DE102020001667A1

DE102020001667A1 - Verfahren zum messen der verteilung der wärmeerzeugung in einer wabenstruktur, system zum messen der verteilung der wärmeerzeugung in einer wabenstruktur, verfahren zum herstellen einer wabenstruktur und verfahren zum herstellen eines elektrisch heizenden trägers

Info

Publication number: DE102020001667A1
Application number: DE102020001667.7A
Authority: DE
Inventors: Naoya Takase
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2040-03-13
Also published as: DE102020001667B4; US11473980B2; CN111721447A; JP7046028B2; JP2020153325A; US20200300712A1

Abstract

Vorgesehen ist ein Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur. Die Wabenstruktur umfasst: einen Abschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, umfassend: eine Außenumfangswand und poröse Trennwände, die an der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei jede Zelle unter Bildung eines Fließweges von einer Endfläche zur anderen Endfläche verläuft; und zwei Elektrodenschichten, die so auf einer Oberfläche der Außenumfangswand des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie einander bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt sind. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten, um die Wabenstruktur in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen; Messen von Widerstandswerten Rzwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf der Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand; Bestimmen eines Stromwertes I, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf jedem der Widerstandswerte Rzwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an den mehreren Stellen gemessen wurden, und Berechnen eines Wärmewertes, der für jeden der Widerstandswerte Rerzeugt wurde, basierend auf jedem der Widerstandswerte Rund dem Stromwert I; und Bestimmen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend sowohl auf den Stellen, an denen jeder der Widerstandswerte Rgemessen wird, als auch dem Wärmewert, der aus jedem der Widerstandswerte Rin der Wabenstruktur berechnet wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, mit denen die Messeffizienz der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur verbessert und eine stabile und genaue Bewertung ermöglicht werden kann.
Gewöhnlicher Weise wird ein Katalysator, getragen auf einer säulenförmigen Wabenstruktur mit mehreren Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, die unter Bildung von Strömungswegen von einer Endfläche zur anderen Endfläche verlaufen, zum Reinigen von Schadstoffen wie HC, CO und NO_x, die in einem Abgas enthalten sind, das aus einem Motor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen ausgestoßen wird, verwendet. So muss beim Behandeln des Abgases mit dem auf der Wabenstruktur getragenen Katalysator die Temperatur des Katalysators auf seine Aktivierungstemperatur angehoben werden. Beim Starten des Motors erreicht jedoch der Katalysator die Aktivierungstemperatur nicht. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass das Abgas nicht ausreichend gereinigt wird. Insbesondere schließt ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) oder ein Hybridfahrzeug (HV) das Fahren nur mit einem Motor in der Fahrbewegung ein, so dass es beim Starten des Motors über weniger Motorstartfrequenz und ebenso eine niedrige Katalysatortemperatur verfügt, was zu einer Verschlechterung der Abgasreinigungsleistung führen wird.
Zur Lösung des Problems wurde ein elektrischer Heizkatalysator (EHC) vorgeschlagen, in dem zwei Anschlüsse an eine säulenförmige Wabenstruktur aus leitender Keramik angeschlossen werden, und die Wabenstruktur selbst durch elektrische Leitung erhitzt wird, so dass die Temperatur des Katalysators vor dem Starten des Motors auf seine Aktivierungstemperatur erhöht werden kann. Der EHC soll Temperatur-Ungleichmäßigkeit in der Wabenstruktur für eine gleichmäßige Temperaturverteilung reduzieren, damit ein ausreichender katalytischer Effekt erzielt werden kann.
Als eine Leistungsbewertung für eine Wabenstruktur wird eine Temperaturverteilung in der Wabenstruktur, wenn bewirkt wird, dass die Wabenstruktur Wärme erzeugt, untersucht. Als ein Verfahren zum Erzeugen von Wärme in einer Wabenstruktur wird bekanntermaßen Wärme erzeugt, indem eine Spannung über einen elektrischen Leitungsweg in Form einer Reihenschaltung an die Wabenstruktur angelegt wird, wie in Patentdokument 1 offenbart. Ferner ist bekannt, wie in Patentdokument 2 offenbart, dass Wärme durch Bereitstellen von Elektroden an einer Wabenstruktur und Anlegen einer Spannung an die Wabenstruktur über einen elektrischen Leitungsweg in Form einer Parallelschaltung erzeugt wird.
ZITATENLISTE
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 05-179939 A
Patentdokument 2: japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2014-51402 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Verfahren zum Erzeugen von Wärme in der Wabenstruktur, wie in Patentdokument 1 offenbart, fließt an jeder Stelle der Wabenstruktur ein gleichmäßiger Strom, da der elektrische Leitungsweg in Form einer Reihenschaltung vorliegt. So wird das Wärmeerzeugungsmuster über die gesamte Wabenstruktur gleichmäßig.
In dem in Patentdokument 2 offenbarten Verfahren zum Erzeugen von Wärme in der Wabenstruktur sind die Elektroden in der Wabenstruktur angeordnet und der elektrische Leitungsweg liegt in Form einer Parallelschaltung vor, so dass das Wärmeerzeugungsmuster in Abhängigkeit der Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur und der Widerstandsverteilung in den Elektroden variiert. Daher muss zur Bestätigung der Leistung der Wabenstruktur tatsächlich Wärme erzeugt und die Temperaturverteilung durch Thermographie bestätigt werden oder die Reinigungsleistung muss bestätigt werden, indem ermöglicht wird, dass ein Abgas durch die Wabenstruktur strömen kann.
Wie oben beschrieben, muss beim herkömmlichen Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur, in der die Elektroden angeordnet sind und der elektrische Leitungsweg in Form einer Parallelschaltung vorliegt, tatsächlich Wärme in der Wabenstruktur erzeugt werden und die Messeffizienz muss verbessert werden. Ferner stützt sich das Verfahren zum Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur durch Bestätigen der Temperaturverteilung mit Thermographie zum Teil auf menschliche Sinne und es kann daher nur schwer eine stabile und genaue Bewertung erfolgen.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die obigen Umstände. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, eines Systems zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, eines Verfahrens zum Herstellen einer Wabenstruktur und eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, mit denen die Messeffizienz für die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur verbessert werden und eine stabile und genaue Bewertung erfolgen kann.
Im Ergebnis intensiver Studien haben die betreffenden Erfinder herausgefunden, dass die obigen Probleme durch Messen von Widerstandswerten zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf einer Oberfläche der Wabenstruktur, in der die Elektroden zum Messen einer Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur angeordnet sind, und Bestimmen eines Wärmeerzeugungsmusters basierend auf der gemessenen Widerstandsverteilung gelöst werden können. Daher ist die vorliegende Erfindung wie folgt spezifiziert:

(1) Ein Verfahren zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, wobei die Wabenstruktur:
- einen Abschnitt einer säulenförmigen Wabenstruktur, umfassend: eine Außenumfangswand und poröse Trennwände, die an der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei jede Zelle unter Bildung eines Fließweges von einer Endfläche zur anderen Endfläche verläuft; und
- zwei Elektrodenschichten, die so auf einer Oberfläche der Außenumfangswand des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie einander bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt sind, umfasst,
- wobei das Verfahren die Schritte:
  - Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten, um die Wabenstruktur in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen;
  - Messen von Widerstandswerten R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf der Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand;
  - Bestimmen eines Stromwertes In, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n zwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an den mehreren Stellen gemessen wurden, und Berechnen eines Wärmewertes, der für jeden der Widerstandswerte R_n erzeugt wurde, basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n und dem Stromwert I_n; und
  - Bestimmen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend sowohl auf den Stellen, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, als auch dem Wärmewert, der aus jedem der Widerstandswerte R_n in der Wabenstruktur berechnet wurde, umfasst.
(2) Ein System zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, wobei die Wabenstruktur:
- einen Abschnitt einer säulenförmigen Wabenstruktur, umfassend: eine Außenumfangswand und poröse Trennwände, die an der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei jede Zelle unter Bildung eines Fließweges von einer Endfläche zur anderen Endfläche verläuft; und
- zwei Elektrodenschichten, die so auf einer Oberfläche der Außenumfangswand des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie einander bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt sind, umfasst,
- wobei das System:
  - eine Stromversorgungseinheit zum Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten, um die Wabenstruktur in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen;
  - eine Widerstandsmesseinheit zum Messen von Widerstandswerten R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf der Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand;
  - eine Wärmewert-Berechnungseinheit zum Bestimmen eines Stromwertes I_n, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n zwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an den mehreren Stellen gemessen wurden, und Berechnen eines Wärmewertes, der für jeden der Widerstandswerte R_n erzeugt wurde, basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n und dem Stromwert I_n; und
  - eine Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung zum Bestimmen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend sowohl auf den Stellen, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, als auch dem Wärmewert, der aus jedem der Widerstandswerte R_n in der Wabenstruktur berechnet wurde, umfasst.
(3) Ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die Schritte: Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur mit Hilfe des Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß (1); und Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur und Auswählen eines mit Erfolg geprüften Produktes umfasst.
(4) Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, wobei das Verfahren die Schritte:
- Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur mit Hilfe des Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß (1);
- Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur und Auswählen eines mit Erfolg geprüften Produktes; und
- Bereitstellen zweier Metallanschlüsse an den beiden Elektrodenschichten an der ausgewählten Wabenstruktur umfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, ein Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers bereitgestellt werden, mit denen die Messeffizienz für die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur verbessert werden und eine stabile und genaue Bewertung erfolgen kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur, bei der eine Verteilung der Wärmeerzeugung mit Hilfe eines Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen werden soll.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die senkrecht zu einer Zellenverlaufsrichtung ist.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen ohmschen Kreis veranschaulicht, der auf einen Querschnitt senkrecht zu einer Zellenverlaufsrichtung einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeichnet ist.
4 zeigt einen vereinfachten ohmschen Kreis, der basierend auf Widerstandswerten erzeugt wurde, die mittels der Wabenstruktur in 3 gemessen wurden, und Messstellen für diese.
5 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur, die von die Wabenstruktur drehenden Abschnitten einer Widerstandsmesseinheit getragen wird, in einem System zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines elektrisch heizenden Trägers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung senkrecht zu einer Zellenverlaufsrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist, und verschiedene Gestaltungsmodifikationen und Verbesserungen basierend auf den gewöhnlichen Kenntnissen eines Fachmannes vorgenommen werden können, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
<Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur>
(Wabenstruktur)
1 ist eine schematische Außenansicht einer Wabenstruktur 10, bei der eine Verteilung der Wärmeerzeugung mit Hilfe eines Verfahrens zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen werden soll, und 2 ist eine schematische Querschnittsansicht der Wabenstruktur 10 senkrecht zu einer Verlaufsrichtung von Zellen 15.
Die Wabenstruktur 10 ist mit einem Abschnitt 11 der säulenförmigen Wabenstruktur versehen, welcher: eine Außenumfangswand 12 und poröse Trennwände 13 umfasst, die an einer Innenseite der Außenumfangswand 12 angeordnet sind und mehrere Zellen 15 definieren, die unter Bildung von Fließwegen von einer Endfläche zur anderen Endfläche verlaufen.
Die äußere Form des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur ist nicht besonders eingeschränkt, so lange sie säulenförmig ist. Beispielsweise kann der Wabenstrukturabschnitt eine Form wie eine Säulenform mit kreisförmigen Endflächen (kreisförmige Säulenform) und eine Säulenform mit vieleckigen (quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen usw.) Endflächen haben. Der Abschnitt 11 der säulenförmigen Wabenstruktur kann einen Bereich jeder Endfläche von beispielsweise 2.000 bis 20.000 mm² aufweisen, auch wenn dies nicht speziell darauf beschränkt ist.
Der Abschnitt 11 der säulenförmigen Wabenstruktur ist aus leitender Keramik gefertigt. Der spezifische Widerstand der Keramik ist nicht besonders eingeschränkt, so lange die Wabenstruktur 10 durch Joule'sche Wärme beim Leiten von Elektrizität Wärme erzeugen kann. Die säulenförmige Wabenstruktur kann einen spezifischen Widerstand von 1 bis 200 Ωcm haben. In der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur ein Wert, der bei 400 °C mit Hilfe eines Vierpol-Verfahrens gemessen wird.
Beispiele für die Keramik, die den Abschnitt 11 der säulenförmigen Wabenstruktur bildet, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Oxid-Keramik wie Aluminiumoxid, Mullit, Zirconiumdioxid und Cordierit, und Nicht-Oxid-Keramik wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Aluminiumnitrid. Ferner kann auch ein Siliciumcarbid-metallisches Silicium-Verbundmaterial, ein Siliciumcarbid/Graphit-Verbundmaterial oder dergleichen verwendet werden.
Die Form jeder Zelle im Querschnitt senkreckt zu einer Verlaufsrichtung der Zellen 15 ist nicht eingeschränkt, kann vorzugsweise aber ein Quadrat, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon sein.
Jede der Trennwände 13, die die Zellen 15 bilden, kann vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm haben, was aber nicht darauf beschränkt ist. In der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Trennwand 13 als die Länge eines die Trennwand 13 durchquerenden Abschnitts von Liniensegmenten, die Schwerpunkte der nebeneinander liegenden Zellen 15 verbinden, in einem Querschnitt senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 15 definiert.
Die Wabenstruktur 10 kann eine Zellendichte von 40 bis 150 Zellen/cm² haben. Die Zellendichte ist ein Wert, der durch Teilen der Anzahl von Zellen durch einen Bereich einer Endfläche des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur ohne die Außenumfangswand 12 erhalten wird.
Die Außenumfangswand 12 der Wabenstruktur 10 kann eine Dicke von 0,1 mm bis 1,0 mm oder weniger haben, was aber nicht darauf beschränkt ist. Wie hierin verwendet, ist die Dicke der Außenumfangswand 12 als die Dicke der Außenumfangswand 12 in einer Richtung einer normalen Linie zu einer Tangente an einem Messpunkt bei Betrachtung eines Abschnitts der Außenumfangswand 12, dessen Dicke gemessen werden soll, im Querschnitt senkrecht zu einer Zellenverlaufsrichtung definiert.
Die Trennwände 13 können porös sein. Die Porosität der Trennwand 13 kann 35 bis 60 % betragen, was aber nicht darauf beschränkt ist. Die Porosität ist ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Die Trennwände 13 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur können einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 2 bis 15 µm haben, was aber nicht darauf beschränkt ist. Der durchschnittliche Porendurchmesser ist ein Wert, der mit einem Quecksilber-Porosimeter gemessen wird.
Die Wabenstruktur 10 umfasst zwei Elektrodenschichten 14a, 14b aus einer leitenden Keramik, die so auf der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur einander zugewandt sind. Die beiden Elektrodenschichten 14a und 14b sind so vorgesehen, dass eine Elektrodenschicht 14a der anderen Elektrodenschicht 14b bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt ist.
Die Elektrodenschichten 14a, 14b können in einer nicht einschränkenden Region ausgebildet sein. Hinsichtlich einer Verbesserung einer gleichmäßigen Wärmeerzeugung des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur kann jede der Elektrodenschichten 14a, 14b so vorgesehen sein, dass sie in Form eines Bandes in der Umfangsrichtung und der Zellenverlaufsrichtung verlaufen. Genauer gesagt, kann jede der Elektrodenschichten 14a, 14b über eine Länge von 80 % oder mehr zwischen beiden Endflächen des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur verlaufen.
Jede der Elektrodenschichten 14a, 14b kann eine Dicke von 0,01 bis 5 mm haben, was aber nicht darauf beschränkt ist. Die Dicke jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b ist als die Dicke in einer Richtung einer normalen Linie zu einer Tangente an einem Messpunkt auf einer Außenfläche jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b bei Betrachtung des Punktes jeder Elektrodenschicht, an dem die Dicke gemessen werden soll, in einem Querschnitt senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung definiert.
Der spezifische Widerstand jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b ist geringer als der spezifische Widerstand des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur, wobei die Elektrizität vorzugsweise zu den Elektrodenschichten fließen wird und sich die Elektrizität während des Leitens von Elektrizität in der Zellenfließwegrichtung und der Umfangsrichtung ausbreiten wird. Der spezifische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b kann 1/10 oder weniger betragen, was aber nicht darauf beschränkt ist. In der vorliegenden Erfindung ist der spezifische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b ein Wert, der bei 400 °C mit Hilfe eines Vierpol-Verfahrens gemessen wird.
Jede der Elektrodenschichten 14a, 14b kann aus einem Metall und einer leitenden Keramik gefertigt sein. Beispiele für das Metall umfassen ein einzelnes Metall von Cr, Fe, Co, Ni, Si oder Ti, oder eine Legierung, enthaltend mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus diesen Metallen. Nicht einschränkende Beispiele für die leitende Keramik umfassen Siliciumcarbid (SiC), Metallverbindungen wie Metallsilicide wie Tantalsilicid (TaSi₂) und Chromsilicid (CrSi₂) und ferner ein Verbundmaterial (Cermet), bestehend aus einer Kombination von einer oder mehreren der leitenden Keramik und einem oder mehreren der obigen Metalle. Spezielle Beispiele für das Cermet umfassen ein Verbundmaterial aus metallischem Silicium und Siliciumcarbid, ein Verbundmaterial aus Metallsilicid wie Tantalsilicid und Chromsilicid, metallischem Silicium und Siliciumcarbid und ferner ein Verbundmaterial, das neben einem oder mehreren der oben aufgelisteten Metallen hinsichtlich einer verringerten Wärmeausdehnung eine oder mehrere isolierende Keramiken wie Aluminiumoxid, Mullit, Zirconiumdioxid, Cordierit, Siliciumnitrid und Aluminiumnitrid enthält. Von den verschiedenen oben beschriebenen Metallen und leitenden Keramiken kann das Material für die Elektrodenschichten 14a, 14b beispielsweise eine Kombination aus einem Metallsilicid wie Tantalsilicid und Chromsilicid mit einem Verbundmaterial aus metallischem Silicium und Siliciumcarbid sein.
(Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur)
Nunmehr wird ein Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Zunächst wird eine Spannung an zwei Elektrodenschichten 14a, 14b der Wabenstruktur 10 angelegt, um die Wabenstruktur 10 in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen. Die Wabenstruktur 10 ist mit den beiden Elektrodenschichten 14a, 14b versehen und verfügt über einen elektrischen Leitungsweg in Form einer Parallelschaltung. Auch wenn sie von der Größe und dem Material der Wabenstruktur 10 abhängig ist, kann die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 gemessen werden, indem ermöglicht, wird, dass ein konstanter Strom in einem Bereich von 0,01 bis 1,0 A durch die Wabenstruktur 10 fließt.
Anschließend werden an der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand Widerstandswerte R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen gemessen. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für einen ohmschen Kreis 16 zeigt, der auf einen Querschnitt der Wabenstruktur 10 senkrecht zur Verlaufsrichtung der Zellen 15 gezeichnet wurde. In dem Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass die Widerstandsverteilung in der Wabenstruktur 10 einen ohmschen Kreis 16 bildet, wie in 3 gezeigt. In dem in 3 gezeigten ohmschen Kreis 16 werden Widerstandswerte R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten auf der Oberfläche der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 11 an mehreren Punkten gemessen, wobei von einem wie in 4 gezeigten vereinfachten ohmschen Kreis, basierend auf einer Spannung V während des Leitens von Elektrizität, jedem gemessenen Widerstand und dem Messpunkt für jeden Widerstandswert ausgegangen wird.
Es wird im speziellen beschrieben, wie der in 4 gezeigte ohmsche Kreis zu bestimmen ist. Zunächst werden, wie in 3 gezeigt, an der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand die Widerstandswerte R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen unter Erhalt der in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse gemessen.

[Tabelle 1]

Stelle Widerstandsmessung in 3 (zwischen zwei Punkten)	Widerstandswert R_n zwischen zwei Punkten
zwischen (1) und (4)	R_s1
zwischen (2) und (5)	R_s2
zwischen (3) und (6)	R_s3
zwischen (1) und (2)	R_EL1
zwischen (2) und (3)	R_ER1
zwischen (4) und (5)	R_EL2
zwischen (5) und (6)	R_ER2

Es wird von einem parallelen ohmschen Kreis wie in 4 gezeigt unter der Annahme, dass er der Verteilung des Innenwiderstands in der Wabenstruktur 10 entspricht, von den Widerstandsmessstellen und den Widerstandswerten R_n zwischen den beiden Punkten wie in 3 gezeigt und wie in Tabelle 1 oben beschrieben ausgegangen. In dem in 4 gezeigten ohmschen Kreis wird der Stromwert I_n, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes bestimmt. Das heißt, in dem in 4 gezeigten ohmschen Kreis ist die Spannung während des Leitens von Elektrizität als V definiert, und der Gesamtstrom, der durch die Schaltung fließt, ist als ein Stromwert I_Ges definiert, und der Gesamtstrom ist auf drei Wege aufgeteilt und fließt in drei parallele Widerstandsabschnitte „R_EL1 + R_s1 + R_EL2“, „R_s2“ und „R_ER1 + R_s3 + R_ER2“. Die auf die drei Wege aufgeteilten Ströme sind ein Strom, der „R_EL1 + R_s1 + R_EL2“ durchquert (Stromwert I₁), ein Strom, der „R_s2“ durchquert (Stromwert I₂) bzw. ein Strom, der „R_ER1 + R_s3 + R_ER2“ durchquert (Stromwert I₃). Diese Spannungen, Stromwerte und Widerstandswerte haben die in den folgenden Gleichungen (A) bzw. (B) gezeigten Beziehungen: $V = (R_{EL 1} + R_{s 1} + R_{EL 2}) \times I_{1} = R_{s 2} \times I_{2} = (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) \times I_{3}$
$I_{Ges} = I_{1} + I_{2} + I_{3} .$
Anschließend wird in der Wabenstruktur 10 die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend auf der Stelle, an der jeder Widerstandswert R_n gemessen wird, und dem Wärmewert, der aus jedem Widerstandswert R_n berechnet wurde, bestimmt. Nachstehend wird die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur in den in den 3 und 4 veranschaulichten graphischen Darstellungen eines ohmschen Kreises bestimmt.
Der Gesamtwiderstand R des parallelen ohmschen Kreises 16 der Wabenstruktur 10 wie in 3 gezeigt erfüllt den folgenden Relationsausdruck (C): $1 /R = 1 / (R_{EL 1} + R_{s 1} + R_{EL 2}) + 1 {/R}_{s 2} + 1 / (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) .$
Gleichung (C) wurde so umgewandelt, dass die folgenden Gleichungen (D1) und (D2) erhalten werden: $\begin{array}{l} 1 / (R_{EL 1} + R_{s 1} + R_{EL 2}) = 1 / R - 1 {/R}_{s 2} - 1 / (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) \\ = {R_{s 2} \cdot (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) - R \cdot (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) - R \cdot R_{s 2}} /R \cdot \\ R_{s 2} \cdot (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) \end{array}$
$\begin{array}{l} R_{EL 1} + R_{s 1} + R_{EL 2} = R \cdot R_{s 2} \cdot (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) / {R_{s 2} \cdot \\ (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) - R \cdot (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2}) - R \cdot R_{s 2}} . \end{array}$
Da ferner der Stromwert I₁, der zwischen (1) und (2) fließt, in 3 V / (R_ER1 + R_s3 + R_ER2) ist, wird der Wärmewert P_E1 zwischen (1) und (2) durch die folgende Gleichung (E) dargestellt: $P_{ER 1} = R_{ER 1} \cdot I_{1}^{2} = R_{ER 1} \cdot {V/ (R_{ER 1} + R_{s 3} + R_{ER 2})}^{2}$
So kann der für jeden der Widerstände zwischen allen beiden Punkten erzeugte Wärmewert zum Bestimmen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 berechnet werden. Daher muss beim Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur tatsächlich Wärme in der Wabenstruktur erzeugt werden, und die Messeffizienz der Verteilung der Wärmeerzeugung der Wabenstruktur wird verbessert. Da ferner die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nicht bewertet werden muss, um eine Temperaturverteilung mit Thermographie zu bestätigen, kann eine stabile und genaue Bewertung erfolgen, ohne auf menschliche Sinne angewiesen zu sein.
In den oben beschriebenen Beispielen wurden, wie in 3 gezeigt, zwei verschiedene Punkte aus den sechs Punkten, wie in den Ziffern (1) bis (6) gezeigt, auf der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand ausgewählt, und die Widerstandswerte R_n zwischen ihnen wurden gemessen. Dann wurde unter Verwendung der Widerstandswerte R_n der in 4 gezeigte ohmsche Kreis angenommen, und die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 wurde basierend auf diesem ohmschen Kreis gemessen. Die beiden verschiedenen Punkte, an denen die Widerstandswerte R_n gemessen werden, sind jedoch nicht auf diese beschränkt, und sie können frei ausgewählt werden. Stärker bevorzugt wird eine größere Anzahl von zwei verschiedenen Punkten ausgewählt, an denen die Widerstandswerte R_n gleichmäßig und über einen breiten Bereich auf der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand gemessen werden. Angesichts dessen werden die beiden verschiedenen Punkte, an denen die Widerstandswerte R_n gemessen werden, vorzugsweise aus mindestens zwei Punkten ausgewählt, die jeweils in der Umfangsrichtung der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind. Ferner werden die beiden verschiedenen Punkte, an denen die Widerstandswerte R_n gemessen werden, vorzugsweise aus mindestens zwei Punkten ausgewählt, die jeweils in der Verlaufsrichtung der Zellen 15 der säulenförmigen Wabenstruktur 11 beabstandet sind. Gemäß dieser Konfiguration kann der ohmsche Kreis in der Wabenstruktur 10 genauer eingestellt werden, so dass die Genauigkeit der Messung der Verteilung der Wärmeerzeugung verbessert werden kann.
<System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur>
Nunmehr wird ein System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Das System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System, welches das Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementieren kann.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur umfasst: eine Stromversorgungseinheit 31 zum Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten 14a, 14b, um die Wabenstruktur 10 in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen. Als die Stromversorgungseinheit 31 wird eine Gleichstromversorgung verwendet. Vorzugsweise ist die Stromversorgungseinheit 31 so konfiguriert, dass sie eine konstante Stromregelung ausführen kann. Die Stromversorgungseinheit 31 kann Strom entsprechend eines Regelsignals von einer Regeleinheit 38 zu- und abschalten, Spannung anpassen und dergleichen. Die Spezifikation der Stromversorgungseinheit 31 ist nicht besonders eingeschränkt. Ist der Abschnitt 11 der säulenförmigen Wabenstruktur der Wabenstruktur 10 beispielsweise ein kreisförmiger Abschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur mit einem Querschnitt mit einem Durchmesser von 80 bis 120 mm und einer Länge von 50 bis 120 mm, kann die Stromversorgungseinheit eine 15-kW-Gleichstromversorgung bei 600 V - 25 A sein.
Das System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur umfasst: eine Widerstandsmesseinheit 32 zum Messen von Widerstandswerten R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen an der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand. Die Widerstandsmesseinheit 32 kann aus einem Vierpolfühler 37 und einem Multimeter 35 bestehen. Das heißt, die Widerstandsmesseinheit 32 kann den Vierpolfühler 37 gegen zwei verschiedene Punkte auf der Oberfläche der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur pressen und die Widerstandswerte R_n mit dem an den Vierpolfühler 37 angeschlossenen Multimeter 35 messen. Das Multimeter 35 kann vorzugsweise gleichzeitig mehrere, beispielsweise 20 oder mehr Widerstandswerte R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten messen, die durch gleichzeitiges Pressen mehrerer Vierpolfühler 37 erhalten wurden.
6 ist eine schematische Außenansicht der Wabenstruktur 10, die von den die Wabenstruktur drehenden Abschnitten 41 der Widerstandsmesseinheit 32 getragen wird, in dem System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem in 6 gezeigten Beispiel werden 24 Vierpolfühler 37 angepresst, nachdem zwei Punkte ausgewählt wurden, die entlang der Umfangsrichtung der Außenumfangswand 12 des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind, und zwei Punkte, die entlang der Verlaufsrichtung der Zellen des Abschnitts 11 der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind. Ferner werden zwei Stromanschlüsse 36, die elektrisch von der Stromversorgungseinheit 31 aus angeschlossen sind, gegen die Elektrodenschichten 14a, 14b jeweils an beiden Seitenflächen der Wabenstruktur 10 gepresst, so dass der elektrisch leitende Zustand aufrechterhalten wird.
Die Vierpolfühler 37 können mit einer PLC (speicherprogrammierbare Steuerung) 40 so geregelt werden, dass sie einer nach der anderen automatisch und kontinuierlich gegen bestimmte Stellen der Wabenstruktur 10 gepresst werden. Die PLC 40 kann von der Regeleinheit 38 geregelt werden.
Die in 6 gezeigte Wabenstruktur 10 wird von zwei säulenförmigen, die Wabenstruktur drehenden Abschnitten 41 der Widerstandsmesseinheit 32 getragen, und die beiden säulenförmigen, die Wabenstruktur drehenden Abschnitte 41 werden um einen bestimmten Winkel in dieselbe Richtung gedreht, so dass die Wabenstruktur 10 um die Mittelachse der Wabenstruktur 10 gedreht werden kann. Entsprechend dieser Konfiguration kann die Wabenstruktur 10 beispielsweise um 180 Grad gedreht werden, ohne die Positionen der Vierpolfühler 37 zu verändern, und die Widerstände können an zwei Seitenflächen mit der Mittelachse der Wabenstruktur 10 als eine Symmetrieachse gemessen werden. So kann die Widerstandsmesseffizienz der Wabenstruktur 10 verbessert werden.
Während des Leitens von Elektrizität der Wabenstruktur 10 kann ein Thermowächter 39 zum Beobachten einer Endfläche und der anderen Endfläche der Wabenstruktur 10 vorgesehen sein. Durch Beobachten der Endflächen der Wabenstruktur 10 während des Leitens von Elektrizität mit dem Thermowächter 39 kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines in der Wabenstruktur 10 erzeugten Defektes bestätigt werden. Die mit dem Thermowächter 39 erhaltenen Daten können mit der Regeleinheit 38 gesammelt und analysiert werden.
Das System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Wärmewert-Berechnungseinheit 33 und eine Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34. Die Wärmewert-Berechnungseinheit 33 bestimmt einen Stromwert I_n, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf den Widerstandswerten R_n zwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an mehreren Stellen mit der Widerstandsmesseinheit 32 gemessen wurden, und berechnet einen Wärmewert, der für jeden Widerstandswert R_n erzeugt wurde, basierend auf jedem Widerstandswert R_n und dem Stromwert I_n. Die Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34 bestimmt die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 basierend auf einem Abschnitt, in dem jeder Widerstandswert R_n gemessen wird, und dem Wärmewert, der aus jedem Widerstandswert R_n in der Wabenstruktur 10 berechnet wurde. Die Berechnung des für jeden Widerstandswert R_n erzeugten Wärmewertes mit der Wärmewert-Berechnungseinheit 33 und die Bestimmung der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 mit der Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34 sind wie in dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur beschrieben. Die Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34 kann ebenso als die Wärmewert-Berechnungseinheit 33 dienen. Ferner können die Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34 und die Wärmewert-Berechnungseinheit 33 ebenso als die Regeleinheit 38 dienen. Das heißt, die Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung 34, die Wärmewert-Berechnungseinheit 33 und die Regeleinheit 38 können aus einem Computer bestehen.
<Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur>
In einem Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 mit dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen.
Dann wird die gemessene Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 bewertet und mit Erfolg geprüfte Produkte werden ausgewählt. Kriterien für die Auswahl von mit Erfolg geprüften Produkten können angemessen basierend auf der Verteilung der Wärmeerzeugung, die für die Wabenstruktur 10 erforderlich ist, festgelegt werden. Beispielsweise werden die Auswahlkriterien so festgelegt, dass der für jeden Widerstand zwischen zwei Punkten erzeugte Wärmewert gleich oder kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist, so dass erfüllt ist, dass die Temperaturverteilung in der Wabenstruktur 10 nach dem Leiten von Elektrizität bei 400 V für 20 Sekunden in einem windstillen Zustand 200 °C oder weniger beträgt, und eine Schwankung des Wärmewertes, der an jeder Position erzeugt wurde, kann in einem bestimmten Bereich liegen.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Verteilung der Wärmeerzeugung wie oben beschrieben gemessen, sind bestimmte Auswahlkriterien vorgesehen und wird eine als ein mit Erfolg geprüftes Produkt ausgewählte Wabenstruktur erhalten, so dass die Verteilung der Wärmeerzeugung effizient gemessen werden kann, und es kann eine Wabenstruktur erhalten werden, die basierend auf stabiler und genauer Bewertung ausgewählt wurde.
<Verfahren zum Herstellen eines elektrisch geheizten Trägers>
(Elektrisch heizende Träger)
7 ist eine schematische Querschnittsansicht des elektrisch heizenden Trägers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung senkrecht zur Zellenverlaufsrichtung. Der elektrisch heizende Träger 20 umfasst die Wabenstruktur 10 und zwei Metallanschlüsse 21a, 21b.
(Metallanschluss)
Die beiden Metallanschlüsse 21a, 21b sind so angeordnet, dass sie einander bezüglich der Mittelachse des säulenförmige Wabenstrukturabschnitts 11 der Wabenstruktur 10 zugewandt sind, und sind jeweils an den beiden Elektrodenschichten 14a, 14b vorgesehen und elektrisch angeschlossen. Folglich wird beim Anlegen einer Spannung an die Metallanschlüsse 21a, 21b durch die Elektrodenschichten 14a, 14b die Elektrizität durch die Metallanschlüsse 21a, 21b geleitet, so dass die Wabenstruktur 10 Wärme durch Joule'sche Wärme erzeugen kann.
Das Material für die Metallanschlüsse 21a, 21b ist nicht besonders eingeschränkt, so lange es ein Metall ist, und es kann ein einzelnes Metall, eine Legierung oder dergleichen eingesetzt werden. Im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit, spezifischen Widerstand und linearen Ausdehnungskoeffizienten ist das Material vorzugsweise eine Legierung, die mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Cr, Fe, Co, Ni und Ti, umfasst, und stärker bevorzugt Edelstahl und Fe-Ni-Legierungen. Form und Größe jedes der Metallanschlüsse 21a, 21b sind nicht besonders eingeschränkt, und sie können entsprechend je nach Größe des elektrisch heizenden Trägers 20, der Leistung des Leitens von Elektrizität und dergleichen gestaltet werden.
Da der Katalysator auf dem elektrisch heizenden Träger 20 getragen wird, kann der elektrisch heizende Träger 20 als ein Katalysator verwendet werden. Beispielsweise kann ein Fluid wie ein Abgas aus einem Kraftfahrzeug durch die Fließwege der mehreren Zellen 15 fließen. Beispiele für den Katalysator umfassen Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren als diese. Veranschaulichende Beispiele für Edelmetallkatalysatoren umfassen einen Drei-Wege-Katalysator und einen Oxidationskatalysator, die erhalten werden, indem ein Edelmetall wie Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh) auf Oberflächen von Poren aus Aluminiumoxid getragen werden, und einen Co-Katalysator wie Cer und Zirconiumdioxid enthalten, oder einen Lean-NO_x-Trap-Katalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele für einen Katalysator, der kein Edelmetall nutzt, umfassen einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NO_x (SCR-Katalysator), der ein Kupfersubstituiertes oder Eisen-substituiertes Zeolith enthält, und dergleichen. Ferner können zwei oder mehr Katalysatoren, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus diesen Katalysatoren besteht, verwendet werden. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur ausgeführt werden.
(Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers)
In einem Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst die Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 mit dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen.
Dann wird die gemessene Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur 10 bewertet und mit Erfolg geprüfte Produkte werden ausgewählt. Die Kriterien zum Auswählen mit Erfolg geprüfter Produkte können entsprechend basierend auf der Verteilung der Wärmeerzeugung, die für die Wabenstruktur 10 erforderlich ist, festgelegt werden. Beispielsweise können als die Auswahlkriterien die Auswahlkriterien für mit Erfolg geprüfte Produkte, wie oben in dem Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur beschrieben, verwendet werden.
Dann können zwei Metallanschlüsse 21a, 21b an den beiden Elektrodenschichten 14a, 14b durch Schweißen, thermisches Spritzen oder dergleichen an der als ein mit Erfolg geprüftes Produkt ausgewählten Wabenstruktur 10 angebracht werden, wodurch der elektrisch heizende Träger 20 erzeugt wird.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des elektrisch heizenden Trägers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Wabenstruktur erhalten werden, deren Verteilung der Wärmeerzeugung wie oben beschrieben gemessen worden ist, die mit bestimmten Auswahlkriterien versehen wurde und die als ein mit Erfolg geprüftes Produkt ausgewählt worden ist. So kann die Verteilung der Wärmeerzeugung effizient gemessen werden, und es kann eine Wabenstruktur erhalten werden, die basierend auf der stabilen und genauen Bewertung ausgewählt wurde. Ferner kann ein elektrisch heizender Träger unter Verwendung der Wabenstruktur, die basierend auf der stabilen und genauen Bewertung ausgewählt wurde, hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Wabenstruktur
11: Abschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur
12: Außenumfangswand
13: Trennwand
14a, 14b: Elektrodenschicht
15: Zelle
21a, 21b: Metallanschluss
31: Stromversorgungseinheit
32: Widerstandsmesseinheit
33: Wärmewert-Berechnungseinheit
34: Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung
35: Multimeter
36: Stromanschluss
37: Vierpolfühler
38: Regeleinheit
39: Thermowächter
40: PLC
41: die Wabenstruktur drehender Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 05179939 A [0004]
JP 201451402 A [0004]

Claims

Verfahren zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, wobei die Wabenstruktur: einen Abschnitt einer säulenförmigen Wabenstruktur, umfassend: eine Außenumfangswand und poröse Trennwände, die an der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei jede Zelle unter Bildung eines Fließweges von einer Endfläche zur anderen Endfläche verläuft; und zwei Elektrodenschichten, die so auf einer Oberfläche der Außenumfangswand des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie einander bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt sind, umfasst, wobei das Verfahren die Schritte: Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten, um die Wabenstruktur in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen; Messen von Widerstandswerten R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf der Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand; Bestimmen eines Stromwertes I_n, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n zwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an den mehreren Stellen gemessen wurden, und Berechnen eines Wärmewertes, der für jeden der Widerstandswerte R_n erzeugt wurde, basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n und dem Stromwert I_n; und Bestimmen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend sowohl auf den Stellen, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, als auch dem Wärmewert, der aus jedem der Widerstandswerte R_n in der Wabenstruktur berechnet wurde, umfasst.
Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die beiden verschiedenen Punkte, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, aus mindestens zwei Punkten ausgewählt werden, die jeweils in der Umfangsrichtung der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind.
Verfahren zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden verschiedenen Punkte, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, aus mindestens zwei Punkten ausgewählt werden, die jeweils in der Verlaufsrichtung der Zellen der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind.
System zum Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in einer Wabenstruktur, wobei die Wabenstruktur: einen Abschnitt einer säulenförmigen Wabenstruktur, umfassend: eine Außenumfangswand und poröse Trennwände, die an der Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die porösen Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei jede Zelle unter Bildung eines Fließweges von einer Endfläche zur anderen Endfläche verläuft; und zwei Elektrodenschichten, die so auf einer Oberfläche der Außenumfangswand des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet sind, dass sie einander bezüglich einer Mittelachse des Abschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zugewandt sind, umfasst, wobei das System: eine Stromversorgungseinheit zum Anlegen einer Spannung an die beiden Elektrodenschichten, um die Wabenstruktur in einen elektrisch leitenden Zustand zu versetzen; eine Widerstandsmesseinheit zum Messen von Widerstandswerten R_n zwischen zwei verschiedenen Punkten an mehreren Stellen auf der Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur im elektrisch leitenden Zustand; eine Wärmewert-Berechnungseinheit zum Bestimmen eines Stromwertes I_n, der zwischen den beiden Punkten fließt, unter Anwendung des Kirchhoff-Gesetzes basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n zwischen den beiden verschiedenen Punkten, die an den mehreren Stellen gemessen wurden, und Berechnen eines Wärmewertes, der für jeden der Widerstandswerte R_n erzeugt wurde, basierend auf jedem der Widerstandswerte R_n und dem Stromwert I_n; und eine Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung zum Bestimmen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur basierend sowohl auf den Stellen, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, als auch dem Wärmewert, der aus jedem der Widerstandswerte R_n in der Wabenstruktur berechnet wurde, umfasst.
System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung nach Anspruch 4, wobei die Bestimmungseinheit für die Wärmeerzeugungsverteilung ebenso als die Wärmewert-Berechnungseinheit dient.
System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Widerstandsmesseinheit ferner mindestens einen die Wabenstruktur drehenden Abschnitt zum Drehen der Wabenstruktur um eine Mittelachse der Wabenstruktur umfasst.
System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die beiden verschiedenen Punkte, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, aus mindestens zwei Punkten ausgewählt werden, die jeweils in der Umfangsrichtung der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind.
System zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden verschiedenen Punkte, an denen jeder der Widerstandswerte R_n gemessen wird, aus mindestens zwei Punkten ausgewählt werden, die jeweils in der Verlaufsrichtung der Zellen der säulenförmigen Wabenstruktur beabstandet sind.
Verfahren zum Herstellen einer Wabenstruktur, wobei das Verfahren die Schritte: Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur mit Hilfe des Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur und Auswählen eines mit Erfolg geprüften Produktes umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines elektrisch heizenden Trägers, wobei das Verfahren die Schritte: Messen einer Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur mit Hilfe des Verfahrens zum Messen der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3; Bewerten der Verteilung der Wärmeerzeugung in der Wabenstruktur und Auswählen eines mit Erfolg geprüften Produktes; und Bereitstellen zweier Metallanschlüsse an den beiden Elektrodenschichten an der ausgewählten Wabenstruktur.