DE69503574T3 - Heizungseinheit und katalytischer Umwandler - Google Patents

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Description

  • (1) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Heizeinheiten und katalytische Konverter, die sich zur Reinigung von Autoabgasen usw. eignen.
  • (2) Stand der Technik
  • Zusätzlich zu bislang bekannten porösen keramischen Wabenstrukturen zogen metallische Wabenstrukturen in letzter Zeit als Katalysatoren, Katalysatorträger o.dgl. Aufmerksamkeit auf sich; sie dienen zur Umwandlung von Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC), die in Abgasen enthalten sind, die aus Verbrennungsmotoren von Automobilen usw. ausgestoßen werden.
  • Je strenger die Abgasvorschriften werden, desto wünschenswerter ist es, ein Heizgerät o. dgl. zu entwickeln, das Emissionen während des Motorkaltstarts reduzieren kann.
  • US-5.063.029 offenbart ein Heizgerät, das eine Wabenstruktur mit einem Widerstandseinstellungsmittel (z. B. Schlitzen) umfaßt. US-5.202.548 offenbart ein Verfahren zum Halten eines Wabenheizgeräts in einem Gehäuse, indem die Peripherie des Wabenheizgeräts über ein Isoliermaterial (z. B. eine keramische Matte, eine keramische Textilie o. dgl.) mit einem Metallband abgedeckt wird.
  • In jeder dieser Veröffentlichtungen ist das Widerstandseinstellungsmittel isoliert und geschützt. Unter extremen Fahrbedingungen (insbesondere Schwingungen und Wärmeschock) von Automobilen könnte sich jedoch beim Heizgerät aus US-5.063.029 der anorganische Klebstoff ablösen; aufgrund der Schwingungen in horizontaler und vertikaler Richtung könnte sich das Heizgerät aus US-5.202-548 verformen, der Abstandhalter brechen oder die Isoliermatte sich abnützen.
  • Die Anmelder führten weitere Studien durch und entwickelten eine Heizeinheit, die – wenn sie extremen Fahrbedingungen von Automobilen usw. sowie Schwingungen und der Ausdehnung und Zusammenziehung aufgrund von Wärmeschock ausgesetzt ist – weder zum Brechen des Wabenheizgeräts noch zur Ablösung führt. (Die Heizeinheit wurde bereits im SAE Technical Paper Series 940466 geoffenbart.) Diese Heizeinheit neigt weder zur Verformung noch zum Bruch des Wabenheizgeräts und besitzt sehr günstige Eigenschaften.
  • Die Heizeinheit besitzt eine Struktur, die ein Wabenheizgerät und ein Gehäuse umfaßt, das das Wabenheizgerät durch ein flexibles metallisches Stützelement darin hält. Im SAE Technical Paper Series 940466 wird auch eine flexible Elektrodenstruktur, ein Ring zur Gasflußeinschränkung und ein stromabwärts vom Wabenheizgerät angeordneter light-off-Katalysator beschrieben.
  • EP-A-618353 vom 5. Oktober 1994 zeigt Wabenheizgeräte mit Stütz- und Elektrodenanordnungen, die in den 1441 der vorliegenden Beschreibung veranschaulicht sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Verbesserung des in der obigen Literatur beschriebenen Verfahrens dar. Die Anmelder stellten fest, daß die Steuerung der Abgasmenge, die in einem bestimmten Ausmaß außerhalb des Wabenheizgeräts strömt, sehr wichtig ist, um in einem ausgewogenen Verhältnis die Reinigung des Abgases zu erzielen und die Verformung des Wabenheizgeräts zu verhindern. Diese Erkenntnis führte zur Entwicklung der Erfindung.
  • Die Erfindung stellt eine Heizeinheit nach Anspruch 1 bereit.
  • Die Erfindung bietet außerdem einen katalytischen Konverter, der die Heizeinheit der Erfindung umfaßt, und einen light-off-Katalysator, wobei das Metallgehäuse das Wabenheizgerät und den light-off-Katalysator durch Stützelemente hält, wobei der light-off-Katalysator eine Wabenheizgerätstruktur mit einer großen Anzahl an Durchgängen umfaßt, die parallel zur Richtung eines Abgasstroms durch den katalytischen Konverter verlaufen und stromabwärts vom Wabenheizgerät in seiner Nähe angeordnet sind.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des katalytischen Konverters der Erfindung, die einen fragmentarischen abgeschnittenen Teil enthält.
  • 2 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des katalytischen Konverters der Erfindung, die einen fragmentarischen abgeschnittenen Teil enthält.
  • 3 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 4 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 5 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 6 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 7 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 8 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Gasflußsteuermittels zeigt.
  • 10(A) und 10(B) zeigen eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts. 10(A) ist eine Draufsicht, 10(B) ist eine Seitenansicht.
  • 11(A) und 11(B) zeigen eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Stützelements. 11(A) ist eine Draufsicht, 11(B) eine Seitenansicht.
  • 12 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer Ausführungsform der Peripherie des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts.
  • 13(A) und 13(B) zeigen eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts mit einem Stützelement. 13(A) ist eine Draufsicht, 13(B) ist eine Seitenansicht.
  • 14 ist eine teilweise abgeschnittene Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Heizeinheit zeigt, die das Wabenheizgerät in einer Weise stützt, die in der Erfindung Anwendung finden kann.
  • 15 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts mit Stützelement zeigt.
  • 16(A), 16(B) und 16(C) zeigen eine Ausführungsform der Verbindung des Wabenheizgeräts und Gehäuses durch das Stützelement, das in der Erfindung verwendet wird. 16(A) ist eine Draufsicht; 16(B) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 16(A); und 16(C) ist eine Seitenansicht, die einen fragmentarischen Abschnitt enthält.
  • 17(A) und 17(B) zeigen eine weitere Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Stützelements. 17(A) ist eine Draufsicht, 17(B) eine Seitenansicht.
  • 18(A) und 18(B) zeigen eine weitere Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Heizeinheit. 18(A) ist eine Draufsicht, 18(B) eine Seitenansicht.
  • 19(A) und 19(B) zeigen eine weitere Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Heizeinheit. 19(A) ist eine Draufsicht, 19(B) eine Seitenansicht.
  • 20(A) und 20(B) zeigen eine weitere Ausführungsform einer in der Erfindung verwendeten Heizeinheit. 20(A) ist eine Draufsicht, 20(B) eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 20(A).
  • 21 zeigt das in der Heizeinheit von 20 verwendete Stützelement.
  • 22 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines oder mehrerer Stützelement(e).
  • 23 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines oder mehrerer Stützelement(e).
  • 24 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines oder mehrerer Stützelement(e).
  • 25 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines oder mehrerer Stützelement(e).
  • 26 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines oder mehrerer Stützelement(e).
  • 27 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Peripherie des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts.
  • 28 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Peripherie des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts.
  • 29 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung des Wabenheizgeräts und eines Gehäuses über das oder die Stützelement(e).
  • 30(A) und 30(B) zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizeinheit. 30(A) ist eine fragmentarische Draufsicht, 30(B) ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C von 30(A).
  • 31(A) und 31(B) zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizeinheit. 31(A) ist eine fragmentarische Draufsicht, 31(B) ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D von 31(A).
  • 32 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines Stützelements.
  • 33 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines Stützelements.
  • 34 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines Stützelements.
  • 35 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines Stützelements.
  • 36 zeigt eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Verbindung eines Wabenheizgeräts und eines Stützelements.
  • 37 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Elektrodenstruktur darstellt.
  • 38 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform der Heizeinheit des ersten Aspekts der Erfindung mit der in der Erfindung verwendeten Elektrodenstruktur darstellt.
  • 39(A) und 39(B) zeigen eine weitere Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Elektrodenstruktur. 39(A) ist eine fragmentarische Schnittansicht von der Vorderseite und 39(B) eine fragmentarische Schnittansicht von der Seite.
  • 40 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Elektrodenstruktur.
  • 41 ist eine fragmentarische Schnittansicht, die eine Ausführungsform der herkömmlichen Elektrodenstruktur des fest verbundenen Typs zeigt.
  • 42(A) und 42(B) zeigen eine Ausführungsform der in der Erfindung verwendeten Wabenstruktur. 42(A) ist eine Draufsicht, 42(B) eine Seitenansicht.
  • 43 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Stützelements zeigt.
  • 44 ist eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Wabenheizgeräts mit Stützelementen zeigt.
  • 45 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Heizeinheit der Erfindung zeigt, die die Elektrodenstruktur des zweiten Aspekts aufweist.
  • 46 ist eine teilweise abgeschnittene Seitenansicht der Heizeinheit von 45.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die Heizeinheit der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasflußsteuermittel am Einlaß und/oder an der Seite des Wabenheizgeräts angeordnet ist, sodaß die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts nur mehr 20% oder weniger des gesamten Abgasstroms ausmacht.
  • Somit wird in der Erfindung die Menge des außerhalb des Wabenheizgeräts strömenden Abgases so gesteuert, daß sie 20% oder weniger des gesamten Abgasstroms ausmacht, indem ein Gasflußsteuermittel am Einlaß und/oder an der Seite des Wabenheizgeräts angeordnet ist. Wenn die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts 20% der gesamten Abgasstrommenge übersteigt, nimmt die Reinigungskapazität des Wabenheizgeräts für Abgas während des Motorkaltstarts ab. Wenn die Abgasmenge, die außerhalb des Wabenheizteräts strömt, 15% oder weniger der gesamten Abgasmenge ausmacht, wird eine günstigere Reinigungskapazität mit geringer elektrischer Energiezufuhr erreicht.
  • Wenn man sich auf die Reinigungskapazität konzentriert, ist es wirkungsvoll, den Zwischenraum zwischen dem Wabenheizgerät und dem das Wabenheizgerät einschließenden Gehäuse mit einem Dichtmaterial wie z. B. einer Matte o. dgl. vollständig abzudichten, um die Menge des außerhalb des Wabenheizgeräts strömenden Abgases auf null zu senken. In diesem Fall lagern sich jedoch die im Abgas vorhandenen kohlenstoffhaltigen Substanzen auf der Matte ab, wodurch der Isolierwiderstand zwischen dem Gehäuse und dem Wabenheizgerät sinkt.
  • Vorzugsweise ist der Abgasstrom außerhalb des Wabenheizgeräts angesichts der Reinigungskapazität so klein wie möglich. Wenn das Abgas mit dem Stützelement (z. B. einem Ring) überhaupt nicht in Berührung kommt, steigt die Temperaturdifferenz zwischen dem Wabenheizgerät und dem Stützelement an, und das Wabenheizgerät neigt bei hohen Temperaturen dazu, leicht verformt zu werden. Die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts macht daher vorzugsweise 2% oder mehr des gesamten Abgasstroms aus.
  • In der Erfindung wird das Gasflußsteuermittel vorzugsweise gebildet, indem das Gehäuse zu einer solchen Gestalt geformt ist, daß der Abstand zwischen dem Einlaß und/oder der Seite des Wabenheizgeräts und dem Abschnitt des Gehäuses, der dem Wabenheizgerätabschnitt am nächsten liegt, 3 mm oder weniger beträgt. Spezifische Ausführungsformen eines derartigen Gasflußsteuermittels (d. h. eines Gehäuses) sind z. B. jene in 1 und 3 bis 5.
  • Das Gehäuse mit dieser Ausgestaltung kann durch Pressen o. dgl. leicht geformt werden. Der Abstand (1) zwischen dem Einlaßende 2 eines Wabenheizgeräts 1 und einem Gehäuse 3, der Abstand (4) zwischen der Einlaßkante 4 eines Wabenheizgeräts 1 und einem Gehäuse 3 oder der Abstand(5) zwischen der Seite 5 eines Wabenheizgeräts 1 und einem Gehäuse 3 wird bei 3 mm oder weniger gehalten, wodurch die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts 1 gesteuert wird. In 3 bis 5 bezeichnet Bezugszeichen 6 ein Stützelement.
  • Die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts kann gesteuert werden – nicht durch eine bestimmte Ausgestaltung des Gehäuses, sondern durch Verändern der Formen des Wabenheizgeräts und des Stützelements.
  • Der Abstand zwischen der Außenfläche des Wabenheizgeräts und dem nächstgelegenen Abschnitt des Gehäuses wird gesteuert und beträgt vorzugsweise 3 mm oder weniger.
  • Der Abstand beträgt in Hinblick auf die Abgasreinigungskapazität des Wabenheizgeräts vorzugsweise 2,2 mm oder weniger. Ein Abstand von weniger als 0,5 mm ist angesichts der Abgasreinigungskapazität vorzuziehen, jedoch unerwünscht, da das Gehäuse während des Schweißens oder einer langen Verwendungsdauer mit dem Wabenheizgerät in Kontakt treten kann, oder da bei hohen Temperaturen thermische Spannungen auftreten.
  • In der vorliegenden Erfindung kann das Gasflußsteuermittel geformt werden, indem es am Abschnitt des Gehäuses, der dem Einlaß und/oder der Seite des Wabenheizgeräts am nächsten liegt, befestigt wird, sodaß der Abstand zwischen dem Gasflußsteuermittel und dem Wabenheizgerätabschnitt 3 mm oder weniger beträgt. Konkrete Ausführungsformen eines solchen Gasflußsteuermittels sind in 2 und 6 bis 9 dargestellt. In diesen Ausführungsformen ist ein Windschutzring 7 am Abschnitt des Gehäuses 3, der dem Einlaß und/oder der Seite des Wabenheizgeräts 1 am nächsten liegt, angebracht, sodaß der kürzeste Abstand zwischen dem Einlaßende 2 oder der Seite 5 des Wabenheizgeräts 1 und dem Windschutzring 7 3 mm oder weniger beträgt, wodurch die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts 7 gesteuert wird.
  • Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist in der Erfindung stromabwärts vom Wabenheizgerät 1 in dessen Nähe ein light-off-Katalysator 8 angeordnet, der eine Wabenstruktur umfaßt, die eine große Anzahl an Durchgängen aufweist, die parallel zur Richtung des Abgasstroms durch das Wabenheizgerät 1 verlaufen; sie sind im Gehäuse 3 untergebracht und auf diese Weise entsteht ein katalytischer Konverter.
  • Wenn ein light-off-Katalysator stromabwärts vom Wabenheizgerät angeordnet ist, ist es vom Standpunkt der Reinigungskapazität vorzuziehen, ein ringförmiges Gasflußsteuermittel 9 ebenfalls stromabwärts vom Wabenheizgerät 1 und stromaufwärts vom light-off-Katalysator 8 zu positionieren, d. h. zwischen dem Wabenheizgerät 1 und dem light-off-Katalysator 8. Dieses ringförmige Gasflußsteuermittel 9 wirkt auch als Stützelement für den light-off-Katalysator 8, wodurch es auch deshalb vorzuziehen ist, weil dadurch die Anzahl erforderlicher Teile gesenkt werden kann.
  • Das in 1 oder 2 dargestellte Wabenheizgerät weist üblicherweise eine kleine Größe von etwa 5–20 mm in der Länge und etwa 30–150 cm3 im Volumen auf (Volumen der Wabenstruktur) und wirkt als Zündvorrichtung für den stromabwärtigen light-off-Katalysator 8. Der Abstand zwischen dem Wabenheizgerät 1 und dem stromabwärtigen light-off-Katalysator 8 ist vorzugsweise so klein wie möglich, um die Heizgerätverluste zu minimieren, und beträgt 2–15 mm.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des katalytischen Konverters der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im katalytischen Konverter von 1 ist kein Gasflußsteuermittel stromabwärts vom Wabenheizgerät 1 angeordnet, doch der Abstand zwischen dem Wabenheizgerät 1 und dem light-off-Katalysator 8 ist klein. Daher wird die Menge des Abgasstroms außerhalb des Wabenheizgeräts 1 aufgrund der Wirkung des Gegendrucks des stromabwärtigen light-off-Katalysators 8 verringert, und die Reinigungseffizienz ist aus den obigen Gründen und infolge des kleinen Abstands zwischen dem Wabenheizgerät 1 und dem light-off-Katalysator 8 hoch. Der katalytische Konverter von 1 hat weiters den Vorteil, daß er weniger Schweißstellen aufweist als der katalytische Konverter von 2 und die leichte Positionierung der Elektrode ermöglicht.
  • Der im katalytischen Konverter der Erfindung verwendete light-off-Katalysator 8 weist im allgemeinen eine relativ kleine Größe von etwa 200–800 cm3 im Volumen auf und besteht üblicherweise aus einer Wabenstruktur aus einem Keramikmaterial oder Metall. In einem derartigen light-off-Katalysator 8 besteht ein auf der Oberfläche der Wabenstruktur abgestützter Katalysator aus einem Träger mit großer Oberfläche und einem auf dem Träger getragenen katalytisch aktiven Material. Typische Beispiele für den Träger sind ein γ-Al2O3-, TiO2-, SiO2-Al2O3- und ein Perovskit-Typ. Beispiele für das katalytisch aktive Material sind Edelmetalle wie z. B. Pt, Pd, Rh u. dgl. sowie unedle Metalle wie z. B. Cu, Ni, Cr, Co u. dgl. Ein bevorzugter Katalysator wird durch Laden von Pt oder Pd auf einen Katalysator des γ-Al2O3-Typs in einer Menge von 10–100 g/Kubikfuß erhalten.
  • Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Zusammensetzung der Heizeinheiten und katalytischen Konverter der Erfindung.
  • In der erfindungsgemäßen Heizeinheit wird das Wabenheizgerät in den folgenden drei Halterungsarten im Gehäuse gehalten.
    • (1) Das Wabenheizgerät wird über zumindest ein metallisches Stützelement im Gehäuse gehalten (die erste Halterungsart).
    • (2) Das Wabenheizgerät wird über zumindest eine Elektrode und zumindest ein metallisches Verbindungselement, das die Elektrode und das Wabenheizgerät verbindet, im Gehäuse gehalten (die zweite Halterungsart).
    • (3) Das Wabenheizgerät ist direkt mit zumindest einer Elektrode verbunden, und jede Elektrode ist über ein Pufferelement am Gehäuse befestigt (die dritte Halterungsart).
  • Bei jeder dieser drei Halterungsarten muß ein Isolierelement zwischen dem Wabenheizgerät und dem Gehäuse eingeschoben sein.
  • In den obigen Halterungsarten besitzt das Stützelement eine derartige Struktur, daß es in der Lage ist, die Verschiebung des Wabenheizgeräts aufzunehmen, die in einer zur Richtung des Gasflusses durch die Heizeinheit im rechten Winkel verlaufenden Richtung auftritt, und hat die Funktion, das Wabenheizgerät gegen die Verschiebung in der Gasflußrichtung zu fixieren. Das Verbindungselement und das Pufferelement müssen eine derartige Struktur aufweisen, daß sie die Verschiebung des Wabenheizgeräts in der zur Gasflußrichtung im rechten Winkel verlaufenden Richtung aufnehmen können.
  • Die solcherart aufgebaute Heizeinheit der Erfindung kann das Wabenheizgerät vor Brüchen und Verformungen schützen, die durch Schwingungen und das Ausdehnen und Zusammenziehen infolge von thermischem Schock unter extremen Fahrbe-dingungen von Autos verursacht werden können.
  • Die in der Erfindung verwendete metallische Wabenstruktur besitzt eine große Anzahl an Durchgängen, die parallel zur Richtung des Gasflusses verlaufen.
  • Die Wabenstruktur kann aus jedem beliebigen Material bestehen, solange es ein Metall ist, daß bei elektrischer Energiezufuhr Wärme erzeugen kann. Die Wabenstruktur besitzt vorzugsweise eine Fe-Cr-Al-artige Zusammensetzung, da sie den hohen Temperaturen von Autoabgasen usw. ausgesetzt ist, und muß hitze- und oxidationsbeständig sein.
  • Die Zellform der Wabenstruktur unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, doch ein Sechseck, ein höheres Polygon, eine gewellte Form usw. sind gegenüber einem Viereck und einem Dreieck vorzuziehen, da die ersteren Formen gegenüber thermischem Schock beständiger und hinsichtlich Ausdehnung und Zusammenziehung flexibler sind.
  • Die Zellenanzahl der Wabenstruktur unterliegt ebenfalls keinen besonderen Einschränkungen, beträgt jedoch in Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit der Struktur, des Reinigungswirkungsgrads des Katalysators usw. vorzugsweise 100–600 Zellen/Quadratzoll, noch bevorzugter 200–500 Zellen/Quadratzoll. Wenn die Zellenanzahl größer als 600 Zellen/Quadratzoll ist, tritt ein Druckverlust im Gas ein. (Diese Beschreibung trifft auch auf die Wabenstruktur des light-off-Katalysators zu.)
  • Die Wabenstruktur ist eine Extrusion, die durch Extrudieren und Pulvermetallurgie erhalten wird. Der Extrusionstyp ist hinsichtlich der strukturellen Haltbarkeit vorzuziehen.
  • Die Wabenstruktur muß einen gesteuerten Widerstand besitzen, um bei elektrischer Energiezufuhr die erwünschte Wärme zu erzeugen. Die Wabenstruktur des Extrusionstyps besitzt z. B. ein Widerstandseinstellungsmittel, z. B. Schlitze, wie sie in JP-295184/1991 geoffenbart sind. In diesem Fall ist die Wabenstruktur mit zumeist zwei Elektroden zur Beaufschlagung mit Strom an der Peripherie versehen, wodurch ein Wabenheizgerät gebildet wird. (Die Elektrode bezieht sich hierin auf jeden Anschluß zum Anlegen einer Spannung an das Heizgerät und umfaßt Anschlüsse wie z. B. die Erdung u. dgl.) Wenn dieses Wabenheizgerät als katalytischer Konverter verwendet wird, ist im allgemeinen ein Katalysator auf dem Wabenheizgerät aufgetragen.
  • Das wie oben erhaltene Wabenheizgerät wird in einem Gehäuse gehalten. Die folgenden Faktoren müssen hier berücksichtigt werden.
  • Da die metallische Wabenstruktur einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der 10 – 20 × 10–6/°C beträgt, muß die Verschiebung, die aufgrund der Differenz der Wärmedehnung zwischen der Wabenstruktur, die hohe Temperatur aufweist, und dem Gehäuse, das relativ niedrige Temperatur aufweist, auftritt, aufgenommen werden. Außerdem muß das Wabenheizgerät fest am Gehäuse angebracht sein, um die Bruchbeständigkeit und Isolierfähigkeit der Wabenstruktur unter den starken Schwingungen, die bei Verwendung in Autos auftreten, aufrechtzuerhalten.
  • Im ersten Aspekt der Erfindung wird das Wabenheizgerät über zumindest ein metallisches Stützelement im Metallgehäuse gehalten und ist daran befestigt.
  • Die wichtigste Funktion des Stützelements ist die Aufnahme der Verschiebung des Wabenheizgeräts, die in einer im rechten Winkel zur Gasflußrichtung verlaufenden Richtung (diese im rechten Winkel verlaufende Richtung wird nachstehend als radiale Richtung bezeichnet) auftritt, sowie die Fixierung des Wabenheizgeräts gegen seine Verschiebung, die in Gasflußrichtung auftritt.
  • Das Stützelement besitzt die folgenden spezifischen Merkmale (der spezifische Aufbau des Stützelements wird weiter unten beschrieben).
    • (1) Um die Verschiebung des Wabenheizgeräts in radialer Richtung aufzunehmen, weist das Stützelement eine flexible Struktur (z. B. eine Federstruktur) in radialer Richtung des Wabenheizgeräts auf.
    • (2) Um das Wabenheizgerät gegen seine Verschiebung in Gasflußrichtung zu fixieren, weist das Stützelement eine Struktur auf, durch die das Wabenheizgerät solcherart befestigt ist, daß es in Gasflußrichtung einen großen Widerstand und eine hohe Festigkeit besitzt.
  • Da das Wabenheizgerät und das Gehäuse voneinander isoliert sein müssen, besitzt zumindest entweder der Verbindungsbereich zwischen dem Wabenheizgerät und jedem Stützelement oder der Verbindungsbereich zwischen jedem Stützelement und dem Gehäuse einen Isolierabschnitt, der aus einem Isolierelement besteht. Aus Gründen der Sicherheit weist vorzugsweise jeder der zwei Verbindungsbereiche eine Isoliereigenschaft auf, doch zur Vereinfachung der Wabenheizgerätstruktur ist es zulässig, wenn nur einer der Bereiche Isoliereigenschaft besitzt.
  • Die Position des Verbindungsbereichs zwischen dem Wabenheizgerät und jedem Stützelement ist nicht eingeschränkt und kann die Peripherie des Wabenheizgeräts, die Nähe der Peripherie des Heizgeräts, die Mitte des Heizgeräts usw. sein. Die Peripherie des Wabenheizgeräts oder die Nähe der Peripherie des Heizgeräts ist jedoch hinsichtlich der Hitzebeständigkeit des Verbindungsbereichs und der Einschränkung des Gasflusses durch die Position des Verbindungsbereichs vorzuziehen.
  • Wenn das Wabenheizgerät knapp unterhalb des Auspuffkrümmers angeordnet und daher extremsten Bedingungen ausgesetzt ist, ist die Verschiebung des Wabenheizgeräts in radialer Richtung während des Einströmens von Gas hoher Temperatur in das Heizgeräts z. B. eine Verschiebung des Heizgeräts aufgrund der Differenz der Wärmedehnung zwischen dem Heizgerät, das hohe Temperatur aufweist, und dem Gehäuse, das relativ niedrige Temperatur aufweist, und die Verschiebung des Heizgeräts in Richtung des Gasflusses ist eine Verschiebung des Heizgeräts aufgrund der Motorschwingungen.
  • Da die Heizeinheit der Erfindung gegen Schwingungen, die nicht nur parallel, sondern auch im rechten Winkel zur Gasflußrichtung verlaufen, ausreichend steif ist, wird die Heizeinheit durch Resonanzschwingungen nicht gebrochen. Daher ist die Heizeinheit der Erfindung gegenüber Schwingungen in jeder Richtung ausreichend haltbar, und die Position der erfindungsgemäßen Heizeinheit ist nicht auf die Position am Auspuffkrümmer beschränkt – jede Position im Auspuffrohr, wie z. B. unterhalb des Bodens, ist geeignet.
  • Es folgt eine ausführlichere Beschreibung unter Bezugnahme auf die Abbildungen.
  • Zunächst wird Typ A der Heizeinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben.
  • 10(A) und 10(B) zeigen ein Wabenheizgerät 12, das durch Ausbilden von Schlitzen 11 als Widerstandseinstellungsmittel in einer Wabenstruktur 10 mit sechseckigen Zellen erhalten wird.
  • Eine Nut 13 ist an der Peripherie des Wabenheizgeräts 12 ausgebildet. Die Nut 13 kann durch zylindrisches Schleifen einer gesinterten Wabenstruktur 10 ausgebildet werden, doch wenn die Wabenstruktur 10 durch Extrusion und Pulvermetallurgie gefertigt wird, kann die Nut 13 durch zylindrisches Schleifen einer getrockneten Wabenstruktur 10 ausgebildet werden.
  • Zwei halbringförmige Stützelemente 16, wie sie in 11(A) und 11(B) zu sehen sind, werden als Stützelement verwendet. Jedes Stützelement 16 besitzt einen Bogenabschnitt 14 und Beinabschnitte 15.
  • Der Bogenabschnitt 14 jedes Stützelements 16 wird von der Nut 13 des Wabenheizgeräts 12 in Eingriff genommen (siehe 12). Die Oberfläche jedes Bogenabschnitts 14 wird vorher mit einer Isolierbeschichtung 17 überzogen. Die Isolierbeschichtung 17 wird durch festes Ankleben eines hitzebeständigen anorganischen Materials (z. B. Glas, einschließlich kristallisiertes Glas, Keramik oder Zement) durch ein Glasemailverfahren, Flammspritzen, keramisches Beschichten, Zementbeschichten o. dgl. an der Bogenfläche ausgebildet.
  • Die Isolierbeschichtung 17 kann auch auf die Oberfläche der Nut 13 des Wabenheizgeräts 12 (in 12 nicht dargestellt) aufgebracht werden. Der Wärmedehnungskoeffizient der Isolierbeschichtung 17 stimmt vorzugsweise mit jenem des Stützelements 16 überein.
  • Um das Stützelement 16 und das Wabenheizgerät 12 zu verbinden, wird ein Zementiermaterial 18 verwendet. Das Zementiermaterial 18 kann üblicherweise ein hitzebeständiger anorganischer Zement aus Al2O3, ZrO2, SiO2-Al2O3 o. dgl. sein. Das Zementiermaterial 18 besitzt die Isoliereigenschaft vorzugsweise schon selbst.
  • Somit wird ein Isolierabschnitt durch die Isolierbeschichtung 17 und das Zementiermaterial 18 ausgebildet, wodurch das Wabenheizgerät 12 und das Stützelement 16 über den Isolierabschnitt miteinander verbunden sind.
  • Wenn das Zementiermaterial 18 selbst die Isoliereigenschaft besitzt, ist die Isolierbeschichtung 17 nicht unbedingt erforderlich. Die Dicke der Isolierbeschichtung 17 beträgt in Hinblick auf die Festigkeit, Isoliereigenschaft und Wärmeschockbeständigkeit vorzugsweise 5–200 μm.
  • Hinsichtlich der Form des Isolierabschnitts ist die vorragende Länge L des Isolierabschnitts in Gasflußrichtung vorzugsweise kürzer als die Dicke T des Wabenheizgeräts in Gasflußrichtung.
  • Da das Wabenheizgerät 12 einen Wärmedehnungskoeffizienten von üblicherweise 10 – 20 × 10–6/°C besitzt und der Isolierabschnitt, z. B. das Zementiermaterial 18, einen kleinen Wärmedehnungskoeffizient von 1 – 10 × 10–6/°C besitzt, muß die Differenz des Wärmedehnungskoeffizienten zwischen dem Wabenheizgerät 12 und dem Isolierabschnitt so gering wie möglich sein. Wenn die Heizeinheit der Erfindung zur Reinigung von Autoabgasen verwendet wird, liegt L vorzugsweise im Bereich von 0,5– 10 mm. Wenn L kleiner als 0,5 mm ist, kann keine starke Zementierung gegenüber Schwingungen sichergestellt werden. Wenn L größer als 10 mm ist, kann das Zementiermaterial 18 durch die Differenz der Wärmedehnung zwischen dem Zementiermaterial 18 und der Wabenstruktur 10 brechen.
  • Die Tiefe D des Zementierabschnitts (D entspricht fast der Tiefe der Nut 13) liegt vorzugsweise im Bereich von 2–10 mm, sodaß D den Querschnittsbereich des Abschnitts des Wabenheizgeräts 12, durch den ein Gas strömen kann, nicht deutlich verkleinert, während aber D trotzdem eine ausreichende Zementierfestigkeit bietet.
  • Die Dicke t des Zementiermaterials 18 beträgt vorzugsweise 1 mm oder weniger. Wenn t größer als 1 mm ist, ist die Haftfestigkeit gering und ein Bruch möglich. t beträgt noch bevorzugter 0,01–0,5 mm.
  • In einem weiteren Beispiel des Isolierabschnitts kann Hartlöten unter Verwendung eines Isoliermaterials und eines Lötmaterials durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, sind zwei halbringförmige Stützelemente 16 mit einem Wabenheizgerät 12 verbunden, und die zwei Stützelemente 16 werden durch Schweißen aneinandergefügt (siehe 13(A) und 13(B)), um ein Wabenheizgerät 12 zu erhalten, an das ein einstöckiges ringförmiges Stützelement 16 angefügt ist. Dieses Wabenheizgerät 12 wird in einem metallischen Gehäuse 19 gehalten, wie dies in 14 zu sehen ist, die ein für die Erfindung geeignetes Stützverfahren darstellt. Die Beinabschnitte 15 des Stützelements 16 werden durch Schweißen, Schrauben, Einschieben, Einlegen o. dgl. am Gehäuse 19 befestigt.
  • Das einstückige ringförmige Stützelement 16 besitzt einen Wärmedehnungskoeffizienten, der vorzugsweise ein- bis zweimal, noch bevorzugter ein bis eineinhalb Mal so hoch ist wie jener des Wabenheizgeräts 12. Der lineare Abstand zwischen (1) dem Verbindungsbereich (der Nut 13) zwischen dem Wabenheizgerät 12 und dem Stützelement 16 sowie (2) dem Verbindungsbereich 21 zwischen dem Stützelement 16 und dem Gehäuse 19 beträgt vorzugsweise 20 mm oder weniger. Wenn der Abstand mehr als 20 mm beträgt, tritt eine größere Verschiebung aufgrund der Wärmedehnung des Verbindungsbereichs 21 auf, und die Belastung im Verbindungsbereich 21 nimmt zu.
  • Die somit erhaltene Heizeinheit weist die folgenden Merkmale auf.
  • Wenn das Wabenheizgerät 12 erhitzt wird und sich bei hohen Temperaturen ausdehnt, dehnt sich auch das einstückige ringförmige Stützelement 16 an der Peripherie des Heizgeräts 12 aus, während es der Wärmedehnung des Heizgeräts 12 folgt; die Beinabschnitte 15 des Stützelements 16 sind fest mit dem Gehäuse 19 verbunden; in der Folge leistet das Heizgerät 12 Widerstand gegen die Verschiebung, z. B. der Schwingung in Gasflußrichtung, und erzielt dadurch hohe Haltbarkeit.
  • Die Elektrode 22 zur Beaufschlagung mit Strom und Erhitzung des Wabenheizgeräts 12 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, doch handelt es sich vorzugsweise um eine Elektrode, die unter Verwendung eines Verbindungs- und eines Pufferelements mit dem Wabenheizgerät und dem Gehäuse verbunden ist, wie dies später erklärt wird, da eine derartige Elektrode die Verschiebung des Heizgeräts in radialer Richtung aufnehmen kann.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des Typs A ist in 15 veranschaulicht. Die Länge jedes Schlitzes 11 wird gesteuert, um die Position des toten Endes jedes Schlitzes zu steuern und dadurch die Wärmeleitung vom Wabenzeigerät 12 zum einstückigen Stützelement 16 zu verbessern, wenn das Heizgerät 12 mit elektrischer Energie versorgt wird, wodurch die Wärmedehnung des Stützelements 16 der Wärmedehnung des Heizgeräts 12 folgen kann, wenn das Heizgerät 12 mit elektrischer Energie versorgt wird. In 15 ist Bezugszeichen 22 eine Elektrode.
  • Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsbeispiel des Typs A ist in 16(A), 16(B) und 16(C) dargestellt, worin ein Teil des einstückigen Stützelements 16 zur Gaseinlaßseite X des Heizgeräts 12 ragt, sodaß die Temperaturänderung des Stützelements 16 besser der Temperaturänderung des Heizgeräts 12 folgen kann.
  • Als nächstes wird die Heizeinheit vom Typ B beschrieben.
  • Wie bereits erwähnt, ist die Heizeinheit vom Typ A eine Heizeinheit mit einem einstückigen ringförmigen Stützelement 16, das durch Aneinanderfügen zweier halbringförmiger Stützelemente 16 erhalten wird. Die Heizeinheit vom Typ B ist eine Heizeinheit, die durch den Eingriff einer Vielzahl bogenförmiger Stützelemente 16 (in 17(A) und 17(B) dargestellt) in die Nut 13 eines Wabenheizgeräts 12 ohne Aneinanderfügen der Stützelemente 16 erhalten wird, wie dies aus 18(A) und 18(B) ersichtlich ist.
  • Da im Typ B kein einstückiges Stützelement 16 verwendet wird wie im Typ A, wird die Verschiebung des Wabenheizgeräts 12 in radialer Richtung aufgrund der Wärmedehnung bei hoher Temperatur durch die Beinabschnitte der Stützelemente 16 aufgenommen. Außerdem wird der Verschiebung des Heizgeräts 12 in Gasflußrichtung durch den Verbindungsbereich zwischen den bogenförmigen Abschnitten 14 der Stützelemente 16 und dem Gehäuse 16 Widerstand entgegengebracht, wodurch das Heizgerät 12 fixiert wird.
  • Ein Anwendungsbeispiel des Typs B ist in 19(A) und 19(B) dargestellt, worin mehr als zwei Stützelemente 16 (sieben Stützelemente) verwendet werden. Es müssen sich nicht alle Verbindungsbereiche zwischen jedem Stützelement 16 und dem Wabenheizgerät 12 in der gleichen Ebene befinden.
  • Es folgt eine Beschreibung der Heizeinheit vom Typ C.
  • Die Heizeinheit vom Typ C ist eine Heizeinheit mit Isolierabschnitten in den Verbindungsbereichen zwischen jedem Stützelement 16 und dem Gehäuse 19, wie dies aus 20(A) und 20(B) ersichtlich ist.
  • Eine Vielzahl an Stützelementen 16, die jeweils aus einer gekrümmten dünnen Platte bestehen (siehe 21), werden mittels Schweißen o. dgl. an der Peripherie eines Wabenheizgeräts 12 befestigt. (Jedes Stützelement 16 und das Wabenheizgerät 12 kommunizieren miteinander.) Das Ende jedes Stützelements 16, das mit einem Gehäuse 19 zu verbinden ist, ist im Bedarfsfall mit einer Isolierbeschichtung überzogen. Dieses Ende ist außerdem mit einem Füllstoff 23 (z. B. einer keramischen Matte) überzogen und in eine im Gehäuse (besteht aus zwei Teilen) ausgebildete Nut eingesetzt. Die Nut wird verstemmt, sodaß das Ende jedes Stützelements 16 und der Füllstoff 23 in der Nut enthalten sind. Dann werden die zwei Teile des Gehäuses 19 miteinander verbunden.
  • In der Folge sind das Gehäuse 19 und das Wabenheizgerät 12 voneinander isoliert, und die Stützelemente 16 haben die gleiche Wirkung wie die Typen A und B.
  • Es folgt eine Beschreibung von Anwendungsbeispielen der Typen A, B und C.
  • Die in 22 bis 26 dargestellten Anwendungsbeispiele zeigen die Schnittansichten verschiedener Stützelemente 16. Jedes Stützelement 16 kann ein einstückiges ringförmiges Stützelement sein oder aus einer Vielzahl an Teilen bestehen.
  • 22 zeigt ein Stützelement mit einem runden Ende am mit dem Wabenheizgerät 12 zu verbindenden Teil. Aufgrund des runden Endes kann die Isolierbeschichtung 17 eine höhere Filmformbarkeit besitzen und die Spannungskonzentration an der Kante der Nut 13 des Wabenheizgeräts 12 reduziert werden.
  • 23 bis 26 zeigen jeweils Fälle, in denen der bzw. die verstärkte(n) Abschnitte) 24 vorher an der Peripherie oder in der Nähe der Peripherie eines Wabenheizgeräts 12 angeordnet wird bzw. werden und worin das bzw. die Stützelemente) 16 fest mit dem bzw. den verstärkten Abschnitten) 24 verbunden wird bzw. werden. Der bzw. die verstärkten Abschnitte) 24 kann bzw. können bei Anwendung von Pulvermetallurgie durch Verbinden eines getrockneten oder ungetrockneten Körpers mit der gleichen Zusammensetzung wie das Wabenheizgerät 12 (zur gewünschten Form verarbeitet) mit dem getrockneten Wabenheizgerät 12 und durch Brennen des körperverbundenen Wabenheizgeräts hergestellt werden. Aufgrund des bzw. der verstärkten Abschnitte) 24 weist bzw. weisen der bzw. die Bereiche) zwischen dem Wabenheizgerät 12 und dem bzw. den Stützelementen 16 eine höhere Festigkeit auf.
  • 23 zeigt einen Fall, in dem sich der bzw. die Verbindungsbereiche) zwischen dem Wabenheizgerät 12 und dem bzw. den Stützelementen) 16 in der Nähe der Peripherie des Wabenheizgeräts 12 befindet bzw. befinden.
  • 27 und 28 sind Anwendungsbeispiele für die Verbindung zwischen dem Stützelement und dem Wabenheizgerät von 12. In diesen Beispielen besitzt jedes Stützelement 16 eine unterschiedliche Schnittform im Verbindungsbereich zwischen dem Wabenheizgerät und dem Stützelement. In 27 sind die Nut 13 des Wabenheizgeräts 12 und der bogenförmige Abschnitt 14 des Stützelements 16 solcherart ausgebildet, daß sie eine Verjüngung gegen eine Ebene erfahren, die parallel zur radialen Richtung des Wabenheizgeräts 12 ausgebildet ist. In 28 sind die Nut 13 eines Wabenheizgeräts 12 und der bogenförmige Abschnitt eines Stützelements 16 so ausgebildet, daß sie eine Rundheit aufweisen. Aufgrund dieser Strukturen kann jeder Verbindungsbereich zwischen dem Stützelement 16 und dem Wabenheizgerät 12 einen kleineren Freiraum aufweisen, wodurch eine höhere Haftfestigkeit erzielt wird.
  • 29 zeigt ein Stützelement 16 mit einem U-förmigen Abschnitt. Diese U-förmige Struktur wirkt als Feder gegen die Verschiebung des Wabenheizgeräts 12 in radialer Richtung.
  • 30(A) und 30(B) zeigen einen Fall, in dem plattenartige Stützelemente 16 an der Peripherie eines Wabenheizgeräts 12 in Wirbelform angeordnet sind. Diese Stützelemente 16 dienen als Feder gegen die Verschiebung des Wabenheizgeräts 12 in radialer Richtung.
  • 31(A) und 31(B) zeigen einen Fall, in dem ein Stützelement 16 mit einem Wabenheizgerät 12 über dessen Nut verbunden ist und – wie in 30(A) und 30(B) – das Stützelement Federabschnitte in Wirbelform an der Peripherie des Heizgeräts 12 besitzt. Da die in 30(A) und 30(B) sowie 31(A) und 31(B) gezeigten Stützelemente Federabschnitte an der Peripherie jedes Wabenheizgeräts 12 in Wirbelform aufweisen, kann die Länge des Stützelements in Gasflußrichtung gegenüber jenen der anderen Stützelemente verkürzt werden. Wenn das Stützelement 16 in Kombination mit einer Elektrode verwendet wird (siehe 37), fallen die Wirbelrichtung des Stützelements 16 und jene des Verbindungselements 25 der Elektrode vorzugsweise zusammen, da die Richtung der Wärmedehnung und Wärmeschrumpfung des Stützelements 16 mit jener des Verbindungselements 25 zusammenfällt, wodurch keine Störung auftritt.
  • 32 bis 35 zeigen Fälle, in denen ein Stützelement 16 im Verbindungsbereich mit dem Wabenheizgerät 12 leichter ausgebildet ist, während die Festigkeit in diesem Bereich aufrechterhalten wird, um der Temperaturänderung des Wabenheizgeräts 12 rasch folgen zu können. 32 zeigt einen Fall, in dem der bogenförmige Abschnitt 14 eines Stützelements 16 aus einem hohlen Ring besteht; 33 und 34 zeigen jeweils Fälle, in denen der Bogenabschnitt 14 eines Stützelements 16 aus einem Ring mit einem U-förmigen Schnitt besteht; und 35 zeigt einen Fall, in dem der Bogenabschnitt eines Stützelements 16 wellenförmig ausgebildet ist, sodaß die Festigkeit des Verbindungsbereichs zwischen Wabenheizgerät 12 und Stützelement 16 erhöht werden kann.
  • 36 zeigt einen Fall, in dem ein Stützelement 16 am Vorderende eine polygonale Schnittform aufweist. Eine Isolierbeschichtung 17 ist auf das Vorderende aufgebracht und das Vorderende in die Nut des Wabenheizgeräts 12 eingesetzt (kein Zementmaterial wird verwendet); die Mündung der Nut ist verstemmt.
  • Im ersten Aspekt der Erfindung besitzt jedes der Wabenheizgeräte und Stützelemente zum Halten des Heizgeräts günstigerweise eine Eigenfrequenz von 500 Hz oder mehr, vorzugsweise 1.000 Hz oder mehr, noch bevorzugter 2.000 Hz oder mehr, für Schwingungen in Gasflußrichtung oder in radialer Richtung des Wabenheizgeräts, sodaß das Wabenheizgerät und das bzw. die Stützelemente) nicht synchron mit dem Auspuffrohr des Autos schwingen und nicht brechen.
  • Um die Eigenfrequenz des Wabenheizgeräts in Gasflußrichtung zu steigern, ist es z. B. wirkungsvoll, die Dicke des Heizgeräts in Gasflußrichtung zu erhöhen. Um die Eigenfrequenz des Wabenheizgeräts in radialer Richtung zu steigern, ist es wirkungsvoll, die Anzahl an Zellen zwischen zwei benachbarten Schlitzen zu erhöhen. Diese Maßnahmen führen jedoch zu einer Abnahme des Widerstands des Wabenheizgeräts. Um daher eine Heizeinheit mit dem erwünschten Widerstand zu erhalten, ist es notwendig, ein Wabenheizgerät zu konstruieren, das einen geeigneten Durchmesser, eine geeignete Dicke in Gasflußrichtung, eine geeignete Anzahl an Schlitzen usw. sowie eine Eigenfrequenz aufweist, die der obigen Anforderung entspricht.
  • Um die Eigenfrequenz des Stützelements bzw. der Stützelemente zu erhöhen, ist es z. B. wirkungsvoll, die Länge jedes Beins zu verkürzen, die Breite jedes Beins zu vergrößern oder die Anzahl an Beinen zu erhöhen. Wenn die Länge jedes Beins zu gering ist, sind die Beinabschnitte aufgrund der Differenz der Wärmedehnung zwischen dem bzw. den Bogenabschnitt(en) des Stützelements bzw. der Stützelemente und dem Gehäuse einer großen Spannung ausgesetzt, was zum Ermüdungsbruch führt. Es ist daher erforderlich, das bzw. die Stützelemente) solcherart zu konstruieren, daß sie eine Spannung von 30 kg/mm2 oder weniger, vorzugsweise 15 kg/mm2 oder weniger, sowie eine Eigenfrequenz, die der obigen Anforderung entspricht, aufweisen.
  • Es folgt eine Beschreibung des zweiten Aspekts der Erfindung.
  • Im zweiten Aspekt muß die Heizeinheit zumindest eine Elektrode zur Beaufschlagung des Wabenheizgeräts mit Strom besitzen. Üblicherweise werden Elektroden durch Schweißen o. dgl. direkt mit der Wabenstruktur verbunden, um ein Wabenheizgerät zu bilden; dann werden die Elektroden mittels eines Isolators o. dgl. am Gehäuse befestigt, um eine Heizeinheit zu bilden; in dieser Heizeinheit können die Elektroden das Wabenheizgerät aufgrund der relativen Verschiebung zwischen Gehäuse und Wabenheizgerät infolge ihrer Differenz der Wärmedehnung verformen. Es besteht daher die Notwendigkeit, die Verbindung zwischen Elektroden und Wabenheizgerät zu verbessern. Ein derartiges Beispiel für die Verbesserung der Verbindung zwischen Elektroden und Wabenheizgerät wird nachstehend als Heizeinheit des Typs D beschrieben.
  • Ein typisches Beispiel für die Heizeinheit des Typs D ist in 37 dargestellt. Wie aus 37 ersichtlich, ist das Wabenheizgerät 12 mittels des metallischen Verbindungselements 25 mit der Elektrode 22 verbunden. Das Verbindungselement 25 muß folgende Funktionen erfüllen: (1) Aufnehmen der Verschiebung des Wabenheizgeräts 12 in radialer Richtung und (2) Fixierung des Wabenheizgeräts 12 in Gasflußrichtung. Daher kann das Verbindungselement 25 aus dem gleichen Material bestehen und die gleiche Form besitzen wie das oben erwähnte Stützelement. Selbstverständlich muß das Verbindungselement 25 einen sehr geringen elektrischen Widerstand aufweisen, um die erwünschte Wärmeerzeugung durch das Wabenheizgerät sicherzustellen.
  • Die Verbindung zwischen Verbindungselement 25 und Wabenheizgerät 12 sowie zwischen Verbindungselement 25 und Elektrode 22 kann durch ein zweckmäßiges Mittel wie z. B. Schweißen o. dgl. hergestellt werden.
  • Die Elektrode 22 wird durch eine Unterlegscheibe und eine Mutter 29 mittels Isolierelementen 26, die aus einem Isoliermaterial (z. B. einem Isolator) und einer Spannvorrichtung 30 zur Befestigung des Isolierelements 26 bestehen, fest mit dem Gehäuse 19 verbunden.
  • Da in der Heizeinheit des Typs D die Elektrode 22 mittels des Verbindungselements 25 am Wabenheizgerät 12 fixiert ist, ist die Bruchgefahr des Wabenheizgeräts 12 selbst dann gering, wenn ein Stoß von außen auf die Elektrode 22 einwirkt.
  • Die Heizeinheit von 38 ist ein Beispiel für Typ D, worin das Wabenheizgerät 12 gemäß dem Halterungsverfahren des Typs A durch ein Stützelement 16 im Gehäuse 19 gehalten wird. Typ D kann auch auf verschiedene andere Beispiele als die Ausführungsform von 38 angewendet werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Heizeinheit des Typs D ist in 39(A) und 39(B) dargestellt, worin ein Verbindungselement 25 mit einem nahezu U-förmigen Schnitt (entsteht durch Falten einer Metallplatte) zwischen der Elektrode 22 und dem Wabenheizgerät 12 positioniert ist.
  • Im zweiten Aspekt der Erfindung erfüllt das Verbindungselement zwischen der Elektrode und dem Wabenheizgerät eine Federfunktion, um die Verschiebung aufgrund der Differenz der Wärmedehnung zwischen Wabenstruktur und Gehäuse aufnehmen zu können. Die Federkraft des Verbindungselements beträgt günstigerweise 4 kp/mm oder weniger, vorzugsweise 1 kp/mm oder weniger, ausgedrückt als Federkonstante pro Längeneinheit des Wabenheizgeräts in Gasflußrichtung. Wenn die Federkonstante 4 kp/mm übersteigt, ist die Federkraft des Verbindungselements zu groß, wodurch das Verbindungselement den Wabenabschnitt des Wabenheizgeräts in der Nähe des Verbindungselements zerschlagen kann. Außerdem besitzt das Verbindungselement vorzugsweise eine Querschnittsfläche von 8 mm2 oder mehr, vorzugsweise 15 mm2 oder mehr, und eine Länge von 50 mm oder weniger, vorzugsweise 20 mm oder weniger, um den Temperaturanstieg und die resultierende Dehnung des Verbindungselements bei Beaufschlagung mit Strom zu minimieren. Wenn der Schnittbereich und die Länge von diesen Bereichen abweichen, kann das Verbindungselement durch abnormalen Temperaturanstieg schmelzen oder sich das Verbindungselement zu sehr ausdehnen und eine große Spannung im Verbindungselement, in der Elektrode und im Wabenheizgerät auftreten (die Elektrode und das Wabenheizgerät stehen mit dem Verbindungselement in Kontakt); in der Folge kann es zum Bruch kommen. Da die Verringerung der Federkonstante des Verbindungselements der Erhöhung der Querschnittsfläche und der Verkürzung des Verbindungselements entgegensteht, muß das Verbindungselement so konstruiert sein, damit diese Eigenschaften ausgewogen sind.
  • Es folgt eine Beschreibung eines dritten Aspekts der Erfindung.
  • Der dritte Aspekt betrifft – ähnlich wie der zweite Aspekt – die Elektrodenstruktur.
  • Ein Beispiel für den dritten Aspekt ist als Typ E dargestellt, wobei die Elektrodenstruktur aus 40 ersichtlich ist.
  • Wie aus 40 ersichtlich, wird eine Elektrode 22 mittels Schweißen o. dgl. direkt mit dem Wabenheizgerät 12 verbunden und ist mit Isolierelementen 26, die aus einem Isoliermaterial (z. B. einem Isolator) bestehen, durch Muttern 29 verbunden; die Isolierelemente 26 sind mittels eines Pufferelements 27 am Gehäuse 19 befestigt. Das Pufferelement 27 nimmt ähnlich zum obigen Stützelement und Verbindungselement die Verschiebung des Wabenheizgeräts 12 in radialer Richtung auf und kann das Wabenheizgerät 12 gegen seine Verschiebung in Gasflußrichtung fixieren.
  • Im dritten Aspekt besitzt das Pufferelement ähnlich zum Verbindungselement des zweiten Aspekts günstigerweise eine Federkonstante von 4 kp/mm oder weniger, vorzugsweise 1 kp/mm oder weniger, pro Längeneinheit des Wabenheizgeräts in Gasflußrichtung. Wenn die Federkonstante größer als 4 kp/mm ist, ist die Federkraft des Pufferelements zu groß, weshalb das Pufferelement den Wabenabschnitt des Wabenheizgeräts in der Nähe des Pufferelements zerschlagen kann.
  • Wenn die Heizeinheit des Typs D gemäß dem zwieten Aspekt und die Heizeinheit des Typs E gemäß dem dritten Aspekt das bzw. die Stützelemente) der Typen A, B, C o. dgl. vorsehen, zeigen solche Heizeinheiten im wesentlichen weder eine Verformung noch einen Bruch des Wabenheizgeräts und sind besonders vorzuziehen.
  • Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele, die jedoch die Erfindung nicht einschränken.
  • Beispiele 1–3
  • (1) Herstellung von Wabenheizgeräten
  • Herstellung von Wabenstrukturen
  • Ein Fe-Pulver, ein Cr-Al-Pulver (Al: 30 Gew.-%), ein Fe-Al-Pulver (Al: 50 Gew.-%), ein Fe-B-Pulver (B: 20 Gew.-%) und ein Y2O3-Pulver jeweils mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 44 μm oder weniger wurden vermischt, um eine Zusammensetzung von Fe-12Cr-10Al-0,05B-0,5Y2O3 zu ergeben. Dem Gemisch wurden 4 g (pro 100 g des Gemisches) Methyl-Cellulose als organisches Bindemittel und 1 g Ölsäure als Antioxidans zugegeben und vermischt, um einen leicht formbaren Körper zu erhalten. Dieser Körper wurde extrudiert, um als Extrudat einen säulenförmigen Wabenkörper mit einem Durchmesser von 108 mm und einer Dicke von 9,6 mm zu erhalten.
  • Es wurden zwei Platten 40 mit der gleichen Zusammensetzung wie oben und einer Dimension von 2 mm (Dicke), 9,6 mm (Breite) und 15 mm (Länge) hergestellt. Die Platten 40 wurden an den zwei Enden des oben erhaltenen Wabenkörpers befestigt, die den gleichen Durchmesser aufwiesen (siehe 42(A)).
  • Der säulenförmige Wabenkörper wurde in Luft 16 Stunden lang bei 90°C getrocknet und dann in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1.325°C 2 Stunden lang gesintert, um eien Wabenstruktur von 89 mm Außendurchmesser und 8 mm Dicke zu erhalten, die sechseckige Zellen mit einer Rippendicke von 0,1 mm und einer Zelldichte von 450 Zellen/Quadratzoll aufwies. Dann wurde an der Peripherie der Wabenstruktur durch zylindrisches Schleifen eine Nut 13 mit einer Breite von 1,8 mm und einer Tiefe von 5 mm ausgebildet. In der Wabenstruktur wurden durch Schleifen mit einer Diamantsäge in einer zur axialen Richtung der Durchgänge (Zellen) im rechten Winkel verlaufenden Richtung Schlitze 11 ausgebildet, sodaß die Anzahl an Zellen zwischen zwei benachbarten Schlitzen vier betrug. Die resultierende Wabenstruktur wurde 30 Minuten lang in der Luft bei 1.150°C hitzebehandelt, um eine in 42(A) und 42(B) gezeigte Wabenstruktur 10 zu erhalten.
  • Aufbringen von Katalysator
  • Ein γ-Al2O3-Pulver und ein CeO2-Pulver wurden getrennt hergestellt, sodaß ihr Gewichtsverhältnis 70 : 30 betrug. Jedes Pulver wurde mit Wasser und einer kleinen Menge Salpetersäure vermischt und jedes Gemisch durch ein Naßverfahren pulverisiert, um zwei Aufschlämmungen zu erhalten. Die zuvor gebildete Wabenstruktur 10 wurde in jede der Aufschlämmungen getaucht, um eine Überzugsschicht zu bilden. Diese wurde getrocknet und dann bei 500°C gebrannt, um eine γ-Al2O3-Schicht zu erhalten. Die resultierende Wabenstruktur wurde in eine wäßrige Lösung getaucht, die Chlorplatinsäure und Rhodiumnitrat enthielt, um darauf Pt und Rh in einem Molverhältnis von 5 : 1 in einer Gesamtmenge von 40 g/Kubikfuß aufzubringen.
  • Getrennt davon wurden zwei SUS 310S-Stützelemente 16 (siehe 43) mit jeweils (1) einem halbringförmigen Bogenabschnitt 14 mit einer Dicke von 1,5 mm, einem Außenumfang von R = 44 mm und einem Innenumfang von R = 40,0 mm und (2) sechs Beinen 15 mit einer Dicke von 1,5 mm, einer Breite von 8 mm und einer Länge von 12,5 mm hergestellt. Jeder Bogenabschnitt 14 der Stützelemente 16 wurde in einer Dicke von 20–25 μm durch Flammspritzen mit Aluminium überzogen, um eine Isolierbeschichtung zu bilden.
  • Dann wurde in jeden Abschnitt jedes Schlitzes 11 in der Wabenstruktur 10 mit Ausnahme des Nutabschnitts 13 ein Abstandhalter mit einer Dicke von 0,8 mm eingesetzt, um den Schlitz vorübergehend auszustopfen. Danach wurde anorganischer Zement in den Nutabschnitt 13 eingefüllt, worauf die zwei Stützelemente 16 in die Nut 13 eingesetzt wurden. Das resultierende Material wurde 1 Stunde lang in Luft bei 100°C und dann 1 Stunde lang bei 300°C getrocknet, wodurch die Stützelemente 16 an der Wabenstruktur 10 befestigt wurden. Der anorganische Zement war Bond X #96 (besteht hauptsächlich aus SiO2-Al2O3) der Firma Nihon Kagaku Kogyo. Nach dem Trocknen wurde der Abstandhalter entfernt, und die zwei Stützelemente 16 wurden an ihren Enden durch Schweißen aneinandergefügt (zur Ringbildung, wie aus 44 ersichtlich).
  • Wie aus 45 ersichtlich, wurde ein Ende einer elektrisch leitenden Platte (Verbindungselement) 25 aus SUS 409L mit einer Dicke von 1,0 mm, einer Breite von 18 mm und einer Länge von 45 mm, die in einem Radius von 46 mm in Längsrichtung gebogen war, mit einer Schraubenelektrode 22 aus SUS 409L und einem Außendurchmesser von 6 mm, einer Ganghöhe von 1 mm und einer Länge von 35 mm verschweißt. Das andere Ende der elektrisch leitenden Platte 25 wurde mit der Platte 40 der Wabenstruktur 10 verschweißt.
  • Die Befestigung zwischen jeder Elektrode und dem Gehäuse erfolgte wie in 45. Ein unterer Isolator 41 (Innendurchmesser: 6,5 mm, Außendurchmesser: 14,5 mm, Dicke: 4,5 mm) und ein oberer Isolator 42 (Innen- und Außendurchmesser: wie oben, Dicke: 7,0 mm) wurden innerhalb eines Fixierungsrings 43 (Innendurchmesser: 15,0 mm, Außendurchmesser: 18,0 mm) angebracht; eine Elektrode 22 wurde in den unteren Isolator 42 und den oberen Isolator 42 eingesetzt; eine Mutter 45 wurde am herausragenden Schraubenabschnitt 44 der Elektrode 22 angebracht; dadurch wurden die Isolatoren 41 und 42, der Fixierungsring 43 und die Elektrode 22 vorübergehend befestigt.
  • Die so erhaltene mit den Elektroden und Stützelementen versehene Heizeinheit wurde in das Gehäuse 19 gesteckt (aus SUS 310S mit einer Dicke von 1,5 mm), und der Fixierungsring 43 jeder Elektrode 22 und jedes Bein 15 jedes Stützelements 16 wurden durch Schweißen am Gehäuse 19 befestigt, wie dies aus 45 und 46 ersichtlich ist. Dann wurde ein Windschutzring 7 (aus SUS 310S mit einer Dicke von 1,5 mm) am Gehäuse 19 mittels Schweißen befestigt, sodaß der Zwischenraum zwischen der Wabenstruktur 10 und dem Windschutzring 7 den in Tabelle 1 angeführten Abstandwert aufwies.
  • Dann wurde ein light-off-Katalysator 8 durch Aufbringen eines Katalysators in gleicher Weise wie im Fall der Heizeinheit auf eine Cordierit-Wabenstruktur mit einem Außendurchmesser von 95 mm und einer Länge von 56 mm gebildet, umfassend viereckige Zellen mit einer Rippendicke von 0,15 mm in einer Zelldichte von 400 Zellen/Quadratzoll. Um diesen light-off-Katalysator 8 herum wurde eine Matte 46 mit einer Dicke von 4,9 mm gewickelt (InteramTM, ein Produkt von 3M). Ein Drahtgeflecht 47 aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 90 mm, einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Dicke von 2 mm wurde an den zwei Enden des light-off-Katalysators 8 angeordnet. Das resultierende Material wurde in das Gehäuse 19 aus SUS 310S mit einem Außendurchmesser von 105 mm, einer Länge von 51,5 mm und einer Dicke von 1,5 mm gezwängt und vom Einlaßseitenende mit einem Haltering 48 unter Druck gesetzt, wobei der Haltering 48 am Gehäuse 19 verschweißt wurde, um den light-off-Katalysator 8 am Gehäuse 19 zu befestigen.
  • Die so erhaltene light-off-Katalysatoreinheit 49 wurde an der Heizeinheit 50 befestigt, sodaß der Zwischenraum zwischen dem Wabenheizgerät-Auslaßende der Heizeinheit 50 und dem Haltering 48 der light-off-Katalysatoreinheit 49 einen bestimmten Abstandswert erreichte. Dann wurden die Mutter 45 und der obere Isolator 42 entfernt; eine anorganische Matte (Bond X #96, ein Produkt von Nihon Kagaku Kogyo) wurde eingebracht; der obere Isolator 42 wurde eingesetzt; das Anziehen erfolgte mittels der Mutter 45; und das Trocknen wurde in Luft 1 Stunde lang bei 100°C und dann 1 Stunde lang zur Fixierung bei 300°C durchgeführt. Auf diese Weise entstand eine Heizeinheit mit einem light-off-Katalysator mit einer Länge von 93 mm (siehe 46).
  • Beispiele 4–6 und Vergleichsbeispiele 1–2
  • Die gleiche Heizeinheit mit Elektroden und Stützelementen wie in Beispiel 1 wurde in gleicher Weise wie in Beispielen 1–3 erhalten. Die Heizeinheit wurde in gleicher Weise wie in den Beispielen 1–3 an das Gehäuse 3 angeschweißt (siehe 1), das aus SUS 310S bestand und einen Außendurchmesser von 105 mm und eine Dicke von 1,5 mm aufwies (das Gehäuse 3 besaß einen eingeschränkten Einlaßabschnitt mit einem Innendurchmesser von 79 mm), sodaß der Zwischenraum zwischen der Außenperipherie des Einlaßendes 2 des Wabenheizgeräts 1 der Heizeinheit und dem Abschnitt des Gehäuses 3 am nähesten zur Außenperipherie einen in 1 gezeigten Abstandswert erreichten, wodurch die Heizeinheit 50 erhalten wurde.
  • Getrennt davon wurde ein light-off-Katalysator 8 gebildet, der mit jenem aus Beispiel 1 identisch ist, außer daß er einen Außendurchmesser von 91,5 mm und eine Länge von 53 mm aufwies. Um den light-off-Katalysator 8 wurde die gleiche Matte (Interam) gewickelt wie in Beispielen 1–3 und der light-off-Katalysator 8 in das Gehäuse 3 aus SUS 310S mit einem Außendurchmesser von 102 mm, einer Länge von 51 mm und einer Dicke von 1,5 mm eingesetzt. Ein Dichtseil zur Gasabdichtung aus rostfreiem Stahldraht und einer Matte (Interam) wurde an der Außenperipherie des Einlasses des light-off-Katalysators 8 angeordnet, wodurch eine light-off-Katalysatoreinheit 49 erhalten wurde. Das Gehäuse 3 der Heizeinheit 50 wurde an das Gehäuse 3 der light-off-Katalysatoreinheit 49 angeschweißt, sodaß der Zwischenraum zwischen dem Auslaßende 52 des light-off-Katalysators 8 4 mm betrug, wodurch eine Heizeinheit mit einem light-off-Katalysator und einer Länge von 93 mm erhalten wurde (siehe 1).
  • Versuch
  • Jede der obigen Heizeinheiten mit light-off-Katalysator wurde einem beschleunigten 100-Stunden-Haltbarkeitstest unterzogen, indem ein Zyklus wiederholt wurde, in dem die Heizeinheit am Einlaß der Einheit 60 Minuten lang einem Abgas mit einer Temperatur von 750°C ausgesetzt wurde, worauf 5 Sekunden lang kein Kraftstoff zugeführt wurde. Die resultierende Heizeinheit mit light-off-Katalysator wurde in einem Fahrzeug mit einem 2 Liter-Reihenmotor mit 4 Zylindern an einer Position montiert, die sich 750 mm von der Motorauspufföffnung befand. Stromabwärts vom light-off-Katalysator war ein 1,7 Liter-Hauptkatalysator angeordnet, der dem gleichen beschleunigten 100-Stunden-Haltbarkeitsversuch unterzogen wurde. An einer Position 150 mm stromaufwärts vom Wabenheizgerät der Heizeinheit befand sich ein Einlaß für Sekundärluft, die dadurch eingeleitet wurde. Unter Verwendung eines Generators mit konstanter Spannung wurde während des Kaltstarts (30 Sekunden lang nach Anlassen des Motors) elektrische Leistung (2 KW) an das Wabenheizgerät angelegt. Die Ergebnisse von Messung 1A (0–140 Sekunden) sind in Tabelle 1 veranschaulicht.
  • Getrennt davon wurde jede Heizeinheit ohne light-off-Katalysator hinsichtlich der Menge an außerhalb des Wabenheizgeräts strömenden Abgases gemessen, indem mit einem Gebläse Luft in das Heizgerät eingelassen wurde. Die Ergebnisse gehen ebenfalls aus Tablelle 1 hervor.
  • Tabelle 1
    Figure 00340001
  • Wie dies aus Tabelle 1 hervorgeht, ist die Emissionsmenge kleiner, wenn der Abstand zwischen dem Gehäuse oder Windschutzring und der Oberfläche des Wabenheizgeräts 3 mm oder kleiner ist, wodurch die Menge an Abgas, das außerhalb des Wabenheizgeräts fließt, bei 20% oder weniger der gesamten Abgasstrommenge gehalten wird.
  • Wie bereits erwähnt, kann die vorliegende Erfindung Heizeinheiten und katalytische Konverter bereitstellen, die – wenn sie extremen Fahrbedingungen von Automobilen usw. sowie Schwingungen und der Ausdehnung und Zusammenziehung aufgrund von Wärmeschock ausgesetzt sind – weder zum Bruch des Wabenheizgeräts noch zum Abschälen führen und die Abgasreinigungskapazität von Automobilen usw. aufrechterhalten.

Claims (5)

  1. Heizeinheit, umfassend: ein Wabenheizgerät mit einer metallischen Wabenstruktur (1, 10, 12) und einer großen Anzahl paralleler Durchgänge, die sich in axialer Richtung erstrecken, und zumindest einer an der Wabenstruktur befestigten Elektrode (22), um elektrischen Strom durch die Wabenstruktur zu leiten; ein Metallgehäuse (3, 19) zum Halten des Wabenheizgeräts; und eines der folgenden Mittel (a), (b) und (c): (a) Stützmittel (6, 16) zum Tragen des Wabenheizgeräts im Gehäuse, Aufnehmen der Verschiebung des Wabenheizgeräts in Bezug auf das Gehäuse in einer zur axialen Richtung im wesentlichen im rechten Winkel verlaufenden Richtung und zur Verhinderung der Verschiebung des Wabenheizgeräts in Bezug auf das Gehäuse in axialer Richtung, wobei das Stützmittel (6, 16) zumindest ein metallisches Stützelement umfaßt, das das Wabenheizgerät mit dem Gehäuse verbindet, wobei ein Isolierabschnitt (18, 26) zumindest zwischen dem Wabenheizgerät und dem Stützelement oder zwischen dem Stützelement und dem Gehäuse vorgesehen ist; (b) Verbindungsmittel (25) zur Verbindung der Elektrode, die über ein Isolierelement (42) am Gehäuse befestigt ist, mit der Wabenstruktur und zum Aufnehmen der Verschiebung des Wabenheizgeräts in Bezug auf das Gehäuse in einer zur axialen Richtung im wesentlichen im rechten Winkel verlaufenden Richtung, wobei das Verbindungsmittel (25) ein metallisches Verbindungselement umfaßt; (c) Puffermittel (27) zur Befestigung der Elektrode, die direkt mit der Wabenstruktur verbunden ist und ein daran befestigtes Isolierelement (26) besitzt, am Gehäuse und zum Aufnehmen der Verschiebung des Wabenheizgeräts in bezug auf das Gehäuse in einer zur axialen Richtung im wesentlichen im rechten Winkel verlaufenden Richtung, wobei das Puffermittel (27) ein Pufferelement zwischen dem Isolierelement (26) und dem Gehäuse umfaßt; wobei die Heizeinheit weiters ein Gasflußsteuermittel (7) am Einlaß und/oder an der Seite des Wabenheizgeräts aufweist, sodaß eine Menge des Abgases außerhalb des Wabenheizgeräts strömt, welche Menge im Bereich von 2 bis 20% der gesamten Strömungsmenge des Abgases liegt.
  2. Heizeinheit nach Anspruch 1, worin das Gasflußsteuermittel gebildet wird, indem das Gehäuse in einer solchen Form gestaltet wird, daß die Entfernung zwischen dem Einlaß und/oder der Seite des Wabenheizgeräts und dem Abschnitt des Gehäuses, der dem Wabenheizgerät am nächsten liegt, 3 mm oder weniger beträgt.
  3. Heizeinheit nach Anspruch 1, worin das Gasflußsteuermittel gebildet wird, indem ein strömungsregulierendes Mittel (7) am Gehäuse in der Nähe des Einlasses und/oder der Seite des Wabenheizgeräts befestigt wird, sodaß die Entfernung zwischen dem Gasflußsteuermittel (7) und dem Wabenheizgerät 3 mm oder weniger beträgt.
  4. Heizeinheit nach Anspruch 1, worin das Gasflußsteuermittel (9) außerdem am Auslaß des Wabenheizgeräts vorgesehen ist.
  5. Katalytischer Konverter, umfassend ein Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einen light-off-Katalysator, wobei das Metallgehäuse sowohl das Wabenheizgerät als auch den light-off-Katalysator über Stützmittel darin hält, wobei der light-off-Katalysator eine Wabenstruktur mit einer großen Anzahl paralleler, in axialer Richtung verlaufender Durchgänge umfaßt, die stromabwärts vom Wabenheizgerät in dessen Nähe angeordnet sind.
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