CN111093297A - 加热装置及其制造方法、以及系统 - Google Patents

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ceramic cylindrical
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ceramic
heating device
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宫入由纪夫
桝田昌明
沙维尔·巴尔托洛
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NGK Insulators Ltd
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Faurecia Systemes dEchappement SAS
NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明提供一种加热装置及其制造方法、以及系统。加热装置能够以抑制在通电时产生较大的温度梯度的方式得到更充分的发热量。加热装置(92)包括：导电性的陶瓷圆筒体(10)、内侧电极(20)、以及外侧电极(30)。以包含在沿着陶瓷圆筒体(10)的径向延伸的同一轴线(RL)上配置的多个第一肋(11)的方式沿着陶瓷圆筒体(10)的径向延伸的非直线部(13)在陶瓷圆筒体(10)中呈辐射状排列。内侧电极(20)及外侧电极(30)设置成：电流在内侧电极(20)与外侧电极(30)之间至少经由非直线部(13)而呈辐射状流通。

Description

加热装置及其制造方法、以及系统
技术领域
本发明涉及加热装置及其制造方法、以及系统。
背景技术
专利文献1公开如下装置，该装置如该文献的图1所公开那样，通过在电极12、13间对陶瓷蜂窝结构体20A进行通电加热，使得负载于陶瓷蜂窝结构体20A的催化剂升温至活性温度(也一并参照专利文献1的段落0032)。
专利文献2公开金属整体催化剂，其配置于陶瓷制的主整体催化剂的上游侧。金属整体催化剂中，在其中心轴上设置有一个电极，金属整体催化剂的外框作为另一个电极使用(参照专利文献2的图4)。金属整体催化剂的径向内侧部分的发热量大于径向外侧部分的发热量(参照专利文献2的图4)。气体向金属整体催化剂的径向内侧部分流入的流入量大于气体向金属整体催化剂的径向外侧部分流入的流入量。因此，金属整体催化剂的横截面的温度分布得以均匀化(参照专利文献2的图6)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/163423号
专利文献2：日本实开昭63－67609号公报
发明内容
希望提供一种：能够以抑制在通电时产生较大的温度梯度的方式得到更充分的发热量的加热装置。
本发明的一个方案所涉及的加热装置具备:
导电性的陶瓷圆筒体，该导电性的陶瓷圆筒体的隔室配列呈同心圆状配置，该隔室配列是隔室沿着陶瓷圆筒体的周向配置而形成的；
内侧电极，该内侧电极与所述陶瓷圆筒体的内壁部电连接；以及
外侧电极，该外侧电极与所述陶瓷圆筒体的外壁部电连接，
在所述陶瓷圆筒体的所述内壁部与所述外壁部之间多次折曲或弯曲且沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的非直线部在所述陶瓷圆筒体中呈辐射状排列，
所述内侧电极及所述外侧电极设置成：电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间至少经由所述非直线部而呈辐射状流通。
在某个方案中，所述非直线部包括沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的多个第一肋，所述多个第一肋在沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的相邻的轴线上交替配置。
在某个方案中，所述非直线部包括按与所述轴线交叉的方式延伸的多个第二肋，在同一所述轴线上相邻的第一肋借助2个第二肋以及相邻的所述轴线上的1个第一肋而连接。
在某个方案中，所述隔室具有多边形的开口形状。
在某个方案中，在所述隔室的至少1个角部设置有圆角。
在某个方案中，所述非直线部的折曲次数大于所述隔室配列的数量。
在某个方案中，所述内侧电极和/或所述外侧电极为筒状电极。
在某个方案中，所述筒状电极形成于所述陶瓷圆筒体的所述内壁部的内壁面整个区域，或者，形成于所述陶瓷圆筒体的所述外壁部的外壁面整个区域。
在某个方案中，在所述筒状电极设置有沿着所述筒状电极的周向配置的沟。
在某个方案中，当将所述陶瓷圆筒体的内径设为R1，将所述陶瓷圆筒体的外径设为R2时，满足0.3＜(R1/R2)。
在某个方案中，当将所述陶瓷圆筒体的内径设为R1，将所述陶瓷圆筒体的外径设为R2时，满足0.6＜(R1/R2)。
本发明的一个方案所涉及的系统具备：
流路，该流路供废气流通；
上述记载的加热装置；
废气净化装置，该废气净化装置在所述流路中的废气流通方向上设置于比所述加热装置更靠下游侧的位置；以及
切换部，该切换部将所述废气的流路在所述加热装置中包含的所述陶瓷圆筒体的所述隔室提供的第一流路与所述陶瓷圆筒体的由所述隔室包围的筒孔提供的第二流路之间进行切换。
本发明的一个方案所涉及的加热装置的制造方法包括以下工序：
基于挤出成型来制造隔室配列呈同心圆状配置的导电性的陶瓷圆筒体的工序，该隔室配列是隔室沿着陶瓷圆筒体的周向配置而形成的；
相对于所述陶瓷圆筒体而固定内侧电极的工序；以及
相对于所述陶瓷圆筒体而固定外侧电极的工序，
在所述陶瓷圆筒体的内壁部与外壁部之间多次折曲或弯曲且沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的非直线部在所述陶瓷圆筒体中呈辐射状排列，
所述内侧电极及所述外侧电极设置成：电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间至少经由所述非直线部而呈辐射状流通。
在某个方案中，相对于所述陶瓷圆筒体而固定内侧电极的工序包括：相对于所述陶瓷圆筒体而冷缩配合或压入所述内侧电极的工序。
在某个方案中，相对于所述陶瓷圆筒体而固定外侧电极的工序包括：相对于所述陶瓷圆筒体而热压配合所述外侧电极的工序。
在某个方案中，在所述陶瓷圆筒体与所述内侧电极之间设置有中间层。
在某个方案中，在所述陶瓷圆筒体与所述外侧电极之间设置有中间层。
发明效果
根据本发明的一个方案，可以提供：能够以抑制在通电时产生较大的温度梯度的方式得到更充分的发热量的加热装置。
附图说明
图1是本发明的一个方案所涉及的系统的示意图，且是能够基于在废气的流路所设置的开闭部件的控制而经由陶瓷圆筒体的隔室或筒孔向废气净化装置供给废气的系统的示意图。
图2是在废气的流路中设置于比废气净化装置更靠上游侧的位置的本发明的一个方案所涉及的加热装置的示意立体图。
图3是本发明的一个方案所涉及的加热装置中包含的陶瓷圆筒体的第一端部的示意主视图。图3中，利用箭头而图示了陶瓷圆筒体的内径和外径。图3中的单点划线所示的范围内的隔室的图示被省略。
图4是表示本发明的一个方案所涉及的系统的动作的示意时序图。
图5是表示在外侧电极与陶瓷圆筒体之间设置有中间层的方案的示意图。
图6是表示沿着陶瓷圆筒体的轴向延伸的沟形成于外侧电极的内周面的方案的示意图。
图7是表示沿着陶瓷圆筒体的轴向延伸的沟形成于外侧电极的外周面的方案的示意图。
图8是表示图3中的位于径向最内侧的隔室配列和位于径向最外侧的隔室配列被填满的方案的示意图。
图9是表示在隔室的至少1个角部设置有圆角的方案的示意图。
图10是表示隔室的开口形状为四边形的方案的示意图。
图11是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图12是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图13是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图14是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图15是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图16是表示隔室的开口形状及配置的变形的示意图。
图17是表示比较例所涉及的隔室配置的示意图。
图18是表示比较例所涉及的隔室配置及电极配置的示意图。
符号说明
10…陶瓷圆筒体、OP10…隔室、13…非直线部、14…内壁部、15…外壁部、20…内侧电极、30…外侧电极。
具体实施方式
以下，参照图1至图18，对本发明的非限定的实施方式进行说明。以下，关于某个加热装置记载的各特征除了理解为与其他特征的组合，还可理解为与其他特征独立的个别特征。将个别特征的全部组合进行记载对本领域技术人员而言是多余的，因此省略。个别特征以“某个方案”这一表达来明示，或者，仅以“方案”这一表达来明示。个别特征并不是仅在例如附图所公开的加热装置中通用，可理解为在其他各种加热装置中也通用的普遍的特征。
图1是能够基于在废气的流路91所设置的开闭部件96的控制而经由陶瓷圆筒体10的隔室OP10或筒孔H10向废气净化装置93供给废气的系统90的示意图。图2是在废气的流路91中设置于比废气净化装置93更靠上游侧的位置的加热装置92的示意立体图。图3是加热装置92中包含的陶瓷圆筒体10的第一端部18的示意主视图。图3中，利用箭头来图示陶瓷圆筒体10的内径R1和外径R2。图3中的单点划线所示的范围内的隔室OP10的图示被省略。图4是表示系统90的动作的示意时序图。
系统90具有：供废气流通的流路91、设置于流路91的加热装置92、以及设置于流路91的废气净化装置93。流路91为例如金属管，具有第一内径的第一管91m和第二内径的第二管91n，第二内径大于第一内径，此外，在第一管91m与第二管91n之间具有扩径部91a。在扩径部91a，从第一管91m往第二管91n的方向上，内径渐增。加热装置92在流路91中的废气流通方向上设置于比扩径部91a更靠下游侧的位置。废气净化装置93在流路91中的废气流通方向上设置于比加热装置92更靠下游侧的位置。
系统90还具有：切换部94和控制器99。从下文的记载可更好地理解，切换部94将废气的流路在加热装置92中包含的陶瓷圆筒体10的隔室OP10提供的第一流路P1与陶瓷圆筒体10的由隔室OP10包围的筒孔H10提供的第二流路P2之间进行切换。切换部94具有：驱动部95、以及由驱动部95驱动的开闭部件96。开闭部件96置于流路91内，简单来讲，设置为：在流路91中的废气流通方向上，靠近加热装置92的上游侧。开闭部件96能够处于将加热装置92中包含的陶瓷圆筒体10的筒孔H10封闭的关闭状态、以及不将陶瓷圆筒体10的筒孔H10封闭的打开状态。在某个方案中，驱动部95为步进马达，开闭部件96为相对于其马达轴而进行固定的平板。作为切换部94，可以使用任意种类的闸门。作为其他方案，驱动部95可由气压驱动。通过气动开闭阀的接通及断开来进行闸门(例如、蝶阀)的开闭。优选使用能够以1秒以下进行开闭的闸门。
控制器99能够控制切换部94的动作状态。控制器99向驱动部95提供控制信号S1，在打开状态与关闭状态之间控制开闭部件96的状态。切换部94根据从控制器99接收到的控制信号S1来进行工作。在切换部94的驱动部95为步进马达时，根据作为控制信号S1的脉冲信号串而使得马达轴旋转。在马达的旋转轴因控制信号S1而旋转180°时，开闭部件96的状态在关闭状态与打开状态之间切换。应予说明，还假设如下方案，即，检测开闭部件96的位置而对开闭部件96的位置进行反馈控制。
关闭状态的开闭部件96阻止流路91中流通的废气流入第二流路P2、即陶瓷圆筒体10的筒孔H10。在该状态下，废气流入陶瓷圆筒体10的第一流路P1、即陶瓷圆筒体10的隔室OP10。从陶瓷圆筒体10的第一流路P1(隔室OP10)流出的废气流入比加热装置92更靠下游侧的废气净化装置93。
通过将开闭部件96从关闭状态切换为打开状态，使得废气从流入第一流路P1(隔室OP10)的状态转变为流入第二流路P2(筒孔H10)的状态。从陶瓷圆筒体10的第二流路P2(筒孔H10)流出的废气流入比加热装置92更靠下游侧的废气净化装置93。
在开闭部件96为关闭状态时，废气经过第一流路P1(隔室OP10)而流通。在开闭部件96为打开状态时，废气经过第二流路P2(筒孔H10)而流通。应予说明，还假设：在开闭部件96为关闭状态时，废气的一部分流通于第二流路P2(筒孔H10)，或者，在开闭部件96为打开状态时，废气的一部分流通于第一流路P1(隔室OP10)。还假设：开闭部件96在关闭状态与打开状态之间转变时，废气同时流入第一流路P1及第二流路P2。
控制器99除了控制开闭部件96以外，还可以控制加热装置92的通电状态。控制器99向开关SW提供控制信号S2，从而将加热装置92的通电状态在接通(ON)状态与断开(OFF)状态之间进行切换。应予说明，控制器99可以由模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路、微电脑或它们的任意组合构成。还假设如下方案，即，为了进行加热装置92的通电控制及开闭部件96的状态控制而使用分开的控制器。控制信号S1、S2为例如脉冲信号。
在流路91中的废气流通方向上，加热装置92设置于比废气净化装置93更靠上游侧的位置，能够将在发动机起动时到达加热装置92的低温废气升温后再向废气净化装置93供给。结果，促进废气净化装置93中的更充分的净化。另一方面，从发动机起动时开始经过规定时间后，到达加热装置92的废气温度为足够高的温度，将废气升温的必要性降低。从发动机起动时开始经过规定时间后，开闭部件96被控制为处于不将陶瓷圆筒体10的筒孔H10封闭的打开状态，废气经过陶瓷圆筒体10的筒孔H10而向废气净化装置93供给。实现了废气的净化性能和背压抑制的平衡。
应予说明，废气净化装置93为例如负载有催化剂的陶瓷催化剂载体。通过借助了废气净化装置93中的催化剂的化学反应，使得废气中的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、烃(HC)被氧化或还原为二氧化碳(CO2)、氮(N2)、水(H2O)。废气净化装置93中包含的催化剂载体为沿着废气流通方向延伸的隔室OP93(参照图1)呈二维状配置得到的柱状部件，被称为蜂窝结构体。催化剂载体并不一定限于此，但包含堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)或SiC这样的陶瓷材料。对于负载于催化剂载体的催化剂，例如可例示：将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)这样的贵金属负载于氧化铝细孔表面且包含氧化铈、氧化锆等助催化剂的三元催化剂、氧化催化剂、或包含碱土金属和铂作为氮氧化物(NOx)的吸储成分的NOx吸储还原催化剂。作为不使用贵金属的催化剂，可例示：包含铜置换沸石或铁置换沸石在内的NOx选择性还原催化剂等。
如图2及图3所示，加热装置92具有：导电性的陶瓷圆筒体10、与陶瓷圆筒体10的内壁部14电连接的内侧电极20、以及与陶瓷圆筒体10的外壁部15电连接的外侧电极30。应予说明，加热装置92不限定于废气升温的用途。加热装置92还可以用于废气净化的用途。即，还假设如下方案，即，限定出陶瓷圆筒体10的隔室OP10的肋(例如、后述的第一肋11及第二肋12)负载有催化剂。如果加热装置92的废气净化性能充分，则废气净化装置93可省略。
陶瓷圆筒体10为包含导电性陶瓷材料的多孔体。导电性陶瓷材料为例如选自SiC、Si－SiC、及含浸有金属Si的Si－SiC中的1种以上。在某个方案中，基于挤出成型来制造陶瓷圆筒体10。在某个方案中，陶瓷圆筒体10如下制造，即，至少将SiC粉末、金属Si粉末、分散介质(例如、水)、及有机粘合剂混合，得到坯土，通过将该坯土挤出成型而得到成型体，将该成型体烧成，制造陶瓷圆筒体10。陶瓷圆筒体10的内径R1在40～350mm的范围内，陶瓷圆筒体10的外径R2在50～400mm的范围内。内侧电极20和/或外侧电极30为例如铜、铝、不锈钢这样的金属制电极。内侧电极20和/或外侧电极30的厚度为0.5～20mm。
陶瓷圆筒体10为沿着轴向延伸的圆筒体，具有第一端部18和第一端部18的相反侧的第二端部19。在陶瓷圆筒体10设置有筒孔H10，该筒孔H10沿着陶瓷圆筒体10的轴向延伸，且在陶瓷圆筒体10的第一端部18和第二端部19分别呈开口。筒孔H10为按被隔室OP10包围的方式定位的空间，并由陶瓷圆筒体10的内壁部14限定。如上所述，隔室OP10提供废气用的第一流路P1。筒孔H10提供废气用的第二流路P2。
在陶瓷圆筒体10设置有多个隔室OP10。隔室OP10沿着陶瓷圆筒体10的轴向延伸，且在陶瓷圆筒体10的第一端部18和第一端部18的相反侧的第二端部19分别呈开口。换言之，隔室OP10在陶瓷圆筒体10的第一端部18具有第一开口端，在陶瓷圆筒体10的第二端部19具有第二开口端。应予说明，在加热装置92配置于流路91时，隔室OP10沿着流路91中的废气流通方向延伸。隔室OP10的开口形状不限于矩形、五边形、六边形这样的多边形，也可以采用圆形、椭圆形这样的各种形状。隔室OP10的平均隔室密度为30～140个/cm2。
陶瓷圆筒体10中，隔室OP10沿着陶瓷圆筒体10的周向配置得到的隔室配列D1～D5呈同心圆状配置(参照图3)。隔室配列的数量不限于5个。在某个方案中，隔室配列的数量为20以下。在陶瓷圆筒体10的外径R2被流路91的内径限制的情况下，隔室配列的增加会导致陶瓷圆筒体10的内径R1减少、以及初始加热期间结束后的通常运转期间的背压增加。各隔室配列中包含的隔室OP10的个数为例如50～250个。隔室配列中包含的隔室OP10的个数在不同的隔室配列之间相同。
陶瓷圆筒体10的周向上的各隔室OP10的宽度W4由沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸的一对第一肋11限定。陶瓷圆筒体10的径向上的各隔室OP10的宽度W6由沿着陶瓷圆筒体10的周向延伸的一对第二肋12限定。第一肋11沿着陶瓷圆筒体10的径向呈直线延伸。第二肋12按与陶瓷圆筒体10的径向交叉的方式呈直线或弧状或在1处以上折曲而延伸。在某个方案中，第一肋11及第二肋12各自的厚度在0.05～0.5mm的范围内。应予说明，位于陶瓷圆筒体10的径向最内侧的隔室OP10的宽度W6可以由内壁部14和第二肋12限定。同样，位于陶瓷圆筒体10的径向最外侧的隔室OP10的宽度W6可以由外壁部15和第二肋12限定。
在图3所示的方案中，除了位于陶瓷圆筒体10的径向最内侧的隔室OP10和位于陶瓷圆筒体10的径向最外侧的隔室OP10以外，隔室OP10的开口形状为六边形。位于陶瓷圆筒体10的径向最内侧的隔室OP10的开口形状为五边形，位于陶瓷圆筒体10的径向最外侧的隔室OP10的开口形状也为五边形。第二肋12与隔室OP10的六边形的开口形状相对应而在一处折曲。
在某个方案中，陶瓷圆筒体10的内壁部14为位于陶瓷圆筒体10的径向最内侧的第二肋12在陶瓷圆筒体10的周向上连接得到的部分。同样，陶瓷圆筒体10的外壁部15为位于陶瓷圆筒体10的径向最外侧的第二肋12在陶瓷圆筒体10的周向上连接得到的部分。因此，陶瓷圆筒体10中位于径向最内侧的隔室OP10由一对第一肋11和一对第二肋12限定。陶瓷圆筒体10中位于径向最外侧的隔室OP10由一对第一肋11和一对第二肋12限定。
参照图4，对系统90的动作进行说明。控制器99在时刻t1输出H电平的控制信号S2，使开关SW处于接通(ON)状态，开始陶瓷圆筒体10的通电。随着陶瓷圆筒体10的通电开始，陶瓷圆筒体10的温度上升。由此，能够提高在陶瓷圆筒体10的第一流路P1、即隔室OP10中流通的废气的温度。在时刻t2，发动机起动。随着发动机的起动，发动机转速逐渐增加。在发动机起动时，陶瓷圆筒体10到达足够高的温度。因此，从发动机到达加热装置92的废气经过加热装置92的第一流路P1(隔室OP10)而被充分升温。在时刻t3，控制器99将控制信号S2从H电平切换为L电平。由此，陶瓷圆筒体10的通电结束。
控制器99在时刻t4输出H电平的控制信号S1，将开闭部件96设定为打开状态。废气开始向加热装置92的第二流路P2(筒孔H10)流入而代替向加热装置92的第一流路P1(隔室OP10)流入。简单来讲，废气开始经由陶瓷圆筒体10的筒孔H10而向废气净化装置93供给。在发动机起动时，开闭部件96处于关闭状态，背压增加。但是，在从发动机起动经过规定时间后，开闭部件96处于打开状态，背压降低。在发动机起动时，作为废气升温的代价，导致背压增加，不过，这限定于发动机起动时。
在某个方案中，时刻t3、t4为与发动机的起动时机同步的时机。即，L电平的控制信号S2(即，通电结束指令)和H电平的控制信号S1(流路变更指令)与发动机起动同步生成。在某个方案中，发动机与陶瓷圆筒体10的通电开始(H电平的控制信号S2)同步地起动。例如，在从陶瓷圆筒体10的通电开始时刻经过预定时间后，发动机起动。应予说明，还假设如下方案，即，在发动机起动后，开始进行陶瓷圆筒体10的通电。
在某个方案中，加热装置92设置成：与流路91的扩径部91a的下游侧相邻(参照图1)。由此，在开闭部件96为打开状态时，可抑制废气流入陶瓷圆筒体10的隔室OP10。应予说明，还假设如下方案，即，开闭部件96被切换为打开状态后，还继续进行陶瓷圆筒体10的通电。
本实施方式中，如图3所示，在陶瓷圆筒体10的内壁部14与外壁部15之间多次折曲或弯曲且沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸的非直线部13在陶瓷圆筒体10中呈辐射状排列。此外，内侧电极20及外侧电极30设置成：电流在内侧电极20与外侧电极30之间至少经由非直线部13而呈辐射状流通。非直线部13提供在内侧电极20与外侧电极30之间多次折曲或弯曲且延伸的电流路，促进更多热量的生成。内侧电极20和外侧电极30容许陶瓷圆筒体10中形成辐射状的电流路。由此，促进以抑制在陶瓷圆筒体10通电时产生较大的温度梯度的方式在陶瓷圆筒体10中得到更充分的发热量。
非直线部13在沿着陶瓷圆筒体10的径向从外壁部15向内壁部14延伸或沿着陶瓷圆筒体10的径向从内壁部14向外壁部15延伸时，多次折曲或弯曲且延伸。非直线部13的折曲或弯曲的方式与隔室OP10的开口形状相对应，不限于非直线部13以规定角度折曲的方式。非直线部13的折曲次数大于隔室配列的数量。图3所示的方案中，非直线部13的折曲次数＝8，隔室配列的数量＝5。
非直线部13沿着位于径向最外侧的隔室OP10的外周延伸，接下来，沿着在径向内侧相邻的隔室OP10的外周延伸。非直线部13反复进行沿着在径向内侧相邻的隔室OP10的外周延伸。最终，非直线部13到达内壁部14。非直线部13从径向内侧向径向外侧延伸的情形也可以同样地进行说明。根据隔室OP10的开口形状，非直线部13具有在沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸的轴线RL上笔直延伸的区间(即，第一肋11)，但并不一定限于此。
非直线部13包含沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸的多个第一肋11，多个第一肋11在沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸的相邻的轴线RL上交替配置。非直线部13包含按与轴线RL交叉的方式延伸的多个第二肋12，在同一轴线RL上相邻的第一肋11借助2个第二肋12以及相邻的轴线RL上的1个第一肋11而连接。在隔室OP10具有六边形的开口形状的方案中，在轴线RL上相邻的第一肋11借助包围同一隔室OP10的第一肋11及第二肋12而连接。此处说明的包围同一隔室OP10的第一肋11及第二肋12包含径向内侧的第二肋12、相邻的轴线RL上的第一肋11、径向外侧的第二肋12。根据该方案，内壁部14与外壁部15之间的非直线部13的长度变大，促进更大热量的生成。应予说明，在隔室OP10具有六边形的开口形状的方案中，在轴线RL上相邻的第一肋11在相邻的轴线RL上的位置借助肋的2次折曲而连接。
非直线部13的宽度W13与第一肋11的宽度W11相等，且与第二肋12的宽度W12相等。在第一肋11的宽度W11和第二肋12的宽度W12相等的情况下，理解为非直线部13的宽度W13恒定。还假设如下方案，即，第一肋11的宽度W11、第二肋12的宽度W12、或非直线部13的宽度W13从陶瓷圆筒体10的径向内侧往径向外侧的方向上发生变化。从理论来讲，非直线部13的宽度W13恒定会促进电流流通于该非直线部13时产生的发热量在陶瓷圆筒体10的径向上恒定。在某个方案中，非直线部13的宽度W13在0.05～0.5mm的范围内，或者，在0.05～0.2mm的范围内。应予说明，可以考虑抑制背压增加的观点或制造条件或除此以外的理由而对非直线部13的宽度W13的上限进行限制。
基于陶瓷圆筒体10中的非直线部13的辐射状排列，使得在陶瓷圆筒体10中产生辐射状的电流路。辐射状的电流路形成在内侧电极20与外侧电极30之间。简单来讲，电流从内侧电极20往外侧电极30的方向上呈辐射状流通，或者，电流从外侧电极30往内侧电极20的方向上呈辐射状流通。如图3所示，非直线部13还可以像符号(13、13’)所示那样沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸。电流流通于所有第一肋11。电流流通于所有第二肋12。即便电流不流通于任一第二肋12，也能够接受从周围的第一肋11或第二肋12传递的热而升温。
内侧电极20和外侧电极30设置成促进辐射状电流路的形成即可，可以采用各种形状。不过，为了提高电极相对于陶瓷圆筒体10的安装强度，或者，抑制陶瓷圆筒体10与电极之间的电连接不良，作为内侧电极20和/或外侧电极30而采用筒状电极。即，在某个方案中，内侧电极20和/或外侧电极30为筒状电极。
在作为外侧电极30使用筒状电极时，外侧电极30的电极层沿着陶瓷圆筒体10的周向而包围陶瓷圆筒体10。外侧电极30的电极层设置于比陶瓷圆筒体10的外壁部15更靠径向外侧的位置。外侧电极30可以相对于陶瓷圆筒体10的外壁部15进行嵌套。在作为内侧电极20使用筒状电极时，内侧电极20的电极层沿着陶瓷圆筒体10的周向而被陶瓷圆筒体10包围。内侧电极20的电极层设置于比陶瓷圆筒体10的内壁部14更靠径向内侧的位置。内侧电极20可以相对于陶瓷圆筒体10的内壁部14进行嵌套。
并不一定限于此，筒状电极形成于陶瓷圆筒体10的内壁部14的内壁面16整个区域，或者，形成于陶瓷圆筒体10的外壁部15的外壁面17整个区域。筒状电极本身的配线电阻减少，另外，促进筒状电极与陶瓷圆筒体10之间的良好的电连接。
图5是表示在外侧电极30与陶瓷圆筒体10之间设置有中间层39的方案的示意图。假设如下方案，即，在内侧电极20与陶瓷圆筒体10之间设置有中间层39，或者，在外侧电极30与陶瓷圆筒体10之间设置有中间层39。中间层39包含导电性材料，促进陶瓷圆筒体10与电极之间的良好的电连接或机械连接。中间层39包含：例如选自由铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、碳(C)构成的组中的1种以上材料。在某个方案中，中间层39为导电性浆料、导电性粉体、导电性糊料，被涂布于陶瓷圆筒体10的内周面或外周面。中间层39可根据需要进行加热处理(或烧成)而变为硬质层。中间层39的厚度在0.05～2mm的范围内。
图6是表示沿着陶瓷圆筒体10的轴向延伸的沟38形成于外侧电极30的内周面的方案的示意图。图7是表示沿着陶瓷圆筒体10的轴向延伸的沟38形成于外侧电极30的外周面的方案的示意图。在图6及图7的任一情况下，作为外侧电极30，都使用筒状电极。由此，某个方案中，在作为内侧电极20或外侧电极30使用的筒状电极，沿着其周向设置有沟38，由此，促进筒状电极对陶瓷圆筒体10的嵌套。
在作为筒状电极的外侧电极30嵌套于陶瓷圆筒体10的情况下，从外侧电极30向陶瓷圆筒体10施加压力。由此，促进外侧电极30更充分地固定于陶瓷圆筒体10，另外，促进陶瓷圆筒体10与外侧电极30之间的更良好的电连接或机械连接。就这一点而言，在陶瓷圆筒体10与外侧电极30之间设置有中间层39的情形也相同。上述的压力是通过相对于陶瓷圆筒体10而热压配合外侧电极30得到的。在对外侧电极30进行加热而使开口径增大的状态下，将陶瓷圆筒体10插入或压入于外侧电极30内。随着外侧电极30冷却，外侧电极30的开口径变小，由此，从外侧电极30向陶瓷圆筒体10施加压力。
在作为筒状电极的内侧电极20嵌套于陶瓷圆筒体10的情况下，从内侧电极20向陶瓷圆筒体10施加压力。由此，促进内侧电极20更充分地固定于陶瓷圆筒体10，另外，促进陶瓷圆筒体10与内侧电极20之间的更良好的电连接或机械连接。就这一点而言，在陶瓷圆筒体10与内侧电极20之间设置有中间层39的情形也相同。上述的压力是通过相对于陶瓷圆筒体10而冷缩配合或压入内侧电极20得到的。在对内侧电极20进行冷却而使外径减小的状态下，将内侧电极20插入或压入于陶瓷圆筒体10的筒孔H10内。随着内侧电极20升温，内侧电极20的外径变大，由此，从内侧电极20向陶瓷圆筒体10施加压力。
关于陶瓷圆筒体10的内径R1与外径R2之间的关系，满足0.3＜(R1/R2)，更优选满足0.6＜(R1/R2)。内径越小，半径方向上的发热量/热容量比率的变化越大，温度差越大。通过满足0.3＜R1/R2或0.6＜R1/R2，能够抑制背压增加。在某个方案中，满足0.3＜R1/R2＜0.9，更优选满足0.6＜R1/R2＜0.8。
图8是表示图3中的位于径向最内侧的隔室配列和位于径向最外侧的隔室配列被填满的方案的示意图。径向最外侧的隔室OP10和径向最内侧的隔室OP10被填满，使得内壁部14和外壁部15的厚度增加。陶瓷圆筒体10的机械强度提高。应予说明，内壁部14和外壁部15各自的厚度在陶瓷圆筒体10的周向上规律地发生变化。
图9是表示在隔室OP10的至少1个角部设置有圆角80的方案的示意图。在隔室OP10的至少1个角部或各角部形成有圆角80。换言之，按在隔室OP10的角部形成有圆角80的方式对隔室OP10赋予形状。由此，避免在隔室OP10的角部产生应力集中，另外，陶瓷圆筒体10的机械强度提高。
图10是表示隔室OP10的开口形状为四边形的方案的示意图。非直线部13在陶瓷圆筒体10的内壁部14与外壁部15之间多次折曲或弯曲且沿着陶瓷圆筒体10的径向延伸。非直线部13的折曲次数＝8，隔室配列的数量＝5。非直线部13提供在内侧电极20与外侧电极30之间多次折曲或弯曲且延伸的电流路，促进更多热量的生成。内侧电极20和外侧电极30容许陶瓷圆筒体10中形成辐射状的电流路。由此，促进以抑制在陶瓷圆筒体10通电时产生较大的温度梯度的方式在陶瓷圆筒体10中得到更充分的发热量。
图11至图16是表示隔室OP10的开口形状及配置的变形的示意图。如图11所示，假设如下方案，即，隔室OP10具有沿着陶瓷圆筒体10的周向较长地延伸的形状。如图12所示，假设如下方案，即，除了位于径向最内侧或径向最外侧的隔室OP10以外，隔室OP10具有菱形的开口形状。位于径向最内侧或径向最外侧的隔室OP10具有三角形的开口形状。还假设如下方案，即，为了增加内壁部14或外壁部15的厚度而将位于径向最内侧或径向最外侧的隔室OP10填满。
如图13所示，假设如下方案，即，陶瓷圆筒体10具有开口形状为圆形的隔室OP10。如上所述，非直线部13的折曲或弯曲的方式与隔室OP10的开口形状相对应，不限于非直线部13以规定角度折曲的方式。非直线部13提供在内侧电极20与外侧电极30之间多次弯曲且延伸的电流路，促进更多热量的生成。内侧电极20和外侧电极30容许陶瓷圆筒体10中形成辐射状的电流路。由此，促进以抑制在陶瓷圆筒体10通电时产生较大的温度梯度的方式在陶瓷圆筒体10中得到更充分的发热量。
还假设如下方案，即，在1个陶瓷圆筒体10中，隔室OP10具有不同的开口形状。在图14所示的方案中，陶瓷圆筒体10具有开口形状为圆形的隔室OP10和开口形状为椭圆形的隔室OP10。在图15所示的方案中，陶瓷圆筒体10具有开口形状为圆形的隔室OP10和开口形状为矩形的隔室OP10。在图16所示的方案中，陶瓷圆筒体10具有开口形状为圆形的隔室OP10、开口形状为菱形的隔室OP10、及开口形状为六边形的隔室OP10。
非直线部13提供在内侧电极20与外侧电极30之间多次折曲或弯曲且延伸的电流路，促进更多热量的生成。内侧电极20和外侧电极30容许陶瓷圆筒体10中形成辐射状的电流路。由此，促进以抑制在陶瓷圆筒体10通电时产生较大的温度梯度的方式在陶瓷圆筒体10中得到更充分的发热量。
实施例1
在外径70mm、内径50mm、轴向长度46mm的陶瓷圆筒体固定有内侧电极和外侧电极。陶瓷圆筒体由多孔质Si－SiC制成。内侧电极和外侧电极均为筒状电极，且由不锈钢制成。陶瓷圆筒体中的隔室的配置如图3所示，六边形隔室被设置成辐射状。使用软件进行模拟。作为模拟条件，向内侧电极与外侧电极之间的陶瓷圆筒体施加电压45V并历经1秒钟。
实施例2
在外径70mm、内径50mm、轴向长度46mm的陶瓷圆筒体固定有内侧电极和外侧电极。陶瓷圆筒体由多孔质Si－SiC制成。内侧电极和外侧电极均为筒状电极，且由不锈钢制成。陶瓷圆筒体中的隔室的配置如图11所示。使用软件进行模拟。作为模拟条件，向内侧电极与外侧电极之间的陶瓷圆筒体施加电压45V并历经1秒钟。
实施例3
在外径70mm、内径50mm、轴向长度46mm的陶瓷圆筒体固定有内侧电极和外侧电极。陶瓷圆筒体由多孔质Si－SiC制成。内侧电极和外侧电极均为筒状电极，且由不锈钢制成。陶瓷圆筒体中的隔室的配置如图13所示。使用软件进行模拟。作为模拟条件，向内侧电极与外侧电极之间的陶瓷圆筒体施加电压45V并历经1秒钟。
比较例1
在外径70mm、内径50mm、轴向长度46mm的陶瓷圆筒体固定有内侧电极和外侧电极。陶瓷圆筒体由多孔质Si－SiC制成。内侧电极和外侧电极均为筒状电极，且由不锈钢制成。陶瓷圆筒体中的隔室的配置如图17所示。使用软件进行模拟。作为模拟条件，向内侧电极与外侧电极之间的陶瓷圆筒体施加电压45V并历经1秒钟。
比较例2
在外径100mm、轴向长度46mm的陶瓷圆柱体100固定有第一外周电极101和第二外周电极102。第一外周电极101和第二外周电极102按夹着陶瓷圆柱体100的方式进行定位。陶瓷圆柱体由多孔质Si－SiC制成。外周电极均为弧状电极，且由不锈钢制成。陶瓷圆柱体中的隔室的配置如图18所示。使用软件进行模拟。作为模拟条件，向第一外周电极与第二外周电极之间的陶瓷圆筒体施加电压45V并历经1秒钟。
关于实施例和比较例，分别求出陶瓷圆筒体中产生的最高温度与最低温度之差。结果如表1所示。
表1
隔室配置 电极配置 温度梯度
实施例1 图3 图2 30℃
实施例2 图11 图2 38℃
实施例3 图12 图2 35℃
比较例1 图17 图2 144℃
比较例2 图18 图18 775℃
比较例1中，发热量和热容量的平衡不均匀，因此，即便配置有内外电极，也产生了温度梯度。比较例2中，与通电开始相对应地，在第一外周电极101与第二外周电极102之间的陶瓷圆柱体100的部分形成电流路。在该电流路产生焦耳热，并产生朝向与电流路热连接的隔室、肋的热传导。在将陶瓷圆柱体100以短时间升温至目标温度的情况下，与热传导相比，焦耳热处于支配地位，因此，在陶瓷圆柱体100的截面处产生显著的温度梯度(参照表1)。
以上述的公开为基础，本领域技术人员可以对各实施方式进行各种变更。

Claims (17)

1.一种加热装置，其中，具备:
导电性的陶瓷圆筒体，该导电性的陶瓷圆筒体的隔室配列呈同心圆状配置，该隔室配列是隔室沿着陶瓷圆筒体的周向配置而形成的；
内侧电极，该内侧电极与所述陶瓷圆筒体的内壁部电连接；以及
外侧电极，该外侧电极与所述陶瓷圆筒体的外壁部电连接，
在所述陶瓷圆筒体的所述内壁部与所述外壁部之间多次折曲或弯曲且沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的非直线部在所述陶瓷圆筒体中呈辐射状排列，
所述内侧电极及所述外侧电极设置成：电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间至少经由所述非直线部而呈辐射状流通。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其中，
所述非直线部包括沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的多个第一肋，所述多个第一肋在沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的相邻的轴线上交替配置。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其中，
所述非直线部包括按与所述轴线交叉的方式延伸的多个第二肋，在同一所述轴线上相邻的第一肋借助2个第二肋以及相邻的所述轴线上的1个第一肋而连接。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的加热装置，其中，
所述隔室具有多边形的开口形状。
5.根据权利要求4所述的加热装置，其中，
在所述隔室的至少1个角部设置有圆角。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的加热装置，其中，
所述非直线部的折曲次数大于所述隔室配列的数量。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的加热装置，其中，
所述内侧电极和/或所述外侧电极为筒状电极。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其中，
所述筒状电极形成于所述陶瓷圆筒体的所述内壁部的内壁面整个区域，或者，形成于所述陶瓷圆筒体的所述外壁部的外壁面整个区域。
9.根据权利要求7或8所述的加热装置，其中，
在所述筒状电极设置有沿着所述筒状电极的周向配置的沟。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的加热装置，其中，
当将所述陶瓷圆筒体的内径设为R1，将所述陶瓷圆筒体的外径设为R2时，满足0.3＜(R1/R2)。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的加热装置，其中，
当将所述陶瓷圆筒体的内径设为R1，将所述陶瓷圆筒体的外径设为R2时，满足0.6＜(R1/R2)。
12.一种系统，其中，具备：
流路，该流路供废气流通；
权利要求1至11中的任意一项所述的加热装置；
废气净化装置，该废气净化装置在所述流路中的废气流通方向上设置于比所述加热装置更靠下游侧的位置；以及
切换部，该切换部将所述废气的流路在所述加热装置中包含的所述陶瓷圆筒体的所述隔室提供的第一流路与所述陶瓷圆筒体的由所述隔室包围的筒孔提供的第二流路之间进行切换。
13.一种加热装置的制造方法，其中，包括以下工序：
基于挤出成型来制造隔室配列呈同心圆状配置的导电性的陶瓷圆筒体的工序，该隔室配列是隔室沿着陶瓷圆筒体的周向配置而形成的；
相对于所述陶瓷圆筒体而固定内侧电极的工序；以及
相对于所述陶瓷圆筒体而固定外侧电极的工序，
在所述陶瓷圆筒体的内壁部与外壁部之间多次折曲或弯曲且沿着所述陶瓷圆筒体的径向延伸的非直线部在所述陶瓷圆筒体中呈辐射状排列，
所述内侧电极及所述外侧电极设置成：电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间至少经由所述非直线部而呈辐射状流通。
14.根据权利要求13所述的加热装置的制造方法，其中，
相对于所述陶瓷圆筒体而固定内侧电极的工序包括：相对于所述陶瓷圆筒体而冷缩配合或压入所述内侧电极的工序。
15.根据权利要求13或14所述的加热装置的制造方法，其中，
相对于所述陶瓷圆筒体而固定外侧电极的工序包括：相对于所述陶瓷圆筒体而热压配合所述外侧电极的工序。
16.根据权利要求13至15中的任意一项所述的加热装置的制造方法，其中，
在所述陶瓷圆筒体与所述内侧电极之间设置有中间层。
17.根据权利要求13至16中的任意一项所述的加热装置的制造方法，其中，
在所述陶瓷圆筒体与所述外侧电极之间设置有中间层。
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