抑制因PM而导致壳体4和催化剂载体2之间短路的情况。然而，附着于衬垫5的水会因排气的热以及催化剂载体2的热而蒸发。但是，若附着的水的量增多，则其一部分不会立刻蒸发而是滞留在衬垫5内。进而，存在水通过衬垫5内到达电极6周围的电极室8并滞留于该电极室8的情况。这样，对于这样存在于该电极室8的水，即便是蒸发也难以被除去。当在电极室8内存在水蒸气时，电极6和壳体4之间的绝缘电阻大幅降低。这样，当存在使催化剂载体2的温度上升的要求时，存在无法通电的忧虑。此处，图3是示出电极室内湿度以及绝缘电阻的变化的时序图。在该图中示出假定不存在本实施例所涉及的循环通路9的情况。C表示电极室内湿度，D表示绝缘电阻。并且，实线表示以比较短的周期反复进行发动机的起动以及停止的情况，点划线表示以比较长的周期反复进行发动机的起动以及停止的情况。当以比较长的周期反复进行发动机的起动以及停止时，衬垫5内的温度变高，因此衬垫5内的水易于被除去。于是，滞留于衬垫5内的水的量变少，因此在发动机起动后电极室8内的湿度立刻降低。因此，绝缘电阻也马上恢复。另一方面，当以比 较短的周期反复进行发动机的起动以及停止时，衬垫5内的水难以被除去，因此滞留于衬垫5内的水的量变多。由此,发动机起动后电极室8内的湿度并不立刻降低。并且，当电极室8内的湿度变高时，在发动机的冷起动时，会在电极室8内产生凝结水。存在因该凝结水而导致电从电极6朝壳体4流动的忧虑。此处，由于催化剂载体2的温度因排气的热以及催化剂处的反应热而变高，因此，在电极室8内的催化剂载体2的周边，水的蒸发较快。另一方面，在电极室8内的壳体4的周边，难以受到排气的热，此外，壳体4的外侧与外部空气接触，因此温度难以上升。因此，在壳体4的周边，水的蒸发缓慢。由此，存在电从电极6朝壳体4流动的忧虑。与此相对，通过具备循环通路9，能够使电极室8周边的壳体4的温度迅速上升。即，从某一个开口部91被导入到循环通路9内的排气例如借助排气的脉动的作用而在循环通路9内流通。这样，循环通路9内的排气的热传递至壳体4，从而该壳体4的温度上升。由此,能够使电极室8内的附着于壳体4的周边的水蒸发而将其除去。图4至图7示出本实施例所涉及的电极室8的剖视图。图4示出发动机起动前的状态。在该时刻，尚未产生凝结水。图5示出刚刚进行发动机的冷起动后的状态。在该时亥IJ，在电极室8的整体附着有凝结水E。图6示出从发动机的冷起动到暖机完成的中途的状态。此时，由于排气的热以及反应热，催化剂载体2的温度上升，由此，催化剂载体2的周边的凝结水蒸发。并且，由于来自循环通路9的热，壳体4的温度上升，壳体4的周边的凝结水蒸发。由此，仅在内管3的周边残留有凝结水E。即便像这样仅在内管3的周边残留有凝结水E，由于在相比该内管3靠壳体4侧的衬垫5以及绝缘部7并未附着有水，因此能够抑制电从电极6朝壳体4流动。在该时刻，假设在不具备循环通路9的情况下，由于在壳体4侧残留有凝结水，因此存在电从电极6朝壳体4流动的忧虑。因而，通过具备循环通路9，能够在早期除去壳体4周边的凝结水，因此能够在早期对电极6通电。进而，图7示出发动机的暖机完成后的状态。在该时刻，由于凝结水被从电极室8除去，因此绝缘电阻也恢复。如以上说明的那样，根据本实施例，由于能够利用循环通路9在早期除去电极室8内的壳体4周边的凝结水，因此能够抑制电从电极6朝壳体4流动。另外，在本实施例中，开口部91设置于比催化剂载体2靠上游侧的位置，但也可以代替这种情况而将开口部91设置于比催化剂载体2靠下游侧的位置。这样，能够将借助催化剂载体2而温度上升了的排气导入循环通路9。实施例2图8是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂100的概要结构的图。并且，图9是利用与电极6的中心轴正交的面剖切循环通路900而得的剖视图。对与实施例1所示的电加热式催化剂I不同的点进行说明。另外，对与实施例1所示的电加热式催化剂I相同的部件标注相同标号。在本实施例中，在比一个开口部911靠上游侧的位置设置有另一个开口部912。SP，一个开口部911和另一个开口部912在排气的流动方向B (也可以是中心轴A方向)上错开设置。一个开口部911与环部93借助一个直线部921连接。并且，另一个开口部912与环部93借助另一个直线部922连接。另一个开口部912比一个开口部911距离环部93远，因此，另一个直线部922比一个直线部921长。在以这种方式构成的电加热式催化剂100中，由于一个开口部911和另一个开口部912在排气的流动方向B上错开设置，因此，会在一个开口部911和另一个开口部912产生压力差。即，由于排气的脉动，在一个开口部911和另一个开口部912处，压力分别变动，由于它们在排气的流动方向B上错开，因此压力的变动会产生相位差。由于该相位差，会在一个开口部911和另一个开口部912产生压力差。由于能够借助该压力差促进循环通路900内的排气的流动，因此能够对电极6的周边赋予更多的热。由此，能够使附着在从电极6到壳体4的部分水迅速地蒸发。另外，一个开口部911与另一个开口部912之间的在排气的流动方向B上的距离的最佳值能够通过实验等求出。如以上说明的那样，根据本实施例，由于能够利用循环通路900在早期除去电极室8内的壳体4周边的凝结水，因此能够抑制电从电极6朝壳体4流动。实施例3图10是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂101的概要结构的图。图10是将一个开口部913剖切而得的剖视图。并且，图11是另一个开口部914的剖视图。对与实施例I所示的电加热式催化剂I不同的点进行说明。另外，对与实施例1所示的电加热式催化剂I相同的部件标注相同标号。在本实施例中，在壳体4的内壁具备促进排气朝循环通路901的一个开口部913流入的流入引导件10、以及促进排气从另一个开口部914流出的流出引导件11。流入引导件10是以板厚方向与中心轴A平行的方式从比一个开口部913靠下游侧的壳体4的内表面朝中心轴A方向延伸、然后朝排气的流动方向B的上游侧折弯的例如金属制的板。另外，流入引导件10只要是使排气的流动朝向一个开口部913的形状即可，也可以是其他的形状。例如，也可以是从比一个开口部913靠下游侧的壳体4的内表面朝中心轴A方向延伸的板。并且，也可以是随着从比一个开口部913靠下游侧的壳体4的内表面趋向上游侧而接近中心轴A的板。流出引导件11是以板厚方向与中心轴A平行的方式从比另一个开口部914靠上游侧的壳体4的内表面朝中心轴A方向延伸、然后朝排气的流动方向B的下游侧折弯的例如金属制的板。另外，流出引导件11只要是使从另一个开口部91流出的排气朝向壳体4的下游侧的形状、或者是抑制在壳体4内流通的排气朝另一个开口部914流入的形状即可，也可以是其他的形状。例如，也可以是从比另一个开口部914靠上游侧的壳体4的内表面朝中心轴A方向延伸的板。并且，也可以是随着从比另一个开口部914靠上游侧的壳体4的内表面趋向下游侧而接近中心轴A的板。通过设置这样的流入引导件10以及流出引导件11，一个开口部913成为排气的入口，另一个开口部914成为排气的出口。另外，在本实施例中，一个开口部913和另一个开口部914可以如实施例1那样邻接，也可以如实施例2那样在排气的流动方向B上错开。在以这种方式构成的电加热式催化剂101中，促进排气朝一个开口部913流入，并促进排气从另一个开口部914流出，因此，能够促进排气在循环通路901内的流动。因此，能够对电极6的周边赋予更多的热。由此，能够使附着在从电极6到壳体4的位置的水迅速蒸发。另外，在本实施例中，均具备流入引导件10和流出引导件11，但也可以仅具备某一方。例如，即便仅具备流入引导件10，也能够促进排气朝一个开口部913流入，因此能够促进排气在循环通路901内的循环。并且，即便仅具备流出引导件11，也能够促进排气从另一个开口部914流出，因此能够促进排气在循环通路901内的循环。如以上说明的那样，根据本实施例，由于能够利用循环通路901在早期除去电极室8内的壳体4周边的凝结水，因此能够抑制电从电极6朝壳体4流动。实施例4图12是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂102的概要结构的图。并且，图13是利用与电极6的中心轴正交的面剖切循环通路902而得的剖视图。对与实施例2所示的电加热式催化剂100不同的点进行说明。另外，对与实施例2所示的电加热式催化剂100相同的部件标注相同标号。在本实施例中，在与另一个开口部912连接的另一个直线部922的中途设置有当温度高时闭塞另一个直线部922的阀95。另外，阀95也可以设置于一个直线部921。阀95例如由双金属元件或者形状记忆合金构成，该阀95设定成当通过另一个直线部922的排气的温度变为阈值以上时，使另一个直线部922闭塞。该阈值被设定成使得电极6不会过热的温度。即，当温度高的排气在循环通路902流通时，在电极6过热之前，阀95使另一个直线部922闭塞。由此，排气的流动被切断，因此能够抑制朝电极6的周围供给热，从而能够抑制电极6过热。另外，在本实施例中，利用阀95自动地闭塞另一个直线部922，但代替于此，也可以具备测定排气的温度的传感器以及基于该传感器的输出信号而对阀95进行控制的控制装置。进而，在本实施例中，阀95相当于本发明中的闭塞部。如以上说明的那样，根据本实施例，由于能够利用循环通路902在早期除去电极室8内的壳体4周边的凝结水，因此能够抑制电从电极6朝壳体4流动。并且，能够利用阀95能够抑制电极6的过热。标号说明1…电加热式催化剂；2…催化剂载体；3…内管；4…壳体；5…衬垫；6…电极；7…绝缘部；8…电极室；9…循环通路；91…开口部;92…直线部;93…环部;94…间隔壁。
权利要求
1.一种电加热式催化剂，其中， 所述电加热式催化剂具备 发热体，通过对所述发热体通电，所述发热体发热； 壳体，该壳体收纳所述发热体； 衬垫，该衬垫设置于所述发热体与所述壳体之间，所述衬垫对电进行绝缘，并且支承所述发热体； 电极，该电极从所述壳体的外侧与所述发热体连接； 绝缘部，该绝缘部堵塞所述壳体与所述电极之间的间隙； 电极室，该电极室是在所述壳体的内侧且在所述发热体的外侧的所述电极的周围形成的空间，通过在所述电极和所述衬垫设置间隙而形成；以及 循环通路，该循环通路在所述发热体的上游侧或者下游侧的任一方具备两个开口部，从所述开口部的一个通过所述电极的周围连接至所述开口部的另一个。
2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂，其中， 所述开口部在排气的流动方向上错开设置。
3.根据权利要求1或2所述的电加热式催化剂，其中， 所述开口部的一个具备流入引导件，该流入引导件使在所述壳体流通的排气朝该开口部的一个流动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电加热式催化剂，其中， 所述开口部的另一个具备流出引导件，该流出引导件使从该开口部的另一个流出的排气朝所述壳体的下游侧流动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电加热式催化剂，其中， 所述电加热式催化剂具备闭塞部，当在所述循环通路流通的排气的温度变为阈值以上时，所述闭塞部使所述循环通路闭塞。
全文摘要
本发明提供电加热式催化剂。抑制电朝电加热式催化剂(1)的壳体(4)流动。具备因通电而发热的发热体(2)；收纳发热体(2)的壳体(4)；设置于发热体(2)与壳体(4)间的衬垫(5)；从壳体(4)的外侧与发热体(2)连接的电极(6)；堵塞壳体(4)与电极(6)间的间隙的绝缘部(7)；电极室(8)，该电极室(8)是在壳体(4)的内侧且在发热体(2)的外侧的电极(6)周围形成的空间，通过在电极(6)和衬垫(5)设置间隙形成；以及循环通路(9)，该循环通路(9)在发热体(2)的上游侧或下游侧的任一方具备两个开口部(91)，从开口部(91)的一方通过电极(6)的周围连接至开口部(91)的另一方。
文档编号B01D53/94GK103068470SQ20108006879
公开日2013年4月24日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者吉冈卫, 渡边刚 申请人:丰田自动车株式会社