CN112648050B - 电加热式催化剂装置 - Google Patents

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Abstract

一种电加热式催化剂装置，具有担载有催化剂的载体、设置于载体的外周面的表面电极、以及在表面电极排列地配设的多个金属电极。表面电极具有配设多个金属电极的配设区域和没有配设金属电极的非配设区域。在配设区域中，多个金属电极在载体的轴向上隔开间隔地配设。非配设区域在载体的轴向上与配设区域相邻地设置。在表面电极中，非配设区域的电阻比配设区域的电阻高。

Description

电加热式催化剂装置
技术领域
本发明涉及电加热式催化剂装置。
背景技术
已知有一种电加热式催化剂装置，所述电加热式催化剂装置配设于内燃机的排气通路等，通过对载体通电而进行加热，从而提高担载于载体的催化剂的活化。
例如，日本特开2012-106199号公报所记载的电加热式催化剂装置具有担载有催化剂的圆柱状的载体、设置于载体的外周面并沿载体的轴向延伸的表面电极、以及在表面电极的表面上沿轴向排列地配设的多个金属电极。在表面电极的表面设置有隔开间隔地配设多个金属电极的配设区域、和没有配设金属电极的非配设区域。非配设区域在轴向上与配设区域相邻。
若在上述的配设区域产生裂纹，则可能会发生以下的情况。即，若产生裂纹，则在表面电极的配设区域中会产生电连接弱的区域。由此，非配设区域中的载体的电阻比产生了裂纹的配设区域中的载体的电阻小。因此，在将配设于配设区域的多个金属电极中的位于载体的轴向的两末端的金属电极设为了端部金属电极，将位于两个端部金属电极之间的金属电极设为了中间金属电极时，与中间金属电极相比，较多的电流向与载体的电阻小的非配设区域电连接的端部金属电极流动。结果，端部金属电极过热。
发明内容
为了解决上述课题，根据本发明的第一技术方案，提供一种电加热式催化剂装置。电加热式催化剂装置具有：圆柱状的载体，担载有催化剂；表面电极，沿所述载体的轴向延伸并设置于所述载体的外周面；以及多个金属电极，在所述表面电极的表面上沿所述轴向排列地配设。所述表面电极具有配设多个金属电极的配设区域和没有配设所述金属电极的非配设区域。在所述配设区域中，所述多个所述金属电极在所述轴向上隔开间隔地配设。所述非配设区域在所述轴向上与所述配设区域相邻地设置。在所述表面电极中，所述非配设区域的电阻比所述配设区域的电阻高。
为了解决上述课题，根据本发明的第二技术方案，提供一种电加热式催化剂装置。电加热式催化剂装置具有：圆柱状的载体，担载有催化剂；表面电极，沿所述载体的轴向延伸并设置于所述载体的外周面；以及多个金属电极，在所述表面电极的表面上沿所述轴向排列地配设。所述表面电极具有配设多个金属电极的配设区域和没有配设所述金属电极的非配设区域。在所述配设区域中，所述多个所述金属电极在所述轴向上隔开间隔地配设。所述非配设区域相对于所述配设区域在所述轴向上隔开间隔地设置。在所述表面电极中，所述非配设区域的电阻为所述载体的电阻以下。
附图说明
图1是示出第1实施方式的电加热式催化剂装置的立体图。
图2是电加热式催化剂装置的主视图。
图3是电加热式催化剂装置的侧视图。
图4是示出表面电极的各区域及载体的电阻的图表。
图5是沿图3的5-5线的剖视图。
图6是金属电极的放大图。
图7是示出产生裂纹时的载体内部的电流的流动的示意图。
图8是示出电加热式催化剂装置的作用的侧视图。
图9是第2实施方式的电加热式催化剂装置的侧视图。
图10是示出表面电极的各区域及载体的电阻的图表。
图11是示出电加热式催化剂装置的作用的侧视图。
图12是示出第1实施方式的变更例中的表面电极的各区域的电阻的图表。
图13是示出第1实施方式的变更例中的表面电极的各区域的电阻的图表。
图14是示出第2实施方式的变更例中的表面电极的各区域的电阻的图表。
图15是示出第2实施方式的变更例中的表面电极的非配设区域及载体的电阻的图表。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照图1～图8对将电加热式催化剂装置具体化了的第1实施方式进行说明。电加热式催化剂装置例如设置于汽车等的排气通路，对从内燃机排出的排气进行净化。在以下的说明中，将载体12的轴向、载体12的周向简记为轴向、周向。
如图1所示，电加热式催化剂装置10具备圆柱状的载体12。载体12由具有导电性的多孔质材料，例如SiC(碳化硅)等形成。在载体12担载有铂、钯等催化剂。如图1的箭头Z所示，排气沿轴向通过载体12的内部。
如图1、图2所示，在载体12的外周面设置有一对表面电极30。一对表面电极30在载体12的径向上相对地配置。如图1、图3所示，表面电极30呈矩形状的平面形状。表面电极30沿载体12的轴向延伸设置。表面电极30由通过喷镀而形成于载体12的表面的多孔膜构成。表面电极30由高温下的耐氧化性优异的金属材料，例如NiCr合金等形成。
在各表面电极30的表面上，在轴向的一部分设置有多个金属电极40。表面电极30具有配设多个金属电极40的配设区域30A、和没有配设金属电极40的第1非配设区域30B及第2非配设区域30C。在配设区域30A中，多个金属电极40在轴向上隔开间隔地配设。第1非配设区域30B在轴向上与配设区域30A相邻地设置。第2非配设区域30C相对于第1非配设区域30B，在与配设区域30A相反的一侧沿轴向与第1非配设区域30B相邻地设置。
更详细而言，配设区域30A设置于表面电极30的轴向上的大致中央。第1非配设区域30B为带状，在配设区域30A的轴向的两侧分别各配设一个。第2非配设区域30C为带状，第2非配设区域30C相对于各第1非配设区域30B，在与配设区域30A相反的一侧与第1非配设区域30B相邻地配设。像这样，第1非配设区域30B和第2非配设区域30C相对于表面电极30的配设区域30A在轴向上依次排列。
如图4所示，第1非配设区域30B的电阻比配设区域30A的电阻高。另外，第2非配设区域30C的电阻比第1非配设区域30B的电阻低。更详细而言，第2非配设区域30C的电阻比配设区域30A的电阻低。配设区域30A、第1非配设区域30B、第2非配设区域30C中的电阻的差异能够通过适当的方法来实现。例如，在第1实施方式中，通过调整构成表面电极30的材料所包含的杂质的量使各区域中的材料的组成不同，从而使配设区域30A、第1非配设区域30B、第2非配设区域30C的各体积电阻率(每单位长度·单位截面面积的电阻值)不同。这样，由于体积电阻率的差异，各区域的电阻按第1非配设区域30B、配设区域30A、第2非配设区域30C的顺序降低。配设区域30A、第1非配设区域30B、以及第2非配设区域30C的各电阻均为载体12的电阻以下。
关于配设区域30A、第1非配设区域30B、第2非配设区域30C中的电阻的差异，除了体积电阻率的差异以外，还可以如以下那样设置。即，使表面电极30的配设区域30A、第1非配设区域30B以及第2非配设区域30C由单一的材料构成。并且，将沿载体12的径向的配设区域30A的横截面面积Sa设为基准截面面积，可以通过使第1非配设区域30B的横截面面积Sb比基准截面面积小，从而使第1非配设区域30B的电阻比配设区域30A的电阻高。顺便一提，通过使第1非配设区域30B的厚度比配设区域30A的厚度小、或者使第1非配设区域30B的周向的长度比配设区域30A的周向的长度小，能够使横截面面积Sb比基准截面面积小。同样地，也可以通过使第2非配设区域30C的横截面面积Sc比基准截面面积大，从而使第2非配设区域30C的电阻比配设区域30A的电阻低。顺便一提，通过使第2非配设区域30C的厚度比配设区域30A的厚度大、或者使第2非配设区域30C的周向的长度比配设区域30A的周向的长度大，能够使横截面面积Sc比基准截面面积大。
如图1、图3所示，金属电极40由遍及表面电极30的整个周向地延伸设置的条状的金属薄板构成。金属电极40例如由FeCrAlY合金等耐热合金形成。各金属电极40在表面电极30的表面上以沿轴向大致等间隔地排列的方式配设。各金属电极40从表面电极30的一方的侧缘突出，并在突出部的末端一体化。如图2所示，金属电极40在各表面电极30上连接于电源300。
如图5所示，金属电极40通过具有导电性的固定层50而固定于表面电极30。固定层50由通过喷镀而形成于金属电极40和表面电极30的表面的多孔膜构成。固定层50由高温下的耐氧化性优异的金属材料，例如NiCr合金等形成。固定层50以覆盖金属电极40并且与表面电极30的表面接触的状态固定于表面电极30。
如图1～图3所示，固定层50分布在金属电极40和表面电极30的表面上的多个部位。固定层50将金属电极40与表面电极30局部地接合。例如，各金属电极40通过一个固定层50而被固定于表面电极30。相邻的金属电极40上的固定层50在周向上错开地配置。
接着，对第1实施方式的作用效果进行说明。
以下，如图3等所示，将配设区域30A上的各金属电极40中的位于轴向的末端的金属电极40称为端部金属电极40A，将端部金属电极40A以外的金属电极40称为中间金属电极40B。中间金属电极40B配置在两个端部金属电极40A之间。
(1)如图2所示，在电加热式催化剂装置10中，当从电源300向金属电极40供给电力时，电流从金属电极40向表面电极30流动。像这样，在表面电极30流动的电流在载体12的内部朝向另一表面电极30流动。当电流在载体12的内部流动时，载体12被加热，所以担载于载体12的催化剂活化。通过催化剂的活化来净化通过载体12的排气中的烃、一氧化碳、氮氧化物等。
如图6所示，在配设区域30A中，在相邻的金属电极40之间的表面电极30容易产生因金属电极40与表面电极30的热膨胀率之差引起的热应力。因此，在配设区域30A中，在相邻的金属电极40之间的表面电极30，容易如双点划线所示那样在载体12的周向上产生由热应力引起的裂纹K。
如图7所示，当产生这样的裂纹K时，在表面电极30的配设区域30A形成有分割部30K，所述分割部30K是被裂纹K隔断且固定有中间金属电极40B的区域。分割部30K成为在表面电极30的配设区域30A中电连接弱的区域。
在第1非配设区域30B的电阻与配设区域30A的电阻相同的情况下，发生如下的不良情况。上述的分割部30K的轴向上的长度L1比在产生裂纹时与端部金属电极40A电连接的表面电极30F的长度L2小。也就是说，长度L1比与端部金属电极40A电连接的配设区域30A、第1非配设区域30B以及第2非配设区域30C的轴向的长度L2小。因此，各分割部30K与载体12的接触面积比上述表面电极30F与载体12的接触面积小。
因此，在将以从产生了裂纹的表面电极30朝向另一方的表面电极30流动的方式从分割部30K流动的电流路径设为电流路径CA，将从表面电极30F流动的电流路径设为电流路径CB的情况下，电流路径CA中的载体12的电阻比电流路径CB中的载体12的电阻大。
因此，在电流路径CB中流动的电流比在电流路径CA中流动的电流大。也就是说，经由端部金属电极40A、固定端部金属电极40A的固定层50、以及表面电极30F而在载体12中流动的电流比经由中间金属电极40B、固定中间金属电极40B的固定层50、以及配设区域30A的分割部30K而在载体12中流动的电流大。
当在端部金属电极40A流动的电流变大时，端部金属电极40A过热。并且，若端部金属电极40A的发热量过度地增加，则端部金属电极40A可能会熔断。另外，当在固定端部金属电极40A的固定层50流动的电流变大时，固定层50的发热量增加。若固定端部金属电极40A的固定层50的发热量过度地增加，则固定层50的热应力增加，也可能会在固定层50上产生龟裂、熔断。
关于这一点，在第1实施方式中，与配设有金属电极40的配设区域30A相邻地设置的第1非配设区域30B的电阻比配设区域30A的电阻高。因此，与第1非配设区域30B的电阻与配设区域30A的电阻相同的情况相比，在产生裂纹K时，电流难以从固定有端部金属电极40A的表面电极30的配设区域30A向第1非配设区域30B流动。由此，在端部金属电极40A流动的电流减少。因此，能够抑制产生了裂纹K的情况下的端部金属电极40A的过热。由此，端部金属电极40A的可靠性提高。
(2)通过在端部金属电极40A流动的电流减少，从而在固定端部金属电极40A的固定层50流动的电流也减少。因此，能够在产生了裂纹K的情况下，抑制固定端部金属电极40A的固定层50的发热量的增加。由此，固定层50的可靠性提高。
(3)如图8所示，相对于表面电极30的配设区域30A在轴向上依次排列配设第1非配设区域30B和第2非配设区域30C。另外，第2非配设区域30C的电阻比第1非配设区域30B的电阻小，所以流过表面电极30的配设区域30A的电流CUR的一部分朝向与第1非配设区域30B相比电阻低而电流容易流动的第2非配设区域30C流动。并且，流过第2非配设区域30C的电流CUR从第2非配设区域30C所接触的载体12的表面朝向载体12的内部流动。由此，在载体12中，与第2非配设区域30C所接触的部位对应的部分的内部被加热。因此，与在表面电极30没有设置第2非配设区域30C的情况相比，能够扩大载体12的轴向上的加热范围。
(4)如图4所示，第2非配设区域30C的电阻比配设区域30A的电阻低。因此，流过表面电极30的配设区域30A的电流CUR的一部分更容易朝向第2非配设区域30C流动。因此，在载体12中，能够更进一步加热与第2非配设区域30C所接触的部位对应的部分的内部。
(第2实施方式)
接着，参照图9～图11对将电加热式催化剂装置具体化了的第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，成为省略了在第1实施方式中所说明的第1非配设区域30B的构成。以下，以与第1实施方式的不同点为中心，对第2实施方式的电加热式催化剂装置100进行说明。
如图9所示，电加热式催化剂装置100具有呈矩形状的平面形状的表面电极30。表面电极30沿载体12的轴向延伸设置。表面电极30由通过喷镀而形成于载体12的表面的多孔膜构成。表面电极30由高温下的耐氧化性优异的金属材料，例如NiCr合金等形成。
在各表面电极30的表面上，在轴向的一部分设置有多个金属电极40。表面电极30具有配设多个金属电极40的配设区域30A和没有配设金属电极40的非配设区域30D。在配设区域30A中，多个金属电极40在轴向上隔开间隔地配设。非配设区域30D相对于配设区域30A在轴向上隔开间隔L地设置。
更详细而言，配设区域30A设置于载体12的轴向上的大致中央。非配设区域30D为带状，在配设区域30A的轴向的两侧分别各配设一个。
如图10所示，非配设区域30D的电阻比载体12的电阻低，而且比配设区域30A的电阻低。载体12、配设区域30A、非配设区域30D中的电阻的差异也能够通过适当的方法来实现。例如，在第2实施方式中，通过分别调整构成表面电极30的配设区域30A、非配设区域30D的材料所包含的杂质的量而使各区域中的材料的组成不同，从而使配设区域30A与非配设区域30D的体积电阻率(每单位长度·单位截面面积的电阻值)不同。这样，由于体积电阻率的差异，各区域的电阻按配设区域30A、非配设区域30D的顺序降低。另外，通过调整构成载体12的材料的组成，载体12的电阻比配设区域30A和非配设区域30D的各电阻高。
关于第2实施方式的金属电极40、固定层50，与第1实施方式相同。
接着，对第2实施方式的作用效果进行说明。
(5)如图11所示，没有配设金属电极40的非配设区域30D相对于配设有金属电极40的配设区域30A在轴向上隔开间隔L地配设。因此，与不设置间隔L而使配设区域30A与非配设区域30D连续地连接的情况相比，在第2实施方式中，隔开了间隔L的区域80的电阻变高。也就是说，在第2实施方式中，也与第1实施方式同样，与表面电极30的配设区域30A相邻的区域的电阻比配设区域30A的电阻高。因此，在产生裂纹K时，电流难以从固定有端部金属电极40A的表面电极30的配设区域30A向非配设区域30D流动。由此，在端部金属电极40A流动的电流减少。因此，能够抑制产生了裂纹K的情况下的端部金属电极40A的过热。由此，端部金属电极40A的可靠性等提高。
(6)通过在端部金属电极40A流动的电流减少，从而在固定端部金属电极40A的固定层50流动的电流也减少。因此，能够在产生了裂纹K的情况下，抑制固定端部金属电极40A的固定层50的发热量的增加。由此，固定层50的可靠性提高。
(7)另外，虽然电流难以从表面电极30的配设区域30A向非配设区域30D流动，但如图10所示，在第2实施方式中，非配设区域30D的电阻比载体12的电阻低。因此，与非配设区域30D的电阻比载体12的电阻高的情况相比，如图11所示，流过表面电极30的配设区域30A的电流CUR的一部分容易朝向电阻低而电流容易流动的非配设区域30D流动。并且，流过非配设区域30D的电流CUR从非配设区域30D所接触的载体12的表面朝向载体12的内部流动。由此，在载体12中，与非配设区域30D所接触的部位对应的部分的内部被加热。因此，与在表面电极30没有设置非配设区域30D的情况相比，能够扩大载体12的轴向上的加热范围。
(8)进而，如图10所示，非配设区域30D的电阻比配设区域30A的电阻低。因此，流过表面电极30的配设区域30A的电流CUR的一部分更容易朝向非配设区域30D流动。因此，在载体12中，能够更进一步加热与非配设区域30D所接触的部位对应的部分的内部。
上述各实施方式能够如以下那样进行变更而实施。上述各实施方式及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内彼此进行组合而实施。
在第1实施方式中，也可以省略第2非配设区域30C。即使在该情况下，也能够获得上述(1)的作用效果。
在第1实施方式中，如图4所示，使第2非配设区域30C的电阻比第1非配设区域30B的电阻低，且比配设区域30A的电阻低。另外，也可以如图12所示，使第2非配设区域30C的电阻比第1非配设区域30B的电阻低，且比配设区域30A的电阻高。即使在该情况下，由于第2非配设区域30C的电阻比第1非配设区域30B的电阻低，所以流过表面电极30的配设区域的电流CUR的一部分也朝向与第1非配设区域30B相比电阻低而电流容易流动的第2非配设区域30C流动。因此，能够获得上述(2)所记载的作用效果。
如图13所示，在第1实施方式中，也可以使第2非配设区域30C的电阻与配设区域30A的电阻相同。也就是说，也可以使第2非配设区域30C的电阻成为配设区域30A的电阻以下。即使在该情况下，与使第2非配设区域30C的电阻比配设区域30A的电阻高的情况相比，电流也容易从配设区域30A流向第2非配设区域30C。
如图14所示，在第2实施方式中，也可以使非配设区域30D的电阻与配设区域30A的电阻相同。也就是说，也可以使非配设区域30D的电阻成为配设区域30A的电阻以下。即使在该情况下，与使非配设区域30D的电阻比配设区域30A的电阻高的情况相比，电流也容易从配设区域30A流向非配设区域30D。
如图15所示，在第2实施方式中，也可以使非配设区域30D的电阻与载体12的电阻相同。也就是说，也可以使非配设区域30D的电阻成为载体12的电阻以下。即使在该情况下，与使非配设区域30D的电阻比载体12的电阻高的情况相比，电流也容易从配设区域30A向非配设区域30D流动。
在第1实施方式中，在配设区域30A的轴向的两侧分别各设置了一个第1非配设区域30B和第2非配设区域30C，但也可以仅在配设区域30A的轴向的单侧设置第1非配设区域30B和第2非配设区域30C。同样地，在第2实施方式中，在配设区域30A的轴向的两侧分别各设置了一个非配设区域30D，但也可以仅在配设区域30A的轴向的单侧设置非配设区域30D。

Claims (5)

1.一种电加热式催化剂装置，具有：
圆柱状的载体，担载有催化剂；
表面电极，沿所述载体的轴向延伸并设置于所述载体的外周面；以及
多个金属电极，在所述表面电极的表面上沿所述轴向排列地配设，
所述表面电极具有配设多个金属电极的配设区域和没有配设所述金属电极的非配设区域，
在所述配设区域中，所述多个所述金属电极在所述轴向上隔开间隔地配设，
所述非配设区域在所述轴向上与所述配设区域相邻地设置，
在所述表面电极中，所述非配设区域的电阻比所述配设区域的电阻高。
2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂装置，
在将所述非配设区域设为了第1非配设区域时，
所述表面电极还具有没有配设所述金属电极的第2非配设区域，
所述第2非配设区域，在相对于所述第1非配设区域与所述配设区域相反的一侧，在所述轴向上排列地设置，
在所述表面电极中，所述第2非配设区域的电阻比所述第1非配设区域的电阻低。
3.根据权利要求2所述的电加热式催化剂装置，
在所述表面电极中，所述第2非配设区域的电阻为所述配设区域的电阻以下。
4.一种电加热式催化剂装置，具有：
圆柱状的载体，担载有催化剂；
表面电极，沿所述载体的轴向延伸并设置于所述载体的外周面；以及
多个金属电极，在所述表面电极的表面上沿所述轴向排列地配设，
所述表面电极具有配设多个金属电极的配设区域和没有配设所述金属电极的非配设区域，
在所述配设区域中，所述多个所述金属电极在所述轴向上隔开间隔地配设，
所述非配设区域相对于所述配设区域在所述轴向上隔开间隔地设置，并且所述非配设区域均不与所述配设区域相连，
在所述表面电极中，所述非配设区域的电阻为所述载体的电阻以下。
5.根据权利要求4所述的电加热式催化剂装置，
在所述表面电极中，所述非配设区域的电阻为所述配设区域的电阻以下。
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