DE102017200881A1 - Bienenwaben-Heizvorrichtung, Verfahren zum Anwenden derselben und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Bienenwaben-Heizvorrichtung, Verfahren zum Anwenden derselben und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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Abstract

Eine Bienenwaben-Heizvorrichtung, welche fähig ist, zu heizen, selbst wenn Heizungen teilweise beschädigt sind, und die Wärme zügig von den Heizungen in ein Bienenwabensubstrat (ein Bienenwabensubstrat) zu übertragen, wird bereitgestellt. Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung bereitgestellt. Eine Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 wird bereitgestellt, welche enthält: ein säulenförmiges Bienenwabensubstrat 2 mit einer Trennwand 4, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand 4 umgebenden Umfangswand 3; eine Vielzahl auf einer Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand 3 ist, in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen 9; und zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 liegende Zwischenelemente 14. Die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen 14 zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckter Teile der Umfangsfläche.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf der JP 2016-049311 , eingereicht am 14. März 2016 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bienenwaben-Heizvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur eines Katalysators zum Reinigen von Abgas auf die Aktivierungstemperatur des Katalysators in einer frühen Phase, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung in einem Abgasweg des aus einem Verbrennungsmotor zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs ausgestoßenen Abgases angebracht ist, ein Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein in eine Bienenwabenstruktur imprägnierter Katalysator wird herkömmlicherweise zur Reinigungsbehandlung eines in aus einem Verbrennungsmotor zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs ausgestoßenem Abgas enthaltenen giftigen Stoffs wie HC, CO oder NOx verwendet. Wenn der in die Bienenwabenstruktur imprägnierte Katalysator das Abgas auf diese Weise behandelt, ist es erforderlich, die Temperatur des Katalysators auf die Aktivierungstemperatur des Katalysators zu erhöhen. Beim Starten des Verbrennungsmotors besteht jedoch ein Problem, dass das Abgas unzureichend gereinigt wird, weil der Katalysator die Aktivierungstemperatur nicht erreicht hat. Insbesondere da Plug-in-Hybrid-Elektrokraftfahrzeuge (PHEV) oder Hybrid-Elektrokraftfahrzeuge (HEV) während eines Teils der Fahrten ausschließlich durch einen Elektromotor angetrieben werden, wird der Verbrennungsmotor selten gestartet und ist die Temperatur des Katalysators niedrig, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird. Infolgedessen verschlechtert sich leicht die Abgasreinigungsleistung unmittelbar nach dem Starten des Motors.
  • Um das obige Problem zu lösen, wurde ein elektrisch beheizter Katalysator (EHC) vorgeschlagen, in welchem eine Elektrode in einer aus leitender Keramik gebildeten Bienenwabenstruktur angeordnet ist und dann ein Unter-Strom-Setzen die Bienenwabenstruktur selbst veranlasst, Wärme zu erzeugen, um zu ermöglichen, die Temperatur auf eine Aktivierungstemperatur zu erhöhen, bevor ein Verbrennungsmotor gestartet wird (siehe Patentdokument 1).
  • Eine weitere Heizvorrichtung wurde vorgeschlagen, bei welcher eine röhrenförmige Widerstandsheizung so angeordnet ist, dass sie eine Umfangswand einer Bienenwabenstruktur umgibt und eine Wandoberfläche der Umfangswand der Bienenwabenstruktur erwärmt, um die Wärme in eine innere Wabenstruktur zu übertragen (siehe Patentdokument 2).
    [Patentdokument 1] JP-A-2010-229976
    [Patentdokument 2] JP-A-2013-238116
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Jedoch verändert sich bei einem Verfahren, bei dem die Bienenwabenstruktur selbst durch Unter-Strom-Setzen veranlasst wird, Wärme zu erzeugen, ein Weg eines in der Bienenwabenstruktur fließenden elektrischen Stroms, wobei nur durch einen geringfügigen Riss, welcher zum Beispiel infolge von Schwingungen in der Bienenwabenstruktur auftritt, ein Rückgang der Temperatur und eine Veränderung der Temperaturverteilung bewirkt wird. Folglich ist die Haltbarkeit unzureichend.
  • Indessen ist bei einem Verfahren des Anordnens einer röhrenförmigen Widerstandsheizung dergestalt, dass sie die Umfangswand einer Bienenwabenstruktur umgibt, da die Bienenwabenstruktur durch die von außen wirkende Heizung erwärmt wird, eine Temperaturveränderung der Bienenwabenstruktur durch einen geringfügigen Riss, welcher zum Beispiel infolge von Schwingungen in der Bienenwabenstruktur auftritt, gering. Jedoch wird die röhrenförmige Heizung leicht durch Wärmebeanspruchung beschädigt. Beim Erwärmen der monolithischen Widerstandsheizung (einer monolithischen Struktur) wird die gesamte Bienenwabenstruktur überhaupt nicht erwärmt, wenn die Heizung beschädigt ist und dann nicht unter Strom gesetzt werden kann. Wegen eines zwischen der Heizung und der Bienenwabenstruktur vorhandenen Spalts und winziger Unebenheiten einer Oberfläche einer Umfangswand (einer Umfangsoberfläche) der Bienenwabenstruktur ist der Wärmewiderstand zwischen der Heizung und der Oberfläche der Umfangswand der Bienenwabenstruktur groß. Folglich ist es schwierig, die Wärme zügig von der Heizung in die Bienenwabenstruktur zu übertragen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen herkömmlichen Überlegungen gemacht. Das heißt, dass es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Bienenwaben-Heizvorrichtung, welche fähig ist zu heizen, selbst wenn Heizungen teilweise beschädigt sind, und die Wärme zügig von den Heizungen in eine Bienenwabenstruktur (ein Bienenwabensubstrat) zu übertragen, ein Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung bereitzustellen.
  • Um die Aufgabe zu erfüllen, werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die folgende Bienenwaben-Heizvorrichtung, das folgende Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung und das folgende Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung bereitgestellt.
    • [1] Eine Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: ein säulenförmiges Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; eine Vielzahl auf einer Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt.
    • [2] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [1], wobei eine Wärmeleitfähigkeit mindestens eines Teils jedes der Zwischenelemente 1 W/m·K oder höher ist.
    • [3] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [1] oder [2], wobei ein Elastizitätsmodul jedes der Zwischenelemente 0,01 bis 30 GPa beträgt.
    • [4] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [3], wobei eine Porosität jedes der Zwischenelemente 0 bis 70% beträgt.
    • [5] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei jedes der Zwischenelemente anorganische Partikel und ein anorganisches Bindemittel enthält.
    • [6] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [5], wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der anorganischen Partikel 1 bis 100 μm beträgt.
    • [7] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [6], wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Widerstandsheizung ist, welche infolge eines Unter-Strom-Setzens Wärme erzeugt.
    • [8] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [6], wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Reaktionswärme-Heizung ist, welche infolge einer chemischen Reaktion Wärme erzeugt.
    • [9] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [7], wobei die Vielzahl von Heizungen elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet ist und einen gegen das Anlegen einer hohen Spannung von 200 V oder höher beständigen elektrischen Widerstand hat.
    • [10] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [7] bis [9], wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Isolierfunktion hat, um zu verhindern, dass ein elektrischer Strom von jeder aus der Vielzahl von Heizungen zum Bienenwabensubstrat fließt.
    • [11] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [10], wobei das Bienenwabensubstrat aus einem keramischen Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 20 W/m·K oder höher gebildet ist.
    • [12] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [11], wobei die Dicke der Umfangswand größer als die Dicke der Trennwand ist.
    • [13] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [1] bis [12], wobei eine Spannungsentlastung auf dem Bienenwabensubstrat gebildet ist.
    • [14] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [13], wobei ein Katalysator zum Reinigen von Abgas in das Bienenwabensubstrat imprägniert ist.
    • [15] Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [14], wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht ist und verwendet wird, um jede der Heizungen Wärme erzeugen zu lassen, um die Temperatur des mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierten Bienenwabensubstrats vor dem Starten des Verbrennungsmotors auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators oder höher zu erhöhen.
    • [16] Gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung, bestehend aus der Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Punkte [1] bis [15], welche in einem röhrenförmigen Verkapselungsgehäuse untergebracht ist.
    • [17] Verfahren zum Anwenden einer Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: das Anbringen der Bienenwaben-Heizvorrichtung in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases; und das Erhöhen der Temperatur eines säulenförmigen Bienenwabensubstrats auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur eines Katalysators oder höher durch Veranlassen jeder aus einer Vielzahl von Heizungen, Wärme zu erzeugen, vor dem Starten des Verbrennungsmotors, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung enthält: das säulenförmige Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; die Vielzahl auf einer Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt und wobei der Katalysator zum Reinigen des Abgases in das Bienenwabensubstrat imprägniert ist.
    • [18] Verfahren zum Herstellen einer Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: das Aufbringen einer SiC-Partikel und kolloidales Siliciumdioxid enthaltenden Paste zum Bilden von Zwischenelementen auf Teile einer Umfangsfläche eines säulenförmigen Bienenwabensubstrats, auf welchen jede aus einer Vielzahl von Heizungen angeordnet ist, und/oder eine der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gegenüberliegende Seite jeder aus der Vielzahl von Heizungen; das einander benachbarte Anordnen der Vielzahl von Heizungen mit der zwischen der Vielzahl von Heizungen und der Umfangsfläche eingefügten Paste auf der Umfangsfläche in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats nach dem Aufbringen; und das Bilden der Zwischenelemente aus der Paste durch Erwärmen und Trocknen der Paste nach dem Anordnen, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung enthält: das säulenförmige Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; die Vielzahl auf der Umfangsfläche, die eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und die Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt.
    • [19] Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung nach [18], außerdem enthaltend das Imprägnieren eines Katalysators zum Reinigen von Abgas in die Trennwand des Bienenwabensubstrats vor dem Aufbringen.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung füllen die zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügten Zwischenelemente einen Spalt zwischen der Vielzahl von Heizungen und dem Bienenwabensubstrat und gleichen sie außerdem winzige Unebenheiten der Oberfläche der Umfangswand des Bienenwabensubstrats aus. Infolgedessen geht der Wärmewiderstand zwischen der Vielzahl von Heizungen und der Oberfläche der Umfangswand des Bienenwabensubstrats zurück, so dass die Wärme der Heizungen zügig in das Bienenwabensubstrat übertragen werden kann. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt das Bienenwabensubstrat selbst keine Wärme, sondern wird es durch die Vielzahl am Bienenwabensubstrat befestigter Heizungen erwärmt. Folglich ist eine Temperaturveränderung des Bienenwabensubstrats auch bei Auftreten eines geringfügigen Risses im Bienenwabensubstrat gering. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt die Vielzahl von Heizungen das Bienenwabensubstrat. Folglich können, selbst wenn eine Heizung von den Heizungen beschädigt ist und keine Wärme erzeugt, die übrigen Heizungen, welche fähig sind, Wärme zu erzeugen, das Bienenwabensubstrat erwärmen. Die Vielzahl von Heizungen ist in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats einander benachbart angeordnet, aber die Vielzahl von Heizungen hat eine unterteilte Struktur, so dass die Heizungen voneinander getrennt sind. Infolgedessen tritt in den jeweiligen Heizungen kaum eine hohe Wärmebeanspruchung auf und werden die Heizungen kaum beschädigt.
  • Die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die bereits in dem Verkapselungsgehäuse untergebrachte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit kann die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung im Abgasweg des Abgases angebracht werden, um so, wie sie ist, verwendet zu werden.
  • Ferner wird bei dem Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung jede der Heizungen veranlasst, vor dem Starten des Verbrennungsmotors Wärme zu erzeugen, um die Temperatur des mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierten Bienenwabensubstrats auf die Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators oder höher zu erhöhen. Infolgedessen kann der Katalysator, welcher aktiviert wurde, einen im Abgas enthaltenen giftigen Bestandteil unmittelbar nach dem Starten des Motors wirksam beseitigen.
  • Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer oben beschriebenen hervorragenden Wirkung hergestellt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine beispielhafte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung orthogonal zu einer Längenrichtung der Vorrichtung (einer Axialrichtung) zeigt;
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zu der Längenrichtung der Vorrichtung (der Axialrichtung) zeigt;
  • 4 ist eine schematische auseinandergezogene Ansicht, welche eine beispielhafte gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung orthogonal zu einer Längenrichtung der Vorrichtung (einer Axialrichtung) zeigt;
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zu der Längenrichtung der Vorrichtung (der Axialrichtung) zeigt;
  • 7 ist eine schematische Seitenansicht, welche eine in der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete beispielhafte Heizung zeigt;
  • 8 ist eine schematische Seitenansicht, welche eine weitere in der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete beispielhafte Heizung zeigt;
  • 9 ist eine schematische Draufsicht, welche ein beispielhaftes Bienenwabensubstrat zeigt, welches eine darauf gebildete Spannungsentlastung enthält; und
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Mittelpunktwinkels einer Heizung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer speziellen Ausführungsform beschrieben. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die Ausführungsform beschränkt aufgefasst werden und können Veränderungen und Verbesserungen der Konstruktion auf der Grundlage des üblichen Fachwissens angemessen vorgenommen werden, ohne von Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • (1) Bienenwaben-Heizvorrichtung:
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche eine beispielhafte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung orthogonal zu einer Längenrichtung der Vorrichtung (einer Axialrichtung) zeigt. 3 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zu der Längenrichtung der Vorrichtung (der Axialrichtung) zeigt. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, enthält die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bienenwabensubstrat 2, eine Vielzahl von Heizungen 9 und Zwischenelemente 14.
  • Das Bienenwabensubstrat 2 ist säulenförmig und hat eine Trennwand 4, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite 6 zur anderen Stirnseite 7 erstreckender Waben 5 definiert, und eine die Trennwand 4 umgebende Umfangswand 3. Die Waben 5 fungieren jeweils als ein Kanal für ein Fluid wie Abgas. Die Vielzahl von Heizungen 9 ist auf einer Umfangsfläche 8 in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche 8, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand 3 des Bienenwabensubstrats 2 (eine nach außen offenliegende Seite) ist, einander benachbart angeordnet. Jedes der Zwischenelemente 14 ist zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 liegend angeordnet.
  • Gemäß der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist jede der Heizungen 9 eine Widerstandsheizung, welche infolge eines Unter-Strom-Setzens Wärme erzeugt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält jede der Heizungen 9 einen daran angebrachten Elektrodenanschluss-Vorsprung 11 zum Anschließen einer elektrischen Leitung an jede der Heizungen 9. Der Elektrodenanschluss-Vorsprung 11 ist röhrenförmig gebildet und enthält innerhalb der röhrenförmigen Form einen Elektrodenanschluss einer entsprechenden innen angeordneten Heizung 9. Eine Stromversorgung setzt die entsprechende Heizung 9 über die an den Elektrodenanschluss angeschlossene elektrische Leitung unter Strom. Es ist zu beachten, dass die Art der Heizungen, welche in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, nicht auf die Widerstandsheizung beschränkt ist. Zum Beispiel kann auch eine Reaktionswärme-Heizung, welche unter Verwendung infolge einer chemischen Reaktion auftretender Reaktionswärme Wärme erzeugt, anstelle der Widerstandsheizung verwendet werden. Zu Beispielen der Reaktionswärme-Heizung zählt eine in JP-A-2014-111913 offenbarte chemisch-thermische Speichereinheit, in welcher zum Beispiel NH3 mit MgCl2, CaCl2, NiCl2, ZnCl2 oder SrCl2 reagiert, um unter Verwendung der durch die Reaktion erzeugten Wärme Wärme zu erzeugen.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedes der Zwischenelemente 14 zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 eingefügt, um einen Spalt zwischen der Vielzahl von Heizungen 9 und dem Bienenwabensubstrat 2 zu füllen und außerdem winzige Unebenheiten der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 auszugleichen. Infolgedessen geht der Wärmewiderstand zwischen der Vielzahl von Heizungen 9 und der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 zurück, so dass die Wärme der Vielzahl von Heizungen 9 zügig in das Bienenwabensubstrat 2 übertragen werden kann. Mindestens ein Teil jedes der Zwischenelemente 14 hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/m·K oder höher, bevorzugter eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 W/m·K oder höher und noch bevorzugter eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/m·K oder höher. Jedes der Zwischenelemente 14 hat die obige hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass die Wärme der Vielzahl von Heizungen 9 zügig in das Bienenwabensubstrat 2 übertragen werden kann. Die Obergrenze der Wärmeleitfähigkeit mindestens des Teils jedes der Zwischenelemente 14 ist nicht besonders beschränkt. Es ist zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit des Bienenwabensubstrats 2 typischerweise maximal ungefähr 150 W/m·K beträgt und folglich nicht zu erwarten ist, dass die Wärmeübertragungsleistung sich beträchtlich verbessert, selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit jedes der Zwischenelemente 14 die Wärmeleitfähigkeit des Bienenwabensubstrats 2 übersteigt. Deshalb beträgt die Obergrenze der Wärmeleitfähigkeit jedes der Zwischenelemente 14 bevorzugt ungefähr 150 W/m·K. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmeleitfähigkeit des Zwischenelements 14 ein durch Abschneiden eines scheibenförmigen Probestücks zur Messung mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 1 mm von dem Zwischenelement 14 und Messen einer Wärmeleitfähigkeit des scheibenförmigen Probestücks auf der Grundlage eines JIS R 1611 entsprechenden Verfahrens erhaltener Wert ist.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt die Vielzahl von Heizungen 9 das Bienenwabensubstrat 2. Folglich können, selbst wenn ein Teil der Heizungen 9 beschädigt ist und keine Wärme erzeugt, die übrigen Heizungen 9, welche fähig sind, Wärme zu erzeugen, das Bienenwabensubstrat 2 erwärmen. Es ist zu beachten, dass, da in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung das Bienenwabensubstrat 2 selbst keine Wärme erzeugt, sondern durch die Vielzahl am Bienenwabensubstrat 2 befestigter Heizungen 9 erwärmt wird, eine Temperaturveränderung des Bienenwabensubstrats 2 auch bei Auftreten eines geringfügigen Risses im Bienenwabensubstrat 2 gering ist.
  • Ferner ist die Vielzahl in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeter Heizungen 9 in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 einander benachbart angeordnet, hat die Vielzahl von Heizungen 9 aber eine unterteilte Struktur, so dass die Heizungen voneinander getrennt sind. Infolgedessen tritt in jeder der Heizungen 9 eine hohe Wärmebeanspruchung kaum auf. Demgemäß erleidet die Vielzahl von Heizungen 9 weniger Beschädigungen infolge der Wärmebeanspruchung als die in Patentdokument 2 offenbarte röhrenförmige, monolithische Heizung und weist sie eine hervorragende Haltbarkeit auf. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ”einander benachbart” nicht nur einen Zustand meint, in welchem einander benachbarte Heizungen in Kontakt miteinander stehen, sondern auch einen Zustand, in welchem die Heizungen in einem gewissen Abstand nebeneinanderliegen. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung stehen, im Hinblick auf den Heizwirkungsgrad, bevorzugt mindestens einige der einander benachbarten Heizungen 9 in direktem Kontakt miteinander und stehen bevorzugter alle einander benachbarten Heizungen 9 in direktem Kontakt miteinander.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen 14 zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckter Teile der Umfangsfläche 8 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckter Teile der Umfangsfläche 8. In den folgenden Beschreibungen kann die „Summe der Flächen der mit den Zwischenelementen 14 zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8” als eine „Zwischenelementinstallationsfläche” bezeichnet werden. Die „Summe der Flächen der mit der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8” kann als eine „Heizungsinstallationsfläche” bezeichnet werden. Die Zwischenelementinstallationsfläche beträgt bevorzugt 50 bis 100% der Heizungsinstallationsfläche und besonders bevorzugt 80 bis 100% der Heizungsinstallationsfläche. Wenn das Verhältnis der Zwischenelementinstallationsfläche zur Heizungsinstallationsfläche im obigen Bereich liegt, kommt es in bemerkenswerter Weise zu einer Wirkung, dass die Wärmeübertragung sich dank jedem der zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 eingefügten Zwischenelemente 14 verbessert. Wenn die Zwischenelementinstallationsfläche kleiner als 20% der Heizungsinstallationsfläche ist, kommt es möglicherweise nicht genügend zu einer Wirkung, dass die Wärmeübertragung sich dank jedem der zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 eingefügten Zwischenelemente 14 verbessert.
  • Ein Elastizitätsmodul jedes der Zwischenelemente 14 beträgt bevorzugt 0,01 bis 30 GPa, bevorzugter 0,1 bis 20 GPa und besonders bevorzugt 0,1 bis 10 GPa. Wenn der Elastizitätsmodul jedes der Zwischenelemente 14 im obigen Bereich liegt, haftet jedes der Zwischenelemente 14 mühelos an der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und den Heizungen 9, so dass der Wärmewiderstand zwischen der Vielzahl von Heizungen 9 und der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 klein genug gemacht werden kann. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung der Elastizitätsmodul jedes der Zwischenelemente 14 ein mittels eines JIS R 1602 entsprechenden Biegeresonanzverfahrens gemessener Wert ist. Ein Probestück zur Messung (ein Prüfmuster) wurde mittels des folgenden Verfahrens hergestellt. Zuerst wurde unter Verwendung eines Ausgangsmaterials, aus welchem jedes der Zwischenelemente 14 gebildet war, ein Vollmaterial-Körper hergestellt. Dann wurde ein Stück mit einer Größe von 3 mm × 4 mm × 40 mm von dem Vollmaterial-Körper abgeschnitten, um als das Probestück für die Messung zu dienen.
  • Eine Porosität jedes der Zwischenelemente 14 beträgt bevorzugt 0 bis 70%, bevorzugter 5 bis 60% und besonders bevorzugt 10 bis 50%. Wenn die Porosität jedes der Zwischenelemente 14 im obigen Bereich liegt, wird die für jedes der Zwischenelemente 14 erforderliche Festigkeit mühelos sichergestellt und erhält man außerdem mühelos eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Porosität jedes der Zwischenelemente 14 ein mittels eines archimedischen Verfahrens gemessener Wert ist.
  • Die Dicke jedes der Zwischenelemente 14 beträgt bevorzugt 100 bis 2000 μm, bevorzugter 100 bis 1000 μm und besonders bevorzugt 100 bis 500 μm. Wenn die Dicke jedes der Zwischenelemente 14 im obigen Bereich liegt, wird der Spalt zwischen der Vielzahl von Heizungen 9 und dem Bienenwabensubstrat 2 mühelos mit den Zwischenelementen 14 gefüllt. Infolgedessen geht leicht der Wärmewiderstand zwischen der Vielzahl von Heizungen 9 und der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 zurück. Ein Rückgang des Wirkungsgrads der Wärmeübertragung infolge einer übermäßigen Dicke jedes der Zwischenelemente 14 kann verhindert werden.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält jedes der Zwischenelemente 14 bevorzugt anorganische Partikel und ein anorganisches Bindemittel. Jedes der Zwischenelemente 14 kann unter Verwendung einer die anorganischen Partikel und das anorganische Bindemittel enthaltenden Paste so gebildet werden, dass es mühelos an der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und den Heizungen 9 haftet. Die Paste wird getrocknet, so dass sie fest wird und die Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und die Heizungen 9 verbindet, so dass die Heizungen 9 mühelos auf der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 befestigt werden.
  • Siliciumcarbidpartikel und dergleichen können bevorzugt als die in jedem der Zwischenelemente 14 enthaltenen anorganischen Partikel verwendet werden. Zum Beispiel können bevorzugt Siliciumdioxid und dergleichen als das in jedem der Zwischenelemente 14 enthaltene anorganische Bindemittel verwendet werden. Die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Zwischenelemente 14 kann man mühelos durch Einbeziehen der anorganischen Partikel und des anorganischen Bindemittels in die Zwischenelemente 14 erhalten.
  • Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der in jedem der Zwischenelemente 14 enthaltenen anorganischen Partikel beträgt bevorzugt 1 bis 100 μm, bevorzugter 3 bis 50 μm und besonders bevorzugt 5 bis 40 μm. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser der in jedem der Zwischenelemente 14 enthaltenen anorganischen Partikel im obigen Bereich liegt, haftet die Paste beim Bilden jedes der Zwischenelemente 14 unter Verwendung der Paste mühelos an der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und den Heizungen 9. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Partikeldurchmesser der anorganischen Partikel ein mittels eines Laserbeugungsverfahrens gemessener Wert ist.
  • Die Beschaffenheit jedes der Zwischenelemente 14 ist nicht besonders beschränkt. Zu speziellen Beispielen jedes der Zwischenelemente 14, welche in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, zählen, außer dem die anorganischen Partikel und das anorganische Bindemittel enthaltenden Element wie oben erläutert, eine aus Kohlenstoff, Silicium oder dergleichen gebildete Folie und ein aus einer anorganischen Faser wie Edelstahl, Kupfer, Nickel oder dergleichen gebildetes Vlies. Ein durch Imprägnieren der Paste in das oben beschriebene Vlies erhaltenes Vlies kann als jedes der Zwischenelemente 14 verwendet werden, wobei das Vlies die anorganischen Partikel und das anorganische Bindemittel zwischen den anorganischen Fasern festhält.
  • Die Anzahl der in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Heizungen 9 kann mindestens zwei sein, aber die Anzahl ist nach oben nicht besonders beschränkt. Die Anzahl der Heizungen 9 beträgt, in Anbetracht zum Beispiel einer einfachen Montage der Vorrichtung, bevorzugt ungefähr 2 bis 16. Wenn ein Bienenwabensubstrat mit einer gekrümmten Umfangsfläche (zum Beispiel ein rundes, säulenförmiges Bienenwabensubstrat) verwendet wird wie in 7 gezeigt, enthalten die Heizungen 9 bevorzugt jeweils eine darauf gebildete konkave, gebogene Seite 10, wobei die konkave, gebogene Seite 10 im Wesentlichen genauso gekrümmt ist wie die Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats. Die konkave, gebogene Seite 10 liegt über jedes der Zwischenelemente 14 hinweg der Umfangsfläche 8 gegenüber. Durch Bilden der obigen Seite 10 tritt ein großer Spalt zwischen den Heizungen 9 und der Umfangsfläche 8 kaum auf, wenn die Heizungen 9 auf der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 angeordnet sind.
  • Die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hat bevorzugt Teile, in welchen die Heizungen 9 50% oder mehr der Umfangsfläche 8 in einer Umfangsrichtung des Bienenwabensubstrats 2 bedecken. Ferner sind in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung die „Teile, in welchen die Heizungen 9 50% oder mehr der Umfangsfläche 8 in der Umfangsrichtung des Bienenwabensubstrats 2 bedecken”, bevorzugt auf 60% oder mehr der gesamten Länge des Bienenwabensubstrats 2 in einer Axialrichtung des Bienenwabensubstrats 2 vorhanden. Durch Einstellen der mit den Heizungen 9 bedeckten Gebiete auf der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 wie oben beschrieben wird das Bienenwabensubstrat 2 mühelos auf eine Solltemperatur erwärmt.
  • Wenn die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wird typischerweise gewöhnlich eine in einer elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs verwendete Stromversorgung, zum Beispiel eine Stromversorgung mit einer hohen Spannung wie 200 V, verwendet, um die Heizungen 9 unter Strom zu setzen. Demgemäß ist in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Widerstandsheizung für jede der Heizungen 9 verwendet wird, die Vielzahl von Heizungen 9 bevorzugt elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet und hat sie bevorzugt einen gegen das Anlegen einer hohen Spannung von 200 V oder höher beständigen elektrischen Widerstand. Hier bedeutet „beständig gegen das Anlegen einer hohen Spannung von 200 V oder höher” speziell, dass ein elektrischer Strom von ungefähr 25 A fließen kann, wenn eine Spannung von 200 V angelegt wird.
  • Es ist zu beachten, dass, da eine Heizung aus Metall einen niedrigen elektrischen Widerstand hat, bei Verwendung der Stromversorgung mit der obigen hohen Spannung ein übermäßig hoher elektrischer Strom fließt, so dass eine Stromversorgungsschaltung beschädigt werden kann. Deshalb wird in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine einen in ein Keramikelement eingebetteten Heizwiderstand enthaltende Keramikheizung verwendet. Zu Beispielen eines Werkstoffs des Keramikelements, welche bevorzugt verwendet werden können, zählen Berylliumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid und Aluminiumoxid. Zu Beispielen eines Werkstoffs des Heizwiderstands, welche bevorzugt verwendet werden können, zählen Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Beryllium (Be), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Ruthenium (Ru) und Platin (Pt). Der Werkstoff des Heizwiderstands kann auch eine Verbindung sein, und in diesem Fall können bevorzugt ein Nitrid, ein Carbid, ein Borid oder ein Silicid jedes der Elemente Zirconium (Zr), Titan (Ti), Niob (Nb), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Molybdän (Mo) und Wolfram (W) verwendet werden.
  • Wenn die in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Heizungen 9 die Widerstandsheizungen sind und das Bienenwabensubstrat 2 aus einem leitenden Werkstoff gebildet ist, hat jede der Heizungen 9 bevorzugt eine Isolierfunktion, um zu verhindern, dass ein elektrischer Strom von jeder der Heizungen 9 zum Bienenwabensubstrat 2 fließt und dadurch einen Kurzschluss bewirkt. Wenn jede der Heizungen 9 die Isolierfunktion hat, kann ein Kurzschluss infolge des Stromflusses von jeder der Heizungen 9 zum Bienenwabensubstrat 2 auch in einem Fall, in welchem das Bienenwabensubstrat 2 aus dem leitenden Werkstoff gebildet ist, verhindert werden. Ein beispielhaftes Verfahren zum Anwenden der Isolierfunktion auf jede der Heizungen 9 enthält zum Beispiel, wie in 8 gezeigt, das Anordnen eines Isolierwerkstoffs 13 auf der der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 gegenüberliegenden Seite 10 jeder der Heizungen 9. Zu Beispielen eines Werkstoffs des Isolierwerkstoffs 13, welche bevorzugt verwendet werden können, zählen Siliciumnitrid und Aluminiumoxid.
  • In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Mittelpunktwinkel α jeder der auf der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 angeordneten Heizungen 9 in einem Schnitt des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zu einer Längenrichtung (der Axialrichtung) bevorzugt 180° oder kleiner. Der Mittelpunktwinkel α ist bevorzugter 10 bis 180° und noch bevorzugter 10 bis 100°. Hier ist, wie in 10 gezeigt, der „Mittelpunktwinkel α jeder der Heizungen 9” ein durch zwei beide Enden jeder der Heizungen 9 und den Mittelpunkt O des Bienenwabensubstrats 2 im Schnitt des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung verbindende Liniensegmente gebildeter Winkel. Wie in 10 gezeigt, meint der „Mittelpunkt O des Bienenwabensubstrats 2” den Mittelpunkt eines Kreises, wenn die Umfangsform des Schnitts des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung kreisrund ist. Wenn die Umfangsform des Schnitts des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung eine andere Form als einen Kreis hat, meint der „Mittelpunkt O des Bienenwabensubstrats 2” den Mittelpunkt eines in den Schnitt einbeschriebenen Kreises. Wenn der Mittelpunktwinkel α jeder der Heizungen 9 180° überschreitet, tritt leicht zwischen dem Bienenwabensubstrat 2 und jeder der Heizungen 9 ein großer Spalt auf. Wenn der Mittelpunktwinkel α jeder der Heizungen 9 kleiner als 10° ist, verengt sich ein Bereich, in welchem eine einzige Heizung 9 die Umfangsfläche 8 bedecken kann, so, dass die zum Erwärmen des Bienenwabensubstrats 2 auf die Solltemperatur erforderliche Anzahl der Heizungen 9 übermäßig zunehmen kann. Es ist zu beachten, dass die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 in 10 weggelassen ist.
  • Das in der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Bienenwabensubstrat 2 enthält bevorzugt einen keramischen Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 20 W/m·K oder höher und bevorzugter einen keramischen Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 50 W/m·K oder höher. Wenn das Bienenwabensubstrat 2 den Werkstoff mit der obigen hohen Leitfähigkeit enthält, kann die Wärme der Heizungen 9 zügig in das Bienenwabensubstrat 2 übertragen werden und kann außerdem das gesamte Bienenwabensubstrat 2 gleichmäßig erwärmt werden. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmeleitfähigkeit des Bienenwabensubstrats 2 ein durch Abschneiden eines scheibenförmigen Probestücks zur Messung mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 1 mm von dem Bienenwabensubstrat 2 und Messen einer Wärmeleitfähigkeit des scheibenförmigen Probestücks auf der Grundlage eines JIS R 1611 entsprechenden Verfahrens erhaltener Wert ist.
  • Ein Werkstoff des Bienenwabensubstrats 2 enthält als Hauptbestandteil bevorzugt Siliciumcarbid (SiC), welches hervorragende Wärmeleitfähigkeits-, Wärmewiderstands- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweist. Es ist zu beachten, dass der hier erwähnte „Hauptbestandteil” einen Bestandteil mit einem Anteil von 50 Massen-% oder mehr am gesamten Werkstoff meint. Zu spezielleren Beispielen des Werkstoffs zählen bevorzugt ein Si-SiC-Verbundwerkstoff, ein (Si + Al)-SiC-Verbundwerkstoff, Metallkomplex-SiC, umkristallisiertes SiC, Si3N4 und SiC. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in welchem die Porosität des Bienenwabensubstrats 2 übermäßig hoch ist, in manchen Fällen auch bei Verwendung der obigen Werkstoffe keine hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt wird. Somit ist das Bienenwabensubstrat 2 bevorzugt dicht (Porosität von 20% oder weniger). Der Si-SiC-Verbundwerkstoff ist durch Imprägnieren von metallischem Si in SiC dicht gebildet und zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmewiderstand aus. Somit ist der Si-SiC-Verbundwerkstoff als der Werkstoff des Bienenwabensubstrats 2 besonders zu bevorzugen.
  • Die Dicke der Umfangswand 3 des Bienenwabensubstrats 2 ist bevorzugt größer als die Dicke der Trennwand 4. Wenn die Dicke der Umfangswand 3 wie oben beschrieben größer als die Dicke der Trennwand 4 ist, kann die Festigkeit des Bienenwabensubstrats 2 zunehmen und wird die für das Bienenwabensubstrat 2 erforderliche Festigkeit mühelos sichergestellt.
  • Die Dicke der Umfangswand 3 des Bienenwabensubstrats 2 ist nicht besonders beschränkt, sondern beträgt bevorzugt 0,15 bis 2,0 mm und bevorzugter 0,3 bis 1,0 mm. Wenn die Dicke der Umfangswand 3 0,15 mm oder größer ist, wird die mechanische Festigkeit des Bienenwabensubstrats 2 ausreichend und kann verhindert werden, dass das Bienenwabensubstrat 2 infolge eines Stoßes oder der Wärmebeanspruchung beschädigt wird. Wenn die Dicke der Umfangswand 3 2,0 mm oder kleiner ist, kann die Wärme der Heizungen 9 zügig durch die Umfangswand 3 in die Trennwand 4 übertragen werden.
  • Darüber hinaus ist die Dicke der Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 nicht besonders beschränkt, sondern beträgt sie bevorzugt 0,1 bis 1 mm und bevorzugter 0,2 bis 0,5 mm. Wenn die Dicke der Trennwand 4 0,1 mm oder größer ist, wird die mechanische Festigkeit des Bienenwabensubstrats 2 ausreichend und kann verhindert werden, dass das Bienenwabensubstrat 2 infolge eines Stoßes oder der Wärmebeanspruchung beschädigt wird. Wenn die Dicke der Trennwand 4 1 mm oder kleiner ist, kann verhindert werden, dass ein Druckabfall zunimmt, wenn das Fluid in den Waben 5 strömt.
  • Die Wabendichte des Bienenwabensubstrats 2 (die Anzahl der Waben pro Querschnittsflächeneinheit) ist nicht besonders beschränkt, sondern liegt bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 2000 Waben/Quadratzoll (von 4 bis 320 Waben/cm2). Wenn die Wabendichte 25 Waben/Quadratzoll (4 Waben/cm2) oder höher ist, können die Festigkeit der Trennwand 4, ferner die Festigkeit des Bienenwabensubstrats 2 selbst und eine effektive geometrische Oberfläche (GSA) ausreichend sein. Wenn die Wabendichte 2000 Waben/Quadratzoll (320 Waben/cm2) oder niedriger ist, kann verhindert werden, dass der Druckabfall zunimmt, wenn das Fluid in den Waben 5 strömt.
  • Die Porosität des Bienenwabensubstrats 2 ist bevorzugt 20% oder niedriger und bevorzugter 10% oder niedriger. Wenn die Porosität des Bienenwabensubstrats 2 im obigen Bereich liegt, wird die für das Bienenwabensubstrat 2 erforderliche Festigkeit mühelos sichergestellt und tritt außerdem leicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Es ist zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Porosität des Bienenwabensubstrats 2 ein mittels des archimedischen Verfahrens gemessener Wert ist.
  • Die Form (die äußere Form) des Bienenwabensubstrats 2 ist wenigstens säulenförmig, aber ist nicht besonders beschränkt, solange die Form säulenförmig ist, und kann zum Beispiel rundsäulenförmig, elliptisch-säulenförmig oder vieleckig-säulenförmig sein. Die Form jeder der Waben 5 in dem Schnitt des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung (im Folgenden als eine ”Wabenform” bezeichnet) ist ebenfalls nicht besonders beschränkt, sondern ist bevorzugt ein Vieleck wie ein Viereck, ein Sechseck oder ein Achteck oder eine Kombination davon wie eine Kombination des Vierecks und des Achtecks.
  • Der Durchmesser des Schnitts des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung (der Durchmesser eines dem Schnitt umbeschriebenen Kreises, wenn der Schnitt eine andere Form als eine Kreisform hat) ist nicht besonders beschränkt, sondern ist bevorzugt 300 mm oder kleiner und bevorzugter 200 mm oder kleiner. Wenn der Durchmesser des Schnitts des Bienenwabensubstrats 2 orthogonal zur Längenrichtung im obigen Bereich liegt, kann die Wärme der Heizungen 9 zügig in die Trennwand 4 innerhalb des Bienenwabensubstrats 2 übertragen werden.
  • Das Bienenwabensubstrat 2 enthält bevorzugt eine darauf gebildete Spannungsentlastung. Wenn die Spannungsentlastung gebildet ist, kann eine Entspannung einer mechanischen Spannung im Bienenwabensubstrat 2 erfolgen. Ein typisches Beispiel der Spannungsentlastung ist zum Beispiel ein von der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 aus in einer Richtung nach innen eingeschnittener Schlitz 12 wie in 9 gezeigt. Es ist zu beachten, dass die Spannungsentlastung nicht auf den obigen Schlitz 12 beschränkt ist und eine bekannte Spannungsentlastung gebildet werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Wenn die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht ist, ist ein Katalysator zum Reinigen des Abgases bevorzugt in die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 imprägniert. Wenn der Katalysator wie oben beschrieben in die Trennwand 4 imprägniert ist, kann ein giftiger Stoff wie CO, NOx oder HC im Abgas durch eine katalytische Reaktion in einen ungiftigen Stoff umgewandelt werden. Hier ist die Art des in die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 imprägnierten Katalysators nicht besonders beschränkt, aber ein Edelmetall wird bevorzugt verwendet, wenn der Katalysator zum Beispiel zur Kraftfahrzeugabgasreinigung verwendet wird. Zu Beispielen des Edelmetalls zählen bevorzugt Platin, Rhodium, Palladium und eine Kombination davon. Die Imprägnierungsmenge des Edelmetalls ist bevorzugt 0,1 bis 5 g/l pro Volumeneinheit des Bienenwabensubstrats 2.
  • Da der Katalysator wie das Edelmetall in einem hochdispergierten Zustand in die Trennwand 4 imprägniert werden sollte, ist zu bevorzugen, den Katalysator zuerst in Partikel (Träger-Feinpartikel) eines wärmebeständigen anorganischen Oxids mit einer großen spezifischen Oberfläche wie Aluminiumoxid zu imprägnieren und dann den Katalysator, welcher in die Partikel imprägniert wurde, bevorzugt zusammen mit den Partikeln in die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 zu imprägnieren.
  • Die Verwendung und die Verwendungsart der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht besonders beschränkt, aber die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 wird im Hinblick auf eine wirkungsvolle Anwendung ihrer Wirkung zur Verwendung bevorzugt in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht. In diesem Fall wird die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendet, um durch Veranlassen jeder der Heizungen 9, Wärme zu erzeugen, die Temperatur des mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierten Bienenwabensubstrats 2 vor dem Starten des Verbrennungsmotors auf die Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators oder höher zu erhöhen. Wenn die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf diese Weise verwendet wird, kann der Katalysator, welcher aktiviert wurde, einen im Abgas enthaltenen giftigen Bestandteil unmittelbar nach dem Starten des Motors wirksam zu beseitigen.
  • (2) Gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung:
  • 4 ist eine schematische auseinandergezogene Ansicht, welche eine beispielhafte gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung orthogonal zu einer Längenrichtung der Vorrichtung (einer Axialrichtung) zeigt. 6 ist eine schematische Schnittansicht, welche einen Schnitt der beispielhaften gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zu der Längenrichtung der Vorrichtung (der Axialrichtung) zeigt. Wie in den 4 bis 6 gezeigt, enthält die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung die in einem röhrenförmigen Verkapselungsgehäuse 15 untergebrachte Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die im Abgasweg des Abgases verwendete Heizvorrichtung ist typischerweise in einem Zustand, in welchem sie in dem röhrenförmigen Verkapselungsgehäuse 15 untergebracht ist, angebracht. Die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die bereits in dem Verkapselungsgehäuse 15 untergebrachte Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit kann die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 im Abgasweg des Abgases angebracht werden, um so, wie sie ist, verwendet zu werden.
  • Der Aufbau des Verkapselungsgehäuses ist nicht besonders beschränkt, aber gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform wird das Verkapselungsgehäuse 15 mit einem zweischaligen Aufbau verwendet, um das Unterbringen des Bienenwabensubstrats 2 zu erleichtern. Das Verkapselungsgehäuse 15 mit dem zweischaligen Aufbau enthält zwei Elemente, welche jeweils einen halbrund gekrümmten Teil aufweisen, und die zwei Elemente werden so kombiniert und dann zusammengefügt, dass sie röhrenförmig sind. Das Verkapselungsgehäuse 15 enthält bevorzugt Durchgangslöcher 18, welche durch das Verkapselungsgehäuse 15 gebildet sind und durch welche die Elektrodenanschluss-Vorsprünge 11 der Heizungen 9 nach außerhalb des Verkapselungsgehäuses 15 hinausragen. Wenn die Elektrodenanschluss-Vorsprünge 11 der Heizungen 9 durch die Durchgangslöcher 18 nach außerhalb des Verkapselungsgehäuses 15 hinausragen, kann eine Verdrahtung der elektrischen Leitungen zum Unter-Strom-Setzen der Heizungen 9 außerhalb des Verkapselungsgehäuse 15 durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die Elektrodenanschluss-Vorsprünge 11 jeweils bevorzugt ein daran befestigtes kappenförmiges Isolierelement, welches fähig ist, deren Umfangsfläche zu bedecken, enthalten, um die Elektrodenanschluss-Vorsprünge 11 von dem Verkapselungsgehäuse 15 zu isolieren.
  • Die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt, wie in 6 gezeigt, einzeln in der Nähe der beiden Stirnseiten des Bienenwabensubstrats 2 angeordnete Halteringe 16 in dem Verkapselungsgehäuse 15. Wenn die Halteringe 16 auf diese Weise angeordnet sind, kann eine Verschiebung des Bienenwabensubstrats 2 infolge von Schwingungen verhindert werden. Ferner verhindern die Halteringe 16, dass ein Fluid in einen durch das Verkapselungsgehäuse 15, das Bienenwabensubstrat 2 und die Halteringe 16 definierten Raum 20 strömt. Wenn die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung im Abgasweg des aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht ist, kann infolgedessen verhindert werden, dass die Heizungen 9 im Abgas enthaltenem Kondenswasser (Wasserdampf) ausgesetzt werden. Folglich verschlechtern sich die Heizungen 9 kaum.
  • Die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 enthält bevorzugt, wie in den 4 bis 6 gezeigt, ein zwischen jeder der Heizungen 9 und dem Verkapselungsgehäuse 15 angeordnetes Wärmeisolierelement 17. Wenn das Wärmeisolierelement 17 auf diese Weise angeordnet ist, wird die Wärme der Heizungen 9 kaum nach außen abgegeben und kann die Wärme der Heizungen 9 zügig in das Bienenwabensubstrat 2 übertragen werden. Der Werkstoff des Wärmeisolierelements 17 ist nicht besonders beschränkt, aber ein Keramikvlies wird wegen eines mühelosen Anordnens zwischen jeder der Heizungen 9 und dem Verkapselungsgehäuse 15 durch Umwickeln des Umfangs des Bienenwabensubstrats 2 und gute Wärmeisoliereigenschaften bevorzugt verwendet. Wenn der gesamte Umfang des die Heizungen 9 enthaltenden Bienenwabensubstrats 2 mit dem Wärmeisolierelement 17 umwickelt ist, enthält das Wärmeisolierelement 17 bevorzugt Durchgangslöcher 19, welche gebildet sind und durch welche die Elektrodenanschluss-Vorsprünge 11 der Heizungen 9 nach außerhalb des Verkapselungsgehäuses 15 hinausragen wie in den 4 bis 6 gezeigt.
  • (3) Verfahren zum Herstellen einer Bienenwaben-Heizvorrichtung:
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das heißt, die mittels des Herstellungsverfahrens hergestellte Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 enthält, wie in den 1 bis 3 gezeigt, das Bienenwabensubstrat 2, die Vielzahl von Heizungen 9 und die Zwischenelemente 14. Das Bienenwabensubstrat 2 ist säulenförmig und enthält die die Vielzahl sich von der einen Stirnseite 6 zur anderen Stirnseite 7 erstreckender Waben 5 definierende Trennwand 4 und die die Trennwand 4 umgebende Umfangswand 3. Die Waben 5 fungieren jeweils als der Kanal für das Fluid wie Abgas. Die Vielzahl von Heizungen 9 ist auf der Umfangsfläche 8 in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche 8, welche die Außenoberfläche der Umfangswand 3 des Bienenwabensubstrats 2 ist, einander benachbart angeordnet. Jedes der Zwischenelemente 14 ist zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 liegend angeordnet. Mindestens ein Teil jedes der Zwischenelemente 14 hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/m·K oder höher. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 beträgt die Summe der Flächen der mit den Zwischenelementen 14 zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8 20 bis 100% der Summe der Flächen der mit der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8. Bei dem Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 mittels eines einen „Pastenaufbringungsprozess”, einen „Heizungsanordnungsprozess” und einen „Zwischenelementbildungsprozess”, welche später noch zu beschreiben sind, enthaltenden Verfahrens hergestellt. Es ist zu beachten, dass bei der Herstellung der den in das Bienenwabensubstrat imprägnierten Katalysator zum Reinigen des Abgases enthaltenden Bienenwaben-Heizvorrichtung bevorzugt ein einen später noch zu beschreibenden „Katalysatorimprägnierungsprozess” enthaltendes Herstellungsverfahren verwendet wird.
  • (3-1) Pastenaufbringungsprozess:
  • Während dieses Prozesses wird eine SiC-Partikel und kolloidales Siliciumdioxid enthaltende Paste zum Bilden der Zwischenelemente auf Teile der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2, auf welchen die jeweiligen Heizungen 9 angeordnet sind, oder die der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 gegenüberliegende Seite jeder der Heizungen 9 aufgebracht. Alternativ kann die die SiC-Partikel und das kolloidale Siliciumdioxid enthaltende Paste zum Bilden der Zwischenelemente auf beide Teile der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2, auf welchen die jeweiligen Heizungen 9 angeordnet sind, und die der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 gegenüberliegende Seite jeder der Heizungen 9 aufgebracht werden. Die Paste, welche nach dem Trocknen eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/m·K oder höher hat, wird bevorzugt verwendet. Die obige Paste erhält man durch Einbeziehen der SiC-Partikel und des kolloidalen Siliciumdioxids in einem Maß, dass sich ein Massenverhältnis der SiC-Partikel zu in dem kolloidalen Siliciumdioxid enthaltenem Siliciumdioxid (Masse der SiC-Partikel:Masse des Siliciumdioxids) von ungefähr 30:70 bis 80:20 ergibt. Es ist zu beachten, dass einen Werkstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie metallisches Si enthaltende Partikel der Paste beigemischt werden können, um die Wärmeleitfähigkeit nach dem Trocknen anzupassen.
  • (3-2) Heizungsanordnungsprozess:
  • Dieser Prozess wird nach dem Pastenaufbringungsprozess durchgeführt. Während des Prozesses wird die Vielzahl von Heizungen 9 auf der Umfangsfläche 8 in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 einander benachbart angeordnet. Die Vielzahl von Heizungen 9 wird in einem Zustand, in welchem die während des Pastenaufbringungsprozesses aufgebrachte Paste dazwischenliegt, auf der Umfangsfläche 8 angeordnet.
  • (3-3) Zwischenelementbildungsprozess:
  • Dieser Prozess wird nach dem Heizungsanordnungsprozess durchgeführt. Während des Prozesses wird die zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 eingefügte Paste erwärmt, um getrocknet zu werden. Die Paste wird auf diese Weise getrocknet (verfestigt), so dass jedes der Zwischenelemente 14 aus der Paste gebildet wird. Die Erwärmungstemperatur beim Trocknen der Paste ist zum Beispiel eine Temperatur von 600°C oder niedriger und ist bevorzugt ungefähr 400 bis 600°C. Wenn die Erwärmung bei der obigen Temperatur erfolgt, kann ein thermischer Abbau des Katalysators infolge der Erwärmung verhindert werden, auch wenn der Katalysator zum Reinigen des Abgases zuvor, während des später noch zu beschreibenden Katalysatorimprägnierungsprozesses, in das Bienenwabensubstrat 2 imprägniert wurde.
  • (3-4) Katalysatorimprägnierungsprozess:
  • Dieser Prozess wird vor dem Pastenaufbringungsprozess durchgeführt, wenn die das mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierte Bienenwabensubstrat 2 enthaltende Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 hergestellt wird. Während des Prozesses wird der Katalysator zum Reinigen des Abgases in die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 imprägniert. Als ein spezielles Imprägnierungsverfahren wird zum Beispiel eine einen Katalysatorbestandteil wie Edelmetalle enthaltende wässrige Lösung zuvor in Keramikpulver, welches Träger-Feinpartikel bilden soll, imprägniert und erfolgt dann das Trocknen und das Brennen, so dass man katalysatorbeschichtete Feinpartikel erhält. Ein Dispergiermittel (zum Beispiel Wasser) und ein weiterer Zusatzstoff werden den oben erhaltenen katalysatorbeschichtete Feinpartikeln beigemischt, so dass eine Beschichtungsflüssigkeit (eine Schlämme) hergestellt wird. Die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 wird mittels eines herkömmlichen, bekannten Beschichtungsverfahrens wie eines Ansaugverfahrens mit der Schlämme beschichtet. Danach werden das Trocknen und das Brennen durchgeführt, so dass der Katalysator in die Trennwand 4 des Bienenwabensubstrats 2 imprägniert wird.
  • Die Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels des die obigen Prozesse enthaltenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden.
  • Es ist zu beachten, dass bei dem Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel das als ein Bestandteil in der Bienenwaben-Heizvorrichtung verwendete Bienenwabensubstrat wie folgt hergestellt werden kann: Zuerst wird ein ein keramisches Ausgangsmaterial enthaltendes Form-Ausgangsmaterial hergestellt, um das Bienenwabensubstrat herzustellen. Das oben als der Werkstoff des Bienenwabensubstrats angeführte Pulver, welches fähig ist, Keramik zu bilden, kann bevorzugt für das keramische Ausgangsmaterial verwendet werden. Zum Beispiel wird, wenn der Si-SiC-Verbundwerkstoff als der Werkstoff des Bienenwabensubstrats genommen wird, bevorzugt SiC-Pulver als das keramische Ausgangsmaterial verwendet. Das Form-Ausgangsmaterial wird bevorzugt durch Vermischen des obigen keramischen Ausgangsmaterials, wenn erforderlich, mit einem Zusatzstoff wie einem Dispergiermittel, einem organischen Bindemittel, einem anorganischen Bindemittel oder einem Netzmittel hergestellt.
  • Dann wird das Form-Ausgangsmaterial durchgeknetet, so dass es einen säulenförmigen Körper bildet. Das Verfahren zum Durchkneten des Form-Ausgangsmaterials und Bilden des Körpers ist nicht besonders beschränkt. Zu Beispielen eines bevorzugten Verfahrens kann ein Verfahren zum Beispiel mit einem Kneter oder einer Vakuum-Knetmaschine zählen.
  • Dann wird, mit einem einen gitterförmig gebildeten Schlitz enthaltenden Mundstück, aus dem Körper ein Bienenwaben-Formkörper mit einer Trennwand und einer Umfangswand stranggepresst, und dann wird der Bienenwaben-Formkörper getrocknet. Das Trocknungsverfahren ist nicht besonders beschränkt. Zu Beispielen eines bevorzugten Trocknungsverfahrens können Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Dekompressionstrocknung, Vakuumtrocknung und Gefriertrocknung zählen. Von den obigen Verfahren werden bevorzugt die dielektrische Trocknung, die Mikrowellentrocknung oder die Heißlufttrocknung einzeln durchgeführt oder wird bevorzugt eine Kombination davon durchgeführt.
  • Anschließend wird der Bienenwaben-Formkörper (ein Bienenwaben-Trockenkörper) nach dem Trocknen gebrannt, so dass das Bienenwabensubstrat hergestellt wird. Es ist zu beachten, dass bevorzugt eine Kalzinierung (Entfettung) durchgeführt wird, um vor dem Brennen (Hauptbrennen) zum Beispiel ein in dem Bienenwaben-Formkörper enthaltenes Bindemittel zu entfernen. Die Bedingungen der Kalzinierung sind nicht besonders beschränkt, solange die Bedingungen der Kalzinierung gestatten, in dem Bienenwaben-Formkörper enthaltene organische Stoffe (zum Beispiel ein organisches Bindemittel) zu entfernen (zu verbrennen). Die Bedingungen (zum Beispiel Temperatur, Zeit und Atmosphäre) für das Brennen (Hauptbrennen) des Bienenwaben-Formkörper wechseln je nach Art des Form-Ausgangsmaterials. Somit können entsprechend der jeweiligen Art geeignete Bedingungen ausgewählt werden. Zum Beispiel wird beim Herstellen des den Si-SiC-Verbundwerkstoff enthaltenden Bienenwabensubstrats massives metallisches Si auf dem das SiC-Pulver enthaltenden Bienenwaben-Formkörper angebracht und wird dann das massive metallische Si auf dem Bienenwaben-Formkörper in einem dekomprimierten Inertgas oder einem Vakuum gebrannt, so dass das metallische Si in den Bienenwaben-Formkörper imprägniert wird. Das dichte Bienenwabensubstrat (das Bienenwabensubstrat mit einer geringen Porosität), in welchem das metallische Si eine Lücke zwischen SiC-Partikeln ausfüllt, erhält man durch das Brennen. Es ist zu beachten, dass das Bienenwabensubstrat, wenn erforderlich, die darauf gebildete Spannungsentlastung wie den Schlitz enthalten kann.
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die als Bestandteile der Bienenwaben-Heizvorrichtung verwendeten Heizungen zum Beispiel wie folgt hergestellt werden: Es ist zu beachten, dass ein später noch zu beschreibendes Herstellungsverfahren ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Keramikheizung ist, welche eine Art der Widerstandsheizung ist. Zuerst wird eine Sinterhilfe oder ein Bindemittel einem keramischen Ausgangsmaterial wie Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid angemessen beigemischt, so dass man ein Form-Ausgangsmaterial erhält. Der Heizwiderstand wird in das Form-Ausgangsmaterial eingebettet. Dann erhält man durch Pressformen und dergleichen zum Beispiel einen Formkörper mit der im Wesentlichen genauso wie die Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gekrümmten konkaven, gebogenen Seite und dem röhrenförmigen Elektrodenanschluss-Vorsprung auf einer der konkaven, gebogenen Seite entgegengesetzten Seite. Es ist zu beachten, dass das Formen durchgeführt wird, während ein Endteil (ein Elektrodenanschluss) des Heizwiderstands so positioniert ist, dass er innerhalb des röhrenförmigen Elektrodenanschluss-Vorsprungs offenliegt. Zu Beispielen des Heizwiderstands, welche bevorzugt verwendet werden können, zählen Silber (Ag), Aluminium (Al), Gold (Au), Beryllium (Be), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Ruthenium (Ru) und Platin (Pt). Der Heizwiderstand kann auch eine Verbindung sein, und in diesem Fall zählen ein Nitrid, ein Carbid, ein Borid oder ein Silicid jedes der Elemente Zirconium (Zr), Titan (Ti), Niob (Nb), Hafnium (Hf), Tantal (Ta), Molybdän (Mo) und Wolfram (W) zu Beispielen des Heizwiderstands, welche bevorzugt verwendet werden können. Der auf diese Weise erhaltene Formkörper wird, wenn erforderlich, getrocknet und kalziniert und wird dann gebrannt, so dass man die den in das Keramikelement eingebetteten Heizwiderstand enthaltende Keramikheizung erhält. Es ist zu beachten, dass der zum Beispiel Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid enthaltende Isolierwerkstoff, wenn erforderlich, auf der konkaven, gebogenen Seite der Keramikheizung angeordnet werden kann.
  • (4) Verfahren zum Herstellen der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung:
  • Als ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen der in den 4 bis 6 gezeigten gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 wird zuerst der Umfang der mittels des Verfahrens zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 mit dem Keramikvlies (dem Wärmeisolierelement 17) umwickelt. Dann werden die Halteringe 16 einzeln in der Nähe der beiden Stirnseiten des Bienenwabensubstrats 2 angeordnet. Dann werden die Halteringe 16 zwischen zwei in dem Verkapselungsgehäuse 15 mit dem zweischaligen Aufbau enthaltenen Elementen eingefügt, welche jeweils den halbrund gekrümmten Teil aufweisen, und dann werden die beiden Elemente zusammengefügt. Mittels des obigen Verfahrens erhält man die die in dem röhrenförmigem Verkapselungsgehäuse 15 untergebrachte Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 enthaltende gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • (5) Verfahren zum Anwenden einer Bienenwaben-Heizvorrichtung
  • Eine in einem Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Bienenwaben-Heizvorrichtung ist die oben beschriebene Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das heißt, die in den 1 bis 3 gezeigte, das Bienenwabensubstrat 2, die Vielzahl von Heizungen 9 und die Zwischenelemente 14 enthaltende Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 wird in dem Verfahren zum Anwenden verwendet. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 ist das Bienenwabensubstrat 2 säulenförmig und enthält es die die Vielzahl sich von der einen Stirnseite 6 zur anderen Stirnseite 7 erstreckender Waben 5 definierende Trennwand 4 und die die Trennwand 4 umgebende Umfangswand 3. Die Waben 5 fungieren jeweils als ein Kanal für ein Fluid wie Abgas. Die Vielzahl von Heizungen 9 ist auf der Umfangsfläche 8 in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche 8, welche die Außenoberfläche der Umfangswand 3 des Bienenwabensubstrats 2 ist, einander benachbart angeordnet. Das Bienenwabensubstrat 2 ist mit dem Katalysator für das Abgas imprägniert. Jedes der Zwischenelemente 14 ist zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 liegend angeordnet. Mindestens ein Teil jedes der Zwischenelemente 14 hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/m·K oder höher. In der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 beträgt die Summe der Flächen der mit den Zwischenelementen 14 zwischen der Umfangsfläche 8 des Bienenwabensubstrats 2 und der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8 20 bis 100% der Summe der Flächen der mit der Vielzahl von Heizungen 9 bedeckten Teile der Umfangsfläche 8. Es ist zu beachten, dass die Einzelheiten der Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 wie oben beschrieben beschaffen sind.
  • Die obige Bienenwaben-Heizvorrichtung 1 wird in dem Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Abgasweg des aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht. Dann erzeugt jede der Heizungen 9 Wärme, so dass die Temperatur des mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierten Bienenwabensubstrats 2 vor dem Starten des Verbrennungsmotors auf die Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators oder höher steigt.
  • Das obige Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann den im Abgas enthaltenen giftigen Bestandteil mit dem Katalysator, welcher aktiviert wurde, unmittelbar nach dem Starten des Motors wirksam beseitigen.
  • (Beispiele)
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen weiter ausführlich beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Ein Bindemittel und Wasser wurden einem SiC-Pulver beigemischt, so dass ein Form-Ausgangsmaterial für ein Bienenwabensubstrat hergestellt wurde. Das Form-Ausgangsmaterial wurde so durchgeknetet, dass man einen säulenförmigen Knetwerkstoff erhielt. Einen rundsäulenförmigen Bienenwaben-Formkörper mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand erhielt man aus dem Knetwerkstoff durch Strangpressen. Danach wurde der Bienenwaben-Formkörper durch eine Mikrowelle und Heißluft getrocknet, so dass man einen Bienenwaben-Trockenkörper erhielt. Dann wurde massives metallisches Si auf dem Bienenwaben-Trockenkörper angebracht, und dann wurde der Bienenwaben-Trockenkörper mit dem metallischen Si in einem Vakuumofen gebrannt, so dass man ein aus einem Si-SiC-Verbundwerkstoff gebildetes Bienenwabensubstrat erhielt. Das auf diese Weise erhaltene Bienenwabensubstrat hatte eine Rundsäulenform mit einem Durchmesser von 93 mm und einer Länge von 75 mm, einer Dicke der Umfangswand von 2 mm, einer Dicke der Trennwand von 0,15 mm (6 mil), einer regelmäßig-sechseckigen Wabenform, einer Wabendichte von 64 Waben/cm2 (400 Waben/Quadratzoll). Das Bienenwabensubstrat hatte eine Wärmeleitfähigkeit von 150 W/m·K, einen Elastizitätsmodul von 300 GPa und einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 4,2 × 10–6/°C.
  • Dann wurden ein Bindemittel und Wasser einem Si3N4-Pulver beigemischt, so dass ein Form-Ausgangsmaterial für eine Heizung hergestellt wurde. Ein im Wesentlichen genauso wie die Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gekrümmter Platten-Formkörper wurde aus dem Form-Ausgangsmaterial für die Heizung hergestellt, und dann wurde der Platten-Formkörper gebrannt, so dass eine aus Si3N4 gebildete Keramikplatte hergestellt wurde. Ein aus Platin gebildeter Heizwiderstand wurde auf die Keramikplatte gedruckt, und dann wurde die bedruckte Keramikplatte erneut gebrannt. Die aus Si3N4 gebildete Keramikplatte wurde auf den Heizwiderstand gelegt und damit verbunden, so dass man eine Widerstandsheizung (eine Keramikheizung) mit einer konkaven, gebogenen Seite erhielt. Die konkave, gebogene Seite der Heizung hatte eine Breite von 30 mm (die Länge eines gebogenen Teils) und eine Länge von 65 mm (die Länge in einer Richtung orthogonal zu dem gebogenen Teil).
  • Dann wurden SiC-Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 20 μm und kolloidales Siliciumdioxid so zusammengemischt, dass das Massenverhältnis der SiC-Partikel zu in dem kolloidalen Siliciumdioxid enthaltenem Siliciumdioxid (Masse der SiC-Partikel:Masse des Siliciumdioxids) 30:70 betrug und die Paste zum Bilden der Zwischenelemente hergestellt wurde.
  • Anschließend wurde die Paste zum Bilden der Zwischenelemente auf einen Teil der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats, auf welchem jede Heizung angeordnet wurde, aufgebracht. Danach wurde eine Achtergruppe der wie oben beschrieben erhaltenen Heizungen so angeordnet, dass die Paste zum Bilden der Zwischenelemente auf der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats dazwischenlag. Die Heizungen wurden in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats einander benachbart angeordnet. In diesem Fall wurden Positionen der Heizungen so angepasst, dass alle Abstände zwischen den einander benachbarten Heizungen in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gleich groß waren. Auf diese Weise wurde das die über die Paste zum Bilden der Zwischenelemente auf der Umfangsfläche angeordneten Heizungen enthaltende Bienenwabensubstrat in der Atmosphäre auf 600°C erwärmt und wurde die Paste zum Bilden der Zwischenelemente getrocknet (verfestigt), so dass jedes der Zwischenelemente gebildet wurde.
  • Jedes der auf diese Weise erhaltenen Zwischenelemente einer Bienenwaben-Heizvorrichtung hatte eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 W/m·K, einen Elastizitätsmodul von 0,1 GPa, eine Porosität von 30%, einen Wärmeausdehnungskoeffizient von 4,2 × 10–6/°C und eine Dicke von 500 μm. Der Mittelpunktwinkel jeder der Heizungen betrug 37°, und das Verhältnis einer Zwischenelementinstallationsfläche zu einer Heizungsinstallationsfläche betrug 30%.
  • Der Umfang des Bienenwabensubstrats der Bienenwaben-Heizvorrichtung wurde mit einem Keramikvlies (einem Wärmeisolierelement) umwickelt, und außerdem wurden Halteringe einzeln in der Nähe der beiden Stirnseiten des Bienenwabensubstrats angeordnet. Das Keramikvlies und die Halteringe wurden zwischen zwei in einem Verkapselungsgehäuse mit einem zweischaligen Aufbau enthaltenen Elementen eingefügt, welche jeweils einen halbrund gekrümmten Teil aufweisen. Dann wurden die beiden Elemente zusammengefügt und wurden das Keramikvlies und die Halteringe in dem Verkapselungsgehäuse untergebracht, so dass man eine gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung erhielt.
  • (Auswertung)
  • Für die erhaltene gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung wurden eine Substratmittentemperatur und eine Substratdurchschnittstemperatur gemessen und wurde außerdem mittels des folgenden Verfahrens eine Wärmeschockprüfung durchgeführt.
  • (Substratmittentemperatur und Substratdurchschnittstemperatur)
  • Die jeweiligen Heizungen der erhaltenen gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung wurden so verdrahtet, dass sie in Reihe geschaltet waren. Dann erfolgte das Unter-Strom-Setzen so, dass eine an die Heizungen gelieferte Energiemenge 300 kJ betrug. Dann wurden die Temperatur eines umfangswandnahen Teils und die Temperatur eines axialen Teils an einem Zwischenteil in einer Längenrichtung (einer Axialrichtung) des durch infolge des Unter-Strom-Setzens durch die Heizungen erzeugte Wärme erwärmten Bienenwabensubstrats gemessen. Tabelle 2 zeigt, als die ”Substratmittentemperatur”, die auf diese Weise gemessene Temperatur des axialen Teils aus der Temperatur des umfangswandnahen Teils und der Temperatur des axialen Teils. Eine Durchschnittstemperatur zwischen der Temperatur des umfangswandnahen Teils und der Temperatur des axialen Teils wurde berechnet und in Tabelle 2 als die ”Substratdurchschnittstemperatur” gezeigt.
  • (Wärmeschockprüfung (Brennerprüfung))
  • Eine Erwärmungs- und Abkühlungsprüfung der Bienenwaben-Heizvorrichtung wurde unter Verwendung einer einen Propangasbrenner, welcher fähig ist, Heizgas in das Verkapselungsgehäuse der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung zu liefern, enthaltenden Propangasbrenner-Prüfvorrichtung durchgeführt. Der Gasbrenner (der Propangasbrenner) verbrannte das Propangas, um das Heizgas zu erzeugen. Dann wurde durch die Erwärmungs- und Abkühlungsprüfung ermittelt, ob in dem Bienenwabensubstrat der Bienenwaben-Heizvorrichtung ein Riss auftrat, so dass die Wärmeschockfestigkeit beurteilt wurde. Speziell wurde das durch den Propangasbrenner erwärmte Gas (Heizgas) in das Verkapselungsgehäuse der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung zugeführt, so dass es in das Bienenwabensubstrat gelangte. Eine Temperaturbedingung des in das Verkapselungsgehäuse strömenden Heizgases (eine Einlassgas-Temperaturbedingung) lautete wie folgt: Zuerst stieg die Temperatur in fünf Minuten auf eine Bestimmungstemperatur und wurde sie 10 Minuten lang auf einer Bestimmungstemperatur gehalten. Danach erfolgte die Abkühlung, so dass die Temperatur in fünf Minuten auf 100°C sank, und wurde die Temperatur 10 Minuten lang auf 100°C gehalten. Die Folge der Vorgänge des Temperaturanstiegs, der Abkühlung und der Aufrechterhaltung wird als ein „Temperaturanstiegs- und Abkühlvorgang” bezeichnet. Nach dem „Temperaturanstiegs- und Abkühlvorgang” wurde untersucht, ob ein Riss in dem Bienenwabensubstrat aufgetreten war. Dann wurde der „Temperaturanstiegs- und Abkühlvorgang” wiederholt, wobei die Bestimmungstemperatur von 825°C um jeweils 25°C erhöht wurde. Tabelle 2 zeigt, als die „Wärmeschockfestigkeit”, die Bestimmungstemperatur, als festgestellt wurde, dass ein Riss in dem Bienenwabensubstrat aufgetreten war.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Eine gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhielt man auf eine Beispiel 1 ähnliche Weise, abgesehen davon, dass keine Zwischenelemente gebildet wurden. Für die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden eine Substratmittentemperatur und eine Substratdurchschnittstemperatur gemessen und wurde außerdem eine Wärmeschockprüfung durchgeführt, ähnlich wie bei der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 1.
  • (Beispiele 2 bis 9 und Vergleichsbeispiel 2)
  • Gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 2 bis 9 und Vergleichsbeispiel 2 erhielt man auf eine Beispiel 1 ähnliche Weise, abgesehen davon, dass das Verhältnis einer Zwischenelementinstallationsfläche zu einer Heizungsinstallationsfläche und das Massenverhältnis von SiC-Partikeln zu Siliciumdioxid in einer Paste zum Bilden von Zwischenelementen wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurden. Für die Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 2 bis 9 und Vergleichsbeispiel 2 wurden Substratmittentemperaturen und Substratdurchschnittstemperaturen gemessen und wurden außerdem Wärmeschockprüfungen durchgeführt, ähnlich wie bei der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 1.
  • (Beispiel 10)
  • Eine gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 10 erhielt man auf eine Beispiel 1 ähnliche Weise, abgesehen davon, dass das Verhältnis einer Zwischenelementinstallationsfläche zu einer Heizungsinstallationsfläche wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurde und außerdem eine kohlenstoffhaltige Folie als jedes der Zwischenelemente ausgewählt wurde. Für die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 10 wurden eine Substratmittentemperatur und eine Substratdurchschnittstemperatur gemessen und wurde außerdem eine Wärmeschockprüfung durchgeführt, ähnlich wie bei der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 1.
  • (Beispiel 11)
  • Eine gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 11 erhielt man auf eine Beispiel 1 ähnliche Weise, abgesehen davon, dass das Verhältnis einer Zwischenelementinstallationsfläche zu einer Heizungsinstallationsfläche wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurde und außerdem ein Edelstahlfasern enthaltendes Vlies jeweils als Zwischenelement ausgewählt wurde. Für die gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 11 wurden eine Substratmittentemperatur und eine Substratdurchschnittstemperatur gemessen und wurde außerdem eine Wärmeschockprüfung durchgeführt, ähnlich wie bei der gekapselten Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Beispiel 1.
    Figure DE102017200881A1_0002
    Figure DE102017200881A1_0003
    [Tabelle 2]
    AUSWERTUNG
    SUBSTRAT-MITTENTEMPERATUR (°C) SUBSTRATDURCHSCHNITTSTEMPERATUR (°C) WÄRMESCHOCKFESTIGKEIT (°C)
    VERGLEICHSBEISPIEL 1 200 250 850
    VERGLEICHSBEISPIEL 2 240 290 890
    BEISPIEL 1 250 310 910
    BEISPIEL 2 265 340 940
    BEISPIEL 3 275 360 960
    BEISPIEL 4 285 380 980
    BEISPIEL 5 280 400 920
    BEISPIEL 6 300 450 950
    BEISPIEL 7 310 460 950
    BEISPIEL 8 315 465 940
    BEISPIEL 9 320 470 930
    BEISPIEL 10 360 500 940
    BEISPIEL 11 335 475 960
  • (Erörterung)
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurde festgestellt, dass jede der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 mit einem Verhältnis der Zwischenelementinstallationsfläche zur Heizungsinstallationsfläche von 20 bis 100% eine „Substratdurchschnittstemperatur” von 300°C oder höher hatte, welche höher als die Aktivierungstemperatur des Katalysators war, und die Wärme der Heizungen zügig in das Bienenwabensubstrat übertragen wurde. Jede der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 hatte eine ”Wärmeschockfestigkeit” von 900°C oder höher, welche hoch war. Dies liegt daran, dass die Temperatur der Gesamtheit jedes Bienenwabensubstrats gleichmäßig anstieg und in jedem Bienenwabensubstrat eine große Wärmebeanspruchung kaum auftrat. Ferner wurde festgestellt, dass jede der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 6 bis 11, welche die Zwischenelemente mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/m·K oder höher enthielt, eine „Substratmittentemperatur” von 300°C oder höher hatte, welche höher als die Aktivierungstemperatur des Katalysators war, und die Wärme der Heizungen besonders zügig in das Bienenwabensubstrat übertragen wurde. Indessen hatte die die nicht darauf gebildeten Zwischenelemente enthaltende Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 eine „Substratdurchschnittstemperatur” von 250°C und eine „Substratmittentemperatur” von 200°C, welche niedriger als diejenigen der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 war. Ferner hatte die Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 eine „Wärmeschockfestigkeit” von 850°C, welche niedriger als diejenigen der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 war. Die Bienenwaben-Heizvorrichtung mit einem Verhältnis der Zwischenelementinstallationsfläche zur Heizungsinstallationsfläche von 10% gemäß Vergleichsbeispiel 2 hatte eine „Substratdurchschnittstemperatur” von 290°C und eine „Substratmittentemperatur” von 240°C, welche niedriger als diejenigen der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 war. Ferner hatte die Bienenwaben-Heizvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 2 eine „Wärmeschockfestigkeit” von 890°C, welche niedriger als diejenigen der Bienenwaben-Heizvorrichtungen gemäß den Beispielen 1 bis 11 war.
  • Die vorliegende Erfindung kann bevorzugt als eine Bienenwaben-Heizvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur eines Katalysators zum Reinigen von Abgas auf die Aktivierungstemperatur desselben in einer frühen Phase, welche in einem Abgasweg des aus einem Verbrennungsmotor zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs ausgestoßenen Abgases angebracht ist, verwendet werden, und außerdem kann die Erfindung als ein Verfahren zum Anwenden der Bienenwaben-Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Bienenwaben-Heizvorrichtung
    2
    Bienenwabensubstrat
    3
    Umfangswand
    4
    Trennwand
    5
    Wabe
    6
    eine Stirnseite
    7
    andere Stirnseite
    8
    Umfangsfläche
    9
    Heizung
    10
    konkave, gebogene Seite (der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gegenüberliegende Seite)
    11
    Elektrodenanschluss-Vorsprung
    12
    Schlitz
    13
    Isolierwerkstoff
    14
    Zwischenelement
    15
    Verkapselungsgehäuse
    16
    Haltering
    17
    Wärmeisolierelement
    18
    Durchgangsloch
    19
    Durchgangsloch
    20
    Raum
    100
    gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung
    O
    Mittelpunkt
    α
    Mittelpunktwinkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • JIS R 1611 [0045]

Claims (19)

  1. Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: ein säulenförmiges Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; eine Vielzahl auf einer Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt.
  2. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Wärmeleitfähigkeit mindestens eines Teils jedes der Zwischenelemente 1 W/m·K oder höher ist.
  3. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Elastizitätsmodul jedes der Zwischenelemente 0,01 bis 30 GPa beträgt.
  4. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Porosität jedes der Zwischenelemente 0 bis 70% beträgt.
  5. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der Zwischenelemente anorganische Partikel und ein anorganisches Bindemittel enthält.
  6. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der anorganischen Partikel 1 bis 100 μm beträgt.
  7. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Widerstandsheizung ist, welche infolge eines Unter-Strom-Setzens Wärme erzeugt.
  8. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Reaktionswärme-Heizung ist, welche infolge einer chemischen Reaktion Wärme erzeugt.
  9. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Heizungen elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet ist und einen gegen das Anlegen einer hohen Spannung von 200 V oder höher beständigen elektrischen Widerstand hat.
  10. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 9, wobei jede aus der Vielzahl von Heizungen eine Isolierfunktion hat, um zu verhindern, dass ein elektrischer Strom von jeder aus der Vielzahl von Heizungen zum Bienenwabensubstrat fließt.
  11. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Bienenwabensubstrat aus einem keramischen Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 20 W/m·K oder höher gebildet ist.
  12. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Dicke der Umfangswand größer als die Dicke der Trennwand ist.
  13. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Spannungsentlastung auf dem Bienenwabensubstrat gebildet ist.
  14. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Katalysator zum Reinigen von Abgas in das Bienenwabensubstrat imprägniert ist.
  15. Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases angebracht ist und verwendet wird, um jede der Heizungen Wärme erzeugen zu lassen, um die Temperatur des mit dem Katalysator zum Reinigen des Abgases imprägnierten Bienenwabensubstrats vor dem Starten des Verbrennungsmotors auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur des Katalysators oder höher zu erhöhen.
  16. Gekapselte Bienenwaben-Heizvorrichtung, bestehend aus der Bienenwaben-Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welche in einem rohrförmigen Verkapselungsgehäuse untergebracht ist.
  17. Verfahren zum Anwenden einer Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: das Anbringen der Bienenwaben-Heizvorrichtung in einem Abgasweg aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases; und das Erhöhen der Temperatur eines säulenförmigen Bienenwabensubstrats auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur eines Katalysators oder höher durch Veranlassen jeder aus einer Vielzahl von Heizungen, Wärme zu erzeugen, vor dem Starten des Verbrennungsmotors, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung enthält: das säulenförmige Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; die Vielzahl auf einer Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt, und wobei der Katalysator zum Reinigen des Abgases in das Bienenwabensubstrat imprägniert ist.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Bienenwaben-Heizvorrichtung, enthaltend: das Aufbringen einer SiC-Partikel und kolloidales Siliciumdioxid enthaltenden Paste zum Bilden von Zwischenelementen auf Teile einer Umfangsfläche eines säulenförmigen Bienenwabensubstrats, auf welchen jede aus einer Vielzahl von Heizungen angeordnet ist, und/oder eine der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats gegenüberliegende Seite jeder aus der Vielzahl von Heizungen; das einander benachbarte Anordnen der Vielzahl von Heizungen mit der zwischen der Vielzahl von Heizungen und der Umfangsfläche eingefügten Paste auf der Umfangsfläche in einer Umfangsrichtung der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats nach dem Aufbringen; und das Bilden der Zwischenelemente aus der Paste durch Erwärmen und Trocknen der Paste nach dem Anordnen, wobei die Bienenwaben-Heizvorrichtung enthält: das säulenförmige Bienenwabensubstrat mit einer Trennwand, welche eine Vielzahl sich von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite erstreckender Waben definiert, und einer die Trennwand umgebenden Umfangswand; die Vielzahl auf der Umfangsfläche, welche eine Außenoberfläche der Umfangswand ist, in der Umfangsrichtung der Umfangsfläche einander benachbart angeordneter Heizungen; und die Zwischenelemente, welche zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen eingefügt sind, wobei die Summe von Flächen mit den Zwischenelementen zwischen der Umfangsfläche des Bienenwabensubstrats und der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche 20 bis 100% der Summe von Flächen mit der Vielzahl von Heizungen bedeckter Teile der Umfangsfläche beträgt.
  19. Verfahren zum Herstellen der Bienenwaben-Heizvorrichtung nach Anspruch 18, außerdem enthaltend das Imprägnieren eines Katalysators zum Reinigen von Abgas in die Trennwand des Bienenwabensubstrats vor dem Aufbringen.
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