DE102019203784A1

DE102019203784A1 - Fluidheizkomponente, fluidheizkomponentenkomplex und herstellungsverfahren einer fluidheizkomponente

Info

Publication number: DE102019203784A1
Application number: DE102019203784.4A
Authority: DE
Inventors: Hironori Takahashi; Hiroki Ishida
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US11219100B2; US20190297684A1

Abstract

Es wird eine Fluidheizkomponente geschaffen, die ein effizientes Heizen durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem ermöglicht und die eine schnelles Heizen ermöglicht, ohne durch eine Differenz des Wärmeleitungskoeffizienten beeinflusst zu sein. Eine Fluidheizkomponente 1 enthält eine Wabenstruktur 2, die aus Keramik hergestellt ist und mit Zellen 3 gebildet ist, durch die ein Fluid F geht, und eine leitfähige Überzugsschicht 4, die auf einer Zellenoberfläche 3a wenigstens eines Teils jeder Zelle 3 der Wabenstruktur 2 angeordnet ist, wobei die leitfähige Überzugsschicht 4 elektrisch verbunden ist und kontinuierlich ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, die auf der JP 2018-053319 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 20.3.2018, und auf der JP 2019-005519 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 16.1.2019, basiert, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluidheizkomponente, auf ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente und auf einen Fluidheizkomponentenkomplex und bezieht sich insbesondere auf eine Fluidheizkomponente, die ein Keramikelement, z. B. eine Wabenstruktur, verwendet, um Fluide wie etwa ein Gas und eine Flüssigkeit durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem zu heizen, auf ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente und auf einen Fluidheizkomponentenkomplex, der aus kombinierten Fluidheizkomponenten gebildet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Bisher wird zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs z. B. der Reibungsverlust beim Start eines Motors verringert und eine Reinigungsleistung eines Abgasreinigungskatalysators verbessert. Insbesondere ist unmittelbar nach dem Start des Motors eine Flüssigkeit wie etwa Kühlwasser, Motoröl oder ein Automatikgetriebefluid (ATF) oder der Abgasreinigungskatalysator in einem abgekühlten Zustand, so dass gelegentlich eine Motorleistung nicht ausreichend ausgeübt werden kann. Um solche Probleme zu beseitigen, wird ein Heizsystem genutzt, um die Flüssigkeit, z. B. das Kühlwasser, schnell auf eine geeignete Temperatur zu heizen oder um den Abgasreinigungskatalysator in frühen Phasen zu aktivieren.
In dem Heizsystem werden zum Heizen eines Fluids (eines Fluids wie etwa des Kühlöls oder des Motorenöls oder eines Gases wie etwa eines Abgases) z. B. eine Fluidheizkomponente, die eine aus Keramik hergestellte Wabenstruktur enthält und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und ein Heizkörper wie etwa eine Heizeinrichtung vom Widerstandsheiztyp, eine Heizeinrichtung vom Hochfrequenzheiztyp oder eine Heizeinrichtung vom Verbrennungsheiztyp verwendet (siehe z. B. Patentdokument 1). Die aus Keramik hergestellte Wabenstruktur enthält eine Vielzahl von Zellen, die durch Trennwände definiert sind, wobei die Zellen Durchgangskanäle für das obige Fluid bilden. Somit enthält die Wabenstruktur eine Vielzahl von Zellen, wodurch sich eine Kontaktfläche mit dem Fluid erhöht und wodurch sich die durch den Heizkörper erzeugte Wärme effizient zu dem Fluid ausbreiten kann.
Andererseits ist ein Zersetzungsverfahren bekannt, in dem ein Fluid, das ein Halogenkohlenwasserstoffgas und Anderes enthält, durch einen Träger geleitet wird, während der Träger, der die Leitfähigkeit aufweist, durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem geheizt wird, um bei einer hohen Temperatur eine thermische Zersetzungsbehandlung der Halogenkohlenwasserstoffe auszuführen (siehe z. B. Patentdokument 2). Gemäß diesem Verfahren wird eine Kohlenstoffkeramik wie etwa Siliciumcarbid (SiC), ein rostfreier Stahl oder dergleichen als eine Grundlage des obigen Trägers verwendet und wird darüber hinaus der Träger verwendet, auf den wenigstens ein Metallelement (Element der Gruppe I), das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Gold (Au), Rhodium (Rh) und Nickel (Ni) besteht, und das eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Halogenkohlenwasserstoffgas aufweist, und wenigstens ein Metallelement (Element der Gruppe II), das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Wolfram (W), Chrom (Cr), Eisen (Fe), Molybdän (Mo) und Vanadium (V) besteht, als Katalysatoren geladen sind. Der leitfähige Träger, auf den diese Katalysatoren geladen sind, wird durch die Joule'sche Wärme eines Wirbelstroms geheizt, der durch eine außerhalb angeordnete elektromagnetische Induktionsspule erzeugt wird, so dass das durch den Träger gehende Fluid geheizt werden kann.

[Patentdokument 1] JP-A-2013-238116
[Patentdokument 2] JP-A-2001-54723

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Allerdings besteht die Möglichkeit, dass eine solche Fluidheizkomponente, wie sie oben beschrieben ist, und ein solches Verfahren zum Zersetzen eines Fluids (eines Halogenkohlenwasserstoffgases) durch Heizen, wie es oben beschrieben worden ist, Defekte verursachen, was im Folgenden beschrieben wird. Genauer ist die im Patentdokument 1 beschriebene Fluidheizkomponente aus zwei Elementen gebildet, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, d. h. einer Wabenstruktur, die aus Keramik hergestellt ist, und einem Heizkörper, der hauptsächlich aus einem Metall oder dergleichen hergestellt ist. Folglich nimmt ein Wärmewiderstand in der Umgebung einer Grenze zwischen der Wabenstruktur und dem Heizkörper zu und könnte sich durch den Heizkörper erzeugte Wärme nicht effizient über die Wabenstruktur ausbreiten. Im Ergebnis besteht die Befürchtung, dass eine Heizeffizienz abnimmt.
Darüber hinaus sind die Wabenstruktur und der Heizkörper jeweils aus den unterschiedlichen Materialien hergestellt, so dass eine Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Wabenstruktur und dem Heizkörper während des Heizens ein Problem verursachen könnte. Das heißt, es besteht eine Möglichkeit, dass wegen der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Umgebung der Begrenzung zwischen der Wabenstruktur und dem Heizkörper Spalten, Leerräume und dergleichen erzeugt werden, und es besteht eine Möglichkeit, dass die Heizeffizienz weiter abnimmt. Insbesondere, wenn eine verhältnismäßig große Fluidheizkomponente gebildet ist, könnten die obigen durch die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachten Defekte deutlich sichtbar werden.
Andererseits weist in einer Vorrichtung, die, wie im Patentdokument 2 beschrieben ist, einen leitfähigen Träger verwendet, SiC selbst zur Verwendung als der Träger einen hohen elektrischen Widerstand auf, nimmt eine Wärmeerzeugungseffizienz durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem somit ab und kann eine Temperatur des Trägers gelegentlich nicht schnell auf eine vorgegebene Temperatur ansteigen. Im Ergebnis gibt es z. B. Nachteile, dass viel Zeit erforderlich ist, bis der Katalysator aktiviert wird, und dass viel elektrische Energie erforderlich ist, um die Temperatur bis auf eine vorgegebene Temperatur zu erhöhen.
Zur Beseitigung solcher Probleme wurde angesichts der obigen tatsächlichen Umstände die vorliegende Erfindung entwickelt, wobei ihre Aufgaben sind, eine Fluidheizkomponente, die aus Keramik hergestellt ist und die das effiziente Heizen durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem ermöglicht und die das schnelle Heizen ermöglicht, ohne durch eine Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten beeinflusst zu sein, zu schaffen, einen Fluidheizkomponentenkomplex zu schaffen und ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Fluidheizkomponente, ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente und ein Fluidheizkomponentenkomplex, die im Folgenden beschrieben werden, geschaffen.

[1] Eine Fluidheizkomponente enthält einen porösen Körper, der aus Keramik hergestellt ist und mit Durchgangskanälen gebildet ist, durch die ein Fluid strömt, und eine leitfähige Überzugsschicht, die auf einer Durchgangskanaloberfläche wenigstens eines Teils jedes Durchgangskanals angeordnet ist, wobei die leitfähige Überzugsschicht elektrisch verbunden ist und kontinuierlich ist.
[2] Fluidheizkomponente gemäß dem obigen [1], die ferner eine leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht enthält, die auf der Oberfläche eines Porenabschnitts des porösen Körpers angeordnet ist, wobei die leitfähige Überzugsschicht mit der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht elektrisch verbunden ist und kontinuierlich ist.
[3] Fluidheizkomponente gemäß dem obigen [2], wobei zumindest eine der leitfähigen Überzugsschicht und/oder der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht wenigstens einen Teil der Durchgangskanäle in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung des Fluids ist, in einem ringförmigen kontinuierlichen Zustand gebildet hat.
[4] Fluidheizkomponente gemäß dem obigen [1], wobei die leitfähige Überzugsschicht wenigstens einen Teil der Durchgangskanäle in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung des Fluids ist, in einem ringförmigen kontinuierlichen Zustand gebildet hat.
[5] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [4], wobei der poröse Körper eine Wabenstruktur ist, die Trennwände enthält, die eine Vielzahl von Zellen definieren, die von einer Stirnfläche zu der anderen verlaufen und als die Durchgangskanäle gebildet sind.
[6] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [5], wobei der poröse Körper eine Porosität von 0,1 % bis 60 % aufweist.
[7] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [6], wobei der poröse Körper als eine Hauptkomponente wenigstens eine Keramikkomponente enthält, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Verbundmaterial auf Silicium-Siliciumcarbid-Grundlage, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, einem Verbundmaterial auf Siliciumcarbid-Cordierit-Grundlage, Lithiumaluminiumsilikat, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Magnesiumoxid besteht.
[8] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [7], wobei der poröse Körper eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 W/m · K bis 300 W/m · K aufweist.
[9] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [8], wobei der poröse Körper aus Keramik hergestellt ist, die Siliciumcarbid als eine Hauptkomponente enthält, und ein spezifischer elektrischer Widerstand des porösen Körpers von 0,01 Ωcm bis 10 Ωcm beträgt.
[10] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [9], wobei die leitfähige Überzugsschicht eine Schichtstruktur besitzt und enthält: eine Schicht des stromlosen Plattierens, die mit der Oberfläche des porösen Körpers in Kontakt steht, und wenigstens eine Induktionsheizschicht, die auf der Schicht des stromlosen Plattierens laminiert ist.
[11] Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [10], wobei die leitfähige Überzugsschicht eine Überzugsschichtdicke von 0,1 µm bis 500 µm aufweist.
[12] Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [11], wobei das Herstellungsverfahren einen Schritt des Durchströmens eines Ausgangsstofffluids wie folgt enthält: Durchströmen eines Ausgangsstofffluids eines Gases oder einer Flüssigkeit, das bzw. die Komponenten der leitfähigen Überzugsschicht enthält, entlang der Durchgangskanäle für das Fluid, die in dem aus Keramik hergestellten porösen Körper gebildet sind, und Bilden der leitfähigen Überzugsschicht auf den Oberflächen der Durchgangskanäle.
[13] Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente gemäß dem obigen [12], wobei der poröse Körper eine Wabenstruktur ist, die Trennwände enthält, die eine Vielzahl von Zellen definieren, die von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche verlaufen und als die Durchgangskanäle für das Fluid gebildet sind, wobei das Herstellungsverfahren ferner einen Abdichtschritt des Abdichtens der einen Stirnfläche der Wabenstruktur gemäß einem vorgegebenen Anordnungsstandard und des Abdichtens der restlichen Zellen der anderen Stirnfläche enthält, wobei das Ausgangsstofffluid in dem Schritt des Durchgehens eines Ausgangsstofffluids durch die Wabenstruktur geleitet wird, in der durch den Abdichtschritt Abdichtabschnitte gebildet sind, um die leitfähige Überzugsschicht zu bilden.
[14] Fluidheizkomponentenkomplex, der unter Verwendung der Fluidheizkomponente gemäß einem des obigen [1] bis [11] gebildet ist, und der unter Verwendung einer Vielzahl von prismatischer säulenförmiger Fluidheizkomponenten monolithisch konstruiert ist oder der unter Verwendung wenigstens einer der prismatischen säulenförmigen Fluidheizkomponenten und eines oder einer Vielzahl prismatischer säulenförmiger poröser Körper, die aus Keramik hergestellt sind und mit Durchgangskanälen gebildet sind, durch die ein Fluid strömt, monolithisch konstruiert ist.

Gemäß einer Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung, einem Fluidheizkomponentenkomplex und einem Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente ist es möglich, die Fluidheizkomponente durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem schnell und effizient zu heizen. Im Ergebnis ist es möglich, die Fluidheizkomponente in einem Heizsystem zu nutzen, das sich schnell auf eine Temperatur aufheizen kann, um einen Abgasreinigungskatalysator auch unmittelbar, nachdem ein Fahrzeugmotor gestartet worden ist, zu aktivieren.
Darüber hinaus ist es möglich, Kohlenstoffpartikel, die sich in dem Filter angesammelt haben, unter Verwendung eines elektromagnetischen Induktionsheizsystems abbrennen zu helfen, wenn die Fluidheizkomponente und der Fluidheizkomponentenkomplex gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Filter für die Abgasreinigung einem Kraftfahrzeugmotor genutzt werden.
Insbesondere ist auf Durchgangskanaloberflächen (Zellenoberflächen) eines aus Keramik hergestellten porösen Körpers (einer Wabenstruktur oder dergleichen) eine leitfähige Überzugsschicht angeordnet oder ist auf Innenabschnitten der Trennwände eine Überzugsschicht des leitfähigen Porenabschnitts angeordnet, wobei die Überzugsschicht in einer Schnittfläche des porösen Körpers elektrisch verbunden und kontinuierlich ist, wodurch ein effizientes Induktionsheizen ermöglicht wird. Darüber hinaus tritt kein lokaler Temperaturanstieg auf und es ist möglich, die Befürchtung, dass wegen einer Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem porösen Körper und z. B. der leitfähigen Überzugsschicht ein Defekt auftritt, eine Heizeffizienz abnimmt oder Risse und dergleichen erzeugt werden, zu verringern.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Fluidheizkomponente einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen schematischen Aufbau der Fluidheizkomponente zeigt;
3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die ein anderes Beispiel des Aufbaus der Fluidheizkomponente zeigt;
4A ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel eines Anordnungsmusters einer leitfähigen Überzugsschicht zeigt;
4B ist eine erläuternde Ansicht, die ein anderes Beispiel des Anordnungsmusters der leitfähigen Überzugsschicht zeigt;
4C ist eine erläuternde Ansicht, die ein nochmals anderes Beispiel des Anordnungsmusters der leitfähigen Überzugsschicht zeigt;
5A ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel eines Anordnungsmusters einer Überzugsschicht des leitfähigen Porenabschnitts zeigt;
5B ist eine erläuternde Ansicht, die ein anderes Beispiel des Anordnungsmusters einer Überzugsschicht des leitfähigen Porenabschnitts zeigt;
5C ist eine erläuternde Ansicht, die ein nochmals anderes Beispiel des Anordnungsmusters der Überzugsschicht des leitfähigen Porenabschnitts zeigt;
6 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel einer inkompatiblen Fluidheizkomponente zeigt;
7 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der inkompatiblen Fluidheizkomponente zeigt;
8 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Fluidheizkomponente zeigt;
9 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens eines anderen Beispiels eines Aufbaus der Fluidheizkomponente zeigt;
10 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die einen schematischen Aufbau eines Fluidheizkomponentenkomplexes zeigt;
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau des Fluidheizkomponentenkomplexes aus 10 zeigt;
12 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein anderes Beispiel des schematischen Aufbaus des Fluidheizkomponentenkomplexes zeigt;
13 ist eine perspektivische Ansicht, die den schematischen Aufbau des Fluidheizkomponentenkomplexes aus 12 zeigt;
14 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Induktionsheiz-Testvorrichtung und einen schematischen Aufbau der Temperaturmessung zeigt;
15 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht, die ein Beispiel der schematischen Konfiguration einer Oberflächenschicht und einer leitfähigen Überzugsschicht, die auf einer Trennwand einer Wabenstruktur gebildet sind, zeigt;
16 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht, die ein Beispiel der schematischen Konfiguration der Oberflächenschicht und der leitfähigen Überzugsschicht, die auf der Trennwand der Wabenstruktur gebildet sind, zeigt; und
17 ist eine erläuternde schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Schnittfläche eines Fluids und der Bildung der leitfähigen Überzugsschicht der Wabenstruktur zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Beschreibung hinsichtlich Ausführungsformen einer Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung, eines Herstellungsverfahrens der Fluidheizkomponente und eines Fluidheizkomponentenkomplexes gegeben. Es wird angemerkt, dass die Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung, das Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente und der Fluidheizkomponentenkomplex nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt sind und dass Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen und dergleichen hinzugefügt werden können, ohne von dem Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Fluidheizkomponente
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, enthält eine Fluidheizkomponente 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine aus Keramik hergestellte Wabenstruktur 2 und eine leitfähige Überzugsschicht 4, die auf Zellenoberflächen 3a (die Durchgangskanaloberflächen der vorliegenden Erfindung entsprechen) von Zellen 3, die Durchgangskanäle der Wabenstruktur 2 bilden, angeordnet ist.
Darüber hinaus ist die leitfähige Überzugsschicht 4 in einer Schnittfläche der Wabenstruktur 2, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung (die einer Richtung von der Vorderseite einer Papieroberfläche in die Tiefe der Papieroberfläche in 2 entspricht) eines Fluids F (siehe 1), d. h. einer Axialrichtung A (siehe 1) der Wabenstruktur 2, ist, in der Weise überzogen, dass sie jede Zellenoberfläche 3a der Wabenstruktur 2 in einem Zustand, in dem die leitfähige Überzugsschicht elektrisch verbunden und kontinuierlich ist, ringförmig umgibt.
Der „elektrisch verbundene und kontinuierliche“ Zustand ist in der vorliegenden Beschreibung in der Weise definiert, dass er angibt, dass die leitfähigen Überzugsschichten nicht in einer „aussetzend“ verstreuten Weise vorhanden sind und dass alle Schichten elektrisch verbunden sind, um den Durchgang eines Stroms zu ermöglichen. 2 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht einer Schnittfläche der Fluidheizkomponente 1, die entlang der Richtung senkrecht zu der Axialrichtung A der Wabenstruktur 2 geschnitten ist. Darüber hinaus braucht die leitfähige Überzugsschicht 4, die auf jeder Zellenoberfläche 3a angeordnet ist, nicht notwendig über die gesamte Zellenoberfläche 3a der Wabenstruktur 2 überzogen zu sein, sondern sie kann eine ringförmige Form (eine Ringform) besitzen, um wenigstens in einem Teil der Schnittfläche den elektrisch verbundenen Zustand aufzuweisen (Einzelheiten werden später beschrieben).
Die Wabenstruktur 2 entspricht in der Fluidheizkomponente 1 der vorliegenden Erfindung einem aus Keramik hergestellten porösen Körper. Ferner ist die Wabenstruktur 2 genauer eine Struktur, die eine im Wesentlichen runde Säulenform besitzt und Gittertrennwände 6 enthält, die eine Vielzahl von Zellen 3 definieren, die von einer Stirnfläche 5a zu der anderen Stirnfläche 5b verlaufen und als Durchgangskanäle für das Fluid F gebildet sind.
Somit enthält die Wabenstruktur 2 als der poröse Körper einen solchen Aufbau, so dass das von einer Stirnfläche 5a der Wabenstruktur 2 der Fluidheizkomponente 1 in die Komponente eingeleitete Fluid F durch die Zellen 3 in der Wabenstruktur 2 strömt und von der anderen Stirnfläche 5b ausgestoßen wird. Es wird angemerkt, dass der poröse Körper in der Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung nicht auf die im Wesentlichen runde säulenförmige Wabenstruktur 2, die z. B. in 1 gezeigt ist, beschränkt ist und dass es an den porösen Körper keine besondere Beschränkung gibt, solange der poröse Körper die Durchgangskanäle für das Fluid F, die den Zellen 3 entsprechen, enthält und den Aufbau aufweist, bei dem auf den Durchgangskanaloberflächen die leitfähige Überzugsschicht 4 angeordnet ist.
Die Wabenstruktur 2 ist porös und enthält in den Trennwänden 6, die die Zellen 3 definieren, eine Vielzahl von feinen Porenabschnitte (nicht gezeigt). Somit kann die Wabenstruktur eine Fluidheizkomponente 1a bilden, die entlang den Zellenoberflächen 3a mit einer leitfähigen Überzugsschicht 4 gebildet ist und auf den Oberflächen der Porenabschnitte in den Trennwänden 6 eine leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 enthält (siehe 3). Es wird angemerkt, dass 3 die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 schematisch durch Schraffur zeigt. In diesem Fall ist es erwünscht, dass die auf den Zellenoberflächen 3a gebildete leitfähige Überzugsschicht 4 mit der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 elektrisch verbunden ist.
Wenn die leitfähige Überzugsschicht 4 und die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in einem Zustand überzogen sind, in dem sie mit der porösen Wabenstruktur 2 elektrisch verbunden sind, ist es bevorzugt, dass an der Schnittfläche, die entlang einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung der Wabenstruktur 2 geschnitten ist, eine elektrisch verbundene Schleife vorhanden ist. Die Form der Schleife, in einem der Schnittfläche zugewandten Zustand gesehen, ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. irgendeine Form sein, die aus einer Kreisform, aus einer elliptischen Form, aus einer Dreiecks-, aus einer Vierecks-, aus einer Sechseck-, aus einer anderen Mehreckform und dergleichen gewählt ist.
Darüber hinaus ist es bevorzugter, dass die Schleife eine Schleife ist, deren langer Durchmesser, in einem der Schnittfläche zugewandten Zustand gesehen, groß ist. Durch Erhöhen des langen Durchmessers der Schleife kann eine Frequenz bei dem Induktionsheizen unterdrückt werden. Falls die Frequenz verringert wird, besitzt das einen Vorteil, dass es leicht ist, eine größere Ausgangsleistung anzuwenden. Der lange Durchmesser der Schleife beträgt hier z. B. vorzugsweise 5 mm oder mehr, bevorzugter 10 mm oder mehr und nochmals bevorzugter 20 mm oder mehr. Darüber hinaus beträgt der lange Durchmesser der Schleife 15 mm oder mehr und bevorzugter 20 mm oder mehr, wenn die Frequenz des Induktionsheizens auf 30 kHz als ein niedriger Wert eingestellt ist.
Außerdem zeigen 1 bis 3 die Fluidheizkomponenten 1 und 1a, die jeweils die leitfähige Überzugsschicht 4 und/oder die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 für jede gesamte Zelle 3 der Wabenstruktur 2 enthalten, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Das heißt, in der Schnittfläche der Wabenstruktur 2, die entlang einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung der Wabenstruktur 2 geschnitten ist, können die leitfähige Überzugsschicht 4 und/oder die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in einem spezifischen Gebiet angeordnet sein und können die leitfähige Überzugsschicht 4 oder dergleichen in dem Restgebiet nicht angeordnet sein.
Folglich ist es möglich, die gesamte Fluidheizkomponente effizient zu heizen, wenn die Fluidheizkomponente durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem geheizt wird. Ein auf diese Weise zu heizendes Gebiet ist ebenfalls gemäß der Anwesenheit/Abwesenheit der leitfähigen Überzugsschicht 4 einstellbar. Es wird angemerkt, dass die Zellenoberflächen 3a (die Durchgangskanaloberflächen) der Zellen 3 in der Schnittfläche der leitfähigen Überzugsschicht 4 in jedem Gebiet elektrisch verbunden sein müssen, selbst wenn die leitfähige Überzugsschicht 4 oder dergleichen in dem obigen spezifischen Gebiet angeordnet ist.
Wenn die leitfähige Überzugsschicht nicht elektrisch verbunden und nicht kontinuerlich ist, d. h., wenn die Schicht die „aussetzende leitfähige Überzugsschicht“ ist, kann unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung mit einer besonders niedrigen Frequenz (Wellenlänge) keine ausreichende Heizeffizienz erhalten werden. Andererseits kann die Fluidheizkomponente der vorliegenden Ausführungsform den obigen Mangel beseitigen und die ausreichende Heizeffizienz erhalten.
Die Wabenstruktur 2 enthält die vorgegebene Keramik als eine Hauptkomponente, so dass es möglich ist, die Wärmeleitfähigkeit der Trennwände 6 zu erhöhen, und außerdem möglich ist, z. B. ein effizientes Heizen des Fluids F auszuführen. Es soll angemerkt werden, dass „die Hauptkomponente“ in der vorliegenden Beschreibung als eine Komponente definiert ist, die nicht weniger als 50 Masse-% oder mehr in der Wabenstruktur enthält und die außerdem z. B. eine Metallverbundkeramik enthält.
Es ist bevorzugt, dass eine Porosität der porösen Keramik in einem Bereich von 0,1 % bis 60 % liegt, wobei eine bevorzugte Porosität in Übereinstimmung mit dem Entwurf geeignet gewählt werden kann. Es wird angemerkt, dass die Porosität durch das Archimedes-Verfahren oder mit einem von der Micromeritics Instrument Corp. hergestellten Quecksilberporosimeter (z. B. AutoPore 9500 (Handelsname)) gemessen werden kann.
Darüber hinaus können als die obigen Keramiken verschiedene Materialien wie etwa gut bekanntes Cordierit, Siliciumcarbid, ein Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, ein Verbundmaterial auf Siliciumcarbid-Cordierit-Grundlage und ein Lithiumaluminiumsilikat und zusätzlich Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Magnesiumoxid verwendet werden. Insbesondere, wenn die Wärmeleitungseigenschaften für das Fluid F berücksichtigt werden, ist es geeignet, eine Hauptkomponente zu verwenden, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Magnesiumoxid und anderen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, besteht. Darüber hinaus gibt es einen Vorteil, dass die Wabenstruktur außer der obigen Wärmeleitfähigkeit eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, wenn die Wabenstruktur 2 als die Hauptkomponente Siliciumcarbid enthält.
Zusätzlich können als ein Material eines Substrats, das die Wabenstruktur 2 bildet, z. B. mit Si imprägniertes SiC, mit (Si + AI) imprägniertes SiC, ein Metallverbundwerkstoff-SiC, rekristallisiertes SiC, Si₃N₄ oder SiC genutzt werden. Um die hohe Wärmeleitfähigkeit zu erhalten, ist es hier ferner geeignet, die Porosität der Wabenstruktur 2 (des porösen Körpers), die als die Hauptkomponente Siliciumcarbid enthält, zu verringern.
Genauer ist die Porosität der Wabenstruktur 2 vorzugsweise auf 10 % oder weniger, bevorzugter auf 5 % oder weniger und noch bevorzugter auf 2 % oder weniger eingestellt und ist sie insbesondere geeignet, das obige mit Si imprägnierte SiC oder mit (Si + AI) imprägnierte SiC zu nutzen. Das SiC selbst weist die hohe Wärmeleitfähigkeit auf und ist dadurch charakterisiert, dass es leicht Wärme abstrahlt, wobei die Wabenstruktur im Fall des mit Si imprägnierten SiC aber in der Weise hergestellt sein kann, dass sie die obige Porosität und eine ausreichende Festigkeit aufweist.
Zum Beispiel beträgt im Fall des üblichen Siliciumcarbids seine Wärmeleitfähigkeit etwa 20 W/m · K, wobei die Wärmeleitfähigkeit aber auf etwa 150 W/m · K eingestellt sein kann, wenn die Porosität auf 2 % oder weniger eingestellt ist. Es wird angemerkt, dass die obige Porosität durch das Archimedes-Verfahren gemessen wird.
Die obige Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur 2 liegt hier in dem Bereich von 0,1 W/m · K bis 300 W/m · K und bevorzugter von 100 W/m · K oder mehr. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt bevorzugter von 120 W/m · K bis 300 W/m · K und am meisten bevorzugt von 150 bis 300 W/m · K. Wenn die Wärmeleitfähigkeit in dem obigen Bereich eingestellt wird, verbessern sich die Wärmeleitungseigenschaften geeignet, kann Wärme effizient in die Wabenstruktur 2 übertragen werden und kann das Fluid F schnell geheizt werden.
Außerdem liegt eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von 0,01 Ωcm bis 10 Ωcm und bevorzugter 1 Ωcm oder weniger, wenn die Wabenstruktur 2 aus Siliciumcarbid hergestellt ist. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt bevorzugter 0,1 Ωcm oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 Ωcm oder weniger. Folglich ist es möglich, die Heizeffizienz durch das elektromagnetische Induktionsheizsystem zu erhöhen.
Die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Struktur sein, in der ein Katalysator auf/in die Oberfläche und/oder die Poren der Trennwand geladen ist. Auf diese Weise kann die Wabenstruktur 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein Katalysatorträger, in den ein Katalysator geladen ist, oder als ein Filter (z. B. als ein Dieselpartikelfilter (im Folgenden auch „DPF“ genannt) und als ein Benzinpartikelfilter), der mit Abdichtabschnitten versehen ist, zum Reinigen von Feinstaubpartikeln (Kohlenstoffpartikein) in Abgas konfiguriert sein.
Es wird angemerkt, dass gemäß dieser Verwendungsanwendung als eine Porosität des porösen Körpers (der Wabenstruktur 2 oder dergleichen) eine geeignet hohe Porosität gewählt werden kann. Zum Beispiel ist es im Fall der Verwendung der Wabenstruktur 2 als ein Katalysatorträger für ein Fahrzeug oder als ein Abgasreinigungsfilter bevorzugt, dass die Wabenstruktur eine vorgegebene Keramik als eine Hauptkomponente enthält, um die Porosität in einen Bereich von 30 bis 60 % einzustellen. Wenn die Porosität kleiner als 30 % ist, kann ein Katalysator nicht effizient geladen werden oder verschlechtert sich eine Funktion des Filters unvorteilhaft. Darüber hinaus wird die Festigkeit nicht ausreichend erzielt und verschlechtert sich nachteilig die Haltbarkeit, wenn die Porosität größer als 60 % ist.
Andererseits nimmt im Fall der Bildung des porösen Körpers unter Verwendung von Cordierit als die Hauptkomponente im Vergleich zum Fall der Bildung der Wabenstruktur unter Verwendung von Siliciumcarbid als die Hauptkomponente die Wärmeleitfähigkeit ab, während ein Wärmeausdehnungskoeffizient aber minimiert werden kann. Darüber hinaus ist die spezifische Wärme klein, so dass der poröse Körper eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit aufweisen kann. Folglich ist es möglich, die Erzeugung von Rissen während des Heizens zu verhindern und besitzt der poröse Körper außerdem einen Vorteil, wegen seines kleinen spezifischen Gewichts einen schnellen Temperaturanstieg zu ermöglichen.
Im Fall der Bildung des porösen Körpers unter Verwendung von Cordierit als die Hauptkomponente ist es hier bevorzugt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient 0,1 ppm/K oder mehr und 2 ppm/K oder weniger beträgt. Es wird angemerkt, dass als ein Messverfahren des Wärmeausdehnungskoeffizienten z. B. ein Verfahren des Ausschneidens eines Probestücks mit einer Länge von 10 mm oder mehr entlang der Durchgangsrichtung des Fluids F und das eine Fläche von 1 mm² oder mehr und 100 mm² oder weniger eines Querschnitts, der eine Richtung senkrecht zu dieser Durchgangsrichtung enthält, aufweist aus dem porösen Körper und des Messens des Wärmeausdehnungskoeffizienten dieses Probestücks in der Durchgangsrichtung mit einem thermischen Differentialdilatometer unter Verwendung von Quarz als einer Standardvergleichsprobe genutzt werden kann.
Wenn eine Wabenstruktur 40 als ein Katalysatorträger oder als ein Abgasreinigungsfilter für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, kann wenigstens ein Abschnitt einer Trennwandoberfläche 41a einer Trennwand 41 davon eine Oberflächenschicht 42 enthalten, die Atmungsaktivität aufweist. Das Material der Oberflächenschicht 42 ist nicht besonders beschränkt und kann bei Bedarf unter Materialien wie etwa Keramik, Metall und CMC (Keramik-Matrix-Verbund) (siehe 15 und 16) geeignet gewählt werden. 15 bzw. 16 sind hier teilweise vergrößerte Seitenansichten, die Beispiele der schematischen Konfiguration der Oberflächenschicht 42 und einer leitfähigen Überzugsschicht 43, die auf der Trennwand 41 der Wabenstruktur 40 gebildet ist, zeigen.
Die Oberflächenschicht 42 kann eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten sein. Die Oberflächenschicht 42 kann auf der leitfähigen Überzugsschicht 43, die auf der Trennwandoberfläche 41a der Trennwand 41 (siehe 15) gebildet ist, gebildet sein oder die leitfähige Überzugsschicht 43 kann auf der Oberflächenschicht 42, die auf der Trennwandoberfläche 41a der Trennwand 41 gebildet ist (siehe 16), gebildet sein. Dass sie Atmungsaktivität aufweist, bedeutet hier, dass die Permeabilität der Oberflächenschicht 42 1,0 · 10^-13 m² oder mehr beträgt. Unter dem Gesichtspunkt der weiteren Verringerung des Druckverlusts ist es bevorzugt, dass die Permeabilität 1,0 . 10^-12 m² oder mehr beträgt. Da die Oberflächenschicht 42 Atmungsaktivität aufweist, kann der Druckverlust wegen der Oberflächenschicht 42 unterdrückt werden.
In der vorliegenden Patentschrift bedeutet „Permeabilität“ den Wert einer physikalischen Eigenschaft, die durch die folgende Gleichung 1 berechnet wird, und ist sie ein Angabewert, der einen Durchgangswiderstand angibt, wenn vorgegebenes Gas durch ein entsprechendes Objekt (eine Trennwand) strömt. In der folgenden Gleichung 1 gibt hier C eine Permeabilität (m²) an, gibt F einen Gasdurchfluss (cm³/s) an, gibt T eine Probendicke (cm) an, gibt V eine Gasviskosität (Dyn · s/cm²) an, gibt D einen Probendurchmesser (cm) an und gibt P einen Gasdruck (PSI) an. Außerdem geben die Zahlenwerte in der folgenden Gleichung 1 „13,839 (PSI) = 1 (atm)“ und „68947,6 (Dyn · s/cm²) = 1 (PSI)“ an.
$C = \frac{8 FTV}{π D^{2} (P^{2} - {13,839}^{2}) / 13,839 \cdot 68947,6} \cdot 10^{- 4}$
Wenn die Permeabilität gemessen wird, wird durch Ausschneiden der Trennwand 41 mit der Oberflächenschicht 42 die Permeabilität in dem Zustand gemessen, in dem die Oberflächenschicht 42 vorhanden ist, und wird daraufhin die Permeabilität in dem Zustand gemessen, in dem die Oberflächenschicht 42 abgeschabt ist, und wird aus diesen Messergebnissen der Permeabilität und aus einem Verhältnis zwischen der Dicke der Oberflächenschicht 42 und der Dicke der Trennwand 41 die Permeabilität der Oberflächenschicht 42 berechnet.
Außerdem gibt es keine besonderen Beschränkungen an eine Form der Zellen der Wabenstruktur und kann die Zellenform aus der Gruppe, die aus einer runden Form, aus einer elliptischen Form und aus mehreckigen Formen wie etwa einer Dreieckform, einer Viereckform und einer Sechseckform besteht, beliebig gewählt werden. Zum Beispiel kann eine Wabenstruktur verwendet werden, in der Zellen radial angeordnet sind und auf den Oberflächen der Durchgangskanäle, durch die ein Fluid in der Wabenstruktur geht, eine leitfähige Überzugsschicht gebildet sein kann. Alternativ kann eine Wabenstruktur verwendet werden, die Stirnflächen mit einer Torusform enthält (nicht gezeigt). Außerdem können eine Außenform der Wabenstruktur, eine Außenumfangswanddicke, eine Innenumfangswanddicke, eine Zellendichte, eine Trennwanddicke der Trennwände, eine Trennwanddichte und andere beliebig eingestellt werden.
Wenn die Wabenstruktur auf den Oberflächen der Durchgangskanäle, durch die das Fluid geht, die leitfähige Überzugsschicht 4 enthält, braucht die Wabenstruktur die leitfähigen Überzugsschichten 4 nicht notwendig auf allen Oberflächen der Durchgangskanäle (der Zellen 3) zu enthalten und kann sie die leitfähigen Überzugsschichten 4 auf einem Teil der Oberfläche jedes Durchgangskanals enthalten. In diesem Fall können die Zellen 3, die mit den leitfähigen Überzugsschichten 4 gebildet werden sollen, auf der Grundlage eines vorgegebenen Musters beliebig bestimmt werden (siehe 4A, 4B und 4C). 4A und andere zeigen hier schematisch die Ausschnittoberfläche der Fluidheizkomponente 1.
4A zeigt einen Fall, in dem angenommen ist, dass das Fluid in der Umgebung des Zentrums der Fluidheizkomponente 1 leicht fließt, und zeigt, dass die leitfähige Überzugsschicht 4 nur auf den Oberflächen der in der Umgebung des Zentrums positionierten Zellen 3 gebildet ist. Folglich ist es möglich, das in der Umgebung des Zentrums strömende Fluid effizient zu heizen. Andererseits zeigt sowohl 4B als auch 4C einen Fall, in dem vorhergesagt wird, dass sich eine Temperatur in der Umgebung eines Umfangs der Fluidheizkomponente 1 durch Induktionsheizen besonders erhöht. In diesem Fall wird in der Anordnung der jeweiligen leitfähigen Überzugsschichten 4 zwischen der Umgebung des Zentrums der Fluidheizkomponente 1 (einem Innenabschnitt) und der Umgebung des Umfangs davon (einem Außenabschnitt) ein Heizgleichgewicht betrachtet. Folglich können die leitfähigen Überzugsschichten 4 in der Anordnung der leitfähigen Überzugsschichten 4 entlang des vorgegebenen Musters regelmäßig angeordnet sein oder können die mit den leitfähigen Überzugsschichten 4 zu versehenden Zellen 3 zufällig gewählt werden. Darüber hinaus kann eine Dicke jeder Überzugsschicht beliebig geändert werden, wenn die leitfähige Überzugsschicht 4 auf der Oberfläche jeder Zelle 3 angeordnet ist. Das heißt, eine Überzugsschichtdicke der auf der Oberfläche jeder Zelle 3 in der Umgebung des Umfangs angeordneten leitfähigen Überzugsschicht 4 kann kleiner (oder größer) als die Überzugsschichtdicke der auf der Oberfläche jeder Zelle 3 in der Umgebung des Zentrums angeordneten leitfähigen Überzugsschicht 4 eingestellt werden. Folglich kann das Heizgleichgewicht zwischen der Umgebung des Zentrums und der Umgebung des Umfangs weiter eingestellt werden.
Wenn die leitfähige Überzugsschicht 4 z. B. auf den Oberflächen aller Durchgangskanäle (Zellen 3) angeordnet ist, besteht eine Möglichkeit des Auftretens eines Phänomens, dass die leitfähige Überzugsschicht 4 in der Umgebung einer Induktionsheizspule effizient geheizt wird und dass die Heizeffizienz der leitfähigen Überzugsschicht 4 des Innenabschnitts (der Umgebung des Zentrums) der Fluidheizkomponente 1 abnimmt. Dies ist so, da vorhergesagt wird, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, das ein durch die Induktionsheizspule erzeugtes Magnetfeld abstößt, und dass sich die Magnetfelder kompensieren, wenn der Strom durch die leitfähige Überzugsschicht fließt. Somit ist die leitfähige Überzugsschicht 4 im Fall eines besonderen Heizens an der Innenseite der Fluidheizkomponente 1 nicht auf den Oberflächen der Teile der Zellen 3 in der Umgebung des Umfangs angeordnet, so dass die oben erwähnte Kompensationserscheinung der Magnetfelder nicht auftritt. Alternativ kann ein Gebiet, das mit der leitfähigen Überzugsschicht 4 versehen ist, lokal begrenzt sein, so dass das durch die Induktionsheizspule erzeugte Magnetfeld den Innenabschnitt der Fluidheizkomponente 1 erreicht.
Andererseits kann die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht in allen Porenabschnitten gebildet sein, wenn die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 auf einer Innenseite des Porenabschnitts (einer Poreninnenumfangsfläche) des porösen Körpers (der Wabenstruktur 2) angeordnet ist. Alternativ kann die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 wenigstens in Teilen der Porenabschnitte gebildet sein. In diesem Fall können die Positionen der Gebiete (der Trennwände 6), die mit der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 versehen werden sollen, auf der Grundlage des vorgegebenen Musters (siehe 5A, 5B und 5C) beliebig ausgelegt sein. 5A und andere zeigen hier schematisch die Schnittfläche der Fluidheizkomponente 1.
In dem in 5A gezeigten Beispiel ist die leitfähige Überzugsschicht 4 nur in den Zellen 3 in der Umgebung des Zentrums der Fluidheizkomponente 1 angeordnet und ist die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in den Trennwänden 6, die die Zellen 3 definieren, nicht angeordnet. Darüber hinaus ist sowohl die leitfähige Überzugsschicht 4 als auch die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in einem Außengebiet (einem Zwischengebiet) von der Umgebung des Zentrums angeordnet und ist darüber hinaus die leitfähige Überzugsschicht 4 wieder nur in der Umgebung des Umfangs der Fluidheizkomponente 1 angeordnet. Im Gegensatz zu dem Beispiel aus 5A sind in dem Beispiel aus 5B auf den Oberflächen der Zellen 3 in der Umgebung des Zentrums die leitfähige Überzugsschicht 4 und die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 angeordnet und sind dann in der Umgebung des Umfangs abwechselnd ein Gebiet nur der leitfähigen Überzugsschicht 4 und ein Gebiet der leitfähigen Überzugsschicht 4 + der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 angeordnet. 5C zeigt ein anderes Beispiel eines mit der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 gebildeten Gebiets. In diesen Beispielen wird die Einstellung des Heizgleichgewichts zwischen der Umgebung des Zentrums und der Umgebung des Umfangs auf dieselbe Weise erzielt, wie in der Fluidheizkomponente 1, z. B. in 4A, gezeigt ist.
Die leitfähige Überzugsschicht 4 und die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 (im Folgenden als „die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere“ bezeichnet) können auf den Zellenoberflächen 3a der Zellen 3 der Wabenstruktur 2 durch ein gut bekanntes Verfahren wie etwa ein Plattierungsverfahren, ein Aufdampfverfahren, ein Metallisierungsverfahren oder ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) gebildet werden. Zur gleichförmigen Verringerung der Überzugsschichtdicke, um die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere zu bilden, die keine Defekte aufweisen, ist es bevorzugt, das Plattierungsverfahren oder das CVD-Verfahren zu nutzen. Es wird angemerkt, dass ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente, das ein Bildungsverfahren der leitfähigen Überzugsschicht 4 und anderer enthält, später ausführlich beschrieben wird.
An ein Material, das die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere bildet, gibt es keine besonderen Beschränkungen, wobei aber z. B. im Fall des Plattierungsverfahrens gut bekannte Materialien wie etwa Ni, Ni-P, Ni-Fe, Ni-W, Ni-B-W, Ni-Co, Ni-Cr, Ni-Cd, Ni-Zn, Cr, ein anderer mit Chromat behandelter Überzug, Co-W, Fe-W, Fe-Cr, Cr-C und Zn-Fe kombiniert und verwendet werden können.
Darüber hinaus sind außer den obigen Materialien Metallelemente wie etwa Zinn (Sn), Zink (Zn), Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Rhodium (Rh), Palladium (Pd) und Cadmium (Cd) verwendbar. Außerdem können bei Bedarf Carbide (Siliciumcarbid, Wolframcarbid, Chromcarbid, Borcarbid usw.), Oxide (Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid, Wolframoxid, Titandioxid, Molybdändioxid usw.), Grafit, Bornitrid und verschiedene funktionelle Partikel abgelagert werden. Darüber hinaus ist eine der bevorzugten Konfigurationen, bei Bedarf eine Abdichtbehandlung auszuführen. Somit wird die Abdichtbehandlung ausgeführt, um die Wärmebeständigkeit, Rostschutzeigenschaften und dergleichen zu verbessern, und ist es möglich, die Haltbarkeit der Fluidheizkomponente zu verbessern.
Andernfalls gibt es im Fall der Bildung der leitfähigen Überzugsschicht 4 und anderer durch das CVD-Verfahren keine besonderen Beschränkungen an das Verfahren, wobei aber z. B. ein Metall-CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren, ein thermisches CVD-Verfahren oder dergleichen verwendbar sind.
Wie hier bereits beschrieben wurde, müssen wenigstens ein Teil der leitfähigen Überzugsschicht 4 und anderer entlang der Zellenoberflächen 3a (der Durchgangskanaloberflächen) der Zellen 3 der Wabenstruktur 2 in der Schnittfläche der Wabenstruktur 2, die senkrecht zu der Durchgangsrichtung des Fluids F (der Axialrichtung A der Wabenstruktur 2) ist, elektrisch verbunden sein (siehe 2). Wie oben beschrieben wurde, wird die Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung durch das elektromagnetische Induktionsheizsystem von außen geheizt, wobei in der Fluidheizkomponente 1 selbst kein Heizmittel angeordnet ist.
Somit ist es wegen der Vergrößerung oder Verteuerung einer elektromagnetischen Induktionsheizvorrichtung für ein Produkt für den Fahrzeugeinbau eines Kraftfahrzeugs usw. nicht bevorzugt, wenn entlang der Zellenoberflächen 3a ein Gebiet vorhanden ist, das nicht elektrisch verbunden ist (das elektrisch unterbrochen und aussetzend ist), da eine Heizgeschwindigkeit wegen der schlechten Effizienz des Induktionsheizens in dem Gebiet niedrig wird und somit mehr Ausgangsleistung erforderlich ist oder eine beträchtlich höhere Frequenz erforderlich ist, um auf eine vorgegebene Temperatur zu heizen. Darüber hinaus besteht eine Möglichkeit des Auftretens eines Defekts, so dass ein lokales Heizen oder eine elektrische Entladung erzeugt wird. Um diese Situationen zu verhindern, in der gesamten Fluidheizkomponente 1 ein gleichmäßiges effizientes Heizen zu ermöglichen und das Auftreten der elektrischen Entladung zu verhindern, ist wenigstens ein Teil des Gebiets entlang der Zellenoberflächen 3a elektrisch verbunden. Aus einem ähnlichen Grund wie dem obigen Grund ist es notwendig, dass die leitfähige Überzugsschicht 4 und die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 elektrisch verbunden sind.
6 und 7 zeigen hier Beispiele inkompatibler Fluidheizkomponenten 10a bzw. 10b. Genauer ist im Fall der Fluidheizkomponente 10a aus 6 eine leitfähige Überzugsschicht 12a zum Überziehen von Zellenoberflächen 11a der Zellen 11 gebildet, wobei die leitfähige Überzugsschicht 12a aber in einem Teil der Zellenoberfläche 11a unterbrochen ist und eine Schnittfläche der Fluidheizkomponente keine Ringform aufweist. Das heißt, die leitfähige Überzugsschicht 12a ist über einen vorgegebenen Raum diskontinuierlich gebildet.
Andererseits ist im Fall von 7 eine leitfähige Überzugsschicht 12b zum Überziehen einer Zellenoberfläche 11b jeder Zelle 11 in einer Schnittfläche der Fluidheizkomponente diskontinuierlich gebildet und ist eine leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 14, die in einem Porenabschnitt (nicht gezeigt) einer Trennwand 13 gebildet ist, mit der leitfähigen Überzugsschicht 12b nicht elektrisch verbunden. Das heißt, dieses Beispiel weist einen ähnlichen Zustand wie das aus 6 auf. Folglich tritt beim Heizen durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem während des Heizens der Fluidheizkomponente 10a oder 10b eine lokale Abweichung einer Temperaturverteilung auf und kann die gesamte Fluidheizkomponente 10a oder 10b nicht gleichförmig geheizt werden.
Darüber hinaus können die leitfähige Überzugsschicht 4 und/oder die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 eine Mehrschichtstruktur besitzen. Zum Beispiel kann die Überzugsschicht aus einer Verankerungsschicht, die an der Zellenoberfläche 3a jeder Zelle 3 der Wabenstruktur 2 anliegt, und aus wenigstens einer überlagernden Schicht, die auf die Verankerungsschicht geschichtet ist, gebildet sein. Es wird angemerkt, dass zum geeigneten Einstellen der Verbindungseigenschaften an die Zellenoberflächen 3a der Zellen 3 der Wabenstruktur 2 die obige Verankerungsschicht besonders bevorzugt eine Schicht des stromlosen Plattierens ist, die durch stromloses Plattieren gebildet wird und die eine gute Kompatibilität mit einem Keramikmaterial, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine niedrige Härte aufweist und die mit dem als das Substrat bei einer hohen Temperatur gebildeten Keramikmaterial (Siliciumcarbid, Cordierit oder dergleichen) nicht reagiert.
Andererseits kann jede überlagernde Schicht, die auf die obige Schicht des stromlosen Plattierens geschichtet ist, spezialisierte Eigenschaften aufweisen, die für die leitfähige Überzugsschicht 4 oder für die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 erforderlich sind. Zum Beispiel können die überlagerten Schichten wenigstens eine Induktionsheizschicht, die aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, um das elektromagnetische Induktionsheizen auszuführen, enthalten, und können sie ferner eine wärmebeständige Schicht enthalten, die der Induktionsheizschicht überlagert ist und die wenigstens ein Metallelement enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cr, Si, AI, Ni, W, B, Au, Rd, PD und Pt, die eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit aufweisen, besteht. Folglich kann die gesamte leitfähige Überzugsschicht eine Wirkung erzeugen, dass die Schicht z. B. hinsichtlich der Verbindungseigenschaften an den porösen Körper, der Heizeigenschaften und der Wärmebeständigkeit ausgezeichnet ist. Es wird angemerkt, dass 1 bis 11 jede der leitfähigen Überzugsschicht 4 und anderer als eine einzelne Schicht zeigen, um die Zeichnungen zu vereinfachen.
Die Überzugsschichtdicke der leitfähigen Überzugsschicht 4 beträgt von 0,1 µm bis 500 µm, bevorzugter von 0,3 µm bis 200 µm, noch bevorzugter von 0,5 µm bis 50 µm und besonders bevorzugt von 0,5 µm bis 10 µm. Wenn die Überzugsschichtdicke der leitfähigen Überzugsschicht 4 in dem obigen Bereich eingestellt ist, ist es möglich, ein Ablösen von den Zellenoberflächen 3a oder Risse der Wabenstruktur 2 ebenfalls wegen einer Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der leitfähigen Überzugsschicht und der Wabenstruktur 2 zu verhindern. Wenn die Überzugsschichtdicke übermäßig groß ist, tritt ein Defekt wie etwa die obige Ablösung leicht auf, nimmt eine Wärmekapazität mehr als notwendig zu und nimmt ein Widerstand ab. Somit könnten sich die Heizeffizienz oder die Heizgeschwindigkeit verschlechtern. Andererseits tritt das Problem auf, dass sich die Heizeffizienz durch das elektromagnetische Induktionsheizsystem deutlich verschlechtert, wenn die Überzugsschichtdicke übermäßig klein ist. Somit ist es notwendig, die Überzugsschichtdicke der leitfähigen Überzugsschicht 4 in dem obigen Bereich einzustellen.
Es wird angemerkt, dass eine Überzugsschichtdicke der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 mit der oben erwähnten Mehrschichtstruktur von 0,1 µm bis 10 µm, bevorzugter von 0,1 µm bis 5 µm, noch bevorzugter von 0,3 µm bis 3 µm und besonders bevorzugt von 0,5 µm bis 1 µm beträgt. Wenn die Überzugsschichtdicke der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in dem obigen Bereich eingestellt ist, ist es möglich, das Ablösen von den Zellenoberflächen 3a oder die Risse der Wabenstruktur 2 ebenfalls wegen der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Überzugsschicht und der Wabenstruktur 2 zu verhindern. Darüber hinaus tritt ein Defekt der porösen Eigenschaften auf, wenn die Überzugsschichtdicke übermäßig groß ist, während das Problem auftritt, dass die Heizeffizienz durch das elektromagnetische Induktionsheizsystem deutlich abnimmt, wenn die Überzugsschichtdicke übermäßig klein ist. Somit ist es notwendig, die Überzugsschichtdicke der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in dem obigen Bereich einzustellen.
Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente
Nachfolgend wird hinsichtlich eines Beispiels eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens der Fluidheizkomponente 1 (oder der Fluidheizkomponente 1a) vorgenommen. In der Fluidheizkomponente 1 und anderen wird die leitfähige Überzugsschicht 4 unter Verwendung des bereits beschriebenen Plattierungsverfahrens, CVD-Verfahrens oder dergleichen auf den Zellenoberflächen 3a der Zellen 3 der Wabenstruktur 2 des porösen Körpers gebildet. Wie in 8 gezeigt ist, wird in diesem Fall ein Ausgangsstofffluid G wie etwa ein Gas oder eine Flüssigkeit, das einen Ausgangsstoff der leitfähigen Überzugsschicht 4 bildet, von der einen Stirnfläche 5a der Wabenstruktur 2 durch die Wabenstruktur 2 in Richtung der anderen Stirnfläche 5b davon geleitet, um das Ausgangsstofffluid G mit den Zellenoberflächen 3a in Kontakt zu bringen (ein Ausgangsstofffluidleitungsschritt). In diesem Zustand wird durch das obige Plattierungsverfahren, CVD-Verfahren oder dergleichen auf den Zellenoberflächen 3a ein Überzug gebildet, so dass die leitfähige Überzugsschicht 4 abgelagert werden kann.
Darüber hinaus werden für die in der einen Stirnfläche 5a der Wabenstruktur 2 geöffneten Zellen 3 gemäß einem vorgegebenen Anordnungsstandard zuvor Abdichtabschnitte 8 angeordnet und werden an den restlichen Zellen 3 der anderen Stirnfläche 5b ähnlich eine Vielzahl von Abdichtabschnitte 8 angeordnet (ein Abdichtschritt, siehe 9), wenn die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in den Porenabschnitten der Trennwände 6 angeordnet wird.
In diesem Zustand wird der Ausgangsstoff G auf dieselbe Weise wie oben anhand von 8 beschrieben durch die Wabenstruktur 2 geleitet. In diesem Fall sind Teile der Zellen 3 mit den Abdichtabschnitten 8 geschlossen, so dass das Ausgangsstofffluid G durch die poröse Trennwand 6 in die angrenzende Zelle 3 strömt und von der anderen Stirnfläche 5b ausgestoßen wird. Folglich kann die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 in den Porenabschnitten der Trennwände 6 durch das Ausgangsstofffluid G gebildet werden, das durch die Trennwände 6 geht. Es wird angemerkt, dass ein Bildungsverfahren der Abdichtabschnitte 8 und ein Bildungsverfahren der leitfähigen Überzugsschicht 4 und der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht 7, z. B. das Plattierungsverfahren oder das CVD-Verfahren, ursprünglich gut bekannt sind, so dass hier Einzelheiten der Verfahren weggelassen sind.
Wenn die Abdichtabschnitte 8 nicht in der Wabenstruktur 2 angeordnet sind, wird jede der einen Stirnfläche 5a und der anderen Stirnfläche 5b der Wabenstruktur 2 mit einer gut bekannten Abdichthaltevorrichtung (nicht gezeigt) bedeckt und kann daraufhin das Ausgangsstofffluid G durch die poröse Trennwand 6 der Wabenstruktur in die angrenzende Zelle 3 geleitet werden. Nachdem die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere gebildet worden sind, wird die Abdichthaltevorrichtung danach von der einen Stirnfläche 5a und von den anderen entfernt, so dass die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 erhalten werden kann, ohne die Abdichtabschnitte zu bilden.
Die leitfähige Überzugsschicht 4 und die leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht 7 (im Folgenden als „die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere“ bezeichnet) können auf den Zellenoberflächen 3a der Zellen 3 oder auf den Porenabschnitten der Trennwände 6 der Wabenstruktur 2 durch ein gut bekanntes Verfahren, z. B. durch das Plattierungsverfahren, durch das Aufdampfverfahren, durch das Metallisierungsverfahren oder durch das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren), gebildet werden. Zur gleichförmigen Einstellung der Überzugsschichtdicke, um die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere zu bilden, die keine Defekte aufweisen, ist es bevorzugt, das Plattierungsverfahren oder das CVD-Verfahren zu nutzen. Diese Verfahren sind bereits bekannt. Darüber hinaus besteht ein Vorteil, dass die Bildung der Schichten bei niedrigen Kosten ermöglicht wird, wenn die Verfahren ausgeführt werden.
Alternativ kann ein Platz, durch den das Ausgangsstofffluid G geht, beschränkt sein. Zum Beispiel wird das Ausgangsstofffluid G nur durch einen zentralen Abschnitt der Wabenstruktur geleitet, so dass die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere wie oben beschrieben nur in dem zentralen Abschnitt gebildet werden können. Genauer wird ein Muster des Platzes entwickelt, durch den das Ausgangsstofffluid G geht, oder werden die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere in mehreren getrennten Phasen gebildet, so dass an optionalen Positionen die leitfähige Überzugsschicht 4 und andere mit unterschiedlichen Dicken gebildet werden können (siehe 4A, B und C, 5A, B und C und andere).
Wenn wenigstens auf einem Teil der Oberfläche der Trennwand der Wabenstruktur die Oberflächenschicht mit der Atmungsaktivität gebildet ist, ist es bevorzugt, dass die Oberflächenschicht wenigstens eine Oberfläche der Trennwand bedeckt. Ein Verfahren zum Bilden der Oberflächenschicht enthält hauptsächlich die folgenden drei Verfahren.
Das erste Verfahren ist ein Verfahren des Einbringens von Schlicker, der Oberflächenschicht-Bildungspartikel und Bindematerialien enthält, die in den Zellen der Wabenstruktur als eine Hauptkomponente Metall oder Glas enthalten, um einen Überzugsfilm zu bilden, und des Heizens des Überzugfilms auf eine Temperatur wenigstens des Schmelzpunkts des Metalls oder des Erweichungspunkts des Glases, um eine Oberflächenschicht zu bilden.
Das zweite Verfahren ist ein Verfahren des Einbringens von Schlicker, der Oberflächenschicht-Bildungspartikel und Haftmaterialien enthält, die in den Zellen der Wabenstruktur als eine Hauptkomponente Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid enthalten, um einen Überzugsfilm zu bilden, und um beim Heizen des Überzugfilms das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid erstarren zu lassen, um eine Oberflächenschicht zu bilden.
Das dritte Verfahren ist ein Verfahren des Strömens eines Gases in die Zellen der Wabenstruktur, das Oberflächenschicht-Bildungspartikel und die Bindematerialien oder die Haftmaterialien enthält oder das Einbringen eines Gases in die Zellen der Wabenstruktur, das nur die Oberflächenschicht-Bildungspartikel enthält, um einen Überzugsfilm zu bilden, und um beim Heizen des Überzugsfilms eine Oberflächenschicht zu bilden.
Zum Beispiel braucht das Einbringen von Schlicker in die Zellen der Wabenstruktur nur zu veranlassen, dass der Schlicker durch die Zellen der Wabenstruktur strömt oder dass Schlicker in die Zellen der Wabenstruktur eintaucht. Wenn hier als Schlicker Bindematerialien verwendet werden, die als die Hauptkomponente Metall oder Glas enthalten, ist es bevorzugt, den Überzugsfilm auf eine Temperatur wenigstens des Schmelzpunkts oder des Erweichungspunkts der Bindematerialien zu heizen, da der Schlicker während der Herstellung geschmolzen oder erweicht werden muss, wenn sie bei einer Temperatur höchstens der wärmebeständigen Temperatur der Wabenstruktur ist.
Da die maximale Temperatur in der Nutzungsumgebung der Wabenstruktur näherungsweise 700 °C erreicht, ist es darüber hinaus bevorzugt, Metall oder Glas zu verwenden, das den Schmelzpunkt oder den Erweichungspunkt wenigstens bei der obigen Temperatur aufweist. Der spezifische Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt ist z. B. 800 bis 1200 °C.
Andererseits ist es bevorzugt, dass die Haftmaterialien durch Erwärmen und Trocknen während der Herstellung zum Erstarren gebracht werden können, wenn als Schlicker Haftmaterialien verwendet werden, die als die Hauptkomponente Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid enthalten. Zum Beispiel können die Haftmaterialien, die durch Heizen und Trocknen zum Erstarren gebracht werden können, eine Kolloiddispersion von Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid enthalten oder können sie eine Kolloiddispersion enthalten, die Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthält.
Da die Maximaltemperatur in der Nutzungsumgebung der Wabenstruktur näherungsweise 700 °C erreicht, ist es darüber hinaus bevorzugter, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid mit einer Wärmebeständigkeitstemperatur von wenigstens der obigen Temperatur zu verwenden. Der Überzugsfilm wird dadurch gebildet, dass auf der Auslassseite der Wabenstruktur eine Saughaltevorrichtung befestigt wird, nachdem der Schlicker in die Zellen der Wabenstruktur eingebracht wurde, und von dem anderen, geöffneten Ende, das die Auslassseite der Wabenstruktur ist, ein Saugen ausgeführt wird, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Als Bedingungen für die Wärmebehandlung des Überzugsfilms ist es bevorzugt, den Überzugsfilm bei der Temperatur von 800 bis 1200 °C und für 0,5 bis 3 Stunden zu heizen.
Wenn als Schlicker Haftmaterialien verwendet werden, die als die Hauptkomponente Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthalten, kann der Prozess des Einbringens des Schlickers in die Zellen in der Phase des Wabenformens und Wabentrocknens ausgeführt werden. In diesem Fall wird in dem Brennprozess der Wabenstruktur gleichzeitig ein Prozess des Befestigens der Oberflächenschicht-Bildungspartikel an den Haftmaterialien zum Bilden der Oberflächenschicht ausgeführt, nachdem der Schlicker in die Zellen eingebracht worden ist und daraufhin die Wabenstruktur getrocknet wird, bevor die Oberflächenschicht gebildet wird.
Es ist bevorzugt, dass Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid die Wirkung hat, durch Trocknen zu erstarren. Darüber hinaus können außer dem Zugeben der Bindematerialien, die als die Hauptkomponente das Metall und Glas enthalten, Bindematerialien, die als die Hauptkomponente Metall oder Glas enthalten, zuvor auf den Oberflächenschicht-Bildungspartikeln geschichtet werden. Darüber hinaus kann ein Prozess des Bildens von Verbundpartikeln, die Oberflächenschicht-Bildungspartikel und Bindepartikel enthalten, bereitgestellt werden.
Der Schlicker kann z. B. durch Mischen von Oberflächenschicht-Bildungspartikeln, „der Haftmaterialien oder der Bindematerialien“, eines organischen Bindemittels und „Wasser oder Alkohol“ erhalten werden. Darüber hinaus kann durch Zugeben von Fett und Öl und eines oberflächenaktiven Stoffs zu dem Schlicker und deren Mischen eine Emulgierung ausgeführt werden. Darüber hinaus kann mit dem Schlicker ein Porenbildner gemischt werden, um die Porosität der Oberflächenschicht zu steuern. Der Porenbildner kann Harzpartikel, Stärkepartikel, Kohlenstoffpartikel usw. nutzen, deren Partikeldurchmesser z. B. 0,5 µm bis 10 µm beträgt.
Das Verfahren zum Einbringen des Gases, das Oberflächenschicht-Bildungspartikel und „die Bindematerialien oder die Haftmaterialien“ enthält, in die Zellen der Wabenstruktur ist das Ablagern der Oberflächenschicht-Bildungspartikel in einem schwebenden Zustand auf der Oberfläche der Trennwand durch Blasen von Gas, das die Oberflächenschicht-Bildungspartikel enthält, in die Zellen z. B. mit 0,005 bis 0,4 Liter/cm². Danach ist das Verfahren das Schmelzen und Befestigen der Oberflächenschicht-Bildungspartikel auf der Oberfläche der Trennwand durch Ausführen einer Wärmebehandlung unter Bedingungen z. B. von 800 bis 1200 °C und 0,5 bis 3 Stunden und das Bilden der Oberflächenschicht.
Wenn Gas, das nur die Oberflächenschicht-Bildungspartikel enthält, in die Zellen der Wabenstruktur eingebracht wird, ist das Verfahren darüber hinaus das Ablagern der Oberflächenschicht-Bildungspartikel in einem schwebenden Zustand auf der Oberfläche der Trennwand durch Blasen des Gases, das die Oberflächenschicht-Bildungspartikel enthält, in die Zellen z. B. bei 0,005 bis 0,4 Liter/cm² und daraufhin das Schmelzen und Befestigen der Oberflächenschicht-Bildungspartikel auf der Oberfläche der Trennwand durch Ausführen einer Wärmebehandlung unter Bedingungen von 1280 bis 1330 °C und 0,5 bis 3 Stunden, um die Oberflächenschicht zu bilden.
Ein Verfahren zum Einbringen des obigen Schlickers oder Gases in die Zellen der Wabenstruktur sowie das Verfahren zum Einbringen nur der Oberflächenschicht-Bildungspartikel in die Zellen, ohne die Bindematerialien und Haftmaterialien zu verwenden, kann ein organisches Bindemittel mit Schlicker oder Gas mischen. Der Überzugsfilm kann vor dem Prozess des Bildens der Oberflächenschicht durch Heizen durch Zugeben eines organischen Bindemittels vorübergehend befestigt werden.
Es ist bevorzugt, dass das organische Bindemittel ein Material ist, das in der oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur höchstens der Temperatur des Prozesses zum Bilden der Oberflächenschicht durch Heizen, d. h. bei einer Temperatur von 800 °C oder weniger, oxidiert und entfernt wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dasselbe Bindemittel als ein Bindemittel zu verwenden, das während der Herstellung der Wabenstruktur als ein Porenbildner verwendet wird.
Fluidheizkomponentenkomplex
Durch Kombinieren einer Vielzahl von Fluidheizkomponenten der vorliegenden Erfindung mit dem obigen Aufbau kann ein monolithisch konstruierter Fluidheizkomponentenkomplex 30a oder 30b gebildet werden. 10 ist hier eine perspektivische Explosionsdarstellung, die einen Zustand zeigt, bevor der Fluidheizkomponentenkomplex 30a konstruiert wird, 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischem Aufbau zeigt, nachdem der Fluidheizkomponentenkomplex 30a aus 10 konstruiert worden ist, 12 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die einen Zustand zeigt, bevor der Fluidheizkomponentenkomplex 30b eines anderen Beispiels des Aufbaus konstruiert wird, und 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen schematischen Aufbau zeigt, nachdem der Fluidheizkomponentenkomplex 30b aus 12 konstruiert worden ist.
Wie in 10 und 11 gezeigt ist, ist der Fluidheizkomponentenkomplex 30a aus einer Vielzahl von kombinierten Fluidheizkomponenten 34 gebildet, von denen jede eine prismatische säulenförmige Wabenstruktur 31 und eine leitfähige Überzugsschicht 33, die entlang der Zellenoberflächen 32a der Zellen 32 der Wabenstruktur 31 gebildet ist, enthält.
Das heißt, es sind neun Fluidheizkomponenten 34 mit derselben Form verwendet und in drei vertikalen Komponenten × drei horizontalen Komponenten in der Weise kombiniert, dass die wechselweisen Seitenumfangsflächen der Wabenstrukturen 31 einander zugewandt sind. Es wird angemerkt, dass beim Verbinden der Fluidheizkomponenten 34 ein gut bekanntes Haftmittel oder dergleichen zum Verbinden von Keramikmaterialien miteinander verwendet wird, und dass hier somit eine ausführliche Beschreibung weggelassen ist. Folglich wird der Fluidheizkomponentenkomplex gebildet, der in einem Heizsystem z. B. eines großen Fahrzeugs oder einer Werkzeugmaschine verwendet werden kann. Außerdem sind in diesem Fall die jeweiligen leitfähigen Überzugsschichten 33 in einer Schnittfläche des Komplexes, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung eines Fluids F ist, elektrisch verbunden.
Darüber hinaus kann der Fluidheizkomponentenkomplex 30b des anderen Beispiels des Aufbaus, der in 12 und 13 gezeigt ist, gebildet sein. In dem Fluidheizkomponentenkomplex 30b des anderen Beispiels des Aufbaus sind fünf prismatische säulenförmige Fluidheizkomponenten 34 und vier prismatische säulenförmige Wabenstrukturen 35, die keine leitfähigen Überzugsschichten und leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschichten aufweisen, in drei vertikalen Komponenten × drei horizontalen Komponenten abwechselnd angeordnet und kombiniert. In diesem Fall kann das Fluid F ebenfalls durch ein elektromagnetisches Induktionsheizsystem effizient geheizt werden. Es wird angemerkt, dass derselbe Aufbau wie in dem in 10 und 11 gezeigten Fluidheizkomponentenkomplex 30a mit denselben Bezugszeichen bezeichnet ist und die Beschreibung davon weggelassen ist.
(Beispiele)
Wabenstruktur
Es wurde eine Wabenstruktur hergestellt, die SiC oder Cordierit als Hauptkomponente enthielt. Anfangs wurden SiC-Pulver oder ein Cordieritformausgangsstoff, das bzw. der in einer vorgegebene Partikelgröße und in einer zuzubereitenden Menge eingestellt wurde, ein Bindemittel, Wasser und andere geknetet, um einen Formausgangsstoff zu erhalten, und wurde der Formausgangsstoff in eine gewünschte Form extrudiert und getrocknet, um einen Wabenformling zu erhalten. Danach wurde der Wabenformling geeignet verarbeitet und bei einer hohen Temperatur gebrannt, um eine Wabenstruktur zu erhalten, die ein Substrat aus SiC oder Cordierit enthält. In diesem Fall wurde hinsichtlich SiC eine Wabenstruktur mit Größen eines Wabendurchmessers von 43 mm und mit einer Wabenlänge von 23 mm in einer Axialrichtung verwendet und wurde hinsichtlich Cordierit die Wabenstruktur mit Größen eines Wabendurchmessers von 82 mm und einer Wabenlänge von 85 mm in der Axialrichtung verwendet. Ein Herstellungsverfahren der Wabenstruktur ist bekannt, so dass eine ausführliche Beschreibung weggelassen ist. Ein Mischungsverhältnis oder dergleichen des Formausgangsstoffs wurde geändert, um eine Porosität der Wabenstruktur in den Beispielen 1 und 2 und in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 auf 35 % einzustellen. Andererseits wurden in Beispiel 3 und in dem Vergleichsbeispiel 1 eine Si-Imprägnierung und ein Brennen ausgeführt, um eine Porosität jeder Wabenstruktur auf 2 % oder weniger einzustellen. Darüber hinaus wurde in den Beispielen 4 bis 6 und in den Vergleichsbeispielen 4 bis 7 eine Einstellung ausgeführt, damit die Porosität der Wabenstruktur 45 % beträgt.
Herstellung der Fluidheizkomponente (Bildung der leitfähigen Filmschicht)
Auf den Zellenoberflächen der Zellen jeder durch das obige (1) erhaltenen SiC-Wabenstruktur wurde eine leitfähige Überzugsschicht gebildet. In Beispiel 1 wurde hier ein Ni-P-Plattieren ausgeführt, um die leitfähige Überzugsschicht zu bilden, und in den Beispielen 2 und 3 wurde ein Ni-B-Plattieren ausgeführt. In jedem Beispiel wurde in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle (der Zellen), die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung eines Fluids war, die gebildete leitfähige Überzugsschicht in einem Zustand, in dem die Schicht elektrisch verbunden war, auf den Zellenoberflächen der Zellen der Schnittfläche der Durchgangskanäle angeordnet. Außerdem wurde eine Überzugsschichtdicke der leitfähigen Überzugsschicht auf den Zellenoberflächen in jedem der Beispiele 1 bis 3 auf etwa 2 µm eingestellt. Es wird angemerkt, dass Einzelheiten der Plattierung bekannt sind, so dass die Beschreibung davon hier weggelassen ist. Andererseits wurden in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 keine leitfähigen Überzugsschichten gebildet. Darüber hinaus wurde im Vergleichsbeispiel 3 eine leitfähige Überzugsschicht für die Durchgangskanäle (Zellen) in einer Durchgangsrichtung eines Fluids aussetzend gebildet und wurde in einem Zustand, in dem die Schicht elektrisch nicht verbunden war, in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle (der Zellen), die senkrecht zu der Durchgangsrichtung des Fluids war, auf den Zellenoberflächen der Zellen der Schnittfläche der Durchgangskanäle die leitfähige Überzugsschicht angeordnet.
Die Beispiele 4 bis 6 nutzten eine Cordieritwabenstruktur. Die Cordieritwabenstruktur weist eine Mehrschichtstruktur auf, in der auf den Zellenoberflächen der Wabenstruktur eine Oberflächenschicht mit Atmungsaktivität gebildet ist und auf der Oberflächenschicht eine leitfähige Überzugsschicht angeordnet ist. Die Oberflächenschicht wurde hier durch Überziehen und Trocknen des Schlickers mit einem Bindemittel (Glas) und mit Oxidpartikeln wie etwa Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid als Oberflächenschicht-Bildungspartikein und Ausführen einer vorgegebenen Wärmebehandlung gebildet. Die Dicke der Oberflächenschicht wurde in jeder der Zellenoberflächen auf näherungsweise 30 µm eingestellt. Die Oberflächenschicht-Bildungspartikel nutzten in Beispiel 4 Siliciumdioxid, in Beispiel 5 Aluminiumoxid und in Beispiel 6 Magnesiumoxid.
Darüber hinaus wurde wie im Folgenden beschrieben die leitfähige Überzugsschicht 43 gebildet, nachdem die Oberflächenschicht gebildet wurde. In einer Schnittfläche 46 der Durchgangskanäle (Zellen 45) der Wabenstruktur 40 senkrecht zu der Durchgangsrichtung A des Fluids (siehe 17) wurde der Überzugsprozess der leitfähigen Überzugsschicht 43 dadurch ausgeführt, dass veranlasst wurde, dass eine Plattierungslösung zu den voneinander beabstandeten Zellen 45 nacheinander vorn und hinten und links und rechts unter Verwendung einer der Zellen 45 als Referenz strömt. Im Ergebnis wurde nur auf den Zellenoberflächen (nicht gezeigt) der in einem schachbrettartigen Muster (Schachbrettmuster) angeordneten Zellen 45, in die die Plattierungslösung strömt, eine NiB-Plattierung als die leitfähige Überzugsschicht 43 auf der Oberflächenschicht gebildet. Die leitfähige Überzugsschicht 43 weist hier die Beschichtungsdicke von 1 bis 2 µm auf und ist in einem Zustand beschichtet, in dem sie elektrisch verbunden ist.
Andererseits wurde in den Vergleichsbeispielen 4 und 5 abgesehen davon, dass die leitfähige Überzugsschicht nicht gebildet wurde, eine Cordieritwabenstruktur ähnlich den Beispielen 4 bis 6 vorbereitet, auf der eine Oberflächenschicht gebildet wurde. Darüber hinaus wurde in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 ähnlich den Beispielen 4 bis 6 eine Cordieritwabenstruktur vorbereitet, auf der eine Oberflächenschicht gebildet wurde, und, wie im Folgenden beschrieben ist, eine leitfähige Überzugsschicht gebildet. In derselben Anordnung wie 17 wurde die leitfähige Überzugsschicht auf den Durchgangskanälen (den Zellen) in der Durchgangsrichtung des Fluids aussetzend gebildet. Die leitfähige Überzugsschicht gemäß den Vergleichsbeispielen 6 und 7 war auf den Zellenoberflächen der Zellen der Schnittfläche der Durchgangskanäle in einem Zustand angeordnet, in dem sie in der Schnittfläche der Durchgangskanäle (der Zellen) senkrecht zu der Durchgangsrichtung des Fluids nicht elektrisch verbunden war.
Induktionsheiztest
Unter Verwendung einer Induktionsheiz-Testvorrichtung 100 mit einem in 14 gezeigten schematischen Aufbau wurde ein Induktionsheiztest jeder Wabenstruktur als der Fluidheizkomponente ausgeführt. Die Induktionsheiz-Testvorrichtung 100 enthält hier eine Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101, die eine Hochfrequenz erzeugt, eine biegsame Speiseleitung 103, die über einen Speiseleitungskanal 102 mit der Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 elektrisch verbunden ist, eine Heizspule 104, die mit einem Ende der biegsamen Speiseleitung 103 verbunden ist, ein Gehäuse 105, das die Heizspule 104 umgebend angeordnet ist, und eine Thermokamera 107, die über einer in der Heizspule 104 gelagerten Wabenstruktur 106 (einer Fluidheizkomponente) angeordnet ist, um während des Induktionsheizens durch die Heizspule 104 auf kontaktlose Weise eine Temperatur der Wabenstruktur 106 (eine Temperatur einer Stirnfläche 106a) zu messen. Die Thermokamera 107 wird hier auch eine Wärmebildkamera genannt, wobei z. B. eine durch CHINO hergestellte Kamera CPA-2300 verwendbar ist.
Anfangs wird in dem Induktionsheiztest die Wabenstruktur 106 eines Testobjekts in einem Innenraum der Heizspule 104 der Induktionsheiz-Testvorrichtung 100 angeordnet und in diesem Zustand von der Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 ein Hochfrequenzstrom erzeugt, damit der Hochfrequenzstrom über den Speiseleitungskanal 102 und die biegsame Speiseleitung 103 durch die mit der Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 verbundene Heizspule 104 geht. Folglich wird in der Heizspule 104 ein Hochfrequenzmagnetfluss erzeugt. Die in dem erzeugten Hochfrequenzmagnetfluss angeordnete Wabenstruktur 106 induziert den Strom und wird geheizt. In dem vorliegenden Beispiel hatte die Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 eine maximale Ausgangsleistung von 40 kW und eine Frequenz von 30 bis 400 kHz und war ein Bereich der Ausgangsleistungssteuerung auf einen Bereich von 10 % bis 100 % eingestellt. Es wird angemerkt, dass die Heizspule 104 unter Verwendung einer runden Spule gebildet ist, in der ein Innendurchmesser ID der Spule unter Verwendung eines Kupferrohrs ϕ 80 mm oder ϕ 100 mm beträgt und eine Spulenlänge L 200 mm beträgt. Darüber hinaus wurde Kühlwasser durch das Kupferrohr der Heizspule 104 geleitet. Außerdem ist eine Beschreibung von Einzelheiten der Zufuhr des Kühlwassers zu der Heizspule 104 hier weggelassen.
Messverfahren der Temperatur
Wenn der Induktionsheiztest unter Verwendung der Induktionsheiz-Testvorrichtung 100 ausgeführt wurde, wurden die Temperaturen einer Ebene der einen Stirnfläche 106a der Wabenstruktur 106 mit der über der Heizspule 104 angeordneten Thermokamera 107 gemessen und wurde die niedrigste Temperatur (bei einer zentralen Position) in der gemessenen einen Stirnfläche 106a als eine gemessene Temperatur angesehen.
Testbedingung 1
In Bezug auf die durch das obige (1) erhaltene SiC-Wabenstruktur wurde die Frequenz in der Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 auf näherungsweise 30 kHz festgesetzt und wurde eine Ausgangsleistung des Hochfrequenzstroms auf einen beliebigen Ausgangsleistungswert in einem Bereich von 10 % bis 100 % eingestellt und wurde daraufhin durch eine in dem obigen (4) beschriebene Technik mit der Thermokamera 107 eine Heizgeschwindigkeit gemessen. Hier wurde aus Zahlenwerten eines Voltmeters und eines Amperemeters (nicht gezeigt), die in die Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 eingebaut sind, eine Induktionsheiz-Ausgangsleistung (kW) berechnet, wenn der Hochfrequenzstrom an die Heizspule 104 ausgegeben wurde. Darüber hinaus wurde eine Zeit des Erreichens von dem Beginn der Ausgabe des Hochfrequenzstroms, bis die gemessene Temperatur der Wabenstruktur 106 300 °C erreichte, gemessen, und wurde diese Zeit als „eine verstrichene Zeit“ angesehen. Außerdem wurden eine erreichte Temperatur und eine verstrichene Zeit zu diesem Zeitpunkt aufgezeichnet, wenn die Zeit zum Erreichen von 300 °C wenigstens 60 s betrug oder wenn der Temperaturanstieg in der Mitte angehalten wurde.
Testbedingung 2

In Bezug auf die durch das obige (1) erhaltene Cordieritwabenstruktur wurde durch die Thermokamera 107 in dem in dem obigen (4) gezeigten Verfahren durch Einstellen der Ausgangsleistung des Hochfrequenzstroms zwischen 10 % und 100 % in der Weise, dass die Induktionsheiz-Ausgangsleistung (kW) in der Hochfrequenzleistungsvorrichtung 101 näherungsweise 4 kW betrug und die Frequenz auf drei Arten von Bedingungen von 30, 80 und 360 kHz geändert wurde, eine Heizgeschwindigkeit gemessen. Hinsichtlich der Heizgeschwindigkeit wurde ähnlich der Testbedingung 1 eine Zeit des Erreichens von dem Beginn der Ausgabe des Hochfrequenzstroms, bis die gemessene Temperatur der Wabenstruktur 106 300 °C erreichte, gemessen und diese Zeit als „verstrichene Zeit“ angesehen. Außerdem wurden eine erreichte Temperatur und eine verstrichene Zeit zu diesem Zeitpunkt aufgezeichnet, wenn die Zeit zum Erreichen von 300 °C 60 s oder mehr war oder wenn der Temperaturanstieg in der Mitte anhielt. Die im Folgenden erwähnten Tabellen 1 und 2 zeigen eine Zusammenfassung der Testergebnisse des obigen (3) bis (6).
[Tabelle 1]

	Wabenstruktur (poröser Körper)		Substrat	Porosität des Substrats	leitfähige Überzugsschicht	Filmdicke	Ausgangsleistung des Induktionsheizens	verstrichene Zeit	erreichte Temperatur
	Wabendurchmesser	Waben länge		Porosität des Substrats	Metalltyp/Bildungsverfahren	Filmdicke	Ausgangsleistung des Induktionsheizens	verstrichene Zeit	erreichte Temperatur
Einheit	mm	mm		%	Metalltyp/Bildungsverfahren	µm	kW	s	°C
Beispiel 1	43	23	SiC	35	Ni-P/Plattierung.	2	2,8	27	300
Beispiel 2	43	23	SiC	35	Ni-B/Plattierung	2	3,5	15	300
Beispiel 3	43	23	SiC	2 oder weniger	Ni-B/Plattierung	2	5,9	9	300
Vergleichsbeispiel 1	43	23	SiC	2 oder weniger	kein Überzug	-	3,5	60	300
Vergleichsbeispiel 2	43	23	SiC	35	kein Überzug	-	2,8	300	50
Vergleichsbeispiel 3	43	23	SiC	35	Ni-B/aussetzend	2	4,8	300	100
*Heizbedingungen) Induktionsspule: ϕ 80 und Frequenz: 30 kHz

[Tabelle 2]

	Wabenstruktur (poröser Körper)		Substrat	Porosität des Substrats	Oberflächenschicht	leitfähige Uberzugsschicht	Filmdicke	Frequenz	verstrichene Zeit	erreichte Temperatur
	Wabendurchmesser	Waben länge		Porosität des Substrats	Oxidpartikel	Metalltyp/Bildungsverfahren	Filmdicke	Frequenz	verstrichene Zeit	erreichte Temperatur
Einheit	mm	mm		%	µm	Metalltyp/Bildungsverfahren	µm	kHz	s	°C
Beispiel 4	82	85	Cordierit	45	30	Ni-B/Plattierung	2	80	60	300
Beispiel 5	82	85	Cordierit	45	30	Ni-B/Plattierung	1	360	55	300
Beispiel 6	82	85	Cordierit	45	30	Ni-B/Plattierung	2	360	35	300
Vergleichsbeispiel 4	82	85	Cordierit	45	30	kein Überzug	-	80	300	keine Temperaturänderung
Vergleichsbeispiel 5	82	85	Cordierit	45	30	kein Überzug	-	360	300	keine Temperaturänderung
Vergleichsbeispiel 6	82	85	Cordierit	45	30	Ni-B/aussetzend	0,5	80	300	150
Vergleichsbeispiel 7	82	85	Cordierit	45	30	Ni-B/aussetzend	0,5	360	300	250
* Heizbedingungen) Induktionsspule: ϕ 100, und Induktionsheiz-Ausgangsleistung: 4kW

Schlussfolgerung
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, war es hinsichtlich der Testbedingung 1 in jedem der Beispiele 1 bis 3, die die Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllen, innerhalb einer verstrichenen Zeit von 30 s von dem Beginn des Heizens in dem Induktionsheiztest der SiC-Wabenstruktur möglich, 300 °C zu erreichen. Insbesondere war es in Beispiel 3 möglich, 300 °C innerhalb einer Zeit von 9 s zu erreichen. Obgleich dies in Tabelle 1 nicht besonders gezeigt ist, trat außerdem z. B. insbesondere in der Wabenstruktur, nachdem der Induktionsheiztest ausgeführt wurde, kein Defekt auf, dass in der Fluidheizkomponente Risse erzeugt wurden. Somit kann der Katalysator unmittelbar nach dem Start eines Motors aktiviert werden und es wird erwartet, dass eine große Wirkung der Verbesserung einer Kraftstoffeffizienz erzeugt wird, wenn ein solches Beispiel als ein Teil eines Heizsystems eines Abgasreinigungskatalysators verwendet wird.
Außerdem ist in jeder der Fluidheizkomponenten der Beispiele 1 bis 3 bestätigt worden, dass hinsichtlich des Metalltyps (Ni-P oder Ni-B) der auf den Zellenoberflächen der Wabenstruktur (des porösen Körpers) gebildeten leitfähigen Überzugsschicht keine besonders wahrnehmbare Signifikanz erkannt wurde und dass in einem vorgeschriebenen Bereich der vorliegenden Erfindung ein geeignetes Ergebnis erhalten werden kann.
Andererseits ist in jeder der Fluidheizkomponenten, die die leitfähigen Überzugsschichten nicht enthielten, (den Vergleichsbeispielen 1 und 2) bestätigt worden, dass nach Verstreichen einer Zeit von 60 s von dem Beginn des Heizens in einem Induktionsheiztest schließlich die Temperatur von 300 °C erreicht wurde oder die Temperatur nach Verstreichen einer Zeit von 300 s bei etwa 50 °verblieb, selbst wenn das SiC-Wabensubstrat mit Leitfähigkeit verwendet wird. Darüber hinaus ist im Fall einer aussetzenden leitfähigen Überzugsschicht wie in dem Vergleichsbeispiel 3 bestätigt worden, dass eine effektive Heizeffizienz nicht ausgeübt werden konnte und dass die Temperatur selbst nach dem Verstreichen von 300 s bei etwa 100 °C verblieb. Genauer ist aus dem Vergleich mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 zu sehen, dass die Anwesenheit der leitfähigen Überzugsschicht in der vorliegenden Erfindung unerlässlich ist. Insbesondere wird eine solche Tendenz besonders deutlich angegeben, wenn eine Porosität eines Substrats (SiC) hoch ist. Folglich ist angegeben worden, dass in der Fluidheizkomponente, die die Anforderungen der vorliegenden Erfindung nicht erfüllt, ein schnelles Heizen oder ein schneller Temperaturanstieg nicht erzielt werden kann. Somit ist bestätigt worden, dass es schwierig ist, die Vergleichsbeispiele in dem Heizsystem zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz zu nutzen.
Hinsichtlich der Testbedingung 2 ist in dem Induktionsheiztest, der das Cordieritwabensubstrat verwendet, wie in Tabelle 2 gezeigt ist, obgleich die Beispiele 4 bis 6 im Vergleich zu der Testbedingung 1 die elektrisch verbundene leitfähige Überzugsschicht mit einem Volumen des 10-fachen oder mehr nutzen, bestätigt worden, dass die Temperatur innerhalb einer verstrichenen Zeit von 60 s von dem Beginn des Heizens 300 °C erreicht hat. Insbesondere war es in Beispiel 6 möglich, in 35 s 300 °C zu erreichen. Obgleich dies in Tabelle 2 nicht besonders gezeigt ist, trat außerdem insbesondere in der Wabenstruktur nach dem Induktionsheiztest kein Defekt auf, dass in der Fluidheizkomponente Risse erzeugt wurden. Somit kann der Katalysator unmittelbar nach dem Start eines Motors aktiviert werden und wird erwartet, dass eine große Wirkung der Verbesserung einer Kraftstoffeffizienz erzielt wird, wenn ein solches Beispiel als ein Teil eine Heizsystems eines Abgasreinigungskatalysators verwendet ist.
Andererseits war in jeder der Fluidheizkomponenten, die die leitfähigen Überzugsschichten nicht aufwiesen, (den Vergleichsbeispielen 4 und 5), selbst wenn eine verstrichene Zeit von dem Beginn des Heizens in dem Induktionsheiztest 300 s erreichte, keine Temperaturänderung zu sehen. Darüber hinaus wurde im Fall der aussetzenden leitfähigen Überzugsschicht wie in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 bestätigt, dass keine effektive Heizeffizienz ausgeübt werden konnte und dass die Temperatur bei 250 °C oder weniger verblieb, selbst wenn 300 s verstrichen. Außerdem wurde in den Fluidheizkomponenten der Beispiele 4 bis 6 eine Heizgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz der Induktionsheizbedingung geändert und sind die Ergebnisse, dass effizient geheizt werden kann, offensichtlich, da die Heizgeschwindigkeit höher wird, während die Frequenz höher wird. Dagegen war es in den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 nicht möglich, 300 °C zu erreichen, selbst wenn eine Frequenz erhöht wurde. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, dass die Anwesenheit der leitfähigen Überzugsschicht für das Induktionsheizen wirksam ist. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die Frequenz der Induktionsheizvorrichtung verringert werden kann, wenn eine kontinuierliche leitfähige Überzugsschicht vorhanden ist.
Eine Fluidheizkomponente der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente und ein Fluidheizkomponentenkomplex können in einem Heizsystem oder dergleichen verwendet werden, um einen Abgasreinigungskatalysator zur Verbesserung einer Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs zu heizen.
Bezugszeichenliste
1, 1a und 34: Fluidheizkomponente, 2, 31, 35, 40 und 106: Wabenstruktur, 3, 11, 32 und 45: Zelle, 3a, 11a, 11b und 32a: Zellenoberfläche (eine Durchgangskanaloberfläche), 4, 12a, 12b, 33 und 43: leitfähige Überzugsschicht, 5a und 106a: eine Stirnfläche, 5b: die andere Stirnfläche, 6, 13 und 41: Trennwand, 7 und 14: leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht, 8 und 44: Abdichtabschnitt, 10a und 10b: inkompatible Fluidheizkomponente, 30a und 30b: Fluidheizkomponentenkomplex, 41a: Trennwandoberfläche, 42: Oberflächenschicht, 100: Induktionsheiz-Testvorrichtung, 101: Hochfrequenzleistungsvorrichtung, 102: Speiseleitungskanal, 103: biegsame Speiseleitung, 104: Heizspule, 105: Gehäuse, 107: Thermokamera, A: Axialrichtung, F: Fluid, G: Ausgangsstofffluid, ID: Innendurchmesser der Spule und L: Spulenlänge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018053319 [0001]
JP 2019005519 [0001]
JP 2013238116 A [0005]
JP 2001054723 A [0005]

Claims

Fluidheizkomponente, die umfasst: einen porösen Körper, der aus Keramik hergestellt ist und mit Durchgangskanälen gebildet ist, durch die ein Fluid geht, und eine leitfähige Überzugsschicht, die auf einer Durchgangskanaloberfläche wenigstens eines Teils jedes Durchgangskanals angeordnet ist, wobei die leitfähige Überzugsschicht elektrisch verbunden ist und kontinuierlich ist.
Fluidheizkomponente nach Anspruch 1, die ferner eine leitfähige Porenabschnitts-Überzugsschicht umfasst, die auf der Oberfläche eines Porenabschnitts des porösen Körpers angeordnet ist, wobei die leitfähige Überzugsschicht mit der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht elektrisch verbunden ist und kontinuierlich ist.
Fluidheizkomponente nach Anspruch 2, wobei zumindest eine der leitfähigen Überzugsschicht und/oder der leitfähigen Porenabschnitts-Überzugsschicht wenigstens einen Teil der Durchgangskanäle in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung des Fluids ist, in einem ringförmigen kontinuierlichen Zustand gebildet hat.
Fluidheizkomponente nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Überzugsschicht wenigstens einen Teil der Durchgangskanäle in einer Schnittfläche der Durchgangskanäle, die senkrecht zu einer Durchgangsrichtung des Fluids ist, in einem ringförmigen kontinuierlichen Zustand gebildet hat.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der poröse Körper eine Wabenstruktur ist, die Trennwände umfasst, die eine Vielzahl von Zellen definieren, die von einer Stirnfläche zu der anderen verlaufen und als die Durchgangskanäle gebildet sind.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der poröse Körper eine Porosität von 0,1 % bis 60 % aufweist.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der poröse Körper als eine Hauptkomponente wenigstens eine Keramikkomponente enthält, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus Siliciumcarbid, Cordierit, einem Verbundmaterial auf Silicium-Siliciumcarbid-Grundlage, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, einem Verbundmaterial auf Siliciumcarbid-Cordierit-Grundlage, Lithiumaluminiumsilikat, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Magnesiumoxid besteht.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der poröse Körper eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 W/m · K bis 300 W/m · K aufweist.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der poröse Körper aus Keramik hergestellt ist, die Siliciumcarbid als eine Hauptkomponente enthält, und ein spezifischer elektrischer Widerstand des porösen Körpers von 0,01 Ωcm bis 10 Ωcm beträgt.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die leitfähige Überzugsschicht eine Schichtstruktur besitzt und umfasst: eine Schicht des stromlosen Plattierens, die mit der Oberfläche des porösen Körpers in Kontakt steht, und wenigstens eine Induktionsheizschicht, die auf der Schicht des stromlosen Plattierens beschichtet ist.
Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die leitfähige Überzugsschicht eine Überzugsschichtdicke von 0,1 µm bis 500 µm aufweist.
Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Herstellungsverfahren einen Schritt des Durchgehens eines Ausgangsstofffluids wie folgt enthält: Durchströmen eines Ausgangsstofffluids eines Gases oder einer Flüssigkeit, das bzw. die Komponenten der leitfähigen Überzugsschicht enthält, entlang der Durchgangskanäle für das Fluid, die in dem aus Keramik hergestellten porösen Körper gebildet sind, und Bilden der leitfähigen Überzugsschicht auf den Oberflächen der Durchgangskanäle.
Herstellungsverfahren der Fluidheizkomponente nach Anspruch 12, wobei der poröse Körper eine Wabenstruktur ist, die Trennwände umfasst, die eine Vielzahl von Zellen definieren, die von einer Stirnfläche zu der anderen Stirnfläche verlaufen und als die Durchgangskanäle für das Fluid gebildet sind, wobei das Herstellungsverfahren ferner einen Abdichtschritt des Abdichtens der einen Stirnfläche der Wabenstruktur gemäß einem vorgegebenen Anordnungsstandard und des Abdichtens der restlichen Zellen der anderen Stirnfläche umfasst, wobei das Ausgangsstofffluid in dem Schritt des Durchgehens eines Ausgangsstofffluids durch die Wabenstruktur geleitet wird, in der durch den Abdichtschritt Abdichtabschnitte gebildet sind, um die leitfähige Überzugsschicht zu bilden.
Fluidheizkomponentenkomplex, der unter Verwendung der Fluidheizkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildet ist, und der unter Verwendung einer Vielzahl von prismatischer säulenförmiger Fluidheizkomponenten monolithisch konstruiert ist oder der unter Verwendung wenigstens einer der prismatischen säulenförmigen Fluidheizkomponenten und eines oder eine Vielzahl von prismatischer säulenförmiger poröser Körper, die aus Keramik hergestellt sind und mit Durchgangskanälen gebildet sind, durch die ein Fluid geht, monolithisch konstruiert ist.