JP5664517B2 - Electric heating type catalytic device - Google Patents
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Description
本発明は通電加熱式触媒装置に関する。 The present invention relates to an electrically heated catalyst device.
近年、自動車等のエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置として通電加熱式触媒(EHC:Electrically Heated Catalyst)が注目されている。EHCでは、エンジンの始動直後などのように排気ガスの温度が低く、触媒が活性化し難い条件下であっても、通電加熱により強制的に触媒を活性化させ、排気ガスの浄化効率を高めることができる。 In recent years, an electrically heated catalyst (EHC) attracts attention as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an engine such as an automobile. In EHC, even if the exhaust gas temperature is low, such as immediately after the engine is started, and the catalyst is difficult to activate, the catalyst is forcibly activated by energization heating to increase the exhaust gas purification efficiency. Can do.
特許文献1に開示されたEHCは、白金やパラジウム等の触媒が担持されたハニカム構造を有する円筒状の担体と、当該担体と電気的に接続され、かつ、当該担体の外周面に互いに対向配置された一対の電極と、を備えている。このEHCでは、一対の電極間において担体を通電加熱し、担体に担持された触媒を活性化する。これにより、担体を通過する排気ガス中の未燃焼HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)等の有害物質が触媒反応により浄化される。 The EHC disclosed in Patent Document 1 is a cylindrical carrier having a honeycomb structure on which a catalyst such as platinum or palladium is supported, and is electrically connected to the carrier and arranged opposite to the outer peripheral surface of the carrier. A pair of electrodes. In this EHC, the carrier is energized and heated between the pair of electrodes to activate the catalyst supported on the carrier. Thereby, harmful substances such as unburned HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), and NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas passing through the carrier are purified by the catalytic reaction.
EHCは自動車等の排気経路上に設けられるため、上記電極の材料には、電気伝導度のみならず、耐熱性、高温下における耐酸化性、及び排気ガス雰囲気における耐腐食性等が要求される。そのため、特許文献1に開示されているように、Ni−Cr合金やMCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)などの金属材料が用いられる。電極は溶射により担体上に形成される。他方、上記担体の材料としては、SiC(炭化珪素)などのセラミックス材料が用いられる。そのため、通電加熱時には、電極を構成する金属材料と、担体を構成するセラミックス材料との線膨張係数差による応力が発生する。 Since EHC is provided on the exhaust path of automobiles, etc., the material of the electrode is required to have not only electrical conductivity but also heat resistance, oxidation resistance at high temperature, and corrosion resistance in an exhaust gas atmosphere. . Therefore, as disclosed in Patent Document 1, a metal material such as a Ni—Cr alloy or a MCrAlY alloy (where M is at least one of Fe, Co, and Ni) is used. The electrode is formed on the support by thermal spraying. On the other hand, a ceramic material such as SiC (silicon carbide) is used as the material of the carrier. Therefore, during energization heating, a stress is generated due to a difference in linear expansion coefficient between the metal material constituting the electrode and the ceramic material constituting the carrier.
特許文献2には、電界印加用電極に対して熱膨張変化吸収処置を施したことを特徴とした光応用電圧・電界センサが開示されている。 Patent Document 2 discloses an optical applied voltage / electric field sensor characterized in that a thermal expansion change absorption treatment is applied to an electric field application electrode.
発明者は以下の課題を見出した。
EHCの電極は、担体の周方向に所定の幅を持って軸方向に延設されている。この電極を流れる電流の経路が、電極を構成する溶射皮膜の状態に影響され、電極の通電加熱面積が担体の周方向に狭くなり、通電加熱時の担体の温度分布も大きくなるおそれがあった。
The inventor has found the following problems.
The EHC electrode extends in the axial direction with a predetermined width in the circumferential direction of the carrier. The path of the current flowing through this electrode is affected by the state of the thermal spray coating that constitutes the electrode, and the current heating area of the electrode becomes narrower in the circumferential direction of the carrier, which may increase the temperature distribution of the carrier during current heating. .
また、電極を構成する溶射皮膜は、溶射時における凝固収縮に伴う残留応力や、上述の通電加熱時における線膨張係数差による応力に起因して、担体から剥離してしまうという問題があった。 Further, the thermal spray coating constituting the electrode has a problem that it is peeled off from the carrier due to residual stress accompanying solidification shrinkage during thermal spraying and stress due to the difference in linear expansion coefficient during the electric heating described above.
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、電極による通電加熱面積が担体の周方向に広がり、通電加熱を効果的に行え、かつ、電極の剥離が抑制された通電加熱式触媒装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an electrically heated catalyst device in which an electrically heated area by an electrode spreads in the circumferential direction of the carrier, can be effectively heated by heating, and electrode peeling is suppressed. The purpose is to provide.
本発明の第1の態様に係る通電加熱式触媒装置は、
触媒が担持されたセラミックスからなる担体と、
前記担体の外周面に互いに対向して形成された一対の電極と、
前記電極へ外部から電力を供給する配線と、を備え、前記電極を通じて前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置であって、
前記電極は、前記担体の軸方向に延設され、かつ、前記担体の周方向から交互にスリットが入れられていることを特徴とするものである。
電極による通電加熱面積が担体の周方向に広がり、通電加熱を効果的に行え、かつ、電極の剥離が抑制された通電加熱式触媒装置を提供することができる。
The electrically heated catalyst device according to the first aspect of the present invention comprises:
A carrier made of ceramics carrying a catalyst;
A pair of electrodes formed opposite to each other on the outer peripheral surface of the carrier;
Wiring for supplying electric power to the electrode from the outside, and an electrically heated catalyst device for electrically heating the carrier through the electrode,
The electrode extends in the axial direction of the carrier and has slits alternately from the circumferential direction of the carrier.
It is possible to provide an electric heating type catalytic device in which the electric heating area by the electrode extends in the circumferential direction of the carrier, the electric heating can be effectively performed, and the peeling of the electrode is suppressed.
本発明の第2の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1の態様において、隣接する前記スリット同士の間隔が、前記電極において前記配線が接続された接続領域から遠ざかるにつれて、大きくなっていることを特徴とするものである。これにより、より均一に通電加熱を行うことができる通電加熱式触媒装置を提供することができる。 In the electrically heated catalyst device according to the second aspect of the present invention, in the first aspect described above, the interval between the adjacent slits increases as the distance from the connection region where the wiring is connected in the electrode increases. It is characterized by that. As a result, it is possible to provide an energization heating type catalyst device capable of performing energization heating more uniformly.
本発明の第3の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1又は2の態様において、前記スリットの長さが、前記接続領域から遠ざかるにつれて、短くなっていることを特徴とするものである。これにより、さらに均一に通電加熱を行うことができる通電加熱式触媒装置を提供することができる。 The electrically heated catalyst device according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the length of the slit becomes shorter as the distance from the connection region increases. It is. As a result, it is possible to provide an energization heating type catalyst device capable of performing energization heating more uniformly.
本発明の第4の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜3のいずれかの態様において、前記接続領域が、前記電極の長手方向の中央部に位置することを特徴とするものである。 The electrically heated catalyst device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to third aspects, the connection region is located at a central portion in the longitudinal direction of the electrode. Is.
本発明の第5の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜4のいずれかの態様において、前記電極が、溶射により形成されることを特徴とするものである。 The electrically heated catalyst device according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, the electrode is formed by thermal spraying.
本発明の第6の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜5のいずれかの態様において、前記セラミックスが、SiCを含むことを特徴とするものである。 The electrically heated catalyst device according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fifth aspects, the ceramic contains SiC.
本発明の第7の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜6のいずれかの態様において、前記電極が、Ni−Cr合金(但し、Cr含有量は20〜60質量%)又はMCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)からなることを特徴とするものである。 In the electrically heated catalyst device according to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the electrode is a Ni—Cr alloy (however, the Cr content is 20 to 60 mass%). Alternatively, it is made of an MCrAlY alloy (where M is at least one of Fe, Co, and Ni).
本発明の第8の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜7のいずれかの態様において、前記スリットの幅が、前記接続領域から遠ざかるにつれて、狭くなっていることを特徴とするものである。これにより、より確実に、電極による通電加熱面積が担体の周方向に広がり、通電加熱を効果的に行え、かつ、電極の剥離が抑制された通電加熱式触媒装置を提供することができる。 An electrically heated catalyst device according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to seventh aspects, the width of the slit becomes narrower as the distance from the connection region increases. To do. Accordingly, it is possible to provide an electrically heated catalyst device in which the electrically heated area by the electrode spreads in the circumferential direction of the carrier more reliably, the electrically heated can be effectively performed, and the electrode peeling is suppressed.
本発明の第9の態様に係る通電加熱式触媒装置は、上記の第1〜8のいずれかの態様において、前記電極の膜厚が、前記接続領域から遠ざかるにつれて、厚くなっていることを特徴とするものである。これにより、より確実に、電極による通電加熱面積が担体の周方向に広がり、通電加熱を効果的に行え、かつ、電極の剥離が抑制された通電加熱式触媒装置を提供することができる。 The electrically heated catalyst device according to the ninth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to eighth aspects, the film thickness of the electrode increases as the distance from the connection region increases. It is what. Accordingly, it is possible to provide an electrically heated catalyst device in which the electrically heated area by the electrode spreads in the circumferential direction of the carrier more reliably, the electrically heated can be effectively performed, and the electrode peeling is suppressed.
本発明により、電極による通電加熱面積が担体の周方向に広がり、通電加熱を効果的に行え、かつ、電極の剥離が抑制された通電加熱式触媒装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrically heated catalyst device in which the electrically heated area by the electrode extends in the circumferential direction of the carrier, the electrically heated can be effectively performed, and the peeling of the electrode is suppressed.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
(実施の形態1)
まず、図1、図2を参照して、本実施の形態に係る通電加熱式触媒装置について説明する。図1は、実施の形態1に係る通電加熱式触媒装置100の斜視図である。通電加熱式触媒装置100は、例えば自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する。図1に示すように、通電加熱式触媒装置100は、担体20、電極31、配線32、固定層33を備えている。
(Embodiment 1)
First, with reference to FIG. 1, FIG. 2, the electric heating type catalyst apparatus which concerns on this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a perspective view of an electrically heated
担体20は、白金やパラジウム等の触媒を担持する多孔質部材である。また、担体20自体は、通電加熱されるため、導電性を有するセラミックス、具体的には例えばSiC(炭化珪素)からなる。図1に示すように、担体20は、外形が円筒形状であって、内部はハニカム構造を有している。矢印で示すように、排気ガスが担体20の内部を担体20の軸方向に通過する。
The
電極31は、担体20に電流を流し、加熱するための一対の電極である。各電極30は、担体20の外周面において互いに対向配置されている。また、各電極31は、担体20の長手方向の略両端に亘り形成されている。各電極31は、配線32を介して、バッテリ等の電源(不図示)から電力の供給が可能となっている。なお、電極31の一方がプラス極、他方がマイナス極であるが、いずれの電極31がプラス極あるいはマイナス極になってもよい。つまり、担体20を流れる電流の向きは限定されない。
The
ここで、図1に示すように、配線32は、固定層33により電極31に固定されている。また、図2は、固定層33が形成された部位での断面図である。
Here, as shown in FIG. 1, the
図1に示すように、電極31は、担体20の外周面上に形成された溶射皮膜である。図2に示すように、電極31は、担体20と物理的に接触しているとともに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、配線32は、電極31上に配置されており、電極31と物理的に接触するとともに電気的に接続されたリボン状の金属箔である。また、図1に示すように、配線32は、電極31の形成領域の全体に亘って、担体20の周方向に延設されている。また、配線32は、各電極31上において、担体20の軸方向に沿って、所定の間隔で複数本ずつ配置されている。図1の例では、各電極31上の中央部に6本ずつの配線32が設けられている。当然のことながら、配線32の本数は6本に限定されるものではなく、適宜決定される。配線32は、例えばFe−Cr合金等の金属からなる薄板である。
As shown in FIG. 2, the
固定層33は、配線32を電極31に固定するために、配線32を覆うように形成されたボタン形状の溶射皮膜である。ここで、固定層33がボタン形状であるのは、金属をベースとする溶射皮膜である電極31及び固定層33と、セラミックスからなる担体20との線膨張係数差に基づく応力を緩和するためである。つまり、固定層33を極力小さい形状とすることにより、上記応力を緩和している。図2に示すように、固定層33は、配線32及び電極31と物理的に接触するとともに電気的に接続されている。また、図1に示すように、固定層33は、1本の配線32に対し、配線32の長手方向(担体20の周方向)に沿って、所定の間隔で複数設けられている。さらに、互いに隣接する配線32では、固定層33が配線32の長手方向において異なる位置となるように配置されている。
The fixing
電極31及び固定層33を構成する溶射皮膜は、配線32に通電するため、金属ベースである必要がある。溶射皮膜のマトリクスを構成する金属としては、高温下での使用に耐えるため、高温下での耐酸化性に優れたNi−Cr合金(但し、Cr含有量は20〜60質量%)、MCrAlY合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)が好ましい。ここで、上記NiCr合金、MCrAlY合金は、他の合金元素を含んでいてもよい。電極31及び固定層33を構成する溶射皮膜は、多孔質であってもよい。多孔質であることにより、応力を緩和する機能が高まる。
The thermal spray coating constituting the
上記構成により、通電加熱式触媒装置100では、一対の電極31間において担体20が通電加熱され、担体20に担持された触媒が活性化される。これにより、担体20を通過する排気ガス中の未燃焼HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)等の有害物質が触媒反応により浄化される。
With the above configuration, in the electrically
次に、図3、4を参照して、本実施の形態に係る電極31の形状の詳細について説明する。図3は、電極31の平面図である。また、図4は、図3におけるIV-IV切断線による断面図である。本実施の形態に係る電極31は担体20の軸方向に、矩形状に延設されている。ここで、矩形とは実質的に矩形であればよく、4角がR加工されていたり、面取り加工されていたりしてもよいことは、言うまでもない。そして、電極31には、長さL、幅wのスリットSが、間隔dで複数本、形成されている。スリットSは、電極31を溶射により形成する際に、スリット形成箇所をマスクすることにより形成される。スリットSは、矩形の対向する長辺から交互に内側に向かって延設されている。このような複数本のスリットにより、このような複数本のスリットにより、矩形状の電極31が、全体として蛇行した1本の電流経路を構成することになる。従って、電極による通電加熱面積を担体の周方向に広げることができ、通電加熱を効果的に行うことができる。なお、十分な通電量を確保するため、図4に示すように、電極31は150μm以上とすることが好ましい。
Next, the details of the shape of the
ここで、スリットSの長さLは、配線32が接続される接続領域31aにおいて長く、接続領域31aから遠ざかるに従って短くなるように形成されていることが好ましい。一方、スリットSの間隔dは、配線32が配置される接続領域31aにおいて短く、接続領域31aから遠ざかるに従って長くなるように形成されていることが好ましい。このような構成により、配線32が配置され、外部から電流が流入する接続領域31aにおいて、上述の蛇行する電流経路の幅が狭く、接続領域31aから遠ざかるに従って、電流経路の幅が広くなるように形成されている。なお、本実施の形態では、接続領域31aは、電極31の長手方向の中央部に形成されているが、これに限定されるものではない。
Here, the length L of the slit S is preferably formed so as to be long in the
図5は、電極31と配線32との固定層33による接続を示す平面図である。図5に示すように、配線32及び固定層33は、電極31のスリットSを塞がないように、隣接するスリットSの間に配置されている。
FIG. 5 is a plan view showing the connection of the
以上に説明したようなスリットSを設けることにより、電極による通電加熱面積を担体の周方向に広げることができ、通電加熱を効果的に行うことができる。さらに、スリットSの長さL及び間隔dを工夫することにより、電極31全体が、外部から電流が流入する接続領域31aにおいて幅が狭く(配線抵抗が大きく)、接続領域31aから遠ざかるにつれて幅が広く(配線抵抗が小さく)なるような電流経路(配線)とすることができる。従来は、このような電流経路ではなかったため、接続領域31aである中央部での電流量が多く、接続領域31aから遠ざかる程、電流量が少なくなっていた。そのため、接続領域31aが最も加熱され、接続領域31aから遠ざかる程、加熱され難くなり、温度分布を小さくして加熱することが難しかった。しかしながら、本実施の形態に係る電極31では、周方向及び軸方向(長手方向)に亘って電流が流れ、その結果、電極により通電加熱面積が担体の周方向に広がり、担体に対する通電加熱を効果的に行うことができる。
By providing the slits S as described above, the current heating area by the electrodes can be expanded in the circumferential direction of the carrier, and current heating can be performed effectively. Further, by devising the length L and the interval d of the slit S, the
また、スリットSの導入により、溶射時における凝固収縮に伴う残留応力を緩和することができる。さらに、通電加熱時における担体20と電極31との線膨張係数差による応力を緩和することができる。従って、電極31の担体20からの剥離を抑制することができる。
Further, the introduction of the slit S can relieve the residual stress accompanying solidification shrinkage during thermal spraying. Furthermore, the stress due to the difference in linear expansion coefficient between the
(その他の実施の形態)
次に、図6〜8を参照して、その他の実施の形態について説明する。図6は、他の実施の形態に係る電極31の平面図である。図7は、他の実施の形態に係る電極31の平面図である。図8は、他の実施の形態に係る電極31の断面図である。
(Other embodiments)
Next, other embodiments will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a plan view of an
図6に示すように、スリットSの幅は、配線32が接続される領域である中央部において広く、中央部から遠ざかるにつれて狭くなっていてもよい。これにより、長手方向により均一に加熱することができる。
図7に示すように、スリットSは、長辺に対して垂直に形成されている必要はなく、斜めに形成されていてもよい。
図8に示すように、スリットSは、配線32が接続される領域である中央部において薄く、中央部から遠ざかるにつれて厚くなっていてもよい。これにより、長手方向により均一に加熱することができる。
As shown in FIG. 6, the width of the slit S may be wide at the central portion, which is a region to which the
As shown in FIG. 7, the slit S does not need to be formed perpendicular to the long side, and may be formed obliquely.
As shown in FIG. 8, the slit S may be thin at the central portion, which is a region to which the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
20 担体
31 電極
31a 接続領域
32 配線
33 固定層
100 通電加熱式触媒装置
S スリット
20
Claims (9)
前記担体の外周面に互いに対向して形成された一対の電極と、
前記電極へ外部から電力を供給する配線と、を備え、前記電極を通じて前記担体を通電加熱する通電加熱式触媒装置であって、
前記電極は、前記担体の軸方向に延設され、かつ、前記担体の周方向から交互にスリットが入れられていることを特徴とする通電加熱式触媒装置。 A carrier made of ceramics carrying a catalyst;
A pair of electrodes formed opposite to each other on the outer peripheral surface of the carrier;
Wiring for supplying electric power to the electrode from the outside, and an electrically heated catalyst device for electrically heating the carrier through the electrode,
The electrode heating catalyst device is characterized in that the electrode is extended in the axial direction of the carrier, and slits are alternately formed from the circumferential direction of the carrier.
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