CN110206622A - 双层套管结构电加热废气处理装置 - Google Patents

Abstract

一种双层套管结构电加热废气处理装置，设置在内燃机的排气系统中，包含有内层套管、外层套管和金属催化剂载体，内层套管内设有金属催化剂载体，至少一加热蜂窝元件位于内层套筒内且设置在金属催化剂载体的上方，加热蜂窝元件和金属催化剂载体之间具有一绝缘间隙，内层套管的上端位于外层套管的内侧沿周向开设有一环状的U型加工槽，从而将内层套管的上端部分离出一圆弧圈，加热蜂窝元件的一端电连接至圆弧圈，一电导元件绝缘贯穿外层套筒后电连接至圆弧圈外壁；由此，本发明能有效减少或避免中的电导体端部与蜂窝芯体接触区的加速氧化和腐蚀的不良效果，特别的还可以避免在实际装配过程中产生的高扭矩使得电气敏感部件造成的损坏。

Description

双层套管结构电加热废气处理装置

技术领域

本发明涉及汽车尾气污染物减排的技术领域，尤其涉及一种双层套管结构电加热废气处理装置。

背景技术

内燃机排气系统中，在催化剂载体前端安装一种可以起到提前催化作用的电加热装置，它自身能够通过辐射热量通过流动的尾气点燃催化反应，特别的可用于柴油内燃机经过其快速有效的升温从而烧掉聚集的炭黑颗粒物。

此类电加热装置的技术构造为，使用且仅使用单个套管，通过等距间隙在其端部施加一条迂回曲折的电流线路，电流线路的一端与套管内壁接触，另一端则与一伸入套管内部且与套管电绝缘的电导体相连，这一电导体实际工作中作为此电流线路的进流端口，电导元件套在一金属夹套内部，二者之间借助绝缘体将电导元件电绝缘，其中金属夹套固定于套管的外壁上。

基于这样的现有技术：内燃机的排气系统中的加热部件在操作过程中若想使得催化作用尽早提前，往往加热部件的温度会剧烈攀升到较高的温度，而加热部件与电连接元件直接相连，就现有技术可知，二者皆具有良好的电导率与热传导性，因此这种升温情况也会出现于进流端的点连接件上，即使是电连接件上的金属夹套也会通过热量传递变得非常热。这会导致电导体与加热体的接触区或者电导体上螺纹的氧化和腐蚀。这里，已知的情况是，电加热元件是一种蜂窝式结构的、具有一定径向宽度的电流线路，这种蜂窝状结构是由具有较好电导率的金属箔带缠绕而成，电导体与内部的加热蜂窝体处于直接接触形式，因电导体的端部横截面积较小，而加热体的端部较为分散且只有一面少部分区域能与电导体相触，在实际反复使用的过程中，当电流通过这一少量接触面，由此向整个蜂窝结构电流电路分散电流，汽车的高强度电流会加剧这个接触面的氧化程度，同时也使得这一连接部位变得极不稳定。

这里，已知的情况是：现有技术通常于单一电流线路的电加热装置，在实际应用中，这种单一电流电路往往会受到排气管路直径或车载功率的限制，在设计过程中，基于“后续催化剂载体应该尽可能进行均匀加热”的这一出发点，则出现双电流线路或多电流线路的电路方案，很明显，这种多路径的电流方案需要更加多的电导体接头和更加多的外部线路，其在装配中或者后期维护上面是不利的。

通常情况下，电导体导电式连接到(焊接或者钎焊)内部加热电气部件上，这里，已证明的情况是，通常以陶瓷绝缘层围绕电导体的旋转对称结构可能会被用作于电导体的扭矩，直到现在，我们在常规的限制装配过程中所施加的扭矩可能会大于这一绝缘层所产生的扭矩，特别是针对那些需要拆卸电连接件的后续维护或其他类型的维修工作情况更为甚之，这些情况都会有极大的可能会造成加热电气部件或者电绝缘陶瓷体的损坏，从而带来安全隐患。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种双层套管结构电加热废气处理装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层套管结构电加热废气处理装置，其结构简单，操作方便，维护便捷，能有效减少或避免所述中的电导体端部与蜂窝芯体接触区的加速氧化和腐蚀的不良效果，特别的还可以避免在实际装配过程中产生的高扭矩使得电气敏感部件造成的损坏。

为解决上述问题，本发明公开了一种双层套管结构电加热废气处理装置，设置在内燃机的排气系统中，包含有内层套管、外层套管和金属催化剂载体，所述内层套管内设有金属催化剂载体，其特征在于：

所述内层套管的上部外缘设有径向向外凸起的梯形加强筋，所述梯形加强筋的外侧连接至外层套管的下端内壁，从而外层套管和内层套管之间形成一双层套管间隙，所述外层套管的上端向上延伸出内层套管的上端一定距离从而形成双层套管结构，该双层套管结构的上端为废气进气端，下端为出气端，在废气进气端设有至少一加热蜂窝元件，所述至少一加热蜂窝元件位于内层套筒内且设置在金属催化剂载体的上方，所述至少一加热蜂窝元件和金属催化剂载体之间具有一绝缘间隙；

所述内层套管的上端位于外层套管的内侧沿周向开设有一环状的U型加工槽，从而将内层套管的上端部分离出一圆弧圈，所述至少一加热蜂窝元件的一端电连接至圆弧圈内壁的圆弧圈内部接触面，一电导元件绝缘贯穿外层套筒后电连接至圆弧圈外壁的电导元件接触区。

其中：所述电导元件的外壁环设有绝缘层，所述绝缘层的外壁环设有金属夹套，所述外层套筒设有一拉伸孔，所述金属夹套贯穿拉伸孔设置从而实现电导元件绝缘贯穿外层套筒。

其中：所述至少一加热蜂窝元件通过多个电绝缘的加热元件支承销钉支承于金属催化剂载体上且通过加热元件支承销钉形成该绝缘间隙。

其中：所述加热元件支承销钉包含下部插入金属催化剂载体的长销钉、上部插入加热蜂窝元件的短销钉以及位于长销钉和短销钉之间的绝缘部

其中：所述U型加工槽的底端距离内层套筒2的上端缘5-30mm，所述U型加工槽环绕内层套筒圆周的一半，从而圆弧圈也为半圆环形圈。

其中：所述圆弧圈通过间隔设置的多个环形圈支承销钉绝缘支承于内层套筒上，所述环形圈支承销钉包含支承销钉上部和支承销钉下部，所述支承销钉上部和支承销钉下部之间设有绝缘体，所述支承销钉上部和支承销钉下部均包含内部的金属销钉和位于金属销钉外壁的外金属套，且所述支承销钉上部销固于圆弧圈，所述支承销钉下部销固于内层套管。

其中：所述圆弧圈的轴向宽度尺寸大于或等于至少一加热蜂窝元件的轴向宽度尺寸，且各加热蜂窝元件的轴向尺寸一致。

其中：所述至少一加热蜂窝元件为S形或者螺旋形，从而在电加热元件内布施间隙并形成单条或多条曲折的电流线路。

其中：所述至少一加热蜂窝元件包含两条相对对称布置的加热蜂窝元件以形成A电流线路和B电流线路，各加热蜂窝元件为S形且S形的下端相互包容对应加热蜂窝元件的上端，从而形成有A电流线路和B电流线路之间的第一布施间隙，而两加热蜂窝元件的上端分别形成A电流线路内的第二布施间隙和B电流线路内的第三布施间隙，所述两加热蜂窝元件的末端分别接触至圆弧圈以形成A电流线路端部接触区和B电流线路端部接触区。

通过上述结构可知，本发明的双层套管结构电加热废气处理装置具有如下效果：

1、通过电绝缘半圆环形圈作为中间体使电导体间接均匀触于蜂窝加热元件端部，其结构能有效减少或避免所述中的电导体端部与蜂窝芯体接触区的加速氧化和腐蚀的不良效果，特别的还可以避免在实际装配过程中产生的高扭矩使得电气敏感部件造成的损坏。

2、使用双层套管的设计结构，使得电导体元件具有两个固定点，(一是金属夹套与外层套管之间的固定，二是电导体与内层套管上的半圆环状圈外壁之间的固定)，且电导体端部因有半圆环状圈作为中间导体从而不是与加热芯体元件直接接触，最大化减少了加热元件多次使用所造成的局部老化严重问题，避免因装配扭力过大造成的芯体破坏现象，增加了加热蜂窝元件的使用寿命；在运输或装配过程中，外部套管能有效保护内部加热元件或灵敏电绝缘件，因其不与加热体直接接触，外部套管温度不至于过高从而导致焊接在其上面的金属夹套的氧化。

同样借助上述中的半圆环形圈的结构形式，可以改善的另一个方面是：加热元件的组成——由多条具有较好电导率的金属波板排列形成的电流线路，其进流端(27)可以均匀焊接于半圆环形圈的内壁(28)上，这一构造的有益效果在于进流面增大，不会因功率过高、过流量(需引流30安培甚至几百安培电流)较大而造成的进流点击穿现象，而且加热芯体的进流端与与内层套管固定的半圆环形圈焊接，从机械强度上大大增加了其牢固程度，这种电流线路进流端的接触结构能特别适用于多路径电流线路的电加热装置。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的双层套管结构电加热废气处理装置的结构示意图。

图2显示了本发明的剖视图。

图3显示了本发明中内层套管的结构示意图。

图4显示了本发明中环形圈支承销钉的结构示意图。

图5显示了本发明中加热元件支承销钉的结构示意图。

附图标记：

1.双层套管结构电加热废气处理装置；2.内层套管；3.外层套管；4.圆弧圈；5.环形圈支承销钉；6.金属夹套；7.绝缘层；8.电导元件；9.加热蜂窝元件；10.金属催化剂载体；11.拉伸孔；12.U型加工槽；13.双层套管间隙；14加热元件支承销钉；15.金属销钉；16.绝缘体；17.外金属套；18.绝缘空间；19.梯形加强筋；20.排气系统；21.内燃机；22.环形中空区；23.电导元件接触区；24.第一布施间隙25.第二布施间隙；26.第三布施间隙；27.A电流线路端部接触区；28.圆弧圈内部接触面；29.B电流线路端部接触区；30.废气流向；31.支承销钉上部；32.支撑销钉下部；33.电导元件中轴线；34.电导元件端部接触焊接区。

具体实施方式

参见图1和2，显示了本发明的双层套管结构电加热废气处理装置。

所述双层套管结构电加热废气处理装置1用于净化内燃气21的废气，其设置在内燃机21的排气系统20中，包含有内层套管2、外层套管3和金属催化剂载体10，所述内层套管内设有金属催化剂载体10，所述内层套管2的上部外缘设有径向向外凸起的梯形加强筋19，所述梯形加强筋19的外直径相等且外侧连接至外层套管3的下端内壁，从而外层套管3和内层套管2之间形成一双层套管间隙13，这个双层套管间隙13优选为大于等于5mm；所述外层套管3的上端向上延伸出内层套管2的上端一定距离，从而形成图2所示的双层套管结构，该双层套管结构的上端为废气进气端，下端为出气端，在废气进气端设有至少一加热蜂窝元件9，所述至少一加热蜂窝元件9位于内层套筒2内且设置在金属催化剂载体10的上方，所述至少一加热蜂窝元件9和金属催化剂载体10之间具有一绝缘间隙18，所述至少一加热蜂窝元件9通过多个电绝缘的加热元件支承销钉14支承于金属催化剂载体10上且通过加热元件支承销钉14形成该绝缘间隙18，由此，在图1的废气流向30时，通过加热蜂窝元件9对废气进行加热后再利用金属催化剂载体10实现加热废气的催化剂处理。

参见图5，所述加热元件支承销钉14包含下部插入金属催化剂载体10的长销钉、上部插入加热蜂窝元件9的短销钉以及位于长销钉和短销钉之间的绝缘部。

其中，所述内层套管2的上端位于外层套管3的内侧沿周向开设有一环状的U型加工槽12，从而将内层套管2的上端部分离出一圆弧圈4，所述至少一加热蜂窝元件9的一端电连接至圆弧圈4内壁的圆弧圈内部接触面28，一电导元件8绝缘贯穿外层套筒3后电连接至圆弧圈4外壁的电导元件接触区23，在图示实施例中，所述电导元件8的外壁环设有绝缘层7，所述绝缘层7的外壁环设有金属夹套6，所述外层套筒3设有一拉伸孔11，所述金属夹套6贯穿拉伸孔11设置，从而实现电导元件8绝缘贯穿外层套筒3。

由此，电流经电导元件8传递于圆弧圈4上，经过这一圆弧圈4向至少一加热蜂窝元件9输送电流，使至少一加热蜂窝元件9产生温度，其中至少一加热蜂窝元件9由销钉14固定于金属催化载体10上，起到固定防震的效果，内燃机21排气后，废气流经至少一加热蜂窝元件9后，将其上部产生的热量带到金属催化载体10内部，再流经后续部件，这一后续加热部件优选为颗粒物过滤器。

优选的是，所述U型加工槽12的底端距离内层套筒2的上端缘5-30mm，更优选的为10mm，所述U型加工槽12环绕内层套筒2圆周的一半，从而圆弧圈4也为半圆环形圈，所述圆弧圈4通过间隔设置的多个环形圈支承销钉5绝缘支承于内层套筒2上，同时参见图4，所述环形圈支承销钉5包含支承销钉上部31和支承销钉下部32，所述支承销钉上部31和支承销钉下部32之间设有绝缘体16，所述支承销钉上部31和支承销钉下部32均包含内部的金属销钉15和位于金属销钉15外壁的外金属套17，且所述支承销钉上部31销固于圆弧圈4，所述支承销钉下部32销固于内层套管2，以有效的实现圆弧圈4相对内层套筒2的稳固支承和绝缘效果。

其中，所述圆弧圈4的轴向宽度尺寸大于或等于至少一加热蜂窝元件19的轴向宽度尺寸，且各加热蜂窝元件19的轴向尺寸一致。

其中，所述梯形加强筋19为内层套筒2上向外突出的弧状凸起，所述梯形加强筋19的内部形成一环形中空区22。

其中，至少一加热蜂窝元件19形成电加热元件，所述至少一加热蜂窝元件19可图图中所示的S形或者螺旋形，从而在电加热元件内布施间隙并形成单条或多条曲折的电流线路。

其中，所述电导元件接触区23位于所述圆弧圈4的中心位置，所述拉伸孔11的轴心线重合于电导元件8的轴心线以及电导元件接触区23的轴心线。

在图1所示实施例中，所述至少一加热蜂窝元件9包含两条相对对称布置的加热蜂窝元件9以形成A电流线路和B电流线路，各加热蜂窝元件9为S形且S形的下端相互包容对应加热蜂窝元件的上端，从而在两加热蜂窝元件9之间形成有A电流线路和B电流线路之间的第一布施间隙24，而两加热蜂窝元件9的上端分别形成A电流线路内的第二布施间隙25和B电流线路内的第三布施间隙26，所述两加热蜂窝元件9的末端分别接触至圆弧圈4以形成A电流线路端部接触区27和B电流线路端部接触区29，由此，上述两加热蜂窝元件9形成了第一回路和第二回路，在通过设置更多的加热蜂窝元件9可形成第三、第四或这更多的电流回路。

其中，所述电导元件8的末端为焊接至圆弧圈4中电导元件接触区23的电导元件端部接触焊接区34。

其中，第一布施间隙24贯穿于A电流线路和B电流线路的始末，且第一布施间隙24、第二布施间隙25、第三布施间隙26沿周向方向具有几乎保持不变的宽度。

由此，本发明通过U型加工槽12将一圆弧圈4从内层套管2上分离出来，再通过环形圈支承销钉5将其重新固定于内层套筒所取下的位置，其中利用环形圈支承销钉5的绝缘层16使得上部31与下部32进行电绝缘，利用这一特点从而使得圆弧圈4与内层套管2电绝缘。外层套管3的一端焊接于内层套管2的梯形加强筋19的外侧位置，另一端沿排气流入端延伸；电导元件8外侧的金属夹套6配合焊接于外层套管的拉伸孔11上。

因此，本发明巧妙利用双层套管结构的电加热装置，有效的降低或避免因过热而导致的电导体加速老化的现象；通过内层、外层两个固定点加固了电导体的机械强度；保护内部的支承原件或灵敏电元件。通过半圆环形圈作为中间元件的发散式进流结构设计，减少了电导体与加热元件直接接触造成的局部老化；避免了在装配过程中过大扭力导致的加热元件损坏；同时也能满足多电流路径式的加热结构设计。

本发明的构造使得电导体外部的金属夹套与外部套管焊接到一起，通过绝缘元件进行电绝缘的电导体端部与同样施加了电绝缘的半圆环形圈外壁连接到一起焊接或钎焊。

本发明利用绝缘体使得销钉上下部分的电绝缘，电导元体可通过此圆弧圈作为媒介向整个加热元件传递高电流。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种双层套管结构电加热废气处理装置，设置在内燃机的排气系统中，包含有内层套管、外层套管和金属催化剂载体，所述内层套管内设有金属催化剂载体，其特征在于：

所述内层套管的上部外缘设有径向向外凸起的梯形加强筋，所述梯形加强筋的外侧连接至外层套管的下端内壁，从而外层套管和内层套管之间形成一双层套管间隙，所述外层套管的上端向上延伸出内层套管的上端一定距离从而形成双层套管结构，该双层套管结构的上端为废气进气端，下端为出气端，在废气进气端设有至少一加热蜂窝元件，所述至少一加热蜂窝元件位于内层套筒内且设置在金属催化剂载体的上方，所述至少一加热蜂窝元件和金属催化剂载体之间具有一绝缘间隙；

所述内层套管的上端位于外层套管的内侧沿周向开设有一环状的U型加工槽，从而将内层套管的上端部分离出一圆弧圈，所述至少一加热蜂窝元件的一端电连接至圆弧圈内壁的圆弧圈内部接触面，一电导元件绝缘贯穿外层套筒后电连接至圆弧圈外壁的电导元件接触区。

2.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述电导元件的外壁环设有绝缘层，所述绝缘层的外壁环设有金属夹套，所述外层套筒设有一拉伸孔，所述金属夹套贯穿拉伸孔设置从而实现电导元件绝缘贯穿外层套筒。

3.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述至少一加热蜂窝元件通过多个电绝缘的加热元件支承销钉支承于金属催化剂载体上且通过加热元件支承销钉形成该绝缘间隙。

4.如权利要求3所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述加热元件支承销钉包含下部插入金属催化剂载体的长销钉、上部插入加热蜂窝元件的短销钉以及位于长销钉和短销钉之间的绝缘部。

5.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述U型加工槽的底端距离内层套筒2的上端缘5-30mm，所述U型加工槽环绕内层套筒圆周的一半，从而圆弧圈也为半圆环形圈。

6.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述圆弧圈通过间隔设置的多个环形圈支承销钉绝缘支承于内层套筒上，所述环形圈支承销钉包含支承销钉上部和支承销钉下部，所述支承销钉上部和支承销钉下部之间设有绝缘体，所述支承销钉上部和支承销钉下部均包含内部的金属销钉和位于金属销钉外壁的外金属套，且所述支承销钉上部销固于圆弧圈，所述支承销钉下部销固于内层套管。

7.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述圆弧圈的轴向宽度尺寸大于或等于至少一加热蜂窝元件的轴向宽度尺寸，且各加热蜂窝元件的轴向尺寸一致。

8.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述至少一加热蜂窝元件为S形或者螺旋形，从而在电加热元件内布施间隙并形成单条或多条曲折的电流线路。

9.如权利要求1所述的双层套管结构电加热废气处理装置，其特征在于：所述至少一加热蜂窝元件包含两条相对对称布置的加热蜂窝元件以形成A电流线路和B电流线路，各加热蜂窝元件为S形且S形的下端相互包容对应加热蜂窝元件的上端，从而形成有A电流线路和B电流线路之间的第一布施间隙，而两加热蜂窝元件的上端分别形成A电流线路内的第二布施间隙和B电流线路内的第三布施间隙，所述两加热蜂窝元件的末端分别接触至圆弧圈以形成A电流线路端部接触区和B电流线路端部接触区。