DE112020005422T5

DE112020005422T5 - Elektrisch erwärmender Träger und Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020005422T5
Application number: DE112020005422.5T
Authority: DE
Inventors: Yukiharu Morita; Naoya Takase; Yoshiyuki Kasai; Tatsushi ICHIKAWA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220240352A1; CN114846226B; CN114846226A; JP7182732B2; JPWO2021140706A1; WO2021140706A1

Abstract

Ein elektrischer erwärmender Träger enthält: eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der mehreren Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden; und ein Paar von Elektrodenschichten, die so angeordnet sind, dass sie über eine Mittelachse der Wabenstruktur einander zugewandt sind, wobei jede der Elektrodenschichten auf einer Oberfläche der äußeren Umfangswand der Wabenstruktur angeordnet ist; und einen Metallanschluss, der auf jeder der Elektrodenschichten vorgesehen ist. Die Wabenstruktur enthält eine Keramik mit einer PTC-Eigenschaft, während die Elektrodenschichten eine Keramik mit einer NTC-Eigenschaft enthalten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch erwärmenden Träger und eine Abgasreinigungsvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Keramische Träger mit einer NTC-Eigenschaft (d. h., einer Eigenschaft, bei der ein elektrischer Widerstand abnimmt, wenn eine Temperatur zunimmt), die aus SiC bestehen, werden als Träger für elektrisch erwärmende Katalysatoren (EHCs) verwendet.
Hier offenbart Patentliteratur 1, dass ein Träger, der eine NTC-Eigenschaft aufweist, dazu tendiert, während der Erwärmung durch Stromleitung eine Vorbelastung der Temperaturverteilung aufgrund einer lokalen Wärmeerzeugung aufzuweisen, die durch einen konzentrierten Strom verursacht wird, der in einem Abschnitt fließt, in dem ein Abstand zwischen den Elektroden kürzer ist. Um die Vorbelastung der Temperaturverteilung zu verbessern, offenbart sie die Verwendung eines Trägers mit einer PTC-Eigenschaft (einer Eigenschaft, bei der der elektrische Widerstand zunimmt, wenn eine Temperatur zunimmt).
Ferner offenbart Patentliteratur 1 einen elektrisch erwärmenden Katalysator, der enthält: den oben beschriebenen Träger; ein Paar Elektroden, die an einer äußeren Umfangswand des Trägers so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind; und einen Spannungsanlegeabschnitt zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
Patentliteratur
[Patentliteratur 1] Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2019-012682 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Kombination des Trägers mit der PTC-Eigenschaft und der Elektrodenschicht untersucht und festgestellt, dass es ein Problem gibt, dass abhängig von der Art des Widerstands der Elektrodenschicht der Widerstand des gesamten EHC, der den Träger und die Elektrodenschicht enthält, zunimmt, wenn die Temperatur des Trägers zunimmt, so dass es schwierig ist, im Lauf der Zeit eine konstante Leistung an den EHC anzulegen.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Probleme gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrisch erwärmenden Träger und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die den Widerstand zwischen dem Träger und der Elektrodenschicht steuern können, um den Ausgleich des Widerstands über den gesamten EHC zu steuern, und die im Lauf der Zeit eine konstante Leistung leicht anlegen können.
Die obigen Probleme werden durch die folgende Erfindung gelöst. Die vorliegende Erfindung ist wie folgt spezifiziert:

(1) Ein elektrisch erwärmender Träger, der umfasst:
- eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der mehreren Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden; und
- ein Paar von Elektrodenschichten, die so angeordnet sind, dass sie über eine Mittelachse der Wabenstruktur einander zugewandt sind, wobei jede der Elektrodenschichten auf einer Oberfläche der äußeren Umfangswand der Wabenstruktur angeordnet ist; und
- einen Metallanschluss, der auf jeder der Elektrodenschichten vorgesehen ist,
- wobei die Wabenstruktur eine Keramik mit einer PTC-Eigenschaft umfasst und die Elektrodenschichten eine Keramik mit einer NTC-Eigenschaft umfassen.
(2) Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst:
- den elektrisch erwärmenden Träger gemäß (1); und
- einen Hülsenkörper zum Halten des elektrisch erwärmenden Trägers.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen elektrisch erwärmenden Träger und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die den Widerstand zwischen dem Träger und der Elektrodenschicht steuern können, um den Ausgleich des Widerstands über den gesamten EHC zu steuern, und die im Lauf der Zeit eine konstante Leistung leicht anlegen können.
Figurenliste

1 ist eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur eines elektrisch erwärmenden Trägers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine schematische Querschnittsansicht von Elektrodenschichten, die auf einer säulenförmigen Wabenstruktur eines elektrisch erwärmenden Trägers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, und von Elektrodenanschlüssen, die auf den Elektrodenschichten vorgesehen sind, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen senkrecht sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines elektrisch erwärmenden Trägers und einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen eingeschränkt, wobei basierend auf dem Wissen eines Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen hinzugefügt werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
<Elektrisch erwärmender Träger>
1 ist eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur 10 eines elektrisch erwärmenden Trägers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht von Elektrodenschichten 14a, 14b, die auf der säulenförmigen Wabenstruktur 10 des elektrisch erwärmenden Trägers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, und von Elektrodenanschlüssen 15a, 15b, die auf den Elektrodenschichten 14a, 14b vorgesehen sind, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen senkrecht sind.
(1. Säulenförmige Wabenstruktur)
Die säulenförmige Wabenstruktur 10 enthält: eine äußere Umfangswand 12; und eine Trennwand 13, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand 12 angeordnet ist und mehrere Zellen 16 definiert, die sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstrecken, um Strömungswege zu bilden.
Die säulenförmige Wabenstruktur 10 besteht aus einer Keramik mit einer PTC-Eigenschaft. Die Keramik mit der PTC-Eigenschaft, aus der die säulenförmige Wabenstruktur 10 besteht, enthält Borsilicatsalze, die Alkaliatome enthalten. Beispiele der Alkaliatome enthalten Na, Mg, K, Ca, Li, Be, Sr, Cs und Ba. Das Borsilicat kann ein oder mehrere Alkalimetallatome, ein oder mehrere Erdalkalimetallatome oder eine Kombination daraus enthalten. Bevorzugter sind die Alkaliatome Na, Mg, K oder Ca.
Wie später ausführlich beschrieben wird, kann die säulenförmige Wabenstruktur 10 eine Matrix, die aus dem Borsilicat besteht, das das Alkaliatom enthält, wie oben beschrieben worden ist, und eine Domäne, die aus einem leitfähigen Füllstoff besteht, aufweisen. Die Matrix ist ein Bereich, der ein Grundmaterial der säulenförmigen Wabenstruktur 10 bildet. Es sollte angegeben werden, dass die Matrix amorph oder kristallin sein kann. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist die Matrix, die das Basismaterial bildet, ein Bereich, der den elektrischen Widerstand dominiert, wenn der EHC durch Stromleitung erwärmt wird.
Die Matrix weist eine geringere Temperaturabhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand als die der SiC-Materialien auf, wobei der spezifische elektrische Widerstand die PTC-Eigenschaft zeigt.
Das Borsilicat kann einen Gesamtgehalt an Alkaliatomen von 10 Massen-% oder weniger aufweisen. Bevorzugter kann der Gesamtgehalt an Alkaliatomen 5 Massen-% oder weniger oder 2 Massen-% oder weniger betragen. Eine derartige Konfiguration kann den elektrischen Widerstand der Matrix leicht verringern, so dass der spezifische elektrische Widerstand der Matrix ferner die PTC-Eigenschaft zeigt. Ferner ist es möglich, die Bildung eines isolierenden Glasfilms aufgrund der Entmischung der Alkaliatome auf der Oberflächenseite der säulenförmigen Wabenstruktur 10 während des Brennens in einer oxidierenden Atmosphäre zu unterdrücken. Die Untergrenze des Gesamtgehalts an Alkaliatomen im Borsilicat ist nicht besonders eingeschränkt, wobei sie aber 0,01 Massen-% oder mehr oder 0,2 Massen-% oder mehr betragen kann. Die Alkaliatome können absichtlich hinzugefügt werden, um die Oxidation des leitfähigen Füllstoffs zu unterdrücken. Ferner verkomplizieren die Alkaliatome die Produktionsschritte, um sie vollständig zu entfernen, weil sie Elemente sind, die relativ leicht aus den Ausgangsstoffen der säulenförmigen Wabenstruktur 10 verunreinigt werden können. Deshalb sind die Alkaliatome typischerweise innerhalb des obigen Bereichs enthalten. Außerdem ist es möglich, die Alkaliatome unter Verwendung von Borsäure in der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu verringern, ohne das Borsilicatglas, das die Alkaliatome enthält, als einen Ausgangsstoff zu verwenden. Der „Gesamtgehalt an Alkaliatomen“, wie er hier verwendet wird, bedeutet, wenn das Borsilicat eine Art von Alkaliatomen enthält, die Massen-% dieser einen Art von Alkaliatomen. Außerdem bedeutet er, wenn das Borsilicat mehrere Alkaliatome enthält, die Summe (Masse-%) der Gehalte (Masse-%) der mehreren Alkaliatome.
Der Gehalt an jedem des B-Atoms (Boratoms), S-Atoms (Siliciumatoms) und O-Atoms (Sauerstoffatoms), die das Borsilicat bilden, befindet sich vorzugsweise z. B. im folgenden Bereich. Der Gehalt an B-Atomen im Borsilicat beträgt 0,1 Massen-% oder mehr und 5 Massen-% oder weniger. Der Gehalt an Si-Atomen im Borsilicat beträgt 5 Massen-% oder mehr und 40 Massen-% oder weniger. Der Gehalt an O-Atomen in dem Borsilicat beträgt 40 Massen-% oder mehr und 85 Massen-% oder weniger. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die PTC-Eigenschaft in der säulenförmigen Wabenstruktur 10 leicht zu zeigen.
Die Beispiele des Borsilicats, die hier verwendet werden können, enthalten Aluminoborosilikat und dergleichen. Eine derartige Konfiguration kann die säulenförmige Wabenstruktur 10 schaffen, die eine geringere Temperaturabhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, die PTC-Eigenschaft für den spezifischen elektrischen Widerstand aufweist oder eine unterdrückte Temperaturabhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Der Gehalt an AI-Atomen im Aluminoborosilikat kann z. B. 0,5 Massen-% oder mehr und 10 Massen-% oder weniger betragen.
Zusätzlich zu den Atomen im Borsilicat, wie oben beschrieben worden ist, enthalten die Beispiele der Atome, die im Borsilicat enthalten sind, das die Matrix bildet, Fe und C. Der Gehalt der Alkaliatome, des Si, O und Al unter den oben beschriebenen Atomen kann unter Verwendung eines Elektronensonden-Mikroanalysator-Analysators (EPMA-Analysators) gemessen werden. Der Gehalt an B unter den oben beschriebenen Atomen kann unter Verwendung eines Analysators mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-Analysators) gemessen werden. Gemäß der ICP-Analyse wird der Gehalt an B in der gesamten säulenförmigen Wabenstruktur 10 gemessen, so dass das erhaltene Messergebnis in den Gehalt an B im Borsilicat umgesetzt wird.
Wenn die säulenförmige Wabenstruktur 10 die Matrix und den leitfähigen Füllstoff aufweist, wird der spezifische elektrische Widerstand der gesamten säulenförmigen Wabenstruktur 10 bestimmt, indem der spezifische elektrische Widerstand der Matrix und der spezifische elektrische Widerstand des leitfähigen Füllstoffs addiert werden. Deshalb kann es das Einstellen der Leitfähigkeit des leitfähigen Füllstoffs und des Gehalts des leitfähigen Füllstoffs ermöglichen, dass der spezifische elektrische Widerstand der säulenförmigen Wabenstruktur 10 gesteuert wird. Der spezifische elektrische Widerstand des leitfähigen Füllstoffs kann entweder die PTC-Eigenschaft oder die NTC-Eigenschaft aufweisen, wobei es keine Temperaturabhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand geben kann.
Der leitfähige Füllstoff kann Si-Atome enthalten. Eine derartige Konfiguration kann die Formstabilität der säulenförmigen Wabenstruktur 10 verbessern. Die Beispiele des leitfähigen Füllstoffs, der Si-Atome enthält, enthalten Si-Partikeln, Fe-Si-basierte Partikeln, Si-W-basierte Partikeln, Si-C-basierte Partikeln, Si-Mo-basierte Partikeln, Si-Ti-basierte Partikeln und dergleichen. Diese können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Die Si-Partikeln können mit einem oder mehreren Dotierstoffen dotierte Si-Partikeln sein. Der Dotierstoff enthält Bor (B), Aluminium (AI), Gallium (Ga), Indium (In), Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi) und dergleichen. Eine Konzentration des als ein Dotierstoff in den Siliziumpartikeln enthaltenen Dotierstoffs kann sich Bereich von 1 × 10¹⁶ bis 5 × 10²⁰/cm³ befinden. Hier nimmt im Allgemeinen der spezifische elektrische Volumenwiderstand der Wabenstruktur 10 ab, wenn die Konzentration des Dotierstoffs in den Si-Partikeln zunimmt, während, wenn die Konzentration des Dotierstoffs in den Si-Partikeln abnimmt, der spezifische elektrische Volumenwiderstand der Wabenstruktur 10 zunimmt. Die Menge des Dotierstoffs in den in der Wabenstruktur 10 enthaltenen Siliciumpartikeln kann vorzugsweise 5 × 10¹⁶ bis 5 × 10²⁰/cm³ und bevorzugter 5 × 10¹⁷ bis 5 × 10²⁰/cm³ betragen.
Es können mehrere Typen von Elementen enthalten sein, weil, falls die Dotierstoffe in den in der Wabenstruktur 10 enthaltenen Si-Partikeln Elemente sind, die zu derselben Gruppe gehören, die elektrische Leitfähigkeit entwickelt werden kann, ohne durch eine Gegendotierung beeinflusst zu werden. Ferner ist es bevorzugter, ein oder zwei Dotierstoffe zu enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die B und Al umfasst. Es ist außerdem bevorzugt, ein oder zwei Dotierstoffe zu enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die N und P umfasst.
Wenn die säulenförmige Wabenstruktur 10 die Matrix und den leitfähigen Füllstoff aufweist, kann die säulenförmige Wabenstruktur 10 insgesamt 50 Vol.-% oder mehr der Matrix und des leitfähigen Füllstoffs aufweisen.
Eine Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der säulenförmigen Wabenstruktur 10 beträgt vorzugsweise 1 × 10^-8 bis 5 × 10^-4 Ω·m/K. Eine Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der säulenförmigen Wabenstruktur 10 von 1 × 10^-8 Ω·m/K oder mehr kann zu einer leichten Unterdrückung der Temperaturverteilung während der Erwärmens durch elektrische Leitung führen. Die Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der säulenförmigen Wabenstruktur 10 von 5 × 10^-4 Ω·m/K oder weniger kann zu einer verringerten Änderung des Widerstands während des Erwärmens durch elektrische Leitung führen. Die Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der säulenförmigen Wabenstruktur 10 beträgt bevorzugter 5 × 10^-8 bis 1 × 10^-4 Ω·m/K und bevorzugter 1 × 10^-7 bis 1 × 10^-4 Ω·m/K. Die Anstiegsrate des spezifischen elektrischen Widerstands der säulenförmigen Wabenstruktur 10 kann bestimmt werden, indem zuerst die spezifischen elektrischen Widerstände an zwei Punkten bei 50 °C und 400 °C durch das Vierleiterverfahren gemessen werden, der spezifische elektrische Widerstand bei 50 °C vom spezifischen elektrischen Widerstand bei 400 °C subtrahiert wird, um einen Wert abzuleiten, und der Wert durch eine Temperaturdifferenz von 350 °C zwischen 400 °C und 50 °C dividiert wird, um die Anstiegsrate des spezifischen elektrischen Widerstands zu berechnen.
Eine äußere Form der säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie sie säulenförmig ist. Sie kann z. B. eine Form, wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen usw.) Stirnflächen, sein. Die säulenförmige Wabenstruktur 10 weist für den Zweck des Verbesserns die Wärmebeständigkeit (Unterdrückung von Rissen, die in einer Umfangsrichtung der äußeren Umfangswand erzeugt werden) vorzugsweise eine Größe auf, so dass ein Flächeninhalt der Stirnflächen von 2000 bis 20000 mm² und bevorzugter von 5000 bis 15000 mm² beträgt.
Die säulenförmige Wabenstruktur 10 weist eine elektrische Leitfähigkeit auf. Der spezifische elektrische Widerstand ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie die säulenförmige Wabenstruktur 10 bei elektrischer Leitung Wärme durch Joulesche Wärme erzeugen kann. Der spezifische elektrische Widerstand befindet sich vorzugsweise zwischen 0,0001 und 2 Ω· cm, bevorzugter zwischen 0,0005 und 1 Ω·cm und bevorzugter zwischen 0,001 und 0,5 Ω·cm. Der spezifische elektrische Widerstand der säulenförmigen Wabenstruktur 10, wie er hier verwendet wird, ist ein Wert, der bei 25 °C durch ein Vierleiterverfahren gemessen wird.
Eine Zellenform in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen 16 ist nicht eingeschränkt, wobei sie aber vorzugsweise ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination daraus ist. Unter diesen sind das Viereck und das Sechseck bevorzugt. Eine derartige Zellenform kann zu einem geringeren Druckverlust beim Strömen eines Abgases durch die säulenförmige Wabenstruktur 10 führen, was zu einer Verbesserung der Reinigungsleistung des Katalysators führt. Das Viereck ist hinsichtlich eines einfachen Erreichens sowohl der strukturellen Festigkeit als auch der Gleichmäßigkeit der Erwärmung besonders bevorzugt.
Die Trennwand 13, die die Zellen 16 definiert, weist vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm und bevorzugter von 0,1 bis 0,2 mm auf. Die Dicke der Trennwand 13 von 0,1 mm oder größer kann eine Abnahme der Festigkeit der säulenförmigen Wabenstruktur 10 unterdrücken. Die Dicke der Trennwand 13 von 0,3 mm oder kleiner kann eine Zunahme des Druckverlustes beim Strömen eines Abgases unterdrücken, wenn die säulenförmige Wabenstruktur 10 als ein Katalysatorträger verwendet wird und ein Katalysator darauf getragen ist. Die Dicke der Trennwand 13, wie sie hier verwendet wird, ist als eine Länge eines Abschnitts, der durch die Trennwand 13 verläuft, zwischen den Liniensegmenten, die die Schwerpunkte der benachbarten Zellen 16 in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Zellen 16 verbinden, definiert.
Die säulenförmige Wabenstruktur 10 weist vorzugsweise eine Zellendichte von 40 bis 150 Zellen/cm² und bevorzugter von 70 bis 100 Zellen/cm² in einem Querschnitt senkrecht zu einer Strömungswegrichtung der Zellen 16 auf. Die Zellendichte in einem derartigen Bereich kann die Reinigungsleistung des Katalysators erhöhen, während sie den Druckverlust beim Strömen eines Abgases verringert. Eine Zellendichte von 40 Zellen/cm² oder mehr kann einen ausreichenden Katalysatortragflächeninhalt sicherstellen. Die Zellendichte von 150 Zellen/cm² oder weniger kann verhindern, dass ein Druckverlust beim Strömen eines Abgases übermäßig erhöht wird, wenn die säulenförmige Wabenstruktur 10 als ein Katalysatorträger verwendet wird und ein Katalysator darauf getragen ist. Die Zellendichte ist ein Wert, der durch das Teilen der Anzahl der Zellen durch einen Flächeninhalt einer Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur 10 mit Ausnahme der äußeren Umfangswand 12 erhalten wird.
Die Bereitstellung der äußeren Umfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist hinsichtlich des Sicherstellens der strukturellen Festigkeit der säulenförmigen Wabenstruktur 10 und des Verhinderns, dass ein durch die Zellen 16 strömendes Fluid aus der äußeren Umfangswand 12 austritt, nützlich. Insbesondere beträgt die Dicke der äußeren Umfangswand 12 vorzugsweise 0,1 mm oder mehr und bevorzugter 0,15 mm oder mehr und noch bevorzugter 0,2 mm oder mehr. Falls jedoch die äußere Umfangswand 12 zu dick ist, wird die Festigkeit zu hoch, so dass ein Festigkeitsgleichgewicht zwischen der äußeren Umfangswand 12 und der Trennwand 13 verloren wird, um die Temperaturwechselbeständigkeit zu verringern. Deshalb ist die Dicke der äußeren Umfangswand 12 vorzugsweise 1,0 mm oder kleiner und bevorzugter 0,7 mm oder kleiner und noch bevorzugter 0,5 mm oder kleiner. Die Dicke der äußeren Umfangswand 12, wie sie hier verwendet wird, ist als eine Dicke der äußeren Umfangswand in einer Richtung einer Normalen zu einer Tangente an einem Messpunkt definiert, wenn ein Abschnitt der äußeren Umfangswand 12, der einer Dickenmessung zu unterziehen ist, in einem Querschnitt senkrecht zu einer Zellausdehnungsrichtung betrachtet wird.
Die Trennwand 13 weist vorzugsweise eine Porosität von 0,1 bis 20 % auf. Die Porosität der Trennwand 13 von 0,1 % oder mehr ermöglicht es, dass der Katalysator leicht getragen wird. Eine Porosität der Trennwand 13 von 20 % oder weniger kann ein Risiko einer Beschädigung während des Einhülsens verringern. Die Porosität der Trennwand 13 beträgt bevorzugter von 1 bis 15 % und noch bevorzugter von 5 bis 15 %. Die Porosität ist ein durch ein Quecksilberporosimeter gemessener Wert.
(2. Elektrodenschicht)
Die säulenförmige Wabenstruktur 10 ist mit einem Paar von Elektrodenschichten 14a, 14b auf der Oberfläche der äußeren Umfangswand 12 versehen, so dass sie über die Mittelachse der säulenförmigen Wabenstruktur 10 einander zugewandt sind. Die Elektrodenschichten 14a, 14b sind aus einer Keramik mit einer NTC-Eigenschaft hergestellt.
Bei dem elektrisch erwärmenden Träger 20 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die säulenförmige Wabenstruktur 10 aus einer Keramik mit einer PTC-Eigenschaft (Eigenschaft, bei der der elektrische Widerstand zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt) hergestellt, während die Elektrodenschichten 14a, 14b aus einer Keramik mit einer NTC-Eigenschaft (Eigenschaft, bei der der elektrische Widerstand abnimmt, wenn die Temperatur zunimmt) hergestellt sind, so dass der Widerstand der säulenförmigen Wabenstruktur 10 und der Elektrodenschichten 14a, 14b gesteuert werden kann, um den Ausgleich des Widerstands des gesamten EHC zu steuern, wodurch ein elektrisch erwärmender Träger geschaffen wird, bei dem im Lauf der Zeit eine konstante elektrische Leistung leicht an den EHC angelegt werden kann.
Die Wärmeleitfähigkeit der Elektrodenschichten 14a, 14b ist vorzugsweise höher als die der säulenförmigen Wabenstruktur 10. Wenn im Allgemeinen das Paar von Elektrodenschichten auf der Oberfläche der äußeren Umfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur so vorgesehen sind, dass sie über die Mittelachse der säulenförmigen Wabenstruktur einander zugewandt sind, tendiert der von außen zu den Elektrodenschichten fließende Strom dazu, ungleichmäßig in Richtung des Mittelabschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur zu fließen, der den geringsten Widerstand aufweist. Wenn andererseits, wie in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die Wärmeleitfähigkeit der Elektrodenschichten 14a, 14b höher als die der säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist, tendieren die Elektrodenschichten 14a, 14b auf der Oberfläche der äußeren Umfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 dazu, sich zu erwärmen, was zu einem geringeren Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b führt. In diesem Fall fließt der Strom, der von außen zu den Elektrodenschichten 14a, 14b fließt, durch den Abschnitt mit dem geringeren Widerstand, wobei aber der Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b geringer ist, so dass der Strom in Richtung eines äußeren Seitenabschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zerstreut fließt, ohne zu dem Mittelabschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur 10 vorbelastet zu sein. Im Ergebnis wird erwartet, dass die gesamte säulenförmige Wabenstruktur 10 dazu tendiert, gleichmäßig erwärmt zu werden.
Die Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der Elektrodenschichten 14a, 14b beträgt vorzugsweise -1 × 10^-4 bis -5 × 10^-9 Ω· m/K. Eine Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der Elektrodenschichten 14a, 14b von -1 × 10^-4 Ω·m/K oder mehr kann zu einem verringerten Widerstand während des Erwärmens durch elektrische Leitung führen. Die Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der Elektrodenschichten 14a, 14b von -5 × 10^-9 Ω·m/K oder weniger kann zu einer geringeren Widerstandsänderung während des Erwärmens durch elektrische Leitung führen. Die Anstiegsrate des elektrischen Widerstands der Elektrodenschichten 14a, 14b beträgt bevorzugter -5 × 10^-5 bis -2 × 10^-8 Ω·m/K und noch bevorzugter -1 × 10^-5 bis -1 × 10^-7 Ω·m/K. Die Anstiegsrate des spezifischen elektrischen Widerstands der Elektrodenschichten 14a, 14b kann durch das Messen der spezifischen elektrischen Widerstände an zwei Punkten bei 50 °C und 400 °C durch das Vierleiterverfahren, das Subtrahieren des spezifischen elektrischen Widerstands bei 50 °C vom spezifischen elektrischen Widerstand bei 400 °C, um einen Wert abzuleiten, und das Teilen des Werts durch eine Temperaturdifferenz von 350 °C zwischen 400 °C und 50 °C, um die Anstiegsrate des spezifischen elektrischen Widerstands zu berechnen, bestimmt werden.
Die Elektrodenschichten 14a, 14b können hauptsächlich auf Silicium, Siliciumcarbid oder einem Verbundwerkstoff aus Silicium und Siliciumcarbid basieren. Wie es hier verwendet, bedeutet „hauptsächlich basierend auf“, dass der Gehalt in den Komponenten, die die Elektrodenschichten bilden, größer als 50 Massen-% ist.
Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b ist nicht besonders eingeschränkt, wobei er aber vorzugsweise 1 × 10^-5 bis 5 × 10^-1 Ω·m betragen kann. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b von 5 × 10^-1 Ω·m oder kleiner kann zu einem verringerten Widerstand während des Erwärmens durch elektrische Leitung führen. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b beträgt bevorzugter 1 × 10^-4 bis 2 × 10^-1 Ω·m und noch bevorzugter 5 × 10^-3 bis 1 × 10^-1 Ω·m. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenschichten 14a, 14b, wie er hier verwendet wird, ist ein Wert, der bei 25 °C durch das Vierleiterverfahren gemessen wird.
Die Elektrodenschichten 14a, 14b können in einem nicht einschränkenden Bereich ausgebildet sein. Hinsichtlich des Verbesserns einer gleichmäßigen Wärmeerzeugung der säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist jede der Elektrodenschichten 14a, 14b vorzugsweise an der Außenfläche der äußeren Umfangswand 12 so vorgesehen, dass sie sich in der Form eines Streifens in der Umfangsrichtung und in der Erstreckungsrichtung der Zellen 16 erstreckt. Insbesondere ist es unter dem Gesichtspunkt, dass sich ein Strom leicht in einer axialen Richtungjeder der Elektrodenschichten 14a, 14b ausbreitet, wünschenswert, dass sich jede der Elektrodenschichten 14a, 14b über eine Länge von 80 % oder mehr und bevorzugt 90 % oder mehr und bevorzugter über die gesamte Länge zwischen den beiden Stirnflächen der säulenförmigen Wabenstruktur 10 erstreckt.
Jede der Elektrodenschichten 14a, 14b weist vorzugsweise eine Dicke von 0,01 bis 5 mm und bevorzugter von 0,01 bis 3 mm auf. Ein derartiger Bereich kann es ermöglichen, dass eine gleichmäßige Wärmeerzeugung verbessert wird. Die Dicke jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b von 0,01 mm oder größer kann zu einer angemessenen Steuerung des elektrischen Widerstands führen, was zu einer gleichmäßigeren Wärmeerzeugung führt. Eine Dicke von 5 mm oder kleiner kann ein Risiko eines Bruchs während des Einhülsens verringern. Die Dicke jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b ist als eine Dicke in einer Richtung einer Normalen zu einer Tangente an einem Messpunkt auf einer Außenseite jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b definiert, wenn der Punkt jeder Elektrodenschicht, der einer Dickenmessung zu unterziehen ist, in einem Querschnitt senkrecht zur Zellenausdehnungsrichtung betrachtet wird.
(3. Elektrodenanschluss)
Jeder der Elektrodenanschlüsse 15a, 15b kann in einer Säulenform ausgebildet sein. Die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b sind jeweils auf den Elektrodenschichten 14a, 14b angeordnet und elektrisch verbunden. Wenn eine Spannung an die Metallanschlüsse 15a, 15b angelegt ist, wird entsprechend die Elektrizität durch die Metallanschlüsse 15a, 15b geleitet, um zu ermöglichen, dass die säulenförmige Wabenstruktur 10 durch Joulesche Wärme Wärme erzeugt. Deshalb kann die säulenförmige Wabenstruktur 10 außerdem geeignet als eine Heizvorrichtung verwendet werden. Die angelegte Spannung reicht vorzugsweise von 12 bis 900 V und bevorzugter von 48 bis 600 V, obwohl die angelegte Spannung bei Bedarf geändert werden kann.
Die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b können aus einer Keramik hergestellt sein. Wenn die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b aus der Keramik hergestellt sind, wird ein Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen jedem der Elektrodenanschlüsse 15a, 15b und jeder der Elektrodenschichten 14a, 14b verringert, weil die Elektrodenschichten 14a, 14b aus der Keramik mit der NTC-Eigenschaft hergestellt sind. Deshalb ist es möglich, das Reißen oder Ablösen der Elektrodenanschlüsse 15a, 15b und der Elektrodenschichten 14a, 14b aufgrund der Wärmeausdehnung zu unterdrücken.
Nicht einschränkende Beispiele der Keramik, die die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b bildet, enthalten Siliciumcarbid (SiC) und Metallverbindungen, wie z. B. Metallsilicide, z. B. Tantalsilicid (TaSi₂) und Chromsilicid (CrSi₂), und enthalten ferner einen Verbundwerkstoff (Cermet), der ein oder mehrere Metalle enthält. Spezifische Beispiele des Cermet enthalten hinsichtlich einer verringerten Wärmeausdehnung einen Verbundwerkstoff aus Silicium und Siliciumcarbid, einen Verbundwerkstoff aus Metallsilicid, wie z. B. Tantalsilicid und Chromsilicid, metallisches Silicium und Siliciumcarbid, und ferner einen Verbundwerkstoff, der durch Hinzufügen einer oder mehrerer isolierender Keramiken, wie z. B. Aluminiumoxid, Mullit, Zirkonoxid, Cordierit, Siliciumnitrid und Aluminiumnitrid, zu einem oder mehreren der oben aufgeführten Metalle erhalten wird. Das Material jedes Elektrodenanschlusses kann das gleiche wie das jeder Elektrodenschicht sein.
Wenn die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b Keramikanschlüsse sind, können mit ihren Spitzen jeweils Metallanschlüsse verbunden sein. Die Keramikanschlüsse und die Metallanschlüsse können durch Verstemmen, Schweißen, einen leitfähigen Klebstoff oder dergleichen verbunden werden. Die Materialien der Metallanschlüsse, die hier verwendet werden können, enthalten leitfähige Metalle, wie z. B. Eisen- und Nickellegierungen.
Wenn die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b Keramikanschlüsse sind, ist jede äußere Form der Anschlüsse vorzugsweise säulenförmig. Jede äußere Form der Elektrodenanschlüsse 15a, 15b ist nicht besonders eingeschränkt, solange wie sie säulenförmig ist. Der Elektrodenanschluss 15a, 15b kann z. B. eine Form, wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen, usw.) Stirnflächen, aufweisen. Die Größe jedes der Elektrodenanschlüsse 15a, 15b ist nicht eingeschränkt, wobei die Elektrodenanschlüsse 15a, 15b in einer Säulenform ausgebildet sein können, in der ein Flächeninhalt der Stirnflächen z. B. von 10 bis 350 mm² und die Höhe von 10 bis 100 mm beträgt.
Durch das Tragen des Katalysators auf dem elektrisch erwärmenden Träger 20 kann der elektrisch erwärmende Träger 20 als ein Katalysator verwendet werden. Ein Fluid, wie z. B. ein Abgas von einem Kraftfahrzeug, kann z. B. durch die Strömungswege der mehreren Zellen 16 strömen. Beispiele des Katalysators enthalten Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren als diese. Veranschaulichende Beispiele der Edelmetallkatalysatoren enthalten einen Drei-Wege-Katalysator und einen Oxidationskatalysator, der durch Tragen eines Edelmetalls, wie z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh), auf den Oberflächen der Poren des Aluminiumoxids erhalten wird, und einen Cokatalysator, wie z. B. Ceroxid und Zirkonoxid, enthält, oder einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als Speicherkomponenten für Stickstoffoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele eines Katalysators, der kein Edelmetall verwendet, enthalten einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), der einen kupfersubstituierten oder eisensubstituierten Zeolithen enthält, und dergleichen. Ferner können zwei oder mehr Katalysatoren verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die diese Katalysatoren umfasst. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt, wobei es gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur ausgeführt werden kann.
<Verfahren zum Herstellen des elektrisch erwärmenden Trägers}
Ein Verfahren zum Herstellen des elektrisch erwärmenden Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung wird veranschaulichend beschrieben. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren zum Herstellen des elektrisch erwärmenden Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Schritt A1 des Erhaltens einer ungebrannten säulenförmigen Wabenstruktur mit einer Elektrodenanschluss-Bildungspaste; und einen Schritt A2 des Brennens der ungebrannten säulenförmigen Wabenstruktur mit der Elektrodenanschluss-Bildungspaste, um eine säulenförmige Wabenstruktur mit Elektrodenanschlüssen zu bilden. Ferner können als eine weitere Ausführungsform eine Elektrodenschicht-Bildungspaste und die Elektrodenanschluss-Bildungspaste kalziniert und dann an der Wabenstruktur angebracht werden.
Der Schritt A1 besteht darin, einen säulenförmigen Wabenformling herzustellen, der ein Vorläufer der säulenförmigen Wabenstruktur ist, und eine Elektrodenschicht-Bildungspaste auf eine Seitenfläche des säulenförmigen Wabenformlings aufzutragen, um die ungebrannte säulenförmige Wabenstruktur mit der Elektrodenschicht-Bildungspaste zu erhalten, und dann die Elektrodenanschluss-Bildungspaste auf der Elektrodenschicht-Bildungspaste bereitzustellen, um die ungebrannte säulenförmige Wabenstruktur mit der Elektrodenanschluss-Bildungspaste zu bilden.
Um den säulenförmigen Wabenformling herzustellen, werden zunächst Borsäure, ein leitfähiger Füllstoff, der Si-Atome enthält, und Kaolin gemischt. Alternativ können ein Borsilicat, das Alkaliatome enthält, ein leitfähiger Füllstoff, der Si-Atome enthält, und Kaolin gemischt werden. Das Borsilicat kann eine Faser- oder Teilchenform aufweisen, wobei es vorzugsweise faserig ist, weil es die Extrudierbarkeit der Mischung verbessert. In der Mischung beträgt der Massenanteil der Borsäure vorzugsweise 4 oder mehr und 8 oder weniger, um die säulenförmige Wabenstruktur 10 mit geringerer Temperaturabhängigkeit vom spezifischen elektrischen Widerstand einfach zu erhalten. Der Borgehalt, der im Borsilicat enthalten ist, kann durch Erhöhen der Brenntemperatur erhöht werden, wie später beschrieben wird. Wenn eine Menge des im Silicat dotierten Bors höher ist, kann der elektrische Widerstand der säulenförmigen Wabenstruktur 10 kleiner sein.
Anschließend werden ein Bindemittel und Wasser zu der Mischung hinzugefügt. Beispiele des Bindemittels enthalten Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxypropoxylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Ferner kann der Gehalt des Bindemittels z. B. etwa 2 Massen-% betragen.
Die resultierenden Formungs-Ausgangsstoffe werden dann geknetet, um einen Grünling zu bilden, wobei der Grünling dann extrudiert wird, um eine säulenförmige Wabenstruktur herzustellen. Beim Strangpressen kann ein Extrudierwerkzeug mit einer gewünschten Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke, Zellendichte und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise wird die resultierende säulenförmige Wabenstruktur dann getrocknet. Wenn die Länge in der Mittelachsenrichtung der säulenförmigen Wabenstruktur nicht die Solllänge ist, können die beiden Stirnflächen der säulenförmigen Wabenstruktur auf die Solllänge geschnitten werden. Die säulenförmige Wabenstruktur nach dem Trocknen wird als ein säulenförmiger getrockneter Wabenkörper bezeichnet.
Anschließend wird die Elektrodenschicht-Bildungspaste zum Bilden der Elektrodenschichten hergestellt. Die Elektrodenschicht-Bildungspaste kann durch das Mischen von Siliciumcarbid und Silicium in einem Massenverhältnis von 20:80 und das Mischen dieser mit einem Bindemittel und Wasser hergestellt werden. Das in dem Elektrodenschicht-Bildungsausgangsstoff enthaltene Siliciumcarbidpulver kann ein Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 bis 50 µm verwenden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Siliciumcarbidpulvers von kleiner als 3 µm tendiert dazu, die Anzahl der Grenzflächen zu erhöhen und den Widerstand zu erhöhen. Ferner tendiert ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser des Siliciumcarbidpulvers von größer als 50 µm dazu, die Festigkeit zu verringern und die thermische Schlagfestigkeit zu verschlechtern.
Die resultierende Elektrodenschicht-Bildungspaste wird dann auf die Seitenfläche des säulenförmigen Wabenformlings (typischerweise des säulenförmigen getrockneten Wabenkörpers) aufgetragen, um eine ungebrannte säulenförmige Wabenstruktur mit einer Elektrodenschicht-Bildungspaste zu erhalten. Das Verfahren zum Auftragen der Elektrodenschicht-Bildungspaste auf den säulenförmigen Wabenkörper kann gemäß einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer säulenförmigen Wabenstruktur ausgeführt werden.
Als eine Variation des Verfahrens zum Herstellen der säulenförmigen Wabenstruktur kann im Schritt A1 der säulenförmige Wabenformling vor dem Auftragen der Elektrodenschicht-Bildungspaste vorübergehend gebrannt werden. Das heißt, in dieser Variation wird der säulenförmige Wabenformling gebrannt, um einen säulenförmigen gebrannten Wabenkörper zu erzeugen, wobei die gebrannte Elektrodenpaste auf den säulenförmigen gebrannten Wabenkörper aufgetragen wird.
Dann wird die Elektrodenanschluss-Bildungspaste zum Bilden der Elektrodenanschlüsse hergestellt. Die Elektrodenanschluss-Bildungspaste kann hergestellt werden, indem zu dem Keramikpulver, das gemäß den erforderlichen Eigenschaften für die Elektrodenanschlüsse gemischt wird, verschiedene Zusatzstoffe hinzugefügt werden und sie geknetet werden. Anschließend wird die hergestellte Elektrodenanschluss-Bildungspaste in der Form einer Säulenform auf der Oberfläche der Elektrodenschichten auf der säulenförmigen Wabenstruktur bereitgestellt.
Im Schritt A2 wird die ungebrannte säulenförmige Wabenstruktur mit der Elektrodenanschluss-Bildungspaste gebrannt, um die säulenförmige Wabenstruktur mit den Elektrodenanschlüssen zu erhalten. Die Brennbedingungen können unter einer Inertgasatmosphäre oder einer Luftatmosphäre und bei oder unter dem Atmosphärendruck und bei einer Brenntemperatur von 1150 bis 1350 °C und während einer Brennzeit von 0,1 bis 50 Stunden sein. Die Brennatmosphäre kann z. B. eine Inertgasatmosphäre sein, wobei der Brenndruck der Normaldruck sein kann. Um den elektrischen Widerstand der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu verringern, ist es bevorzugt, den Restsauerstoff hinsichtlich des Verhinderns einer Oxidation zu verringern, wobei es außerdem bevorzugt ist, während des Brennens ein Hochvakuum von 1,0 × 10^-4 Pa oder mehr in der Atmosphäre zu erzeugen und sie dann mit dem Inertgas zu spülen und das Brennen auszuführen. Beispiele der Inertgasatmosphäre enthalten eine N₂-Gasatmosphäre, eine Helium-Gasatmosphäre und eine Argon-Gasatmosphäre. Vor dem Brennen kann die ungebrannte säulenförmige Wabenstruktur mit der die Elektrodenanschluss-Bildungspaste getrocknet werden. Ferner kann vor dem Brennen ein Entfetten ausgeführt werden, um das Bindemittel und dergleichen zu entfernen. Folglich kann der elektrisch erwärmende Träger, bei dem die Elektrodenanschlüsse elektrisch mit den Elektrodenschichten verbunden sind, erhalten werden.
<Abgasreinigungsvorrichtung>
Jeder der elektrisch erwärmenden Träger gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung enthält den elektrisch erwärmenden Träger und einen Hülsenkörper zum Halten des elektrisch erwärmenden Trägers. In der Abgasreinigungsvorrichtung kann der elektrisch erwärmende Träger in einem Abgasströmungsweg installiert sein, um zu ermöglichen, dass ein Abgas von einer Kraftmaschine strömt. Als der Hülsenkörper kann ein röhrenförmiges Metallelement oder dergleichen zum Aufnehmen des elektrisch erwärmenden Trägers verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: säulenförmige Wabenstruktur
12: äußere Umfangswand
13: Trennwand
14a, 14b: Elektrodenschicht
15a, 15b: Elektrodenanschluss
16: Zelle
20: elektrisch erwärmender Träger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019012682 A [0005]

Claims

Elektrisch erwärmender Träger, der umfasst: eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der mehreren Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden; und ein Paar von Elektrodenschichten, die so angeordnet sind, dass sie über eine Mittelachse der Wabenstruktur einander zugewandt sind, wobei jede der Elektrodenschichten auf einer Oberfläche der äußeren Umfangswand der Wabenstruktur angeordnet ist; und einen Metallanschluss, der auf jeder der Elektrodenschichten vorgesehen ist, wobei die Wabenstruktur eine Keramik mit einer PTC-Eigenschaft umfasst und die Elektrodenschichten eine Keramik mit einer NTC-Eigenschaft umfassen.
Elektrisch erwärmender Träger nach Anspruch 1, wobei jede der Elektrodenschichten eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die der Wabenstruktur aufweist.
Elektrisch erwärmender Träger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenschichten hauptsächlich auf Silicium, Siliciumcarbid oder einem Verbundwerkstoff aus Silicium und Siliciumcarbid basieren.
Elektrisch erwärmender Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrodenanschlüsse aus einer Keramik hergestellt sind.
Elektrisch erwärmender Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine äußere Form jedes der Elektrodenanschlüsse säulenförmig ist.
Elektrisch erwärmender Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wabenstruktur aufweist: eine Matrix, die aus einem Alkaliatome enthaltenden Borsilicat besteht; und eine Domäne, die aus einem leitfähigen Füllstoff besteht.
Elektrisch erwärmender Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wabenstruktur eine Anstiegsrate des elektrischen Widerstands von 1 × 10^-8 bis 5 × 10^-4 Ω·m/K aufweist.
Elektrisch erwärmender Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede der Elektrodenschichten eine Anstiegsrate des elektrischen Widerstands von -1 × 10^-3 bis -5 × 10^-9 Ω·m/K aufweist.
Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst: den elektrisch erwärmenden Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und einen Hülsenkörper zum Halten des elektrisch erwärmenden Trägers.