CN219654761U - 电加热器和包括其的后处理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电加热器和包括其的后处理系统。所述电加热器包括壳体；以及在所述壳体内的至少一个加热片，所述加热片具有正极和负极，以及格栅结构，所述格栅结构包括：多个间隙，其用于气体通过；以及多个电阻，所述多个间隙中的每一个由所述多个电阻中的一个或多个界定；其中所述格栅结构构造为中心对称，所述正极布置在所述格栅结构的中心或边缘中的一者处，所述负极布置在所述中心或边缘中的另一者处。本申请的电加热器结构简单并且易于制造，由此降低成本。

Description

电加热器和包括其的后处理系统

技术领域

本申请涉及车辆排放技术领域，具体说涉及一种对排放气体加热的电加热器和包括所述电加热器的后处理系统。

背景技术

后处理系统(ATS)针对柴油机排放法规被部署在使用柴油的商用车如卡车或货车上来减少柴油燃烧产生废气中的有害成分。排放标准包括针对氮氧化物(Nox)、颗粒物质量和数量(PN、PM)、碳氢化合物(HC)的要求。后处理系统可以包括氧化型催化转化器(DOC)用于氧化柴油机中残留的HC、颗粒捕捉器(DPF)用于过滤固体微粒、以及选择性催化还原转化器(SCR)用于将NOx还原为氮气，使用氨水喷雾和/或SCR/AMOX(氨水氧化)氧化过多的氨水。催化剂被使用其中以将有害成分转化为无害成分。催化剂的活性需要在一定温度下(如350℃)发挥作用。而在车辆冷启动阶段因催化剂表面温度低，无法在启动的初期立即有效地处理废气中有害成分。目前的催化技术已经能够较好地处理车辆正常运行状况下的废气，但车辆启动阶段由于温度低导致催化剂不能发挥作用，但此时因燃料不能充分燃烧废气中有害成分含量高。

另一方面，在目前的柴油机排放法规中，废气排放已经非常严格，特别是对于氮氧化物的减少，在国六后处理系统中，如果废气温度超过200℃，SCR转换率已经达到95％以上。因此，下一阶段的柴油机废气排放法规需要满足氮氧化物的近零排放。为了达到这个目标，许多解决方案被应用，例如双后处理系统接触在一起，以及在柴油机冷启动时提高废气温度以提高SCR转化率等。后处理系统可以提供电加热器以加热废气，经加热的废气随后通过催化剂。

实用新型内容

本申请涉及的一个方面是提供了一种电加热器，所述电加热器对通过其中的气体加热。

本申请涉及的一种电加热器，其包括：

壳体；以及

在所述壳体内的至少一个加热片，所述加热片具有正极和负极，以及格栅结构，所述格栅结构包括：

多个间隙，其用于气体通过；以及

多个电阻，所述多个间隙中的每一个由所述多个电阻中的一个或多个界定；

其中所述格栅结构构造为中心对称，所述正极布置在所述格栅结构的中心或边缘中的一者处，所述负极布置在所述中心或边缘中的另一者处。

在所述电加热器的一种实施例中，所述格栅结构包括

第一电阻组件，所述多个电阻中的部分电阻以串联和/或并联的方式组成所述第一电阻组件，所述第一电阻组件构造为螺旋形；以及

第二电阻组件，所述多个电阻中的其他电阻以串联和/或并联的方式组成所述第二电阻组件，所述第二电阻组件构造为螺旋形；

所述第一电阻组件和所述第二电阻组件在一个平面上交替缠绕。

在所述电加热器的一种实施例中，所述格栅结构被分成多个电阻扇区，所述多个电阻均匀地分布在各个所述电阻扇区中，每个所述电阻扇区中都具有一个第三电阻组件，并且每个所述电阻扇区中的多个电阻以串联和/或并联的方式组成所述第三电阻组件，所述第三电阻组件构造为在所述电阻扇区中蜿蜒延伸。

在所述电加热器的一种实施例中，所述电加热器的至少一个加热片包括第一加热片和第二加热片，所述第一加热片和所述第二加热片以串联或并联的方式支撑支撑轴上，所述支撑轴布置在所述壳体内。

在所述电加热器的一种实施例中，所述第一加热片和所述第二加热片相同。

在所述电加热器的一种实施例中，当所述第一加热片和所述第二加热片为串联连接时，

所述第一加热片具有对称的在径向上向外延伸的第一极柱和第二极柱；

所述第二加热片具有对称的在径向上向外延伸的第三极柱和第四极柱；

所述电加热器还包括

第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别穿过所述壳体的壁；以及

第一内套筒，所述第一内套筒固定在所述壳体的内部，并且与所述第一极柱和第二极柱接触；以及

第二内套筒，所述第二内套筒固定在所述壳体的内部，并且与所述第三极柱和第四极柱接触。

在所述电加热器的一种实施例中，其中所述第一接头在对应于所述第一极柱和第二极柱之间中心的位置上接触所述第一内套筒，并且所述第二接头在对应于所述第三极柱和第四极柱之间中心的位置上接触所述第二内套筒。

在所述电加热器的一种实施例中，当所述第一加热片和所述第二加热片为串联连接时，

所述第一加热片具有对称的在径向上向外延伸的第一极柱和第二极柱；

所述第二加热片具有对称的在径向上向外延伸的第三极柱和第四极柱；

所述电加热器还包括

第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别穿过所述壳体的壁；以及

第一内套筒，所述第一内套筒固定在所述壳体的内部，并且与所述第一极柱和第二极柱接触；以及

第二内套筒，所述第二内套筒固定在所述壳体的内部，并且与所述第三极柱和第四极柱接触。

在所述电加热器的一种实施例中，其中所述第一接头在对应于所述第一极柱和第二极柱之间中心的位置上接触所述第一内套筒，并且所述第二接头在对应于所述第三极柱和第四极柱之间中心的位置上接触所述第二内套筒。

在所述电加热器的一种实施例中，所述第一接头和第二接头各自包括连接部、绝缘部和固定部，其中连接部是导电的，所述固定部将所述连接部和绝缘部固定在所述壳体上。

在所述电加热器的一种实施例中，所述第三接头连接在所述第一加热片和所述第二加热片之间的所述支撑轴上的中心位置上。

在所述电加热器的一种实施例中，所述第三接头包括连接部、绝缘部和固定部，其中连接部是导电的，所述固定部将所述连接部和绝缘部固定在所述壳体上。

本申请涉及的电加热器结构简单并且易于制造，由此降低成本。电加热器采用加热片，加热片的尺寸可以设计地较薄，因此电加热器的尺寸尤其是轴向上的尺寸得到控制。气体可以在经过催化剂前通过电加热器从而加热，有利于提升经加热的气体通过催化剂的催化转化率。气体的加热效果可以通过设计加热片的格栅结构控制。

本申请涉及的另一个方面是提供一种后处理系统，所述后处理系统包括至少一个如上文所讨论的实施例中所述的电加热器。

在一种后处理系统的实施例中，所述后处理系统进一步包括以下中的一个或多个：氧化型催化转化器、颗粒捕捉器、以及选择性催化还原转化器。

在一种后处理系统的实施例中，所述电加热器布置在所述氧化型催化转化器、颗粒捕捉器、和选择性催化还原转化器中的任意一个或多个的前端。

在一种后处理系统的实施例中，所述后处理系统用于重型、中型、或轻型卡车或货车上。

本申请涉及的后处理系统具有改善的废气排放率，可以满足日益严格的废气排放法规。本申请涉及的后处理系统具有简单的构造并且易于制造，由此降低成本。本申请涉及的后处理系统的尺寸尤其是轴向尺寸得到控制。

通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。

附图说明

结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1为本申请涉及的加热片的一种实施例的示意图；

图2为本申请涉及的加热片的另一种实施例的示意图；

图3为图2中的加热片的局部放大图；

图4为本申请涉及的电加热器的一种实施例的示意图；

图5为图4中的电加热器的分解图；

图6为本申请涉及的电加热器的另一种实施例的示意图；

图7为图6中的电加热器的分解图；以及

图8为本申请涉及的后处理系统的示意图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。

图1示出了本申请涉及的加热片的一种实施例的示意图。加热片10构造为盘形，由金属例如铜制成，并且具有格栅结构20。格栅结构20继而包括多个间隙22和多个电阻24。所述间隙22用于气体通过。多个间隙22中的每一个间隙由多个电阻24中的一个或多个电阻界定其至少一部分或所有的边界。格栅结构20是中心对称的，包括中心26和在径向上离所述中心26位置最远的周向上的边缘28。在这里，“中心”指格栅结构的中心所在的中央区域。格栅结构20可以被视为由多个小单元的电阻以串联和/或并联连接起来的通电后发热的一个总电阻件，其具有电流通过的正极和负极。中心26和边缘28中的一者布置正极，另一者布置负极。如图所示的实施例，正极布置在边缘28处，负极布置在中心26。电流从边缘28开始，沿着大致径向的方向流向中心26。反之亦然。

在图示实施例中，格栅结构20呈现为螺旋式。总电阻件包括第一电阻组件36和第二电阻组件38。第一电阻组件36和第二电阻组件38分别为螺旋形，其一端如图所示在边缘28处，另一端在中心26。第一电阻组件36和第二电阻组件38在同一个平面上交替缠绕。第一电阻组件36可以被视为以间隙为最小单位的多个电阻以串联和/或并联的方式连接。电流从边缘28处的正极沿着第一电阻组件36的螺旋式的延伸方向流向中心26处的负极。同样，第二电阻组件38也可以被视为以间隙为最小单位的剩余的电阻以串联和/或并联的方式连接。电流从边缘28处的正极沿着第二电阻组件38的螺旋式的延伸方向流向中心26处的负极。第一电阻组件36和第二电阻组件38是完全相同的，因此第一电阻组件36的电阻值和第二电阻组件38的电阻值相等，并且当同一个电压同时施加到第一电阻组件36和第二电阻组件38的正、负极两端上时，第一电阻组件36和第二电阻组件38并联连接来构成总电阻件。

图2示出了本申请涉及的电加热器的加热片的另一个实施例的示意图。在图示实施例中，格栅结构20被分成四个90度大小的电阻扇区40。多个电阻24均匀地分布在这四个电阻扇区40内。在每个电阻扇区40内都有一个第三电阻组件42，其可以被视为以间隙为最小单元的多个电阻以串联和/或并联的方式连接。在图示实施例中，正极布置在边缘28处，负极布置在中心26。电流从边缘28开始，沿着大致径向的方向流向中心26。反之亦然。以图3的放大图为例，其示出了一个电阻扇区40，在该电阻扇区40内，多个电阻被布置成多层电阻弧44，每一层的电阻弧44的一端46与前一层的电阻弧的一端47连接，另一端48与下一层的电阻弧的一端49连接，由此构成在电阻扇区内蜿蜒延伸的第三电阻组件42。四个电阻扇区40的第三电阻组件42都是完全相同的，因此此实施例中的总电阻件可以被视为四个第三电阻组件并联连接。

格栅结构20是中心对称的，无论是图1的螺旋式加热片还是图2的扇区式加热片，因此电流可以均匀地在加热片10上通过，由此获得均匀的气体加热效果。另外，在各个扇区具有相同的电阻布置的情况下，加热片还可以被分成两个、三个、甚至五个、六个……的扇区，并且都可设计成使得电流均匀通过加热片。

单个加热片10的总电阻值取决于格栅结构20的设计，包括但不限于螺旋式还是扇区式结构、间隙22的大小和/或形状设计等。在图示实施例中，间隙22为大致矩形，间隙22还可以设计成其他形状。由此通过改变上述参数调整总电阻值以及通风量，从而获得期望的气体通过效果。

单个加热片10的厚度可以控制在0.5～3mm之间，并且通过冲压工艺制造。该加热片10方便制造的同时还具有较低的制造成本，并且可以获得良好的加热效果。

电加热器内可以布置有多个这样的加热片10，即调节加热片的数量来进一步获得需要的总电阻值。

图4示出了本申请涉及的电加热器的一种实施例的示意图，图5为该电加热器的分解图。在图示实施例中，电加热器包括壳体50、布置在壳体60内的第一加热片12和第二加热片15、支撑轴54、第一内套筒56、第二内套筒58、第一接头62、和第二接头63。壳体50构造为套筒形状。第一加热片12和第二加热片15支撑在支撑轴54上，所述支撑轴54布置在壳体50内。在壳体50内以及第一加热片12外还设置有所述第一内套筒56，其用于向第一加热片12通过电流。第一加热片12为图1示出的螺旋式加热片。第一加热片12在边缘处对称地设置有第一极柱13和第二极柱14。第一极柱13和第二极柱14径向向外延伸。所述第一极柱13和第二极柱14与第一内套筒56接触。第一内套筒56由导电材料制成，其相对于壳体50内部固定，并且与不导电的壳体50绝缘。可以通过多种想得到的方式将导电的第一内套筒56和不导电的壳体50连接，例如在第一内套筒56和壳体50之间设置绝缘层。第一接头62穿过壳体的壁52与第一内套筒56接触。同样第二加热片15在边缘处对称地设置有第三极柱16和第四极柱17。第三极柱16和第四极柱17径向向外延伸。所述第三极柱16和第四极柱17与第二内套筒58接触。第二内套筒58由导电材料制成，其相对于壳体50内部固定，并且与不导电的壳体50绝缘连接。第二接头63穿过壳体的壁52与第二内套筒58接触。

第一接头62和第二接头63在结构上相同，均包括导电的连接部66、绝缘部67以及不导电的固定部68。第一接头62和第二接头63各自的连接部66分别与第一内套筒56和第二内套筒58连接，第一接头62和第二接头63各自的固定部68将对应的绝缘部67和连接部66固定在壳体的壁52上。

在图示实施例中，例如，电流从第一接头62进入，传递到第一内套筒56上，电流在第一内套筒56分流，分别传递到第一加热片12的第一极柱13和第二极柱14上，随后电流在第一加热片12上沿着如前所述的第一电阻组件和第二电阻组件传递到第一加热片12的中心(见图4)。接着，电流传递到导电的支撑轴54上，并传递到第二加热片15的中心。以与前述第一加热片12相反的电流传递方向，电流从第二加热片15的中心沿着第一电阻组件和第二电阻组件传递，并且到达第二加热片15的第三极柱16和第四极柱17(见图5)。最后，电流从第三极柱16和第四极柱17通过，并相继到达第二内套筒58和第二接头63，从第二接头63离开，图4-5中的箭头示出了电流行进路线。由此，第一加热片12和第二加热片15以串联的方式连接。

为了使电流在行进过程中均匀通过各部件，第一接头62与第一内套筒56在对应于第一极柱13和第二极柱14之间的中心的位置上接触。第一极柱13和第二极柱14设置在第一电阻阻件、第二电阻元件在边缘上的端部处。同样，第二接头63、第二内套筒58和第二加热片15的连接也是如此设置。在加热片以串联连接的模式中，各部件的连接当满足结构上的对称时可获得均匀的电流通过，从而获得较好的加热效果。

在图示的实施例中，第一加热片12和第二加热片15都是螺旋式加热片。第一加热片12和第二加热片15也可以都是扇区式加热片，或者一个加热片是扇区式加热片，而另一个加热片是螺旋式加热片。当扇区式加热片应用在串联连接的模式中时，极柱可以设置在相邻两个电阻扇区的边界处，以满足结构上的对称性。

图6示出了本申请涉及的电加热器的一种实施例的示意图，图7为该电加热器的分解图。在图示实施例中，电加热器包括壳体50、布置在壳体50内的第一加热片12和第二加热片15、支撑轴54、第三接头64、和第四接头65。壳体50同样构造为套筒形状。第一加热片12和第二加热片15支撑在支撑轴54上，所述支撑轴54布置在壳体50内。第一加热片12为图2示出的扇区式加热片。第一加热片12在其边缘处连接到壳体的壁52上，例如焊接。第三接头64穿过壳体的壁52。同样第二加热片15在其边缘处连接到壳体的壁52上，例如焊接。第四接头65连接到壳体50。

第三接头64和第四接头65在结构上不尽相同。第三接头64长度较长，第四接头65长度相对较短。第三接头64长度设计为其穿过壳体的壁52后与支撑轴54连接。在一种实施例中，第三接头64的末端设置有螺纹，支撑轴54对应地设置有螺纹孔53，第三接头64拧入螺纹孔53以与支撑轴54连接。在与壳体的壁52连接的方面上，第三接头64与第一接头62、第二接头63相同，即包括导电的连接部66、绝缘部67以及不导电的固定部68。螺纹直接设置在连接部66上。固定部68将绝缘部67和连接部66固定在壳体的壁52上。第四接头65直接与壳体的壁52连接，例如焊接。在此实施例中，壳体50由导电材料制成，但其不与第三接头64接触，以免短路。

在图示实施例中，例如，电流从第三接头64进入，传递到支撑轴54，电流在支撑轴54分流，分别传递到第一加热片12的中心和第二加热片15的中心，随后电流从第一加热片12和第二加热片15的中心分别沿着各自的电阻扇区内的第三电阻组件传递到第一加热片12和第二加热片15的各自边缘(见图7)。最后电流到达壳体50以及第四接头65。第四接头65可以连接负极，或者第四接头65和壳体50接地，图6-7中箭头示出了电流行进路线。由此，第一加热片12和第二加热片15以并联的方式连接。

第三接头64连接在第一加热片12和第二加热片15之间的支撑轴54上的中心位置上，以利于电流均匀地分流以通过第一加热片12和第二加热片15。

在图示的实施例中，第一加热片12和第二加热片15都是扇区式加热片。可以在第一加热片12和第二加热片15上加设第一、第二、第三、第四极柱。第一加热片12和第二加热片15也可以都是螺旋式加热片。

图8示出了本申请涉及的后处理系统的一种实施例的简图。该后处理系统例如用于使用柴油机的商用车，包括但不限于重型、中型、轻型的卡车或货车。在图中实施例中，后处理系统包括氧化型催化转化器(DOC)、颗粒捕捉器(DPF)、以及选择性催化还原转化器(SCR)；或者后处理系统可以设置有其中一个或任意两个的组合。前述任何一个实施例的电加热器100设置在DOC、DPF、以及SCR的前端即其上游。就是说，电加热器100可以有三个，如图所示，以简图示意的电加热器100分别设置在上述DOC、DPF、SCR的前端；或者电加热器100有两个，选择性地设置在其中两个的前端；或者后处理系统仅包括一个电加热器100，设置在其中一个的前端。

虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。

Claims (10)

1.一种电加热器，其特征是包括：

壳体(50)；以及

在所述壳体(50)内的至少一个加热片(10)，所述加热片(10)具有正极和负极，以及格栅结构(20)，所述格栅结构(20)包括：

多个间隙(22)，其用于气体通过；以及

多个电阻(24)，所述多个间隙(22)中的每一个由所述多个电阻(24)中的一个或多个界定；

其中所述格栅结构(20)构造为中心对称，所述正极布置在所述格栅结构(20)的中心或边缘中的一者处，所述负极布置在所述中心或边缘中的另一者处。

2.根据权利要求1所述的电加热器，其特征是：所述格栅结构(20)包括

第一电阻组件(36)，所述多个电阻(24)中的部分电阻以串联和/或并联的方式组成所述第一电阻组件(36)，所述第一电阻组件(36)构造为螺旋形；以及

第二电阻组件(38)，所述多个电阻(24)中的其他电阻以串联和/或并联的方式组成所述第二电阻组件(38)，所述第二电阻组件(38)构造为螺旋形；

所述第一电阻组件(36)和所述第二电阻组件(38)在一个平面上交替缠绕。

3.根据权利要求1所述的电加热器，其特征是：所述格栅结构(20)被分成多个电阻扇区(40)，所述多个电阻(24)均匀地分布在各个所述电阻扇区(40)中，每个所述电阻扇区(40)中都具有一个第三电阻组件(42)，并且每个所述电阻扇区(40)中的多个电阻(24)以串联和/或并联的方式组成所述第三电阻组件(42)，所述第三电阻组件(42)构造为在所述电阻扇区(40)中蜿蜒延伸。

4.根据权利要求1所述的电加热器，其特征是：

所述电加热器的至少一个加热片包括第一加热片(12)和第二加热片(15)，所述第一加热片(12)和所述第二加热片(15)以串联或并联的方式支撑于支撑轴(54)上，所述支撑轴(54)布置在所述壳体(50)内；

所述第一加热片(12)和所述第二加热片(15)相同。

5.根据权利要求4所述的电加热器，其特征是当所述第一加热片(12)和所述第二加热片(15)为串联连接时，

所述第一加热片(12)具有对称的在径向上向外延伸的第一极柱(13)和第二极柱(14)；

所述第二加热片(15)具有对称的在径向上向外延伸的第三极柱(16)和第四极柱(17)；

所述电加热器还包括

第一接头(62)和第二接头(63)，所述第一接头(62)和第二接头(63)分别穿过所述壳体的壁(52)；以及

第一内套筒(56)，所述第一内套筒(56)固定在所述壳体(50)的内部，并且与所述第一极柱(13)和第二极柱(14)接触；以及

第二内套筒(58)，所述第二内套筒(58)固定在所述壳体(50)的内部，并且与所述第三极柱(16)和第四极柱(17)接触；

其中所述第一接头(62)在对应于所述第一极柱(13)和第二极柱(14)之间中心的位置上接触所述第一内套筒(56)，并且

所述第二接头(63)在对应于所述第三极柱(16)和第四极柱(17)之间中心的位置上接触所述第二内套筒(58)。

6.根据权利要求4所述的电加热器，其特征是：当所述第一加热片(12)和所述第二加热片(15)为并联连接时，

所述第一加热片(12)在其边缘处与所述壳体(50)固定；

所述第二加热片(15)在其边缘处与所述壳体(50)固定；

所述电加热器还包括

具有较大长度的第三接头(64)，所述第三接头(64)穿过所述壳体的壁(52)，并且与所述支撑轴(54)连接；以及

具有较小长度的第四接头(65)，所述第四接头(65)与所述壳体(50)连接。

7.根据权利要求5所述的电加热器，其特征是：所述第一接头(62)和第二接头(63)各自包括连接部(66)、绝缘部(67)和固定部(68)，其中连接部(66)是导电的，所述固定部(68)将所述连接部(66)和绝缘部(67)固定在所述壳体(50)上。

8.根据权利要求6所述的电加热器，其特征是：

所述第三接头(64)连接在所述第一加热片(12)和所述第二加热片(15)之间的所述支撑轴(54)上的中心位置上；

所述第三接头(64)包括连接部(66)、绝缘部(67)和固定部(68)，其中连接部(66)是导电的，所述固定部(68)将所述连接部(66)和绝缘部(67)固定在所述壳体(50)上。

9.一种后处理系统，其特征是所述后处理系统包括至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的电加热器(100)。

10.根据权利要求9所述的后处理系统，其特征是所述后处理系统进一步包括以下中的一个或多个：氧化型催化转化器、颗粒捕捉器、以及选择性催化还原转化器；

其中所述电加热器(100)布置在所述氧化型催化转化器、颗粒捕捉器、和选择性催化还原转化器中的任意一个或多个的前端；

所述后处理系统用于重型、中型、或轻型卡车或货车上。