CN117561372A - 用于排气后处理系统和组件的具有蛇形设计和选定死区的电加热器 - Google Patents

Abstract

一种电加热器、排气处理组件和制造方法。加热器包括电阻部分，该电阻部分被配置为当电流通过其中时生成热量。多个槽从电阻部分的外围延伸到电阻部分中，并且界定延伸穿过电极附接部分对之间的电阻部分的蛇形电流携载路径。电极附接部分中的每一者连接到相应的端部段，该端部段被约束在电阻部分的外围和多个槽中的相应第一槽之间。端部段中的每一者中的至少一个辅助槽在横向于第一槽的方向上从外围朝向第一槽延伸，以对流过邻近每个端部段中的第一槽并沿着第一槽延伸的集中区域的电流进行偏置。

Description

用于排气后处理系统和组件的具有蛇形设计和选定死区的电 加热器

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2021年5月3日提交的美国临时申请序列第63/183573号、以及于2021年11月30日提交的印度专利申请序列第202111055328号、以及于2021年5月3日提交的美国临时申请序列第63/183573号的优先权，本申请基于所述临时申请的内容并且所述临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及电加热器，并且更具体地涉及包括具有蛇形设计的电加热器的排气后处理系统和组件。

背景技术

温度控制在流体流的处理期间可能是有用的。例如，催化剂材料可在流体流的处理中(诸如发动机排气的后处理中)使用。此类材料的催化活性可能直到催化材料达到某个最小阈值温度(可称为点火温度)时才被激发。通过使发动机运行时催化剂低于其点火温度的时间最小化，可以减少总体排放。电加热器提供了一种在流体流的处理期间辅助控制温度的方式，诸如提高催化剂材料的温度。

发明内容

本文公开了电加热器的各种实施例，特别是用于交通工具排气后处理系统的电加热器。

在实施例中，提供了一种用于流体流的处理的电加热器。该加热器包括：电阻部分，被配置为当电流通过其中时生成热量；该电阻部分相对端部处的电极附接部分对；多个槽，该多个槽从该电阻部分的外围延伸到该电阻部分中并且将该电阻部分的段彼此电断连，以界定延伸穿过该电极附接部分对之间的该电阻部分的蛇形电流携载路径，其中该电极附接部分中的每一者连接到该电阻部分的相应端部段，该相应端部段被约束在该电阻部分的外围与该多个槽中的相应第一槽之间，以及在该端部段中的每一者中的至少一个辅助槽，该至少一个辅助槽在横向于该第一槽的方向上从该外围朝向该第一槽延伸，以对流过邻近每个端部段中的该第一槽并沿着该第一槽延伸的集中区域的电流进行偏置。

在实施例中，该端部段在横向于沿着该蛇形路径流动的电流的方向上比约束在该多个槽中的两个相邻槽之间的电阻部分的另一段宽。

在实施例中，该至少一个辅助槽产生电流减小的死区，该死区从该外围延伸大约该至少一个辅助槽的长度进入该端部段。

在实施例中，该电阻部分包括界定轴向延伸穿过该电加热器的通道的相交壁阵列。

在实施例中，该加热器包括在端部段中的每一者中的多个辅助槽。

在实施例中，该加热器包括在端部段中的每一者中的单个辅助槽。

在实施例中，单个辅助槽中的每一者分成终止于该电阻部分内的两个端子端。

在实施例中，单个辅助槽中的每一者具有T形、Y形或W形形状。

在实施例中，该槽中的一者或多者、该至少一个辅助槽或这两者包括用于接收槽分隔器的插座。

在实施例中，该加热器进一步包括附接到电极附接部分中的每一者的电极。

在实施例中，电极从该电极附接部分轴向或径向延伸。

在实施例中，该加热器进一步包括设置在该槽的端子端处的过量导电材料。

在实施例中，该电阻部分包括界定轴向延伸穿过该电加热器的通道的相交壁阵列，并且该过量导电材料包括被该过量导电材料至少部分填充的一个或多个通道。

在实施例中，提供了一种排气处理组件。该排气处理组件包括如前述段落中任一项所述的电加热器和一起包含在管状壳体中的后处理部件。

在实施例中，该后处理部件包括催化剂基板、特定过滤器或其组合。

在实施例中，该电加热器通过一个或多个保持环固定在该管状壳体内。

在实施例中，该端部段的集中区域基本上不被该保持环覆盖，但是该集中区域外部邻近外围的电流减小的死区被该保持环覆盖。

在实施例中，提供了一种制作电加热器的方法。该方法包括：在加热器主体的电阻部分中形成多个槽，该多个槽将该加热器主体的部分彼此电断连，其中，该加热器主体的未被该多个槽电断连的段在该加热器主体的电极附接部分对之间形成穿过该加热器主体的蛇形电流携载路径，该电极附接部分对连接到该电阻部分的相应端部段，该相应端部段被约束在该电阻部分的外围与该多个槽中的相应第一槽之间；以及在该端部段中的每一者中形成至少一个辅助槽，该至少一个辅助槽在横向于该第一槽的方向上从该外围朝向该第一槽延伸，以对流过邻近每个端部段中的该第一槽并沿着该第一槽延伸的集中区域的电流进行偏置。

在实施例中，形成该多个槽、形成该至少一个辅助槽或形成这两者包括与该加热器主体同时地三维印刷该多个槽、该至少一个辅助槽或这两者。

在实施例中，形成该多个槽、形成该至少一个辅助槽或形成这两者包括从该加热器主体移除材料。

应理解的是，本文的描述都仅指向示例性方面和示例，并且旨在为理解所要求保护的主题的本质和特征提供概述或框架。各个附图被包括以提供进一步理解，各个附图被收入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示一个或多个实施例，并与说明书一起用来解释各实施例的原理和操作。

附图说明

图1是根据本文公开的实施例的排气后处理组件的横截面侧视图。

图2是根据本文公开的实施例的电加热器组件的正视图。

图3是根据本文公开的实施例的图2的加热器组件的一部分的放大视图。

图4是根据本文公开的实施例的示出电流减小的死区的图2的加热器组件的一部分的放大视图。

图5是根据本文公开的实施例的电加热器组件的正视图。

图6是根据本文公开的实施例的电加热器主体的一部分的放大图，该电加热器主体包括界定延伸穿过加热器主体的通道的相交壁阵列。

图7是根据本文公开的实施例的图6的加热器主体的一部分的放大视图，示出了位于槽的端子端处的过量的导电材料。

图8是根据本文公开的实施例的电加热器主体的一部分的放大视图，该电加热器主体包括界定延伸穿过加热器主体的通道的相交壁阵列，在被导电材料完全填充的槽的端子端处具有多个通道。

图9是根据本文公开的实施例的电加热器主体的一部分的放大视图，该电加热器主体包括界定延伸穿过加热器主体的通道的相交壁阵列，在被导电材料部分填充的槽的端子端处具有多个通道。

图10和图11示出了根据本文公开的实施例的流过在槽的端子端处不具有过量导电材料的加热器的电流与流过包括被导电材料完全填充的多个通道的加热器的电流的比较。

具体实施方式

现将详细参考在附图中示出的示例性实施例。在可能时，贯穿附图将使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。附图中的部件并不必须是按比例的，而是将重点放在说明示例性实施例的原理上。

本领域技术人员以及制造或使用本公开的人员将想到本公开的修改。因此，应当理解，附图中示出的和本文描述的实施例仅用于说明目的，并不旨在限制本公开的范围，本公开的范围由根据专利法的原理(包括等同原则)解释的以下权利要求限定。

如本文中所使用，术语“约”是指量、尺寸、配方、参数、和其他数量和特性不是也不需要是精确的，但可以根据需要是近似的和/或更大或更小，从而反映出公差、转换因子、舍入、测量误差等和本领域技术人员已知的其他因素。当在描述值或范围的端点中使用术语“约”时，本公开应被理解为也包括所指的特定值或端点。

如本文中所使用的方向性术语(例如，上、下、右、左、前、后、顶部、底部)仅参考如所绘制的附图作出，而不旨在隐含绝对取向。如本文所使用的，术语“径向”指垂直于所指示的轴向方向的方向，其从形状的中心点(中心轴线)延伸到形状的外周或朝向形状的外周延伸，而不管相对于其使用径向方向的部件或特征的形状如何。类似地，本文中使用的术语“直径”不限于圆形形状，而是指穿过该部件的形状的中心点(中心轴线)的部件的最长尺寸。例如，正方形部件的径向距离可被测量为从中心点(中心轴线)到与正方形的壁中的一个壁的相交点的直线距离，而正方形的直径是指正方形对角线上的最长尺寸。术语“横截面宽度”或“横截面尺寸”也可用于指代垂直于轴向方向的这些方向。

流体处理系统(诸如汽车排气后处理系统)可包括补充热源，用于促进特别是与不具有任何补充热量(例如，而是依赖于发动机排气的热量)的含催化剂的后处理系统相比更快的催化剂点火。例如，热量可通过电加热器(例如，被布置为将热量传递至催化剂材料)或电加热的催化剂基板(例如，承载催化材料的导电基板)来供应。例如，加热器可布置在催化剂基板的上游，并通过向排气流(或补充空气)提供(进而加热催化剂的)热量来加热催化剂。可提供采用补充热量的后处理系统来减少汽油、柴油和/或混合动力交通工具中的排放，以帮助确保催化剂在相应发动机的操作期间(特别是在发动机冷启动之后)快速且一致的点火。

现在参考图1，示出了流体处理组件10，例如，该流体处理组件10可被布置为汽车排气系统的一部分。流体处理组件10包括外壳体12(其可替代地被称为“罐”)，诸如由金属或合适的材料形成为大体管状的形状(中空管)。管状壳体12具有入口14和出口16，入口14例如可与内燃机的排气歧管流体连通地连接，出口16例如可与汽车的尾管流体连通地连接。

当排气通过组件10从入口14流至出口16时，流体流(诸如来自发动机的排气)可被处理(例如，一种或多种污染物被移除或减少)。为此，组件10进一步包括位于入口12与出口14之间的加热器组件18和后处理部件20。例如，后处理部件20可以是负载催化剂的基板、颗粒过滤器、或其组合，例如负载催化剂的颗粒过滤器。例如，催化剂基板和颗粒过滤器可包括多孔陶瓷蜂窝主体，该多孔陶瓷蜂窝主体具有壁阵列，该壁阵列形成穿过主体轴向(在排气流方向上和/或垂直于该主体的端面)延伸的多个流体流动路径或通道。

可通过向入口14(例如，在入口14与发动机排气歧管之间延伸)和出口16(例如，从出口16延伸至尾管)处的组件10连接附加长度的管道(未示出)来创建交通工具排气系统。根据排气系统的设计或配置(其可能因交通工具而异)，管道的各种部件和/或长度可在沿着通过排气系统的流动路径的不同位置处具有不同的直径。例如，壳体12可包括例如在上游端处的第一过渡部分24和例如在下游端处的第二过渡部分26。过渡部分24、26是壳体12的能够实现或提供壳体12中的尺寸变化的部分。例如，在图1中，过渡部分24、26两者都是逐渐变窄的(tapered)。然而，过渡部分24、26可以是阶梯形、圆锥形、逐渐变窄、倒圆形(radiused)、抛物线形或从第一尺寸转变为第二尺寸的其他形状。例如，过渡部分24将壳体12从壳体12的第一部分25处(加热器组件18定位在该处)的第一直径转变为壳体在端部14处的第二直径。

如本文描述的，加热器组件18可以是提供补充热量的电阻加热器，以便例如通过快速启动设置在加热器组件18的壁和/或后处理部件20之中或之上的催化剂材料的点火来促进后处理部件20的功能。例如，加热器组件18可包括电极22，或者以其他方式连接到电极22。电极22可被布置为延伸穿过壳体12，以便将加热器组件18连接到功率源，诸如交通工具电池。如图1所示，电极22可径向延伸穿过壳体12的第一部分25。然而，电极22可以替代地在某个其他位置或角度延伸穿过壳体12，诸如轴向穿过壳体22的过渡部分24。以这种方式，加热器组件18可被布置为当加热器组件18经由电极22连接到功率源并且施加相应的电压以产生流过加热器组件18的材料的电流时，经由焦耳加热生成热量。电极22在图1中示出为布置在加热器组件18的相对侧上(例如，相对于加热器组件18的外部间隔开180°)，但可以布置在其他位置或角度，诸如以相对于彼此90度、相对于彼此60度、相对于彼此45度、相对于彼此30度或甚至更接近的角度定位。

在实施例中，诸如图1中所示，加热器组件18定位在后处理部件20的上游，以便增加排气流的温度和/或向后处理部件20提供直接加热，这进而增加后处理部件20的温度，诸如当排气流通过后处理部件20时由后处理部件20承载的催化剂材料的温度。在实施例中，加热器组件18和后处理部件20可通过直接向加热器组件18的加热器主体装载催化剂材料来有效地组合成单个设备。可用于加热催化剂材料的此类布置可称为电加热催化剂或EHC。

以这种方式，入口端14和出口端16可用于促进组件10在不同直径的排气管道之间的连接。在其他实施例中，上游端14和下游端16中的一者或两者可具有与它们所连接到的管道的长度基本相同的直径。排气系统可替代地或附加地以突变的阶梯在不同尺寸之间转变，而不是逐渐变窄。在一些实施例中，诸如图1中所示，壳体12在加热器组件18和后处理部件20处的不同直径之间转变。然而，在其他实施例中，壳体12在加热器组件18和后处理部件20两者处可具有基本上相同的尺寸，例如诸如，在其中加热器组件18和后处理部件20具有相同直径的实施例中。

加热器组件18和后处理部件20可以任何合适的方式保持就位、支撑和/或包含在壳体12内。例如，加热器组件18的主体可经由一个或多个保持器28(例如保持环)保持就位并被支撑。后处理部件20可由类似的保持器支撑和/或由垫30(诸如无机纤维垫)支撑，垫30有助于保护后处理部件，诸如使后处理部件免受施加在后处理部件20上或后处理部件20所经历的振动或热膨胀力的影响。

现在参考图2-图5，示出了加热器组件18的实施例。与本文公开的内容一致，本文示出和/或描述的实施例可用作或并入组件10的加热器组件18，并且本文示出或描述的实施例的特征的组合可一起用于后处理组件10中的加热器组件18(例如，图2所示的特征可与图5所示的兼容特征组合使用)。

加热器组件18包括由导电材料(例如，金属、金属合金或金属复合材料)制成的加热器主体32。加热器主体32包括电阻(发热)部分34和一个或多个电极附接部分36(图2和图5所示的两个附接部分36)。如本文所述，电阻部分34在电极附接部分36之间形成或界定电流携载路径，以使得电阻部分34能够在电压施加到附接至电极附接部分36的电极时生成热量。主体32和/或者其电阻部分34可以形成为具有例如由外围33界定的形状，该外围33轴向地以中心轴线C为中心。电极附接部分36可以从电阻部分34径向延伸(诸如图5所示)，或者可以径向地包含在电阻部分34的覆盖区域或外围内(诸如图2所示)。电极22可以从加热器主体32轴向或径向延伸和/或穿过壳体12。电极附接部分36和电阻部分34可由相同的材料形成。附接部分36可与电阻部分34一体地(单体地)形成(例如，与电阻部分34一起挤出或印刷)，或者经由焊接、机械紧固件或其他附接方式作为单独的部件连接。

在所示的实施例中，主体32的电阻部分34被示出为包括相交壁35的阵列，相交壁35的阵列界定在轴向方向上延伸穿过主体32的多个通道37，并且因此是可以被称为蜂窝主体的类型(为了清楚起见，壁35和通道37在图6-图7的放大视图中用附图标记来标记，但是这些特征可以贯穿所有附图被看到)。例如，通道37使得流体能够流过主体32(例如，排出流体流)并且相交壁35提供用于与流体流进行热交换的表面积。被封围在一起以界定一个流动通道37的壁的分区中的每个分区在本文中可被称为单元。因此，相交壁35的阵列界定了对应的正方形单元阵列，它们一起形成主体32的蜂窝设计。然而，单元可具有任何其他期望的横截面形状(垂直于轴向方向的形状)，诸如六边形、三角形或其他多边形。此外，在一些实施例中，代替几何形状的单元和通道，主体32的电阻部分34包括不规则的流动通路，诸如不规则的互连多孔结构。例如，在实施例中，主体32的电阻部分34可由导电材料的泡沫状或交织纤维(或其他细长纤维状或丝状元件)配置组成，其中穿过主体32的流动路径由泡沫状结构中和/或导电材料的交织纤维或纤维状元件之间的孔、空隙、开口或裂缝不规则地形成。在实施例中，主体32可通过增材制造、导电材料片的穿孔、挤出、铸造、烧结、将丝或纤维编织成网、垫、或丝网、使导电材料发泡或其他合适的工艺或其组合来形成。

可经由固定在一个或多个电极附接部分36处的电极22通过电阻部分34建立电连接，以用于将电流携载到电极附接部分处的电极22、从电极22携载电流和/或在电极22之间携载电流。例如，电阻部分34的属性(例如，电阻率/电导率和尺寸)可相对于跨电极22施加的电压来设置，以便当电流通过主体32的电阻部分34的材料时，生成热量。换句话说，界定电极22之间的电流携载路径的加热器主体32的结构的材料属性和尺寸可以被设置为当跨电极22施加选定的电压时使得电加热器组件18生成目标量的热量和/或达到目标温度。所施加的电压可以在从传统交通工具电池能够实现的相对低电压到混合动力或电动交通工具上包括的较高容量电池能够实现的相对高电压的范围内，诸如在12V至600V的范围内，甚至更大。目标温度可以在例如约500℃至1200℃的范围内，诸如高达约1000℃的温度。

每个电极22可以在电极附接部分36中的一者处附接至加热器主体32。与主体32的电阻部分34(例如，相交壁、泡沫状结构、交织纤维等)(其具有穿过其中的通道、开口、孔洞、或其他流动通路)不同，附接部分36可形成为导电材料的致密或固化块或部分。因此，电极附接部分处的主体32的密度可大于电阻部分34处的主体32的密度。例如，可通过包括流体流动通路(例如，通道、孔、开口或裂缝)来实现电阻部分34的相对较低的密度，流体流动路径使得在电极附接部分36被相对固化和/或致密化的同时，流体能够流过主体32。主体32在附接部分处的相对较高的密度不仅提供了附加的强度和材料来支撑电极22的附接，而且还增加了主体32在附接部分36处的电导率以抑制在电极22处生成热量。相反，主体32在电阻部分34处的相对较低的密度(例如，由本文所述的通道、空隙、开口、孔、裂缝或其他流动通路提供)对应于降低的电导率，并且因此对应于增加的电阻率，这使得当施加选定电压时电阻部分34能够生成热量。

主体32进一步包括切口、狭缝、槽或产生电不连续性或断连的其他特征，这些特征在本文中被称为槽38。槽38是电断连或以其他方式产生电断连(例如间隙)，所述电断连例如，通过切断、破坏主体32的各部分或以其他方式使主体32的各部分彼此电断连来破坏主体32中的某些位置处的导电性。以这种方式，流过主体32的电流被迫在指定路径中流动，该路径在本文中可被称为下文进一步描述的蛇形电流携载路径，该蛇形电流携载路径围绕由槽38形成的这些断连部分。例如，槽38可以是气隙，或者填充有电绝缘材料。蛇形路径的一部分由附图中的一些的虚线箭头44指示。

如图示的实施例所示，槽38从主体32的相对侧交替地跨主体32延伸，使得主体32的材料(例如，相交壁35)以蛇形图案连接在一起，该蛇形图案多次跨主体32在其自身上重复。槽38在相交点39处与主体32的电阻部分34的外围相交。换句话说，槽38中的每个槽38从外围处的相交点39中的一者延伸到加热器主体32内的端子端40。因此，由槽38引起的相交点39在电阻部分34的外围中产生对应的断连、断裂或间隙(通常是电断连)，并且该电断连沿着槽38的长度继续到主体32中。

根据前述内容，所示实施例中的主体32的电阻部分34包括由槽38分隔开的多个段42。相邻段42围绕槽38的端子端40彼此连接，从而形成蛇形路径44。由于槽38引起电断连，因此携载通过电极22之间的主体32的材料的电流被迫沿着穿过主体32的电阻部分34的段42的蛇形路径44。蛇形路径44不限于图2-图5中所示的那样，因为在不同的长度、角度、宽度或其他尺寸处可包括槽38，以便为蛇形路径44和段42设置其他形状。

因此，由槽38引起的电断连使得电极22之间的电流路径长度增加，因为电流被迫多次来回跨越主体32而不是直接沿电极22之间的直线流动。由于加热器主体32的总电阻率取决于电极22之间的总电流携载路径长度，所以加热器组件18的电阻率可至少部分地通过选择槽38的尺寸、位置和数量(从而设置蛇形电流携载路径的尺寸)来设置。因此，如本文所述，由加热器18生成的热量和/或在加热器主体32的电阻部分34中实现的温度可以通过相对于施加到电极32的电压设置加热器主体32的尺寸和材料属性来可预测地设置。

多个段42包括在蛇形路径44的每个相对端处的端部段42’。端部段42’不是与其他段42一样被界定在两个相邻槽38之间，而是被约束在第一槽38’与加热器主体32的外围33之间。第一槽38’被标识为槽38中最靠近电极附接部分36并且导致电流流入/流出电极附接部分36以沿着蛇形路径44流动的那些槽(因此在加热器主体32的电阻部分34的每一端处存在第一槽38’中的一者和端部段42’中的一者)。因此，电极附接部分36在端部段42’处连接到电阻部分34。

由于各种原因，端部段42’可具有与沿着蛇形路径44的其余部分的段42不同的形状或大小。例如，在所示实施例中，加热器主体32的外围33的圆形横截面形状导致端部段42’比段42中的其余段显著更宽(例如，将指示端部段42’大小的第一大括号的宽度与指示图3中的其他段42中的一者的大小的大括号的宽度进行比较)。作为另一示例，在实施例中，电极附接部分36可需要至少为最小尺寸，以便促进到电极22的附接，并且该最小大小可导致端部段42’大于其余段。

在端部段42’大于其他段42的实施例中，这种较大的尺寸可导致由端部段42’中的加热器主体的材料实现的显著较低的温度。也就是说，端部段42’的较大宽度(例如，在大致横向(例如，垂直于任何给定位置处的电流的方向)的方向上测量的宽度)导致与沿着穿过相对较窄的段42的蛇形路径的每单位体积的相对较高的电流浓度相比，沿着穿过端部段42’的蛇形路径44的每单位体积的更低的电流浓度。为此，当段变得更宽时(在横向方向上，例如，垂直于蛇形路径44的方向)，电流具有更多的材料来扩散穿过，从而降低在这些相对较宽的段中实现的温度。

如图2-图5的实施例所示，加热器组件18包括用于产生电流减小的区域的至少一个辅助槽46，该区域可被称为靠近加热器主体32在端部段42’中的外围33的“死区”48。。例如，图2-图4的实施例示出了多个辅助槽46，而图5的实施例示出了辅助槽46中的具有终止于两个端子端40的T形形状的单一辅助槽46。类似于槽38，辅助槽46是断连、断裂或间隙，其在辅助槽46的相对侧上的加热器主体32的部分之间产生电断连。

与槽38不同，辅助槽46不被包括，以在蛇形电流流动路径44中产生弯曲。相反，辅助槽46中的每一者从外围33在大致横向于(例如，垂直于)第一槽38’延伸的方向的方向上朝向对应的第一槽38’延伸。以这种方式，辅助槽46防止、阻碍或减少加热器主体32的邻近于靠近端部段42’内的外周33的(多个)辅助槽46的材料中的电流流动。如图2-图5中所标记的，以及图4中的灰色区域所示，辅助槽46形成“死区”48，其中由于该区域中缺乏电流而不会显著生成热量。因此，辅助槽46有助于引导或偏置电流以流过端部段42’中的每一者的集中区域50，该集中区域50邻近相应的第一槽38’并沿着相应的第一槽38’延伸。由于与端部段42’作为整体相比，集中区域50具有相对较窄的宽度(横向于电流流动穿过蛇形路径44的方向)，所以通过添加辅助槽46有效地提高了对于给定的施加电压实现的温度。

例如，如图4所示，当安装在组件10中时，保持环28(其内直径在图4中以虚线指示)可以物理地覆盖加热器主体32的外部，从而阻挡或以其他方式防止排气流遇到围绕外围33的加热器主体32的最外围材料。因此，在这些外围区域中生成的任何热量被大量浪费，因为它明显没有参与同排气流或后处理部件20的热传递。因此，通过辅助槽46形成的集中区域50有利地提高了加热器主体32的未被保持环28阻挡的部分的温度，从而有利地提高了穿过加热器组件18的排气流的热传递效率、并提高了电效率、并且减少了浪费的热量生成。

更具体地参考图5的实施例，与图2-图4的实施例中的多个辅助槽46相比，加热器主体32具有辅助槽46中的单一辅助槽46。然而，图5中的辅助槽46具有分成两个端子端40的T形形状，其中每个端子端40在基本平行于第一槽48’的方向上从辅助槽46延伸。因此，虽然两个端子端40在图5中示出为相对于彼此(并且平行于第一槽38’)以180度延伸，但是在其他实施例中两个端子端46可以以不同角度延伸，例如，所述不同角度提供Y形形状、W形形状或其他形状代替所示的T形形状。

加热器主体32以及在加热器主体32中形成的槽38和/或辅助槽46可以以任何合适的方式形成。在实施例中，加热器主体32通过三维打印制造，三维打印诸如激光粉末床熔接或其他增材制造工艺。在实施例中，加热器主体32形成为单个单片式部件(例如，烧结金属化或包含金属的主体)。在实施例中，加热器主体32的电阻部分34与槽38和/或辅助槽46同时(诸如经由增材制造工艺)形成，其中各种槽特征可以简单地打印到加热器主体的设计中。在实施例中，槽38和/或辅助槽46在一个或多个制造步骤中通过切开、冲压、切割而形成为尚未包含槽38的无槽主体。

参考图5，加热器组件18的槽38和辅助槽46可包括插座52。当布置在组件10中时，插座52可接收槽分隔器，例如电绝缘部件，诸如可以插入到插座52中以确保槽38保持打开的杆、块或条。例如，在操作期间，主体32可经历(诸如来自振动或热膨胀的)力，这可能会导致主体32的物理变形。以这种方式，槽分隔器有助于防止槽38“闭合”，即，其中槽38的相对侧上的壁的部分变得彼此电接触，这可导致电短路。槽分隔器可形成为保持环28的轴向延伸部分或离散的轴向延伸结构部件。

插座52可定位在外围33处，或以一定距离与外围33间隔开(如图5所示)。插座52和槽分隔器可被添加到本文描述的任何实施例，诸如图2的实施例。槽分隔器可被保持在插座部分48中，诸如经由摩擦配合、经由凸缘、头部、帽、或唇部，或以其他方式用粘合剂、焊接或机械紧固件固定。槽分隔器可以至少部分地由总体上非导电的材料(例如，陶瓷或介电材料或涂层)制成，使得当施加跨加热器主体施加选定的电压时，槽分隔器保持加热器主体32的各部分在槽38的相对侧上的电隔离。槽分隔器和插座部分52可采用各种互补的形状，例如，两者都可具有圆形横截面形状。在实施例中，加热器组件18可具有多个不同形状的槽分隔器和/或插座，或者槽分隔器和插座中的所有者可具有相同的形状。可包括用于槽分隔器和插座部分的形状的任何合适的组合。

如本文所述，终止于主体32内的槽38的端部40位于由槽38界定的蛇形路径44中的弯曲处，并且因此表示电流改变方向的位置。已经发现，蛇形路径44中的这些弯曲会由于电流的浓度而导致热点。有利地，在这些位置处包括附加材料增加了该区域中的局部电导率，从而减轻了热点。

例如，如图6-图7所示，槽38可具有宽度W。在一些实施例中，宽度W等于由相交壁形成的一个或多个完整单元或通道37的组合宽度。例如，宽度W等于图6-图7中的一个完整通道的宽度。同样如图6-图7所示，槽38的端子端40可以是逐渐变窄的，例如在所示实施例中是圆形的。在加热器主体32包括蜂窝状设计的实施例中，端部50不需要是逐渐变窄的或尖的，而是可具有与相交壁35的形状不同的形状，或者以其他方式仅占据通道37中的一个完整通道37的一小部分或一部分。例如，在图6-图7中，槽38的端子端40具有过量的材料54，例如导电材料。例如，在图6-图7所示的实施例中，导电材料54在端子端40处形成为倒圆角。

图8示出实施例，其中直接靠近端子端40的通道37中的一个或多个通道37被过量的导电材料54完全填充。任何数量(例如，大于或小于所示的七个)的通道或通道的组合(例如，与所示的情况不同)可被布置为填充有材料54。图9示出替代实施例，其中端子端40处的通道37中的一些通道37被材料54部分填充，但这些通道37包含其中的流动通路，例如，以有助于与流过加热器的流体进行进一步的热传递。例如，如图8所示的完全填充的通道可替代于如图7和图9所示和所述的部分填充的区域来使用，或者与图7和图9所示和所述的部分填充的区域组合使用。

参照图10-图11可以理解在槽38的端子端40处缺少导电材料54的加热器主体18与在端子端40处包括导电材料54的加热器主体18之间的大致比较。更具体地，电流流动的中心的近似路径在图10和图11中示意性地示出为虚线。在图10中，其中在槽38的端子端40处缺少导电材料54，电流流动趋向于集中在端子端40处，如图10中的虚线所示，靠近端子端40“夹紧”。相比之下，图11中导电材料54的添加(例如，通道37中的五个通道37被示出为被导电材料54完全填充)导致电流扩散，从而围绕图11中的端子端40采取“更宽”的弯曲。以这种方式，位于端子端40处的导电材料54在实施例中可用于减少槽38的端子端40处的热点，蛇形路径44在该处弯曲以在其自身上重复。端子端40处的过量导电材料54可与产生死区48和集中区域50的一个或多个辅助槽46结合使用，如上所述(例如，图10-图11的实施例中示出的T形形状辅助槽46)。

对本领域技术人员显而易见的是在不背离所要求的主题的精神或范围的情况下可做出各种修改和变型。因此，本发明不受限制，除了所要求的主题及其等同物之外。

Claims (20)

1.一种用于流体流的处理的电加热器，包括：

电阻部分，所述电阻部分被配置为当电流通过其中时生成热量；

电极附接部分对，所述电极附接部分对在所述电阻部分的相对端部处；

多个槽，所述多个槽从所述电阻部分的外围延伸到所述电阻部分中并且将所述电阻部分的段彼此电断连，以界定延伸穿过所述电极附接部分对之间的所述电阻部分的蛇形电流携载路径，

其中电极附接部分中的每一者连接到所述电阻部分的相应端部段，所述相应端部段被约束在所述电阻部分的外围与所述多个槽中的相应第一槽之间，以及

至少一个辅助槽，所述至少一个辅助槽在所述端部段中的每一者中，所述至少一个辅助槽在横向于所述第一槽的方向上从所述外围朝向所述第一槽延伸，以对流过邻近每个端部段中的所述第一槽并沿着所述第一槽延伸的集中区域的电流进行偏置。

2.如权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述端部段在横向于沿着所述蛇形路径流动的电流的方向上比约束在所述多个槽中的两个相邻槽之间的电阻部分的另一段宽。

3.如权利要求1-2中任一项所述的电加热器，其特征在于，所述至少一个辅助槽产生电流减小的死区，所述死区从所述外围延伸大约所述至少一个辅助槽的长度进入所述端部段。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电加热器，其特征在于，所述电阻部分包括界定轴向延伸穿过所述电加热器的通道的相交壁阵列。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电加热器，包括：在所述端部段中的每一者中的多个所述辅助槽。

6.如权利要求1-5中任一项所述的电加热器，包括：在所述端部段中的每一者中的单个辅助槽。

7.如权利要求6所述的电加热器，其特征在于，所述单个辅助槽中的每一者分成终止于所述电阻部分内的两个端子端。

8.如权利要求7所述的电加热器，其特征在于，所述单个辅助槽中的每一者具有T形、Y形或W形形状。

9.如权利要求1-8中任一项所述的电加热器，其特征在于，所述槽中的一者或多者、所述至少一个辅助槽或这两者包括用于接收槽分隔器的插座。

10.如权利要求1-9中任一项所述的电加热器，进一步包括：附接到所述电极附接部分中的每一者的电极。

11.如权利要求1-10中任一项所述的电加热器，其特征在于，所述电极从所述电极附接部分轴向或径向延伸。

12.如权利要求1-11中任一项所述的电加热器，进一步包括：设置在所述槽的端子端处的过量导电材料。

13.如权利要求12所述的电加热器，其特征在于，所述电阻部分包括界定轴向延伸穿过所述电加热器的通道的相交壁阵列，并且所述过量导电材料包括被所述过量导电材料至少部分填充的一个或多个通道。

14.一种排气处理组件，包括如权利要求1-13中任一项所述的电加热器和一起包含在管状壳体中的后处理部件。

15.如权利要求14所述的排气处理组件，其特征在于，所述后处理部件包括催化剂基板、特定过滤器或其组合。

16.如权利要求14-15中任一项所述的排气处理组件，其特征在于，所述电加热器通过一个或多个保持环固定在所述管状壳体内。

17.如权利要求16所述的排气处理组件，其特征在于，所述端部段的集中区域基本上不被所述保持环覆盖，但是所述集中区域外部邻近外围的电流减小的死区被所述保持环覆盖。

18.一种制造电加热器的方法，包括：

在加热器主体的电阻部分中形成多个槽，所述多个槽将所述加热器主体的部分彼此电断连，

其中，所述加热器主体的未被所述多个槽电断连的段在所述加热器主体的电极附接部分对之间形成穿过所述加热器主体的蛇形电流携载路径，所述电极附接部分对连接到所述电阻部分的相应端部段，所述相应端部段被约束在所述电阻部分的外围与所述多个槽中的相应第一槽之间；以及

在所述端部段中的每一者中形成至少一个辅助槽，所述至少一个辅助槽在横向于所述第一槽的方向上从所述外围朝向所述第一槽延伸，以对流过邻近每个端部段中的所述第一槽并沿着所述第一槽延伸的集中区域的电流进行偏置。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，形成所述多个槽、形成所述至少一个辅助槽或形成这两者包括与所述加热器主体同时地三维打印所述多个槽、所述至少一个辅助槽或这两者。

20.如权利要求18-19中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述多个槽、形成所述至少一个辅助槽或形成这两者包括从所述加热器主体移除材料。