WO2022009559A1 - 電気加熱式触媒装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electrically heated catalyst device. More specifically, the present invention relates to an electrically heated catalyst device that can be manufactured with high production efficiency and has a compact electrode chamber.
- Exhausts emitted from internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines include particulate matter (PM) consisting of soot and the like, carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (HC: HydroCarbon), and nitrogen oxides (HC: HydroCarbon). Includes specific substances such as NOx). Therefore, from the viewpoint of protecting the global environment, for example, filters such as a gasoline particulate filter (GPF: Gasolin Particulate Filter) and a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter) that collect PM, and an oxidation catalyst (OC: Oxidation Catalysis Filter) are used.
- PM particulate matter
- CO carbon monoxide
- HC HydroCarbon
- NOx nitrogen oxides
- filters such as a gasoline particulate filter (GPF: Gasolin Particulate Filter) and a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter) that collect PM, and an oxidation catalyst (OC: Oxidation Catalysis Filter) are used.
- An exhaust treatment device including an exhaust treatment unit such as an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst (TWC: Three-Way Catalyst) and a selective catalytic reduction denitration device (SCR: Selective Catalytic Reduction) is passed through the exhaust flow path of the internal combustion engine. It is widely practiced to disguise and remove these specific substances.
- an exhaust treatment unit such as an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst (TWC: Three-Way Catalyst) and a selective catalytic reduction denitration device (SCR: Selective Catalytic Reduction) is passed through the exhaust flow path of the internal combustion engine. It is widely practiced to disguise and remove these specific substances.
- TWC Three-Way Catalyst
- SCR Selective Catalytic Reduction
- the exhaust gas purification catalyst cannot exert a sufficient catalytic action, and the exhaust gas purification function is deteriorated. Therefore, for example, when the temperature of the exhaust gas purification catalyst has not risen sufficiently, for example, when the internal combustion engine is started in the cold state (cold start) or when the operating frequency of the internal combustion engine is low in a hybrid vehicle or the like. Since the temperature of the exhaust gas purification catalyst has not reached the activation temperature, it may be difficult to exert the desired exhaust gas purification function.
- an electric heating type catalyst device which is an exhaust treatment device provided with a heating element that generates heat by energizing through a pair of electrodes to heat an exhaust purification catalyst.
- Such an EHC may, for example, heat the exhaust with a separate heating element disposed upstream of the carrier carrying the exhaust purification catalyst, and the exhaust thus heated to heat the exhaust purification catalyst.
- such an EHC integrally constitutes the exhaust purification catalyst and the heating element, for example, by supporting the exhaust purification catalyst on a heating element (that is, supporting the exhaust purification catalyst on a carrier that generates heat by energization). You can also do it.
- the exhaust gas purification catalyst is heated by the heating element to accelerate the arrival of the exhaust gas purification catalyst temperature at the activation temperature, and as a result, from the internal combustion engine when the temperature of the internal combustion engine is low. It is possible to reduce the release (cold emission) of the above-mentioned specific substance.
- FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (hereinafter, may be referred to as “conventional EHC”) according to the prior art.
- a ceramic heating element 2 is held in a metal case 4 via a holding member 3 made of an electrically insulating material.
- the electrode 5 attached to the heating element 2 projects outward from the hole provided in the case 4 in the radial direction of the case.
- the electrode chamber 8 is formed by the cover portion 6 and the lid portion 7 provided so as to cover the holes provided in the case 4.
- an external terminal 9 is inserted through a hole provided on the side surface of the cover portion 6, and the external terminal 9 and the electrode 5 are connected inside the electrode chamber 8.
- an electrode which is a space for accommodating an electrode in an EHC in which a heating element that generates heat by energization is held inside a tubular case via a mat as a holding member.
- the chamber is not defined by a member separate from the case, but the case is composed of a pair of shells divided by a dividing surface crossing the electrode chamber, and the electrode chamber is integrally formed by the case. It has been found that EHC having a compact electrode chamber can be produced with high production efficiency.
- the electrically heated catalyst device (EHC) according to the present invention can energize a heating element that generates heat by energization and a heating element.
- a heating element that generates heat by energization and a heating element.
- the first mat is sandwiched between the heating element and the first case. In other words, the first mat is interposed between the first case and the heating element to hold the heating element at a predetermined position inside the first case by a restoring force.
- a pair of first case holes which are through holes communicating the outside and the inside of the first case, are formed.
- a first mat gap which is a gap in which no electrically insulating material is present, is formed.
- Each of the pair of external terminals is inserted into each of the pair of first case holes, and one end thereof is a space for accommodating the pair of electrodes inside the first case. They are connected and their other ends project to the outside of the first case, respectively.
- the electrode accommodating portion that defines the electrode chamber together with the first mat gap is integrally formed by the first case.
- the first case is composed of a combination of a pair of shells in which the first case is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion.
- the divided surface may be a plane orthogonal to the central axis of the heating element, or may be a plane including the central axis of the heating element or a plane parallel to the central axis of the heating element.
- the first case may be configured so that the electrode accommodating portion of the first case does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion in the vertical projection onto the divided surface.
- the surface of the electrode connected to the external terminal is the side (opening side) of the split surface of the shell in which the first case hole is formed, and heat is generated. It faces the lateral side of the body in the radial direction.
- the pair of first case holes is formed in the first shell, which is one of the pair of the above shells, and the other of the pair of the above shells. Not formed in some second shells.
- the normal vector of the electrode connection surface which is the surface connected to the external terminal of the electrode, is from the side of the first shell to the side of the second shell in the direction orthogonal to the division surface. It has an outward component in the radial direction of the heating element and an outward component in the radial direction of the heating element.
- a portion of the pair of external terminals projecting outward from at least the first case hole extends in a direction orthogonal to the dividing surface.
- the EHC of the present invention includes a case having a double structure. More specifically, the EHC of the present invention according to the embodiment includes a second mat which is a cushioning material made of an electrically insulating material, and a second case which is a tubular container for accommodating a heating element and the first mat. Further, the first mat is sandwiched between the heating element and the second case, and the second mat is sandwiched between the second case and the first case. Further, a second mat gap, which is a gap in which no electrical insulating material is present, is formed in the region of the second mat facing at least the pair of the electrodes, and in the region facing at least the pair of the electrodes in the second case. Is a gap in which the material constituting the second case does not exist, and a second case gap is formed. As a result, the electrode chamber is defined by the first mat gap, the second case gap, the second mat gap, and the electrode accommodating portion.
- an electrode accommodating portion for defining an electrode chamber, which is a space for accommodating a pair of electrodes, together with a first mat gap is integrally formed by a first case. Therefore, it is not necessary to assemble the electrode chamber by assembling the case with a member separate from the case for accommodating the heating element as in the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the above-mentioned conventional technique.
- the first case is composed of a combination of a pair of shells in which the first case is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion.
- the electrode chamber can be made more compact as compared with the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the prior art.
- the first case shall be configured so that the dividing surface of the shell is a plane including the central axis of the heating element or a plane parallel to the central axis of the heating element and the electrode accommodating portion does not protrude outward in vertical projection onto the dividing surface. Therefore, the EHC of the present invention can be further made compact.
- the surface of the electrode connected to the external terminal is the side (opening side) of the split surface of the shell in which the first case hole is formed, and the radial direction of the heating element. It faces the side that is the outside of. Therefore, it is possible to further improve the workability when the connection work between the electrode and the external terminal is performed through the opening of the shell as described above.
- a portion of the pair of external terminals projecting outward from at least the first case hole extends in a direction orthogonal to the dividing surface.
- the EHC of the present invention includes a case having a double structure. Therefore, for example, the insulation between the heating element and the electrode and the case can be further enhanced, and the heat retention of the electrically heated catalyst device (EHC) can be enhanced.
- EHC electrically heated catalyst device
- FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which an aggregate composed of a second case, an upstream portion and a downstream portion constituting the EHC 401 of the embodiment is housed in a housing portion of a shell. It is a schematic sectional drawing which shows an example of the structure of the electric heating type catalyst apparatus (conventional EHC) which concerns on a prior art.
- first EHC electrically heated catalyst device
- the first EHC is a heating element that generates heat by energization, a pair of electrodes configured to be able to energize the heating element, a first mat that is a cushioning material made of an electrically insulating material, a heating element, a pair of electrodes, and a first mat. It is an EHC provided with a first case, which is a tubular container for accommodating the inside, and a pair of external terminals. Since the EHC is provided on the exhaust path of an internal combustion engine mounted on, for example, an automobile, the components of the EHC are formed of, for example, a material having high heat resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, and the like. Is desirable.
- the configuration and material of the heating element are not particularly limited as long as they can generate heat by energization and can withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust treatment device.
- Specific examples of the material forming the heating element include ceramic materials such as SiC (silicon carbide) and metals.
- the heating element can be configured as a prism having a honeycomb structure formed of the above material.
- the cross-sectional shape of the heating element may be circular or polygonal, or may be another variant.
- the material constituting the pair of electrodes is not particularly limited as long as it can energize the heating element and can withstand the usage environment and conditions as an exhaust treatment device.
- a metal material such as a Ni—Cr alloy or an M—Cr—Al—Y alloy (where M is at least one of Fe, Co and Ni) is used.
- each of the pair of electrodes can have various configurations (eg, shape and structure, etc.) depending on the configuration of the first EHC.
- each of the pair of electrodes may be composed of a surface electrode portion and an electrode terminal portion.
- the surface electrode portion is a planar conductive member arranged on the outer peripheral surface which is the surface of the heating element parallel to the axial direction of the heating element.
- Such a surface electrode portion can be formed on the outer peripheral surface of the heating element by a well-known method such as thermal spraying.
- the electrode terminal portion is a conductive member that is electrically conductively connected to the surface electrode portion and electrically connects the surface electrode portion and the external terminal, and may have various shapes such as a columnar shape or a plate shape depending on the configuration of the first EHC. A member having a different shape can be adopted as the electrode terminal portion.
- the shape and material of the first mat is a cushioning material made of an electrically insulating material, which is interposed between the first case and the heating element to hold the heating element in a predetermined position inside the first case by a restoring force. It is not particularly limited as long as it is possible and can withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust treatment device. That is, the first mat is sandwiched between the heating element and the first case.
- the material forming the first mat include inorganic fibers such as alumina-silica fibers and those obtained by adding a resin as a binder to such inorganic fibers.
- Specific examples of the resin used as the binder include acrylic rubber, nitrile rubber, polyvinyl alcohol, and acrylic resin.
- a non-woven fabric formed of the fibers as described above can be mentioned.
- the first case may have a cylindrical or square tubular shape, for example, and is a portion upstream and / or downstream of the cross section of the portion accommodating the heating element inside thereof. It may be formed so that the cross section of the is smaller.
- the material forming the first case is a metal such as stainless steel, and the shape of the first case is cylindrical.
- the material constituting the pair of external terminals is not particularly limited as long as it can energize the heating element via the pair of electrodes and can withstand the usage environment and conditions as an exhaust treatment device.
- a metal material such as a Ni—Cr alloy or an M—Cr—Al—Y alloy (where M is at least one of Fe, Co and Ni) is used.
- the first EHC may be provided with, for example, an exhaust purification unit on the downstream side of the heating element, which is separate from the heating element provided with the carrier supporting the exhaust purification catalyst.
- the exhaust gas is heated by the heating element located on the upstream side, and the exhaust gas purified catalyst constituting the exhaust gas purification unit located on the downstream side can be heated by the exhaust gas heated in this way.
- the exhaust gas purification catalyst may be supported on the heating element included in the first EHC (that is, the exhaust gas purification catalyst may be supported on the carrier that generates heat by energization).
- a pair of first case holes which are through holes communicating the outside and the inside of the first case, are formed. Further, in the region of the first mat facing at least a pair of electrodes, a first mat gap, which is a gap in which no electrically insulating material is present, is formed.
- the pair of electrodes are housed in the space formed by the portion (electrode accommodating portion) facing the first mat gap of the first case and the first mat gap. That is, the space corresponds to a so-called "electrode chamber".
- the gap between the first mats may be a through hole formed so as to communicate the outside and the inside of the first mat in a region facing at least a pair of electrodes of the first mat.
- the first mat gap may be a gap extending not only to a region facing at least a pair of electrodes of the first mat but also to other regions of the first mat.
- the first mat is divided into two members, one of the two members is arranged on the upstream side of the pair of electrodes, and the other is more than the pair of electrodes. In the case of being arranged on the downstream side, a space defined between the two members and the like can be mentioned.
- the first mat gap is defined as an annular space over the entire circumference of the outer peripheral surface of the heating element.
- the specific shape of the first mat gap is such that the heating element can be held between the first case and the heating element by a restoring force at a predetermined position inside the first case. It is not particularly limited as long as it is possible to communicate the outside and the inside of the first mat in the region facing at least a pair of electrodes of the first mat.
- Each of the pair of external terminals is inserted into each of the pair of first case holes, and one end thereof is a space for accommodating the pair of electrodes inside the first case. They are connected and their other ends project to the outside of the first case, respectively.
- the shape of the external terminal is not particularly limited as long as it can be inserted into the first case hole and arranged so as to reach the electrode.
- the portion of the external terminal that projects outward from at least the first case hole has a columnar shape with a cross section that is insertable into the first case hole.
- the pair of external terminals may be configured by a combination of a plurality of members, or may be integrally formed by a single member.
- the external terminal and the electrode may be directly connected or may be connected via a separate member. In the latter case, the "separate member" may be composed of a flexible material, as will be described in detail later.
- the first EHC is interposed in the exhaust flow path or the like for the purpose of removing the above-mentioned specific substance contained in the exhaust of the internal combustion engine, for example. Therefore, the first EHC needs to be hermetically configured except for the openings located at both ends in the first direction, which is the axial direction of the first case, which is a cylindrical container. Specifically, the external terminal inserted into the first case hole, which is a through hole formed in the first case, and the first case are airtightly joined. Further, it is necessary to electrically insulate the external terminal and the first case by, for example, an electrically insulating material interposed between the external terminal and the first case.
- the electrode accommodating portion that defines the electrode chamber together with the first mat gap is not defined by a member separate from the first case, but is integrally formed by the first case.
- the first case is composed of a combination of a pair of shells in which the first case is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion.
- the divided surface may be a plane orthogonal to the central axis of the heating element, or may be a plane including the central axis of the heating element or a plane parallel to the central axis of the heating element.
- the first case may be configured so that the electrode accommodating portion of the first case does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion in the vertical projection onto the divided surface.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the first EHC. More specifically, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the first EHC 101 by a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20.
- the first EHC 101 includes a first case 100a as a housing, a heating element 20, a first holding member 22, external terminals 30a and 30b, a second catalyst carrier 60, and a second holding member 61.
- the first holding member 22 corresponds to the above-mentioned first mat.
- the heating element may be made of ceramic or metal (metal), but as the heating element 20 included in the first EHC 101 illustrated in FIG. 1, a ceramic heating element is intended. ..
- the first case 100a includes an upstream portion 40 connected to an exhaust pipe (not shown) arranged on the upstream side of the first EHC 101, and a downstream portion 50 connected to an exhaust pipe (not shown) arranged on the downstream side. It is composed of an intermediate portion 10a connected between the upstream portion 40 and the downstream portion 50.
- the intermediate portion 10a is composed of a pair of shells 11a and 12a that pass through the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b and are divided by a dividing surface that is a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20.
- the openings of the pair of shells 11a and 12a are formed with a fitting allowance for being fitted to each other and assembled as an intermediate portion 10a.
- an accommodating portion 16a accommodating the heating element 20 and an electrode chamber 15a accommodating the electrodes 21a and 21b included in the heating element 20 are formed.
- the first holding member (first mat) 22 is sandwiched between the inner peripheral surface defining the accommodating portion 16a of the intermediate portion 10a and the outer peripheral surface of the heating element 20, and is at a predetermined position inside the intermediate portion 10a.
- the heating element 20 is held by the restoring force.
- a first mat gap 22a which is a gap in which the electrically insulating material constituting the first holding member 22 does not exist.
- the electrode accommodating portion 17a defining the electrode chamber 15a together with the first mat gap 22a is integrally formed by the intermediate portion 10a constituting the first case 100a.
- the external terminals 30a and 30b extend in a direction parallel to the central axis AX1 of the heating element 20, and are inserted into the first case holes 13a and 14a formed in the shell 11a constituting the intermediate portion 10a, and are inserted into the electrode chamber. Inside the 15a, they are connected to the electrodes 21a and 21b, respectively.
- the external terminals 30a and 30b are airtightly fixed to the peripheral edges of the first case holes 13a and 14a via insulating members (not shown).
- the second holding member 61 is sandwiched between the second catalyst carrier 60 and the downstream portion 50, and holds the second catalyst carrier 60 at a predetermined position inside the downstream portion 50 by a restoring force.
- the external terminals 30a and 30b are inserted and fixed to the first case holes 13a and 14a formed in the shell 11a, respectively.
- the shell 11a accommodates the heating element 20 around which the first holding member (first mat) 22 in which the through hole as the first mat gap 22a is formed is formed in the portion corresponding to the vicinity of the electrodes 21a and 21b.
- the first holding member 22 is brought into contact with the inner peripheral surface of the accommodating portion 16a by being housed in the portion 16a.
- the external terminals 30a and 30b are fixed and connected to the electrodes 21a and 21b by welding, respectively.
- an electrode chamber 15a is formed inside the intermediate portion 10a, and the heating element 20 is held inside the accommodating portion 16a.
- the external terminals 30a and 30b are fixed and connected to the electrodes 21a and 21b by welding, respectively.
- the external terminals 30a and 30b are inserted into the first case holes 13a and 14a formed in the shell 11a, a through hole as the first mat gap 22a is formed in the portion corresponding to the vicinity of the electrodes 21a and 21b.
- the heating element 20 around which the first holding member 22 is wound is brought into contact with the accommodating portion 16a of the shell 11a.
- the external terminals 30a and 30b are housed in the accommodating portion 16a of the shell 11a, and the first holding member 22 is brought into contact with the inner peripheral surface of the accommodating portion 16a.
- an electrode chamber 15a is formed inside the intermediate portion 10a, and the heating element 20 is held inside the accommodating portion 16a.
- a portion of the pair of external terminals 30a and 30b that protrudes outward from at least the first case holes 13a and 14a may extend in a direction orthogonal to the dividing surface.
- the heating element 20 and the first holding member (first mat) 22 are combined with the external terminals 30a and 30b before being housed in the shell 11a constituting the intermediate portion 10a of the first case 100a. Even when the electrodes 21a and 21b are connected, the heating element 20 and the first holding member 22 can be housed in the shell 11a while inserting the external electrodes 30a and 30b into the first case holes 13a and 14a, respectively. ..
- the electrode accommodating portion 17a defining the electrode chamber 15a together with the first mat gap 22a is integrally formed by the intermediate portion 10a constituting the first case 100a. Therefore, it is not necessary to assemble the electrode chamber by assembling the case with a member separate from the case for accommodating the heating element as in the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the above-mentioned conventional technique.
- the intermediate portion 10a is formed by a combination of a pair of shells 11a and 12a in which the intermediate portion 10a of the first case 100a is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion 17a. Therefore, when assembling the external terminals 30a and 30b to the first case holes 13a and 14a, the work can be performed through the opening of the shell 11a. Further, in a state where the heating element 20 and the first holding member (first mat) 22 are housed in one of the pair of shells 11a and 12a (shell 11a in the above example), the electrodes 21a and 21b and the external terminals 30a and 30b The work can also be performed through the opening of the shell 11a. In any of the works, the opening of the shell 11a is open and there are no articles in the vicinity that interfere with the work, so that it is easy to secure a work space, and as a result, the workability of the work is improved. Can be done.
- the electrode chamber can be made more compact. If it is difficult to secure a sufficient space for achieving electrical insulation, an insulating layer such as a glass coating may be provided at the location.
- the intermediate portion 10a of the first case 100a passes through the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20 and is a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20. It is composed of a pair of shells 11a and 12a divided by a certain dividing surface.
- the dividing surface that divides the first case into a pair of shells may be a plane orthogonal to the central axis of the heating element, or a plane including the central axis of the heating element or a heating element. It may be a plane parallel to the central axis.
- FIG. 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (1st EHC102) according to a modification of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the first EHC 102 by a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20.
- the intermediate portion 10b of the first case 100b included in the first EHC 102 is composed of a pair of shells 11b and 12b divided by a plane passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b and the central axis AX1 of the heating element 20. ..
- the external terminals 30a and 30b included in the first EHC 102 extend in a direction perpendicular to the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b and the central axis AX1 of the heating element 20, and are formed on the shell 11b constituting the intermediate portion 10b. It is inserted into the first case holes 13b and 14b, and is connected to the electrodes 21a and 21b inside the electrode chamber 15b, respectively. Except for these points, the first EHC 102 has the same configuration as the first EHC 101 illustrated in FIG.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the first EHC 102 by the plane AA shown in FIG. 2 (a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b).
- the intermediate portion 10b is formed by a combination of a pair of shells 11b and 12b in which the intermediate portion 10b of the first case 100b is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion 17b. Therefore, the work of assembling the external terminals 30a and 30b to the first case holes 13b and 14b and the work of connecting the electrodes 21a and 21b to the external terminals 30a and 30b can be performed through the opening of the shell 11b.
- the electrode chamber is compared with the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the prior art. Can be made more compact.
- ⁇ Modification 2 of the first embodiment> when the dividing surface that divides the first case into a pair of shells is a plane including the central axis of the heating element or a plane parallel to the central axis of the heating element, in vertical projection onto the dividing surface.
- the first case may be configured so that the electrode accommodating portion does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion.
- FIG. 4 and 5 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of the electrically heated catalyst device (1st EHC103) according to another modification of the 1st embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the first EHC 103 by a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20.
- the intermediate portion 10c of the first case 100c included in the first EHC 103 has an intermediate portion 10c of the first case 100c so that the electrode accommodating portion 17c does not protrude to the outside of the portion other than the electrode accommodating portion 17c in vertical projection onto the divided surface. It is configured. Except for this point, the first EHC 103 has the same configuration as the first EHC 102 illustrated in FIGS. 2 and 3.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the first EHC 103 by the plane AA shown in FIG. 4 (a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b).
- a sufficiently large distance is provided between the intermediate portion 10c of the first case 100c and the heating element 20, so that the diameters are the same as those of the first EHC 101 and 102 described above. It is not necessary to provide the electrode accommodating portions 17a and 17b protruding outward in the direction. That is, in the first EHC 103, the intermediate portion 10c is configured so that the electrode accommodating portion 17c does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion 17c in the vertical projection onto the divided surface.
- the external terminals 30a and 30b are inserted into the first case holes 13c and 14c formed in the boss portion 18c provided in the shell 11c constituting the intermediate portion 10c.
- the seat surface on which the first case holes 13c and 14c of the boss portion 18c are formed is formed so as to be parallel to the divided surface, and the external terminals 30a and 30b can be inserted perpendicularly to the seat surface. can.
- the external terminals 30a and 30b extend to the electrodes 21a and 21b in the direction perpendicular to the dividing surface, and reach the electrodes 21a and 21b in the gap between the first case 10c and the heating element 20, respectively. It is connected.
- the boss portion may be integrally formed with the shell 11c as in the boss portion 18c illustrated in FIG. 5, or a boss portion composed of a member separate from the shell is assembled to the shell. You may.
- the outermost diameter of the electrically heated catalyst device (EHC) as a whole can be made smaller, so that a more compact electrode chamber can be manufactured with high production efficiency. EHC having can be provided.
- the electrode accommodating portion that defines the electrode chamber, which is a space for accommodating the pair of electrodes, together with the first mat gap is integrally formed by the first case. Therefore, it is not necessary to assemble the electrode chamber by assembling the case with a member separate from the case for accommodating the heating element as in the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the above-mentioned conventional technique.
- the first case is composed of a combination of a pair of shells in which the first case is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion.
- the electrode chamber can be made more compact as compared with the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the prior art. That is, according to the first EHC, it is possible to provide an electrically heated catalyst device (EHC) that can be manufactured with high production efficiency and has a compact electrode chamber.
- EHC electrically heated catalyst device
- Second Embodiment the electrically heated catalyst device (EHC) (hereinafter, may be referred to as “second EHC”) according to the second embodiment of the present invention will be described.
- EHC electrically heated catalyst device
- the surface of the heating element connected to the external terminal of the electrode is on the side (opening side) of the split surface of the shell in which the first case hole is formed and on the outer side in the radial direction of the heating element. It faces a certain side.
- the second EHC is an electrically heated catalyst device (EHC) according to the first embodiment of the present invention including the above-mentioned first EHC 101 to 103, and the pair of first case holes is a pair of the above.
- It is an EHC having a component toward the side of the first shell from the side of the first shell in the direction orthogonal to the division surface and a component toward the outside in the radial direction of the heating element. ..
- each of the pair of electrodes can have various configurations (for example, shape and structure) depending on the configuration of the electroheating catalyst device.
- each of the pair of electrodes may be composed of a surface electrode portion and an electrode terminal portion.
- the surface electrode portion is a planar conductive member arranged on the outer peripheral surface which is the surface of the heating element parallel to the axial direction of the heating element.
- the electrode terminal portion is a conductive member that is electrically conductively connected to the surface electrode portion and electrically connects the surface electrode portion and the external terminal, and is, for example, columnar or plate-shaped depending on the configuration of the electrically heated catalyst device. Members of various shapes such as, etc. can be adopted as the electrode terminal portion.
- the surface of the heating element that is connected to the external terminal of the electrode is the side (opening side) of the split surface of the shell in which the first case hole is formed, and the heating element is of the heating element. It faces the outer side in the radial direction.
- the electrode connection surface is a surface connected to the external terminal of the electrode terminal portion. In this way, the electrode connection surface faces the side (opening side) of the split surface of the shell and the outer side in the radial direction of the heating element, so that the external terminal and the electrode are connected through the opening of the shell. Ease of connection work with is greatly improved. For example, when the connection between the external terminal and the electrode is achieved by laser welding, the laser beam can be easily irradiated from the opening side of the shell.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing one example of the configuration of the electrically heated catalyst device (second EHC) according to the second embodiment of the present invention.
- the pair of first case holes 13b and 14b is formed in the first shell 11b, which is one of the pair of shells 11b and 12b, and is the other of the pair of shells 11b and 12b. It is not formed on the second shell 12b.
- the normal vectors (arrows drawn by broken lines) of the electrode connecting surfaces 23a and 23b which are surfaces connected to the external terminals of the electrodes, are orthogonal to the dividing surface. It has a component that goes from the side of one shell to the side of the second shell (thick arrow painted in black) and a component that goes outward in the radial direction of the heating element (thick arrow in white).
- the tip surfaces of the columnar electrode terminal portions constituting the pair of electrodes 21c and 21d are inclined at a predetermined angle, and the electrode connecting surfaces 23a and 23b are formed by the tip surfaces.
- the pair of external terminals 30a and 30b are provided with first intermediate electrodes 31a and 31b, which are plate-shaped members, at the ends of the pair of electrodes 21c and 21d, respectively, and the pair of first intermediate electrodes 31a and 31b are provided.
- the pair of electrodes 21c and 21d are connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b, respectively.
- the second EHC201 exemplified in FIG. 6 has the same configuration as the first EHC102 exemplified in FIG.
- the first intermediate electrodes 31a and 31b may be inclined along the electrode connecting surfaces 23a and 23b before being connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b. Further, the first intermediate electrodes 31a and 31b extend in the same direction as the external terminals 30a and 30b before being connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b, and the electrode connecting surfaces are connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b. It may be composed of a flexible member that can be bent so as to abut against 23a and 23b. In the latter case, for example, when the first intermediate electrodes 31a and 31b are connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b by laser welding, for example, the first intermediate electrodes 31a and 31b are connected to the electrode connecting surfaces using a predetermined jig or the like. It can be brought into contact with the electrode connecting surfaces 23a and 23b by pressing it toward the 23a and 23b sides.
- the electrode connecting surfaces 23a and 23b face the side (opening side) of the divided surface of the shell 11b and the outer side in the radial direction of the heating element 20. Therefore, before fitting the other shell 12b to the shell 11b, the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are easily connected by the electrode connecting surfaces 23a and 23b through the opening of the shell 11b. can do.
- the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are connected by laser welding, for example, they are directed toward the electrode connecting surfaces 23a and 23b in the direction opposite to the arrow drawn by the broken line shown in FIG. The laser beam can be easily irradiated.
- the electrode connecting surfaces 23a and 23b to which the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are connected are the tips of columnar electrode terminal portions inclined at a predetermined angle. It is composed of faces.
- each of the pair of electrodes (configured so that the heating element can be energized) may have various configurations (eg, shape and structure, etc.) depending on the configuration of the electroheating catalyst device. can.
- the electrode connecting surfaces 23a and 23b may be composed of plate-shaped members extending at a predetermined angle.
- FIG. 7 and 8 are schematic cross-sectional views illustrating the configuration of the electrically heated catalyst device (second EHC202 and 203) according to the modified example of the second embodiment of the present invention.
- the first intermediate electrodes 31a and 31b which are plate-shaped members, are attached to the ends of the external terminals 30a and 30b on the electrodes 21c and 21d sides. Are connected respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b which are plate-shaped members, are connected to the ends of the electrodes 21c and 21d, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b are connected to the ends of the electrodes 21c and 21d on the external terminals 30a and 30b, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b are connected to the ends of the electrodes 21c and 21d on the opposite sides of the external terminals 30a and 30b, respectively.
- the pair of second intermediate electrodes 32a and 32b are on the side (opening side) of the divided surface of the shell 11d constituting the intermediate portion 10d and in the radial direction of the heating element 20. It has electrode connecting surfaces 23a and 23b facing the outer side, respectively.
- the normal vectors (arrows drawn by broken lines) of these electrode connecting surfaces 23a and 23b are from the side of the shell 11d (first shell) to the shell 12d (second shell) in the direction orthogonal to the dividing surface. It has a component toward the side (thick black arrow) and a component toward the outside in the radial direction of the heating element 20 (thick white arrow).
- the external terminals 30a and 30b and the electrodes 21c and 21d are connected to each other by connecting the first intermediate electrodes 31a and 31b to the electrode connecting surfaces 23a and 23b of the second intermediate electrodes 32a and 32b, respectively.
- the pair of external terminals 30a and 30b are first case holes 13d formed in the seat surface of the boss portion 18d composed of separate members assembled so as to project from the outer peripheral surface of the shell 11d in a direction away from the divided surface. And 14d. That is, in the second EHC 202 and 203, in the vertical projection onto the divided surface, the electrode accommodating portion 17d of the first case does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion 17d.
- the external terminals 30a and 30b are provided with first intermediate electrodes 31a and 31b, which are plate-shaped members, at the ends of the electrodes 21c and 21d, respectively, as in the case of the second EHC201 exemplified in FIG.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b are connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b, respectively, via the electrodes 31a and 31b. Except for these points, the second EHC 202 and 203 exemplified in FIGS. 7 and 8 have the same configuration as the first EHC 103 illustrated in FIGS. 4 and 5.
- the electrode connecting surface is the side (opening side) of the divided surface of the shell 11d and the outer side in the radial direction of the heating element 20 as in the above-mentioned second EHC 201. Suitable for. Therefore, before fitting the other shell 12d to the shell 11d, the pair of external terminals 30a and 30b (first intermediate electrodes 31a and 31b connected to the shell 11d) and the pair of electrodes 21c and 21d are passed through the opening of the shell 11d. (The second intermediate electrodes 32a and 32b connected to) can be easily connected by the electrode connecting surfaces 23a and 23b. For example, when the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are connected by laser welding, the laser beam can be easily applied to the electrode connecting surfaces 23a and 23b.
- the entire electric heating type catalyst device (EHC) is used.
- the outermost diameter can be made smaller. Therefore, according to the second EHC 202 and 203, it is possible to provide an EHC that can be manufactured with high production efficiency and has a more compact electrode chamber.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b may have the normal vector of the surface to be the electrode connecting surfaces 23a and 23b facing the above-mentioned side before being connected to the first intermediate electrodes 31a and 31b. Further, in the second intermediate electrodes 32a and 32b, before being connected to the first intermediate electrodes 31a and 31b, the normal vectors of the surfaces to be the electrode connecting surfaces 23a and 23b do not face the above-mentioned side, and the first one. It may be composed of a flexible member capable of bending the normal vector so as to face the above-mentioned direction when connected to the intermediate electrodes 31a and 31b.
- the electrodes are connected to the first intermediate electrodes 31a and 31b. It is desirable that the first intermediate electrodes 31a and 31b and the electrode connecting surfaces 23a and 23b are brought into close contact with each other by sandwiching the connecting surface.
- the first mat gap 22a which is a gap formed in the first holding member (first mat) 22, is formed by using a jig or the like as described above with the first intermediate electrodes 31a and 31b, the electrode connecting surface 23a, and the electrode connecting surface 23a. It is desirable that the size is sufficient to carry out the work of bringing the 23b into close contact with the 23b.
- the pair of first case holes is formed in the first shell which is one of the pair of the above shells, and in the second shell which is the other of the pair of the above shells. Not formed.
- the normal vector of the electrode connection surface which is the surface connected to the external terminal of the electrode, is from the side of the first shell to the side of the second shell in the direction orthogonal to the division surface. It has an outward component in the radial direction of the heating element and an outward component in the radial direction of the heating element.
- the surface connected to the external terminals of the pair of electrodes is on the side (opening side) of the divided surface of the shell in which the first case hole is formed, and on the outer side in the radial direction of the heating element. It faces a certain side. Therefore, it is possible to further improve the workability when the connection work between the electrode and the external terminal is performed through the opening of the shell as described above.
- the third EHC is any of the electrically heated catalyst devices according to the first embodiment of the present invention including the above-mentioned first EHC 101 to 103 and the second embodiment of the present invention including the above-mentioned second EHC 201 to 203 (the third EHC).
- EHC which is an EHC having a case having a double structure. More specifically, the third EHC further includes a second mat, which is a cushioning material made of an electrically insulating material, and a second case, which is a tubular container for accommodating a heating element and the first mat. The first mat is sandwiched between the heating element and the second case, and the second mat is sandwiched between the second case and the first case. In other words, between the heating element and the first case, the first mat and the second mat are interposed in the order from the heating element side to the first case side, and the first mat and the second mat are A second case is intervened in between.
- a second mat gap which is a gap in which no electrical insulating material is present, is formed in the region of the second mat facing at least the pair of the electrodes, and in the region facing at least the pair of the electrodes in the second case. Is a gap in which the material constituting the second case does not exist, and a second case gap is formed.
- the electrode chamber is defined by the first mat gap, the second case gap, the second mat gap, and the electrode accommodating portion.
- the shape and material of the second mat is a cushioning material made of an electrically insulating material, which is interposed between the second case and the heating element to hold the heating element in a predetermined position inside the second case by restoring force. It is not particularly limited as long as it is possible and can withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust treatment device.
- the material for forming the second mat may be a material different from the material for forming the first mat described above, or may be the same material as the material for forming the first mat described above.
- the shape and material of the second case have a cylindrical shape, can accommodate a heating element inside, and can withstand the usage environment and usage conditions as an exhaust treatment device.
- the second case may have, for example, a cylindrical shape or a square tubular shape.
- the material forming the second case is a metal such as stainless steel, and the shape of the second case is cylindrical.
- the second case may be formed as an integral body by, for example, a steel pipe, or may be formed by assembling a plurality of constituent members, for example, such as a clamshell type case.
- the second case may be formed of an insulating material such as a non-metal material.
- FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing one example of the configuration of the third EHC.
- FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 301 with a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b, as in FIG.
- the third EHC 301 is a first holding material which is a cushioning material composed of a heating element 20, a pair of electrodes 21a and 21b configured to be able to energize the heating element 20, and an electrically insulating material.
- a member (first mat) 22, a first case 300e, a pair of external terminals 30a and 30b, a second catalyst carrier 60, and a second holding member 61 are provided. Further, the first case 300e includes an upstream portion 41 connected to an exhaust pipe (not shown) arranged on the upstream side of the third EHC 301, and a downstream portion 51 connected to an exhaust pipe (not shown) arranged on the downstream side. It is composed of an intermediate portion 10e connected between the upstream portion 41 and the downstream portion 51.
- the third EHC 301 further includes a third holding member 71 which is a cushioning material made of an electrically insulating material, a fourth holding member 72, a second case 70 which is a cylindrical container, and an introduction pipe 80.
- the second case 70 houses the heating element 20 and the first holding member (first mat) 22 inside, and also houses the second catalyst carrier 60 and the second holding member 61 on the downstream side of the heating element 20. Further, the second case 70 is due to the restoring force of the third holding member 71 sandwiched between the upstream portion 41 constituting the first case 300e and the fourth holding member 72 sandwiched between the downstream portion 51. It is held in a predetermined position inside the first case 300e. That is, the third holding member 71 and the fourth holding member 72 correspond to the above-mentioned second mat.
- the third holding member 71 and the fourth holding member 72 are two separate members arranged at predetermined intervals with the pair of electrodes 21a and 21b interposed therebetween in the direction of the central axis AX1 of the heating element 20. That is, the gap between the third holding member 71 and the fourth holding member 72 corresponding to the second mat corresponds to the above-mentioned second mat gap. Further, in the region of the second case 70 facing at least a pair of electrodes 21a and 21b, a second case gap, which is a gap in which the material constituting the second case 70 does not exist, is formed.
- the electrode chamber 15e is defined by the first mat gap 22a, the second case gap, the second mat gap, and the electrode accommodating portion 17e.
- the second case gap may be a through hole formed only in the region facing the pair of electrodes 21a and 21b of the second case 70, or is a gap extending to another region of the second case 70. You may.
- the second case gap for example, the second case 70 is divided into two members, and one of the two members is arranged on the upstream side of the pair of electrodes 21a and 21b. When the other is arranged on the downstream side of the pair of electrodes 21a and 21b, the space defined between the two members and the like can be mentioned.
- the second case gap is defined as an annular space extending over the entire circumference of the outer peripheral surface of the heating element 20.
- the specific shape of the second case gap is particularly limited as long as the outside and the inside of the second case 70 can be communicated with each other in the region facing the pair of electrodes 21a and 21b of the second case 70. Not done.
- a second case gap is provided as a through hole formed in a region facing the pair of electrodes 21a and 21b of the second case 70, and the pair is outward in the radial direction of the heating element. The electrode portions 21a and 21b project from the second case 70.
- the introduction pipe 80 is a cylindrical member such as a pipe, has an outer diameter smaller than the inner diameter of the second case 70, and is connected to an upstream exhaust pipe (not shown), but is on the downstream side of the exhaust pipe itself. It may be an end.
- the introduction pipe 80 has the first case 300e so that the downstream end of the introduction pipe 80 is located on the downstream side of the upstream end of the second case 70 and on the upstream side of the heating element 20. It is fixed to the upstream portion 41 having a so-called "labyrinth structure". Further, the introduction pipe 80 is arranged so as to secure a minimum gap that can sufficiently prevent an electrical short circuit due to electric discharge between the introduction pipe 80 and the second case 70.
- the third EHC 301 has the same configuration as the first EHC 101 illustrated in FIG.
- a method of accommodating the second case 70 in which the heating element 20 is housed inside the intermediate portion 10e and connecting the electrodes 21a and 21b and the external terminals 30a and 30b, respectively two methods can be mentioned. can.
- the first method first, the external terminals 30a and 30b are inserted and fixed to the first case holes 13e and 14e formed in the shell 11e, respectively.
- the upstream end of the shell 11e is fixed to the downstream end of the upstream 41.
- the third holding member 71 is wound around the upstream end of the second case 70, and the upstream end of the second case 70 is press-fitted into the upstream portion 41 for assembly.
- the external terminals 30a and 30b are fixed and connected to the electrodes 21a and 21b by welding, respectively.
- the downstream end of the shell 12e is fixed to the upstream end of the downstream portion 51.
- the fourth holding member 72 is wound around the downstream end of the second case 70, and the downstream end of the second case 70 is press-fitted into the downstream portion 51 for assembly.
- an electrode chamber 15e is formed in the intermediate portion 11e, and a second portion is formed inside the accommodating portion 16e. 2 Hold the case 70.
- the external terminals 30a and 30b are fixed and connected to the electrodes 21a and 21b by welding, respectively.
- the upstream end of the shell 11e is fixed to the downstream end of the upstream 41.
- the third holding member 71 is wound around the upstream end of the second case 70, and the upstream end of the second case 70 is press-fitted into the upstream portion 41 for assembly.
- the external terminals 30a and 30b are inserted into the first case holes 13e and 14e formed in the shell 11e, respectively.
- the external terminals 30a and 30b are fixed to the shell 11e.
- the downstream end of the shell 12e is fixed to the upstream end of the downstream portion 51.
- the fourth holding member 72 is wound around the downstream end of the second case 70, and the downstream end of the second case 70 is press-fitted into the downstream portion 51 for assembly.
- an electrode chamber 15e is formed inside the intermediate portion 11e, and inside the accommodating portion 16e. Hold the second case 70.
- an electrically heated catalyst device capable of being manufactured with high production efficiency and having a compact electrode chamber. can do.
- the case in which the heating element 20 is housed has a double structure composed of the first case 300e and the second case 70. Therefore, even if the first holding member (first mat) 22 that holds the heating element 20 is impregnated by condensed water or the like generated from the exhaust gas flowing in the exhaust pipe and the insulation performance deteriorates, the second case 70 is the third. Since it is held in the first case 300e via the holding member 71 and the fourth holding member 72 (second mat), it is possible to prevent the conduction from the second case 70 to the first case 300e. Further, the heat retention of the exhaust gas purification catalyst can be enhanced.
- FIG. 10 and 11 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (3rd EHC302) according to a modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 302 in a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20 as in FIG.
- the intermediate portion 10f of the first case 300f included in the third EHC 302 is composed of a pair of shells 11f and 12f divided by a plane passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b and the central axis AX1 of the heating element 20. .. Further, the external terminals 30a and 30b included in the third EHC 302 extend in a direction perpendicular to the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b and the central axis AX1 of the heating element 20, and are formed on the shell 11f constituting the intermediate portion 10f. It is inserted into the first case holes 13f and 14f, and is connected to the electrodes 21a and 21b inside the electrode chamber 15f, respectively.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 302 by the plane AA shown in FIG. 10 (a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b).
- the external terminals 30a and 30b are inserted and fixed to the first case holes 13f and 14f formed in the shell 11f, respectively.
- the third holding member 71 is wound around the upstream end of the second case 70, and the upstream end of the second case 70 is press-fitted into the upstream portion 41 for assembly.
- the fourth holding member 72 is wound around the downstream end of the second case 70, and the downstream end of the second case 70 is press-fitted into the downstream portion 51 for assembly.
- the external terminals 30a and 30b fixed to the shell 11f are brought into contact with the electrodes 21a and 21b, and are fixed and connected by welding, respectively.
- the upstream end of the shell 11f is fixed to the downstream end of the upstream portion 41, and the downstream end of the shell 11f is fixed to the upstream end of the downstream portion 51.
- the shell 12f is fitted and fixed to the shell 11f, then the upstream end of the shell 12f is fixed to the downstream end of the upstream portion 41, and the downstream end of the shell 12f is downstream.
- an electrode chamber 15f is formed inside the intermediate portion 10f, and the second case 70 is held inside the accommodating portion 16f.
- the external terminals 30a and 30b are fixed and connected to the electrodes 21a and 21b by welding, respectively.
- the third holding member 71 is wound around the upstream end of the second case 70, and the upstream end of the second case 70 is press-fitted into the upstream portion 41 for assembly.
- the holding member 72 is wound around the downstream end of the second case 70, and the downstream end of the second case 70 is press-fitted into the downstream portion 51 for assembly.
- the external terminals 30a and 30b are inserted and fixed in the first case holes 13f and 14f formed in the shell 11f, respectively.
- the upstream end of the shell 11f is fixed to the downstream end of the upstream portion 41, and the downstream end of the shell 11f is fixed to the upstream end of the downstream portion 51.
- the shell 12f is fitted and fixed to the shell 11f, then the upstream end of the shell 12f is fixed to the downstream end of the upstream portion 41, and the downstream end of the shell 12f is downstream.
- an electrode chamber 15f is formed inside the intermediate portion 10f, and the second case 70 is held inside the accommodating portion 16f.
- the third EHC302 having the above configuration also provides an electrically heated catalyst device (EHC) that can be manufactured with high production efficiency and has a compact electrode chamber. be able to. Further, the third EHC 302 also has a double structure in which the case accommodating the heating element 20 is composed of the first case 300f and the second case 70. Therefore, similarly to the third EHC301, the insulation performance and the heat retention of the exhaust gas purification catalyst can be improved.
- EHC electrically heated catalyst device
- FIG. 12 and 13 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (3rd EHC303) according to another modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 303 by a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20 as in FIG.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 303 by the plane AA shown in FIG. 12 (a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b).
- the second case 73 included in the third EHC 303 has a tapered portion at the downstream end that gradually reduces in diameter toward the downstream side. Further, in the third EHC 303, the third holding member 74 is sandwiched between the upstream portion 42 constituting the first case 300g and the upstream end portion of the second case 73, and the downstream portion constituting the first case 300g. The fourth holding member 75 is sandwiched between the 52 and the tapered portion of the second case 73. As a result, the second case 73 is held at a predetermined position inside the first case 300 g.
- the external terminals 30a and 30b included in the third EHC 303 extend in a direction perpendicular to the central axis AX2 of the electrodes 21a and 21b and the central axis AX1 of the heating element 20, and are formed in the shell 11g constituting the intermediate portion 10g. It is inserted into the first case holes 13g and 14g, and is connected to the electrodes 21a and 21b inside the electrode chamber 15g, respectively. Except for these points, the third EHC 303 has the same configuration as the third EHC 302 illustrated in FIGS. 10 and 11.
- the third EHC 303 having the above configuration also has an electrically heated catalyst device (EHC) that can be manufactured with high production efficiency and has a compact electrode chamber. Can be provided. Further, the third EHC 303 also has a double structure in which the case accommodating the heating element 20 is composed of the first case 300 g and the second case 70, so that the insulation performance and the exhaust are the same as those of the third EHC 301 and 302. It is also possible to increase the heat retention of the purification catalyst.
- EHC electrically heated catalyst device
- a fourth holding member 75 for holding the second case 73 inside the first case 300 g is provided at the downstream end of the second case 73, and the tapered portion and the first case. It is sandwiched between the tapered portion provided at the downstream end of the downstream portion 52 constituting 300 g.
- the restoring force of the fourth holding member 75 acts on the second case 73 not only in the axial direction but also in the radial direction, so that the second case 73 is more reliably and accurately placed at a predetermined position inside the first case 300 g. Can be held in.
- FIG. 14 and 15 are schematic cross-sectional views showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (3rd EHC304) according to still another modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 304 in a plane passing through the central axis AX1 of the heating element 20 and the pair of electrodes 21a and 21b included in the heating element 20 as in FIG.
- FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the third EHC 304 by the plane AA (the plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the electrodes 21a and 21b) as in FIG. be.
- the first intermediate electrodes 31a and 31b which are plate-shaped members, are connected to the ends of the external terminals 30a and 30b on the electrodes 21c and 21d, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b which are plate-shaped members, are connected to the ends of the electrodes 21c and 21d on the external terminals 30a and 30b, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b are the electrode connecting surfaces 23a and the electrode connecting surfaces 23a and 32b that are on the side of the dividing surface (opening side) of the shell 11d constituting the intermediate portion 10d and facing the outer side in the radial direction of the heating element 20.
- Each has 23b.
- the normal vectors (arrows drawn by broken lines) of these electrode connecting surfaces 23a and 23b are from the side of the shell 11h (first shell) to the shell 12h (second shell) in the direction orthogonal to the dividing surface. It has a component toward the side (thick black arrow) and a component toward the outside in the radial direction of the heating element (thick white arrow).
- the external terminals 30a and 30b and the electrodes 21c and 21d are connected to each other by connecting the first intermediate electrodes 31a and 31b to the electrode connecting surfaces 23a and 23b of the second intermediate electrodes 32a and 32b, respectively.
- the pair of external terminals 30a and 30b is a boss portion composed of separate members assembled on the outer peripheral surface of the shell 11h so as to project in a direction away from the divided surface. It is inserted through the first case holes 13h and 14h formed in the seat surface of 18h. That is, also in the third EHC 304, the electrode accommodating portion 17h of the first case 300h does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion 17h in the vertical projection onto the divided surface. Except for these points, the third EHC 304 exemplified in FIGS. 14 and 15 has the same configuration as the third EHC 302 exemplified in FIGS. 10 and 11.
- the electrode connecting surfaces 23a and 23b are on the side of the divided surface (opening side) of the shell 11h and the heating element is similarly to the above-mentioned second EHC202. It faces the outer side in the radial direction of 20. Therefore, before fitting the other shell 12h to the shell 11h, the pair of external terminals 30a and 30b (first intermediate electrodes 31a and 31b connected to the shell 11h) and the pair of electrodes 21c and 21d are passed through the opening of the shell 11h. (The second intermediate electrodes 32a and 32b connected to) can be easily connected by the electrode connecting surfaces 23a and 23b. For example, when the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are connected by laser welding, the laser beam can be easily applied to the electrode connecting surfaces 23a and 23b.
- the electric heating type catalyst device (EHC) as a whole The outermost diameter of the can be made smaller. Therefore, according to the third EHC 304, it is possible to provide an EHC that can be manufactured with high production efficiency and has a more compact electrode chamber.
- the second case may be formed as an integral body by, for example, a steel pipe, or is formed by assembling a plurality of constituent members, for example, a clamshell type case. You may be.
- Sizing is a tubular case in which a holding member (mat), which is a cushioning material made of an electrically insulating material, is wound around an outer peripheral surface (side surface), and the heating element is wound (loosely) without substantially compressing the holding member.
- the entire electrode provided by the heating element (including the second intermediate electrode if the heating element is provided with the second intermediate electrode) has a shape and size that can be permanently accommodated inside the second case.
- the heating element can be inserted into the inside from the end of the second case by a method such as press fitting or sizing.
- the electrodes 21a and 21b as rigid bodies have a shape and size protruding outward from the second case 70 or 73.
- the heating element 20 cannot be inserted into the inside from the end of the second case 70 or 73 by a method such as press fitting or sizing.
- the entire electrodes 21c and 21d provided with the second intermediate electrodes 32a and 32b are contained inside the inner peripheral surface of the second case 70, for example, as in the third EHC304 exemplified in FIG.
- the heating element 20 can be inserted into the inside from the end of the second case 70 or 73 by a method such as sizing.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b may be made of a flexible member.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b may be deformed at least temporarily so as to fit inside the second case 70 or 73. can. Therefore, even when the first intermediate electrodes 31a and 31b provided in the external terminals 30a and 30b are connected to the second intermediate electrodes 32a and 32b outside the second case 70 or 73, the second intermediate electrode 32a If the and 32b are made of a flexible member, the heating element 20 can be inserted into the inside from the end of the second case 70 or 73 by a method such as press fitting or sizing.
- FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an electrically heated catalyst device (3rd EHC305) according to still another modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the third EHC305 with a plane passing through the central axis AX2 of the pair of electrodes 21a and 21b and orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20, similarly to FIG.
- the third EHC 305 has the above-mentioned third EHC 302 and 303 except that the electrodes 21a and 21b and the external terminals 30a and 30b are connected via the third intermediate electrodes 33a and 33b made of a flexible member. Has the same configuration as.
- the third EHC 305 having the above configuration also has an electrically heated catalyst device (EHC) capable of being manufactured with high production efficiency and having a compact electrode chamber. Can be provided. Further, the third EHC 305 also has a double structure in which the case accommodating the heating element 20 is composed of the first case 300 g (including the intermediate portion 10 g) and the second case 70. Similarly, the insulation performance and the heat retention of the exhaust gas purification catalyst can be improved.
- EHC electrically heated catalyst device
- the electrodes 21a and 21b and the external terminals 30a and 30b are connected via the third intermediate electrodes 33a and 33b made of a flexible member. Therefore, it is possible to relieve the stress acting on the electrodes 21a and 21b and the external terminals 30a and 30b due to the vibration or the like during operation of the internal combustion engine to which the third EHC305 is applied. As a result, it is possible to reduce problems such as failure of the electrically heated catalyst device (EHC) and / or damage of constituent members caused by the vibration or the like.
- EHC electrically heated catalyst device
- the case in which the heating element is housed has a double structure composed of the first case and the second case. Therefore, even if the first holding member (first mat) that holds the heating element is impregnated by the condensed water generated from the exhaust gas flowing in the exhaust pipe and the insulation performance deteriorates, the second case is the third holding member and the third holding member. Since it is held in the first case via the fourth holding member (second mat), it is possible to prevent conduction from the second case to the first case. Further, the heat retention of the exhaust gas purification catalyst can be enhanced.
- Example EHC401 The electrically heated catalyst device according to the embodiment of the present invention (hereinafter, may be referred to as “Example EHC401”) will be described in detail below with reference to the drawings.
- Example EHC401 is an implementation example of the third EHC304 exemplified in FIGS. 14 and 15. Therefore, in the following description and corresponding drawings relating to Example EHC401, the reference numerals shown in FIGS. 14 and 15 are used.
- FIG. 17 is a schematic perspective view showing the appearance of Example EHC401.
- FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the EHC 401 of the embodiment, and corresponds to FIG.
- FIG. 19A is a schematic cross-sectional view of Example EHC401 according to the plane AA shown in FIG. 18, which is the same as FIG.
- FIG. 19B is a schematic enlarged view when the vicinity of the electrode 21c included in the EHC 401 is observed from the outside to the inside in the radial direction of the heating element 20.
- the embodiment EHC401 has a first case 300h as a housing, and has a substantially cylindrical compact shape having no protruding portion except for the external terminals 30a and 30b and the boss portion 18h.
- the first case 300h has an upstream portion 41 connected to an introduction pipe 80 which is an end portion on the downstream side of an exhaust pipe (not shown) arranged on the upstream side of the EHC 401, and an upstream portion 41 arranged on the downstream side (not shown). It is composed of a downstream portion 51 connected to an exhaust pipe and an intermediate portion 10h connected between the upstream portion 40 and the downstream portion 50.
- the intermediate portion 10h is composed of a pair of shells 11h and 12h.
- FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of Example EHC401 in a plane passing through a pair of electrodes 21a and 21b included in the central axis AX1 of the heating element 20 and the heating element 20 as in FIG.
- FIG. 19A is a schematic view of Example EHC401 using a plane AA shown in FIG. 18 (a plane orthogonal to the central axis AX1 of the heating element 20 and passing through the electrodes 21a and 21b), as in FIG. It is a cross-sectional view.
- the first embodiment EHC401 is a cushioning material composed of a heating element 20, a pair of electrodes 21c and 21c configured to be able to energize the heating element 20, and an electrically insulating material. It includes a holding member (first mat) 22, a first case 300h, a pair of external terminals 30a and 30b, a second catalyst carrier 60, and a second holding member 61.
- the EHC 401 further includes a third holding member 71 which is a cushioning material made of an electrically insulating material, a fourth holding member 72, and a second case 70 which is a cylindrical container.
- the second case 70 houses the heating element 20 and the first holding member (first mat) 22 inside, and also houses the second catalyst carrier 60 and the second holding member 61 on the downstream side of the heating element 20. Further, the second case 70 is due to the restoring force of the third holding member 71 sandwiched between the upstream portion 41 constituting the first case 300h and the fourth holding member 72 sandwiched between the downstream portion 51. It is held in a predetermined position inside the first case 300h. That is, the third holding member 71 and the fourth holding member 72 correspond to the above-mentioned second mat. As described above, the EHC 401 includes a case having a double structure.
- the third holding member 71 and the fourth holding member 72 are two separate members arranged at predetermined intervals with the pair of electrodes 21a and 21b interposed therebetween in the direction of the central axis AX1 of the heating element 20. That is, the gap between the third holding member 71 and the fourth holding member 72 corresponding to the second mat corresponds to the above-mentioned second mat gap. Further, a second case gap, which is a gap in which the material constituting the second case 70 does not exist, is formed in the region of the second case 70 facing at least a pair of electrodes 21c and 21d.
- the electrode chamber 15h is defined by the first mat gap, the second case gap, the second mat gap, and the electrode accommodating portion 17h. Further, the electrode accommodating portion 17h is integrally formed by the intermediate portion 10h constituting the first case 300h. Therefore, it is not necessary to assemble the electrode chamber by assembling the case with a member separate from the case for accommodating the heating element as in the electric heating type catalyst device (conventional EHC) according to the above-mentioned conventional technique.
- the intermediate portion 10h is composed of a combination of a pair of shells 11h and 12h in which the intermediate portion 10h is divided by a divided surface which is a surface crossing the electrode accommodating portion 17h. Therefore, when assembling the external terminals 30a and 30b to the first case holes 13h and 14h, the work can be performed through the opening of the shell 11h. Further, when connecting the electrodes 21c and 21d and the external terminals 30a and 30b in a state where the heating element 20 and the first holding member (first mat) 22 are housed in the shell 11h, the work is also performed at the opening of the shell 11h. Can be done via. In any of the works, the opening of the shell 11h is open and there are no articles in the vicinity that interfere with the work, so that it is easy to secure a work space, and as a result, the workability of the work is improved. Can be done.
- an insulating layer such as a glass coating may be provided at the location (thick solid line shown in FIG. 18). reference).
- the electrodes included in the EHC 401 will be described.
- FIG. 19A also in the EHC 401 of the embodiment, as in the case of the third EHC 304 exemplified in FIG. 14, plate-shaped members are used at the ends of the external terminals 30a and 30b on the electrodes 21c and 21d.
- a first intermediate electrode 31a and 31b are connected, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b which are plate-shaped members, are connected to the ends of the electrodes 21c and 21d on the external terminals 30a and 30b, respectively.
- the second intermediate electrodes 32a and 32b are the electrode connecting surfaces 23a and the electrode connecting surfaces 23a and 32b that are on the side (opening side) of the divided surface of the shell 11h constituting the intermediate portion 10h and are facing the outer side in the radial direction of the heating element 20. Each has 23b (see arrow drawn by dashed line).
- the external terminals 30a and 30b and the electrodes 21c and 21d are connected to each other by connecting the first intermediate electrodes 31a and 31b to the electrode connecting surfaces 23a and 23b of the second intermediate electrodes 32a and 32b, respectively.
- the pair of external terminals 30a and 30b is a first case formed on the seat surface of the boss portion 18h composed of separate members assembled so as to project from the outer peripheral surface of the shell 11h in a direction away from the divided surface. It is inserted through the holes 13h and 14h. That is, also in the EHC 401 of the embodiment, in the vertical projection onto the divided surface, the electrode accommodating portion 17h of the first case 300h does not protrude outward from the portion other than the electrode accommodating portion 17h.
- the electrode connecting surfaces 23a and 23b face the side (opening side) of the divided surface of the shell 11h and the outer side in the radial direction of the heating element 20. Therefore, before fitting the other shell 12h to the shell 11h, the pair of external terminals 30a and 30b (first intermediate electrodes 31a and 31b connected to the shell 11h) and the pair of electrodes 21c and 21d are passed through the opening of the shell 11h. (The second intermediate electrodes 32a and 32b connected to) can be easily connected by the electrode connecting surfaces 23a and 23b. For example, when the pair of external terminals 30a and 30b and the pair of electrodes 21c and 21d are connected by laser welding, the laser beam can be easily irradiated toward the electrode connecting surfaces 23a and 23b.
- the electrode accommodating portion 17h of the first case 300h does not project outward from the portion other than the electrode accommodating portion 17h in the vertical projection onto the divided surface, the outermost diameter of the electric heating type catalyst device (EHC) as a whole can be adjusted. It can be made smaller. Therefore, according to the EHC 401, it is possible to provide an EHC that can be manufactured with high production efficiency and has a more compact electrode chamber.
- EHC electric heating type catalyst device
- the first intermediate electrodes 31a and 31b are connected to the electrode connecting surfaces 23a and 23b by laser welding, for example, a predetermined jig or the like is used. It is desirable that the first intermediate electrodes 31a and 31b and the electrode connecting surfaces 23a and 23b are brought into close contact with each other by sandwiching the intermediate electrodes 31a and 31b and the electrode connecting surface. In this case, there may be sufficient space inside the electrode chamber 15h to perform the work of bringing the first intermediate electrodes 31a and 31b into close contact with the electrode connecting surfaces 23a and 23b using a jig or the like as described above. desirable.
- the first intermediate electrode 31a and the second intermediate electrode 32a are on one side with respect to the electrode 21c in the direction of the central axis AX1 of the heating element 20. It is placed close to. Although not shown, the same applies to the other electrode 21d. As a result, a sufficient space is secured inside the electrode chamber 15h for performing the work of bringing the first intermediate electrodes 31a and 31b into close contact with the electrode connecting surfaces 23a and 23b as described above.
- FIG. 20 is a schematic diagram showing an example of the assembly process of Example EHC401.
- the external terminal is inserted and fixed in the first case hole formed in one shell, and then the external terminal and the electrode are connected.
- step 1 shown in FIG. 20 (a) a heating element 20 having a cylindrical shape with an electrode 21c on the side surface is prepared.
- step 2 the second intermediate electrode 32a is connected to the electrode 21c. Since the electrode 21c and the second intermediate electrode 32a are both thin plate-shaped electrodes as shown in FIG. 19A, these electrodes are connected by laser welding as shown in FIG. 20B. can do. The same applies to the other electrode 21d and the second intermediate electrode 32b.
- a first mat gap is formed on the side surface of the heating element 20 in which the second intermediate electrodes 32a and 32b are connected to the electrodes 21c and 21d, respectively, at a portion corresponding to the vicinity of these electrodes.
- the first holding member (first mat) is wound around.
- the heating element 20 around which the first holding member is wound is housed inside the second case 20.
- the entire electrodes 21c and 21d provided with the second intermediate electrodes 32a and 32b are contained inside the inner peripheral surface of the second case 70. Therefore, in step 3, the heating element 20 can be accommodated inside the second case 70 by sizing as shown in FIG. 20 (c).
- the third holding member is wound around the upstream end of the second case 70, and the upstream end of the second case 70 is press-fitted into the upstream portion 41 for assembly.
- a fourth holding member is wound around the downstream end of the second case 70, and the downstream end of the second case 70 is press-fitted into the downstream portion 51 for assembly.
- step 4 the aggregate composed of the second case 70, the upstream portion 41, and the downstream portion 51 obtained as described above is housed in the accommodating portion of the shell 11h.
- the opening of the shell 11h is open and there are no articles in the vicinity that hinder the work, so that it is easy to secure a work space, and as a result, the workability of the work can be improved.
- the electrode connecting surfaces of the second intermediate electrodes 32a and 32b are facing the side (opening side) of the divided surface of the shell 11h and the outer side in the radial direction of the heating element 20. Therefore, as shown in FIG. 20 (d), the first intermediate electrode 31a connected to the external terminal 30a and the second intermediate electrode 32a connected to the electrode 21c are irradiated with laser light from the opening side of the shell. Can be easily connected by laser welding.
- steps 4 and (d) shown in FIG. 20 (a) the upstream portion 41, the downstream portion 51, and the like are omitted for the purpose of facilitating the understanding of the assembly process of the EHC 401.
- FIG. 21 (a) a schematic perspective view showing a state in which the aggregate composed of the second case 70, the upstream portion 41, and the downstream portion 51 is housed in the accommodating portion of the shell 11h is shown in FIG. 21 (a).
- the shell 12h paired with the shell 11h is fitted to the shell 11h and fixed by a method such as welding, whereby the embodiment EHC401 is assembled as shown in FIG. 21B.
- the direction in which the external terminal is inserted into the first case hole is not limited to the above, and may be, for example, parallel to the dividing surface of the shell, or parallel to an angle perpendicular to the dividing surface of the shell. It may be an intermediate angle between the angles (eg, 45 °, etc.).
- Electric heating type catalyst device (conventional technology) 101, 102, 103 Electric heating type catalyst device (first embodiment) 201, 202, 203 Electric heating type catalyst device (second embodiment) 301, 302, 303, 304, 305 Electric heating type catalyst device (third embodiment) 401 Electric heating type catalyst device (Example) 100a, 100b, 100c, 300e, 300f, 300g, 300h First case 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h Intermediate part 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h Shell 12a , 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h Shell 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h First case holes 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h first 1 Case hole 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g, 15h Electrode chamber 16
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Abstract
通電により発熱する発熱体を筒状のケースの内部にマットを介して保持するEHCにおいて、電極を収容する空間である電極室をケースとは別個の部材によって画定するのではなく、電極室を横断する分割面によって分割されてなる一対のシェルによってケースを構成すると共に当該ケースによって電極室を一体的に形成する。これにより、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供する。電極室がケースの外側に突出しないようにケースを構成することが好ましい。発熱体が備える電極の外部端子と接続される面をシェルの開口部側であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向けてもよい。外部端子の少なくともケース孔よりも外側に突出する部分は分割面に直交する方向に延在することが好ましい。
Description
本発明は、電気加熱式触媒装置に関する。より具体的には、本発明は、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置に関する。
ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気には、例えば煤等からなる粒子状物質(PM)、一酸化炭素(CO)、未燃焼炭化水素(HC:HydroCarbon)及び窒素酸化物(NOx)等の特定物質が含まれる。そこで、地球環境保護等の観点から、例えばPMを捕集するガソリンパティキュレートフィルタ(GPF:Gasoline Particulate Filter)及びディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)等のフィルタ並びに酸化触媒(OC:Oxidation Catalyst)、三元触媒(TWC:Three-Way Catalyst)及び選択触媒還元脱硝装置(SCR:Selective Catalytic Reduction)等の排気浄化触媒等の排気処理ユニットを含む排気処理装置を内燃機関の排気流路に介装して、これらの特定物質を除去することが広く行われている。
ところで、排気浄化触媒が所定の活性化温度に到達していない場合、当該排気浄化触媒は十分な触媒作用を発揮することができず、排気浄化機能が低下する。従って、例えば、冷間時における内燃機関の始動(冷間始動)を行った場合及びハイブリッド車両等において内燃機関の稼働頻度が低い場合等、排気浄化触媒の温度が十分に高まっていない場合においては、排気浄化触媒の温度が活性化温度に到達していないために所期の排気浄化機能を発揮することが困難となる虞がある。
そこで、当該技術分野においては、一対の電極を介して通電することによって発熱して排気浄化触媒を加熱する発熱体を備える排気処理装置である電気加熱式触媒装置(EHC:Electrically Heated Catalyst)が知られている。このようなEHCは、例えば、排気浄化触媒を担持する担体の上流側に配設された別個の発熱体によって排気を加熱し、このようにして加熱された排気によって排気浄化触媒を加熱するように構成することができる。或いは、このようなEHCは、例えば、排気浄化触媒を発熱体に担持させて(即ち、通電によって発熱する担体に排気浄化触媒を担持させて)排気浄化触媒と発熱体とを一体的に構成することもできる。何れの構成においても、EHCによれば、発熱体によって排気浄化触媒を加熱して排気浄化触媒の温度の活性化温度への到達を早め、結果として内燃機関の温度が低い場合における当該内燃機関からの上述した特定物質の放出(コールドエミッション)を低減することができる。
図22は、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(以降、「従来EHC」と称呼される場合がある。)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図22に例示する電気加熱式触媒装置1においては、セラミック製の発熱体2が、電気絶縁材料からなる保持部材3を介して金属製のケース4内に保持されている。そして、発熱体2に付設された電極5が、ケース4に設けられた孔からケースの径方向において外側に向かって突出している。また、ケース4に設けられた孔を覆うように設けられたカバー部6と蓋部7とにより電極室8が形成されている。更に、カバー部6の側面に設けられた孔に外部端子9が挿通されており、電極室8の内部において外部端子9と電極5とが接続されている。
図22に例示した電気加熱式触媒装置1のような構成を有する従来EHCの製造工程においては、保持部材3を介してケース4内に発熱体2を保持した後に、ケース4に設けられた孔(開口部)にカバー部6が固定される。そして、外部端子9が、カバー部6に設けられた孔に挿通されて電極5に当接され、カバー部6の内部において例えば溶接等の手段によって外部端子9と電極5とが接続され、最後に蓋部7がカバー部6に固定される。このような製造工程においてはカバー部6に設けられた孔に外部端子9が挿通された状態にてカバー部6の内部において外部端子9と電極5とを接続する必要がある。
上記のように、従来EHCの製造工程においては、発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材(カバー部及び蓋部)をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要がある。加えて、外部端子と電極とを接続するための作業をカバー部の開口部を介してカバー部の狭い内部空間において行う必要があるため作業性が悪い。これらの理由から、従来EHCの製造における生産効率は低いものとならざるを得ない。
また、電極5の周辺において溶接工具等を使用するための空間を確保することが必須となるため電極室8が大きくなる傾向がある。一方、電気加熱式触媒装置の自動車等への搭載性を向上させるためには、出来る限り小さい電極室を設けることが好ましい。このように、当該技術分野においては、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)が求められている。
上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、通電により発熱する発熱体を保持部材としてのマットを介して筒状のケースの内部に保持するEHCにおいて、電極を収容する空間である電極室をケースとは別個の部材によって画定するのではなく、電極室を横断する分割面によって分割されてなる一対のシェルによってケースを構成すると共に当該ケースによって電極室を一体的に形成することにより、コンパクトな電極室を有するEHCを高い生産効率にて製造することができることを見出した。
具体的には、本発明に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「本発明EHC」と称呼される場合がある。)は、通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、発熱体、一対の電極及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、一対の外部端子と、を備える。第1マットは、発熱体と第1ケースとの間に挟持されている。換言すれば、第1マットは、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持している。
第1ケースには、第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されている。第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域には、電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されている。一対の外部端子の各々は、一対の第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が第1ケースの内部において一対の電極を収容する空間である電極室において一対の電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が第1ケースの外部にそれぞれ突出している。
上記に加えて、本発明EHCにおいては、第1マット間隙と共に電極室を画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。更に、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。
上記分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。後者の場合、上記分割面への垂直投影において、第1ケースの電極収容部が電極収容部以外の部分よりも外側へ突出しないように第1ケースを構成してもよい。
本発明の1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、上記電極の上記外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。より詳しくは、本発明の1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、一対の第1ケース孔は、一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されていない。更に、一対の上記電極の両方において、当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する。
本発明のもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCにおいて、一対の上記外部端子の少なくとも第1ケース孔よりも外側に突出している部分が、分割面に直交する方向に延在している。
本発明の更にもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCは、二重構造を有するケースを備える。より詳しくは、当該態様に係る本発明EHCは、電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、発熱体及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、を更に備え、第1マットは発熱体と第2ケースとの間に挟持されており、第2マットは第2ケースと第1ケースとの間に挟持されている。更に、第2マットの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、第2ケースの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。その結果、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部によって電極室が画定されている。
本発明EHCにおいては、一対の電極を収容する空間である電極室を第1マット間隙と共に画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。従って、発熱体及び第1マットを一対のシェルの一方に収めた状態において上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行うことにより、当該作業の作業性を高めることができる。また、当該作業のためのスペースを電極室の内部に確保する必要が無いため、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。シェルの分割面を発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面とし且つ当該分割面への垂直投影において電極収容部が外側へ突出しないように第1ケースを構成することにより本発明EHCを更にコンパクトにすることができる。
本発明の1つの好ましい態様においては、上記電極の上記外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。従って、上記のように上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行う際の作業性を更に高めることができる。本発明のもう1つの好ましい態様においては、一対の上記外部端子の少なくとも第1ケース孔よりも外側に突出している部分が分割面に直交する方向に延在している。従って、発熱体及び第1マットを第1ケースに収める前に外部端子と電極とを接続する場合であっても、第1ケース孔に外部電極を挿入しつつ発熱体及び第1マットを第1ケースに収めることができる。本発明の更にもう1つの好ましい態様に係る本発明EHCは、二重構造を有するケースを備える。従って、例えば、発熱体及び電極とケースとの間の絶縁性を更に高めたり電気加熱式触媒装置(EHC)の保温性を高めたりすることができる。
以上のように、本発明によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
《第1実施形態》
以下、本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第1EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。尚、本明細書において使用される「上流側」及び「下流側」なる用語は、EHCに流れる排気等の流体の流れにおける「上流側」及び「下流側」をそれぞれ意味する。
以下、本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第1EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。尚、本明細書において使用される「上流側」及び「下流側」なる用語は、EHCに流れる排気等の流体の流れにおける「上流側」及び「下流側」をそれぞれ意味する。
〈構成〉
第1EHCは、通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、発熱体、一対の電極及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、一対の外部端子と、を備えるEHCである。EHCは、例えば自動車等に搭載される内燃機関の排気経路上に設けられるため、EHCの構成要素は、例えば、高い耐熱性、耐酸化性、及び耐腐食性等を備える材料によって形成されることが望ましい。
第1EHCは、通電により発熱する発熱体と、発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、発熱体、一対の電極及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、一対の外部端子と、を備えるEHCである。EHCは、例えば自動車等に搭載される内燃機関の排気経路上に設けられるため、EHCの構成要素は、例えば、高い耐熱性、耐酸化性、及び耐腐食性等を備える材料によって形成されることが望ましい。
発熱体の構成及び材料は、通電により発熱することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。発熱体を形成する材料の具体例としては、例えば、SiC(炭化珪素)等のセラミック材料及び金属等を挙げることができる。また、発熱体は、上記材料によって形成されたハニカム構造を有する柱体として構成することができる。発熱体の断面形状は円形又は多角形であってもよく、その他の異形であってもよい。
一対の電極を構成する材料は、発熱体に通電可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。当該電極を構成する材料の具体例としては、例えば、Ni-Cr合金やM-Cr-Al-Y合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)等の金属材料が用いられる。
更に、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、第1EHCの構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、一対の電極の各々は、表面電極部と電極端子部とによって構成されていてもよい。表面電極部は、発熱体の軸方向に平行な発熱体の表面である外周面に配設された面状の導電性部材である。このような表面電極部は、例えば、溶射等の周知の手法により、発熱体の外周面上に形成することができる。電極端子部は、表面電極部と導通可能に接続されて表面電極部と外部端子とを電気的に接続する導電性部材であり、第1EHCの構成に応じて、例えば柱状又は板状等、様々な形状の部材を電極端子部として採用することができる。
第1マットの形状及び材料は、電気絶縁材料からなる緩衝材であり、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。即ち、第1マットは、発熱体と第1ケースとの間に挟持されている。第1マットを形成する材料の具体例としては、例えば、アルミナ-シリカ系繊維等の無機繊維及びこのような無機繊維にバインダとしての樹脂を加えたものを挙げることができる。バインダとして使用される樹脂の具体例としては、例えば、アクリルゴム、ニトリルゴム、ポリビニルアルコール及びアクリル樹脂等を挙げることができる。また、第1マットの形状としては、上記のような繊維によって形成された不織布を挙げることができる。
第1ケースの形状及び材料は、筒状の形状を有し、その内部に発熱体を収容することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、第1ケースは、例えば円筒状又は角筒状の形状を有していてもよく、その内部に発熱体を収容する部分の横断面よりも上流側及び/又は下流側の部分の横断面がより小さくなるように形成されていてもよい。典型的には、第1ケースを形成する材料はステンレス鋼を始めとする金属であり、第1ケースの形状は円筒形である。
一対の外部端子を構成する材料は、一対の電極を介して発熱体に通電可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。外部端子を構成する材料の具体例としては、例えば、Ni-Cr合金やM-Cr-Al-Y合金(但し、MはFe、Co、Niのうち少なくとも一種)等の金属材料が用いられる。
尚、第1EHCは、例えば、排気浄化触媒を担持する担体を備える発熱体とは別個の排気浄化ユニットを発熱体の下流側に備えていてもよい。この場合、上流側に位置する発熱体によって排気が加熱され、このようにして加熱された排気によって下流側に位置する排気浄化ユニットを構成する排気浄化触媒を加熱することができる。また、第1EHCが備える発熱体に排気浄化触媒が担持されていてもよい(即ち、通電によって発熱する担体に排気浄化触媒が担持されていてもよい)。
第1ケースには、第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されている。また、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域には、電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されている。第1ケースの第1マット間隙に対向する部分(電極収容部)と第1マット間隙とによって形成される空間に一対の上記電極が収容される。即ち、当該空間は所謂「電極室」に該当する。
尚、第1マット間隙は、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域において第1マットの外側と内側とを連通するように形成された貫通孔であってもよい。或いは、第1マット間隙は、第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域のみならず、第1マットの他の領域にまで及ぶ間隙であってもよい。このような間隙の具体例としては、例えば、第1マットが2つの部材に分割されており且つ当該2つの部材の一方が一対の電極よりも上流側に配設され他方が一対の電極よりも下流側に配設される場合において当該2つの部材の間に画定される空間等を挙げることができる。この場合、第1マット間隙は、発熱体の外周面の全周に亘る環状の空間として画定される。但し、第1マット間隙の具体的な形状は、第1ケースと発熱体との間に介在して第1ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ第1マットの少なくとも一対の電極に対向する領域において第1マットの外側と内側とを連通することが可能である限り、特に限定されない。
一対の外部端子の各々は、一対の第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が第1ケースの内部において一対の電極を収容する空間である電極室において一対の電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が第1ケースの外部にそれぞれ突出している。外部端子の形状は、第1ケース孔に挿通され且つ電極へと到達するように配設されることが可能である限り特に限定されない。典型的には、外部端子の少なくとも第1ケース孔から外側に突出する部分は、第1ケース孔に挿通可能な断面を有する柱状の形状を有する。また、一対の外部端子は、複数の部材の組み合わせによって構成されていてもよく、或いは、単一の部材によって一体的に形成されていてもよい。更に、外部端子と電極とは直接的に接続されていてもよく、或いは、別個の部材を介して接続されていてもよい。後者の場合、詳しくは後述するように、可撓性を有する材料によって当該「別個の部材」が構成されていてもよい。
尚、第1EHCは、例えば内燃機関の排気中に含まれる前述したような特定物質の除去を目的として、排気の流路等に介装される。従って、第1EHCは、筒状の容器である第1ケースの軸方向である第1方向における両端に位置する開口を除き、気密に構成される必要がある。具体的には、第1ケースに形成された貫通孔である第1ケース孔に挿通された外部端子と第1ケースとが気密に接合される。また、例えば外部端子と第1ケースとの間に介在する電気絶縁材料等により、外部端子と第1ケースとを電気的に絶縁する必要がある。
上記に加えて、本発明EHCにおいては、第1マット間隙と共に電極室を画定する電極収容部が、第1ケースとは別個の部材によって画定されるのではなく、第1ケースによって一体的に形成されている。更に、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。
上記分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。後者の場合、上記分割面への垂直投影において第1ケースの電極収容部が電極収容部以外の部分よりも外側へ突出しないように第1ケースを構成してもよい。
図1は、第1EHCの構成の一例を示す模式図である。より具体的には、図1は、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC101の模式的な断面図である。第1EHC101は、筐体たる第1ケース100aと、発熱体20と、第1保持部材22と、外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61とを備える。第1保持部材22は、上述した第1マットに該当する。上述したように発熱体はセラミック製であっても金属製(メタル)であっても構わないが、図1に例示する第1EHC101が備える発熱体20としてはセラミック製の発熱体が企図されている。
第1ケース100aは、第1EHC101よりも上流側に配設された図示しない排気管と接続される上流部40と、下流側に配設された図示しない排気管と接続される下流部50と、上流部40と下流部50との間に接続される中間部10aとによって構成されている。中間部10aは、一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面である分割面によって分割された一対のシェル11a及び12aによって構成されている。尚、一対のシェル11a及び12aの開口部には、互いに嵌合されて中間部10aとして集成されるための嵌合代が形成されている。
中間部10aの内部には、発熱体20を収容する収容部16aと、発熱体20が備える電極21a及び21bを収容する電極室15aとが形成されている。第1保持部材(第1マット)22は、中間部10aの収容部16aを画定する内周面と発熱体20の外周面との間に挟持されており、中間部10aの内部の所定の位置に復元力によって発熱体20を保持している。
第1保持部材(第1マット)22の一対の電極21a及び21bに対向する領域には、第1保持部材22を構成する電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙22aが形成されている。そして、第1マット間隙22aと共に電極室15aを画定する電極収容部17aが、第1ケース100aを構成する中間部10aによって一体的に形成されている。
外部端子30a及び30bは、発熱体20の中心軸AX1に平行な方向に延在しており、中間部10aを構成するシェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに挿通され、電極室15aの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。外部端子30a及び30bは、第1ケース孔13a及び14aの周縁に図示しない絶縁部材を介してそれぞれ気密に固定されている。第2保持部材61は、第2触媒担体60と下流部50との間に挟持されており、下流部50の内部の所定の位置に復元力によって第2触媒担体60を保持している。
中間部10aの内部に発熱体20を収容して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、電極21a及び21bの近傍に対応する部位に第1マット間隙22aとしての貫通孔が形成された第1保持部材(第1マット)22が巻回された発熱体20をシェル11aの収容部16aに収めて収容部16aの内周面に第1保持部材22を当接させる。次に、外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル12aをシェル11aに嵌合させ固定することにより、中間部10aの内部に電極室15aを形成し、収容部16aの内部に発熱体20を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11aに形成された第1ケース孔13a及び14aに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通しながら、電極21a及び21bの近傍に対応する部位に第1マット間隙22aとしての貫通孔が形成された第1保持部材22が巻回された発熱体20を、シェル11aの収容部16aに当接させる。次に、外部端子30a及び30bをシェル11aの収容部16aに収めて収容部16aの内周面に第1保持部材22を当接させる。次に、シェル12aをシェル11aに嵌合させ固定することにより、中間部10aの内部に電極室15aを形成し、収容部16aの内部に発熱体20を保持する。
ところで、第1EHC101において、一対の外部端子30a及び30bの少なくとも第1ケース孔13a及び14aよりも外側に突出している部分が、分割面に直交する方向に延在していてもよい。この場合、上述した第2の方法のように発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を第1ケース100aの中間部10aを構成するシェル11aに収める前に外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを接続する場合であっても、第1ケース孔13a及び14aに外部電極30a及び30bそれぞれを挿入しつつ、発熱体20及び第1保持部材22をシェル11aに収めることができる。
以上のように、第1EHC101においては、第1マット間隙22aと共に電極室15aを画定する電極収容部17aが、第1ケース100aを構成する中間部10aによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。
また、電極収容部17aを横断する面である分割面によって第1ケース100aの中間部10aが分割されてなる一対のシェル11a及び12aの組み合わせによって中間部10aが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13a及び14aに組み付ける際に、当該作業をシェル11aの開口部を介して行うことができる。更に、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を一対のシェル11a及び12aの一方(上述した例においてはシェル11a)に収めた状態において電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとを接続する際にも、当該作業をシェル11aの開口部を介して行うことができる。何れの作業においても、シェル11aの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。
加えて、上記理由により外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、外部端子30a及び30b並びに電極21a及び21bと電極室15aとの間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保すればよい。このような電気的絶縁を達成するために必要とされる空隙の大きさは一般的に十数ミリメートルであるため、斯かる観点からも、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。尚、電気的絶縁を達成するための空隙を十分に確保することが困難な場合には、当該箇所に例えばガラスコーティング等の絶縁層を設けてもよい。
〈第1実施形態の変形例1〉
図1に例示した第1EHC101においては、第1ケース100aの中間部10aが、発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面である分割面によって分割された一対のシェル11a及び12aによって構成されている。しかしながら、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。
図1に例示した第1EHC101においては、第1ケース100aの中間部10aが、発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面である分割面によって分割された一対のシェル11a及び12aによって構成されている。しかしながら、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面は、発熱体の中心軸と直交する平面であってもよく、或いは、発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面であってもよい。
図2及び図3は、本発明の第1実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC102)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図2は、図1と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC102の模式的な断面図である。第1EHC102が備える第1ケース100bの中間部10bは、電極21a及び21bの中心軸AX2と発熱体20の中心軸AX1とを通過する平面によって分割された一対のシェル11b及び12bによって構成されている。また、第1EHC102が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10bを構成するシェル11bに形成された第1ケース孔13b及び14bに挿通され、電極室15bの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第1EHC102は、図1に例示した第1EHC101と同様の構成を有する。図3は、図2に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第1EHC102の模式的な断面図である。
以上のような構成を有する第1EHC102においても、上述した第1EHC101と同様に、従来EHCのように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部17bを横断する面である分割面によって第1ケース100bの中間部10bが分割されてなる一対のシェル11b及び12bの組み合わせによって中間部10bが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13b及び14bに組み付ける作業並びに電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとを接続する作業をシェル11bの開口部を介して行うことができる。従って、外部端子30a及び30bと電極21a及び21bとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。
〈第1実施形態の変形例2〉
ところで、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面が発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面である場合、上記分割面への垂直投影において電極収容部以外の部分よりも外側へ電極収容部が突出しないように第1ケースを構成してもよい。
ところで、上述したように、第1ケースを一対のシェルに分割する分割面が発熱体の中心軸を含む平面又は発熱体の中心軸に平行な平面である場合、上記分割面への垂直投影において電極収容部以外の部分よりも外側へ電極収容部が突出しないように第1ケースを構成してもよい。
図4及び図5は、本発明の第1実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第1EHC103)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図4は、図2と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第1EHC103の模式的な断面図である。第1EHC103が備える第1ケース100cの中間部10cは、分割面への垂直投影において電極収容部17c以外の部分よりも外側へ電極収容部17cが突出しないように第1ケース100cの中間部10cが構成されている。この点を除き、第1EHC103は、図2及び図3に例示した第1EHC102と同様の構成を有する。
図5は、図4に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第1EHC103の模式的な断面図である。図4及び図5に例示する第1EHC103においては、第1ケース100cの中間部10cと発熱体20との間に十分に大きい間隔が設けられているので、上述した第1EHC101及び102のように径方向における外側に向かって突出する電極収用部17a及び17bを設ける必要が無い。即ち、第1EHC103において、分割面への垂直投影において電極収容部17c以外の部分よりも外側へ電極収容部17cが突出しないように中間部10cが構成されている。
具体的には、外部端子30a及び30bは、中間部10cを構成するシェル11cに設けられたボス部18cに形成された第1ケース孔13c及び14cに挿通されている。当該ボス部18cの第1ケース孔13c及び14cが形成される座面は分割面に平行となるように形成されており、外部端子30a及び30bを当該座面に対して垂直に挿通することができる。そして、外部端子30a及び30bは、分割面に垂直な方向において延在して電極21a及び21bに到達しており、第1ケース10cと発熱体20との間の空隙において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。尚、ボス部は、図5に例示したボス部18cのようにシェル11cと一体的に形成されていてもよく、或いは、シェルとは別個の部材によって構成されたボス部がシェルに組み付けられていてもよい。
上記のように、第1EHC103においては、分割面への垂直投影において、電極収容部17cが径方向における外側に向かって突出していない中間部10cの内部に、電極21a及び21b、外部端子30a及び30b並びにボス部18cの全て収まっている。従って、第1EHC103によれば、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができるので、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
〈効果〉
以上説明してきたように、第1EHCにおいては、一対の電極を収容する空間である電極室を第1マット間隙と共に画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。従って、発熱体及び第1マットを一対のシェルの一方に収めた状態において上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行うことにより、当該作業の作業性を高めることができる。また、当該作業のためのスペースを電極室の内部に確保する必要が無いため、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。即ち、第1EHCによれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。
以上説明してきたように、第1EHCにおいては、一対の電極を収容する空間である電極室を第1マット間隙と共に画定する電極収容部が第1ケースによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。また、電極収容部を横断する面である分割面によって第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって第1ケースが構成されている。従って、発熱体及び第1マットを一対のシェルの一方に収めた状態において上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行うことにより、当該作業の作業性を高めることができる。また、当該作業のためのスペースを電極室の内部に確保する必要が無いため、従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)に比べて、電極室をよりコンパクトにすることができる。即ち、第1EHCによれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。
《第2実施形態》
以下、本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第2EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
以下、本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第2EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
〈構成〉
第2EHCにおいては、発熱体が備える電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。具体的には、第2EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)であって、一対の第1ケース孔が一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており且つ一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されておらず、一対の上記電極の両方において当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有するEHCである。
第2EHCにおいては、発熱体が備える電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。具体的には、第2EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)であって、一対の第1ケース孔が一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており且つ一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されておらず、一対の上記電極の両方において当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有するEHCである。
前述したように、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、電気加熱式触媒装置の構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、一対の電極の各々は、表面電極部と電極端子部とによって構成されていてもよい。表面電極部は、発熱体の軸方向に平行な発熱体の表面である外周面に配設された面状の導電性部材である。電極端子部は、表面電極部と導通可能に接続されて表面電極部と外部端子とを電気的に接続する導電性部材であり、電気加熱式触媒装置の構成に応じて、例えば柱状又は板状等、様々な形状の部材を電極端子部として採用することができる。
第2EHCにおいては、上述したように、発熱体が備える電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。上記のように表面電極部と電極端子部とによって一対の電極の各々が構成されている場合、電極接続面は電極端子部の外部端子と接続される面である。このように電極接続面がシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いていることにより、当該シェルの開口部を介して外部端子と電極との接続作業の容易さが格段に高まる。例えば、外部端子と電極との接続をレーザー溶接によって達成する場合、シェルの開口部側からレーザー光を容易に照射することができる。
図6は、本発明の第2実施形態に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC)の構成の1つの例を示す模式的な断面図である。図6に例示する第2EHC201においては、一対の第1ケース孔13b及び14bが一対のシェル11b及び12bの一方である第1シェル11bに形成されており且つ一対のシェル11b及び12bの他方である第2シェル12bには形成されていない。また、一対の電極21c及び21dの両方において当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)が分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。
第2EHC201においては、一対の電極21c及び21dを構成する柱状の電極端子部の先端面が所定の角度にて傾斜しており、当該先端面によって電極接続面23a及び23bが構成されている。また、一対の外部端子30a及び30bは、一対の電極21c及び21d側の端部に板状の部材である第1中間電極31a及び31bをそれぞれ備え、これら一対の第1中間電極31a及び31bを介して、一対の電極21c及び21dの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されている。この点を除き、図6に例示する第2EHC201は、図3に例示した第1EHC102と同様の構成を有する。
第1中間電極31a及び31bは、電極接続面23a及び23bに接続される前から電極接続面23a及び23bに沿うように傾斜していてもよい。また、第1中間電極31a及び31bは、電極接続面23a及び23bに接続される前は外部端子30a及び30bと同じ方向に延在しており電極接続面23a及び23bへの接続時に電極接続面23a及び23bに当接するように曲げることが可能な可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。後者の場合、例えば、レーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際に、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bを電極接続面23a及び23b側に押圧する等して電極接続面23a及び23bに当接させることができる。
上記のように第2EHC201においては電極接続面23a及び23bがシェル11bの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11bに他方のシェル12bを嵌合させる前にシェル11bの開口部を介して一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、例えば図6に示す破線によって描かれた矢印とは逆向きに電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
〈第2実施形態の変形例1及び2〉
上述した第2EHC201においては、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとが接続される電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて傾斜している柱状の電極端子部の先端面によって構成されている。しかしながら、前述したように、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、電気加熱式触媒装置の構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて延在する板状の部材によって構成されていてもよい。
上述した第2EHC201においては、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとが接続される電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて傾斜している柱状の電極端子部の先端面によって構成されている。しかしながら、前述したように、(発熱体に通電可能に構成された)一対の電極の各々は、電気加熱式触媒装置の構成に応じて様々な構成(例えば、形状及び構造等)を有することができる。例えば、電極接続面23a及び23bは、所定の角度にて延在する板状の部材によって構成されていてもよい。
図7及び図8は、本発明の第2実施態様の変形例に係る電気加熱式触媒装置(第2EHC202及び203)の構成を例示する模式的な断面図である。第2EHC202及び203の何れにおいても、図6に例示した第2EHC201と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。具体的には、図7に例示する第2EHC202においては、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部に、第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。一方、図8に例示する第2EHC203においては、電極21c及び21dの外部端子30a及び30bとは反対側の端部に、第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。
そして、第2EHC202及び203の何れにおいても、一対の第2中間電極32a及び32bが、中間部10dを構成するシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する。換言すれば、これらの電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)は、分割面に直交する方向においてシェル11d(第1シェル)の側からシェル12d(第2シェル)の側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体20の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
一対の外部端子30a及び30bは、シェル11dの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18dの座面に形成された第1ケース孔13d及び14dに挿通されている。即ち、第2EHC202及び203においては、分割面への垂直投影において、第1ケースの電極収容部17dが電極収容部17d以外の部分よりも外側へ突出していない。そして、外部端子30a及び30bは、図6に例示した第2EHC201と同様に、電極21c及び21d側の端部に板状の部材である第1中間電極31a及び31bをそれぞれ備え、これら第1中間電極31a及び31bを介して、第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、図7及び図8に例示する第2EHC202及び203は、図4及び図5に例示した第1EHC103と同様の構成を有する。
以上のように、第2EHC202及び203においても、上述した第2EHC201と同様に、電極接続面がシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11dに他方のシェル12dを嵌合させる前にシェル11dの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、第2EHC202及び203においては、分割面への垂直投影において第1ケースの電極収容部17dが電極収容部17d以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、第2EHC202及び203によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
尚、第2中間電極32a及び32bは、第1中間電極31a及び31bと接続される前から電極接続面23a及び23bとなるべき面の法線ベクトルが上述した側に向いていてもよい。また、第2中間電極32a及び32bは、第1中間電極31a及び31bと接続される前は電極接続面23a及び23bとなるべき面の法線ベクトルが上述した側に向いておらず、第1中間電極31a及び31bとの接続時に上記法線ベクトルが上述した向きに向くように曲げることが可能な可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。
何れの場合においても、例えば、レーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際に、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面とを挟持する等して第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させることが望ましい。この場合、第1保持部材(第1マット)22に形成される空隙である第1マット間隙22aは、上記のような治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な大きさを有することが望ましい。
〈効果〉
以上説明してきたように、第2EHCにおいては、一対の第1ケース孔は、一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されていない。更に、一対の上記電極の両方において、当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する。即ち、第2EHCにおいては、一対の電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。従って、上記のように上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行う際の作業性を更に高めることができる。
以上説明してきたように、第2EHCにおいては、一対の第1ケース孔は、一対の上記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の上記シェルの他方である第2シェルには形成されていない。更に、一対の上記電極の両方において、当該電極の外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、上記分割面に直交する方向において第1シェルの側から第2シェルの側へと向かう成分及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する。即ち、第2EHCにおいては、一対の電極の外部端子と接続される面が、第1ケース孔が形成されたシェルの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体の径方向における外側である側に向いている。従って、上記のように上記電極と外部端子との接続作業を当該シェルの開口部を介して行う際の作業性を更に高めることができる。
《第3実施形態》
以下、本発明の第3実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第3EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
以下、本発明の第3実施形態に係る電気加熱式触媒装置(EHC)(以降、「第3EHC」と称呼される場合がある。)について説明する。
〈構成〉
第3EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態並びに上述した第2EHC201乃至203を始めとする本発明の第2実施形態に係る何れかの電気加熱式触媒装置(EHC)であって、二重構造を有するケースを備えるEHCである。より詳しくは、第3EHCは、電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、発熱体及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、を更に備える。第1マットは発熱体と第2ケースとの間に挟持されており、第2マットは第2ケースと第1ケースとの間に挟持されている。換言すれば、発熱体と第1ケースとの間に、発熱体側から第1ケース側へと向かう順に、第1マット及び第2マットが介装されており、第1マットと第2マットとの間に第2ケースが介装されている。
第3EHCは、上述した第1EHC101乃至103を始めとする本発明の第1実施形態並びに上述した第2EHC201乃至203を始めとする本発明の第2実施形態に係る何れかの電気加熱式触媒装置(EHC)であって、二重構造を有するケースを備えるEHCである。より詳しくは、第3EHCは、電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、発熱体及び第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、を更に備える。第1マットは発熱体と第2ケースとの間に挟持されており、第2マットは第2ケースと第1ケースとの間に挟持されている。換言すれば、発熱体と第1ケースとの間に、発熱体側から第1ケース側へと向かう順に、第1マット及び第2マットが介装されており、第1マットと第2マットとの間に第2ケースが介装されている。
更に、第2マットの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、第2ケースの少なくとも一対の上記電極に対向する領域には第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。その結果、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部によって電極室が画定されている。
第2マットの形状及び材料は、電気絶縁材料からなる緩衝材であり、第2ケースと発熱体との間に介在して第2ケースの内部の所定の位置に復元力によって発熱体を保持することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。第2マットを形成する材料は、上述した第1マットを形成する材料とは異なる材料であっても良く、或いは上述した第1マットを形成する材料と同様の材料であってもよい。
また、第2ケースの形状及び材料は、筒状の形状を有し、その内部に発熱体を収容することが可能であり且つ排気処理装置としての使用環境及び使用条件に耐えることが可能である限り、特に限定されない。具体的には、第2ケースは、例えば円筒状又は角筒状の形状を有していてもよい。典型的には、第2ケースを形成する材料はステンレス鋼を始めとする金属であり、第2ケースの形状は円筒形である。また、第2ケースは、例えば鋼管等によって一体物として形成されていてもよく、或いは、例えばクラムシェル型のケース等のように、複数の構成部材を集成することによって形成されていてもよい。更に、第2ケースは、例えば非金属材料等の絶縁材料によって形成されていてもよい。
図9は、第3EHCの構成の1つの例を示す模式的な断面図である。図9は、図1と同様に、発熱体20の中心軸AX1と一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC301の模式的な断面図である。第3EHC301は、図1に例示した第1EHC101と同様に、発熱体20と、発熱体20に通電可能に構成された一対の電極21a及び21bと、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1保持部材(第1マット)22と、第1ケース300eと、一対の外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61と、を備える。また、第1ケース300eは、第3EHC301よりも上流側に配設された図示しない排気管と接続する上流部41と、下流側に配設された図示しない排気管と接続する下流部51と、上流部41と下流部51との間に接続される中間部10eとによって構成されている。
但し、第3EHC301は、電気絶縁材料からなる緩衝材である第3保持部材71と、第4保持部材72と、筒状の容器である第2ケース70と、導入管80とを更に備える。第2ケース70は、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を内部に収容すると共に、発熱体20の下流側において第2触媒担体60及び第2保持部材61を収容する。更に、第2ケース70は、第1ケース300eを構成する上流部41との間に挟持された第3保持部材71及び下流部51との間に挟持された第4保持部材72の復元力によって第1ケース300eの内部における所定の位置に保持されている。即ち、第3保持部材71及び第4保持部材72は、上述した第2マットに該当する。
第3保持部材71及び第4保持部材72は、発熱体20の中心軸AX1の方向において一対の電極21a及び21bを挟んで所定の間隔を空けて配設された2つの別個の部材である。即ち、第2マットに該当する第3保持部材71及び第4保持部材72の間の間隙は、上述した第2マット間隙に該当する。また、第2ケース70の少なくとも一対の電極21a及び21bに対向する領域には第2ケース70を構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。第1マット間隙22a、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部17eによって電極室15eが画定されている。
第2ケース間隙は、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域のみに形成された貫通孔であってもよく、或いは、第2ケース70の他の領域にまで及ぶ間隙であってもよい。後者の場合、第2ケース間隙の具体例としては、例えば第2ケース70が2つの部材に分割されており且つ当該2つの部材の一方が一対の電極21a及び21bよりも上流側に配設され他方が一対の電極21a及び21bよりも下流側に配設される場合において当該2つの部材の間に画定される空間等を挙げることができる。この場合、第2ケース間隙は、発熱体20の外周面の全周に亘る環状の空間として画定される。但し、第2ケース間隙の具体的な形状は、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域において第2ケース70の外側と内側とを連通することが可能である限り、特に限定されない。第3EHC301においては、第2ケース70の一対の電極21a及び21bに対向する領域に形成された貫通孔として、第2ケース間隙が設けられており、発熱体の径方向において外側に向かって一対の電極部21a及び21bが第2ケース70から突出している。
導入管80は例えばパイプ等の筒状の部材であり、第2ケース70の内径よりも小さい外径を有し、図示しない上流側の排気管と接続されるが、排気管そのものの下流側の端部であってもよい。導入管80は、第2ケース70の上流側の端部よりも下流側であり且つ発熱体20よりも上流側に導入管80の下流側の端部が位置するように、第1ケース300eが有する上流部41に固定され、所謂「ラビリンス構造」を形成している。また、導入管80は、第2ケース70との間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保するように配設されている。
上述した点を除き、第3EHC301は、図1に例示した第1EHC101と同様の構成を有する。内部に発熱体20を収容している第2ケース70を中間部10eの内部に収容し、電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11eに形成された第1ケース孔13e及び14eに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、シェル11eの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル12eの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11eの下流側の端部とシェル12eの上流側の端部とを嵌合させて固定することにより、中間部11e内に電極室15eを形成し、収容部16eの内部に第2ケース70を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11eの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。この圧入の際に、シェル11eに形成された第1ケース孔13e及び14eに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通する。次に、外部端子30a及び30bをシェル11eに固定する。次に、シェル12eの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11eの下流側の端部とシェル12eの上流側の端部とを嵌合させて固定することにより、中間部11eの内部に電極室15eを形成し、収容部16eの内部に第2ケース70を保持する。
以上のような構成を有する第3EHC301によれば、上述した第1EHC101と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。また、第3EHC301においては、発熱体20を内部に収容するケースが、第1ケース300eと第2ケース70とによって構成される二重構造を有する。従って、仮に発熱体20を保持する第1保持部材(第1マット)22が排気管内を流れる排気から生ずる凝縮水等によって含侵されて絶縁性能が低下しても、第2ケース70は第3保持部材71及び第4保持部材72(第2マット)を介して第1ケース300e内に保持されているので、第2ケース70から第1ケース300eへの導通を防止することができる。更に、排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
〈第3実施形態の変形例1〉
本発明の第3実施形態の変形例について以下に説明する。図10及び図11は、本発明の第3実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC302)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図10は、図9と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC302の模式的な断面図である。第3EHC302が備える第1ケース300fの中間部10fは、電極21a及び21bの中心軸AX2と発熱体20の中心軸AX1とを通過する平面によって分割された一対のシェル11f及び12fによって構成されている。また、第3EHC302が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10fを構成するシェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに挿通され、電極室15fの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第3EHC302は、図9に例示した第3EHC301と同様の構成を有する。図11は、図10に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC302の模式的な断面図である。
本発明の第3実施形態の変形例について以下に説明する。図10及び図11は、本発明の第3実施態様の1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC302)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図10は、図9と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC302の模式的な断面図である。第3EHC302が備える第1ケース300fの中間部10fは、電極21a及び21bの中心軸AX2と発熱体20の中心軸AX1とを通過する平面によって分割された一対のシェル11f及び12fによって構成されている。また、第3EHC302が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10fを構成するシェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに挿通され、電極室15fの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第3EHC302は、図9に例示した第3EHC301と同様の構成を有する。図11は、図10に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC302の模式的な断面図である。
内部に発熱体20を収容している第2ケース70を中間部10fの内部に収容し、電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法としては、二通りの方法を挙げることができる。第1の方法においては、先ずシェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通して固定する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、第2ケース70の下流側の端部に第4保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11fに固定した外部端子30a及び30bを電極21a及び21bに当接させ、それぞれ溶接によって固定して接続する。次に、シェル11fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル11fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、シェル11fにシェル12fを嵌合させて固定し、その後にシェル12fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル12fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定することにより、中間部10fの内部に電極室15fを形成し、収容部16fの内部に第2ケース70を保持する。
一方、第2の方法においては、先ず外部端子30a及び30bを電極21a及び21bにそれぞれ溶接によって固定して接続する。次に、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材71を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。次に、第2ケース70の下流側の端部に保持部材72を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。次に、シェル11fに形成された第1ケース孔13f及び14fに外部端子30a及び30bをそれぞれ挿通し固定する。次に、シェル11fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル11fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定する。次に、シェル11fにシェル12fを嵌合させて固定し、その後にシェル12fの上流側の端部を上流部41の下流側の端部に固定し、シェル12fの下流側の端部を下流部51の上流側の端部に固定することにより、中間部10fの内部に電極室15fを形成し、収容部16fの内部に第2ケース70を保持する。
以上のような構成を有する第3EHC302においても、上述した第3EHC301と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC302もまた、発熱体20を内部に収容するケースが第1ケース300fと第2ケース70とによって構成される二重構造を有する。従って、第3EHC301と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
〈第3実施形態の変形例2〉
図12及び図13は、本発明の第3実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC303)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図12は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC303の模式的な断面図である。図13は、図12に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC303の模式的な断面図である。
図12及び図13は、本発明の第3実施態様のもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC303)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図12は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bの中心軸AX2とを通る平面による第3EHC303の模式的な断面図である。図13は、図12に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bの中心軸AX2を通過する平面)による第3EHC303の模式的な断面図である。
第3EHC303が備える第2ケース73は下流側の端部に下流側に向かうほど徐々に縮径するテーパ部を下流側の端部に有する。また、第3EHC303においては、第1ケース300gを構成する上流部42と第2ケース73の上流側の端部との間に第3保持部材74を挟持し、第1ケース300gを構成する下流部52と第2ケース73のテーパ部との間において第4保持部材75を挟持している。これにより、第1ケース300gの内部における所定の位置に第2ケース73が保持されている。更に、第3EHC303が備える外部端子30a及び30bは、電極21a及び21bの中心軸AX2並びに発熱体20の中心軸AX1に垂直な方向に延在しており、中間部10gを構成するシェル11gに形成された第1ケース孔13g及び14gに挿通され、電極室15gの内部において電極21a及び21bにそれぞれ接続されている。これらの点を除き、第3EHC303は、図10及び図11に例示した第3EHC302と同様の構成を有する。第3EHC303において内部に発熱体20を収容している第2ケース73を中間部10gの内部に収容し電極21a及び21bと外部端子30a及び30bをそれぞれ接続する方法もまた第3EHC302と同様であるので、ここでの説明は省略する。
以上のような構成を有する第3EHC303においても、上述した第3EHC301及び302と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC303もまた、発熱体20を内部に収容するケースが第1ケース300gと第2ケース70とによって構成される二重構造を有するので、第3EHC301及び302と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
上記に加えて、第3EHC303においては、第1ケース300gの内部に第2ケース73を保持する第4保持部材75が第2ケース73の下流側の端部に設けられたテーパ部と第1ケース300gを構成する下流部52の下流側の端部に設けられたテーパ部との間に挟持される。これにより、第4保持部材75の復元力が軸方向のみならず径方向においても第2ケース73に作用するため、第1ケース300gの内部における所定の位置に第2ケース73をより確実且つ正確に保持することができる。
〈第3実施形態の変形例3〉
図14及び図15は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC304)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図14は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bとを通る平面による第3EHC304の模式的な断面図である。図15は、図11と同様に、図14に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bを通過する平面)による第3EHC304の模式的な断面図である。
図14及び図15は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC304)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図14は、図10と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bとを通る平面による第3EHC304の模式的な断面図である。図15は、図11と同様に、図14に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bを通過する平面)による第3EHC304の模式的な断面図である。
第3EHC304においては、図7に例示した第2EHC202と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。第2中間電極32a及び32bは、中間部10dを構成するシェル11dの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する。換言すれば、これらの電極接続面23a及び23bの法線ベクトル(破線によって描かれた矢印)は、分割面に直交する方向においてシェル11h(第1シェル)の側からシェル12h(第2シェル)の側へと向かう成分(黒塗りの太い矢印)及び発熱体の径方向において外側へと向かう成分(白抜きの太い矢印)を有する。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
また、図7に例示した第2EHC202と同様に、一対の外部端子30a及び30bは、シェル11hの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18hの座面に形成された第1ケース孔13h及び14hに挿通されている。即ち、第3EHC304においても、分割面への垂直投影において、第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していない。これらの点を除き、図14及び図15に例示する第3EHC304は、図10及び図11に例示した第3EHC302と同様の構成を有する。
以上のように、二重構造を有するケースを備える第3EHC304においても、前述した第2EHC202と同様に、電極接続面23a及び23bがシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11hに他方のシェル12hを嵌合させる前にシェル11hの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば、一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、第3EHC304においても、分割面への垂直投影において第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、第3EHC304によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
ところで、前述したように、第2ケースは、例えば鋼管等によって一体物として形成されていてもよく、或いは、例えばクラムシェル型のケース等のように、複数の構成部材を集成することによって形成されていてもよい。前者の場合、第2ケースの内部に発熱体を収容するためには、例えば圧入又はサイジング等の方法によって、第2ケースの端部から内部へと発熱体を挿入する必要がある。サイジングとは、電気絶縁材料からなる緩衝材である保持部材(マット)が外周面(側面)に巻回された発熱体を保持部材の圧縮を実質的に伴わずに(緩く)筒状のケースの内部に挿入した後に当該ケースの側壁の保持部材に対向する領域の少なくとも一部を所定の径まで縮径させる縮径加工により保持部材の復元力によって発熱体を保持する工法である。
発熱体が備える電極の全体(発熱体が第2中間電極を備える場合は第2中間電極を含む)が第2ケースの内部に収まる形状及び大きさを恒久的に有する場合は、当然のことながら、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケースの端部から内部へと発熱体を挿入することができる。
しかしながら、例えば、図9乃至図13に例示した第3EHC301乃至303においては、剛体としての電極21a及び21bが第2ケース70又は73よりも外側に突出する形状及び大きさを有する。このような場合、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができない。一方、例えば図15に例示した第3EHC304のように、第2中間電極32a及び32bを備える電極21c及び21dの全体が第2ケース70の内周面よりも内側に収まっている場合は、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができる。
また、第2EHC202及び203に関する説明において前述したように、第2中間電極32a及び32bは可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。この場合、第2ケース70又は73の内部に発熱体20を収容する際に第2中間電極32a及び32bを第2ケース70又は73の内部に収まるように少なくとも一時的に変形させておくことができる。従って、外部端子30a及び30bが備える第1中間電極31a及び31bと第2中間電極32a及び32bとの接続が第2ケース70又は73の外側において行われる場合であっても、第2中間電極32a及び32bは可撓性を有する部材によって構成されていれば、圧入又はサイジング等の方法によって第2ケース70又は73の端部から内部へと発熱体20を挿入することができる。
〈第3実施形態の変形例4〉
図16は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC305)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図16は、図13と同様に、一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面による第3EHC305の模式的な断面図である。第3EHC305は、可撓性を有する部材によって構成された第3中間電極33a及び33bを介して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとが接続されている点を除き、上述した第3EHC302及び303と同様の構成を有する。
図16は、本発明の第3実施態様の更にもう1つの変形例に係る電気加熱式触媒装置(第3EHC305)の構成の一例を示す模式的な断面図である。図16は、図13と同様に、一対の電極21a及び21bの中心軸AX2を通過し発熱体20の中心軸AX1に直交する平面による第3EHC305の模式的な断面図である。第3EHC305は、可撓性を有する部材によって構成された第3中間電極33a及び33bを介して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとが接続されている点を除き、上述した第3EHC302及び303と同様の構成を有する。
以上のような構成を有する第3EHC305においても、上述した第3EHC301乃至304と同様に、高い生産効率にて製造することが可能であり且つコンパクトな電極室を有する電気加熱式触媒装置(EHC)を提供することができる。更に、第3EHC305もまた、発熱体20を内部に収容するケースが(中間部10gを含む)第1ケース300gと第2ケース70とによって構成される二重構造を有するので、第3EHC301乃至304と同様に、絶縁性能及び排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
上記に加えて、第3EHC305においては、可撓性を有する部材によって構成された第3中間電極33a及び33bを介して電極21a及び21bと外部端子30a及び30bとが接続されている。従って、第3EHC305が適用される内燃機関の稼働中の振動等に起因して電極21a及び21b並びに外部端子30a及び30b等に作用する応力を緩和することができる。その結果、上記振動等に起因する電気加熱式触媒装置(EHC)の故障及び/又は構成部材の破損等の問題を低減することができる。
〈効果〉
以上説明してきたように、第3EHCにおいては、発熱体を内部に収容するケースが、第1ケースと第2ケースとによって構成される二重構造を有する。従って、仮に発熱体を保持する第1保持部材(第1マット)が排気管内を流れる排気から生ずる凝縮水等によって含侵されて絶縁性能が低下しても、第2ケースは第3保持部材及び第4保持部材(第2マット)を介して第1ケース内に保持されているので、第2ケースから第1ケースへの導通を防止することができる。更に、排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
以上説明してきたように、第3EHCにおいては、発熱体を内部に収容するケースが、第1ケースと第2ケースとによって構成される二重構造を有する。従って、仮に発熱体を保持する第1保持部材(第1マット)が排気管内を流れる排気から生ずる凝縮水等によって含侵されて絶縁性能が低下しても、第2ケースは第3保持部材及び第4保持部材(第2マット)を介して第1ケース内に保持されているので、第2ケースから第1ケースへの導通を防止することができる。更に、排気浄化触媒の保温性を高めることもできる。
本発明の実施例に係る電気加熱式触媒装置(以降、「実施例EHC401」と称する場合がある。)につき、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。実施例EHC401は、図14及び図15に例示した第3EHC304の実装例である。従って、実施例EHC401に関する以下の説明及び対応する図面においては、図14及び図15に記載した符号を使用する。
図17は、実施例EHC401の外観を示す模式的な斜視図である。図18は、実施例EHC401の構成の一例を示す模式的な断面図であり、図14に対応する。図19の(a)は、図18に示した平面A-Aによる実施例EHC401の模式的な断面図であり、図15と同一である。図19の(b)は、実施例EHC401が備える電極21cの近傍を発熱体20の径方向における外側から内側に向かって観察した場合における模式的な拡大図である。
図17に示すように、実施例EHC401は、第1ケース300hを筐体として有し、外部端子30a及び30b並びにボス部18hを除き突出した部分の無い略円柱形のコンパクトな形状を有する。第1ケース300hは、実施例EHC401よりも上流側に配設された図示しない排気管下流側の端部である導入管80と接続された上流部41と、下流側に配設された図示しない排気管と接続される下流部51と、上流部40と下流部50との間に接続される中間部10hとによって構成されている。中間部10hは、一対のシェル11h及び12hによって構成されている。
図18は、図14と同様に、発熱体20の中心軸AX1と発熱体20が備える一対の電極21a及び21bとを通る平面による実施例EHC401の模式的な断面図である。図19の(a)は、図15と同様に、図18に示した平面A-A(発熱体20の中心軸AX1に直交し且つ電極21a及び21bを通過する平面)による実施例EHC401の模式的な断面図である。
図17乃至図19に例示するように、実施例EHC401は、発熱体20と、発熱体20に通電可能に構成された一対の電極21c及び21cと、電気絶縁材料からなる緩衝材である第1保持部材(第1マット)22と、第1ケース300hと、一対の外部端子30a及び30bと、第2触媒担体60と、第2保持部材61と、を備える。実施例EHC401は、電気絶縁材料からなる緩衝材である第3保持部材71と、第4保持部材72と、筒状の容器である第2ケース70とを更に備える。第2ケース70は、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22を内部に収容すると共に、発熱体20の下流側において第2触媒担体60及び第2保持部材61を収容する。更に、第2ケース70は、第1ケース300hを構成する上流部41との間に挟持された第3保持部材71及び下流部51との間に挟持された第4保持部材72の復元力によって第1ケース300hの内部における所定の位置に保持されている。即ち、第3保持部材71及び第4保持部材72は、前述した第2マットに該当する。以上のように、実施例EHC401は二重構造を有するケースを備える。
第3保持部材71及び第4保持部材72は、発熱体20の中心軸AX1の方向において一対の電極21a及び21bを挟んで所定の間隔を空けて配設された2つの別個の部材である。即ち、第2マットに該当する第3保持部材71及び第4保持部材72の間の間隙は、前述した第2マット間隙に該当する。また、第2ケース70の少なくとも一対の電極21c及び21dに対向する領域には第2ケース70を構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されている。
上記構成により、実施例EHC401においては、第1マット間隙、第2ケース間隙、第2マット間隙及び電極収容部17hによって電極室15hが画定されている。また、電極収容部17hは、第1ケース300hを構成する中間部10hによって一体的に形成されている。従って、前述した従来技術に係る電気加熱式触媒装置(従来EHC)のように発熱体を内部に収容するケースとは別個の部材をケースに組み付けることによって電極室を集成する必要が無い。
また、電極収容部17hを横断する面である分割面によって中間部10hが分割されてなる一対のシェル11h及び12hの組み合わせにより中間部10hが構成されている。従って、外部端子30a及び30bを第1ケース孔13h及び14hに組み付ける際に、当該作業をシェル11hの開口部を介して行うことができる。更に、発熱体20及び第1保持部材(第1マット)22をシェル11hに収めた状態において電極21c及び21dと外部端子30a及び30bとを接続する際にも、当該作業をシェル11hの開口部を介して行うことができる。何れの作業においても、シェル11hの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。
加えて、上記理由により外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとを組み付ける作業スペースを確保するために電極室を大きくする必要が無く、外部端子30a及び30b並びに電極21c及び21dと電極室15hとの間における放電による電気的短絡を十分に防ぐことができる最低限の空隙を確保すればよい。前述したように、電気的絶縁を達成するための空隙を十分に確保することが困難な場合には、当該箇所に例えばガラスコーティング等の絶縁層を設けてもよい(図18に示す太い実線を参照)。
次に、実施例EHC401が備える電極について説明する。図19の(a)に示すように、実施例EHC401においても、図14に例示した第3EHC304と同様に、外部端子30a及び30bの電極21c及び21d側の端部には、板状の部材である第1中間電極31a及び31bがそれぞれ接続されている。一方、電極21c及び21dの外部端子30a及び30b側の端部には、板状の部材である第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続されている。第2中間電極32a及び32bは、中間部10hを構成するシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている電極接続面23a及び23bをそれぞれ有する(破線によって描かれた矢印を参照)。そして、第1中間電極31a及び31bが第2中間電極32a及び32bの電極接続面23a及び23bにそれぞれ接続されることにより、外部端子30a及び30bと電極21c及び21dとがそれぞれ接続されている。
また、一対の外部端子30a及び30bは、シェル11hの外周面に分割面から遠ざかる向きに突出するように組み付けられた別個の部材によって構成されたボス部18hの座面に形成された第1ケース孔13h及び14hに挿通されている。即ち、実施例EHC401においても、分割面への垂直投影において、第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していない。
以上のように、実施例EHC401においては、電極接続面23a及び23bがシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、シェル11hに他方のシェル12hを嵌合させる前にシェル11hの開口部を介して一対の外部端子30a及び30b(に接続された第1中間電極31a及び31b)と一対の電極21c及び21d(に接続された第2中間電極32a及び32b)とを電極接続面23a及び23bにて容易に接続することができる。例えば一対の外部端子30a及び30bと一対の電極21c及び21dとをレーザー溶接によって接続する場合、電極接続面23a及び23bに向けてレーザー光を容易に照射することができる。
また、分割面への垂直投影において第1ケース300hの電極収容部17hが電極収容部17h以外の部分よりも外側へ突出していないので、電気加熱式触媒装置(EHC)全体としての最外径をより小さくすることができる。従って、実施例EHC401によれば、高い生産効率にて製造することが可能であり且つよりコンパクトな電極室を有するEHCを提供することができる。
ところで、第2EHC202及び203に関する説明において前述したように、例えばレーザー溶接によって電極接続面23a及び23bに第1中間電極31a及び31bをそれぞれ接続する際には、例えば所定の治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面とを挟持する等して第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させることが望ましい。この場合、上記のような治具等を用いて第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な空間が電極室15hの内部に存在することが望ましい。
そこで、実施例EHC401においては、図19の(b)に示すように、第1中間電極31a及び第2中間電極32aが、発熱体20の中心軸AX1の方向において、電極21cに対して、片側に寄せて配置されている。図示しないが、他方の電極21dについても同様である。これにより、上記のような第1中間電極31a及び31bと電極接続面23a及び23bとを密着させる作業を行うのに十分な空間が電極室15hの内部に確保されている。
次に、実施例EHC401の集成過程について説明する。図20は、実施例EHC401の集成過程の一例を示す模式図である。図20に示す例においては、前述した第1の方法のように、一方のシェルに形成された第1ケース孔に外部端子を挿通して固定した後に外部端子と電極とを接続する。図20の(a)に示すステップ1において、側面に電極21cが設けられた円柱形の形状を有する発熱体20を用意する。次に、ステップ2において、電極21cに第2中間電極32aを接続する。図19の(a)に示したように電極21c及び第2中間電極32aは何れも薄い板状の電極であるので、図20の(b)に示すように、これらの電極をレーザー溶接によって接続することができる。他方の電極21d及び第2中間電極32bについても同様である。
次に、図示しないが、電極21c及び21dに第2中間電極32a及び32bがそれぞれ接続された状態にある発熱体20の側面に、これらの電極の近傍に対応する部位に第1マット間隙が形成された第1保持部材(第1マット)を巻回する。このようにして第1保持部材が巻回された発熱体20を、ステップ3において、第2ケース20の内部に収容する。図19の(a)に示したように、実施例EHC401においては第2中間電極32a及び32bを備える電極21c及び21dの全体が第2ケース70の内周面よりも内側に収まっている。従って、ステップ3においては、図20の(c)に示すようにサイジングによって第2ケース70の内部に発熱体20を収容することができる。
次に、図示しないが、第2ケース70の上流側の端部に第3保持部材を巻回し、第2ケース70の上流側の端部を上流部41の内部に圧入して組み付ける。一方、第2ケース70の下流側の端部には第4保持部材を巻回し、第2ケース70の下流側の端部を下流部51の内部に圧入して組み付ける。
そして、ステップ4において、上記のようにして得られた第2ケース70、上流部41及び下流部51からなる集成体をシェル11hの収容部に納める。この状態において、シェル11hの開口部は開放されており、作業の妨げとなる物品が周辺には存在しないので、作業スペースの確保が容易であり、結果として当該作業の作業性を高めることができる。また、第2中間電極32a及び32bの電極接続面はシェル11hの分割面の側(開口部側)であり且つ発熱体20の径方向における外側である側に向いている。従って、図20の(d)に示すように、シェルの開口部側からレーザー光を照射して、外部端子30aに接続された第1中間電極31aと電極21cに接続された第2中間電極32aとをレーザー溶接によって容易に接続することができる。
尚、図20の(a)に示したステップ4及び(d)においては、実施例EHC401の集成過程についての理解を容易にすることを目的として、上流部41及び下流部51等が省略されている。そこで、第2ケース70、上流部41及び下流部51からなる集成体がシェル11hの収容部に納められた状態を示す模式的な斜視図を図21の(a)に示す。更に、シェル11hと対を成すシェル12hがシェル11hに嵌合され、溶接等の方法によって固定されることにより、図21の(b)に示すように、実施例EHC401が集成される。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例並びに実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例並びに実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。例えば、これまで説明してきた実施形態及び変形例並びに実施例に対応する図面においては第1ケース孔への外部端子の挿入方向(第1ケース孔よりも外側に突出している部分の延在方向)がシェルの分割面に対して垂直である場合について描かれている。しかしながら、第1ケース孔への外部端子の挿入方向は上記に限定されず、例えばシェルの分割面に対して平行であってもよく、或いは、シェルの分割面に対して垂直な角度と平行な角度との間の中間的な角度(例えば、45°等)であってもよい。
1 電気加熱式触媒装置(従来技術)
101、102、103 電気加熱式触媒装置(第1実施形態)
201、202、203 電気加熱式触媒装置(第2実施形態)
301、302、303、304、305 電気加熱式触媒装置(第3実施形態)
401 電気加熱式触媒装置(実施例)
100a、100b、100c、300e、300f、300g、300h 第1ケース
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 中間部
11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h シェル
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h シェル
13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h 第1ケース孔
14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g、14h 第1ケース孔
15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h 電極室
16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h 収容部
17a、17b、17c、17d、17e、17f、17g、17h 電極収容部
18c、18d、18h ボス部
20 発熱体
21a、21b、21c、21d 電極
22 第1保持部材(第1マット)
22a 第1マット間隙
23a、23b 電極接続面
30a、30b 外部端子
31a、31b 第1中間電極
32a、32b 第2中間電極
33a、33b 第3中間電極
40、41、42 上流部
50、51、52 下流部
60 第2触媒担体
61 第2保持部材
70、73 第2ケース
71、74 第3保持部材(第2マット)
72、75 第4保持部材(第2マット)
80 導入管
AX1 発熱体の中心軸
AX2 一対の電極の中心軸
101、102、103 電気加熱式触媒装置(第1実施形態)
201、202、203 電気加熱式触媒装置(第2実施形態)
301、302、303、304、305 電気加熱式触媒装置(第3実施形態)
401 電気加熱式触媒装置(実施例)
100a、100b、100c、300e、300f、300g、300h 第1ケース
10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h 中間部
11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g、11h シェル
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h シェル
13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h 第1ケース孔
14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g、14h 第1ケース孔
15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h 電極室
16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h 収容部
17a、17b、17c、17d、17e、17f、17g、17h 電極収容部
18c、18d、18h ボス部
20 発熱体
21a、21b、21c、21d 電極
22 第1保持部材(第1マット)
22a 第1マット間隙
23a、23b 電極接続面
30a、30b 外部端子
31a、31b 第1中間電極
32a、32b 第2中間電極
33a、33b 第3中間電極
40、41、42 上流部
50、51、52 下流部
60 第2触媒担体
61 第2保持部材
70、73 第2ケース
71、74 第3保持部材(第2マット)
72、75 第4保持部材(第2マット)
80 導入管
AX1 発熱体の中心軸
AX2 一対の電極の中心軸
Claims (7)
- 通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体に通電可能に構成された一対の電極と、
電気絶縁材料からなる緩衝材である第1マットと、
前記発熱体、一対の前記電極及び前記第1マットを内部に収容する筒状の容器である第1ケースと、
一対の外部端子と、
を備え、
前記第1マットが前記発熱体と前記第1ケースとの間に挟持されており、
前記第1ケースには前記第1ケースの外側と内側とを連通する貫通孔である一対の第1ケース孔が形成されており、
前記第1マットの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記電気絶縁材料が存在しない間隙である第1マット間隙が形成されており、
一対の前記外部端子の各々は、一対の前記第1ケース孔にそれぞれ挿通されて、一方の端部が前記第1ケースの内部において一対の前記電極を収容する空間である電極室において一対の前記電極の各々とそれぞれ接続されており、他方の端部が前記第1ケースの外部にそれぞれ突出している、
電気加熱式触媒装置であって、
前記第1マット間隙と共に前記電極室を画定する電極収容部が前記第1ケースによって一体的に形成されており、
前記電極収容部を横断する面である分割面によって前記第1ケースが分割されてなる一対のシェルの組み合わせによって前記第1ケースが構成されている、
ことを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項1に記載された電気加熱式触媒装置であって、
前記分割面が前記発熱体の中心軸と直交する平面であることを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項1に記載された電気加熱式触媒装置であって、
前記分割面が前記発熱体の中心軸を含む平面又は前記発熱体の中心軸に平行な平面であることを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項3に記載された電気加熱式触媒装置であって、
前記分割面への垂直投影において、前記第1ケースの前記電極収容部が、前記電極収容部以外の部分よりも外側へ突出していないことを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項1乃至請求項4に記載された電気加熱式触媒装置であって、
一対の前記第1ケース孔は、一対の前記シェルの一方である第1シェルに形成されており、一対の前記シェルの他方である第2シェルには形成されておらず、
一対の前記電極の両方において、前記電極の前記外部端子と接続される面である電極接続面の法線ベクトルが、前記分割面に直交する方向において前記第1シェルの側から前記第2シェルの側へと向かう成分及び前記発熱体の径方向において外側へと向かう成分を有する、
ことを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載された電気加熱式触媒装置であって、
一対の前記外部端子の少なくとも前記第1ケース孔よりも外側に突出している部分が前記分割面に直交する方向に延在していることを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載された電気加熱式触媒装置であって、
電気絶縁材料からなる緩衝材である第2マットと、
前記発熱体及び前記第1マットを内部に収容する筒状の容器である第2ケースと、
を更に備え、
前記第1マットは、前記発熱体と前記第2ケースとの間に挟持されており、
前記第2マットは、前記第2ケースと前記第1ケースとの間に挟持されており、
前記第2マットの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記電気絶縁材料が存在しない間隙である第2マット間隙が形成されており、
前記第2ケースの少なくとも一対の前記電極に対向する領域には前記第2ケースを構成する材料が存在しない間隙である第2ケース間隙が形成されており、
前記電極室は、前記第1マット間隙、前記第2ケース間隙、前記第2マット間隙及び前記電極収容部によって画定されている、
ことを特徴とする、
電気加熱式触媒装置。
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2021
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- 2021-05-31 WO PCT/JP2021/020597 patent/WO2022009559A1/ja active Application Filing
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