CN101680339B - 具有能电加热的大蜂窝体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(1)，包括一能电加热的蜂窝体(2)，特别用来处理可移动内燃机的排气流，其中蜂窝体具有形成通道(3)的薄板(4、5)，它们通过一壳体(6)电接通，其中壳体(6)具有一用来与电源(8)连接的接线部(7)和多个远离该接线部(7)设置的用于接通薄板(4、5)的触点(9、10、11)，在所述接线部(7)与每个触点(9、10、11)之间分别具有一个电阻相同的接触导体(12、13、14)。

Description

具有能电加热的大蜂窝体的装置
技术领域
本发明涉及一种具有一能电加热的大蜂窝体的装置，其中该蜂窝体具有形成通道的薄板，所述薄板通过一壳体电接通。本发明特别适用于机动车领域，其中需要例如直径大于200毫米的能电加热的蜂窝体。
背景技术
最近20年来专利申请人极大地促进了能电加热的金属蜂窝体的发展。就此例如可以参阅WO92/02714。该文献中公开了一种蜂窝体，该蜂窝体由分层设置的、至少局部形成结构的板件构成，该板件形成大量能被排气穿流的通道，所述通道从一个端面伸展到另一端面。此外，将多个从一个端面向另一端面的方向延伸的平面形缝隙和/或电绝缘层定位成，产生至少一个相互关联的、能导电的、在横面内延伸的电流路径。这时板件以其一端部导电连接在一第一接线触点上，以其第二端部导电连接在一第二接线触点上。这样便能够特别是基本上在一个平面内实现电流的输入和输出。
由WO92/13636得到一种略微不同的方案。该文献中公开的能电加热的蜂窝体具有至少两个盘，所述盘相互隔开一定距离并用支承销相对定位。这种结构允许将第一盘设计成可通过穿流的排气或通过电流迅速加热和/或保证蜂窝体的机械强度。特别地该文献还能够通过支承销使连续布置在所述盘中的板件彼此导电连接。因此特别是提出：形成一曲折的电流路径以串接两盘的连续的各板件组。
尽管上述原理已得到极好的证明并广泛应用于极多的应用领域中，但仍需要一种设计更简单、特别是即使在截面或直径很大的情况下也能产生均匀的热功率的蜂窝体(例如在静态应用中或在商用车辆领域的应用中)。
发明内容
因此本发明的目的在于，至少部分地克服参照现有技术提出的问题。特别是，本发明的目的是提供一种包括能电加热的蜂窝体的装置，该蜂窝体即使在蜂窝体的直径较大时也确保对流经蜂窝体的流体的均匀加热。另外一个目的是使这种蜂窝体的制造更简单、更廉价。
所述目的通过具有权利要求1的特征的装置实现。从属权利要求给出了较有利的扩展方案。应指出在从属权利要求中限定的特征可以以任何希望的、技术上合理的方式相互组合而形成本发明的其它扩展方案。特别是结合附图的说明书限定了本发明的其它具体的优选实施形式。
本发明的装置包括一能电加热的蜂窝体，其中蜂窝体具有形成通道的薄板，所述薄板通过一壳体电接通，其中所述壳体具有一用于连接电源/电压源的接线部/接线柱/接线端子和多个远离所述接线部设置的、用于接通薄板的触点，在所述接线部和每个触点之间分别具有一个电阻相同的接触导体。
蜂窝体的通道优选沿蜂窝体轴向方向基本上以直线延伸。这些通道由至少局部形成结构的薄板形成，其中优选交替地设置光滑和形成结构的薄板以形成相应的板组。这些薄板可具有伸入通道内的壁段(导引面等)以及凹槽或开口，所述凹槽或开口可用于使穿流过通道的排气横向混合和/或用于设定一预定的流动路径。
所述壳体通常是一基本上为管形的金属壳体。所述壳体设计成具有(仅)一个用于连接电源的接线部。这种接线部或者所谓的电极特别是用于至少部分地穿过壳体电绝缘地从外界引导电流，从而能够将电流输入薄板。特别是考虑将蓄电池用作电源，其中应该提供12伏至14伏(或其整数倍如24、36或42伏)的工作电压。
另外，壳体具有多个用于接通薄板的触点。这特别是指，电流从接线部经过壳体流入薄板不是仅通过一个单个触点(或者电极直接)进行，而是通过多个并联的触点进行。其中每个触点通常形成的壳体独立组成部分，其中特别是各触点相互绝缘。触点与接线部的连接分别通过同样由电气材料制成的接触导体进行。各接触导体设计成在接线部与相应的触点之间具有相同的电阻。这特别是表明，各接触导体在接线部与触点之间跨接不同的距离，也就是说“其实”必须具有或实际上具有不同的长度。
尽管如此这里仍确保，各接触导体具有相同的电阻，这一点例如可以通过相应的材料、接触导体、横截面等来实现。特别是所有接触导体的电阻差的范围小于10％，优选小于3％，特别是小于1％。
在某些情况下，还可以将至少一个接触导体设计成至少部分地长于所述接线部与触点之间距离的要求，其中特别是形成一接触导体蓄留部(Kontaktleiter-Reservoir)(例如通过形成一接触导体环)。利用这里所述的措施保证了，当在薄板上并联多个触点时实现均匀地供给电流，从而高效地均匀加热。
这里优选一种装置，其中薄板设置成多个板组，其中一个板组的所有薄板都与一个触点导电连接。换言之这意味着，例如能电加热的蜂窝体的截面由相互独立地卷绕的薄板的多个——特别是至少三个或甚至四个——板组形成，所述板组特别是相互电绝缘。为这些板组中的每一个分别设置一个单独的触点，使得一个板组的所有薄板都在该触点处电接通。
此外薄板具有相对的、用于贴靠在壳体上的端部区域被看作是较有利的。这一点特别适用于蜂窝体由多个板组形成的情况。薄板优选布置成使薄板形成一次折叠或最大曲率，从而使薄板的所有端部区域都布置在板组的一侧，而薄板的弯曲的中段则设置在相对的一侧。这样以较有利的方式将这些薄板固定在壳体内，使这些端部区域贴靠在壳体上。这里优选使一个板组的所有端部区域都这样贴靠在壳体上，使得在一个板组的所有端部区域之间不会放置有其他板组的端部区域。
按照一种扩展结构还提出，薄板具有一内部区域，所述内部区域与一电气材料导电连接。内部区域特别是薄板的基本上位于端部区域之间中点的区域。对于这里再次涉及多板组结构的情况，内部区域由板组的位于端部区域相反(侧)的区域构成并具有强烈的弯曲部。恰在所述内部区域内、亦即对于板组在一远离端部区域的区域内(特别是在蜂窝体的中央区域内)实现薄板与电气材料的接通。由此形成一电流路径，它从接线部出发、经过接触导体流到相应的触点、在该触点处被导入一板组及该板组的所有薄板、然后沿薄板流动、最终流入电气材料。在该电气材料处电流从薄板中输出。
在这方面较有利的是，薄板从其触点直至与电气材料导电连接的内部区域具有相同的电阻。由此保证：不仅通过壳体对多个板组均匀地加载电流，而且一个板组的所有薄板都被并行地、均匀地加载电流，从而可以实现特别均匀的温度场和均匀的加热功率。
在装置的另一种设计方案中，将壳体的接触导体设计成涂层。为了涂布适合于这种用途的、应特别是导电、耐高温、耐腐蚀的涂层，一种合适的方法例如为火焰喷涂法。可用简单的方式将涂层涂布在一在周向上完全闭合的、亦即不间断地的壳体上，其中在必要情况下可在接触导体之间涂覆或设置绝缘层。
正是为了改善这种能电加热的大截面蜂窝体的稳定性还提出，能电加热的蜂窝体通过一端面支承在一另外的支承体上。这特别是指，设置一能作用在能电加热的蜂窝体的(仅)一个端面上(并可能伸入通道内)的器件，该器件与一以较有利的方式沿排气流动方向安装在下游的支承体共用作用。从而减小能电加热的蜂窝体的例如由于在机动车的排气系统中出现的高的热负荷和动态负荷而引起的变形。
在这种条件下较有利的是，多个导电的触针/导电杆通过一端面支承该能电加热的蜂窝体并使该能电加热的蜂窝体与一另外的支承体导电连接。换言之这意味着，通过能电加热的蜂窝体输入电流，而通过支承体输出电流，该支承体最后与一电气材料连接。因此第二个支承体也可设计成一能电加热的蜂窝体。为了保证持久和稳定的电接通而提出，导电触针至少部分地伸入通道和/或在薄板板组的内部区域中的卷绕开口内，从而执行上述两个功能。
此外多个单独的接触导体可通过接线部、在外部经一控制单元与一电源连接，也是较有利的。这特别是指，可通过相应的接触导体为各个板组分离地供电，其中控制单元根据需要调节随时间和/或地点改变的、对至少一个板组的电流输入。可以例如(在壳体上)和/或朝向控制单元(特别是外部)，为接触导体设置用于有目的地阻止电流流动的器件(例如开关等)。从而可使加热装置以根据需要并且能量效率高的方式运行。其中在这种运行方式下，原则上优选在装置的中央区域内实现电流输出，如这里所述的那样。
根据本发明所述的装置特别并优选地与机动车一起使用。这种机动车、特别是商用车(载货车，公共汽车等)具有一可移动的内燃机或类似的驱动系统，其中驱动系统中产生的排气最终被除去有害物质和/或经受热处理。为了此目的可使排气穿流过根据本发明提出的装置。所述装置除设置催化活性涂层(至少部分在通道内)外，还设置有用于处理排气流的其他器件(收集层/吸附层，密封材料等)。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明及其技术领域。应该指出，在图中所示的结构方案不对本发明形成限制。附图是示意性的：
图1以纵剖视图示出本发明装置的实施方案，
图2示出机动车排气系统的一种可能结构，
图3示出带有多个触点的壳体的展开图，
图4示出装置的一个实施例的第一剖面，
图5示出装置的第二实施方案的剖视图，
图6示出装置的另一实施例，其中带有安装在下游的支承体。
具体实施方式
图1以纵剖视图示意性示出一装置1，该装置具有一能电加热的蜂窝体2和一沿排气流动方向设置在下游的支承体23。在(附图的)左边示出的能电加热的蜂窝体2设计成很窄或者说很薄(10～15mm)，该蜂窝体2被一壳体6包围并具有大量在两端面22之间延伸的通道3。为能电加热的蜂窝体2设置一单独的接线部7，该接线部7与一电源8连接。这里接线部7设置成，使通向第一触点9的第一接触导体12能与蜂窝体2导电连接，此外示意性示出另一接触导体和另一触点，其中所述接触导体设计成具有相同的电阻。
在通过接线部7将电流导入能电加热的蜂窝体2后，电流在一大面积上流过能电加热的蜂窝体2，接着流入这里示出的触针24，所述触针以相应的数量在中央、相互接近地设置。因此电流被引导到连接在下游的支承体23上，该支承体最终与电气材料21连接。
利用这里示出的实施形式、原则上也可以用其他实施形式实现：使能电加热的蜂窝体2具有一单件式的壳体6，也就是说可以避免特别是开槽和/或带外罩的多件式结构，因为通过设置在下游的支承体23导出电流。
图2用于示意性示出排气系统27的一个可能的实施方案，其中本发明内置在一机动车25(例如一商用车)中。这种机动车25通常具有一驱动系统26(例如一柴油机)，在驱动系统中产生排气，排气通常沿流动方向32穿流过若干不同的排气处理装置(催化转化器、过滤器、反应器、收集器、加热器、混合器......)。在此示出，排气首先穿流过一按本发明设计的能电加热的蜂窝体2，然后穿流过一催化转化器28，最后再穿流过一(例如用于氮氧化物，颗粒等等的)收集器29。然后将净化的排气排放到外界。为了运行这种能电加热的蜂窝体，可另外设置一控制单元30(例如车辆控制装置等)，该控制单元可例如基于驱动系统26和/或设置在排气系统27内的传感器31的信息、在希望的时间段内给能电加热的蜂窝体2供给电流。显然这里所示的排气系统27是示意性的，可以任意地组合和/或补充其他排气处理单元。
图3为进行说明而示出一展开的壳体6，亦即示出的壳体6基本上被展开成平面。在设置在中央的接线部7中结合有一第一接触导体12、一第二接触导体13和一第三接触导体14。这些接触导体分别独立地延伸到一第一触点9，一第二触点10和一第三触点11。其中各触点与中央接线部7的距离33互不相同。例如通过提供不同的横截面(这里通过不同粗细的线型示出)将为此需要的不同长度的接触导体匹配成，使得所有接触导体具有相同的电阻。由图3可见，可沿壳体6的周缘35和/或长度34(沿轴向)将各单独的触点安置在不同位置上。
图4以俯视图示出带有能电加热的蜂窝体2的装置的另一种实施方案。蜂窝体2由多个光滑薄板4和形成结构的薄板5构成，所述两种薄板在它们之间界定出通道3。在这里所示的端面视图中可见，蜂窝体2由第一板组15、第二板组16和第三板组17构成。每个板组包括多个光滑薄板4和形成结构的薄板5，它们的端部区域设置在壳体上，而带弯曲部的内部区域设置在中央。在各个板组之间设有绝缘层37。
在这里所示的实施方案中，电流的输入和输出基本上在一个平面内进行，因此壳体可能具有多个零件。这里对于第一板组15示例性地示出了一条电流路径36(虚线)。相应地，电流从电源8流入第一接触导体12、再流向第一触点9并在该第一触点处输入薄板内。因此，现在电流从薄板的一个端部区域出发一直流到中央区域，然后再返回到另一端部区域流入电气材料21。另两个板组以相应的方式被电流穿流。电流的输入借助于一公共控制单元30实现，其中所述控制单元30可以(可能是单独地和/或相互独立地)操纵板组。
在图5中示出带有一体式管状壳体6的能电加热的蜂窝体2的另一端面视图。穿过壳体6，至少部分电绝缘地通过接线部7输入电流。该电流经过电接触导体流到相应的触点9、10、11，该电接触导体例如可以以涂层的方式涂覆上。示出的蜂窝体2具有三个板组，其中仅示例性地示出了第一板组15。该第一板组15又具有薄板，在此所述薄板设置成使其第一端部区域18和第二端部区域19一直延伸到壳体6上而其内部区域20定位在中央38附近。在该内部区域20中分别设置多个触针24，该触针使电流能被继续传导到位于下游的平面内、例如一支承体23，从而保证最终连接到这里示意示出的电气材料21上。
最后，参见装置1的在图6中以一剖面示出的具体实施例。该图用于特别是表明在具有较大直径39的能电加热的蜂窝体2中存在的尺寸关系。这里直径39特别是至少为200mm，但是也可以大于500mm或者甚至是1m。例如由载货车的柴油机产生的排气沿流动方向32流到能电加热的蜂窝体2的端面22上。在该端面上将排气流分成多个分排气流，所述分排气流再穿流过各通道。这里能电加热的蜂窝体2又(电绝缘地)固定在一壳体6内。其中能电加热的蜂窝体2相对于壳体6绝缘地安装，同时通过接线部7实现向蜂窝体2的电绝缘的电流输入。这里形成电流路径36(虚线)，使蜂窝体2在很大面积上被电流穿流并由于其电阻而被加热。现在可以为能电加热的蜂窝体2提供这种加热，以便为不同目的而作用于流过的排气。
在电流流过蜂窝体2之后，通过定位在中央38的触针24将该电流引入位于下游的支承体23。通过这个支承体23进行向电气材料21的电流输出。这里能电加热的蜂窝体2不仅通过触针24、而且还通过(绝缘的)支承销40固定在一规定位置上，其中该蜂窝体在端面上与支承体23相距一较小的狭缝。
附图标记表
1装置              2能电加热的蜂窝体
3通道              4光滑薄板
5形成结构的薄板    6壳体
7接线部            8电源
9第一触点          10第二触点
11第三触点         12第一接触导体
13第二接触导体     14第三接触导体
15第一板组         16第二板组
17第三板组         18第一端部区域
19第二端部区域     20内部区域
21电气材料         22端面
23支承体           24触针
25机动车           26驱动系统
27排气系统         28转化器
29收集器           30控制单元
31传感器           32流动方向
33距离             34长度
35周缘             36电流路径
37绝缘层           38中央
39直径             40支承销

Claims (10)

1.一种包括能电加热的蜂窝体(2)的装置(1)，其中所述蜂窝体具有形成通道(3)的薄板(4、5)，所述薄板通过一壳体(6)电接通，其中所述壳体(6)具有一用于与电源(8)相连接的接线部(7)和多个远离所述接线部(7)设置的、用于接通所述薄板(4、5)的触点(9、10、11)，所述壳体在所述接线部(7)和触点(9、10、11)之间分别具有电阻相同的接触导体(12、13、14)，所述多个触点通过所述接触导体并联连接至所述接线部。
2.按权利要求1的装置(1)，其中，所述薄板(4、5)设置成多个板组(15、16、17)，其中，一个板组(15、16、17)的所有薄板(4、5)都与一个触点(9、10、11)导电连接。
3.按权利要求1或2的装置(1)，其中，所述薄板(4、5)具有相对的端部区域(18、19)，所述薄板以所述端部区域贴靠在所述壳体(6)上。
4.按权利要求1或2的装置(1)，其中，所述薄板(4、5)具有一内部区域(20)，所述内部区域与一电气材料(21)导电连接。
5.按权利要求1或2的装置(1)，其中，所述薄板(4、5)从其触点(9、10、11)到与一电气材料(21)导电连接的内部区域(20)具有相同的电阻。
6.按权利要求1或2的装置(1)，其中，所述壳体(6)的接触导体(12、13、14)设计成涂层。
7.按权利要求1或2的装置(1)，其中，所述能电加热的蜂窝体(2)通过一端面(22)支承在一另外的支承体(23)上。
8.按权利要求7的装置(1)，其中，多个导电的触针(24)通过一端面(22)支承所述能电加热的蜂窝体(2)并使所述能电加热的蜂窝体与所述另外的支承体(23)导电连接。
9.按权利要求1或2的装置(1)，其中，多个单独的接触导体(12、13、14)能通过所述接线部(7)并在外部经一控制单元(30)与一电源(8)连接。
10.一种具有至少一个按上述权利要求之任一项的装置(1)的机动车(25)。
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