專利名稱：電加熱式催化劑裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有通過通電而發(fā)熱的催化劑載體的催化劑裝置。
背景技術(shù)：
已知ー種催化劑裝置，其在金屬或碳化硅(SiC)等具有導(dǎo)電性的載體上負載催化齊U，并能夠通過向載體通電時產(chǎn)生的熱量而使催化劑升溫。在這種催化劑裝置中，使收容載體的殼體與載體絕緣，以使殼體與載體之間不會發(fā)生短路。例如，已知ー種催化劑裝置，其中，用以陶瓷纖維等為主要成分的陶瓷材料制襯墊(mat)覆蓋金屬制載體的外周，且該催化劑裝置經(jīng)由該襯墊收容并保持在筒狀的盒體內(nèi)(參照專利文獻I)。此外，作為與本發(fā)明有關(guān) 的現(xiàn)有技術(shù)文獻，還存在專利文獻2、3。專利文獻I :日本特開平04-171214號公報專利文獻2 :日本特開2009-189921號公報專利文獻3 :日本特開2008-267157號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在專利文獻I的催化劑裝置中，雖然通過陶瓷材料制襯墊而實施了殼體與載體之間的絕緣，但是由于該襯墊是用陶瓷纖維構(gòu)成，因此其內(nèi)部會有水分進入。即，襯墊具有吸水性。如果襯墊吸收了水分，則有可能使襯墊的絕緣電阻降低，從而使載體與殼體之間電連接。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種電加熱式催化劑載體，其即使在介于催化劑載體與殼體之間的保持部件吸收水分時，也能夠確保催化劑載體與殼體之間的絕緣。用于解決課題的方法本發(fā)明的電加熱式催化劑裝置具備催化劑載體，所述催化劑載體通過通電而發(fā)熱；保持部件，所述保持部件以覆蓋所述催化劑載體的外周的方式而設(shè)置，并由絕緣材料制成；殼體，所述殼體將所述催化劑載體收容在其內(nèi)部，并經(jīng)由所述保持部件而保持所述催化劑載體，所述電加熱式催化劑裝置通過負載于所述催化劑載體上的催化劑，來處理流動于所述殼體內(nèi)的氣體，其中，所述保持部件具有吸水性，在所述殼體與所述保持部件之間，設(shè)置有由絕緣材料形成的絕緣層。根據(jù)本發(fā)明的催化劑裝置，即使在保持部件吸收水分從而保持部件的絕緣電阻降低吋，也能夠通過絕緣層來防止催化劑載體與殼體電連接。因此，能夠確保催化劑載體與殼體之間的絕緣。在本發(fā)明催化劑裝置的ー種形式中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，在所述催化劑載體與所述保持部件之間，設(shè)置有由具有吸水性的材料形成的吸水層。在此情況下，由于保持部件的水分會被吸水層吸收，因此能夠降低保持部件的水分量。因此，能夠?qū)Ρ３植考慕^緣電阻降低進行抑制。
在這種形式中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，使所述吸水層與所述保持部件相比吸水性更高。在此情況下，能夠促進水分從保持部件向吸水層移動，因此能夠進ー步對保持部件的絕緣電阻降低進行抑制。在本發(fā)明的催化劑裝置的ー種形式中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，在所述殼體內(nèi)設(shè)置有阻水部件，所述阻水部件具有使氣體通過的貫通孔，并且所述阻水部件以從氣體流向的上游ー側(cè)觀察所述殼體內(nèi)時遮蔽所述保持部件的方式，被配置在比所述催化劑載體更靠氣體流向的上游ー側(cè)的位置上。在此情況下，即使有水從氣體流向的上游ー側(cè)起沿著殼體的內(nèi)表面流過來，也能夠通過阻水部件而阻擋住該水。因此，能夠抑制該水到達絕緣層及保持部件。由此，由于能夠抑制水被保持部件吸收，因此能夠減少保持部件內(nèi)部的水分量。因此，能夠進ー步對保持部件的絕緣電阻降低進行抑制。在此實施方式中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，所述阻水部件由具有吸水性的材料形成。在此情況下，被阻水部件阻擋的水將被阻水部件吸收。因此，能夠進一歩抑制該水到達絕緣層以及保持部件。本發(fā)明的催化劑裝置中設(shè)置的催化劑載體只需為，通過通電而發(fā)熱的材料制成的催化劑載體即可。例如，所述催化劑載體可以由碳化硅制成。


圖I為表示本發(fā)明第一實施方式所涉及的催化劑裝置的圖。圖2為表示從圖I的箭頭II的方向觀察催化劑裝置時的圖。圖3為放大表示圖I的范圍A的圖。圖4為表示本發(fā)明第二實施方式所涉及的催化劑裝置的圖。圖5為表示從圖4的箭頭V的方向觀察催化劑裝置時的圖。圖6為放大表示圖示了圖4的范圍B的圖。圖7為表示本發(fā)明第三實施方式所涉及的催化劑裝置的圖。圖8為表示從圖7的箭頭VIII的方向觀察催化劑裝置時的圖。圖9為放大表示圖7的范圍C的圖。
具體實施例方式第一實施方式圖I及圖2圖示了本發(fā)明第一實施方式所涉及的催化劑裝置。另外，圖2圖示了從圖I的箭頭II的方向觀察催化劑裝置時的圖。為了凈化廢氣中的有害成分，該催化劑裝置IA被設(shè)置于內(nèi)燃機的排氣通道上。另外，如圖I中以箭頭Ex所示，廢氣在催化劑裝置I內(nèi)從圖I的左側(cè)向右側(cè)流動。催化劑裝置IA具有圓筒狀的催化劑載體2、和將催化劑載體2收容于內(nèi)部的圓筒狀的殼體3。催化劑載體2被同軸地收容在殼體3內(nèi)。催化劑載體2由碳化硅制成，殼體3由不銹鋼等的金屬制成。由于催化劑載體2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與設(shè)置在內(nèi)燃機的排氣通道上而用于浄化廢氣的公知的催化劑同樣即可，因此省略詳細的說明。催化劑載體2上負載有三元催化劑、氧化催化劑或吸收還原型NOx催化劑等的廢氣凈化用催化劑。 由于催化劑載體2是由碳化硅制成的，因此具有導(dǎo)電性。另外，催化劑載體2具有伴隨溫度上升而電阻降低的NTC (Negative temperature coefficient,負溫度系數(shù))特性。由于作為催化劑載體2的材料的碳化硅為多孔物質(zhì)，因此催化劑載體2具有吸水性。催化劑載體2的外周上設(shè)置有作為保持部件的保持襯墊4。如圖2所示，保持襯墊4覆蓋在催化劑載體2的整個外周面上。殼體3經(jīng)由該保持襯墊4而保持催化劑載體2。保持襯墊4是用作為絕緣材料的氧化鋁纖維形成的襯墊狀的部件。因此，保持襯墊4還具有耐高溫性及吸水性。另外，保持襯墊4的吸水性低于催化劑載體2還。殼體3與保持襯墊4之間，在圓周方向上的整個圓周上設(shè)有絕緣層5。絕緣層5由不吸收水分、換句話說即水分無法透過的絕緣材料而形成。作為這種材料，例如可以使用包含玻璃成分的絕緣材料。在催化劑載體2上，以隔著催化劑載體2而對置的方式設(shè)置有一對電極端子6、6。ー側(cè)的電極端子6與未圖示的蓄電池的正極相連接，另ー側(cè)的電極端子6與蓄電池的負極相連接。在各個電極端子6的周圍，設(shè)置有絕緣材料制成的罩7，以使電極端子6與殼體3、保持襯墊4及絕緣層5絕緣。 在該催化劑裝置IA中，為了使負載于催化劑載體2上的催化劑預(yù)熱而向催化劑載體2通以電流。如上所述，由于催化劑載體2由碳化硅制成，因而在被通電時會發(fā)熱。因此，催化劑通過該熱量而被預(yù)熱。以此方式，催化劑裝置IA被構(gòu)成為電加熱式的催化劑裝置。這種催化劑裝置的催化劑被稱為EHC(Electrically Heated Catalyst,電加熱催化劑)。下面，參照圖3，對該催化劑裝置IA中的水分的移動進行說明。圖3放大圖示了圖I中的范圍A。眾所周知，內(nèi)燃機的廢氣中包含水蒸氣。因此，廢氣冷卻會使水蒸氣冷凝而產(chǎn)生冷凝水CW。當(dāng)該冷凝水CW附著于催化劑載體2的上游ー側(cè)端面2a以及保持襯墊4的上游ー側(cè)端面4a上時，會使得該水分如圖中箭頭W所示被催化劑載體2及保持襯墊4所吸收。高溫的廢氣Ex會通過催化劑載體2內(nèi)部。因此，如箭頭V所示，被催化劑載體2吸收的水分將變成水蒸氣而向下游排出。如上所述，催化劑載體2的吸水性高于保持襯墊4的吸水性。而且，由于被催化劑載體2吸收的水分會變成水蒸氣而向下游排出，因此催化劑載體2的水分吸收量少于保持襯墊4的水分吸收量。而且，在保持襯墊4與殼體3之間，設(shè)置有水分無法透過的絕緣層5。因此，被保持襯墊4吸收的水分向催化劑載體2移動。該水分與被催化劑載體吸收的水分同樣地變成水蒸氣而向下游排出。如以上說明所示，在第一實施方式所涉及的催化劑裝置IA中，由于保持襯墊4與殼體3之間設(shè)置有絕緣層5，因此即使在保持襯墊4吸收水分而絕緣電阻降低的情況下，也能夠防止催化劑載體2與殼體3之間電連接的現(xiàn)象。另外，在該催化劑裝置IA中，由于能夠使被保持襯墊4吸收的水分快速地向催化劑載體2移動，因此能夠抑制保持襯墊4的絕緣電阻降低的現(xiàn)象。因此，即使在保持襯墊4吸收水分的情況下，也能夠確保催化劑載體2與殼體3之間的絕緣。第二實施方式下面參照圖4-圖6，對本發(fā)明第二實施方式所涉及的催化劑裝置IB進行說明。圖5圖示了從圖4的箭頭V的方向觀察時的催化劑裝置，圖6放大圖示了圖4中的范圍B。在本實施方式中，對與上述第一實施方式共同的部分標(biāo)記了相同的符號，并省略其說明。如圖4及圖5所示，在本實施方式中，于催化劑載體2與保持襯墊4之間設(shè)置有吸水層10，這ー點與第一實施方式不同。除此之外，與第一實施方式相同。
吸水層10由具有吸水性的多孔狀材料形成。吸水層10是通過將該材料蒸鍍于保持襯墊4上而形成的。在形成吸水層10的材料中，使用了比構(gòu)成保持襯墊4的材料吸水性更高的材料。因此，吸水層10的吸水性高于保持襯墊4。下面參照圖6，對催化劑裝置IB中的水分的移動進行說明。在本實施方式中，被催化劑載體2吸收的水分也會通過廢氣的熱量而變成水蒸氣，井向下游排出。另ー方面，被保持襯墊4吸收的水分會向吸水性高于保持襯墊4的吸水層10移動。移動到吸水層10的水分將進一歩向催化劑載體2移動，然后變成水蒸氣而向下游排出。在第二實施方式所涉及的催化劑裝置IB中，由于將吸水性高于保持襯墊4的吸水層10設(shè)置于催化劑載體2與保持襯墊4之間，因此保持襯墊4的水分將向吸水層10快速移動。由此，能夠促進從保持襯墊4到催化劑載體2的水分的移動。因此，能夠進一歩抑制保持襯墊4的絕緣電阻降低的現(xiàn)象。第三實施方式下面，參照圖7 圖9，對本發(fā)明第三實施方式所涉及的催化劑裝置IC進行說明?！D8圖示了從圖7的箭頭VIII的方向觀察時的催化劑裝置1C，圖9放大圖示了圖7中的范圍C。在本實施方式中,對與上述各實施方式共同的部分標(biāo)記了相同的符號，并省略其說明。如圖7及圖8所示，在本實施方式中，在殼體3內(nèi)設(shè)置有作為阻水部件的阻水壁20，這一點與第二實施方式不同。除此之外，與第二實施方式相同。阻水壁20形成圓環(huán)狀，其中央設(shè)置有貫通孔20a。廢氣從該貫通孔20a穿過而流入催化劑載體2。如圖9所示，貫通孔20a的內(nèi)徑Dl被設(shè)定為，小于催化劑載體2的外徑的值。因此，如圖8所示，當(dāng)從廢氣流向的上游ー側(cè)觀察殼體3內(nèi)時，阻水壁20會將吸水層
10、保持襯墊4及絕緣層5遮蔽。阻水壁20由具有吸水性的材料形成。如圖7所示，阻水壁20被配置在比催化劑載體2更靠廢氣流向的上游ー側(cè)的位置上，使得其與催化劑載體2之間形成空間21。該空間21被設(shè)置成，使通過貫通孔20a向催化劑載體2飛來的冷凝水不會落在吸水層10、保持襯墊4及絕緣層5上。阻水壁20以其與殼體3之間不產(chǎn)生間隙的方式而被固定在殼體3內(nèi)。如圖9所示，在該催化劑裝置IC中，當(dāng)從廢氣流向的上游ー側(cè)起沿殼體3的內(nèi)表面流入冷凝水CWl吋，該冷凝水CWl將被阻水壁20所阻擋，然后被阻水壁20吸收。因此，該冷凝水CWl不會到達保持襯墊4及絕緣層5。另ー方面，由于穿過貫通孔20a而飛來的冷凝水CW2會附著在催化劑載體2的上游ー側(cè)壁面2a上，因而會被催化劑載體2吸收。因此，該冷凝水CW2不會落到保持襯墊4上。在第三實施方式所涉及的催化劑載體IC中，由于在催化劑載體2的上游ー側(cè)設(shè)置了阻水壁20，因此冷凝水CWl、CW2不易到達保持襯墊4處。因此，能夠抑制冷凝水CWl、CW2被保持襯墊4吸收的狀況，從而能夠減少保持襯墊4內(nèi)部的水分量。因此，能夠進一歩抑制保持襯墊4的絕緣電阻降低的狀況。另外，由于在阻水壁20與催化劑載體2之間形成了空間21，因而能夠防止阻水壁20的水分接觸催化劑載體2、保持襯墊4及絕緣層5。因此，能夠防止通過阻水壁20的水分而使催化劑載體2與殼體3電連接的現(xiàn)象。并且，在此第三實施方式中，也可以在催化劑載體2與保持襯墊4之間不設(shè)置吸水層10。另外，阻水壁20也可以由金屬等不具有吸水性的材料制成。本發(fā)明并不限定于上述實施方式，其能夠以各種方式來進行實施。例如，本發(fā)明所適用的催化劑裝置不限定于具有碳化硅制催化劑載體的催化劑裝置。本發(fā)明可以適用于具備金屬制催化劑載體等由通過通電而發(fā)熱的材料制成的催化劑載體的各種催化劑裝置。另夕卜，本發(fā)明所適用的催化劑裝置不限定于用于浄化內(nèi)燃機廢氣的催化劑裝置。也可以適用于向殼體內(nèi)流通氣體，并將該氣體用催化劑載體上負載的催化劑進行處理的各種催化劑裝 置。
權(quán)利要求
1.ー種電加熱式催化劑裝置，其具備催化劑載體，所述催化劑載體通過通電而發(fā)熱；保持部件，所述保持部件以覆蓋所述催化劑載體的外周的方式而設(shè)置，并由絕緣材料制成；殼體，所述殼體將所述催化劑載體收容在其內(nèi)部，并經(jīng)由所述保持部件而保持所述催化劑載體，所述電加熱式催化劑裝置通過負載于所述催化劑載體上的催化劑，來處理流動于所述殼體內(nèi)的氣體，其中， 所述保持部件具有吸水性， 在所述殼體與所述保持部件之間，設(shè)置有由絕緣材料形成的絕緣層。
2.如權(quán)利要求I所述的電加熱式催化劑裝置，其中， 在所述催化劑載體與所述保持部件之間，設(shè)置有由具有吸水性的材料形成的吸水層。
3.如權(quán)利要求2所述的電加熱式催化劑裝置，其中， 所述吸水層與所述保持部件相比吸水性更高。
4.如權(quán)利要求I 3中任意一項所述的電加熱式催化劑裝置，其中， 在所述殼體內(nèi)設(shè)置有阻水部件，所述阻水部件具有使氣體通過的貫通孔，并且所述阻水部件以從氣體流向的上游ー側(cè)觀察所述殼體內(nèi)時遮蔽所述保持部件的方式，被配置在比所述催化劑載體更靠氣體流向的上游ー側(cè)的位置上。
5.如權(quán)利要求4所述的電加熱式催化劑裝置，其中， 所述阻水部件由具有吸水性的材料形成。
6.如權(quán)利要求I 5中任意一項所述的電加熱式催化劑裝置，其中， 所述催化劑載體由碳化硅制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電加熱式催化劑裝置(1A)，其具備催化劑載體(2)，所述催化劑載體(2)通過通電而發(fā)熱；保持襯墊(4)，所述保持襯墊(4)以覆蓋催化劑載體(2)的外周的方式而設(shè)置，并由絕緣材料制成；殼體(3)，所述殼體(3)將催化劑載體(2)收容在其內(nèi)部，并經(jīng)由保持襯墊(4)而保持催化劑載體(2)，所述電加熱式催化劑裝置(1A)通過負載于催化劑載體(2)上的催化劑，來處理流動于所述殼體(3)內(nèi)的氣體，其中，保持襯墊(4)具有吸水性，在殼體(3)與保持襯墊(4)之間，設(shè)置有由絕緣材料形成的絕緣層(5)。
文檔編號F01N3/20GK102844537SQ201080065839
公開日2012年12月26日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者吉岡衛(wèi), 熊谷典昭, 高木直也, 飯?zhí)镞Q雄, 木下靖朗 申請人:豐田自動車株式會社