JP2022542929A - 電気的に加熱可能な触媒コンバータ - Google Patents
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Abstract
本発明は、電気的に加熱可能な触媒コンバータであって、金属性のハニカム体（２）を有しており、ハニカム体（２）は、巻成された複数の金属性の箔から形成されており、ハニカム体（２）はケーシング管（１）内に収容されており、少なくとも１つの箔に電気的に接触するための装置が、ケーシング管（１）の開口（４）を通ってケーシング管（１）内にガイドされており、この装置は電極（５）によって形成されており、電極は、ケーシング管（１）の内面に対して、結合層（７）によって電気的に絶縁されていてかつケーシング管（１）に機械的に結合されている、電気的に加熱可能な触媒コンバータに関する。
Description
本発明は、電気的に加熱可能な触媒コンバータであって、金属性のハニカム体を有しており、ハニカム体は、巻成された複数の金属性の箔から形成されており、ハニカム体はケーシング管内に収容されており、少なくとも１つの箔に電気的に接触するための装置が、ケーシング管の開口を通ってケーシング管内にガイドされている、電気的に加熱可能な触媒コンバータに関する。
排ガス後処理のための装置内における排ガス温度を高めるために、とりわけ、電気的に加熱可能なハニカム体も使用される。これは例えば、互いに積層され互いに巻成された複数の金属性の箔から形成されるハニカム体を有している。オーム抵抗を利用して熱を発生させる通電導体を加熱のために使用することが公知である。代替的に、個々の金属性の箔またはこれにより形成される積層体を、直接電気的に接触させることができ、これにより、これらの箔または積層体は、通電導体として機能し、加熱が行われる。
電気的な接触のために、通常、複数の箔は、電流を目標に合わせて箔内に導入することができるように、その自由端部でまとめられて１つのコンパクトな積層体を形成する。
特に、給電すべき多数の個別の箔を含む、電気的に加熱可能なハニカム体では、特に大きく厚い積層体が箔から形成される場合がある。このような積層体の欠点は、一方では、構成スペースの点で、良好にハニカム体に組み込むことができないということであり、さらには、このように形成された積層体は、印加される電流に対して、最小抵抗の原理により、おそらくは望ましくない電流を形成する可能性があるので、高温個所を極めて形成し易い。これにより、極めて局所的な高温個所が生じるおそれがあり、このような高温個所は、持続すると損傷につながるおそれがあり、さらには、加熱装置のエネルギ効率を悪化させるおそれがある。
そこで、本発明の課題は、ハニカム体の内側で、電流を導入する電極への個々の箔の改善された結合を可能とし、望ましくない電流による局所的な高温個所の発生を回避する、電気的に加熱可能なハニカム体を提供することである。
電気的に加熱可能な触媒コンバータに関するこの課題は、請求項１の特徴を有する電気的に加熱可能な触媒コンバータによって解決される。
本発明の実施例は、電気的に加熱可能な触媒コンバータであって、金属性のハニカム体を有しており、ハニカム体は、巻成された複数の金属性の箔から形成されており、ハニカム体はケーシング管内に収容されており、少なくとも１つの箔に電気的に接触するための装置が、ケーシング管の開口を通ってケーシング管内にガイドされており、この装置は電極によって形成されており、電極は、ケーシング管の内面に対して、結合層によって電気的に絶縁されていてかつケーシング管に機械的に結合されている、触媒コンバータに関する。
ハニカム体は、例えば平滑であってよい、または構造化されていてよい、特に波状であってよい複数の金属箔から形成されている。互いに積層された金属箔は、好適には１つのまたは複数のマンドレルの周りに巻き付けられているので、貫流可能な複数の流路を備えたハニカム体が生じる。この場合、個々の流路は、実質的に、波状の金属箔と平滑な金属箔との間に形成されている。
個々の積層体を互いに離間することにより、電気的に互いに絶縁された導体を形成することができる。これらの積層体の１つまたは複数に電圧を加えることにより、オーム抵抗を利用して、ハニカム体の加熱を達成することができる。電流が流れる積層体は、この場合、この積層体を形成する金属箔の電気抵抗によって加熱される。周囲を流過する排ガスは、加熱された金属箔によって共に加熱され、これにより、触媒コンバータ内の温度、または触媒コンバータの後続の構造体における温度が上昇する。
電気的な接触のために、導電体は、ハニカム体を収容するケーシング管を通してガイドされなければならない。このために、金属箔の特に簡単な接触を可能にする電極が役立つ。この場合、例えば、はんだ付けまたは溶接による、電極への金属箔の材料接続的な結合は特に、持続的な耐久性のある結合を形成するために好適である。
通常、電気的な極は電極によって形成され、それぞれ他方の極は、触媒コンバータのハウジングによって形成される。したがって、短絡の発生を確実に防止するためには、ハウジングまたはケーシングを通してガイドされる電極は、ハウジングまたはケーシング管に対して電気的に絶縁されていなければならず、電極に配属される積層体の金属箔には特に導電的に接続されなければならない。
耐久性を保証し強度を高めるために、ケーシング管に対する電極の相対運動を回避し、金属箔または積層体の運動も阻止するように、電極はケーシング管に堅固に結合されている。
ハニカム体を形成する複数の金属性の箔が電極に導電接続されていると、特に好適である。これは、電極から金属箔への電気の流れを可能にするために必要である。
結合層が、絶縁層と付着層とから形成されており、絶縁層はケーシング管に面していて、付着層は電極に面していても好適である。結合層は理想的には多相の層であり、一方では、ケーシング管と電極との間に電気的絶縁を形成し、同時に、電極をケーシング管に持続的に特に堅牢に結合することを可能とする付着層を有している。この場合、例えば、多層の結合層または縁部領域に特別な特性を有した結合層が公知である。このような特別な特性は、例えば、所定の元素または材料混合物の添加によって得ることができる。
好適な実施例は、絶縁層が電気絶縁効果を有しており、以下の材料、すなわち、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、イットリウムをドープしたセラミック、シリコンをドープしたセラミック、コーディエライト、ムライトのうちの１つ、または上記の材料の混合物から形成されていることを特徴とする。
付着層は、金属層であって、以下の材料、すなわち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｄのうちの１つ、または上記の材料の合金、例えばＡｇＰｄまたはＣｕＮｉから形成されていても好適である。
絶縁層と付着層とが、類似の、好適には同じ熱膨張係数を有していると、さらに好適である。これは、結合層の内側での応力の発生を回避するために好適である。応力は特に、運転中、触媒コンバータの著しい加熱および冷却の結果、生じるおそれがある。好適には、絶縁層と付着層とは、隣接するケーシングまたは電極と類似のまたは同じ熱膨張係数を有している。
電極がＴ字型に形成されており、ケーシング管の内部に配置される区分は、電極が通ってガイドされている開口よりも大きな横断面積を有していると、さらに好適である。ケーシング管を貫通して電極がガイドされている開口よりも大きな、金属箔または積層体のための結合面積を提供するために、Ｔ字型の基本形状は好適である。これにより、積層体の結合がより簡単になり、さらには、電極または金属箔の所定の個所における、流れる電流の集中によって発生するおそれのある、いわゆるホットスポットの発生が阻止される。
電極は、好適には、内部から、ケーシング管を貫通してガイドされてよく、次いでケーシング管に機械的に結合させることができ、その後、最終的に、金属箔が電極に結合される。製造プロセスの設計に応じて、ケーシング管との電極の結合および電極との金属箔の結合を、１つの作業ステップで、例えば、はんだ付け炉内ではんだ付けすることにより、同時に行うこともできる。
ケーシング管は、開口の領域に、半径方向外側に向けられた湾曲部を有しており、電極の、ケーシング管の内部にガイドされる区分は、この湾曲部によって形成されたポケット内に収容されていても好適である。外側に向かう湾曲部により、内部には、ケーシング管の壁に一種の空洞が形成され、この空洞内に、電極のＴ字型の領域を収容することができる。これにより、ケーシング管のその他の円形の横断面を維持することができる。さらに、電極に適合させるために、金属箔から形成されるハニカム体を特別に適合させる必要もない。このようなことは、例えば楕円形の横断面のように、異なる横断面を有したハニカム体およびケーシング管についても、勿論同様に当てはまる。
ケーシング管における開口が、電極、絶縁層、および付着層の間の材料接続的な結合によってガス密に閉鎖されていると、さらに好適である。このことは、漏れを回避するために特に好適である。高温の排ガスの排出は、一方では触媒コンバータからエネルギを奪い、さらには、触媒コンバータを取り囲む構造体を損傷させるおそれがある。
本発明の好適な別の構成は、従属請求項と以下の図面の説明に記載されている。
以下に、本発明を複数の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、触媒コンバータの、特に電気的に加熱可能な触媒コンバータのケーシング管１の断面図を示している。ケーシング管１は、内部に形成されるハニカム体２のためのハウジングを形成しており、ハニカム体は、互いに重ねられて積層体３を成す複数の金属箔から形成されている。
ケーシング管１は開口４を有していて、この開口を通って電極５がガイドされている。図１の実施例では、電極５は、ケーシング管１の内部から開口４を通って外部に突出するステム状の延長部と、ケーシング管１の内部に配置されているプレート状の区分とを有している。電極５は、Ｔ字型に形成されている。
ケーシング管１は、開口４のすぐ周囲に湾曲部６を有していて、この湾曲部内には、電極５のプレート状の区分が収容されている。電極５のプレート状の区分の内側に向けられた面は、ケーシング管１の内壁に整列している。ケーシング管１の半径に応じて、プレート状の区分を変形させることもでき、ケーシング管１の内面のジオメトリに適合させることができる。したがって、電極５を、ケーシング管１の、例えば楕円形またはその他の横断面に適合させることもできる。
湾曲部６を設けることにより、内部に形成されるハニカム体２の周りに位置する包絡線は、連続的な延在を有することができ、電極５の領域に、ノッチまたはその他の切欠を有する必要がない。ハニカム体は通常、１つのマンドレルまたは複数のマンドレルの周りに積層体を巻き付けることによって生成されるので、このことは特に好適である。
電極５は、ケーシング管１に機械的に、結合層７を介して耐熱性をもって結合されている。結合層７は、電気絶縁性領域８と付着領域９とを有している。電気絶縁性領域８は、結合層７の、ケーシング管１に面した側に配置されていて、付着領域は、電極５に面した側に配置されている。
付着領域９には、ケーシング１に電極５を後から結合させるために用いられるはんだ１０を塗布することができる。結合層７は、接合された２つの個別の層から形成することができる。代替的には、両縁部領域においてそれぞれ異なるように形成されている１つの層が形成されていてもよい。この場合、１つの縁部領域において電気絶縁効果を得るために、例えば、添加される元素の濃度は異なる強度であってよい。これに対向する縁部領域には、はんだによる電極５への結合を可能にするために十分に高い金属の割合を形成することができる。好ましい材料は従属請求項に記載されている。
図１および図２の実施例は、何ら限定的な特徴を有しておらず、本発明の思想を明らかにするために参照される。
Claims (10)
- 電気的に加熱可能な触媒コンバータであって、金属性のハニカム体（２）を有しており、前記ハニカム体（２）は、巻成された複数の金属性の箔から形成されており、前記ハニカム体（２）はケーシング管（１）内に収容されており、少なくとも１つの箔に電気的に接触するための装置が、前記ケーシング管（１）の開口（４）を通って前記ケーシング管（１）内にガイドされている、触媒コンバータにおいて、
前記装置は電極（５）によって形成されており、該電極は、前記ケーシング管（１）の内面に対して、結合層（７）によって電気的に絶縁されていてかつ前記ケーシング管（１）に機械的に結合されていることを特徴とする、電気的に加熱可能な触媒コンバータ。 - 前記ハニカム体（２）を形成する前記複数の金属性の箔は、前記電極（５）に導電接続されている、請求項１記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記結合層（７）は、絶縁層（８）と付着層（９）とから形成されており、前記絶縁層（８）は前記ケーシング管（１）に面していて、前記付着層（９）は前記電極（５）に面している、請求項１また２記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記絶縁層（８）は、電気絶縁効果を有しており、以下の材料、すなわち、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、イットリウムをドープしたセラミック、シリコンをドープしたセラミック、コーディエライト、ムライトのうちの１つ、または上記の材料の混合物から形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記付着層（９）は、金属層であって、以下の材料、すなわち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｄのうちの１つ、または上記の材料の合金、例えばＡｇＰｄまたはＣｕＮｉから形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記絶縁層（８）と前記付着層（９）とは、類似の、好適には同じ熱膨張係数を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記電極（５）はＴ字型に形成されており、前記ケーシング管（１）の内部に配置される区分は、前記電極が通ってガイドされている前記開口（４）よりも大きな横断面積を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記ケーシング管（１）は、前記開口（４）の領域に、半径方向外側に向けられた湾曲部（６）を有しており、前記電極（５）の、前記ケーシング管（１）の内部にガイドされる前記区分は、前記湾曲部（６）によって形成されたポケット内に収容されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記ケーシング管（１）における前記開口（４）は、前記電極（５）、前記絶縁層（８）、および前記付着層（９）の間の材料接続的な結合によってガス密に閉鎖されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
- 前記電極（５）は一体に形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電気的に加熱可能な触媒コンバータ。
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