CN108350783A - 蜂窝型加热装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蜂窝型加热装置(1)，其具备：具有区划形成多个隔室(5)的隔壁(4)和包围隔壁(4)的外周壁(3)的柱状的蜂窝基材(2)、沿外周壁(3)的外周面(8)的周向邻接配置在外周面(8)上的多个加热器(9)、将多个加热器(9)电连接的被覆电线(11)、以及收纳蜂窝基材(2)和多个加热器(9)的金属壳体(15)，各加热器(9)为利用通电进行发热的电阻加热式加热器，金属壳体(15)具有用于使各加热器(9)的电极(21)突出到金属壳体(15)的外部的孔部(18)，被覆电线(11)在金属壳体(15)的外部对各加热器(9)的电极(21)进行电连接。

Description

蜂窝型加热装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及设置在由汽车等的发动机排出的废气的排气路径上、用于使废气净化用的催化剂尽快升温到其活性温度的蜂窝型加热装置及其使用方法。
背景技术
以往，为了进行由汽车等的发动机排出的废气中含有的HC、CO、NOx等有害物质的净化处理，一直使用在蜂窝结构体中担载有催化剂的蜂窝结构体。像这样，利用担载于蜂窝结构体的催化剂来处理废气时，需要将催化剂升温到其活性温度，但在发动机启动时，存在因催化剂未达到活性温度而无法充分净化废气的问题。特别是，插电式混合动力车(PHEV)、混合动力车(HV)因为在其行驶中包含仅利用马达而进行的行驶，所以发动机启动频率少，发动机启动时的催化剂温度低，从而发动机刚启动后的废气净化性能容易恶化。
为了解决该问题，提出了一种电加热催化剂(EHC)(参照专利文献1)，其通过在由导电性陶瓷构成的蜂窝结构体中配设电极，利用通电使蜂窝结构体本身发热，能够在发动机启动前将催化剂升温到活性温度。
另外，还提出了一种加热装置(参照专利文献2)，其通过以包围蜂窝结构体的外周壁的方式配置筒状的电阻加热式加热器，对蜂窝结构体的外周壁的壁面进行加热，从而向内部的隔室结构物传递热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-229976号公报
专利文献2：日本特开2013-238116号公报
发明内容
然而，在利用通电使蜂窝结构体本身发热的方式中，即便因振动等使蜂窝结构体仅产生轻度的裂纹，蜂窝结构体内流动的电流的路径也会发生变化，而出现温度下降或温度分布发生变化，因此无法说耐久性充分。另外，在该方式中，蜂窝结构体以在其外周卷绕隔热材料(把持材料)并收纳在筒状的金属壳体内的状态使用，但如果隔热材料吸收水分(吸水)，则在对蜂窝结构体通电时，有可能产生漏电或短路。即，在发动机关闭后残留于排气系统中的水蒸气在排气系统内进行结露，因此如果在排气系统中存在隔热材料这样的吸水部件，则存在因结露而产生的水分聚集于吸水部件(隔热材料)的趋势。而且，如果隔热材料对这样的水分进行吸水，则隔热材料的电绝缘性下降，结果，会因吸水后的隔热材料而发生漏电·短路事故。
另一方面，在以包围蜂窝结构体的外周壁的方式配置筒状的电阻加热式加热器的方式中，蜂窝结构体因为利用外部的加热器进行加热，所以即便因振动等使蜂窝结构体产生轻度的裂纹，蜂窝结构体的温度变化也少。但是，筒状的加热器容易因热应力而产生破损。而且，在利用单一(一体结构)的电阻加热式加热器进行的加热中，如果该加热器破损而无法通电，则蜂窝结构体整体完全无法被加热。
作为解决这样的问题的手段，考虑以包围蜂窝结构体的外周壁的方式配置多个电阻加热式加热器。该情况下，为了对多个加热器集中进行通电，需要对这些多个加热器间进行电连接的连接体。此处，如果连接体使用高刚性的连接体，则加热器间会被连接体强烈地约束。因此，在利用加热器对蜂窝结构体进行加热时，会因蜂窝结构体与配置在其周围并由连接体连接的多个加热器的热膨胀差而在它们之间产生较高的应力。而且，其结果是发生蜂窝结构体破损或加热器与连接体的接触不良。另一方面，如果对连接体使用被覆电线这样的低刚性物体，则由连接体产生的加热器间的约束力减弱，能够缓和如上所述的应力，但这样的低刚性的连接体通常热容量小，从而容易因加热器的热而熔断。
本发明是鉴于这样的情况而进行的，目的在于提供即便为了将包围蜂窝结构体(蜂窝基材)的外周壁的多个加热器间连接而使用低刚性的连接体、连接体也不易熔断的蜂窝型加热装置及其使用方法。
为了实现上述目的，根据本发明，提供以下的蜂窝型加热装置及其使用方法。
[1]一种蜂窝型加热装置，包括：具有区划形成从一个端面延伸到另一个端面的多个隔室的隔壁和包围上述隔壁的外周壁的柱状的蜂窝基材、沿作为上述外周壁的外侧表面的外周面的周向邻接配置在该外周面上的多个加热器、对上述多个加热器进行电连接的被覆电线、以及收纳上述蜂窝基材和上述多个加热器的金属壳体，上述各加热器是具有用于通电的电极、利用通电进行发热的电阻加热式加热器，上述金属壳体具有用于使上述各加热器的上述电极突出到上述金属壳体的外部的孔部，上述被覆电线在上述金属壳体的外部对从上述孔部突出到金属壳体的外部的上述各加热器的上述电极进行电连接。
[2]根据[1]所述的蜂窝型加热装置，其中，在上述金属壳体的外侧进一步包括外罩，所述外罩以气密性地至少覆盖上述各加热器的上述电极与上述被覆电线的连接部分、以及上述金属壳体的上述孔部的方式设置。
[3]根据[1]或[2]所述的蜂窝型加热装置，其中，在上述被覆电线上设有应力缓和部。
[4]根据[3]所述的蜂窝型加热装置，其中，上述应力缓和部为上述被覆电线弯曲的部分。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述被覆电线的导体的熔融温度为400℃以上。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述被覆电线的导体由：从由Ni、Ni基合金和不锈钢组成的组中选择的任一种金属材料构成。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述蜂窝基材由导热系数为20W/m·K以上的陶瓷材料构成。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述多个加热器串联或并联地进行电连接，具有能够以200V以上的高电压进行通电的电阻。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述各加热器具有用于防止电流从上述各加热器流向上述蜂窝基材的绝缘功能。
[10]根据[1]～[9]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，在上述蜂窝基材的与长度方向正交的截面中，配置于上述蜂窝基材的上述外周面上的上述各加热器的中心角为180°以下。
[11]根据[1]～[10]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，上述外周壁的厚度比上述隔壁的厚度厚。
[12]根据[1]～[11]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，在上述蜂窝基材中形成有应力释放部。
[13]根据[1]～[12]中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，使上述蜂窝基材担载有废气净化用的催化剂。
[14]一种蜂窝型加热装置的使用方法(第一使用方法)，其中，在上述被覆电线的温度为600℃以下的温度条件下使用[1]～[13]中任一项所述的蜂窝型加热装置。
[15]一种蜂窝型加热装置的使用方法(第二使用方法)，其中，通过将[13]所述的蜂窝型加热装置设置在由发动机排出的废气的排气路径上，在上述发动机启动前开始对上述各加热器进行通电，从而使上述各加热器发热，使担载有废气净化用的催化剂的上述蜂窝基材升温到上述催化剂的催化活性温度以上的温度。
在本发明的蜂窝型加热装置中，在与金属壳体的内部相比温度较低的金属壳体的外部进行邻接配置在蜂窝基材的外周面上的多个加热器间的连接。因此，作为用于进行该连接的连接体，即便使用热容量小的被覆电线，也不易因加热器的热而产生被覆电线(连接体)的熔断。另外，因为被覆电线为低刚性，所以由被覆电线所产生的加热器间的约束力弱。因此，在蜂窝基材被加热器加热时，能够缓和因蜂窝基材与由被覆电线(连接体)连接的多个加热器的热膨胀差而在它们之间产生的应力。而且，其结果是能够防止由该应力引起的蜂窝基材破损或加热器与连接体的接触不良。
另外，根据本发明的蜂窝型加热装置的使用方法(第一使用方法)，在被覆电线的温度为600℃以下的温度条件下使用本发明的蜂窝型加热装置，因此不易发生被覆电线熔断。
另外，根据本发明的蜂窝型加热装置的使用方法(第二使用方法)，能够通过在发动机启动前开始对各加热器进行通电而使各加热器发热，使担载有废气净化用的催化剂的蜂窝基材升温到催化剂的催化活性温度以上的温度。而且，其结果是能够从发动机刚启动后就利用已活性化的催化剂高效率地对废气中含有的有害成分进行净化。
附图说明
图1是表示本发明的蜂窝型加热装置的实施方式的一个例子的侧视示意图。
图2是图1的A-A’截面图。
图3是表示本发明的蜂窝型加热装置的实施方式的另一个例子的侧视示意图。
图4是图3的B-B’截面图。
图5是表示本发明的蜂窝型加热装置中使用的加热器的一个例子的截面示意图。
图6是表示应力缓和部的一个例子的俯视示意图。
图7是表示形成有应力释放部的蜂窝基材的一个例子的俯视示意图。
图8是用于对加热器的中心角进行说明的截面示意图。
图9是表示比较例的蜂窝型加热装置的截面示意图。
具体实施方式
以下，基于具体的实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限定性地解释为这些实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识而适当加入设计的变更、改进等。
(1)蜂窝型加热装置：
图1是表示本发明的蜂窝型加热装置的实施方式的一个例子的侧视示意图，图2是图1的A-A’截面图。如这些图1和图2所示，本发明的蜂窝型加热装置1具备蜂窝基材2、多个加热器9、被覆电线11和金属壳体15。
蜂窝基材2为柱状，具有区划形成从一个端面6延伸到另一个端面7的多个隔室5的隔壁4、和包围隔壁4的外周壁3。隔室5成为废气等流体的流路。多个加热器9沿作为蜂窝基材2的外周壁3的外侧表面(露出于外部的一侧的面)的外周面8的周向邻接配置在外周面8上。各加热器9是具有用于通电的电极21、利用通电进行发热的电阻加热式加热器。多个加热器9通过被覆电线11进行电连接。在本实施方式中，如图1所示，配设有2根被覆电线11a、11b。在这2根被覆电线中，一方的被覆电线11a与各加热器9的阳极侧的电极21a连接，另一方的被覆电线11b与各加热器9的阴极侧的电极21b连接。通过这2根被覆电线11a、11b对各加热器9进行通电，使各加热器9发热。蜂窝基材2和多个加热器9收纳于筒状的金属壳体15。
金属壳体15具有用于使各加热器9的电极21突出到金属壳体15的外部的孔部18。各加热器9的电极21通过金属壳体15的孔部18突出到金属壳体15的外部。被覆电线11在金属壳体15的外部与突出到金属壳体15的外部的各加热器9的电极21进行电连接。
在本发明的蜂窝型加热装置1中，像这样在多个加热器9的电极21以外的部分(发热部分)与被覆电线11之间存在具有一定程度的热容量的金属壳体15。因此，在加热器9发热时，能够使金属壳体15的外部的温度与加热器9的温度相比低200℃以上。因此，在金属壳体15的外部进行多个加热器9间的连接的本发明的蜂窝型加热装置1中，作为用于进行该连接的连接体，即便使用热容量小的被覆电线11，也不易因加热器9的热而使被覆电线11发生熔断。
另外，因为被覆电线11为低刚性，所以由被覆电线11所产生的加热器9间的约束力弱。因此，在蜂窝基材2被加热器9加热时，能够缓和因蜂窝基材2与由被覆电线(连接体)11连接的多个加热器9的热膨胀差而在它们之间产生的应力。而且，其结果是能够有效地防止因该应力所致的蜂窝基材2的破损或加热器9与被覆电线11的接触不良。
另外，在本发明的蜂窝型加热装置1中，因为由多个加热器9加热蜂窝基材2，所以即使一部分加热器9破损而无法发热，也可以利用剩余的可发热的加热器9来加热蜂窝基材2。
此外，在本发明的蜂窝型加热装置1中使用的多个加热器9虽然在蜂窝基材2的外周面8的周向邻接，但为相互断开的单元结构，因此各个加热器9不易产生较大的热应力。因此，这些多个加热器9与专利文献2所公开的筒状且单一的加热器相比，不易发生由热应力所致的破损，耐久性优异。
图3是表示本发明的蜂窝型加热装置的实施方式的另一个例子的侧视示意图，图4是图3的B-B’截面图。这些图3和图4中示出的实施方式与图1和图2中示出的上述实施方式相比，附加了外罩19。该外罩19在金属壳体15的外侧以气密性地覆盖至少各加热器9的电极21与被覆电线11的连接部分、以及金属壳体15的孔部18的方式设置。通过设置这样的外罩19，能够保护各加热器9的电极21与被覆电线11的连接部分，并且能够防止从金属壳体15的孔部18漏出的废气等进一步漏出到蜂窝型加热装置1的外部。
在本发明的蜂窝型加热装置1中使用的加热器9的个数为多个即可，上限数没有特别限定，如果考虑装置的组装容易性等，优选为2～8个左右。在使用外周面弯曲的蜂窝基材(例如圆柱状的蜂窝基材)的情况下，如图2等所示，优选在加热器9中形成有与蜂窝基材2的外周面8相同程度地弯曲的凹圆弧状的面10。该凹圆弧状的面10为与蜂窝基材2的外周面8对置的面。通过形成这样的面10，在将加热器9配置在蜂窝基材2的外周面8上时，不易在加热器9与外周面8之间产生间隙，加热器9的热高效地传递到蜂窝基材2。
另外，本发明的蜂窝型加热装置1优选具有在蜂窝基材2的周向上、外周面8的50％以上被加热器9覆盖的部分。进而，在本发明的蜂窝型加热装置1中，进一步优选，该“在蜂窝基材2的周向上、外周面8的50％以上被加热器9覆盖的部分”在蜂窝基材2的长度方向遍及蜂窝基材2的全长的60％以上的长度而存在。通过在蜂窝基材2的外周面8如此设定被加热器9覆盖的区域，容易将蜂窝基材2加热到目标温度。
通常，将本发明的蜂窝型加热装置1搭载于汽车中进行使用时，为了将加热器9通电，在汽车的电气系统中使用的电源可通用地使用，例如可使用200V的高电压的电源。因此，在本发明的蜂窝型加热装置1中，优选多个加热器9串联或并联地进行电连接、具有能够以200V以上的高电压进行通电这样的电阻。此处，“能够以200V以上的高电压进行通电”具体而言，表示在200V通电时能够使电流为25A左右。
应予说明，金属制的加热器因为电阻低，所以使用这样的高电压的电源时，过量地流过电流，有时损伤电源电路。因此，在本发明的蜂窝型加热装置1中，优选使用在陶瓷部件的内部埋设有发热电阻体的陶瓷加热器。作为陶瓷部件的构成材料，可以适当地使用氧化铍、氮化铝、氮化硅、氧化铝等。另外，作为发热电阻体的构成材料，可以适当地使用银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铍(Be)、铜(Cu)、镁(Mg)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ru)、铂(Pt)等。另外，发热电阻体的构成材料也可以为化合物，该情况下，可以适当地使用锆(Zr)、钛(Ti)、铌(Nb)、铪(Hf)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)的氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。
图5是表示在本发明的蜂窝型加热装置中使用的加热器的一个例子的截面示意图。该加热器9是在陶瓷部件23的内部埋设有发热电阻体22的陶瓷加热器。在发热电阻体22上立设有用于对加热器9(发热电阻体22)进行通电的电极21。电极21可以为与发热电阻体22相同的材质，也可以为不同的材质。电极21优选除了与被覆电线11电连接的前端附近部以外，其外周都被由绝缘材料形成的筒状的绝缘外罩24覆盖。通过像这样地用绝缘外罩24覆盖电极21的外周，容易确保电极21与金属壳体15的孔部18的内圆周面之间的绝缘性。绝缘外罩24优选内径为1mm以上、外径为10mm以下。埋设有发热电阻体22的陶瓷部件23由绝缘性的陶瓷形成时，绝缘外罩24的材质优选为与陶瓷部件23相同的材质。
在本发明的蜂窝型加热装置1中使用的蜂窝基材2由导电性材料形成时，各加热器9优选具有用于防止电流从各加热器9流向蜂窝基材2的绝缘功能。如果各加热器9具有绝缘功能，则即使在蜂窝基材2由导电性材料形成的情况下，也能够防止电流从各加热器9流向蜂窝基材而发生短路(short)。作为对各加热器9赋予绝缘功能的方法的一个例子，例如可举出在各加热器9的与蜂窝基材2的外周面8对置的面上配设层状的绝缘材料的方法。作为绝缘材料的材质，可以适当地使用氮化硅、氧化铝等。
在本发明的蜂窝型加热装置1中，在蜂窝基材2的与长度方向(轴向)正交的截面中，配置在蜂窝基材2的外周面8上的各加热器9的中心角α优选为180°以下。另外，该中心角α更优选为10～180°，进一步优选为10～100°。此处，“各加热器9的中心角α”如图8所示，是指在蜂窝基材2的与长度方向正交的截面中由将各加热器9的两端与蜂窝基材2的中心O连接的2条线段形成的角。另外，对于“蜂窝基材2的中心O”，如图8所示，在蜂窝基材2的与长度方向正交的截面的外周形状为圆形时表示该圆的中心。另外，在蜂窝基材2的与长度方向正交的截面的外周形状为圆形以外的形状时，表示在该截面内包含的最大的圆的中心。如果各加热器9的中心角α大于180°，则容易在蜂窝基材2与加热器9之间产生间隙。另外，各加热器9的中心角α小于10°时，可以由1个加热器9覆盖的外周面8的范围变窄，有时用于将蜂窝基材2加热到目标温度所需的加热器9的个数变得过多。应予说明，在图8中省略了蜂窝基材2的隔壁。
在本发明的蜂窝型加热装置1中，优选在被覆电线11中设有用于缓和应力的应力缓和部。此处所说的“应力缓和部”是指降低由被覆电线所产生的加热器间的约束力、在蜂窝基材被加热器加热时具有缓和因蜂窝基材与由被覆电线连接的多个加热器的热膨胀差而产生的应力的功能的部位。
图6是表示应力缓和部的一个例子的俯视示意图。在该例中，被覆电线11弯曲的部分成为应力缓和部25。即，如图6所示，在邻接的加热器9的电极21间，预先在被覆电线11中设置弯曲部分时，蜂窝基材热膨胀时邻接的加热器9间的间隔会扩宽，从而上述应力得到缓和。
在本发明的蜂窝型加热装置1中，被覆电线11的导体部分的熔融温度优选为400℃以上，更优选为800℃以上，特别优选为1000℃以上。通过这样地使用导体部分的熔融温度高的被覆电线11，使被覆电线11变得更不易熔断。被覆电线11的导体部分的材质没有特别限定，由于耐热性高，电阻低，因而优选为由选自镍(Ni)、Ni基合金和不锈钢中的任一种金属材料构成。另外，还优选将由镍被覆铜线而成的镍被覆铜线用于导体。
被覆电线11的导体部分的直径优选为4.0～8.0mm，更优选为5.0～7.0mm，特别优选为6.0～7.0mm以上。如果被覆电线11的导体部分的直径小于4.0mm，则作用于导体的功率密度过高，有时容易熔断。另一方面，如果被覆电线11的导体部分的直径大于8.0mm，则被覆电线11的刚性过高，有时没有充分体现出应力缓和效果。
被覆电线11的被覆导体的被覆材料的材质没有特别限定，从绝缘性、耐热性等观点考虑，优选由PFA、PTFE等氟树脂、玻璃编织物、二氧化硅玻璃编织物构成。
在本发明的蜂窝型加热装置1中使用的蜂窝基材2优选由导热系数为20W/m·K以上的陶瓷材料构成，更优选由导热系数为50W/m·K以上的陶瓷材料构成。通过蜂窝基材2由这样的导热系数高的材料构成，能够将加热器9的热高效地传递到蜂窝基材2，并且能够使蜂窝基材2整体均匀地发热。应予说明，在本发明中，蜂窝基材的导热系数为利用激光闪光法所测定的值。
作为蜂窝基材2的构成材料，优选以导热性、耐热性、耐腐蚀性优异的SiC(碳化硅)为主成分。应予说明，此处所说的“主成分”表示为材料整体的50质量％以上。作为更具体的构成材料，可举出Si-SiC复合材料、(Si+Al)-SiC复合材料、金属复合SiC、再结晶SiC、Si3N4、SiC等作为优选的材料。其中，在蜂窝基材2的气孔率过高的情况下，即便使用这些材料，有时也得不到高导热系数，因此蜂窝基材2优选为致密质(气孔率为0～5％左右)。Si-SiC复合材料通过在SiC中含浸金属Si而致密地形成，显示出高导热系数、耐热性，因此特别优选作为蜂窝基材2的构成材料。
蜂窝基材2的外周壁3的厚度优选比隔壁4的厚度厚。通过这样地使外周壁3的厚度比隔壁4的厚度厚，能够提高蜂窝基材2的强度，容易确保蜂窝基材2所需的强度。
蜂窝基材2的外周壁3的厚度没有特别限制，优选为0.15～2.0mm，进一步优选为0.3～1.0mm。通过使外周壁3的厚度为0.15mm以上，能够使蜂窝基材2的机械强度充分，从而防止因冲击或热应力而使蜂窝基材2破损。另外，通过使外周壁3的厚度为2.0mm以下，能够使加热器9的热介由外周壁3高效地传递到隔壁4。
蜂窝基材2的隔壁4的厚度也没有特别限制，优选为0.1～1mm，进一步优选为0.2～0.5mm。通过使隔壁4的厚度为0.1mm以上，能够使蜂窝基材2的机械强度充分，从而防止因冲击或热应力而使蜂窝基材2破损。另外，通过使隔壁4的厚度为1mm以下，能够防止流体流过隔室5内时的压力损失变大。
蜂窝基材2的隔室密度(每单位截面积的隔室个数)没有特别限制，优选为25～2000个隔室/平方英寸(4～320个隔室/cm2)的范围。通过使隔室密度为25个隔室/平方英寸(4个隔室/cm2)以上，能够使隔壁4的强度、以及蜂窝基材2本身的强度和有效GSA(几何表面积)充分。另外，通过使隔室密度为2000个隔室/平方英寸(320个隔室/cm2)以下，能够防止流体流过隔室5内时的压力损失变大。
蜂窝基材2的气孔率优选为0～5％左右。通过使蜂窝基材2的气孔率为这样的范围，能够容易地确保蜂窝基材2所需的强度，并且能够提高导热系数。应予说明，此处所说的“气孔率”为利用阿基米德法所测定的值。
蜂窝基材2的形状(外形)为柱状，除此以外，没有特别限定，例如可以为圆柱状、椭圆柱状、多棱柱状等形状。另外，隔室5的与蜂窝基材2的长度方向垂直的截面的形状(以下，称为“隔室形状”。)也没有特别限定，优选四边形、六边形、八边形等多边形或组合它们而得的形状，例如组合四边形和八边形而得的形状等。
蜂窝基材2的与长度方向垂直的截面的直径(该截面为圆形以外的形状时，与该截面外接的圆的直径)没有特别限定，优选为300mm以下，更优选为200mm以下。通过使蜂窝基材2的与长度方向垂直的截面的直径为这样的范围，能够将加热器9的热高效地传递到蜂窝基材2的内部的隔壁4。
优选在蜂窝基材2中形成有应力释放部(stress relief)。通过形成应力释放部，能够实现蜂窝基材2内的应力缓和。作为应力释放部的代表性结构，例如，可举出如图7所示，从蜂窝基材2的外周面8向内部方向切入的狭缝12。其中，应力释放部不限定于这样的狭缝12，可以在不脱离本发明的范围形成公知的应力释放部。
将本发明的蜂窝型加热装置1设置于由发动机排出的废气的排气路径进行使用时，优选使蜂窝基材2的隔壁4担载废气净化用的催化剂。像这样地使隔壁4担载催化剂时，能够将废气中的CO、NOx、HC等有害物质通过催化剂反应而转化为无害的物质。此处，担载于蜂窝基材2的隔壁4的催化剂的种类没有特别限定，例如，在汽车废气净化用途中使用时，优选使用贵金属。作为贵金属，优选铂、铑或钯，或组合它们而得的物质。对于这些贵金属的担载量，优选蜂窝基材2的每单位体积，为0.1～5g/L。
为了使贵金属等催化剂以高分散状态担载于隔壁4，优选暂时担载于氧化铝等比表面积大的耐热性无机氧化物的粒子(载体微粒)后，与该粒子一起担载于蜂窝基材2的隔壁4。
在本发明的蜂窝型加热装置1中，金属壳体15、外罩19的材质例如优选为不锈钢，特别优选为铬系、铬·镍系的不锈钢。
另外，在本发明的蜂窝型加热装置1中，如图2或图4所示，优选在各加热器9与金属壳体15之间配设隔热材料17。通过像这样地配设隔热材料17，能够使加热器9的热不易逃逸到外部，将加热器9的热高效地传递到蜂窝基材2。隔热材料17的材质没有特别限定，通过卷绕在包含加热器9的蜂窝基材2的外周，能够容易地配设在各加热器9与金属壳体15之间，隔热性也高，因此优选使用陶瓷纤维垫。应予说明，被覆电线11因为在金属壳体15的外部与各加热器9的电极21进行电连接，所以即便金属壳体15内部的隔热材料17吸水而使隔热材料17的电绝缘性降低，也不易产生由漏电或短路所引起的事故。
本发明的蜂窝型加热装置1的用途或使用形态没有特别限定，从有效应用其效果的观点考虑，优选设置于由发动机排出的废气的排气路径进行使用。而且，该情况下，本发明的蜂窝型加热装置1优选为了通过在发动机启动前开始对各加热器9通电而使各加热器9发热，使担载有废气净化用的催化剂的蜂窝基材2升温到该催化剂的催化活性温度以上的温度而使用。这样地使用本发明的蜂窝型加热装置1时，从发动机刚启动后就能够利用经活化的催化剂而对废气中含有的有害成分进行高效的净化。
(2)蜂窝型加热装置的制造方法：
对本发明的蜂窝型加热装置的制造方法的一个例子进行说明。首先，为了制作蜂窝基材，制作含有陶瓷原料的成型原料。陶瓷原料可以优选使用能够形成之前作为蜂窝基材的材料而例示的陶瓷这样的粉末。例如，作为蜂窝基材的构成材料，采用Si-SiC复合材料时，优选将SiC粉末作为陶瓷原料。成型原料优选在这样的陶瓷原料中根据需要混合分散介质、有机粘结剂、无机粘结剂、表面活性剂等添加剂来进行制备。
接下来，将成型原料混炼而形成柱状的生坯。将成型原料混炼而形成生坯的方法没有特别限制。作为优选的方法，例如可以举出使用捏合机，真空炼泥机等的方法。
接下来，使用形成有格子状的狭缝的口模，由生坯挤出成型具有隔壁和外周壁的蜂窝成型体，干燥该蜂窝成型体。干燥方法没有特别限定。作为优选的干燥方法，例如可以举出热风干燥、微波干燥、高频干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等。其中，优选单独或组合进行高频干燥、微波干燥、热风干燥。
接着，对干燥后的蜂窝成型体(蜂窝干燥体)进行烧成，制作蜂窝基材。应予说明，优选在该烧成(主烧成)之前进行预烧(脱脂)以除去蜂窝成型体中含有的粘结剂等。预烧的条件没有特别限定，只要是能够除去(燃烧)蜂窝成型体中含有的有机物(有机粘结剂等)这样的条件即可。对蜂窝成型体进行烧成(主烧成)的条件(温度、时间、气氛等)根据成型原料的种类而不同，根据其种类选择适当的条件即可。例如，在制作由Si-SiC复合材料构成的蜂窝基材时，在含有SiC粉末的蜂窝成型体上载置块状的金属Si，在减压的惰性气体或真空中进行烧成，使金属Si含浸于蜂窝成型体。通过该烧成而得到在SiC粒子的间隙中填充有金属Si的致密质(低气孔率)的蜂窝基材。应予说明，在蜂窝基材中可以根据需要形成狭缝等应力释放部。
另外，在使蜂窝基材的隔壁担载废气净化用的催化剂时，例如，预先使作为载体微粒的陶瓷粉末含浸含有贵金属等催化剂成分的水溶液后，进行干燥、烧成，由此得到包覆有催化剂的微粒。在由此得到的包覆有催化剂的微粒中加入分散介质(水等)、其它添加剂而制备涂布液(浆料)。然后，使用吸引法等以往公知的涂布方法将该浆料涂布于蜂窝基材的隔壁后，进行干燥、烧成，从而使蜂窝基材的隔壁担载催化剂。
接下来，制作加热器。应予说明，以下说明的制作方法是制作属于电阻加热式加热器中的一种的陶瓷加热器的方法的一个例子。首先，在氮化铝、氮化硅、氧化铝等陶瓷原料中适当地添加烧结助剂、粘结剂等而得到加热器用成型原料。由该加热器用成型原料制作弯曲成与蜂窝基材的外周面相同程度的板状成型体，对其进行烧成，由此制作陶瓷板。对该陶瓷板的表面印刷发热电阻体后进行再次烧成。作为发热电阻体，可以优选使用由银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铍(Be)、铜(Cu)、镁(Mg)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ru)、铂(Pt)等形成的发热电阻体。另外，发热电阻体也可以为由化合物形成的发热电阻体，该情况下，可以优选使用由锆(Zr)、钛(Ti)、铌(Nb)、铪(Hf)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)的氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等形成的发热电阻体。
接下来，在发热电阻体上以与发热电阻体进行电连接的方式立设棒状的电极。接着，在利用与上述陶瓷板相同的方法制作的陶瓷板中设置电极插入用的孔部，将其重叠在印刷有发热电阻体的上述陶瓷板上进行粘接。进一步，根据需要，制作筒状的绝缘外罩，将其在设有电极插入用的孔部的上述陶瓷板上以包围电极的周围的方式配置并粘接。由此，得到具有与蜂窝基材的外周面相同程度地弯曲的凹圆弧状的面的陶瓷加热器。
将由此得到的多个陶瓷加热器沿着蜂窝基材的外周面的周向以包围外周面的方式邻接配置，使各陶瓷加热器的凹圆弧状的面与蜂窝基材的外周面接触。接着，在包含加热器的蜂窝基材的外周卷绕陶瓷纤维垫(隔热材料)，收纳在具有用于使加热器的电极突出到外部的孔部的金属壳体内。接下来，在金属壳体的外部，将从金属壳体的上述孔部突出到金属壳体的外部的各加热器的电极由被覆电线进行电连接。进一步，根据需要，设置在金属壳体的外侧气密性地覆盖至少各加热器的电极与被覆电线的连接部分、以及金属壳体的上述孔部的外罩。
由此，得到可设置于由发动机排出的废气的排气路径等的本发明的蜂窝型加热装置。
(3)蜂窝型加热装置的使用方法(第一使用方法)：
在本发明的蜂窝型加热装置的使用方法(第一使用方法)中使用的蜂窝型加热装置为上述的本发明的蜂窝型加热装置1。在该使用方法中，将本发明的蜂窝型加热装置1在被覆电线11的温度为600℃以下的温度条件下使用。这样的温度条件例如可以通过调整加热器的温度、金属壳体的热容量、隔热材料的厚度等而实现。通过像这样地将本发明的蜂窝型加热装置1在被覆电线11的温度为600℃以下的温度条件下使用，不易产生被覆电线11的熔断。应予说明，在该使用方法中，优选将本发明的蜂窝型加热装置1在被覆电线11的温度为500℃以下的温度条件下使用，更优选在400℃以下的温度条件下使用。
(4)蜂窝型加热装置的使用方法(第二使用方法)：
在本发明的蜂窝型加热装置的使用方法(第二使用方法)中使用的蜂窝型加热装置为上述的本发明的蜂窝型加热装置1，是使蜂窝基材担载有废气净化用的催化剂的蜂窝型加热装置。在该使用方法中，将使蜂窝基材担载有废气净化用的催化剂的蜂窝型加热装置1设置于由发动机排出的废气的排气路径。然后，在发动机启动前开始对各加热器9通电而使各加热器9发热，使担载有废气净化用的催化剂的蜂窝基材2升温到催化剂的催化活性温度以上的温度。根据该使用方法，从发动机刚启动就能够利用经活化的催化剂对废气中含有的有害成分进行高效的净化。
【实施例】
以下，根据实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
在SiC粉末中加入粘结剂和水来制作蜂窝基材用成型原料，将其利用真空炼泥机进行混炼，得到圆柱状的生坯。利用挤出成型由该生坯得到具有区划形成从一个端面延伸到另一个端面的多个隔室的隔壁、以及包围该隔壁的外周壁的圆柱状的蜂窝成型体。其后，利用微波和热风对该蜂窝成型体进行干燥，由此得到蜂窝干燥体。接着，在该蜂窝干燥体上载置块状的金属Si，在真空炉中进行烧成，得到由Si-SiC复合材料构成的蜂窝基材。由此得到的蜂窝基材是直径为90mm、长度为75mm的圆柱状，外周面的面积为21195mm2，外周壁的厚度为0.3mm，隔壁的厚度为0.15mm，隔室形状为正方形，隔室密度为400个隔室/cm2。另外，蜂窝基材的气孔率为5％。
接下来，在Si3N4粉末中加入粘结剂和水而制作加热器用成型原料。由该加热器用成型原料制作与蜂窝基材的外周面同等程度地弯曲的板状成型体，对其进行烧成，由此制作陶瓷板。在该陶瓷板的表面印刷由铂形成的发热电阻体后进行再次烧成。接着，在发热电阻体上以与发热电阻体进行电连接的方式立设棒状的电极。继而，在用与上述陶瓷板相同的方法制作的陶瓷板中设置电极插入用的孔部，将其与印刷有发热电阻体的陶瓷板重叠并进行粘接。进一步制作筒状的绝缘外罩，将其以包围电极的周围的方式配置在设有电极插入用的孔部的陶瓷板上并进行粘接。由此得到具有与蜂窝基材的外周面同等程度地弯曲的凹圆弧状的面的陶瓷加热器。该加热器的凹圆弧状的面的宽度(圆弧部分的长度)为10mm，长度(与圆弧部分垂直的方向的长度)为65mm。
接着，将如上所述得到的8个加热器沿着蜂窝基材的外周面的周向在其外周面上邻接配置，使各加热器的凹圆弧状的面与蜂窝基材的外周面接触。此时，在蜂窝基材的外周面的周向，以邻接的加热器间的间隔全部相等的方式调整加热器的配置。接着，在包含加热器的蜂窝基材的外周卷绕氧化铝纤维垫(隔热材料)，收纳在具有用于使加热器的电极向外部突出的孔部的金属壳体内。接下来，在金属壳体的外部，将从金属壳体的上述孔部突出到金属壳体的外部的各加热器的电极由被覆电线进行电连接。使用的被覆电线的导体部分的直径为7.0mm，导体由镍形成，被覆材料由二氧化硅玻璃编织物形成。进一步，在金属壳体的外侧设置气密性地覆盖各加热器的电极与被覆电线的连接部分、以及金属壳体的上述孔部的外罩，得到实施例1的蜂窝型加热装置。
(评价)
将对如上所述得到的10个蜂窝型加热装置分别施加7.5W的电功率40秒的循环重复10次循环。然后，对发生加热器的通电不良的蜂窝型加热装置的个数进行调查，将其结果示于表1。
(实施例2)
使被覆电线的导体部分的直径为5.4mm，除此以外，与实施例1同样地得到实施例2的蜂窝型加热装置。对于由此得到的10个蜂窝型加热装置，利用与实施例1相同的方法对发生加热器的通电不良的蜂窝型加热装置的个数进行调查，将其结果示于表1。
(实施例3)
使被覆电线的导体的材质为被覆有镍的铜线，除此以外，与实施例1同样地得到实施例3的蜂窝型加热装置。对于由此得到的10个蜂窝型加热装置，利用与实施例1同样的方法对发生加热器的通电不良的蜂窝型加热装置的个数进行调查，将其结果示于表1。
(实施例4)
使被覆电线的导体部分的直径为5.4mm，除此以外，与实施例3同样地得到实施例4的蜂窝型加热装置。对于由此得到的10个蜂窝型加热装置，利用与实施例1相同的方法对发生加热器的通电不良的蜂窝型加热装置的个数进行调查，将其结果示于表1。
(比较例)
如图9所示，在金属壳体15的内部，用被覆电线11对各加热器9的电极21间进行电连接，未在金属壳体15的外侧设置外罩，除此以外，与实施例1同样地得到比较例的蜂窝型加热装置100。对于由此得到的10个蜂窝型加热装置，利用与实施例1相同的方法对发生加热器的通电不良的蜂窝型加热装置的个数进行调查，将其结果示于表1。
[表1]
(考察)
如表1所示，在金属壳体的外部将各加热器的电极间由被覆电线进行电连接的实施例1～4的发生了通电不良的蜂窝型加热装置的个数在10个中为3个以下。另一方面，在金属壳体的内部将各加热器的电极间由被覆电线进行电连接的比较例的产生了通电不良的蜂窝型加热装置的个数在10个中有9个。应予说明，通电不良的原因都是被覆电线的导体熔断。另外，由实施例1与实施例2的比较和实施例2与实施例3的比较可知，被覆电线的导体的材质相同时，被覆电线的导体部分的直径越大，通电不良的发生数越少。认为这是由于被覆电线的导体部分的直径越大，热容量越大，并且施加于被覆电线的功率密度越低，因此抑制被覆电线的温度上升，变得不易熔断。
产业上的可利用性
本发明可以优选用作：设置于由汽车等的发动机排出的废气的排气路径，用于使废气净化用的催化剂尽快升温到其活性温度的蜂窝型加热装置及其使用方法。
符号说明
1：蜂窝型加热装置，2：蜂窝基材，3：外周壁，4：隔壁，5：隔室，6：一个端面，7：另一个端面，8：外周面，9：加热器，10：凹圆弧状的面(与蜂窝基材的外周面对置的面)，11：被覆电线，11a：被覆电线，11b：被覆电线，12：狭缝，15：金属壳体，17：隔热材料，18：孔部，19：外罩，21：电极，21a：电极，21b：电极，22：发热电阻体，23：陶瓷部件，24：绝缘外罩，25：应力缓和部，100：蜂窝型加热装置(比较例)，O：中心，α：中心角。

Claims (15)

1.一种蜂窝型加热装置，包括：
柱状的蜂窝基材，所述柱状的蜂窝基材具有区划形成从一个端面延伸到另一个端面的多个隔室的隔壁、和包围所述隔壁的外周壁，
多个加热器，所述多个加热器沿作为所述外周壁的外侧表面的外周面的周向邻接配置在该外周面上，
被覆电线，所述被覆电线将所述多个加热器电连接，以及，
金属壳体，所述金属壳体收纳所述蜂窝基材和所述多个加热器，
所述各加热器是具有用于通电的电极、利用通电进行发热的电阻加热式加热器，
所述金属壳体具有用于使所述各加热器的所述电极突出到所述金属壳体的外部的孔部，
所述被覆电线在所述金属壳体的外部对从所述孔部突出到金属壳体的外部的所述各加热器的所述电极进行电连接。
2.根据权利要求1所述的蜂窝型加热装置，其中，在所述金属壳体的外侧进一步包括外罩，所述外罩以气密性地至少覆盖所述各加热器的所述电极与所述被覆电线的连接部分、和所述金属壳体的所述孔部的方式设置。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝型加热装置，其中，在所述被覆电线上设有应力缓和部。
4.根据权利要求3所述的蜂窝型加热装置，其中，所述应力缓和部为所述被覆电线弯曲的部分。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述被覆电线的导体的熔融温度为400℃以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述被覆电线的导体由：从由Ni、Ni基合金和不锈钢组成的组中选择的任一种金属材料构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述蜂窝基材由导热系数为20W/m·K以上的陶瓷材料构成。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述多个加热器串联或并联地进行电连接，具有能够以200V以上的高电压进行通电的电阻。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述各加热器具有用于防止电流从所述各加热器流向所述蜂窝基材的绝缘功能。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，在所述蜂窝基材的与长度方向正交的截面中，配置于所述蜂窝基材的所述外周面上的所述各加热器的中心角为180°以下。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，所述外周壁的厚度比所述隔壁的厚度厚。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，在所述蜂窝基材中形成有应力释放部。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的蜂窝型加热装置，其中，使所述蜂窝基材担载有废气净化用的催化剂。
14.一种蜂窝型加热装置的使用方法，其中，在所述被覆电线的温度为600℃以下的温度条件下使用权利要求1～13中任一项所述的蜂窝型加热装置。
15.一种蜂窝型加热装置的使用方法，其中，通过将权利要求13所述的蜂窝型加热装置设置在由发动机排出的废气的排气路径上，在所述发动机启动前开始对所述各加热器通电，从而使所述各加热器发热，使担载有废气净化用的催化剂的所述蜂窝基材升温到所述催化剂的催化活性温度以上的温度。
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