DE102019203958B4

DE102019203958B4 - Träger für elektrisch beheizten katalysator

Info

Publication number: DE102019203958B4
Application number: DE102019203958.8A
Authority: DE
Inventors: Naoki Okamoto; Naoya Takase
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2039-03-23
Also published as: US10450919B1; DE102019203958A1; CN110314709A; JP6626524B2; JP2019171345A; CN110314709B; US20190368404A1; US20190301333A1

Abstract

Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator, enthaltend:eine Wabenstruktur (10), enthaltend:poröse Trennwände (11), welche sich von einer Einström-Endfläche zu einer Ausström-Endfläche durch die Wabenstruktur (10) erstrecken, um eine Vielzahl von einen Durchgangskanal bildenden Zellen (12) zu definieren;eine an dem äußersten Rand angeordnete Außenumfangswand;ein Paar von auf der Außenumfangswand der Wabenstruktur (10) angeordneten Elektrodenschichten (13a, 13b); undein Paar von Elektrodenteilen (14a, 14b),wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) in einer sich in einer Ausdehnungsrichtung der Zellen (12) der Wabenstruktur (10) erstreckenden Streifenform gebildet ist,wobei in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zelle (12) orthogonalen Querschnitt eine Elektrodenschicht (13a) des Paars von Elektrodenschichten (13a, 13b) auf einer der anderen Elektrodenschicht (13b) über einen Mittelpunkt der Wabenstruktur (10) hinweg entgegengesetzten Seite angeordnet ist,wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) über zwei oder mehr Tragschichten (16) mit jedem der Elektrodenteile (14a, 14b) elektrisch verbunden ist, die Tragschichten (16) leitfähig sind und in einem Abstand voneinander angeordnet sind undwobei jeder der Elektrodenteile (14a, 14b) zwei oder mehr Elektroden (15) enthält, wobei jede der Elektroden (15) an äußeren Oberflächen der Tragschichten (16) befestigt ist, wobei der Träger für den elektrisch beheizten Katalysator die folgenden Bedingungen i) oder ii) erfüllt:i) eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rund ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und ein Durchmesser B jeder der Tragschichten (16) die Beziehung B/A ≤ 0,9 erfüllen,ii) eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rechteckig ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und eine lange Seite C jeder der Tragschichten (16) die Beziehung C/A ≤ 0,9 erfüllen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung einen Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator, enthaltend: eine Wabenstruktur; Elektrodenschichten; und Metallelektrodenteile, wobei die Elektrodenschichten und die Elektrodenteile über Tragschichten elektrisch verbunden sind, in welchem eine Erzeugung von Rissen in den Tragschichten wirkungsvoll unterbunden werden kann, bereitzustellen.
Herkömmlicherweise wird ein Element, in welchem ein Katalysator auf eine Wabenstruktur aus Cordierit oder Siliciumcarbid aufgebracht ist, zur Behandlung schädlicher Stoffe in aus Kraftfahrzeugmotoren ausgestoßenen Abgasen verwendet (siehe Patentdokument 1). Eine solche Wabenstruktur hat gewöhnlich eine säulenförmige Wabenstruktur, welche Trennwände enthält, welche eine Vielzahl von Zellen definieren, welche sich von einer Endfläche zu der anderen Endfläche erstrecken, um Strömungswege für ein Abgas zu bilden.
Für die Behandlung des Abgases mit dem auf die Wabenstruktur aufgebrachten Katalysator muss eine Temperatur des Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht werden. Jedoch ist beim Starten des Motors die Katalysatortemperatur niedriger, was herkömmlicherweise ein Problem, dass das Abgas nicht genügend gereinigt wird, verursacht. Deshalb wurde ein als elektrisch beheizter Katalysator (EHC) bezeichnetes System entwickelt. In dem System sind Elektroden auf einer aus leitfähiger Keramik bestehenden Wabenstruktur angeordnet und erzeugt die Wabenstruktur selbst Wärme durch elektrische Leitung, wodurch die Temperatur des auf die Wabenstruktur aufgebrachten Katalysators vor dem Starten oder während des Startens des Motors auf eine Aktivierungstemperatur erhöht wird.
Patentdokument 1 schlägt eine Wabenstruktur vor, welche ein Katalysatorträger ist und außerdem durch Anlegen einer elektrischen Spannung als eine Heizung fungiert und welche eine Verzerrung einer Temperaturverteilung bei Anlegen einer elektrischen Spannung unterdrücken kann. Spezieller schlägt es vor, dass die bei Anlegen der elektrischen Spannung erzeugte Verzerrung der Temperaturverteilung durch Anordnen eines Paars von Elektrodenteilen in Streifenform auf einer Seitenfläche der säulenförmigen Wabenstruktur in einer Ausdehnungsrichtung einer Zelle der Wabenstruktur und Anordnen eines Elektrodenteils des Paars von Elektrodenteilen auf einer dem anderen Elektrodenteil des Paars von Elektrodenteilen über einen Mittelpunkt der Wabenstruktur hinweg entgegengesetzten Seite in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zelle orthogonalen Querschnitt unterdrückt wird.
Um einem hinreichenden elektrischen Kontaktverhalten für die Wabenstruktur zu genügen, sollten die Elektrodenteile hinreichend mit der Wabenstruktur verbunden sein. Als einen Ansatz, dies zu erreichen, offenbart Patentdokument 2 ein Verfahren zum Bilden einer Tragschicht zwischen einer Elektrodenschicht und einer Metallelektrode zum Abbauen eines Unterschieds in der Wärmeausdehnung, um einen Riss oder Bruch an einer Metallelektroden-Grenzfläche zwischen der Elektrodenschicht und dem Elektrodenteil zu vermeiden. Weiterer relevanter Stand der Technik ist in US 2016/009677 A1 diskutiert.
DRUCKSCHRIFTENVERZEICHNIS
Patentliteratur

Patentdokument 1: WO 2013/146955 A1
Patentdokument 2: JP 5 246 337 B2

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Jedoch besteht, wenn die Tragschichten auf der gesamten Fläche, wo die Metallelektroden befestigt sind, gebildet sind, ein Problem, dass ein Temperaturunterschied zwischen der Tragschicht, auf welcher die Metallelektrode befestigt ist, und der Tragschicht, auf welcher die Metallelektrode nicht befestigt ist, auftritt, wodurch Risse in den Tragschichten erzeugt werden. Die Erzeugung von Rissen in den Tragschichten kann im Abschälen der Tragschichten infolge von Schwingungen während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs oder in einer Hemmung des Fließens des erwarteten Stroms resultieren und führt außerdem zu einem unerwünschten Aussehen. Deshalb besteht ein Bedarf am Verhindern der Risse in den Tragschichten durch Vermindern des Temperaturunterschieds bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer Funktion des Verminderns eines Wärmeausdehnungsunterschieds der Tragschichten.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator, enthaltend: eine Wabenstruktur; Elektrodenschichten; und Metallelektrodenteile, wobei die Elektrodenschichten und die Elektrodenteile über Tragschichten elektrisch verbunden sind, in welchem eine Erzeugung von Rissen in den Tragschichten wirkungsvoll unterbunden werden kann, bereitzustellen.
Durch gründliche Untersuchungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die obigen Probleme durch Steuern von Form, Anordnung und dergleichen jeder Tragschicht gelöst werden können. Somit wird die vorliegende Erfindung wie folgt beschrieben: Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems wird ein Träger mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Darüber hinaus wird zudem ein Träger mit den Merkmalen von Anspruch 4 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht eines Trägers für einen elektrisch beheizten Katalysator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht, welche eine Anordnung von Tragschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht, welche eine Anordnung von Tragschichten gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht, welche einen befestigten Zustand von Elektrodenteilen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Ansicht, welche einen befestigten Zustand von Elektrodenteilen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen eines Trägers für einen elektrisch beheizten Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und können mit entsprechendem Fachwissen verschiedenartige Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1. Wabenstruktur
1 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Wabenstruktur 10 enthält: poröse Trennwände 11, welche sich von einer Einström-Endfläche zu einer Ausström-Endfläche durch die Wabenstruktur 10 erstrecken, um eine Vielzahl von einen Durchgangskanal bildenden Zellen 12 zu definieren, und eine an dem äußersten Rand angeordnete Außenumfangswand. Die Anzahl, Anordnung, Form und dergleichen der Zellen 12 sowie die Dicke jeder Trennwand 11 und dergleichen sind nicht beschränkt und können nach Bedarf nach Belieben gestaltet werden.
Ein Material der Wabenstruktur 10 ist nicht besonders beschränkt, solange es leitfähig ist, und es können Metalle, Keramiken und dergleichen verwendet werden. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Vereinbarkeit von Hitzebeständigkeit und Leitfähigkeit besteht das Material der Wabenstruktur 10 bevorzugt vor allem aus einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder Siliciumcarbid und ist es bevorzugter ein Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder Siliciumcarbid. Auch Tantalsilicid (TaSi₂) und Chromsilicid (CrSi₂) können zugesetzt sein, um den spezifischen elektrischen Widerstand der Wabenstruktur zu senken. Der Satz „Die Wabenstruktur 10 besteht vor allem aus einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff“ bedeutet, dass die Wabenstruktur 10 90 oder mehr Massen-% Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff (Gesamtmasse) enthält, bezogen auf die gesamte Wabenstruktur. Hier, was den Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff anbelangt, enthält dieser Siliciumcarbid-Partikel als einen Zuschlag und Silicium als ein Verbindungsmaterial zum Verbinden der Siliciumcarbid-Partikel, und eine Vielzahl von Siliciumcarbid-Partikeln ist durch Silicium verbunden, um Poren zwischen den Siliciumcarbid-Partikeln zu bilden. Der Satz „Die Wabenstruktur 10 besteht vor allem aus Siliciumcarbid“ bedeutet, dass die Wabenstruktur 10 90 oder mehr Massen-% Siliciumcarbid (Gesamtmasse) enthält, bezogen auf die gesamte Wabenstruktur.
Der spezifische elektrische Widerstand der Wabenstruktur 10 kann nach Bedarf, je nach der anzulegenden elektrischen Spannung, einschließlich, ohne darauf besonders beschränkt zu sein, zum Beispiel von 0,001 bis 200 Ωcm eingestellt sein. Für eine höhere Spannung größer als oder gleich 64 V kann er 2 bis 200 Ωcm und typisch 5 bis 100 Ωcm betragen. Ferner kann er für eine niedrigere Spannung kleiner als 64 V 0,001 bis 2 Ωcm und typisch 0,001 bis 1 Ωcm und typischer 0,01 bis 1 Ωcm betragen.
Jede Trennwand 11 der Wabenstruktur 10 hat bevorzugt eine Porosität von 35 bis 60% und bevorzugter von 35 bis 45%. Eine Porosität kleiner als 35% kann eine stärkere Verformung während des Brennens zur Folge haben. Eine Porosität größer als 60% kann eine verminderte Festigkeit der Wabenstruktur zur Folge haben. Die Porosität ist ein mit einem Quecksilberporosimetergemessener Wert.
Jede Trennwand 11 der Wabenstruktur 10 hat bevorzugt eine durchschnittliche Porengröße von 2 bis 15 µm und bevorzugter von 4 bis 8 µm. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser von unter 2 µm kann einen übermäßig höheren spezifischen elektrischen Widerstand zur Folge haben. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser von über 15 µm kann einen übermäßig niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand zur Folge haben. Die durchschnittliche Porengröße ist ein mit einem Quecksilberporosimeter gemessener Wert.
Die Form jeder Zelle 12 in einem zu einer Strömungsweg-Richtung orthogonalen Querschnitt jeder Zelle ist nicht beschränkt, aber sie kann bevorzugt ein Quadrat, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon sein. Von diesen sind die quadratischen und sechseckigen Formen zu bevorzugen. Eine solche Zellenform hat einen geringeren Druckverlust, wenn ein Abgas durch die Wabenstruktur 10 strömt, und eine verbesserte Reinigungsleistung des Katalysators zur Folge.
Die äußere Form der Wabenstruktur 10 ist nicht besonders beschränkt, solange sie eine Säulenform darstellt, und sie kann zum Beispiel eine Form wie eine Säulenform mit runden Grundflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Grundflächen und eine Säulenform mit vieleckigen (quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen und dergleichen) Grundflächen und dergleichen sein. Ferner, was die Größe der Wabenstruktur 10 anbelangt, haben die Grundflächen der Wabenstruktur, im Sinne einer Steigerung der Hitzebeständigkeit, bevorzugt eine Fläche von 2000 bis 20000 mm² und bevorzugter von 4000 bis 10000 mm² (wodurch in einer Umfangsrichtung der Außenumfangs-Seitenwand erzeugte Risse verhindert werden). Ferner beträgt eine axiale Länge der Wabenstruktur 10, im Sinne einer Steigerung der Hitzebeständigkeit, bevorzugt 50 bis 200 mm und bevorzugter 75 bis 150 mm (wodurch in einer zu einer Mittelachsenrichtung parallelen Richtung in der Außenumfangs-Seitenwand erzeugte Risse verhindert werden).
Ferner kann die Wabenstruktur 10 durch Aufbringen eines Katalysators auf die Wabenstruktur 10 als Katalysatorträger verwendet werden.
Die Produktion der Wabenstruktur kann gemäß einem Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur in einem bekannten Verfahren zum Produzieren einer Wabenstruktur durchgeführt werden. Zum Beispiel wird zuerst ein Formungsmaterial hergestellt, indem Siliciumcarbid-Pulver (Siliciumcarbid) metallisches Siliciumpulver (metallischem Silicium), ein Bindemittel, ein oder mehrere Netzmittel, ein Porenbildner, Wasser und dergleichen zugesetzt wird. Vorzugsweise sollte eine Masse von metallischem Silicium, bezogen auf die Summe der Masse von Siliciumcarbid-Pulver und der Masse von metallischem Silicium, 10 bis 40 Massen-% betragen. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Siliciumcarbid-Partikel in dem Siliciumcarbid-Pulver beträgt bevorzugt 3 bis 50 µm und bevorzugter 3 bis 40 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der metallischen Siliciumpartikel in dem metallischen Siliciumpulver beträgt bevorzugt 2 bis 35 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser sowohl der Siliciumcarbid-Partikel als auch der metallischen Siliciumpartikel entspricht bei Messung der Häufigkeitsverteilung der Partikelgröße mittels des Laserbeugungsverfahrens einem volumenbezogenen arithmetischen Durchmesser-Mittelwert. Die Siliciumcarbid-Partikel sind feine Partikel aus Siliciumcarbid, welche das Siliciumcarbid-Pulver bilden, und die metallischen Siliciumpartikel sind feine Partikel aus metallischem Silicium, welche das metallische Siliciumpulver bilden. Es ist zu beachten, dass dies die Formulierung für Formungs-Rohmaterialien in dem Fall ist, in welchem das Material der Wabenstruktur der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist. In dem Fall, in welchem Siliciumcarbid das Material der Wabenstruktur ist, ist kein metallisches Silicium zugesetzt.
Zu Beispielen des Bindemittels zählen Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Von diesen wird bevorzugt Methylcellulose in Kombination mit Hydroxypropoxylcellulose verwendet. Der Bindemittelgehalt beträgt bevorzugt 2,0 bis 10,0 Massenteile, wenn die Gesamtmasse des Siliciumcarbid-Pulvers und des metallischen Siliciumpulvers 100 Massenteile beträgt.
Der Wassergehalt beträgt bevorzugt 20 bis 60 Massenteile, wenn die Gesamtmasse des Siliciumcarbid-Pulvers und des metallischen Siliciumpulvers 100 Massenteile beträgt.
Zu den Netzmitteln, welche verwendet werden können, zählen Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäure-Seifen, Polyalkohol und dergleichen. Diese können allein oder in Kombinationen von zwei oder mehr Mitteln verwendet werden. Der Netzmittelgehalt beträgt bevorzugt 0,1 bis 2,0 Massenteile, wenn die Gesamtmasse des Siliciumcarbid-Pulvers und des metallischen Siliciumpulvers 100 Massenteile beträgt.
Der Porenbildner ist nicht besonders beschränkt, solange der Porenbildner selbst nach dem Brennen Poren bildet, und enthält zum Beispiel Graphit, Stärke, aufschäumbare Harze, wasserabsorbierende Harze, Kieselgel und dergleichen. Der Porenbildnergehalt beträgt bevorzugt 0,5 bis 10,0 Massenteile, wenn die Gesamtmasse des Siliciumcarbid-Pulvers und des metallischen Siliciumpulvers 100 Massenteile beträgt. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Porenbildners beträgt bevorzugt 10 bis 30 µm. Wenn er kleiner als 10 µm ist, werden möglicherweise nicht genügend Poren gebildet. Wenn er größer als 30 µm ist, kann während des Formens eine Matrize durch den Porenbildner verstopft werden. Die durchschnittliche Partikelgröße des Porenbildners entspricht bei Messung der Häufigkeitsverteilung der Partikelgröße mittels des Laserbeugungsverfahrens einem volumenbezogenen arithmetischen Durchmesser-Mittelwert. Wenn der Porenbildner das wasserabsorbierende Harz ist, ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser nach Wasserabsorption.
Dann werden die resultierenden Formungs-Rohmaterialien geknetet, um einen Grünkörper zu bilden, und dann wird der Grünkörper stranggepresst, um eine Wabenstruktur herzustellen. Beim Strangpressen kann eine Matrize mit einer gewünschten Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke, Zellendichte und dergleichen verwendet werden. Bevorzugt wird die resultierende Wabenstruktur getrocknet. Wenn die Länge in der Mittelachsenrichtung der Wabenstruktur nicht die gewünschte Länge ist, können die beiden Endflächen der Wabenstruktur auf die gewünschte Länge abgeschnitten werden.
2. Elektrodenschicht
Wie in 2 gezeigt, ist die Außenumfangswand der Wabenstruktur 10 gemäß dieser Ausführungsform mit einem Paar von Elektrodenschichten 13a, 13b versehen. Jede der Elektrodenschichten 13a, 13b ist zu einer Streifenform gebildet, welche sich in der Ausdehnungsrichtung der Zelle 12 der Wabenstruktur 10 erstreckt. In einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zelle 12 orthogonalen Querschnitt ist eine Elektrodenschicht des Paars von Elektrodenschichten 13a, 13b auf einer der anderen Elektrodenschicht über einen Mittelpunkt der Wabenstruktur 10 hinweg entgegengesetzten Seite angeordnet. Eine solche Konfiguration ermöglicht die Unterdrückung jeglicher Verzerrung eines in der Wabenstruktur 10 fließenden Stroms und die Unterdrückung jeglicher Verzerrung einer Temperaturverteilung in der Wabenstruktur 10 bei Anlegen einer elektrischen Spannung.
Die Elektrodenschichten 13a, 13b sind aus einem leitfähigen Material gebildet. Vorzugsweise sollte jede der Elektrodenschichten 13a, 13b vor allem aus Siliciumcarbid-Partikeln und Silicium bestehen, und noch vorzugsweiser sollte jede der Elektrodenschichten 13a, 13b, abgesehen von Verunreinigungen, welche gewöhnlich enthalten sind, unter Verwendung von Siliciumcarbid-Partikeln und Silicium als Rohmaterialien gebildet sein. Wie hierin verwendet, bedeutet die Wendung „besteht vor allem aus Siliciumcarbid-Partikeln und Silicium“, dass die Gesamtmasse von Siliciumcarbid-Partikeln und Silicium 90 oder mehr Massen-% der Masse der gesamten Elektrodenschichten entspricht. Somit besteht jede der Elektrodenschichten 13a, 13b vor allem aus Siliciumcarbid-Partikeln und Silicium, wodurch Bestandteile jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b und Bestandteile der Wabenstruktur 10 einander gleichen oder ähneln (was ein Fall ist, in welchem das Material der Wabenstruktur Siliciumcarbid ist). Deshalb haben die Elektrodenschichten 13a, 13b und die Wabenstruktur gleiche oder nah beieinanderliegende Wärmeausdehnungskoeffizientenwerte. Ferner nimmt, da die Materialien einander gleichen oder ähneln, auch eine Haftfestigkeit zwischen den Elektrodenschichten 13a, 13b und der Wabenstruktur 10 zu. Deshalb ist es, selbst wenn eine thermische Beanspruchung auf die Wabenstruktur ausgeübt wird, möglich, zu verhindern, dass die Elektrodenschichten 13a, 13b sich von der Wabenstruktur 10 abschälen oder Verbindungsteile zwischen den Elektrodenschichten 13a, 13b und der Wabenstruktur 10 brechen.
Ferner enthält die Wabenstruktur 10, wie in 2 gezeigt, ein Paar von Elektrodenteilen 14a, 14b, welche über die Elektrodenschichten 13a, 13b und die Tragschichten 16 mit den jeweiligen Elektrodenteilen 14a, 14b elektrisch verbunden sind. Hier hat jeder der Elektrodenteile 14a, 14b zwei oder mehr Elektroden 15 (siehe auch 3) und ist jede Elektrode an äußeren Oberflächen der Tragschichten 16 befestigt. Entsprechend der Anordnung können die Metallelektrodenteile 14a, 14b, wenn über die Elektrodenschichten 13a, 13b eine elektrische Spannung angelegt wird, unter Strom gesetzt werden, um die Wabenstruktur 10 Wärme als Joulesche Wärme erzeugen zu lassen. Deshalb kann die Wabenstruktur 10 zweckmäßig als Heizung verwendet werden. Die angelegte Spannung beträgt bevorzugt 12 bis 900 V und bevorzugter 64 bis 600 V. Jedoch kann die angelegte Spannung nach Bedarf geändert werden.
3. Tragschicht
Jede Tragschicht 16 ist leitfähig. Die Tragschichten 16 können durch thermisches Spritzen auf einer Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b gebildet sein, und jede Tragschicht 16 ist in einer im Wesentlichen ebenen Plattenform gebildet (speziell einer so, dass sie entlang der äußeren Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b verläuft, gebogenen Form). Jede Tragschicht 16 ist auf einem Teil der äußeren Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b vorgesehen. Jede Tragschicht 16 kann aus einem Metallmaterial (z.B. einem Material auf NiCr-Basis) mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elektrodenschichten 13a, 13b (ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Elektrodenschichten 13a, 13b ist relativ niedrig) und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elektroden 15 (ein linearer Ausdehnungskoeffizient der Elektrodenteile 14a, 14b ist relativ hoch) gebildet sein, so dass jede Tragschicht eine Funktion des Absorbierens eines zwischen jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b und jeder der Elektroden 15 erzeugten Wärmeausdehnungsunterschieds erfüllt.
Hier ist es wichtig, zwei oder mehr Tragschichten zu bilden, welche auf jeder Oberfläche der Elektrodenschichten 13a, 13b in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Wie oben beschrieben, tritt, wenn Tragschichten auf der gesamten Fläche, wo die Elektrode befestigt ist, gebildet sind, ein Temperaturunterschied zwischen der Tragschicht, auf welcher die Elektrode befestigt ist, und der Tragschicht, auf welcher die Elektrode nicht befestigt ist, auf, was ein Problem, dass Risse in den Tragschichten erzeugt werden, verursacht. Deshalb sind die Tragschichten durch Vorsehen der Tragschichten in zum Befestigen der Elektrode 15 erforderlichen Bereichen statt durch Bilden der Tragschichten über das gesamte Gebiet zum Befestigen der Elektrode 15 hinweg in Abständen voneinander angeordnet, wodurch ein Temperaturunterschied zwischen der Tragschicht, auf welcher die Elektrode befestigt ist, und der Tragschicht, auf welcher die Elektrode nicht befestigt ist, vermindert wird und ermöglicht wird, ein Reißen der Tragschichten wirkungsvoll zu unterbinden.
Obwohl 2 eine Ausführungsform zeigt, in welcher zwei Tragschichten 16 auf der äußeren Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b gebildet sind, können zwei oder mehr Tragschichten 16 so gebildet sein, dass sie in einem Abstand voneinander angeordnet sind, und ist die Anzahl von Tragschichten nicht beschränkt und kann sie innerhalb eines zum Befestigen der Elektrode 15 erforderlichen Bereichs angemessen eingestellt werden.
Jede Tragschicht 16 kann über einen zum Befestigen der Elektrode 15 erforderlichen Bereich hinweg gebildet sein, und ihre Form ist nicht beschränkt. Was Produktivität und Durchführbarkeit anbelangt, ist jedoch eine Kontaktfläche zwischen jeder Tragschicht 16 und der Elektrode bevorzugt rund oder rechteckig.
3 ist eine Ansicht, welche den Aufbau der Außenumfangsfläche des Trägers für den elektrisch beheizten Katalysator in einer zu dem Querschnitt in 2 orthogonalen Richtung zeigt. Zum besseren Verständnis sind die Elektrodenteile 14a, 14b und die Elektroden 15 nicht dargestellt. Wenn die Kontaktfläche zwischen jeder Tragschicht 16 und der Elektrode 15 rund ist, erfüllen ein Abstand A zwischen den Tragschichten und ein Durchmesser B jeder Tragschicht die Beziehung B/A≤ 0,9. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Abstand A zwischen den Tragschichten einen Abstand zwischen Kreismittelpunkten der nebeneinanderliegenden Tragschichten 16. Ein Verhältnis B/A kleiner als oder gleich 0,9 kann ermöglichen, die Tragschichten genügend voneinander zu trennen, so dass der Temperaturunterschied zwischen der Tragschicht, auf welcher die Elektrode befestigt ist, und der Tragschicht, auf welcher die Elektrode nicht befestigt ist, weiter abgebaut wird. Unter diesem Gesichtspunkt ist das Verhältnis B/A bevorzugter kleiner als oder gleich 0,7.
4 zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Form jeder Tragschicht 16 gegenüber der Ausführungsform in 3 zu einem Rechteck verändert ist. Wenn eine Kontaktfläche zwischen der Tragschicht 16 und der Elektrode 15 rechteckig ist, erfüllen ein Abstand A zwischen den Tragschichten und eine lange Seite C jeder der Tragschichten die Beziehung C/A≤ 0,9. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Abstand A zwischen den Tragschichten einen Abstand zwischen Schnittpunkten der jeweiligen Diagonalen der nebeneinanderliegenden Tragschichten 16. Ein Verhältnis C/A kleiner als oder gleich 0,9 kann ermöglichen, die Tragschichten genügend voneinander zu trennen, so dass der Temperaturunterschied zwischen der Tragschicht, auf welcher die Elektrode befestigt ist, und der Tragschicht, auf welcher die Elektrode nicht befestigt ist, weiter abgebaut wird. Unter diesem Gesichtspunkt ist das Verhältnis C/A bevorzugter kleiner als oder gleich 0,7.
Ferner kann die Dicke der Tragschicht 16 so eingestellt sein, dass sowohl eine Verringerung der thermischen Beanspruchung zwischen jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b und jeder der Elektroden 15 als auch eine gute Leitung erreicht wird.
Wenn jede Elektrode 15 durch Befestigungsschichten 17 an äußeren Oberflächen der Tragschichten 16 befestigt ist wie unten beschrieben, hat jede Tragschicht 16, im Sinne des Erzielens einer hohen Verbindungsfestigkeit zwischen jeder der Befestigungsschichten 17 und jeder der Tragschichten 16, bevorzugt eine Rauhtiefe Ra größer als oder gleich 3 µm.
4. Elektrodenteil
Für die Elektrodenteile 14a, 14b können Metalle und Keramiken verwendet werden. Zu Beispielen der Metalle zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, im Sinne leichter Verfügbarkeit repräsentativ Silber, Kupfer, Nickel, Gold, Palladium, Silicium und dergleichen. Es ist auch möglich, Kohlenstoff zu verwenden. Zu nicht-beschränkenden Beispielen von Keramiken zählen mindestens eines von Si, Cr, B, Fe, Co, Ni, Ti und Ta enthaltende Keramiken und exemplarisch Siliciumcarbid, Chromsilicid, Borcarbid, Chromborid und Tantalsilicid. Verbundwerkstoffe können durch Kombinieren der Metalle mit den Keramiken gebildet werden.
Jeder der Elektrodenteile 14a, 14b hat zwei oder mehr Elektroden 15, und jede Elektrode 15 ist an den äußeren Oberflächen der Tragschichten 16 befestigt. Hier kann jede Elektrode 15 durch Schweißen an den Tragschichten 16 befestigt sein oder kann sie mittels der durch thermisches Spritzen gebildeten Befestigungsschichten 17, welche unten noch beschrieben werden, an den Tragschichten 16 befestigt sein (siehe 6).
In der in 5 gezeigten Ausführungsform hat jeder der Elektrodenteile 14a, 14b drei kammförmige Elektroden 15 und ist jede Elektrode 15 an zwei Tragschichten 16 befestigt. Wie oben beschrieben, ist die elektrische Verbindung zwischen den kammförmigen Elektroden 15 und den Elektrodenschichten 13a, 13b durch zwei oder mehr Tragschichten 16, welche in einem Abstand voneinander angeordnet sind, realisiert.
Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform jede Elektrode in einer Kammform gebildet ist, aber jede beliebige Form eingeführt werden kann, solange die Elektrode an den Tragschichten befestigt werden kann und mit der Elektrodenschicht elektrisch verbunden werden kann.
5. Befestigungsschicht
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Elektrode 15 durch Befestigungsschichten 17 an den äußeren Oberflächen der Tragschichten 16 befestigt (siehe 6). Jede Befestigungsschicht 17 ist sowohl mit der Elektrode 15 als auch mit der Tragschicht 16 verbunden, wodurch die Elektrodenschichten 13a, 13b mit den Elektrodenteilen 14a, 14b elektrisch verbunden sind. In diesem Fall steht, da der elektrische Strom durch jede Befestigungsschicht geleitet werden kann, möglicherweise nicht jede Elektrode 15 in direktem Kontakt mit den Tragschichten 16.
Jede Befestigungsschicht 17 besteht aus einem Metallmaterial (zum Beispiel einem Material auf NiCr-Basis oder einem Material auf CoNiCr-Basis) mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elektrode 15 und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Tragschicht 16 und ist leitfähig. Die Befestigungsschichten 17 sind so vorgesehen, dass sie an einer Vielzahl von Positionen auf den Oberflächen der kammförmigen Elektroden 15 und der Tragschichten 16 verstreut sind, und sind lokal mit den kammförmigen Elektroden 15 und den Tragschichten 16 verbunden. In der Ausführungsform in 6 ist die Oberfläche der Befestigungsschichten 17 kleiner als diejenige der Tragschichten 16.
Jede der Befestigungsschichten 17 ist in einer Halbkugelform auf den Oberflächen der kammförmigen Elektroden 15 und der Tragschichten 16 gebildet. Jede Befestigungsschicht 17 hat einen Durchmesser, welcher größer als eine Leitungsbreite x jeder kammförmigen Elektrode 15 ist. Ein Scheitelpunkt jeder der Befestigungsschichten 17 befindet sich auf einer Mittellinie jeder kammförmigen Elektrode 15, so dass jede Befestigungsschicht 17 so gebildet ist, dass sie die kammförmige Elektrode 15 mit auf beiden Seiten der Tragschicht 16 entlang der kammförmigen Schicht 15 in einer zu der Längsrichtung der kammförmigen Elektrode 15 orthogonalen Richtung liegenden Stellen der Oberfläche verbindet. Das heißt, jede der Befestigungsschichten 17 ist mit jeder kammförmigen Elektrode 15 verbunden und außerdem über die kammförmige Elektrode 15 mit den auf beiden Seiten in der zu der Längsrichtung der kammförmigen Elektrode 15 orthogonalen Richtung liegenden Stellen der Oberfläche der Tragschicht 16 verbunden.
Beide der zu der Längsrichtung orthogonalen Richtung zugewandten Seitenflächen jeder kammförmigen Elektrode 15 sind mit der Befestigungsschicht 17 bedeckt. Die Verbindung der kammförmigen Elektroden 15 und der Tragschichten 16 durch die Befestigungsschichten 17 wird durch thermisches Spritzen der Befestigungsschichten 17 von einer Oberseite des auf die Tragschichten 16 gelegten Elektrodenteils 14a oder 14b her zu der Mitte der kammförmigen Elektrode 15 hin erreicht.
Eine Vielzahl von Befestigungsschichten 17 (zwei Befestigungsschichten in 6) ist für jeweils eine kammförmige Elektrode 15 des Elektrodenteils 14a oder 14b vorgesehen und ist an in Abständen voneinander angeordneten Positionen angeordnet. Jede kammförmige Elektrode 15 ist lokal an einer Vielzahl von in Abständen voneinander angeordneten Positionen mit den Befestigungsschichten 17 verbunden. Jede kammförmige Elektrode 15 ist durch lokales Verbinden der Befestigungsschichten 17 an einer Vielzahl von in Abständen voneinander angeordneten Positionen mit der kammförmigen Elektrode 15 und den Tragschichten 16 an der Elektrodenschicht 13a oder 13b befestigt. Die Befestigungsschichten 17 sind an schrägen Positionen auf den Oberflächen der Tragschichten 16 in den nebeneinanderliegenden kammförmigen Elektroden 15, welche in der Axialrichtung der Elektrodenschicht 13a oder 13b angeordnet sind, angeordnet.
Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform mit den Befestigungsschichten 17 weitere Konfigurationen des Trägers für den elektrisch beheizten Katalysator die gleichen wie in der obigen Ausführungsform sind.
BEISPIELE
Im Folgenden werden zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile Beispiele dargestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(1) Produktion des getrockneten Wabenkörpers
Siliciumcarbid- (SiC-) Pulver und metallisches Silicium (Si-) Pulver wurden in einem Massenverhältnis von 60:40 gemischt, um ein Keramikrohmaterial herzustellen. Dem Keramikrohmaterial wurden Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel, ein wasserabsorbierendes Harz als Porenbildner und Wasser zugesetzt, um ein Formungs-Rohmaterial zu bilden. Das Formungs-Rohmaterial wurde dann mittels einer Vakuum-Grünkörperknetvorrichtung geknetet, um einen rundsäulenförmigen Grünkörper herzustellen. Der Bindemittelgehalt betrug 7 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der Porenbildnergehalt betrug 3 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid-(SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der Wassergehalt betrug 42 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Siliciumcarbid-Pulvers betrug 20 µm, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser des metallischen Siliciumpulvers betrug 6 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Porenbildners betrug 20 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser sowohl des Siliciumcarbid-Pulvers als auch des metallischen Siliciumpulvers als auch des Porenbildners entspricht bei Messung der Häufigkeitsverteilung einer Partikelgröße mittels des Laserbeugungsverfahrens einem volumenbezogenen arithmetischen Durchmesser-Mittelwert.
Der resultierende säulenförmige Grünkörper wurde mittels einer Strangpresse gebildet, um einen säulenförmigen Waben-Formkörper, in welchem jede Zelle eine quadratische Querschnittsform hatte, zu erhalten. Der resultierende Waben-Formkörper wurde einer dielektrischen Hochfrequenzerwärmung und -trocknung unterzogen und dann 2 Stunden lang bei 120° C mittels eines Heißlufttrockners getrocknet, und ein vorbestimmtes Maß beider Endflächen wurde abgeschnitten, um einen getrockneten Wabenkörper herzustellen.
(2) Bildung der Elektrodenschicht
Siliciumcarbid- (SiC-) Pulver und metallisches Silicium (Si-) Pulver wurden in einem Massenverhältnis von 60:40 gemischt, um ein Keramikrohmaterial herzustellen. Dem Keramikrohmaterial wurden dann Hydroxypropylmethylcellulose als Bindemittel, Wasser und ein Netzmittel zugesetzt, um ein Formungs-Rohmaterial zu bilden. Das Formungs-Rohmaterial wurde dann mittels einer Knetvorrichtung geknetet, um ein pastöses Rohmaterial herzustellen. Der Bindemittelgehalt betrug 2 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der Wassergehalt betrug 40 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der Netzmittelgehalt betrug 2 Massenteile, wenn die Gesamtmenge des Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers und des metallischen Silicium- (Si-) Pulvers 100 Massenteile betrug. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Siliciumcarbid-Pulvers betrug 20 µm und der durchschnittliche Partikeldurchmesser des metallischen Siliciumpulvers betrug 6 µm wie mittels des Laserbeugungsverfahrens gemessen. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser sowohl des Siliciumcarbid-Pulvers als auch des metallischen Siliciumpulvers entspricht bei Messung der Häufigkeitsverteilung einer Partikelgröße mittels des Laserbeugungsverfahrens einem volumenbezogenen arithmetischen Durchmesser-Mittelwert.
Das pastöse Rohmaterial wurde mittels einer Druckmaschine für gebogene Oberflächen so auf einen getrockneten Wabenkörper aufgebracht, dass es eine geeignete Fläche und eine geeignete Filmdicke hatte, und ferner 30 Minuten lang bei 120 °C mit einem Heißlufttrockner getrocknet und dann zusammen mit dem getrockneten Wabenkörper in einer Ar-Atmosphäre 3 Stunden lang bei 1400 °C getrocknet, um einen gebrannten Wabenkörper zu erhalten.
(3) Bildung der Tragschicht
Metallpulver (Metallpulver wie ein Material auf NiCr-Basis und Edelstahl) und Oxidpulver (Oxidpulver aus Cd, Aluminiumoxid, Mullit oder dergleichen) wurden mit einem Metallanteil von 20 bis 85 Volumen-% und einem Oxidpulveranteil von 15 bis 80 Volumen-% gemischt, um ein Keramikrohmaterial herzustellen. Dem Keramikrohmaterial wurden 1 Massen-% eines Bindemittels, 1 Massen- % eines Netzmittels und 20 bis 40 Massen-% Wasser zugesetzt, um ein pastöses Rohmaterial herzustellen. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Metallpulvers betrug 10 µm und der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Oxidpulvers betrug 5 µm wie mittels des Laserbeugungsverfahrens gemessen.
Das pastöse Rohmaterial wurde mittels einer Druckmaschine für gebogene Oberflächen so auf den gebrannten Wabenkörper aufgebracht, dass es die in Tabelle 1 gezeigte Anordnung hatte, und ferner 30 Minuten lang bei 120 °C mit einem Heißlufttrockner getrocknet und dann in einer Ar-Atmosphäre 1 Stunde lang bei 1100 °C getrocknet.
(4) Rauhtiefe Ra der Tragschicht
Jede Wabenstruktur jedes der Vergleichsbeispiele und Beispiele wurde ausgeschnitten, um ein ausgeschnittenes Produkt von 30×30×70 mm herzustellen, und das oben beschriebene pastöse Tragschicht-Rohmaterial wurde so aufgedruckt, dass es eine Dicke von 0,5 mm auf einer Fläche von 20×50 mm hatte, und eine Rauhtiefe wurde mit einem tastenden Rauheitsprüfer gemessen. Was die Messbedingungen anbelangt, betrug ein Messweg 15 mm, betrug ein Anfahrabstand (ein Beschleunigungsabschnitt eines Berührungsteils vor der Messung) 0,3 mm und betrug eine Messgeschwindigkeit 0,25 mm/s.
(5) Befestigen der Elektrode

i. Befestigungsverfahren durch thermisches Spritzen:
- Auf jeder eine Vielzahl von mittels des obigen Verfahrens gebildeten Tragschichten aufweisenden Wabenstruktur wurden kammförmige Elektroden angeordnet, und eine Spritzmaske mit entsprechend der Position jeder Tragschicht gebildeten Löchern wurde auf die Wabenstruktur gelegt. Ein Material zum thermischen Spritzen wurde von einer Oberseite der Spritzmaske her so thermisch gespritzt, dass die Oberfläche bedeckt war, damit nur auf den Tragschichten thermisch gespritzt wurde. In diesem Fall wurde ein gemischtes Material zum thermischen Spritzen aus CoCrAlY und Mullit von einer Oberseite der auf den Tragschichten angeordneten kammförmigen Elektroden her niedergeschlagen, um Befestigungsschichten zu bilden, wodurch jede Elektrodenschicht der kammförmigen Elektroden an äußeren Oberflächen der Tragschichten befestigt wurde. Es ist zu beachten, dass es, da jeder Elektrodenteil über die Befestigungsschichten mit den Tragschichten elektrisch verbunden ist, nicht erforderlich ist, jede Elektrode direkt mit den Tragschichten zu verbinden.
ii. Befestigungsverfahren durch Schweißen:
- Kammförmige Elektroden wurden auf jede eine Vielzahl von mittels des obigen Verfahrens gebildeten Tragschichten aufweisende Wabenstruktur gelegt und dann auf Teile, wo jede kammförmige Elektrode sich mit den Tragschichten überlappte, mit einem Durchmesser von 0,5 mm lasergeschweißt.

(6) Metallelektrodenbefestigungs-Prüfung

Eine Metallelektrodenbefestigungs-Prüfung wurde an jeder Wabenstruktur, an welcher ein Paar von Elektroden mittels des obigen Verfahrens befestigt war, durchgeführt. Die Metallelektrodenbefestigungs-Prüfung wurde 20 Sekunden lang durch Anlegen einer Spannung von 50 V zwischen dem Paar von kammförmigen Elektroden durchgeführt. Für ein Beispiel des Befestigungsverfahrens durch thermisches Spritzen wurde das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen/Brüchen zwischen jeder Tragschicht, jeder gespritzten Schicht und jeder kammförmigen Elektrode visuell bestätigt, und für ein Beispiel des Befestigungsverfahrens durch Schweißen wurde das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Rissen/Brüchen zwischen jeder Tragschicht und jeder kammförmigen Elektrode visuell bestätigt. Wenn kein Riss/Bruch vorlag, wurde dies mit „Verbindung OK“ bewertet. Tabelle 1

	Form der Tragschichten	Anordnung der Tragschichten	Ra der Tragschichten (µm)	Befestigungsverfahren	A (mm)	B oder C (mm)	B/A oder C/A	Ergebnis der Metallelektrodenbefestigungs-Prüfung (Anzahl Probestücke mit „Verbindung OK“ / Anzahl Probestücke)
Vergleichsbeispiel 1	Rund	Nebeneinander	2,3	Therm. Spritzen	-	-	-	1/20
Vergleichsbeispiel 2	Rund	Nebeneinander	2,3	Therm. Spritzen	5	5	1,0	2/20
Beispiel 2	Rund	Mit Abstand	4,3	Therm. Spritzen	5,5	5	0,9	18/20
Beispiel 3	Rund	Mit Abstand	4,3	Therm. Spritzen	7,2	5	0,7	20/20
Beispiel 4	Rund	Mit Abstand	4,3	Therm. Spritzen	10	5	0,5	20/20
Beispiel 5	Rechteckig	Mit Abstand	4,3	Therm. Spritzen	5,0	5	0,9	17/20
Beispiel 6	Rund	Mit Abstand	4,3	Schweißen	7,2	5	0,7	20/20

Erörterung
Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Beispiele, gegenüber dem Vergleichsbeispiel, Risse wirkungsvoll unterbinden. Insbesondere als die Kontaktfläche zwischen jeder Tragschicht und der Elektrode rund oder rechteckig war, waren die Ergebnisse der Metallelektrodenbefestigungs-Prüfung alle OK, wenn das Verhältnis B/A oder C/A kleiner als oder gleich 0,7 war. Es versteht sich von selbst, dass die Tragschichten in Abständen voneinander angeordnet sind, wodurch der lokale Temperaturunterschied vermindert wird und die Erzeugung von Rissen/Brüchen verhindert wird.
Andererseits wurde, da Vergleichsbeispiel 1 zwei Tragschichten auf der Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b bildete, eine große Anzahl von Rissen/Brüchen erzeugt. Vergleichsbeispiel 2 bildete nur eine Tragschicht auf der Oberfläche jeder der Elektrodenschichten 13a, 13b, aber die Tragschichten lagen nebeneinander, so dass die Wirkung des Verminderns des lokalen Temperaturunterschieds unzureichend war und eine große Anzahl von Rissen/Brüchen erzeugt wurde.
Bezugszeichenliste

10: Wabenstruktur
11: Trennwand
12: Zelle
13a, 13b: Elektrodenschicht
14a, 14b: Elektrodenteil
15: Elektrode
16: Tragschicht
17: Befestigungsschicht
A: Abstand zwischen den Tragschichten
B: Durchmesser der Tragschichten
C: Lange Seite der Tragschichten
X: Breite der Elektrode

Claims

Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator, enthaltend: eine Wabenstruktur (10), enthaltend: poröse Trennwände (11), welche sich von einer Einström-Endfläche zu einer Ausström-Endfläche durch die Wabenstruktur (10) erstrecken, um eine Vielzahl von einen Durchgangskanal bildenden Zellen (12) zu definieren; eine an dem äußersten Rand angeordnete Außenumfangswand; ein Paar von auf der Außenumfangswand der Wabenstruktur (10) angeordneten Elektrodenschichten (13a, 13b); und ein Paar von Elektrodenteilen (14a, 14b), wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) in einer sich in einer Ausdehnungsrichtung der Zellen (12) der Wabenstruktur (10) erstreckenden Streifenform gebildet ist, wobei in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zelle (12) orthogonalen Querschnitt eine Elektrodenschicht (13a) des Paars von Elektrodenschichten (13a, 13b) auf einer der anderen Elektrodenschicht (13b) über einen Mittelpunkt der Wabenstruktur (10) hinweg entgegengesetzten Seite angeordnet ist, wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) über zwei oder mehr Tragschichten (16) mit jedem der Elektrodenteile (14a, 14b) elektrisch verbunden ist, die Tragschichten (16) leitfähig sind und in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei jeder der Elektrodenteile (14a, 14b) zwei oder mehr Elektroden (15) enthält, wobei jede der Elektroden (15) an äußeren Oberflächen der Tragschichten (16) befestigt ist, wobei der Träger für den elektrisch beheizten Katalysator die folgenden Bedingungen i) oder ii) erfüllt: i) eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rund ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und ein Durchmesser B jeder der Tragschichten (16) die Beziehung B/A ≤ 0,9 erfüllen, ii) eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rechteckig ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und eine lange Seite C jeder der Tragschichten (16) die Beziehung C/A ≤ 0,9 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 1, wobei der Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und der Durchmesser B jeder der Tragschichten (16) die Beziehung B/A ≤ 0,7 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 1, wobei der Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und die lange Seite C jeder der Tragschichten (16) die Beziehung C/A ≤ 0,7 erfüllen.
Träger für einen elektrisch beheizten Katalysator, enthaltend: eine Wabenstruktur (10), enthaltend: poröse Trennwände (10), welche sich von einer Einström-Endfläche zu einer Ausström-Endfläche durch die Wabenstruktur (10) erstrecken, um eine Vielzahl von einen Durchgangskanal bildenden Zellen (12) zu definieren; eine an dem äußersten Rand angeordnete Außenumfangswand; ein Paar von auf der Außenumfangswand der Wabenstruktur (10) angeordneten Elektrodenschichten (13a, 13b); und ein Paar von Elektrodenteilen (14a, 14b), wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) in einer sich in einer Ausdehnungsrichtung der Zelle (12) der Wabenstruktur (10) erstreckenden Streifenform gebildet ist, wobei in einem zu der Ausdehnungsrichtung der Zelle (12) orthogonalen Querschnitt eine Elektrodenschicht (13a) des Paars von Elektrodenschichten (13a, 13b) auf einer der anderen Elektrodenschicht (13b) über einen Mittelpunkt der Wabenstruktur (10) hinweg entgegengesetzten Seite angeordnet ist, wobei jede der Elektrodenschichten (13a, 13b) über zwei oder mehr Tragschichten (16) mit jedem der Elektrodenteile (14a, 14b) elektrisch verbunden ist, die Tragschichten (16) leitfähig sind und in einem Abstand voneinander angeordnet sind und wobei jeder der Elektrodenteile (14a, 14b) zwei oder mehr Elektroden (15) enthält, wobei jede der Elektroden (15) durch Befestigungsschichten (17) an äußeren Oberflächen der Tragschichten (16) befestigt ist.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 4, wobei eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rund ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und ein Durchmesser B jeder der Tragschichten (16) die Beziehung B/A ≤ 0,9 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 5, wobei der Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und der Durchmesser B jeder der Tragschichten (16) die Beziehung B/A ≤ 0,7 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 4, wobei eine Kontaktfläche zwischen jeder der Tragschichten (16) und der Elektrode (15) rechteckig ist und ein Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und eine lange Seite C jeder der Tragschichten (16) die Beziehung C / A ≤ 0,9 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach Anspruch 7, wobei der Abstand A zwischen den Tragschichten (16) und die lange Seite C jeder der Tragschichten (16) die Beziehung C/A ≤ 0,7 erfüllen.
Träger für den elektrisch beheizten Katalysator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei jede der Tragschichten (16) eine Rauhtiefe Ra größer als oder gleich 3 µm hat.