電加熱式催化劑裝置及其制造方法
【專利說明】電加熱式催化劑裝置及其制造方法
[0001]發(fā)明背景
[0002]1.發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及電加熱式催化劑裝置及其制造方法。
[0004]2.相關(guān)技術(shù)描述
[0005]近來，電加熱式催化劑(EHC)作為用于凈化從汽車等的發(fā)動機排出的廢氣的廢氣凈化裝置受到注意。在EHC中，甚至在廢氣溫度低的情況下，例如在發(fā)動機剛啟動以后不久且催化劑難以活化時，催化劑可通過電加熱強制性地活化，并可改進廢氣的凈化效率。
[0006]根據(jù)WO 2012/063353 A公開的EHC，在催化劑如鉬、鈀等載于其上的具有蜂巢結(jié)構(gòu)的圓柱形載體的外周表面上，形成在載體的軸向上延伸的表面電極。柿齒狀線路與表面電極連接以提供電流。當(dāng)電流在載體軸向上在表面電極中傳播時，將整個載體電加熱。因此，將載體負(fù)載的催化劑活化，并通過催化反應(yīng)將通過載體的廢氣中未燃燒的HC(烴)、CO ( 一氧化碳)、NOx (氮氧化物)等凈化。
[0007]由于EHC置于汽車等中排氣通道上，對于表面電極和線路的材料，使用不僅在導(dǎo)電性，而且在耐熱性、高溫下的抗氧化性、廢氣氣氛中的抗腐蝕性等方面優(yōu)異的金屬材料。另一方面，作為載體的材料，使用陶瓷材料如SiC(碳化硅)等。因此，在電加熱期間，由于形成表面電極和線路的金屬材料的線性膨脹系數(shù)與形成載體的陶瓷材料的線性膨脹系數(shù)之間的差，產(chǎn)生熱應(yīng)變。根據(jù)WO 2012/063353 A，為降低熱應(yīng)變，通過互相遠(yuǎn)離布置的多個固定層將各個櫛齒狀分支線路固定在表面電極上。
[0008]另一方面，由于線路為冷軋薄板，即為加工的材料，伸長與約I % —樣小。因此，由于通過熱循環(huán)重復(fù)負(fù)荷的熱應(yīng)變，線路可能產(chǎn)生破裂(熱循環(huán)疲勞破裂)。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明鑒于以上情況進行并提供其中線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)改進的電加熱式催化劑裝置。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一方面的電加熱式催化劑裝置包含:載體，所述載體由催化劑載于其上的陶瓷形成；一對表面電極，所述一對表面電極互相面對并在載體的外周表面上在載體的軸向上延伸；線路，所述線路形成櫛齒狀并被配置以從電加熱式催化劑裝置的外部向表面電極提供電力；和多個固定層，所述多個固定層被配置以將線路固定在表面電極上。形成電加熱式催化劑裝置使得所述載體通過表面電極電加熱。線路的伸長為15%或更大。線路可由退火的材料形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可改進線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)。
[0012]在多個固定層之間，線路可具有彎曲部分。在如此的結(jié)構(gòu)中，特別地，可改進線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)。線路可具有在形成固定層的位置上的通孔。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可改進由于固定層的固定力。另外，線路可由第一線路和第二線路構(gòu)成。第一線路形成櫛齒狀，在載體的周向上延伸，并與表面電極在所述軸向上的中央部分連接。第二線路形成櫛齒狀并在軸向上從第一線路向表面電極在所述軸向上的末端延伸。
[0013]根據(jù)本發(fā)明第二方面的電加熱式催化劑裝置的制造方法包括:形成一對表面電極，所述一對表面電極互相面對并在載體的外周表面上在載體的軸向上延伸，所述載體由催化劑載于其上的陶瓷形成；和通過多個固定層將線路固定在表面電極上，其中所述線路被配置以從電加熱式催化劑裝置的外部提供電力，形成櫛齒狀且具有15%或更大的伸長。形成電加熱式催化劑裝置使得所述載體通過表面電極電加熱。根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法可包括形成退火的材料的線路。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可改進線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法可包括通過使線路經(jīng)受熱處理而將線路退火。此夕卜，線路可通過在將由加工的材料制成的線路固定在表面電極上以后將電加熱催化劑裝置電加熱而退火。因此，可改進產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法可包括在線路中形成多個固定層的位置之間形成彎曲部分。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，特別地可改進線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法可包括在線路中形成多個固定層的位置上的通孔?？筛倪M由于固定層的固定力。根據(jù)本發(fā)明第二方面的制造方法可包括可包括由第一線路和第二線路構(gòu)成所述線路。第一線路形成櫛齒狀，在載體的周向上延伸，并與表面電極在所述軸向上的中央部分連接。第二線路形成櫛齒狀并在軸向上從第一線路向表面電極在所述軸向上的末端延伸。
[0015]根據(jù)本發(fā)明第一方面和第二方面，可提供線路的熱循環(huán)疲勞性質(zhì)得到改進的電加熱式催化劑裝置。
[0016]附圖簡述
[0017]下面參考附圖描述本發(fā)明示例實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性，其中類似的數(shù)字表示類似的元件，且其中:
[0018]圖1為根據(jù)實施方案I的電加熱式催化劑裝置100的透視圖；
[0019]圖2為在直接從表面電極31之上看根據(jù)實施方案I的電加熱式催化劑裝置100時的平面圖；
[0020]圖3為沿著圖2中的II1-1II剖面線取得的水平剖面；
[0021]圖4為在直接從表面電極31之上看根據(jù)實施方案I的改進實例的電加熱式催化劑裝置100時的平面圖；
[0022]圖5為沿著圖2中的V-V剖面線取代的橫截面，和在形成彎曲部分34的部位處第二線路32b的垂直剖面；
[0023]圖6A為通過對比加工的材料和退火的材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示的圖形；
[0024]圖6B為通過對比加工的材料和退火的材料的ε -N曲線顯示的圖形；
[0025]圖7Α為根據(jù)實施方案2的電加熱式催化劑裝置的線路32的平面圖；
[0026]圖7Β為沿著圖7Α的VIIB-VIIB剖面線取得的橫截面；
[0027]圖7C為沿著圖7Α的VIIC-VIIC剖面線取得的橫截面；
[0028]圖8為沿著圖2中的II1-1II剖面線取得的水平剖面的改進實例；和
[0029]圖9為對應(yīng)于圖8的實施方案2中的水平剖面。
[0030]實施方案詳述
[0031]在下文中，會參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明所應(yīng)用的具體實施方案。然而，本發(fā)明不限于下文所述實施方案。另外，為了描述的清晰性，適當(dāng)?shù)睾喕挛牡拿枋龊蛨D。
[0032]首先，參考圖1至圖3，描述根據(jù)實施方案I的電加熱式催化劑裝置。圖1為顯示根據(jù)實施方案I的電加熱式催化劑裝置100的透視圖。圖2為在直接從表面電極31之上看根據(jù)實施方案I的電加熱式催化劑裝置100時的平面圖。圖3為沿著圖2中的II1-1II剖面線取得的橫截面和在形成固定層33的部位處的橫截面。
[0033]電加熱式催化劑裝置100置于例如汽車等的排放通道上并凈化由發(fā)動機排放的廢氣。如圖1所示，電加熱式催化劑裝置100包括載體20、表面電極31、線路32和固定層33。此處，線路32包括在載體周向上延伸的第一線路32a和在載體軸向上延伸的第二線路32b。在圖2中，盡管顯示了關(guān)于一個表面電極31的載體20、線路32和固定層33的位置關(guān)系，該情況也同樣適于另一表面電極31。
[0034]載體20為載有催化劑如鉬、鈀等的多孔元件。另外，由于載體20本身被電加熱，它由具有導(dǎo)電性的陶瓷，例如具體而言SiC(碳化硅)形成。如圖1所示，載體20具有基本圓柱形外部形狀及其內(nèi)部蜂巢結(jié)構(gòu)。如箭頭標(biāo)記所示，廢氣在載體20的軸向上進入載體20的內(nèi)部。
[0035]如圖1所不,表面電極31為一對電極,其同時互相面對地置于載體20的外表面上。另外，如圖2所示，表面電極31具有矩形平面形狀并在載體軸向上延伸。表面電極31不在載體軸向上在載體20的兩端附近形成。表面電極31通過線路32與電源如電池組等連接。然后，通過表面電極31，將電流供給載體20以執(zhí)行電加熱。一對表面電極31中的一個為正電極，且另一個為負(fù)電極。然而，表面電極31中的任一個可以為正電極或負(fù)電極。即，不限制流入載體20的電流的方向。
[0036]如圖1所示，櫛齒狀分支線路32置于一對表面電極31的每一個上。