特許 7601935 電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイス

(51)【国際特許分類】

   B01J 37/00 20060101AFI20241210BHJP

   B01J 35/50 20240101ALI20241210BHJP

   B01J 35/57 20240101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

B01J37/00 Z

B01J35/50 311

B01J35/57 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023061906

(22)【出願日】2023-04-06

(65)【公開番号】P2023165618

(43)【公開日】2023-11-16

【審査請求日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】10 2022 111 170.9

(32)【優先日】2022-05-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510238096

【氏名又は名称】ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄｒ． Ｉｎｇ． ｈ．ｃ． Ｆ． Ｐｏｒｓｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

【住所又は居所原語表記】Ｐｏｒｓｃｈｅｐｌａｔｚ １， Ｄ－７０４３５ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100202647

【弁理士】

【氏名又は名称】寺町 健司

(72)【発明者】

【氏名】ウリ， ゾファン

【審査官】安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１５２４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７９６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０８６８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０６７６０９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ ２１／００－３８／７４

Ｂ０１Ｄ ５３／８６－５３／９０，５３／９４－５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼エンジンの排気後処理デバイスで使用するための電気加熱要素（１）の触媒被膜（２）の部分的な脱膜のための方法であって、
前記電気加熱要素（１）は、実質的に円筒形の形状を有すると共に、実質的に円形の形状を有する第１の端部面（１０）及び第２の端部面（１１）を有し、
－前記触媒被膜（２）で被覆された前記電気加熱要素（１）を提供するステップと、
－前記加熱要素（１）を、第１の保持要素（１０１）と第２の保持要素（１０２）との間に位置付け、前記第１の端部面（１０）が、前記第１の保持要素（１０１）に面し、前記第２の端部面（１１）が、前記第２の保持要素（１０２）に面し、前記２つの保持要素（１０１、１０２）によって前記加熱要素（１）を固定するステップであって、前記保持要素（１０１、１０２）が前記２つの端部面（１０、１１）を覆うことで、脱膜されるべき外側領域（２０、２１、２２）のみが覆われないままである、ステップと、
－前記２つの保持要素（１０１、１０２）及び前記２つの保持要素の間に位置付けられた前記加熱要素（１）を、回転軸（１０５）を中心に回転させ、脱膜されるべき前記外側領域（２０、２１、２２）に脱膜媒体を適用するステップと、
－前記脱膜媒体の前記適用及び前記加熱要素（１）の回転を停止し、前記触媒被膜（２）が、前記外側領域（２０、２１、２２）で脱膜されたときに、前記加熱要素（１）を解放するステップと、を含む、方法。

【請求項2】

前記保持要素（１０１、１０２）が、前記保持要素の間に位置付けられた前記加熱要素（１）に向かって移動することによって前記加熱要素（１）を固定し、定義された力（Ｆ）によって中央中心に前記加熱要素（１）を固定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記脱膜媒体が、脱膜されるべき前記外側領域（２０、２１、２２）にジェットノズル（１０４）によって適用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記ジェットノズル（１０４）が、前記２つの保持要素（１０１、１０２）の前記回転軸（１０５）に直交して延在する旋回軸の周りで、定義された旋回範囲で移動されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

ドライアイスが、前記脱膜媒体として使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記方法が、部分的に自動化又は完全自動化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法を実行するためのデバイス（１００）であって、
－第１の保持要素（１０１）及び第２の保持要素（１０２）であって、その間に、前記加熱要素（１）が配置可能であり、前記保持要素（１０１、１０２）が、前記保持要素（１０１、１０２）の間に、位置付けられる前記加熱要素（１）を固定し、前記加熱要素（１）の２つの対向する端部面（１０、１１）を覆うことで、脱膜されるべき外側領域（２０、２１、２２）のみが覆われないままである、第１の保持要素及び第２の保持要素と、
－前記２つの保持要素（１０１、１０２）と、回転軸（１０５）の周りで前記２つの保持要素（１０１、１０２）によって固定された前記加熱要素（１）との共通回転運動を駆動するように適合された駆動デバイス（１０３）と、
－前記加熱要素（１）に脱膜媒体を適用するための手段と、を備える、デバイス。

【請求項8】

前記加熱要素（１）に脱膜媒体を適用するための前記手段が、脱膜されるべき前記外側領域（２０、２１、２２）に、脱膜媒体として、ドライアイスを適用するように適合されることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス（１００）。

【請求項9】

前記加熱要素（１）に脱膜媒体を適用するための前記手段が、ジェットノズル（１０４）を備えることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス（１００）。

【請求項10】

前記ジェットノズル（１０４）が、前記２つの保持要素（１０１、１０２）の回転軸（１０５）に直交して延在する旋回軸の周りで、定義された旋回範囲で移動可能であるように適合されることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼エンジンを装備した自動車では、排気ガスの後処理は、法的に義務付けられた排気ガス基準に準拠するために必要である。触媒コンバータ及び粒子フィルタなどの排気ガスの後処理のために提供される排気ガス後処理デバイスの構成要素は、エンジンのコールドスタートの後に、可能な限り速やかに、いわゆる「着火」温度（＝排気後処理デバイスの構成要素の「始動」温度）に到達し、排出量の多い排気ガスの効果的な後処理が行われるべきである。

【0003】

燃焼エンジンのコールドスタート後、特に少なくとも１つの触媒変換器及び少なくとも１つの粒子フィルタで、排気後処理デバイスの構成要素の最速の可能な加熱をもたらすために、排気流れの方向に配置された１つ以上の電気加熱要素を、排気後処理構成要素の上流に配置することができる。これらの電気加熱要素は、電気エネルギーから変換された熱エネルギーを排気流に伝達することができ、それによって下流の排気処理後構成要素を加熱する。

【0004】

代替的に、電気加熱要素自体に、セラミック材料から作製された触媒被膜を提供することができる。この触媒被膜は、電気加熱要素を、排気後処理デバイスの加熱触媒コンバータなどの動作中に自己加熱排気後処理構成要素にする。

【0005】

加熱要素を囲む金属ハウジング、特にシート金属ハウジングに触媒被膜を有する電気加熱要素を収容するために、セラミック触媒被膜を含まない対応する接触面が必要とされる。例えば、これらの接触面は、電気加熱要素が、ハウジング内のその「浮動」ベアリング内の加熱中に、応力なしに膨張することを可能にする。しかしながら、被膜残渣がこれらの接触位置に存在する場合、それらは、加熱要素が特定の状況下で金属ハウジング内の遮られた熱膨張によって詰まり得るように、定義されていない様式で、「浮動」ベアリングの摩擦を増加させる。最悪のシナリオでは、これは、電気的ショート回路につながり、これが破壊されて、したがって、電気加熱要素を使用不可にする。

【0006】

したがって、一般に、電気加熱要素の製造プロセス中に既に触媒被膜から除外される領域を適切にマスクして、これらの領域が被膜プロセス中に全く被覆されないようにする試みがなされる。しかしながら、これは、被覆される構成要素の幾何学的形状によっては、常に可能というわけではない。特にマスキングの縁部領域では、例えば、静止液被膜材料はまた、そこに位置する流体流れチャネル又は流体流れセルに進入し、これは、マスキングによって部分的にのみ覆われ得る。例えば、加熱要素の曲がりくねったスリット又は他のマスク不良な形状がマスキング縁部に沿って存在する場合、そこに位置する依然として液体の被膜材料は、マスキングの下に浸透する。

【0007】

被膜の乾燥後、マスキング下で浸透した触媒被膜材料は、研削デバイス又はワイヤブラシを使用して、非常に精緻に機械的に除去されなければならない。経済的見地から、この場合、被膜は、電気加熱要素の容易にアクセス可能な領域でのみ完全に脱膜することができる。被膜の大部分は、加熱要素のあまり容易にアクセスできない領域において構成要素上に留まっている。これは、触媒被膜が導電性であり、許容できない被膜が電気接点と電気加熱要素の加熱領域との間の電気的ショート回路をもたらし得るという点で、排気後処理デバイスで使用される電気加熱要素において不利である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、電気加熱要素の触媒被膜を脱膜するための方法及びデバイスを提供することであり、加熱要素の特定の領域に必要とされない被膜は、特に単純かつ効果的な方法で脱膜することができる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この作業の解決策は、請求項１に記載の特徴を有する電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法を提供する。デバイスに関して、この目的は、請求項７に記載の特徴を有する電気加熱要素の触媒被膜を部分的に脱膜するためのデバイスによって達成される。下位請求項は、本発明の有利な更なる開発に関する。

【0010】

電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための本発明の方法は、
－触媒被膜で被覆された電気加熱要素を提供するステップと、
－加熱要素を第１の保持要素と第２の保持要素との間に位置付けることによって、加熱要素の第１の端部面が、第１の保持要素に面し、加熱要素の第２の端部面が、第２の保持要素に面し、２つの保持要素によって加熱要素を固定するステップであって、保持要素が、２つの端部面を覆うことで、脱膜される外側領域のみが覆われないままである、ステップと、
－２つの保持要素及び２つの保持要素の間に位置付けられた加熱要素を第１の回転軸を中心に回転させ、脱膜される領域に脱膜媒体を適用するステップと、
－脱膜媒体の適用及び加熱要素の回転を停止し、被膜が脱膜される領域で除去されたときに、加熱要素を解放するステップと、を含む。

【0011】

本発明の方法は、電気加熱要素の２つの対向する端部の外縁領域それぞれに位置する、脱膜される領域の電気加熱要素の触媒被膜の直接的な部分的除去を可能にする。

【0012】

加熱要素を固定するために、好ましい実施形態は、保持要素が、それらの間に位置付けられた加熱要素に向かって移動し、定義された力によって中央中心に位置する加熱要素を固定することを提案する。特に、これは、定義された力を有する２つの保持要素間の電気加熱要素のクランプ作動式、中央中心固定を可能にし、この固定は、追加のツールなしで有利に達成され得る。

【0013】

１つの実施形態は、ジェットノズルによって脱膜される加熱要素の領域に脱膜媒体が適用される能力を提供する。特に、このようなジェットノズルは、脱膜される電気加熱要素の領域に被膜を正確に除去する能力を生じさせる。

【0014】

好ましい実施形態は、ジェットノズルが、２つの保持要素の回転の共通軸に直交して延在する旋回軸の周りで、定義された旋回範囲で移動されることを提供することができる。これにより、脱膜される加熱要素の領域における触媒被膜の均等な除去を達成することができる。

【0015】

特に好ましい実施形態は、ドライアイスが、脱膜媒体として使用されることを提案する。固体二酸化炭素（短くは、ＣＯ_２）であるドライアイスの使用は、脱膜される電気加熱要素の領域における被膜の局所的な除去が、したがって、研磨的に、及び熱衝撃脆化によって、すなわち、被膜と加熱要素との間の熱応力によって、両方起こることができるため、特に有利である。脱膜操作の後、ドライアイスは、昇華によって、固体からガス相状態に直接変化し、それゆえ、これら２つの相の間の液体相状態を採らないことから、脱膜媒体としてのドライアイスの使用は、脱膜される領域の加熱要素によって除去される被膜が不純物を含まないという利点を更に有する。

【0016】

好ましくは、本方法は、特に有利な実施形態では、部分的に自動化することができるか、又は完全に自動化することができる。

【0017】

電気加熱要素の領域における触媒被膜を脱膜するための、特に請求項１～６のいずれかに記載の方法を実施するための、本発明によるデバイスは、
－第１の保持要素及び第２の保持要素であって、その間に、加熱要素が配置可能であり、保持要素が、保持要素の間に、位置付けられる加熱要素を固定し、加熱要素の２つの対向する端部面を覆うことで、脱膜される外側領域のみが覆われないままである、第１の保持要素及び第２の保持要素と、
－２つの保持要素と、回転軸の周りで２つの保持要素によって固定された加熱要素との共通回転運動を駆動するように適合された駆動デバイスと、
－加熱要素に脱膜媒体を適用するための手段と、を備える。

【0018】

本発明の方法は、電気加熱要素の２つの対向する端部の外縁領域それぞれに位置する、脱膜される領域の電気加熱要素の触媒被膜の直接的な部分的除去を可能にする。デバイスは、特に、部分的に自動化されて動作するように適合することができるか、又は特に有利な実施形態では、完全に自動化されて動作することができる。

【0019】

１つの実施形態は、脱膜媒体を加熱要素に適用するための手段が、脱膜される領域に脱膜媒体としてドライアイスを適用するように適合されることを提案している。ドライアイスを脱膜媒体として使用する利点は、既に上で説明されている。

【0020】

１つの実施形態は、脱膜媒体を加熱要素に適用するための手段がジェットノズルを含む能力を提供する。特に、このジェットノズルは、脱膜される電気加熱要素の領域に被膜を正確に除去する能力を生じさせる。

【0021】

好ましい実施形態は、ジェットノズルが、２つの保持要素の共通回転軸に直交して延在する回転軸の周りで、定義された回転範囲で移動可能であるように、ジェットノズルが適合されることを提案する。結果として、電気加熱要素の領域で触媒被膜を除去して、最小の領域までも高精度で脱膜させることができる。

【0022】

本発明の更なる特徴及び利点は、添付された図を参照して好ましい実施形態の例の以下の説明から明らかになる。これらは、以下に示される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1a】平面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図1b】平面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図1c】平面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図1d】平面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図2a】図１ａに対して９０°回転した側面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図2b】図１ｂに対して９０°回転した側面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図2c】図１ｃに対して９０°回転した側面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【図2d】図１ｄに対して９０°回転した側面図における電気加熱要素の触媒被膜の部分的な脱膜のための方法及びデバイスの概略的に非常に簡略化された図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１ａ及び２ａを参照すると、燃焼エンジンの排気後処理デバイスで使用するために提供される電気加熱要素１が、第１の方法ステップＳ１に提供される。この電気加熱要素１は、実質的に円筒形の形状であり、セラミック触媒被膜２を含む。図１ａは、触媒被膜２を有する電気加熱要素１を平面図で示しており、作動中に内燃エンジンの高温排気ガスが流れる個々の流体流路又は流体フローセルが正方形の形状にされている。図２ａは、図１に対して９０°回転した側面図における電気加熱要素１を示す。

【0025】

加熱要素１を囲む金属ハウジング、特にシート金属ハウジングにこの電気加熱要素１を収容するために、セラミック触媒被膜２を含まない対応する接触面が必要である。例えば、これらの接触面は、電気加熱要素１が、その「浮動」ベアリング内の加熱中に、応力のない膨張を可能にする。しかしながら、被膜残渣がこれらの接触位置に存在する場合、それらは、加熱要素１が特定の状況下で金属ハウジング内の遮られた熱膨張によって詰まり得るように、定義されていない様式で、「浮動」ベアリングの摩擦を増加させる。最悪のシナリオでは、これは、電気的ショート回路につながり、これが破壊されて、したがって、電気加熱要素１を使用不可にする。

【0026】

電気加熱要素１のこの触媒被膜２は、電気加熱要素１の部分的な脱膜が発生するように、この目的のために提供及び適合されるデバイス１００によって、以下に記載される方法で部分的に除去される。

【0027】

電気加熱要素１の触媒被膜２の部分的な除去（脱膜）のためのデバイス１００は、第１の保持要素１０１及び第２の保持要素１０２を備え、その間に、加熱要素１が第２の方法ステップＳ２（図１ｂ及び２ｂ）に位置付けられて、これにより、加熱要素１の第１の端部面１０が、第１の保持要素１０１に面し、加熱要素１の第２の端部面１１が、第２の保持要素１０２に面する。加熱要素１の２つの端部面１０、１１は、実質的に円形の形状を有する。保持要素１０１、１０２は、脱膜される外側領域２０、２１、２２のみが覆われないままであるように、加熱要素１の２つの端部面１０、１１のうちの１つを覆うように適合される。したがって、脱膜される領域２０、２１、２２は、加熱要素１の２つの端部面１０、１１の外縁に位置する。保持要素１０１、１０２は、それらの間に位置付けられた加熱要素１に向かって移動され、定義された力Ｆによって中央中心に位置付けられる加熱要素１を固定する。したがって、加熱要素１は、円形のクランプ表面を有する２つの保持要素１０１、１０２間のクランピングによって固定される。加熱要素１の端部面１０、１１上に保持される電気加熱要素１の触媒被膜２の領域は、それぞれ保持要素１０１、１０２の下に保護される。

【0028】

方法ステップＳ３（図１ｃ及び２ｃ）では、デバイス１００は、２つの保持要素１０１、１０２の共通回転運動を駆動するように適合された駆動デバイス１０３、及びそれゆえ、２つの保持要素１０１、１０２によって固定され、後者の間に位置付けられる加熱要素１の回転運動を更に含む。回転軸１０５は、加熱要素１の端部面１０、１１に直交して延在する。

【0029】

デバイス１００はまた、その回転運動中に電気加熱要素１に脱膜される領域２０、２１、２２の被膜２を除去するための脱膜媒体を適用するよう適合されたジェットノズル１０４を備える。特に図２ｃで分かるように、ジェットノズル１０４は、２つの保持要素１０１、１０２の共通回転軸１０５に直交して延在する旋回軸の周りの第１の位置から第２の位置（及びその逆）まで、ある旋回範囲で移動することができる。

【0030】

ジェットノズル１０４は、定義された移動経路の加熱要素１に向けられ、脱膜媒体を適用することによって被膜２を除去し、脱膜処理中に加熱要素１の縁部領域を超えて徐々に揺動する。したがって、被膜２は、加熱要素１の領域２０、２１、２２において確実にかつ容易に除去され、最小の領域まで脱膜される。

【0031】

ドライアイス、すなわち、固体二酸化炭素（ＣＯ_２）は、好ましくは、脱膜される電気加熱要素１の領域２０、２１、２２の被膜２の局所的な除去が、研磨的に、及び熱衝撃脆化によって、すなわち、被膜２と加熱要素１との間の熱応力によって発生するため、脱膜媒体として使用される。ジェット除去操作後、ドライアイスは、昇華によって、固体からガス相状態に直接変化し、それゆえ、これらの２つの相間の液体相状態を採らないことから、脱膜媒体としてのドライアイスの使用は、脱膜される領域２０、２１、２２において加熱要素１から除去された被膜２が不純物を含まないという利点を更に有する。

【0032】

ジェットノズル１０４は、脱膜される電気加熱要素１の領域２０、２１、２２の被膜２が完全に除去された後、停止される。同様に、保持要素１０１、１０２の回転も停止される。保持要素１０１、１０２は、その後離れて移動し、加熱要素１がデバイスから除去され得るように、それらの間に位置付けられた加熱要素１を解放する（方法ステップＳ４）。

【0033】

方法の終了後に完全に脱膜された領域２０、２１、２２は、特に、金属ハウジング、特にシートメタルで作製されたハウジングにおける、加熱要素１の定義された、かつ再現可能な実装を可能にする。

【0034】

デバイス１００は、好ましくは、加熱要素１の挿入及び除去、並びに保持要素１０１、１０２の移動動作が少なくとも自動的に行われるように適合される。２つの保持要素１０１、１０２の共通回転運動、並びにジェットノズル１０４の動作並びに旋回運動の制御も有利には自動化することができる。したがって、本明細書に提示される方法は、部分的に自動化することができるか、又は特に有利には、完全に自動化することができる。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】