CN105682777B - 通电加热式催化装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施方式涉及的通电加热式催化装置(100)，具备：担载有催化剂的载体(20)；固定在载体(20)的外周面的薄板状的配线构件(40)；外筒(70)，其覆盖载体(20)的外周面，并且在侧面具有用于向外侧引出配线构件(40)的开口部(71)；和保持构件(60)，其被填充在载体(20)和外筒(70)之间，保持载体(20)，载体(20)借助于配线构件(40)被通电加热。经由开口部(71)引出的配线构件(40)的引出部(43)形成为波折状。
Description
技术领域
本发明涉及通电加热式催化装置及其制造方法。
背景技术
近年来，作为净化从汽车等的发动机排出的排气(废气)的排气净化装置，通电加热式催化剂(EHC：Electrically Heated Catalyst)装置受到关注。在EHC中，即使是在如发动机刚起动后等那样排气的温度低、催化剂难以活化的条件下，也能够通过通电加热来强制性地使催化剂活化，提高排气的净化效率。
在专利文献1所公开的EHC中，在担载有铂、钯等催化剂的具有蜂窝结构的圆筒状的载体的外周面形成有在该载体的轴向上延伸设置的表面电极。并且，在表面电极上连接有梳齿状的配线以供给电流。通过该电流在表面电极中沿载体轴向扩展，载体整体被通电加热。由此，担载在载体上的催化剂被活化，通过载体的排气中的未燃烧HC(烃)、CO(一氧化碳)、NOx(氮氧化物)等通过催化反应而被净化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-066188号公报
发明内容
关于上述的通电加热式催化装置，发明人发现了以下的课题。
图8是用于说明本发明的课题的图，是表示以往的通电加热式催化装置的构成的一例的横截面图。如图8所示，在该通电加热式催化装置中，具备表面电极30和配线构件4的载体20隔着衬垫(mat)60被外筒70覆盖。在此，配线构件4是在相对配置于载体20的外周面的一对表面电极30的各自上所固定的板状的构件。各配线构件4，为了与外部电极(未图示)连接，经由衬垫60的开口部61和外筒70的开口部71而向外筒70的外侧导出。
这样，在通电加热式催化装置中，需要将固定在表面电极30上的配线构件4经由形成于外筒70的侧面的开口部71向外筒70的外侧导出。于是，在以往的通电加热式催化装置中，如图8所示，通过焊接被分割的外筒70a、70b，用外筒70覆盖载体20。在图8的例子中，在被纵切的外筒70a、70b的接合部位分别形成有凸缘部72，凸缘部72彼此被焊接。
换句话说，在以往的通电加热式催化装置中，不能够将通常的筒(未被分割的筒)作为外筒70使用。其原因是，配线构件4的引出部和外筒70发生干扰，不能向外筒70中插入具备配线构件4的载体20。
如以上说明的那样，在以往的通电加热式催化装置中，由于在用外筒覆盖载体时焊接了被分割的外筒，因此存在生产率差的问题。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的是提供生产率优异的通电加热式催化装置。
本发明的一个实施方式涉及的通电加热式催化装置，具备：
担载有催化剂的载体；
固定在所述载体的外周面的薄板状的配线构件；
外筒，其覆盖所述载体的外周面，并且在侧面具有用于向外侧引出所述配线构件的开口部；和
保持构件，其被填充在所述载体和所述外筒之间，保持所述载体，
所述载体借助于所述配线构件被通电加热，
经由所述开口部引出的所述配线构件的引出部形成为波折状。
在本发明的一个实施方式涉及的通电加热式催化装置中，由于配线构件的引出部形成为波折状，因此在用外筒覆盖载体时，能够预先折叠引出部，不需要焊接被分割的外筒。因而，生产率优异。
优选的是，所述配线构件由伸长率为15％以上的退火材料构成。根据这样的构成，能够将所述引出部容易地形成为波折状。
优选的是，还具备在所述载体的外周面上在所述载体的轴向上延伸设置的表面电极，所述配线构件固定在所述表面电极上，所述配线构件具备：梳齿状的第1配线，其在所述载体的周向上延伸设置，且与所述表面电极的所述轴向的中央部连接；和梳齿状的第2配线，其从所述第1配线朝向所述表面电极的两端在所述轴向上延伸设置。根据这样的构成，即使是表面电极发生了载体周向的裂纹的情况，也由第2配线保持电流向载体轴向的扩展。因而，载体的轴向中央部附近不会被集中地加热，能够避免由该集中加热引起的热应力开裂。
另外，优选的是，所述配线构件由在所述第1配线和所述第2配线上相互间隔开而设置的钮扣形状的多个固定层固定在所述表面电极上。根据这样的构成，能够缓和热应变(热应力)。
本发明的一实施方式涉及的通电加热式催化装置的制造方法，所述通电加热式催化装置是担载有催化剂的载体借助于薄板状的配线构件被通电加热的装置，所述制造方法具备：
在所述载体的外周面固定引出部被折叠成波折状的所述配线构件的工序；
采用用于保持所述载体的保持构件覆盖固定有所述配线构件的所述载体的外周面的工序；
向外筒中压入被所述保持构件覆盖的载体的工序；和
通过拉伸被折叠成波折状的所述引出部，经由形成在所述外筒的侧面上的开口部向所述外筒的外侧引出所述引出部的工序。
在本发明的一实施方式涉及的通电加热式催化装置的制造方法中，通过在向外筒压入载体后拉伸被折叠成波折状的引出部，来向外筒的外侧引出引出部。因而，在用外筒覆盖载体时不需要焊接被分割的外筒，生产率优异。
优选的是，作为所述配线构件使用伸长率为15％以上的退火材料。根据这样的构成，能够将所述引出部容易地形成为波折状。
根据本发明，能够提供生产率优异的通电加热式催化装置。
附图说明
图1是实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的立体图。
图2是在图1中除掉了外筒70的立体图。
图3是在图2中从表面电极30的正上方观察到的俯视图。
图4是基于图3中的IV-IV切割线得到的横截面图。
图5是用于对实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法进行说明的横截面图。
图6是用于对实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法进行说明的横截面图。
图7是表示向外筒70压入载体20的情况的纵截面图。
图8是用于说明本发明的课题的图，是表示以往的通电加热式催化装置的构成的一例的横截面图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对应用了本发明的具体实施方式进行详细说明。但是，本发明并不限于以下的实施方式。另外，为了使说明明确，以下的记载以及附图被适当地简化。
(实施方式1)
首先，参照图1～图4，对实施方式1涉及的通电加热式催化装置进行说明。图1是实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的立体图。图2是在图1中除掉了外筒70的立体图。图3是在图2中从表面电极30的正上方(x轴方向正侧)观察到的俯视图。图4是基于图3中的IV-IV切割线得到的横截面图。
再者，不言而喻，附图中示出的右侧xyz坐标系是便于说明构成要素的位置关系的坐标。附图中的y轴方向是载体20的轴向。在此，优选的是，在使用通电加热式催化装置100时，如图4所示那样使z轴方向的正向与铅垂向上的方向一致。
通电加热式催化装置100设置在例如汽车等的排气路径上，净化从发动机排出的排气。如图1所示，通电加热式催化装置100具备载体20和外筒70。另外，如图2所示，通电加热式催化装置100在载体20上具备表面电极30、配线构件40、固定层50。进而，如图3、图4所示，通电加热式催化装置100在载体20和外筒70之间具备衬垫60。即，通电加热式催化装置100具备载体20、表面电极30、配线构件40、固定层50、衬垫60、外筒70。
再者，在图1中省略了衬垫60。另外，在图3中，对于一个表面电极30，示出了其与载体20、配线构件40、固定层50的位置关系，但对另一个表面电极30而言也是同样的。具体地说，如图2、图4所示，两个表面电极30相对于与yz平面平行的面存在镜面对称的位置关系。
载体20是担载铂、钯等催化剂的多孔质构件。另外，载体20本身由于被通电加热，因此由具有导电性的陶瓷、具体地说例如SiC(碳化硅)构成。如图2所示，载体20的外形为大致圆柱形状，内部具有蜂窝结构。如由箭头所示那样，排气沿载体20的轴向(y轴方向)从载体20的内部通过。
表面电极30是如图2所示那样形成在载体20的外周面且隔着载体20彼此相对配置的一对电极。表面电极30与载体20物理性地接触、并且电连接。另外，如图3所示，各表面电极30具有矩形形状的平面形状，并在载体轴向(y轴方向)上延伸设置。再者，表面电极30没有形成于载体轴向的两端附近。进而，如图4所示，表面电极30经由配线构件40、外部电极81、外部配线82与电池83电连接。根据这样的构成，向载体20供给电流来进行通电加热。再者，一对表面电极30之中的一个为正极，另一方为负极，但哪个表面电极30成为正极或者负极都可以。也就是说，不限定流过载体20的电流的方向。
另外，表面电极30是例如通过等离子喷镀形成的厚度50～200μm左右的喷镀皮膜。由于表面电极30与配线构件40同样地通电，因此需要该喷镀皮膜为金属基体。作为构成喷镀皮膜的基质的金属，为了能耐受800℃以上的高温下的使用，优选在高温下的耐氧化性优异的Ni-Cr合金(其中，Cr含量为20～60质量％)、MCrAlY合金(其中，M为Fe、Co、Ni之中的至少一种)。在此，上述NiCr合金、MCrAlY合金也可以包含其他合金元素。构成表面电极30的喷镀皮膜也可以为多孔质。通过为多孔质，缓和应力的功能提高。
配线构件40如图3所示那样配置在各表面电极30之上。配线构件40如图3所示那样具有在表面电极30上在载体周向上延伸设置的梳齿状的第1配线41、在表面电极30上在载体轴向上延伸设置的梳齿状的第2配线42、和向外部电极81(图4)连接的引出部43。配线构件40是整体为例如厚度0.1mm左右的金属薄板。第1配线41和第2配线42的宽度为例如1mm左右。另外，为了能耐受800℃以上的高温下的使用，配线构件40优选由例如不锈钢系合金、Ni基系合金、Co基系合金等耐热(耐氧化)合金构成。当考虑导电度、耐热性、高温下的耐氧化性、排气气氛中的耐腐蚀性等性能和成本时，优选不锈钢系合金。
如图3所示，多个第1配线41在表面电极30的形成区域的整体范围内在载体周向上延伸设置。而且，全部的第1配线41在表面电极30的形成区域的z轴方向正侧与引出部43连接。另一方面，多个第1配线41沿着载体轴向在表面电极30上以大致等间隔同时设置。另外，第1配线41仅配置在表面电极30的载体轴向中央部。在图3的例子中，在各表面电极30上的载体20的轴向中央部各设置有6根第1配线41。在此，位于最外侧的2根第1配线41比其他4根第1配线41形成得粗。再者，不言而喻，第1配线41的根数并不限于6根，可适当地决定。
第2配线42从位于最外侧的2根第1配线41开始连续地在载体轴向上延伸设置到表面电极30的端部为止。在图3的例子中，从位于最外侧的2根第1配线41的每一根开始延伸设置有4根第2配线42。再者，不言而喻，第2配线42的根数也并不限于规定的根数，可适当地决定。
第1配线41和第2配线42均借助固定层50固定在表面电极30上并且与其电连接。
另一方面，引出部43不固定在表面电极30上而向外筒70的外侧引出。在此，引出部43具有多个折曲部，可伸缩地形成。关于引出部43的详情，在后面叙述。
在本实施方式涉及的通电加热式催化装置100中，第2配线42从仅配置在表面电极30的载体轴向中央部的第1配线41开始向表面电极30的载体轴向端部延伸设置。因而，即使是由于劣化而导致表面电极30发生了载体周向的开裂的情况，也由第2配线42保持电流向载体轴向的扩展。因而，载体20的轴向中央部附近不会被集中地加热，能够避免由该集中加热引起的热应力开裂。
固定层50是形成在第1配线41和第2配线42上的厚度300～500μm左右的钮扣形状的喷镀皮膜。通过在表面电极30上配置配线构件40，在其上方配置掩蔽工具，进行等离子喷镀，能够形成固定层50。关于喷镀皮膜的组成等，与上述的表面电极30同样即可。
通过固定层50，第1配线41和第2配线42被固定在表面电极30上并且与其电连接。在图3的例子中，内侧4根第1配线41和全部的第2配线42分别借助相互间隔开而设置的2个固定层50固定在表面电极30上。换句话说，在相邻的固定层50之间，第1配线41和第2配线42没有被固定在表面电极上。根据这样的构成，能够缓和由以金属为基体的喷镀皮膜即表面电极30以及固定层50、与由陶瓷构成的载体20的线膨胀系数差所引起的热应变(热应力)。也就是说，通过将各个固定层50设为极力小的形状并使其点状地分散存在，缓和了上述热应变(热应力)。再者，配置的固定层50的个数和间隔适当决定即可。
衬垫(保持构件)60是具有可挠性的绝热构件。衬垫60如图3中虚线所示那样卷绕在载体20的大致整体上。并且，衬垫60如图4所示那样被填充在载体20和外筒70之间。载体20由衬垫60固定并保持在外筒70中。另外，衬垫60也担负将排气密封、使其不向外筒70的外部泄漏的作用。
作为衬垫60，如图3、图4所示，设置有用于向外筒70的外侧导出配线构件40的引出部43的开口部61。开口部61与各引出部43的形成位置对应地在载体20的轴向中央部设置有两处。另外，如图4所示(横截面视图)，2个开口部61在比中心部稍微靠上的那侧(z轴方向正侧)相对于与yz平面平行的面呈镜面对称地配置。再者，在附图的例子中，开口部61的形状为矩形形状，但并不特别限定。例如，开口部61的形状也可以是圆形形状、椭圆形状等。
外筒70是用于收纳载体20的壳体，是具有比圆柱状的载体20大一圈的直径的管。如图1所示，外筒70隔着衬垫60覆盖载体20的大致整体。在此，外筒70不是如图8所示那样的被分割的外筒经焊接而成的管，而是通常的管。外筒70优选由例如不锈钢系合金等金属构成。
在外筒70的侧面，如图1、图4所示，设置有用于向外筒70的外侧导出配线构件40的引出部43的开口部71。因而，如图1所示，开口部71与引出部43的形成位置对应地在外筒70的轴向中央部设置有两处。另外，如图4所示(横截面视图)，2个开口部71在比中心部稍微靠上的那侧(z轴方向正侧)相对于与yz平面平行的面呈镜面对称地配置。再者，在附图的例子中，开口部71的形状为圆形形状，但并不特别限定。例如，开口部71的形状也可以是椭圆形状、矩形形状等。
根据上述构成，在通电加热式催化装置100中，载体20在一对表面电极30间被通电加热，担载在载体20上的催化剂被活化。由此，通过载体20的排气中的未燃烧HC(烃)、CO(一氧化碳)、NOx(氮氧化物)等通过催化反应而被净化。
在实施方式1涉及的通电加热式催化装置100中，具有以下的一个特征：如图4等所示，配线构件40的引出部43具有多个折曲部，可伸缩地形成。换句话说，引出部43形成为波折状。在此，波折是山折和谷折的重复构造。本说明书中的波折状，意指山折和谷折各具有至少一个。在附图的例子中，例如如图4所示，引出部43具有3个折曲部(从z轴方向正侧观察，2个山折和1个谷折)而形成为截面M字形状。引出部43也可以具有2个折曲部(1个山折和1个谷折)而形成为截面N字形状。此外，引出部43也可以具有4个以上的折曲部。
波折状的引出部43在制造阶段中成为被折叠了的状态。因而，配线构件40的引出部43和外筒70不会发生干扰，能够向外筒70中插入具备配线构件40的载体20。并且，在向外筒70插入了载体20后，能够将引出部43向外筒70的外侧容易地引出。即，实施方式1涉及的通电加热式催化装置100，在用外筒70覆盖载体20时不需要焊接被分割的外筒，生产率优异。再者，关于实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法的详情，在后面叙述。
在此，在图8所示的以往的通电加热式催化装置中，作为配线构件4，使用了被冷轧了的薄板即加工材料(伸长率为1％左右)。因而，难以将配线构件4的引出部在制造阶段折叠为波折状。与此相对，在实施方式1涉及的通电加热式催化装置100中，作为配线构件40，使用了对被冷轧了的薄板进行了退火的退火材料(伸长率为15～25％)。因而，能够将引出部43容易地折叠为波折状。在此，配线构件40的伸长率优选为至少15％以上。
进而，虽然未图示，但是在外筒70的内周面整体施加了用于将外筒70与载体20绝缘的绝缘涂层。但是，在图8所示的以往的通电加热式催化装置中，不能够对外筒70的焊接部(凸缘部72)实施绝缘涂敷。当由于使用而在该焊接部积存排气中所含有的炭烟颗粒时，存在不能够确保外筒70与载体20的绝缘的问题。与此相对，由于实施方式1涉及的通电加热式催化装置100没有焊接部，因此能够对外筒70的内周面整体实施绝缘涂敷，能够确保外筒70与载体20的绝缘。
接着，参照图5、图6，对实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法进行说明。图5、图6是用于对实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法进行说明的横截面图。图5、图6对应于图4的横截面图。
首先，如图5所示，在载体20的表面，通过例如等离子喷镀而形成表面电极30。
接着，在表面电极30上配置引出部43被折叠为波折状的配线构件40，通过使用掩蔽工具的等离子喷镀，在配线构件40上形成固定层50。由此，配线构件40被固定在表面电极30上。
接着，在形成有表面电极30、配线构件40、固定层50的载体20的外周面上，如图5所示那样卷绕衬垫60。优选的是，作为衬垫60预先设置有开口部61。在此，如图5所示，引出部43未被折叠为波折状的状态。
接着，如图6所示，向外筒70中压入卷绕有衬垫60的载体20。
在此，图7是表示向外筒70压入载体20的情况的纵截面图。如图7所示，在外筒70的上端(y轴方向正侧的端部)设置有环状的压入引导件90。为了从压入引导件90的上侧(y轴方向正侧)插入卷绕有衬垫60的载体20，压入引导件90的内周面具有向上方(y轴正向)扩径的锥形形状。在压入引导件90的内周面的下端(y轴方向负侧的端部)形成有用于与外筒70嵌合的切缺部。再者，如图7所示，优选在向外筒70压入载体20时使载体20的轴向(y轴方向)与铅垂方向一致。
接着，通过拉伸被折叠为波折状的引出部43，经由开口部71向外筒70的外侧引出引出部43。
最后，通过螺旋夹、焊接等将引出部43固定在外部电极81上。
通过以上的工序，如图4所示，能够得到实施方式1涉及的通电加热式催化装置100。
如上述那样，在实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法中，在向外筒70压入卷绕有衬垫60的载体20时，引出部43成为被折叠成波折状的状态。具体地说，如图5所示，在衬垫60的开口部61中引出部43以被折叠了的状态下被收纳。因而，如图6所示，引出部43和外筒70不会发生干扰，能够向外筒70中插入具备配线构件40的载体20。并且，如图4所示，在向外筒70插入了载体20后，能够将引出部43向外筒70的外侧容易地引出。即，在实施方式1涉及的通电加热式催化装置100的制造方法中，在用外筒70覆盖载体20时不需要焊接被分割的外筒，生产率优异。
再者，本发明并不限于上述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内适当变更。
本申请要求以在2013年12月4日提出的日本专利申请2013-251128为基础的优先权，在此纳入其揭示的全部内容。
附图标记说明
20：载体；
30：表面电极；
40：配线；
41：第1配线；
42：第2配线；
43：引出部；
50：固定层；
60：衬垫；
61：开口部；
70：外筒；
71：开口部；
81：外部电极；
82：外部配线；
83：电池；
90：压入引导件；
100：通电加热式催化装置。
Claims (6)
1.一种通电加热式催化装置，具备：
担载有催化剂的载体；
固定在所述载体的外周面的薄板状的配线构件；
外筒，其覆盖所述载体的外周面，并且在侧面具有用于向外侧引出所述配线构件的开口部；和
保持构件，其被填充在所述载体和所述外筒之间，保持所述载体，
所述载体经由所述配线构件被通电加热，
经由所述开口部引出的所述配线构件的引出部形成为能够被折叠以使得被折叠了的所述引出部的厚度变为所述保持部件的厚度以下的波折状，
所述引出部成为被折叠了的状态，使得能够让所述配线构件的所述引出部与所述外筒不会发生干扰地、向所述外筒中插入具备所述配线构件的所述载体，并且在向所述外筒插入了所述载体后，将所述引出部的一部分经由所述开口部向所述外筒的外侧引出。
2.根据权利要求1所述的通电加热式催化装置，
所述配线构件由伸长率为15％以上的退火材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的通电加热式催化装置，
还具备在所述载体的外周面上在所述载体的轴向上延伸设置的表面电极，
所述配线构件固定在所述表面电极上，
所述配线构件具备：
梳齿状的第1配线，其在所述载体的周向上延伸设置，且与所述表面电极的所述轴向的中央部连接；和
梳齿状的第2配线，其从所述第1配线朝向所述表面电极的两端在所述轴向上延伸设置。
4.根据权利要求3所述的通电加热式催化装置，
所述配线构件由在所述第1配线和所述第2配线上相互间隔开而设置的钮扣形状的多个固定层固定在所述表面电极上。
5.一种通电加热式催化装置的制造方法，所述通电加热式催化装置是担载有催化剂的载体经由薄板状的配线构件被通电加热的装置，该制造方法具备：
在所述载体的外周面固定引出部被折叠成波折状的所述配线构件的工序；
采用用于保持所述载体的保持构件覆盖固定有所述配线构件的所述载体的外周面的工序；
向外筒中压入被所述保持构件覆盖的载体的工序；和
通过拉伸被折叠为波折状的所述引出部，经由形成在所述外筒的侧面上的开口部向所述外筒的外侧引出所述引出部的工序。
6.根据权利要求5所述的通电加热式催化装置的制造方法，作为所述配线构件使用伸长率为15％以上的退火材料。
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