CN102844537B - 电加热式催化剂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电加热式催化剂装置（1A），其具备：催化剂载体（2），所述催化剂载体（2）通过通电而发热；保持衬垫（4），所述保持衬垫（4）以覆盖催化剂载体（2）的外周的方式而设置，并由绝缘材料制成；壳体（3），所述壳体（3）将催化剂载体（2）收容在其内部，并经由保持衬垫（4）而保持催化剂载体（2），所述电加热式催化剂装置（1A）通过负载于催化剂载体（2）上的催化剂，来处理流动于所述壳体（3）内的气体，其中，保持衬垫（4）具有吸水性，在壳体（3）与保持衬垫（4）之间，设置有由绝缘材料形成的绝缘层（5）。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有通过通电而发热的催化剂载体的催化剂装置。
背景技术
已知一种催化剂装置，其在金属或碳化硅（SiC）等具有导电性的载体上负载催化剂，并能够通过向载体通电时产生的热量而使催化剂升温。在这种催化剂装置中，使收容载体的壳体与载体绝缘，以使壳体与载体之间不会发生短路。例如，已知一种催化剂装置，其中，用以陶瓷纤维等为主要成分的陶瓷材料制衬垫（mat）覆盖金属制载体的外周，且该催化剂装置经由该衬垫收容并保持在筒状的盒体内（参照专利文献1）。此外，作为与本发明有关的现有技术文献，还存在专利文献2、3。
专利文献1：日本特开平04-171214号公报
专利文献2：日本特开2009-189921号公报
专利文献3：日本特开2008-267157号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的催化剂装置中，虽然通过陶瓷材料制衬垫而实施了壳体与载体之间的绝缘，但是由于该衬垫是用陶瓷纤维构成，因此其内部会有水分进入。即，衬垫具有吸水性。如果衬垫吸收了水分，则有可能使衬垫的绝缘电阻降低，从而使载体与壳体之间电连接。
因此，本发明的目的在于，提供一种电加热式催化剂载体，其即使在介于催化剂载体与壳体之间的保持部件吸收水分时，也能够确保催化剂载体与壳体之间的绝缘。
用于解决课题的方法
本发明的电加热式催化剂装置具备：催化剂载体，所述催化剂载体通过通电而发热；保持部件，所述保持部件以覆盖所述催化剂载体的外周的方式而设置，并由绝缘材料制成；壳体，所述壳体将所述催化剂载体收容在其内部，并经由所述保持部件而保持所述催化剂载体，所述电加热式催化剂装置通过负载于所述催化剂载体上的催化剂，来处理流动于所述壳体内的气体，其中，所述保持部件具有吸水性，在所述壳体与所述保持部件之间，设置有由绝缘材料形成的绝缘层。
根据本发明的催化剂装置，即使在保持部件吸收水分从而保持部件的绝缘电阻降低时，也能够通过绝缘层来防止催化剂载体与壳体电连接。因此，能够确保催化剂载体与壳体之间的绝缘。
在本发明催化剂装置的一种形式中，也可以采用如下结构，即，在所述催化剂载体与所述保持部件之间，设置有由具有吸水性的材料形成的吸水层。在此情况下，由于保持部件的水分会被吸水层吸收，因此能够降低保持部件的水分量。因此，能够对保持部件的绝缘电阻降低进行抑制。
在这种形式中，也可以采用如下结构，即，使所述吸水层与所述保持部件相比吸水性更高。在此情况下，能够促进水分从保持部件向吸水层移动，因此能够进一步对保持部件的绝缘电阻降低进行抑制。
在本发明的催化剂装置的一种形式中，也可以采用如下结构，即，在所述壳体内设置有阻水部件，所述阻水部件具有使气体通过的贯通孔，并且所述阻水部件以从气体流向的上游一侧观察所述壳体内时遮蔽所述保持部件的方式，被配置在比所述催化剂载体更靠气体流向的上游一侧的位置上。在此情况下，即使有水从气体流向的上游一侧起沿着壳体的内表面流过来，也能够通过阻水部件而阻挡住该水。因此，能够抑制该水到达绝缘层及保持部件。由此，由于能够抑制水被保持部件吸收，因此能够减少保持部件内部的水分量。因此，能够进一步对保持部件的绝缘电阻降低进行抑制。
在此实施方式中，也可以采用如下结构，即，所述阻水部件由具有吸水性的材料形成。在此情况下，被阻水部件阻挡的水将被阻水部件吸收。因此，能够进一步抑制该水到达绝缘层以及保持部件。
本发明的催化剂装置中设置的催化剂载体只需为，通过通电而发热的材料制成的催化剂载体即可。例如，所述催化剂载体可以由碳化硅制成。
附图说明
图1为表示本发明第一实施方式所涉及的催化剂装置的图。
图2为表示从图1的箭头II的方向观察催化剂装置时的图。
图3为放大表示图1的范围A的图。
图4为表示本发明第二实施方式所涉及的催化剂装置的图。
图5为表示从图4的箭头V的方向观察催化剂装置时的图。
图6为放大表示图示了图4的范围B的图。
图7为表示本发明第三实施方式所涉及的催化剂装置的图。
图8为表示从图7的箭头VIII的方向观察催化剂装置时的图。
图9为放大表示图7的范围C的图。
具体实施方式
第一实施方式
图1及图2图示了本发明第一实施方式所涉及的催化剂装置。另外，图2图示了从图1的箭头II的方向观察催化剂装置时的图。为了净化废气中的有害成分，该催化剂装置1A被设置于内燃机的排气通道上。另外，如图1中以箭头Ex所示，废气在催化剂装置1内从图1的左侧向右侧流动。催化剂装置1A具有圆筒状的催化剂载体2、和将催化剂载体2收容于内部的圆筒状的壳体3。催化剂载体2被同轴地收容在壳体3内。催化剂载体2由碳化硅制成，壳体3由不锈钢等的金属制成。由于催化剂载体2的内部结构与设置在内燃机的排气通道上而用于净化废气的公知的催化剂同样即可，因此省略详细的说明。催化剂载体2上负载有三元催化剂、氧化催化剂或吸收还原型NOX催化剂等的废气净化用催化剂。由于催化剂载体2是由碳化硅制成的，因此具有导电性。另外，催化剂载体2具有伴随温度上升而电阻降低的NTC(Negative temperature coefficient，负温度系数)特性。由于作为催化剂载体2的材料的碳化硅为多孔物质，因此催化剂载体2具有吸水性。
催化剂载体2的外周上设置有作为保持部件的保持衬垫4。如图2所示，保持衬垫4覆盖在催化剂载体2的整个外周面上。壳体3经由该保持衬垫4而保持催化剂载体2。保持衬垫4是用作为绝缘材料的氧化铝纤维形成的衬垫状的部件。因此，保持衬垫4还具有耐高温性及吸水性。另外，保持衬垫4的吸水性低于催化剂载体2还。
壳体3与保持衬垫4之间，在圆周方向上的整个圆周上设有绝缘层5。绝缘层5由不吸收水分、换句话说即水分无法透过的绝缘材料而形成。作为这种材料，例如可以使用包含玻璃成分的绝缘材料。
在催化剂载体2上，以隔着催化剂载体2而对置的方式设置有一对电极端子6、6。一侧的电极端子6与未图示的蓄电池的正极相连接，另一侧的电极端子6与蓄电池的负极相连接。在各个电极端子6的周围，设置有绝缘材料制成的罩7，以使电极端子6与壳体3、保持衬垫4及绝缘层5绝缘。
在该催化剂装置1A中，为了使负载于催化剂载体2上的催化剂预热而向催化剂载体2通以电流。如上所述，由于催化剂载体2由碳化硅制成，因而在被通电时会发热。因此，催化剂通过该热量而被预热。以此方式，催化剂装置1A被构成为电加热式的催化剂装置。这种催化剂装置的催化剂被称为EHC(Electrically Heated Catalyst，电加热催化剂)。
下面，参照图3，对该催化剂装置1A中的水分的移动进行说明。图3放大图示了图1中的范围A。众所周知，内燃机的废气中包含水蒸气。因此，废气冷却会使水蒸气冷凝而产生冷凝水CW。当该冷凝水CW附着于催化剂载体2的上游一侧端面2a以及保持衬垫4的上游一侧端面4a上时，会使得该水分如图中箭头W所示被催化剂载体2及保持衬垫4所吸收。高温的废气Ex会通过催化剂载体2内部。因此，如箭头V所示，被催化剂载体2吸收的水分将变成水蒸气而向下游排出。
如上所述，催化剂载体2的吸水性高于保持衬垫4的吸水性。而且，由于被催化剂载体2吸收的水分会变成水蒸气而向下游排出，因此催化剂载体2的水分吸收量少于保持衬垫4的水分吸收量。而且，在保持衬垫4与壳体3之间，设置有水分无法透过的绝缘层5。因此，被保持衬垫4吸收的水分向催化剂载体2移动。该水分与被催化剂载体吸收的水分同样地变成水蒸气而向下游排出。
如以上说明所示，在第一实施方式所涉及的催化剂装置1A中，由于保持衬垫4与壳体3之间设置有绝缘层5，因此即使在保持衬垫4吸收水分而绝缘电阻降低的情况下，也能够防止催化剂载体2与壳体3之间电连接的现象。另外，在该催化剂装置1A中，由于能够使被保持衬垫4吸收的水分快速地向催化剂载体2移动，因此能够抑制保持衬垫4的绝缘电阻降低的现象。因此，即使在保持衬垫4吸收水分的情况下，也能够确保催化剂载体2与壳体3之间的绝缘。
第二实施方式
下面参照图4-图6，对本发明第二实施方式所涉及的催化剂装置1B进行说明。图5图示了从图4的箭头V的方向观察时的催化剂装置，图6放大图示了图4中的范围B。在本实施方式中，对与上述第一实施方式共同的部分标记了相同的符号，并省略其说明。如图4及图5所示，在本实施方式中，于催化剂载体2与保持衬垫4之间设置有吸水层10，这一点与第一实施方式不同。除此之外，与第一实施方式相同。
吸水层10由具有吸水性的多孔状材料形成。吸水层10是通过将该材料蒸镀于保持衬垫4上而形成的。在形成吸水层10的材料中，使用了比构成保持衬垫4的材料吸水性更高的材料。因此，吸水层10的吸水性高于保持衬垫4。
下面参照图6，对催化剂装置1B中的水分的移动进行说明。在本实施方式中，被催化剂载体2吸收的水分也会通过废气的热量而变成水蒸气，并向下游排出。另一方面，被保持衬垫4吸收的水分会向吸水性高于保持衬垫4的吸水层10移动。移动到吸水层10的水分将进一步向催化剂载体2移动，然后变成水蒸气而向下游排出。
在第二实施方式所涉及的催化剂装置1B中，由于将吸水性高于保持衬垫4的吸水层10设置于催化剂载体2与保持衬垫4之间，因此保持衬垫4的水分将向吸水层10快速移动。由此，能够促进从保持衬垫4到催化剂载体2的水分的移动。因此，能够进一步抑制保持衬垫4的绝缘电阻降低的现象。
第三实施方式
下面，参照图7～图9，对本发明第三实施方式所涉及的催化剂装置1C进行说明。图8图示了从图7的箭头VIII的方向观察时的催化剂装置1C，图9放大图示了图7中的范围C。在本实施方式中，对与上述各实施方式共同的部分标记了相同的符号，并省略其说明。如图7及图8所示，在本实施方式中，在壳体3内设置有作为阻水部件的阻水壁20，这一点与第二实施方式不同。除此之外，与第二实施方式相同。
阻水壁20形成圆环状，其中央设置有贯通孔20a。废气从该贯通孔20a穿过而流入催化剂载体2。如图9所示，贯通孔20a的内径D1被设定为，小于催化剂载体2的外径的值。因此，如图8所示，当从废气流向的上游一侧观察壳体3内时，阻水壁20会将吸水层10、保持衬垫4及绝缘层5遮蔽。阻水壁20由具有吸水性的材料形成。如图7所示，阻水壁20被配置在比催化剂载体2更靠废气流向的上游一侧的位置上，使得其与催化剂载体2之间形成空间21。该空间21被设置成，使通过贯通孔20a向催化剂载体2飞来的冷凝水不会落在吸水层10、保持衬垫4及绝缘层5上。阻水壁20以其与壳体3之间不产生间隙的方式而被固定在壳体3内。
如图9所示，在该催化剂装置1C中，当从废气流向的上游一侧起沿壳体3的内表面流入冷凝水CW1时，该冷凝水CW1将被阻水壁20所阻挡，然后被阻水壁20吸收。因此，该冷凝水CW1不会到达保持衬垫4及绝缘层5。另一方面，由于穿过贯通孔20a而飞来的冷凝水CW2会附着在催化剂载体2的上游一侧壁面2a上，因而会被催化剂载体2吸收。因此，该冷凝水CW2不会落到保持衬垫4上。
在第三实施方式所涉及的催化剂载体1C中，由于在催化剂载体2的上游一侧设置了阻水壁20，因此冷凝水CW1、CW2不易到达保持衬垫4处。因此，能够抑制冷凝水CW1、CW2被保持衬垫4吸收的状况，从而能够减少保持衬垫4内部的水分量。因此，能够进一步抑制保持衬垫4的绝缘电阻降低的状况。另外，由于在阻水壁20与催化剂载体2之间形成了空间21，因而能够防止阻水壁20的水分接触催化剂载体2、保持衬垫4及绝缘层5。因此，能够防止通过阻水壁20的水分而使催化剂载体2与壳体3电连接的现象。
并且，在此第三实施方式中，也可以在催化剂载体2与保持衬垫4之间不设置吸水层10。另外，阻水壁20也可以由金属等不具有吸水性的材料制成。
本发明并不限定于上述实施方式，其能够以各种方式来进行实施。例如，本发明所适用的催化剂装置不限定于具有碳化硅制催化剂载体的催化剂装置。本发明可以适用于具备金属制催化剂载体等由通过通电而发热的材料制成的催化剂载体的各种催化剂装置。另外，本发明所适用的催化剂装置不限定于用于净化内燃机废气的催化剂装置。也可以适用于向壳体内流通气体，并将该气体用催化剂载体上负载的催化剂进行处理的各种催化剂装置。
Claims (6)
1.一种电加热式催化剂装置，其具备：催化剂载体，所述催化剂载体通过通电而发热；保持部件，所述保持部件以覆盖所述催化剂载体的外周的方式而设置，并由绝缘材料制成；壳体，所述壳体将所述催化剂载体收容在其内部，并经由所述保持部件而保持所述催化剂载体，所述电加热式催化剂装置通过负载于所述催化剂载体上的催化剂，来处理流动于所述壳体内的气体，其中，
所述保持部件具有吸水性，
在所述壳体与所述保持部件之间，设置有由包含玻璃成分在内的绝缘材料形成的绝缘层。
2.如权利要求1所述的电加热式催化剂装置，其中，
在所述催化剂载体与所述保持部件之间，设置有由具有吸水性的材料形成的吸水层。
3.如权利要求2所述的电加热式催化剂装置，其中，
所述吸水层与所述保持部件相比吸水性更高。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的电加热式催化剂装置，其中，
在所述壳体内设置有阻水部件，所述阻水部件具有使气体通过的贯通孔，并且所述阻水部件以从气体流向的上游一侧观察所述壳体内时遮蔽所述保持部件的方式，被配置在比所述催化剂载体更靠气体流向的上游一侧的位置上。
5.如权利要求4所述的电加热式催化剂装置，其中，
所述阻水部件由具有吸水性的材料形成。
6.如权利要求1～3中任意一项所述的电加热式催化剂装置，其中，
所述催化剂载体由碳化硅制成。
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