JP2008215351A - 電気加熱可能なハニカム体とその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】単純に制御できるハニカム体を提供する。
【解決手段】流体（１９）が貫流できる空洞（２１）を備え、少なくとも１個の電流分配構造物（２）を有し、この電流分配構造物（２）が電流供給体（３）を介して電源に接続できる電気加熱可能なハニカム体（１）において、
ａ）電流供給体（３）、
ｂ）電流分配構造物（２）、
の内の少なくとも１つが、正温度係数（ＰＴＣ）の材料から成る少なくとも１個の制御要素（４）を有し、この制御要素（４）がハニカム体（１）を貫流する流体に少なくとも熱的に接触される。
【選択図】図２
【解決手段】流体（１９）が貫流できる空洞（２１）を備え、少なくとも１個の電流分配構造物（２）を有し、この電流分配構造物（２）が電流供給体（３）を介して電源に接続できる電気加熱可能なハニカム体（１）において、
ａ）電流供給体（３）、
ｂ）電流分配構造物（２）、
の内の少なくとも１つが、正温度係数（ＰＴＣ）の材料から成る少なくとも１個の制御要素（４）を有し、この制御要素（４）がハニカム体（１）を貫流する流体に少なくとも熱的に接触される。
【選択図】図２
Description
本発明は、電気加熱可能なハニカム体とその運転方法に関する。このハニカム体の利用分野は特に、内燃機関の排気ガスを処理するための特に自動車の排気装置における触媒担体にある。
電気加熱可能なハニカム体は、例えば電気加熱可能なハニカム体の形成および運転に関している特許文献１で知られている。かかるハニカム体の制御は、一般に、電気加熱可能なハニカム体への電力供給を制御する電子制御回路で行われる。
国際公開第９６／１０１２７号パンフレット
本発明の課題は、単純に制御できる電気加熱可能なハニカム体と、そのハニカム体の運転方法を提供することにある。
この課題は独立請求項に記載の特徴によって解決される。有利な実施態様はその従属請求項に記載されている。
本発明に基づく電気加熱可能なハニカム体は、流体が貫流できる空洞、例えば通路を有し、少なくとも１個の電流分配構造物を有し、その電流分配構造物は電流供給体を介して電源に接続でき、
ａ）電流供給体、
ｂ）電流分配構造物、
の少なくとも１つが、正温度係数（ＰＴＣ、positive temperature coefficient）の材料から成る少なくとも１個の制御要素を有し、この制御要素がハニカム体を貫流する流体に少なくとも熱的に接触される、ことを特徴としている。
ａ）電流供給体、
ｂ）電流分配構造物、
の少なくとも１つが、正温度係数（ＰＴＣ、positive temperature coefficient）の材料から成る少なくとも１個の制御要素を有し、この制御要素がハニカム体を貫流する流体に少なくとも熱的に接触される、ことを特徴としている。
正温度係数の材料、特にいわゆるＰＴＣ抵抗は、温度に対して電気抵抗が強く増大する温度範囲を有している。かかる要素はいわゆる自己制御加熱抵抗とも呼ばれ、これは、その電気抵抗の変化によっていわゆる有効温度あるいは定格温度である特定の温度を保持する。電流分配構造物は供給される電流を、ハニカム体の内部、特に加熱触媒コンバータ内に形成された個々の電流路に、あるいはハニカム体の加熱すべき空洞壁にも分配するために用いられる。電流分配構造物は特に当該ハニカム体の外周面の一部を特に半殻体の形で形成する。ここで電流供給体とは電源への電気接続を形成する構成要素を意味する。これは例えば電気導体、電気プラグおよび／または電気ソケットである。電流供給体は電流分配構造物に電気的に接続可能であるか又は接続されている。電気加熱可能なハニカム体は複数のハニカム構造物を有し、そのうちの少なくとも１個のハニカム構造物が電気加熱可能であり、特に直接に電気加熱されない他のハニカム構造物の上流でいわゆる加熱触媒コンバータとして用いられる。
電気加熱可能なハニカム体および／または加熱触媒コンバータを駆動する電流回路内に制御要素としてＰＴＣ要素を設けることは、自己制御式電流回路の形成を有利に可能とし、これにより、電気加熱可能なハニカム体に対する他の制御メカニズムが不要とされるか、それを非常に単純に形成することができる。
本発明に基づくハニカム体の有利な実施態様において、電流供給体がハニカム体の外側に設けられたブッシングを有している。
好適には、ブッシングはハニカム体の外被管に気密に結合され、場合によっては、ブッシングの内部に位置する電気導体に対して電気絶縁されている。
ハニカム体の他の有利な実施態様において、制御要素の少なくとも一部分がブッシング内に配置されている。
ここではブッシングは特に、機械的作用から防護し、ハニカム体を貫流する例えば排気ガスのような流体との熱的接触を形成する。
ハニカム体の他の有利な実施態様において、制御要素の少なくとも一部分がハニカム体の内部に突入している。制御要素の少なくとも一部分の周りを流体が通流する実施態様も特に有利である。
これは、流体が制御要素のすぐそばを流れて制御要素を加熱ないし冷却するので、ハニカム体を貫流する流体との熱的接触の非常に単純な形態を可能とする。
ハニカム体の他の有利な実施態様において、
制御要素が、
ａ）チタン酸セラミックス、
ｂ）チタン酸バリウムセラミックス、
の少なくとも１つの材料で作られている。
制御要素が、
ａ）チタン酸セラミックス、
ｂ）チタン酸バリウムセラミックス、
の少なくとも１つの材料で作られている。
本発明のもう１つの課題に応じて、少なくとも１個の電流分配構造物を有し、この電流分配構造物が電流供給のために電流供給体を介して電源に接続されている、流体が貫流できる空洞を備えた電気加熱可能なハニカム体の運転方法において、電流供給が、流体と少なくとも熱的に接触する少なくとも１個の自己制御式制御要素を介して行われる。
この場合、特に正温度係数の材料で形成されている制御要素は、ハニカム体自体の中で、電流供給体および／または電流分配構造物に配置される。電気加熱可能なハニカム体が加熱されているとき、制御要素に電流が流されていることが前提とされる。
本発明に基づく方法の有利な実施態様において、制御要素は、
ａ）ハニカム体の少なくとも一部における触媒活性被覆、
ｂ）ハニカム体の下流に配置されている排気ガス処理用構造物の少なくとも１つの触媒活性被覆、
の内の少なくとも１つの被覆の始動温度より高いかそれと同じである流体の温度に一致する制御温度を有する。
ａ）ハニカム体の少なくとも一部における触媒活性被覆、
ｂ）ハニカム体の下流に配置されている排気ガス処理用構造物の少なくとも１つの触媒活性被覆、
の内の少なくとも１つの被覆の始動温度より高いかそれと同じである流体の温度に一致する制御温度を有する。
ここで構造物とは特に、相応の触媒活性被覆を有するハニカム体を意味する。ここで前記ａ）は特に、電気加熱可能なハニカム体が互いに直列配置された２個のハニカム構造物を有し、特にその１個のハニカム構造物が加熱のために電流で通流される加熱触媒コンバータとして形成されていることを意味する。さらに、この少なくとも１個のハニカム構造物が部分部位にだけ触媒活性被覆を有することもできる。始動温度（light off temperature）は触媒反応を進行するために必要な温度を意味する。電気加熱可能なハニカム体内に他のハニカム構造物として例えば粒子トラップあるいは粒子フィルタが配置されているとき、始動温度は粒子トラップあるいは粒子フィルタの再生温度を含む。
本発明に基づく方法の他の有利な実施態様において、制御要素の少なくとも一部分の周りを流体が通流する。
本発明に基づく方法は特に本発明に基づくハニカム体を運転するために採用される。本発明に基づくハニカム体に対して開示された説明と利点は、本発明に基づく方法にも転用され、適用され、またその逆も当てはまる。
以下図を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明は図示された実施例に限定されない。
図１は電気加熱可能なハニカム体１の第１実施例を概略的に示している。このハニカム体１は電流分配構造物２と電流供給体３を有している。この第１実施例において、電流供給体３はブッシング５内に配置されている制御要素４を有している。電流分配構造物２は電気導体６と制御要素４とを介して電源に接続されている。これによって、ディスク状加熱触媒コンバータ７がオーム熱によって加熱される。ブッシング５は外側外被管８に材料結合されている。
外側外被管８内に内側外被管９が配置されている。電流分配構造物２は内側外被管９の一部である。電流分配構造物２は絶縁保持ピン１０を介して外被残部１１に結合され、この外被管残部１１は他のハニカム構造物１２を含んでいる。このハニカム構造物１２は、運転中に加熱触媒コンバータ７を貫流する排気ガスがそのハニカム構造物１２を貫流してハニカム構造物１２を加熱するので、加熱触媒コンバータ７を介して間接的に加熱される。ハニカム構造物１２および加熱触媒コンバータ７は絶縁保持ピン１０によって互いに結合されている。
本発明に基づいて、制御要素４はＰＴＣ材料、即ち、正温度係数（positive temperature coefficient；ＰＴＣ）の材料で形成されている。これは電気加熱可能なハニカム体１を自己制御式に形成することを可能とする。制御要素４の制御温度は、この制御温度が例えば加熱触媒コンバータ７、ハニカム構造物１２および／または排気ガスを転換するための他の構造物における触媒反応の始動温度（開始温度）に一致するように選定されている。ここでは、制御要素４の制御温度がそのように選定されること、および／または、相応した構造物に所望の始動温度が生ずることによって、制御要素４に制御温度が生ずるような箇所に制御要素４が組み込まれることを意味する。
図２は本発明に基づく電気加熱可能なハニカム体１の第１実施例の一部を概略的に示している。電流供給体３は外側外被管８にブッシング５を介して結合されている。ブッシング５内に制御要素４が配置され、この制御要素４は、電気導体６と内部導体１４を介して、電源例えば発電機および／または電池に接続される。その電気導体６は、自動車の排気装置における温度に耐えるように形成された耐熱絶縁体１３を含み、内部導体１４はこの耐熱絶縁体１３の内部に配置されている。また制御要素４は導体１５を介して電流分配構造物２に結合されている。加熱触媒コンバータ７はここでは複数の金属波箔１６と金属平箔１７を互いに重ね合わせて形成されている。
図３は本発明に基づく電気加熱可能なハニカム体１の第２実施例の一部を概略的に示している。ここでは、第１実施例と異なって、制御要素４はその一部分がブッシング５からハニカム体１の内部に突入し、これによりその少なくとも一部分の周りを排気ガス１８が通流する。制御要素４は電流分配構造物２に直接に結合されている。
図４は、外被管２０内におけるハニカム構造物１９の例を概略的に示している。このハニカム構造物１９は、複数の波形金属層１６および平形金属層１７を、これらの金属層間に共通の通路１２、即ち、流体、例えば排気ガス１８が貫流できる空洞を形成するように互いに重ね合わせて構成されている。このハニカム構造物１９の形態で、加熱触媒コンバータ７並びにハニカム構造物１２および他のハニカム構造物１９が形成される。その代わりにあるいはそれに加えて、モノリシック形セラミックハニカム構造物が形成され、例えば加熱触媒コンバータ７として採用される場合、電流を分配し、これによって加熱触媒コンバータ７の加熱を生じさせる電流分配構造物２が形成される。排気装置におけるハニカム構造物１２、加熱触媒コンバータ７および／または他のハニカム構造物１９は、触媒活性被覆を担持し、特に次の被覆、すなわち、ａ）酸化触媒被覆、ｂ）還元剤先駆物、例えば尿素が還元剤、例えばアンモニアに加水分解するのを減少させる被覆、ｃ）ＳＣＲ（選択触媒反応）触媒被覆、の少なくとも１つを担持している。
本発明に基づく電気加熱可能なハニカム体１は、例えばＰＴＣ材料（正温度係数の材料）から自己制御式制御要素４を形成することによって、他の電子制御回路あるいは電子調整回路が著しく単純化されるか全く不要とされるので、電気加熱可能なハニカム体１の単純な加熱電力制御を実現することができる。
１ 電気加熱可能なハニカム体
２ 電流分配構造物
３ 電流供給体
４ 制御要素
５ ブッシング
６ 電気導体
７ 加熱触媒コンバータ
８ 外側外被管
９ 内側外被管
１０ 保持ピン
１１ 外被残部
１２ ハニカム構造物
１３ 耐熱絶縁体
１４ 内側導体
１５ 導体
１６ 波形金属層
１７ 平形金属層
１８ 排気ガス
１９ ハニカム構造物
２０ 外被管
２１ 通路
２ 電流分配構造物
３ 電流供給体
４ 制御要素
５ ブッシング
６ 電気導体
７ 加熱触媒コンバータ
８ 外側外被管
９ 内側外被管
１０ 保持ピン
１１ 外被残部
１２ ハニカム構造物
１３ 耐熱絶縁体
１４ 内側導体
１５ 導体
１６ 波形金属層
１７ 平形金属層
１８ 排気ガス
１９ ハニカム構造物
２０ 外被管
２１ 通路
Claims (9)
- 流体（１９）が貫流できる空洞（２１）を備え、少なくとも１個の電流分配構造物（２）を有し、該電流分配構造物（２）が電流供給体（３）を介して電源に接続できる電気加熱可能なハニカム体（１）において、
ａ）電流供給体（３）、
ｂ）電流分配構造物（２）、
の内の少なくとも１つが、正温度係数（ＰＴＣ）の材料から成る少なくとも１個の制御要素（４）を有し、該制御要素（４）がハニカム体（１）を貫流する流体に少なくとも熱的に接触されることを特徴とする電気加熱可能なハニカム体。 - 電流供給体（３）が、ハニカム体（１）の外側に設けられたブッシング（５）を有していることを特徴とする請求項１に記載のハニカム体。
- 制御要素（４）の少なくとも一部分がブッシング（５）内に配置されている、ことを特徴とする請求項２に記載のハニカム体（１）。
- 制御要素（４）の少なくとも一部分がハニカム体（１）の内部に突入していることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載のハニカム体。
- 制御要素（４）の少なくとも一部分の周りを流体が通流することを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載のハニカム体。
- 制御要素（４）が、
ａ）チタン酸セラミックス、
ｂ）チタン酸バリウムセラミックス、
の少なくとも１つの材料で作られていることを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載のハニカム体。 - 少なくとも１個の電流分配構造物（２）を有し、該電流分配構造物（２）が電流供給のために電流供給体（３）を介して電源に接続されている、流体が貫流できる電気加熱可能なハニカム体（１）の運転方法において、
電流供給が、流体と少なくとも熱的に接触する少なくとも１個の自己制御式制御要素（４）を介して行われることを特徴とする電気加熱可能なハニカム体の運転方法。 - 制御要素（４）が、
ａ）ハニカム体（１、７、１２）の少なくとも一部における触媒活性被覆、
ｂ）ハニカム体（１）の下流に配置されている排気ガス処理用構造物の少なくとも１つの触媒活性被覆、
の内の少なくとも１つの被覆の始動温度より高いか又はそれと同じである流体（１９）の温度に一致する制御温度を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 制御要素（４）の少なくとも一部分の周りを流体（１９）が通流することを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
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