蜂窝结构主体和电热催化剂装置 技术领域 本发明涉及安装至废气净化系统从而净化从内燃机发出的废气的蜂窝结构主体， 并且涉及装备有蜂窝结构主体的电热催化剂 (EHC) 装置。
背景技术 一般而言， 催化剂装置安装至废气净化系统的废气管， 从汽车的内燃机发出的废 气流过该废气管进行净化。催化剂装置能够净化废气。一般而言， 催化剂装置使用在其中 承载催化剂例如铂 (Pt)、 钯 (Pd)、 铑 (Rh) 等等的催化剂的蜂窝结构主体。
附带地， 需要在大约 400℃下加热催化剂装置中承载的催化剂从而适当地激活催 化剂。为了实现这一点， 现有一种传统技术， 即具有蜂窝结构主体的电热催化剂 (EHC) 装 置， 其中蜂窝结构主体装备有一对正电极和负电极。正电极和负电极形成于蜂窝结构主体 的外圆周表面上。 当电功率供给正电极和负电极时， 电流在蜂窝结构主体中流动， 并且热能 会生成在蜂窝结构主体中。
例如， 编号为 2010-106735 的日本专利公开特许公报中公开了一种具有圆柱形状 的蜂窝结构主体， 其外圆周表面上形成了一对正电极和负电极。当蜂窝结构主体具有圆柱 形状 ( 即时， 其垂直于蜂窝结构主体的轴向方向的横截面具有圆形 ) 时， 形成电极对的正电 极和负电极之间的距离会依照一部分电极而变化， 即不是恒定的。这种电极结构导致的问 题是在与电流流过正电极与负电极之间的端部上的短距离 ( 例如， 在正电极与负电极之间 的外部处的距离 ) 相比， 电流难以流过电极对之间的长距离 ( 例如， 在正电极与负电极之间 的中心部分处的距离 )。这会由于导致蜂窝结构主体内部不平衡的温度分布而导致蜂窝结 构主体内部的不均匀的温度分布。
为了解决上述传统问题， 在编号为 H04-67588 的日本专利公开特许公报中公开了 一种传统技术。该传统的技术提供了一种圆柱形状的蜂窝结构主体， 它具有加热器部分和 狭缝部分。狭缝部分形成于蜂窝结构主体中并且调节蜂窝结构主体中的电阻。
另外， 还有公开在编号为 H04-280086 的日本专利公开特许公报中的其它传统技 术， 它提供了一种装备有蜂窝单片加热器的蜂窝结构主体。 特别地， 垂直于蜂窝结构主体的 轴向方向的蜂窝结构主体的横截面具有正方形形状或跑道形状从而在电极对之间具有相 同的距离。
然而， 具有在编号为 H04-67588 的日本专利公开特许公报中公开的电极的蜂窝结 构主体由于具有狭缝部分从而调节电阻而具有长的电路。一旦供给电功率， 此种结构就导 致难以增高蜂窝结构主体的温度的困难。
另外， 这种传统的蜂窝结构主体因为在蜂窝结构主体中具有狭缝部分而具有降低 整体强度和净化废气能力的可能性。
因为具有编号为 H04-280086 的日本专利公开特许公报中公开的蜂窝单片加热器 的蜂窝结构主体具有正方形形状或跑道形状， 所以存在很难将它安装到汽车的废气管中的 可能性。即， 该传统蜂窝结构主体的结构在将它安装至用于汽车内燃机的废气净化系统中
的废气管时具有缺点。 发明内容 本发明的一个目的是提供一种蜂窝结构主体和装备有该蜂窝结构主体的电热催 化剂 (EHC) 装置， 它能够很容易地安装至废气净化系统中的废气管， 并且易于使温度均匀 地增大至期望的温度。
为了实现上述目的， 本示例性实施例提供了一种具有蜂窝主体和一对电极的蜂窝 结构主体。蜂窝主体具有单元格形成部分和圆柱形中空形状的外壳部分。外壳部分罩盖单 元格形成部分。电极对形成于外壳部分的外圆周表面 ( 即， 外周向表面 )， 这样电极对的电 极就沿蜂窝主体的直径方向彼此面对。即， 电极穿过蜂窝主体彼此面对。在蜂窝结构主体 中， 每个电极均具有一个基准电极部分和一个或多个外部电极部分。基准电极部分沿蜂窝 主体的圆周方向形成在电极的中心部分。外部电极部分形成在基准电极部分的两端处。电 极端子形成在每个电极的基准电极部分上。 一个电极的基准电极部分沿蜂窝主体的径向彼 此面对另一个电极的基准电极部分。 一个电极的外部电极部分沿蜂窝主体的径向一一对应 地面对另一个电极的外部电极部分。 基准电极部分的电阻率小于蜂窝结构主体的每个电极 中的每个外部电极部分的电阻率。
在具有上述改进结构的蜂窝结构主体的蜂窝主体中， 蜂窝主体中的单元格形成部 分由外壳部分罩盖。 垂直于蜂窝主体的轴向方向的蜂窝主体的横截面为圆形。 因此， 沿蜂窝 主体的径向一起面对的电极之间的距离在电极的位置处会变化。特别地， 远离每个电极的 中心部分的位置增大得越多， 电极对的电极之间的距离减小得越多。这意味着电极上远离 电极的中心部分的位置增大得越多， 电流就越容易通过蜂窝主体的内部在电极之间流动。
在蜂窝结构主体的结构中， 形成在蜂窝主体的外周向表面上的每个电极沿着圆周 方向分成多个部分， 即基准电极部分和外部电极部分。 即， 电极对中的电极的基准电极部分 形成一对。电极对中的电极的外部电极部分也形成一对。基准电极部分形成在每个电极的 中心部分处。外部电极部分形成在每个电极的基准电极部分的两端处。换句话说， 每个电 极均具有一个基准电极部分和一对或更多对形成在基准电极部分的两个端部处的外部电 极部分。 在每个电极中， 基准电极部分的电阻率小于每个外部电极部分的电阻率， 其中电极 对中的基准电极部分之间的距离长于电极对中的外部电极部分之间的距离。
如上所述， 每个电极沿着蜂窝主体的圆周方向分开， 并且每个分开的部分的电阻 率会依照电极对中的分开的部分之间的距离调节。 此种结构可以抑制电极对中的分开的部 分之间的电阻值分布偏差， 并且具有在蜂窝主体中流动的电流的均匀分布。
电极对的此种结构可以使蜂窝主体的温度均匀地增大， 即使蜂窝主体具有垂直于 蜂窝主体的轴向方向的圆形横截面。另外， 电极对的这种结构可以抑制偏离蜂窝主体内部 的均匀温度分布。 另外， 电极对的此种结构可以抑制和释放在蜂窝主体内部生成的热应力， 防止在蜂窝主体内省城裂纹， 并且防止蜂窝主体损坏和破碎。
另外， 依照示例性实施例的蜂窝结构主体中的蜂窝主体具有垂直于蜂窝主体的轴 向方向的圆形横截面。即， 蜂窝主体具有圆柱形状。该形状可以很容易地握住蜂窝结构主 体。例如， 此种结构允许具有蜂窝主体的蜂窝结构主体安装到用于例如汽车的内燃机的废 气净化系统的废气管中。
另外， 依照示例性实施例的此种结构的蜂窝结构主体可以将蜂窝结构主体存放在 废气管中， 且从外圆周朝向蜂窝结构主体内部施加均匀的应力。这可以抑制蜂窝结构主体 中由振动和应力而生成的裂纹。 因此可以很容易地将蜂窝结构主体安装至汽车的废气净化 系统。
依照本发明的其它示例性实施例， 提供了一种具有如前所述的蜂窝结构主体、 承 载在蜂窝主体中的催化剂和电力供应装置的电热催化剂 (EHC) 装置。电力供应装置向蜂窝 结构主体中的电极对供给电功率从而加热蜂窝主体。
电热催化剂 (EHC) 装置装备有如前所述的蜂窝结构主体。当向形成于蜂窝主体的 外壳部分蜂窝主体外周向表面上的电极对供给电功率时， 蜂窝主体内部的温度会均匀地增 大。这就可以使承载在蜂窝主体中的催化剂高效率地均匀地激活， 并且一旦向蜂窝主体供 给电功率， 就净化从汽车的内燃机发出的废气。
因此， 本发明的示例性实施例提供了蜂窝结构主体和电热催化剂装置。蜂窝结构 主体易于安装至废气净化系统， 并且蜂窝结构主体的温度可以均匀地升高。 附图说明
将参照附图通过实例描述本发明优选的而非限制性的实施例， 其中 ：
图 1 是显示依照本发明的第一示例性实施例的蜂窝结构主体的透视配置的视图 ；
图 2 是显示依照本发明的第一示例性实施例的蜂窝结构主体的垂直于其轴向方 向的横截面的视图 ；
图 3 是依照本发明的第一示例性实施例的绕着形成在蜂窝结构主体表面上的正 电极的部分的横截面的放大视图 ；
图 4 是显示了依照本发明的第二示例性实施例显示了垂直于轴向方向的蜂窝结 构主体的横截面的视图 ；
图 5 是显示了依照本发明的第三示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体的横截面的视图 ；
图 6 是显示了依照第三示例性实施例的蜂窝结构主体的视图， 其中， 为从在蜂窝 结构主体表面上形成的正电极进行观察所得到的 ；
图 7 是显示了依照本发明的第四示例性实施例的绕着形成在蜂窝结构主体表面 上的正电极的部分的横截面的放大视图 ；
图 8 是显示沿着显示于图 7 中的线 B-B 剖开的蜂窝结构主体的剖面视图 ；
图 9 是显示沿着显示于图 7 中的线 B-B 剖开的蜂窝结构主体的另一种结构的横截 面视图 ；
图 10 是显示了依照本发明的第五示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体的横截面的视图 ；
图 11 是显示了依照本发明的第五示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体的另一种结构的横截面的视图 ；
图 12 是显示了依照本发明的第六示例性实施例的作为试样的蜂窝主体的横截面 的视图， 其上显示了温度检测点， 并且蜂窝主体的横截面垂直于蜂窝结构主体的轴向方向 ； 以及图 13 显示了一种用于检测本发明的第六示例性实施例中的蜂窝结构主体的电阻 值的方法的视图。具体实施方式
下文中将参照附图描述本发明的各个实施例。在下面的各个实施例的说明中， 几 个图形中类似的参考符号或数字表示类似的或等效的组件部分。
第一示例性实施例
下面将参见图 1 至图 3 对装备有依照本发明的第一示例性实施例的蜂窝结构主体 的蜂窝结构主体和电热催化剂 (EHC) 装置进行说明。
图 1 是显示了依照本发明的第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 的配置的透视 图。图 2 是显示了蜂窝结构主体 1 的横截面的视图。显示于图 2 中的横截面垂直于蜂窝结 构主体 1 的轴向方向。图 3 是显示了绕着形成在图 1 所示的蜂窝结构主体表面上的正电极 3 的部分的横截面的放大视图。
如图 1、 图 2 和图 3 所示， 依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 包括蜂窝主体 2 和一对正电极 3 和负电极 4。 蜂窝主体 2 具有圆柱形的单元格形成部分 21 和外壳部分 22。单元格形成部分 21 由外壳部分 22 罩盖。正电极 3 和负电极 4 沿蜂窝主体 2 的径向在外壳部分 22 的外圆周表 面 221 上形成。正电极 3 和负电极 4 沿着蜂窝结构主体 1 的径向彼此相对布置。
正电极 3 包括基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 和 32b。基准电极部分 31 沿 圆周方向形成在正电极 3 的中心部分。外部电极部分 32a 和 32b 沿圆周方向形成在基准电 极部分 31 的两侧。
负电极 4 包括基准电极部分 41 和外部电极部分 42a 和 42b。基准电极部分 41 沿 圆周方向形成在正电极 4 的中心部分。外部电极部分 42a 和 42b 沿圆周方向形成在基准电 极部分 41 的两侧。
基准电极部分 31 和 41 彼此相对并且沿着图 1 中所示的 X 方向形成一对。 类似地， 外部电极部分 32a 和 32b 和外部电极部分 42a 和 42b 彼此相对并且沿着图 1 所示的 X 方向 形成一对。
在每个电极 3 和 4 中， 基准电极部分 31(41) 比每个外部电极部分 32a 和 32b(42a、 42b) 的电阻率要小。
现在将详细对在蜂窝结构主体 1 中的蜂窝主体 2 的外壳部分 22 上形成的正电极 3 和负电极 4 的每个基准电极部分和外部电极部分的电阻率进行说明。
如图 1 所示， 蜂窝结构主体 1 包括单元格形成部分 21 和外壳部分 22。单元格形成 部分 21 由外壳部分 22 罩盖。蜂窝结构主体 1 具有圆柱形形状并且由碳化硅 SiC 组成的多 孔陶瓷制成。
单元格形成部分 21 包括多孔隔墙 211 和单元格 212。多孔隔墙 211 布置成网格状 并且形成朝向蜂窝主体 2 的轴向方向或者纵向方向延伸的单元格 212。每个单元格由多孔 隔墙 211 围绕。
如图 1 和 2 所示， 电极对 3 和 4 形成在蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 的径向上， 以便正电极 3 和负电极 4 夹着蜂窝主体 2。每个正电极 3 和负电极 4 均具有
相同的厚度并且沿着外壳部分 22 的外圆周表面 221 沿圆周方向延伸。每个正电极 3 和负 电极 4 由 SiC-Si 合成物组成的导电陶瓷制成。在第一示例性实施例中， 每个正电极 3 和负 电极 4 均具有 0.1 毫米的厚度。
如图 2 所示， 正电极 3 包括基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 和 32b。基准电 极部分 31 沿圆周方向形成在正电极 3 的中心部分。外部电极部分 32a 和 32b 沿圆周方向 形成在基准电极部分 31 的两侧。即， 正电极 3 包括单个基准电极部分 31 和在基准电极部 分 31 的两侧上形成的两个外部电极部分 32a 和 32b。正电极端子 30 形成在基准电极部分 31 上。正电极端子 30 沿圆周方向和径向形成在基准电极部分 31 的中心部分处。
另一方面， 如图 2 所示， 负电极 4 包括基准电极部分 41 和外部电极部分 42a 和 42b。 基准电极部分 41 沿圆周方向形成在负电极 4 的中心部分。外部电极部分 42a 和 42b 沿圆 周方向形成在基准电极部分 41 的两侧。即， 负电极 4 包括单个基准电极部分 41 和在基准 电极部分 41 的两侧上形成的两个外部电极部分 42a 和 42b。负电极端子 40 形成在基准电 极部分 41 中。负电极端子 40 沿圆周方向和径向形成在基准电极部分 41 的中心部分处。
如图 2 清楚地示出， 正电极 3 的基准电极部分 41 和负电极 4 的基准电极部分 31 沿着蜂窝主体 2 的径向在面对方向 X 上形成彼此相对。基准电极部分 31 和基准电极部分 41 关于面对方向 X 对称。 另外， 正电极 3 的外部电极部分 32a 和 32b 和负电极 4 的外部电极部分 42a 和 42b 相对于正电极 3 和负电极 4 的面对方向 X 对称以作为电极对。即， 外部电极部分 32a 和 32b 和外部电极部分 42a 和 42b 在面对方向 X 上形成一对外部电极部分 32a 和 42a 以及一对外 部电极部分 32b 和 42b。
如图 3 所示， 在正电极 3 中， 基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 和 32b 彼此邻 近。即， 基准电极部分 31 的一端邻近外部电极部分 32a， 基准电极部分 31 的另一个端部邻 近外部电极部分 32b。基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 通过导电粘合剂 51 连接在一 起。基准电极部分 31 和外部电极部分 32b 通过导电粘合剂 51 连接在一起。导电粘合剂 51 由包含 SiC-Si 合成物、 碳、 粘结剂等的糊剂制成。如前所述， 正电极 3 由这种 SiC-Si 合成 物组成的导电陶瓷制成。
另外， 基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 和 32b 经过导电粘合剂 51 结合并且 固定至蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221。即， 导电粘合剂 51 涂到外圆周表面 221 上， 以便导电粘合剂 51 夹在外圆周表面 221 和基准电极部分 31 以及外部电极部分 32a 和 32b 之间。
另外， 电极端子 30 通过夹在电极端子 30 和基准电极部分 31 之间的导电粘合剂 51 粘合到基准电极部分 31。
另一方面， 在附图中省略的是， 负电极 4 与图 3 中所示的正电极 3 相同的结构。 即， 负电极 4 中， 基准电极部分 41 和外部电极部分 42a 和 42b 彼此邻近。即， 基准电极部分 41 的一端邻近外部电极部分 42a， 基准电极部分 41 的另一个端部邻近外部电极部分 42b。基 准电极部分 41 和外部电极部分 42a 通过导电粘合剂 51 连接在一起。基准电极部分 41 和 外部电极部分 42b 通过导电粘合剂 51 连接在一起。另外， 基准电极部分 41 和外部电极部 分 42a 和 42b 通过导电粘合剂 51 粘合至蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221。即， 导电粘合剂 51 涂到外圆周表面 221 上， 以便导电粘合剂 51 夹在外圆周表面 221 和基准电
极部分 41 以及外部电极部分 42a 和 42b 之间。另外， 电极端子 40 通过夹在电极端子 40 和 基准电极部分 41 之间的导电粘合剂 51 粘合至基准电极部分 41。
如图 1 和 2 所示， 在正电极 3 中， 基准电极部分 31 的电阻率比每个外部电极部分 32a 和 32b 小。外部电极部分 32a 和 32b 沿着蜂窝主体 2 上形成的外壳部分 22 的圆周方向 与基准电极部分 31 的两侧邻近。
类似地， 负电极 4 中， 基准电极部分 41 的电阻率比外部电极部分 42a 和 42b 小。 外 部电极部分 42a 和 42b 沿着蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的圆周方向与基准电极部分 41 的两 侧邻近。
在两个正电极 3 和负电极 4 中， 基准电极部分 31 和基准电极部分 41 具有相同的 电阻率。另外， 外部电极部分 32a 和 32b 和外部电极部分 42a 和 42b 具有相同的电阻率。
另外， 蜂窝主体 2 的电阻率大于基准电极部分 31、 基准电极部分 41 以及正电极 3 和负电极 4 中的外部电极部分 32a 和 32b 以及外部电极部分 42a 和 42b 中的每一个。
如图 1 所示， 形成在正电极 3 上的电极端子 30 经过电路 80 连接至外部功率源 81 的正电极， 并且形成在负电极 4 上的电极端子 40 经过电路 80 连接至外部功率源 81 的负电 极。 催化剂在蜂窝主体 2 中支撑在单元格形成部分 21 的隔墙 211 的表面上。第一示 例性实施例使用三通催化剂， 比如贵金属， 例如铂 (Pt)、 钯 (Pd)、 铑 (Rh)， 等等。
当电功率源 81 向经过电路 80 形成的电极对的正电极 3 和负电极 4 供给电功率时， 电流就在蜂窝主体 2 中流过， 由此在蜂窝主体 2 中生成热能。这将蜂窝主体 2 加温至期望 的温度。因此， 依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 可以用作电热催化剂 (EHC) 装置 8。
接下来， 将对依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 的制造方法给出说明。
首先， 制备由碳化硅 SiC 等等形成的多孔陶瓷， 和多孔陶瓷模制成期望的圆柱形 形状的蜂窝主体 2。模制电极材料层以便制造包括基准电极部分 31、 外部电极部分 32a 和 32b、 基准电极部分 41、 外部电极部分 42a 和 42b 的正电极 3 和负电极 4。电极材料薄层由 火烧的 SiC-Si 合成物制成。
接下来， 这种电极材料层通过包含 SiC-Si 合成物、 碳、 粘结剂等等的导电粘合剂 51 布置在蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 上。
导电粘合剂 51 施加在布置再蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 上的电 极材料糊剂之间， 用于将电极材料层粘结在一起。
接下来， 带有电极材料层的蜂窝主体 2 能够在预定温度 ( 大约 1600℃ ) 普通 ( 或 者大气 ) 压力下在氩气 (Ar) 气氛中燃烧。这就使得可以制造蜂窝结构主体 1 以及正电极 3 和负电极 4， 其中， 电极对正电极 3 和负电极 4 在蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 上形成。如前所述， 正电极 3 和负电极 4 包括基准电极部分 31、 外部电极部分 32a 和 32b、 基准电极部分 41、 外部电极部分 42a 和 42b。
接下来， 将对装备有依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 的电热催化剂 (EHC) 装置 8 的作用和效果进行描述。
在蜂窝结构主体 1 的蜂窝主体 2 中， 单元格形成部分 21 由圆柱形的外壳部分 22 罩 盖。垂直于蜂窝主体 2 的轴向方向的蜂窝主体 2 的横截面具有圆形。因此， 正电极 3 的一
部分和负电极 4 的一部分之间的在面对方向 X( 显示于图 1 中 ) 上的距离根据正电极 3 和 负电极 4 的一部分进行变化， 其中， 正电极 3 和负电极 4 的位置沿着圆周方向形成在蜂窝主 体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面上。特别地， 正电极 3 的外部部分和负电极 4 的外部部分 之间的距离比正电极 3 的中心部分和负电极 4 的中心部分之间的距离短。换句话说， 电极 的一部分越是远离电极的中心部分， 正电极 3 和负电极 4 之间沿面对方向 X 上的距离就减 小得越多。电极的一部分越是靠近电极的中心部分， 正电极 3 和负电极 4 之间沿面对方向 X 上的距离就增大得越多。
这意味着正电极 3 和负电极 4 之间沿面对方向 X 的距离减小得越多， 正电极 3 和 负电极 4 之间的电流就越大。另一方面， 正电极 3 和负电极 4 之间沿面对方向 X 的距离增 大得越多， 在正电极 3 和负电极 4 之间流动的电流的量值就减小得越低。即， 相比较每个电 极的中心部分而言， 电流更易于在电极的外部流动。
在依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 的蜂窝主体 2 的结构中， 在蜂窝主体 2 的外圆周表面上形成的每个正电极 3 和负电极 4 在圆周方向上被分开， 从而形成基准电极 部分 31(41) 和外部电极部分 32a 和 32b(42a 和 42b) 的组合， 其中， 基准电极部分 31(41) 在电极 3(4) 的中心部分形成， 外部电极部分 32a 和 32b 在电极 3(4) 的两侧形成。另外， 在 面对方向 X( 显示于图 1 中 ) 上具有较长距离的基准电极部分 31(41) 的电阻率比在面对方 向 X 上距离较短的外部电极部分 32a 和 32b(42a 和 42b) 的电阻率小。
如前所述， 每个正电极 3 和负电极 4 均沿圆周方向分开成基准电极部分 31(41) 和 外部电极部分 32a 和 32b(42a 和 42b)， 并且基准电极部分 31(41) 和外部电极部分 32a 和 32b(42a 和 42b) 的电阻率依照正电极 3 和负电极 4 之间的距离进行调节。蜂窝结构主体 1 的蜂窝主体 2 的此种结构可以抑制电极端子 30 和 40 之间的电阻率由于电流流过蜂窝主体 2 中的正电极 3 和负电极 4 之间的电路而发生偏离或者变化。 即， 此种结构使得在蜂窝主体 2 内部电流可以均匀地经过。因为蜂窝主体 2 的结构可以使电流均匀地经过蜂窝主体 2 内 部， 所以可以使蜂窝主体 2 的温度均匀地增大， 并且抑制蜂窝主体 2 内部的温度分布发生波 动或者变化， 即使蜂窝主体 2 具有圆形的横截面。
另外， 当供给正电极 3 和负电极 4 电功率并且蜂窝主体 2 内部的温度升高时， 蜂窝 主体 2 的此种结构蜂可以抑制并且释放蜂窝主体 2 中生成的热应力。因此可以防止蜂窝结 构主体中生成裂纹， 并且抑制蜂窝主体 2 损坏或者破碎。
蜂窝主体 2 具有垂直于蜂窝主体 2 的轴向方向的圆形横截面。另外， 蜂窝主体 2 具有圆柱形的形状。此种结构使蜂窝结构主体 1 易于把持。即， 此种结构使得易于将蜂窝 结构主体 1 安装至汽车的废气净化系统的废气管上。另外， 此种结构使得可以将蜂窝结构 主体 1 存储在废气管内， 同时从外围部向蜂窝结构主体 1 供给均匀的压力。因此可以抑制 蜂窝结构主体 1 由于振动和热应力发生损坏和破碎并且保持废气管中的蜂窝结构主体 1 有 较长寿命。
另外， 蜂窝主体 2 的电阻率大于基准电极部分 31、 41 和外部电极部分 32a、 32b、 42a 和 42b 中的每一个。这可以保证电流经过由正电极 3 和负电极 4 组成的电极对在整个蜂窝 主体 2 中均匀地流动。因此对于整个蜂窝主体 2 而言， 可以均匀地加热， 并且整个蜂窝主体 2 的温度能均匀地升高。
另外， 每个正电极 3 和负电极 4 均具有范围在 0.1 至 5 毫米内的厚度， 其中正电极3 包括基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 和 32b， 负电极 4 包括基准电极部分 41 和外部 电极部分 42a 和 42b。此种结构使得可以很容易并且正确地在蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的 外圆周表面 221 上形成正电极 3 和负电极 4。另外， 此种结构使得可以保证蜂窝结构主体 1 能够装备可以安装到汽车废气净化系统的废气管上的蜂窝主体 2。
依照第一示例性实施例的电热催化剂 (EHC) 装置 8 装备有具有如前所述结构的蜂 窝结构主体 1。这使得随着电功率源 81 将电功率供给正电极 3 和负电极 4， 整个蜂窝结构 主体 1 的蜂窝主体 2 能够均匀地加热并且整个蜂窝主体 2 的温度能够均匀地升高。可以高 效率地激活蜂窝主体 2 中承载的催化剂， 因此随着电功率一供给蜂窝主体 2 中形成的正电 极 3 和负电极 4， 就能够执行废气净化处理。
如前所述， 第一示例性实施例设置有具有蜂窝主体 2 和电热催化剂 (EHC) 装置 8 的蜂窝结构主体 1， 其中蜂窝主体 2 能够均匀地升高整个蜂窝主体 2 的温度并且易于安装至 汽车的废气净化系统。
第二示例性实施例
下面将对装备有依照参见图 4 的第二示例性实施例的另一种结构的电极的蜂窝 结构主体 1-1 进行说明。 图 4 是显示了依照本发明的第二示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体 1-1 的横截面的视图。
如图 4 所示， 在蜂窝结构主体 1-1 中， 正电极 3-1 包括基准电极部分 31、 外部电极 部分 32a 和 32b 以及最外部电极部分 32c 和 32d。负电极 4-1 包括基准电极部分 41、 外部 电极部分 42a 和 42b 和最外部电极部分 42c 和 42d。另外， 正电极 3-1 和负电极 4-1 形成 为使从基准电极部分 31(41) 检测到的外部电极部分 32a、 32b、 42a 和 42b 和最外部电极部 分 32c、 32d、 42c 和 42d 中每一个的距离越是增大， 电阻率就越是增大。即， 最外部电极部分 32c(32d， 42c 和 42d) 具有的电阻率大于外部电极部分 32a(32b、 42a 和 42b) 和基准电极部 分 31(41) 中的每一个。
特别地， 如图 4 所示正电极 3-1 包括在正电极 3-1 中心部分处形成的基准电极部 分 31、 在基准电极部分 31 两侧形成的外部电极部分 32a 和 32b 和外部电极部分 32a 和 32b 两侧形成的最外部电极部分 32c 和 32d。换句话说， 正电极 3-1 包括单个基准电极部分 31， 一对外部电极部分 32a 和 32b， 以及一对最外部电极部分 32c 和 32d。
另一方面， 类似于图 4 所示的正电极的结构部分 3， 负电极 4-1 包括在负电极 4-1 中心部分形成的基准电极部分 41、 在基准电极部分 41 两侧形成的外部电极部分 42a 和 42b 和在外部电极部分 42a 和 42b 两侧形成的最外部电极部分 42c 和 42d。 换句话说， 负电极 4-1 包括单个基准电极部分 41， 一对外部电极部分 42a 和 42b， 以及一对最外部电极部分 42c 和 42d。
当沿着面对方向 X 的方向观察时， 正电极 3-1 的基准电极部分 31 和负电极 4-1 的 基准电极部分 41 形成一对， 其中， 基准电极部分 31 和 41 在面对方向 X 上沿径向彼此面对。 另外， 当沿着面对方向 X 的方向观察时， 正电极 3-1 的外部电极部分 32a 和 32b 和负电极 4-1 的外部电极部分 42a 和 42b 形成一对， 其中， 外部电极部分 32a 和 32b 和外部电极部分 42a 和 42 在面对方向 X 上沿径向彼此面对。
在如图 4 所示的正电极 3-1 中， 外部电极部分 32a 的电阻率小于最外部电极部分
32c。另外， 外部电极部分 32b 的电阻率小于最外部电极部分 32d。
即， 正电极 3-1 的电阻率沿着圆周方向从中心部分朝向其外部部分增大。特别地， 正电极 3-1 的电阻率从基准电极部分 31 至最外部电极部分 32c 增大， 并且从基准电极部分 31 到最外部电极部分 32d 也增大。即， 最外部电极部分 32c 和 32d 具有最大的电阻率。基 准电极部分 31 具有最小的电阻率。外部电极部分 32a 和 32b 具有中等的电阻率。
另一方面， 在如图 4 所示的负电极 4-1 中， 外部电极部分 42a 的电阻率小于最外部 电极部分 42c。另外， 外部电极部分 42b 的电阻率小于最外部电极部分 42d。
即， 负电极 4-1 的电阻率沿着圆周方向从中心部分朝向其外部部分增大。特别地， 负电极 4-1 的电阻率从基准电极部分 41 至最外部电极部分 42c 增大， 从基准电极部分 41 到最外部电极部分 42d 也增大。即， 最外部电极部分 42c 和 42d 具有最大的电阻率。基准 电极部分 41 具有最小的电阻率。外部电极部分 42a 和 42b 具有中等的电阻率。
特别地， 正电极 3-1 的基准电极部分 31 和负电极 4-1 的基准电极部分 41 具有相 同的电阻率。另外， 外部电极部分 32a、 42a、 32b 和 42b 具有相同的电阻率。另外， 最外部电 极部分 32c、 42c、 32d 和 42d 具有相同的电阻率。
蜂窝主体 2 的电阻率大于基准电极部分 31、 41 和外部电极部分 32a、 32b、 42a 和 42b 中的每一个。 依照第二示例性实施例的蜂窝结构主体 1-1 的其它组件与依照第一示例性实施 例的蜂窝结构主体 1 的相同。
在依照第二示例性实施例的蜂窝结构主体 1-1 的结构中， 沿着面对方向 X 检测正 电极 3-1 和负电极 4-1 之间的距离， 其中， 正电极 3-1 和负电极 4-1 经过蜂窝主体 2 内部在 面对方向 X 上彼此面对。
在依照第二示例性实施例的蜂窝结构主体 1-1 中， 正电极 3-1 和负电极 4-1 之 间的距离从中心部分到外部部分沿着外壳部分 22 的圆周方向减小， 另一方面， 电极部分 32a-32d、 42a-42d 的电阻率却增大。这种结构可以抑制偏离在蜂窝主体 2 内部正电极 3-1 和负电极 4-1 之间流动的电流的均匀分布。即， 此种结构使电流可以在整个蜂窝主体 2 中 均匀地流动， 并且电功率一供给正电极 3-1 和负电极 4-1 之间， 蜂窝主体 2 内部的温度就可 以均匀地增大。
依照第二示例性实施例的蜂窝结构主体 1-1 的其它作用和效果与依照第一示例 性实施例的蜂窝结构主体 1 的相同。
如图 4 所示， 在依照第二示例性实施例的蜂窝结构主体 1-1 中的正电极 3-1 和负 电极 4-1 中， 外部电极部分 32a 在基准电极部分 31 的一端形成， 外部电极部分 32b 在基准 电极部分 31 的另一个端部形成。类似地， 外部电极部分 42a 在基准电极部分 41 的一端形 成， 外部电极部分 42b 在基准电极部分 41 的另一个端部形成。
然而， 本发明的概念并不限于此种结构。例如， 每个正电极 3-1 和负电极 4-1 可以 具有其中三个或者更多外部电极部分沿着蜂窝主体 2 的圆周方向分别形成在每个基准电 极部分的一个端部和另一个端部上的结构。
第三示例性实施例
下面将对装备有依照参见图 5 和 6 的第三示例性实施例的另一种结构的电极的蜂 窝结构主体 1-2 进行说明。
图 5 是显示了依照本发明的第三示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体 1-2 的横截面的视图。 图 6 是显示了依照第三示例性实施例飞蜂窝结构主体 1-2 的视图， 其中， 为从形成在蜂窝结构主体 1-2 中的蜂窝主体 2 的外圆周表面 221 上的正电极 3-2 观 察得到。
如图 5 和 6 所示， 蜂窝结构主体 1-2 具有其结构不同于蜂窝结构主体 1 的正电极 3 和负电极 4 的正电极 3-2 和负电极 4-2。
即， 如图 5 所示， 正电极 3-2 包括基准电极部分 31、 外部电极部分 32a 和 32b 和间 隙 50。间隙 50 在基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 之间。另外， 间隙 50 也在基准电极 部分 31 和外部电极部分 32b 之间形成。
类似于正电极 3-2 的结构， 负电极 4-2 包括基准电极部分 41、 外部电极部分 42a 和 42b 和间隙 50。另外， 间隙 50 也在基准电极部分 41 和外部电极部分 42a 之间形成。另外， 间隙 50 也在基准电极部分 41 和外部电极部分 42b 之间形成。
特别地， 如图 6 所示， 彼此邻近的基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 通过它们 之间形成的导电粘合剂 51 彼此粘结起来。间隙 50 在基准电极部分 31 和外部电极部分 32a 之间形成。间隙 50 不包含任意导电粘合剂 51。 类似地， 如图 6 所示， 彼此邻近的基准电极部分 31 和外部电极部分 32b 通过它们 之间形成的导电粘合剂 51 彼此粘结起来。特别地， 可以形成间隙 50 而不在基准电极部分 31 和外部电极部分 32b 之间形成粘合剂 51。间隙 50 不包含任意导电粘合剂 51。
另一方面， 如图 6 所省略的， 负电极 4 具有与正电极 3 相同的结构。即， 彼此邻近 的基准电极部分 41 外部电极部分 42a 通过它们之间形成的导电粘合剂 51 彼此粘结起来。 特别地， 间隙 50 在基准电极部分 41 和外部电极部分 42a 之间形成。间隙 50 不包含任意导 电粘合剂 51。 类似地， 彼此邻近的基准电极部分 41 和外部电极部分 42b 通过它们之间形成 的导电粘合剂 51 彼此粘结起来。特别地， 间隙 50 形成为在基准电极部分 41 和外部电极部 分 42b 之间形成的粘合剂 51。间隙 50 不包含任意导电粘合剂 51。
依照第三示例性实施例的蜂窝结构主体 1-2 的其它组件与依照第一示例性实施 例的蜂窝结构主体 1 的相同。
依照第三示例性实施例的蜂窝结构主体 1-2 的结构， 可以在当蜂窝结构主体 1-2 放入汽车废气净化系统的废气管中时抑制或者释放所施加的应力， 并且在汽车驱动时抑制 或者释放生成的振动。这就可以防止裂纹在蜂窝结构主体 1-2 中产生并且防止蜂窝结构主 体 1-2 损坏和破碎。
依照第三示例性实施例的蜂窝结构主体 1-2 的其它作用和效果与依照第一示例 性实施例的蜂窝结构主体 1 的相同。
依照第三示例性实施例的蜂窝结构主体 1-2 也可以具有如图 4 所示的电极结构。 即， 对于蜂窝结构主体 1-2 来说也可以具有如下的结构， 即， 其中， 外部电极部分 32a(42a) 和最外部电极部分 32c(42c) 在基准电极部分 31(41) 的一侧形成， 外部电极部分 32b(42b) 和最外部电极部分 32d(42d) 在基准电极部分 31(41) 的另一侧形成。在这种结构中， 间隙 50 形成在外部电极部分 32a(42a) 和最外部电极部分 32c(42c) 之间。 此种结构可以进一步 防止蜂窝结构主体中生成裂纹。
第四示例性实施例
下面将对装备有依照参见图 7、 8 和 9 的第四示例性实施例的另一种结构的电极的 蜂窝结构主体 1-3 进行说明。
图 7 是显示了依照本发明的第四示例性实施例的绕着形成在蜂窝结构主体 1-3 表 面上的正电极的部分的横截面的放大视图。图 8 是显示沿着显示于图 7 中的线 B-B 剖开的 蜂窝结构主体 1-3 的剖面视图。
如图 7 和 8 所示， 蜂窝结构主体 1-3 具有其结构不同于蜂窝结构主体 1 的正电极 3 和负电极 4 的正电极 3-3 和负电极 4-3。
即， 如图 7 和 8 所示， 正电极 3-3 包括基准电极部分 31、 外部电极部分 32a、 外部电 极部分 32b 和间隙 59。另外， 正电极 4-3 包括基准电极部分 41、 外部电极部分 42a、 外部电 极部分 42b 和间隙 59。
特别地， 如图 7 和 8 所示， 在正电极 3-3 中， 每个外部电极部分 32a 和 32b 通过导 电粘合剂 51 粘结到蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 上。特别地， 如图 8 所示， 间隙 59 不包含导电粘合剂并且形成于每个外部电极部分 32a、 32b 和蜂窝主体 2 的外壳部 分 22 的外圆周表面 221 之间。
类似于正电极 3-3， 负电极 4-3 具有与正电极 3-3 相同的结构。 因此在此省略了负 电极 4-3 的解释。即， 在负电极 4-3 中， 每个外部电极部分 42a 和 42b 通过导电粘合剂 51 粘结到蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 上。间隙 59 不包含导电粘合剂并且在 每个外部电极部分 42a、 42b 和蜂窝主体 2 的外壳部分 22 的外圆周表面 221 之间形成。
如图 8 所示， 沿着蜂窝主体 2 的轴向方向形成间隙 59 也是可以接受的。此种结构 将废气导入间隙 59。 这却具有可降低净化废气能力并且降低正电极 3-3 和负电极 4-3 与蜂 窝主体 2 之间的粘结强度的可能性。为了消除这个问题， 如图 9 所示， 可以沿着轴向方向将 间隙 59 的两个端部都涂上粘合剂 51。图 9 是显示沿着显示于图 7 中的线 B-B 剖开的蜂窝 结构主体 3-3 的另一个结构的横截面视图。
依照第四示例性实施例的蜂窝结构主体 1-3 的其它作用和效果与依照第一示例 性实施例的蜂窝结构主体 1 的相同。
间隙 59 的存在可以调节电阻值， 即， 正电极 3-3 和负电极 4-3 的外部部分 ( 例如 外部电极部分 32a、 32b、 42a 和 42b) 的电阻率。特别地， 可以增大每个正电极 3-3 和负电极 4-3 的外部部分的电阻值从而防止电流流到正电极 3-3 和负电极 4-3 的外部。这种结构可 以抑制偏离在蜂窝主体 2 内部流动的电流的均匀分布。即， 依照第四示例性实施例的蜂窝 结构主体 1-3 的结构可以增强减小偏离在蜂窝主体 2 中流动的电流的均匀分布的效果。
依照第四示例性实施例的蜂窝结构主体 1-3 的其它作用和效果与依照第一示例 性实施例的蜂窝结构主体 1 的相同。
第五示例性实施例
将参见图 10 和图 11 对具有依照第五示例性实施例的蜂窝主体 2-1 的蜂窝结构主 体 1-4 进行说明。
图 10 是显示了依照本发明的第五示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体 1-4 的横截面的视图。
如图 10 所示， 蜂窝主体 2-1 被分成多个包括基准蜂窝部分 23 和外部蜂窝部分 24a 和 24b 的蜂窝部分。 基准蜂窝部分 23 和外部蜂窝部分 24a 和 24b 通过沿着面对方向 X 的两条实线指示的两个分隔方向而获得。两个分隔方向垂直于如图 10 所示的水平方向 Y。即， 基准蜂窝部分 23 在蜂窝主体 2-1 的中心部分形成， 外部蜂窝部分 24a 和 24b 置于基准蜂窝 部分 23 两侧。外部蜂窝部分 24a 和 24b 分别邻近至基准蜂窝部分 23。另外， 基准蜂窝部 分 23 的电阻率小于每个外部蜂窝部分 24a 和 24b。另外， 如图 10 所示， 基准蜂窝部分 23 在 正电极 3 和负电极 4 中的基准电极部分 31 和 41 之间形成。正电极 3 和负电极 4 形成电极 对。外部蜂窝部分 24a 形成在外部电极部分 32a 和 42a 之间。外部蜂窝部分 24b 形成在外 部电极部分 32b 和 42b 之间。
特别地， 如图 10 所示， 蜂窝主体 2-1 包括单个基准蜂窝部分 23 和两个外部蜂窝部 分 24a 和 24b。外部蜂窝部分 24a 和 24b 分别形成在基准蜂窝部分 23 两侧形成。
特别地， 基准蜂窝部分 23 在正电极 3 和负电极 4 的基准电极部分 31 和 41 之间形 成。外部蜂窝部分 24a 形成在外部电极部分 32a 和 42a 之间。外部蜂窝部分 24b 形成在外 部电极部分 32b 和 42b 之间。
如前所述， 基准蜂窝部分 23 的电阻率小于外部蜂窝部分 24a 和 24b 中的每一个。 另外， 外部蜂窝部分 24a 和 24b 具有相同的电阻率。
依照第五示例性实施例的蜂窝结构主体 1-4 的其它组件与依照第一示例性实施 例的蜂窝结构主体 1 的相同。
如图 10 所示， 依照第五示例性实施例的蜂窝结构主体 1-4 中的蜂窝主体 2-1 的结 构除了调节每个正电极 3 和负电极 4 的电阻率之外， 还可以调节在电极对正电极 3 和负电 极 4 之间形成的蜂窝主体 2-1 的电阻率。此种结构还可以使整个蜂窝主体 2-1 的温度很容 易地并且均匀地升高。另外， 因为蜂窝主体 2-1 包括分开的蜂窝部分即包括基准蜂窝部分 23 和外部蜂窝部分 24a 和 24b， 所以可以提高整个蜂窝主体 2-1 的结构强度。
装备有依照第五示例性实施例的蜂窝主体 2-1 的蜂窝结构主体 1-4 的其它组件与 装备有依照第一示例性实施例的蜂窝结构主体 1 的相同。
如前所述， 蜂窝主体 2-1 包括沿着图 10 的两个面对方向 X 分隔的基准蜂窝部分 23 和外部蜂窝部分 24a 和 24b。然而， 本发明的概念并不限于此种结构。对于蜂窝主体 2-4 来 说， 也可以具有另一种结构。
图 11 是显示了依照本发明的第五示例性实施例的垂直于轴向方向的蜂窝结构主 体 1-4 的另一种结构的横截面的视图。如图 11 所示， 对于蜂窝主体 2-1 来说， 具有如下结 构也是可以的， 其中， 每个基准蜂窝部分 23 和外部蜂窝部分 24a 以及 24 沿着除了两个面对 方向 X 之外， 还可以沿着两个水平方向分成三个蜂窝部分。如图 11 所示的蜂窝主体 2-2 的 此种结构还可以提高整个蜂窝主体 2-2 的强度并且防止蜂窝主体 2-2 中产生裂纹。
第六示例性实施例
将依照本发明的第六示例性实施例给出说明。
第六示例性实施例检测作为蜂窝结构主体中的蜂窝主体的试样的温升能力。
第六示例性实施例制备了蜂窝结构主体的十二种试样 1 至 12。 当电功率供给试样 1 至 12 中的每一个以便检测试样中的温度分布时， 第六示例性实施例就检测试样 1 至 12。
图 12 是显示了垂直于轴向方向的蜂窝主体的横截面上的温度检测点的视图。在 检测点， 检测作为试样 1 至 12 的蜂窝结构主体的温度。
现在将对试样 1 至 12 中的每一个的结构给出说明。试样 1 具有蜂窝结构主体的传统结构， 其中， 一对电极例如正电极和负电极在蜂 窝主体的外圆周表面上形成。
另一方面， 试样 2 至 11 具有与依照第一和第四示例性实施例 ( 如图 1 至图 3 和图 7 和图 8 所示 ) 的结构蜂窝结构主体相同的结构。即， 在试样 2 至 11 中的每一个中， 具有正 电极 3 和负电极 4 的电极对在蜂窝主体外圆周表面上形成， 并且每个电极包括基准电极部 分和外部电极部分， 外部电极部分在基准电极部分的两端形成。
试样 1 至 12 中的每一个均具有由导电的碳化硅 SiC 制成的蜂窝主体。试样 1 至 12 中的每一个均具有 93 毫米的外径和 100 毫米的长度。在试样 1 至 12 中的每一个中， 单 元格的总数为每平方英寸 (cpsi)400 个单元格， 并且每个隔墙的厚度为 6mil(mil-1/1000 英寸 )。试样 1 至 12 中的每一个的蜂窝主体的电阻值为 12 欧姆。
有各种检测蜂窝结构主体中的蜂窝主体的电阻值的方法。例如， 一种传统的检测 蜂窝主体电阻值的方法是使用万用表， 等等。这种被称作万用表或者伏 - 欧表 (VOM) 的万 用表是在一个元件中组合了几种功能的电子测量装置。 典型的万用表可以包括例如测量电 压、 电流和电阻的能力。 电极通过使用具有较低电阻率的网片形状的金属、 板形金属或者 Ag 糊剂形成。当恒定电流 ( 例如 1A) 在电极之间流动时， 这种万用表就可以检测电机之间的 电压。基于检测的电压计算电阻值。通过调节蜂窝主体的尺寸和供给蜂窝主体外圆周表面 上形成的电极的电流可以获得期望的电阻值。 在第六示例性实施例中， 试样 1 至 12 中的每一个均具有相同的 78°的电极角度 α( 见图 13)。图 13 显示了一种用于检测作为依照本发明的第六示例性实施例的蜂窝结构 主体的每个试样的电阻值的方法的视图。
这个电极角度是蜂窝主体中点和每个正电极和负电极的两端之间的角度。
正电极和负电极中的每个基准电极部分和外部电极部分具有沿着蜂窝主体的圆 周方向测量为 21.1 毫米的相同的圆周长度。
特别地， 优选蜂窝结构主体中的蜂窝主体具有 78±10°的电极角度 α。
当蜂窝主体具有较大的电极角度 α， 即当蜂窝主体的电极角度 α 超过 78±10° 的范围 ( 即超过 88° ) 时， 电流就易于在正电极和负电极之间的流动， 因为电极对之间的距 离减小了。
另一方面， 当蜂窝主体具有较小的电极角度 α 时， 即， 当蜂窝主体的电极角度 α 小于 78±10° ( 即， 小于 68° ) 的范围时， 这就使正电极和负电极之间的电流很难流动， 因 为电极对之间的距离减小了。这使得电流不会在电极外部部分流动， 并且因此降低了蜂窝 主体的温度。
如图 13 所示， 电极对之间的最长距离 L1 为正电极的基准电极部分的中心部分和 负电极中的基准电极部分的中心部分之间的距离。试样 1 至 12 中的每一个均具有 93 毫米 的最长距离 L1。
另一方面， 电极对之间的最短距离为正电极中的外部电极部分的最外部部分和负 电极中的外部电极部分的最外部部分之间的距离。试样 1 至 12 中的每一个均具有 72.3 毫 米的最短路距离 L2。在试样 1 至 12 中的每一个中， (L1-L2)/L1 的值均为 0.22。
接下来， 将对蜂窝结构主体 ( 作为试样 1 至 12) 的制造方法进行说明。
第一， 蜂窝主体由导电的碳化硅 SiC 制成。
制备六种电极材料， 这些用作试样 1 至 12 中的每一个的每个正电极和负电极的基 准电极部分和外部电极部分。特别地， 预定组成比例的 ( 参见表 1) 碳化硅 SiC 粉末和碳 C 粉末进行混合。 粘结剂、 水和润滑油添加到制备的混合物中。 得到的粘土混合物被挤压并且 按照每个试样做成模制体。模制体具有圆柱形， 内径 93 毫米、 厚度 5 毫米、 长度 120 毫米。
接下来， 模制体被分割成多个具有预定长度的分开部分。冶金硅 (Si) 粉末、 水和 醇类溶剂、 用于调节粘土状态的粘结剂混合形成浆料。得到的浆料涂抹到作为试样的每 一个分开的模制体的表面上。当可见浆料涂抹到每个模制体表面上时， 第六示例性实施 例并不限制涂抹到每个模制体表面上的浆料的量。在这之后， 模制主体在 1700 ℃在氩气 气氛下燃烧超过两个小时。这就制作了作为试样的模制体， 试样具有六种电极材料″ a″ 至″ e″。
检测每个电极材料″ a″至″ e″的电阻率。表 1 显示了检测结果。
计算通过下列方法计算每个电极材料″ a″至″ e″的电阻率。
电极材料″ a ″至″ e ″的电阻值通过与如前所述相同的方法进行检测。在这 之后， 检测每个电极材料″ a″至″ e″的长度和横截面面积。最后， 每个电极材料″ a″ 至″ e″的电阻值通过下面的公式进行检测。 R ＝ ρ×(L/A)， 其中 R 是电阻值， ρ 为电阻率 (Ω· cm)， L 是长度 (cm)， 并且 A 是 2 横截面面积 (cm )。
表1
制备用于将基准电极部分以及外部电极部分粘结和固定到作为试样的蜂窝主体 上的粘剂。
特别地， 粘剂由与此前描述的电极材料″ a″至″ e″相同的材料制成。粘剂通过 混合碳化硅 SiC 粉末、 与电极材料″ a″至″ e″相同的组成比例的碳 C 粉末、 冶金硅 Si 粉 末、 调节粘土状态的粘结剂和水来制成。
当 碳 化 硅 SiC 粉 末 和 碳 C 粉 末 具 有 100 质 量 ％ 时， 添 加 具 有 (15×SiC( 质 量％ )/85)+(C( 质量％ )×2.34) 质量％的冶金硅 Si 粉末来制造粘剂。
当碳化硅 SiC 粉末、 碳 C 粉末和硅 Si 粉末的混合物具有 100 质量％时， 添加粘合 剂调节 8 质量％的粘结剂。当碳化硅 SiC 粉末、 碳 C 粉末和硅 Si 粉末的混合物具有 100 质
量％时， 添加水 45 质量％的水。另外， 甲基纤维素用作粘结剂调节粘土状态。
例如， 当使用由电极材料″ a″制成的粘合剂时， 因为碳化硅 SiC 粉末和碳 C 粉末 的组成比例为 60 质量％∶ 40 质量％， 所以使用 60g 碳化硅 SiC 粉末、 40g 碳 C 粉末、 104g 冶金硅 Si 粉末、 结合到 16g 调节粘土状态的粘结剂和 92g 的水。
在一对电极在作为每个试样的蜂窝主体的外圆周表面上形成之后， 试样就在氩气 气氛中在 1600℃下燃烧超过两个小时。
试样 1 使用电极材料″ a″。试样 2 至 12 使用电极材料″ a″作为基准电极， 电 极材料″ b″至″ f″作为外部电极部分。每个电极材料″ b″至″ f″具有大于电极材 料″ a″的电阻率。表 2 显示了试样 1 至 12 和电极材料″ a″至″ f″之间的关系。
类似于此前所述的如图 7 和 8 所示的第四示例性实施例的情形， 每个试样 7 至 12 具有在外部电极部分和蜂窝主体之间形成的间隙， 以便检测试样 1 和 3 中的间隙存在的效 果， 因为试样 2 和 3 具有比试样 2 至 6 大的横截面面积 ( 即电极材料 b 和 c 形成外部电极 部分 )。
试样 7 和 10 具有沿圆周方向为外部电极部分长度的 1/4 的间隙。
试样 8 和 11 具有沿圆周方向为外部电极部分长度的 2/4 的间隙。
试样 9 和 12 具有沿圆周方向为外部电极部分长度的 3/4 的间隙。
上述试样组 7 至 12 中的间隙的体积 ( 试样组 7 和 10， 试样组 8 和 11， 试样组 9 和 3 3 3 12) 分别具有 0.3cm 、 0.5cm 和 0.8cm 。
作为蜂窝结构主体的每个试样 1 至 12 具有厚度为 1 毫米的电极、 厚度为 0.5 毫米 的粘合剂以及直径为 12 毫米和长度为 15mm 的电极端子。在每个试样 1 至 12 中， 电极端子 由与电极材料″ a″具有相同的材料制成。电极端子在其上形成的基准电极部分由与其他 电极材料″ b″至″ f″相比具有较小电阻率的电极材料″ a″制成 ( 看表 1)。这可以防 止电极端子之间的部分局部加热。
表2
接下来， 将对具有另一种结构的作为蜂窝结构主体的试样 1 至 12 的评价方法进行说明。 首先， 该方法在试样 1 至 12 中的每一个的电极之间流动电流 1 安 (1A) 时， 使用万 用表在电极对之间的最长距离 L1 处检测电阻值 R1， 在电极对之间的最短距离 L2 处检测电 阻值 R2( 参见图 13)。
接 下 来， 该 方 法 检 测 (R1-R2)/R1 的 值。 另 外， 该方法计算通过方程式 A ＝ ((L1-L2)/L1)/((R1-R2)/R1) 表示的值。在试样 1 至 12 中的每一个中， (L1-L2)/L1 的值均 为 0.22， 如前所述。
接下来， 在电极对例如作为蜂窝结构主体的试样 1 至 12 中的每一个的正电极和负 电极之间供给 2KW 的电功率。 在过了 60 秒之后， 方法检测试样 1 至 12 中的每一个的每个检 测点 T 的温度。图 12 显示了通过参考符号″ T″表示的 17 个检测点。有各种方法检测每 个检测点″ T″的温度， 例如热电偶、 差热分析、 thermoviewerTM、 热成像、 热视频， 以便检测
试样 1 至 12 的红外线范围中的辐射。依照第六示例性实施例的方法使用 thermoviewerTM。
方法检测每个试样中的 17 个检测点 T 中的高温和低温之间的温差 ΔT， 以便评价 整个试样是否进行均匀地加热。表 3 显示了评估结果。
表3
如表 3 所示， 试样 1 具有 13.2 的值 A 和 220℃的温差 ΔT。
另一方面， 试样 2 至 12 具有在 0.1 至 10 范围内的值 A 和不大于 200℃的温差 ΔT。 在试样 2 至 12 中的每一个中， 每个电极包括具有不同的电极电阻率的基准电极部分和外部 电极部分。特别地， 试样 4、 5、 10 和 11 具有改进的更优的机构， 其中值 A 在 0.8 至 1.2 的范 围内， 温差 ΔT 不大于 100℃。
值 A 比 1 减小得越多， 外部电极部分的外部的电阻值就增大得越多， 这样电流就很 难在试样内部流动。这就增大了温差 ΔT。
如表 3 所示， 因为每个试样 7 至 9 在外部电极部分和蜂窝主体表面之间具有间隙， 因此试样 7 至 9 中的每一个均具有比没有间隙的试样 1 的值 A 和温差 ΔT 要小的值 A 和温 差 ΔT。
类似地， 因为试样 10 至 12 在外部电极部分和蜂窝主体之间具有间隙， 因此当与没 有间隙的试样 1 比较时， 每个试样 10 至 12 具有较小的值 A 和温差 ΔT。
依照此前描述的实验结果， 在装备有蜂窝主体的蜂窝结构主体中， 每个正电极和 负电极包括多个部分。每个电极的部分沿蜂窝主体的圆周方向分隔成电极部分。每个分开 的电极部分的电阻率依照正电极和负电极之间的距离进行调节， 可以通过电流经过的电路 抑制电极对之间的电阻值产生偏差并且使整个蜂窝主体中电流均匀流动。
( 本发明的其它特征 )
在依照示例性实施例的蜂窝主体中， 单元格形成部分包括多孔隔墙和多个单元 格。每个单元格由隔墙围绕着。每个单元格沿着蜂窝主体的轴向方向延伸。
当蜂窝结构主体被用于电热催化剂 (EHC) 装置时， 单元格形成部分的隔墙可以承
载三效催化剂例如铂 (Pt)、 钯 (Pd) 和铑 (Rh) 等等。
优选外部电极部分在沿着蜂窝主体的圆周方向上形成电极对的每个电极的基准 电极部分的两端形成。优选每个外部电极部分的电阻率从基准电极部分朝向外部方向增 大。
在电极对的这种结构中， 电极对的部分之间的距离减小得越多， 外部电极部分的 电阻率就增大得越多。这种结构可以抑制在蜂窝主体中流动的电流的均匀分布， 并且允许 电流在蜂窝主体中均匀流动。因此可以使整个蜂窝主体的温度均匀地升高。
在蜂窝主体中， 优选在蜂窝主体表面上形成的电极具有在 0.1 至 10 的范围内的值 A。值 A ＝ ((L1-L2)/L1)/((R1-R2)/R1)， L1 是在电极彼此面对的面对方向上的最长距离， L2 是最短距离。R1 是电极之间的最长距离 L1 处的电阻值。R2 是电极之间的最短距离 L2 处的电阻值。
蜂窝主体的此种结构可以抑制偏离在蜂窝主体中流动的电流的均匀分布， 使蜂窝 主体中的电流均匀流动， 并且使整个蜂窝主体的温度均匀地升高。
优选蜂窝主体上形成的每个电极具有 0.8 至 1.2 范围内的值 A。
此种结构可以抑制偏离在蜂窝主体内部流动的电流的均匀分布， 并且使蜂窝主体 内部的电流均匀流动。因此可以使整个蜂窝主体的温度均匀地升高。
现在将对与图 1、 2、 3 所示的具有相同机构的蜂窝结构主体的值 A 进行说明。
如图 13 所示， 电极对之间的最长距离 L1 为电极对中正电极 3 的基准电极部分 31 的中心部分和负电极 4 中的基准电极部分 41 的中心部分之间的距离。另一方面， 电极对之 间的最短距离 L2 为正电极 3 中的外部电极部分 32a(32b) 的最外部电极部分和负电极 4 中 的外部电极部分 42a(42b) 的最外部电极部分之间的距离。
接下来， 检测电极对之间的最长距离 L1 处的电阻值 R1。另外， 检测电极对之间的 最短距离 L2 处的电阻值 R2。1 安 (1A) 电流在电极 3 和 4 的电极端子 30 和 40 之间流动。 万用表 8 的测试端 81
接 下 来， 该 方 法 检 测 (R1-R2)/R1 的 值。 并 且， 该方法计算通过方程式 A ＝ ((L1-L2)/L1)/((R1-R2)/R1) 表示的值 A。在试样 1 至 12 中的每一个中， (L1-L2)/L1 的值 为 0.22， 如前所述。
当正电极 3 和负电极 4 的电极端子 30 和 40 之间流过 1A 的电流时， 万用表 800 的 测试端 810 连接至正电极 3 和负电极 4( 包括如图 3 所示的基准电极部分和外部电极部分 ) 从而检测电极 3 和 4 之间的电压。电阻值 R1 和 R2 基于检测的电压进行计算。当得到电阻 值 R1 时， 万用表 800 的测试端 810 的接触位置通过参考符号 M11 和 M12 指示， 并且当得到 电阻值 R2 时， 通过参考符号 M21 和 M22 指示。
一般而言， 当电阻率和剖面面积恒定时， 电阻值与电极之间的距离成比例。基本 上， 蜂窝主体 2 可以具有恒定的电阻率和剖面面积， 电阻值 R1 和 R2 分别与距离 L1 和 L2 成 比例。当电阻值 R1 和 R2 与距离 L1 和 L2 成比例时， 并且相同的电流流过电极 3 和 4 的中 心部分和外部部分时 ( 按照理想状态 )， 整个蜂窝主体 2 的温度就可以均匀地升高。 在理想 状态下， A ＝ ((L1-L2)/L1)/((R1-R2)/R1) 的值为 1。
然而， 在电极 3 和 4 的中心部分中流动的电流通常不等于它们的外部部分的电流。 当这些电流值之差增大得越多时， 值 A 与 1 越是不同。特别地， 那当电流在外部部分而不是在正电极 3 和负电极 4 之间的中心部分更易 于流动中时， 并且当每个电极 3 和 4 的电阻值较小时， 电阻值 R1 和 R2 之差就较小， 并且值 A 大于值 1。
另一方面， 当电流在中心部分而不是在正电极 3 和负电极 4 之间的外部部分中更 易于流动时， 并且当每个电极 3 和 4 的电阻值较较大时， 电阻值 R1 和 R2 之差就较大， 并且 值 A 小于值 1。
当调节每个电极 3 和 4( 包含基准电极部分 31、 41 和外部电极部分 32a、 32b、 42a 和 42b) 的电阻率使值 A 更接近 1 时， 可以抑制偏离在蜂窝主体内部流动的电流的均匀分布， 使 蜂窝主体中的电流均匀地流动， 并且使整个蜂窝主体的温度均匀地升高。即使蜂窝主体 2 具有不同的尺寸， 整个蜂窝主体的电流也可以通过调节值 A 在预定的 0.8 至 1.2 范围内而 均匀地流动。
优选蜂窝主体的电阻率大于每个基准电极部分和外部电极部分的电阻率。 在这种 结构中， 因为电流在整个电极 3 和 4 中流动， 因此可以保证电流在整个电极对中流动， 并且 整个蜂窝主体的温度均匀地升高。
例如， 当电阻率大于蜂窝主体的外部电极部分在蜂窝主体表面上形成时， 电流就 很容易在蜂窝主体中而不是外部电极部分中流动。 这会导致电流很难在电极对之间的整个 部分中流动。这会导致偏离蜂窝主体中温度的均匀分布， 并且难于使整个蜂窝主体的温度 均匀地升高。
优选蜂窝主体沿着电极面对彼此的面对方向和垂直于面对方向的方向分成多个 蜂窝部分。蜂窝主体的分开的蜂窝部分包括基准蜂窝部分和多个外部蜂窝部分。外部蜂窝 部分布置在基准蜂窝部分的每个端部处。 基准蜂窝部分的电阻率小于每个外部蜂窝部分的 电阻率。基准蜂窝部分布置在电极对的基准电极部分之间的区域的至少一部分处。外部蜂 窝部分布置在电极对的外部电极部分之间的至少一部分中。
蜂窝主体的此种结构除了调节形成电极对的每个部分的电阻率之外还可以调节 形成蜂窝主体的每个部分的电阻率。因此可以均匀地升高整个蜂窝主体的温度。
在形成电极对的每个正电极和负电极中， 当多个外部电极部分形成在基准电极部 分的两端处时， 蜂窝主体分成基准蜂窝部分和多个外部蜂窝部分， 并且外部蜂窝部分布置 在基准蜂窝部分的两个端部处， 并且外部蜂窝部分的电阻率朝外部增大， 类似于电极对的 部分。 可以接受的是将每个外部蜂窝部分置于沿其中外部电极面对彼此的面对方向布置的 至少一对外部电极部分之间。
优选每个电极均具有在 0.1 到 5 毫米的范围内的厚度。
电极的此种结构情形可以保证在蜂窝主体的外圆周表面上形成每个电极， 并且适 当地保证将蜂窝结构主体安装到内燃机的废气净化系统上。
例如， 当每个电极的厚度小于 0.1 毫米时， 就存在很难在蜂窝主体的外壳部分的 外圆周表面上形成每个电极的可能性。
另一方面， 当每个电极的厚度大于 5 毫米时， 就存在难以将具有蜂窝主体的蜂窝 结构主体安装到用于内燃机的废气净化系统的废气管中的可能性， 因为此种结构使之难以 从废气净化系统的废气管的外圆周使用均匀的力支撑蜂窝结构主体。
因此， 除了考虑到很容易地在蜂窝主体的外壳部分的外圆周表面上形成电极之外， 考虑到将它安装到废气净化系统上， 优选每个电极具有在 0.1 到 5 毫米的范围内的均匀 厚度。
优选每个电极均在基准电极部分和沿蜂窝主体的圆周方向邻近基准电极部分的 端部放置的外部电极部分之间具有间隙。
在蜂窝结构主体存储在废气净化系统的废气管中并且当汽车驾驶时生成振动和 热应力时， 此种结构可以抑制和释放所生成的机械应力。这还可以防止在蜂窝结构主体的 电极中生成裂纹。
可以接受的是还在沿蜂窝主体的圆周方向在邻近基准电极部分的每个端部处形 成的外部电极部分之间形成间隙。 这还可以防止在蜂窝结构主体的正电极和负电极中生成 裂纹。
可以具有其中在外部电极部分和蜂窝主体之间形成间隙的结构。
具有间隙的此种结构可以调节每个外部电极部分的电阻值。特别地， 此种结构可 以减小在外部电极部分中流动的电流的量值， 因为此种结构可以调节每个外部电极部分的 电阻值。因此还可以抑制偏离在蜂窝主体内部流动的电流的均匀分布。
例如， 作为电极材料， 可以使用包含碳化硅 SiC 或 SiC-Si( 其中冶金硅 (Si) 渗入 SiC 中 ) 的陶瓷、 金属例如 Cr、 Fe、 Ni、 Mo、 Mn、 Si、 Ti、 Nb、 Al 或其金属合金。 因为在上述金属用作电极材料时电极的电阻率非常低， 所以与上述陶瓷用作电极 材料时调节形成每个电极的基准电极和外部电极部分相比， 通常很难调节它们的每一个的 电阻率。因此优选使用上述陶瓷作为电极材料。
存在多种调节形成电极对的每个正电极和负电极中的基准电极部分和外部电极 部分的电阻率的方法。 例如， 方法之一是调节基准电极部分和外部蜂窝部分的组成比、 密度 等等。
例如， 存在一种控制包含在电极的电极材料中的杂质等等的数量从而调节形成电 极的每个电极部分的电阻率的方法。
特别地， 当碳化硅 SiC 用作电极材料时， 该方法调节碳化硅 SiC 的固溶体中的杂质 例如 N、 B、 Al 等等的数量从而调节形成每个电极的每个部分的电阻率。
当 SiC-Si 用作电极材料时， 该方法调节 SiC-Si 中作为杂质的冶金硅 (Si) 的数量 从而调节形成每个电极的每个电极部分的电阻率。
还可以组合上述方法从而调节形成每个电极的每个电极部分的电阻率。
存在一种调节电极材料的密度从而调节形成每个电极的每个电极部分的电阻率。 例如， 该方法调节包含电极材料的有机材料的数量。
特别地， 向电极材料中添加有机材料 ( 例如树脂 )， 并且通过点燃电极材料除去树 脂。电极的最终密度 ( 孔隙率 ) 通过改变树脂的数量调节从而调节形成电极的电极部分 ( 例如基准电极部分和外部电极部分 ) 的电阻率。
存在多种调节形成蜂窝主体的基准蜂窝部分和外部蜂窝部分的电阻率的方法。 方 法之一是调节形成蜂窝主体的基准蜂窝部分和外部蜂窝部分的组成比、 密度等等。
例如， 存在一种控制包含在蜂窝主体的材料中的杂质等等的数量从而调节形成蜂 窝主体的每个蜂窝部分的电阻率的方法。
特别地， 当碳化硅 SiC 用作蜂窝材料时， 该方法调节碳化硅 SiC 的固溶体中的杂质
例如 N、 B、 Al 等等的数量从而调节形成蜂窝主体的每个蜂窝部分的电阻率。
当 SiC-Si 用作蜂窝材料时， 该方法调节 SiC-Si 中作为杂质的冶金硅 (Si) 的数量 从而调节形成蜂窝主体的每个蜂窝部分的电阻率。
还可以组合上述方法从而调节形成蜂窝主体的每个蜂窝部分的电阻率。
存在一种调节蜂窝材料的密度从而调节形成蜂窝主体的每个蜂窝部分的电阻率。 例如， 该方法调节包含蜂窝材料的有机材料的数量。
特别地， 向蜂窝材料中添加有机材料 ( 例如树脂 )， 并且通过点燃蜂窝材料除去树 脂。蜂窝主体的最终密度 ( 孔隙率 ) 通过改变树脂的数量调节从而调节形成蜂窝主体的蜂 窝部分 ( 例如基准蜂窝部分和外部蜂窝部分 ) 的电阻率。
尽管已经描述了本发明的特定实施例， 但是对于本领域的技术人员而言， 显而易 见， 可以在本公开的整体教导下发展出对那些细节的各种变体和替换物。 因此， 所公开的特 定配置仅仅为示意性的并且并不限于本发明的范围， 而本发明的范围被给与下列权利要求 和其全部等效物的全部宽度。