JP6478634B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスが通って流れることができて、入口側から出口側まで軸線方向において排ガスが通って流れることができるダクトが形成されるように、少なくとも部分的に構造化されたシートメタル層を用いて巻回されておよび／または積み重ねられるハニカム体を有する排ガス処理装置に関する。特に、本発明は、それに適用される電圧を有することによって、排ガスおよび／または排ガス処理装置を加熱する加熱エレメントを備える排ガス処理装置に関する。

特に自動車両において、内燃機関からの汚染物質の放出を制限するために、排ガスの浄化のための触媒コンバータは、長く使用されてきた。汚染物質の触媒的に支援された変換が起こるために、排ガスおよび／または触媒コンバータは、最低温度でなければならない。特に内燃機関のコールドスタートまたは再スタートの後、前記最低温度は、まだ優勢でない。電気的に動作された加熱エレメントによって排ガスのおよび／または触媒コンバータの温度を上昇させることは、このように求められる。

特許文献１は、少なくとも１つのシートメタル層がそれに適用される電圧を有することによって直接加熱される構造化シートメタル層を有するハニカム体を記載する。したがって、その概念において、ハニカム体を形成するシートメタル層が加熱エレメントとして使われる。

対照的に、２枚のシートメタル層の間に電熱線を組み込むことは、特許文献２から公知である。しかしながら、用いられるこの種の電熱線の場合、隣接するシートメタル層がまだ互いにろう付けされることができることは、扱いにくい様式で確実にされなければならない。具体的には、電熱線は、シートメタル層の形に対する重要な影響を有し、そして隣接するシートメタル層の間に間隔を生成する。

国際公開第ＷＯ８９／１０４７１号 国際公開第ＷＯ９３／０５２８４号

したがって、従来技術に関して強調される課題を少なくとも部分的に解決して、特に加熱エレメントが組み込まれることができて、生産することが容易な排ガス処理装置を特定することは、本発明の目的である。

前記目的は、独立請求項１の特徴を有する排ガス処理装置によって達成される。排気ガス後処理装置の有利な実施形態は、従属請求項において、そして説明において特定される。

目的は、排ガスが通って流れることができて、入口側から出口側まで軸線方向において排ガスが通って流れることができるダクトが形成されるように少なくとも部分的に構造化されたシートメタル層を用いて巻回されておよび／または積み重ねられるハニカム体を有する排ガス処理装置によって達成される。シートメタル層の第１の割合は、入口側および／または出口側に割り当てられる第１の端面で平らに終わり、シートメタル層の第２の割合は、入口側および／または出口側に割り当てられる第２の端面で同様に終わる。第２の端面は、第１の端面に対して間隔を有する。シートメタル層の第２の割合の流れの向きにおける第２の長さよりも大きいシートメタル層の第１の割合の流れの向きにおける第１の長さのせいで、第２の端面は、入口側および／または出口側に関してハニカム体の内部に形成される。第１の端面と第２の端面との間の間隔のせいで、加熱エレメントが配置されるレセプタクルは、形成される。

排ガス処理装置は、特に自動車両の内燃機関の排ガスの浄化のために造られて、したがって、特に内燃機関の排気ライン中に配置される。ハニカム体は、生産中に、好ましくはまず構造化された滑らかなシートメタル層と交互に積み重ねられて、その後巻回される少なくとも部分的に構造化されたシートメタル層から作り出される。シートメタル層を造ることは、カットアウト、波動および／またはガイドベーンによって好ましくは実現されてよい。構造化は、ハニカム体の断面にわたって少なくとも１００ｃｐｓｉ［平方インチ当たりセル］または少なくとも３００ｃｐｓｉさえ形成されるように特に設計される。

シートメタル層の第１の割合およびシートメタル層の第２の割合は、各々単一のシートメタル層だけを有してよく、それとも多数のシートメタル層を有してよい。しかしながら、シートメタル層の第１の割合が多数のシートメタル層を有し、そして、シートメタル層の第２の割合が正確に１枚のシートメタル層を有することは、好ましい。シートメタル層の第１の割合が入口側に向かって終わり、したがって入口側を定義することは、好ましい。というのも、流れの向きにおいて排ガスが最初にハニカム体のダクトに入るのは、正確にこの平面においてだからである。この場合、シートメタル層の第２の割合は、流れの向きに見て第２の端面の下流に第１の端面に対する軸線方向の間隔を有して配置される第２の端面を形成する。そして、第２の端面は、シートメタル層の第２の割合によって形成されるダクトへの入口面を形成する。代わりにまたは加えて、シートメタル層の第１の割合は、出口側で第１の端面を形成する。そして、シートメタル層の第２の割合によって形成される第２の端面は、流れの向きに見て第１の端面の上流に配置される。入口側へのまたは出口側への端面の「割当」は、反対の出口側／入口側よりも入口側／出口側にそれぞれの端面がより近くにまたは隣接さえして位置することを特に意味すると理解されるべきである。

本発明によれば、シートメタル層の第１の割合の流れの向きにおける第１の長さは、シートメタル層の第２の割合の流れの向きにおける第２の長さよりも大きい。そしてそれは、シートメタル層の第２の割合がシートメタル層の第１の割合を越えて突出しないことを特に意味する。生産中に、全てのシートメタル層が出口側で平らに配置されて、それにより、間隔は入口側で第１の端面と第２の端面との間に形成される場合、それはしたがって好ましい。加熱エレメントは、間隔によって形成される前記レセプタクル内に配置されることができる。そしてその加熱エレメントは、シートメタル層のうちの１枚に特に接続（好ましくは接着結合）される。シートメタル層は、そして適切な場合には加熱エレメントも、ハニカム体を形成するためにその後巻回される。

加熱エレメントは、絶縁物によって囲まれる電気伝導体によって特に形成される。加熱エレメントは、排気ラインから引き出されることができて、電圧源が接続されることができる端子片を有する。特に、加熱エレメントの電気伝導体は、少なくとも０．５ｍｍ^２［平方ミリメートル］の、好ましくは少なくとも３ｍｍ^２の、特に好ましくは少なくとも６ｍｍ^２の断面積を有する。加熱エレメントは、レセプタクル内に形成されて、ハニカム体の少なくとも１つのシートメタル層に特に接続される。そうすると、加熱エレメントは、ハニカム体において捕捉的に固定される。多数の加熱エレメントがカットアウト内に組み込まれることも、可能である。その各々に少なくとも１つの加熱エレメントが挿入される多数のカットアウトが形成されることも、可能である。多数の加熱エレメントが設けられる場合、これらは、おそらく同等の様式で、互いに別々に好ましくは動作可能である。そうすると、例えば、個々に設定可能な加熱領域を形成することができる。これは、適切な電圧源および調整ユニットによって実現されてよい。

本発明は、生産しやすい電気的に加熱可能な排ガス処理装置を提供する。ハニカム体の生産後に加熱エレメントがハニカム体に組み込まれることもできるが、加熱エレメントは、排ガス処理装置の生産工程中に簡単な仕方で組み込まれてよい。

本発明の一実施形態において、シートメタル層は、交互に配置された滑らかなシートメタル層および波形シートメタル層を有し、シートメタル層の第２の割合は、波形シートメタル層だけを備える。これは、シートメタル層の第２の割合が正確に１枚の波形シートメタル層だけを備えるか、それとも複数の波形シートメタル層を備えることを特に意味する。これは、滑らかなシートメタル層がシートメタル層の第２の割合の波形シートメタル層を少なくとも越えて突出する効果を有する。前記レセプタクルは、１つの軸線方向において滑らかなシートメタル層によって、そして同様に反対の方向において滑らかなシートメタル層によってこのように区切られる。このように、レセプタクルが入口側上に形成されている場合、少なくとも１つの加熱エレメントは、流れの向きに見て第２の端面の上流に配置される。滑らかなシートメタル層が加熱エレメントを支持しておよび／または囲むために役立つことは、そして、排ガスがシートメタル層の第２の割合によって形成されるダクト内に入るために加熱エレメントの周りを少なくとも部分的に最初に流れなければならないことは、ここで有利である。加熱エレメントから排ガスへの熱の良好な伝達は、このように確実にされる。

本発明のさらに有利な実施形態において、（少なくとも１つの）加熱エレメントは、軸線方向における第２の端面の多くても５０％を、特に好ましくは多くても３０％を、そして特に非常に好ましくは多くても１０％をカバーする。流れの向きに見て、加熱エレメントは、第２の端面の上流にまたは下流に、そして第１の端面の下流にまたは上流に、それぞれこのように配置される。したがって、流れの向きに見て、第２の端面の小さい部分だけは、加熱エレメントによってカバーされる。加熱エレメントによる液動抵抗ができるだけ低く保たれることは、このように確実にされる。

加熱エレメントがシートメタル層の第１の割合のシートメタル層に接着結合されることも、好ましい。加熱エレメントの電気絶縁物は、シートメタル層に、特にシートメタル層の第１の割合の滑らかなシートメタル層に、このように接着結合される。捕捉接続は、加熱エレメントとハニカム体との間にこのように提供される。それにより、加熱エレメントからシートメタル層への熱の伝達も確実にされる。

シートメタル層の第１の割合の滑らかなシートメタル層が折りたたまれて、加熱エレメントがその折りたたみの中に配置されることも、好ましい。折りたたみは、反転されるシートメタル部によって一種のポケットを形成するシートメタル層の部分を特に構成する。この種の折りたたみの数および／または設計は、加熱エレメントの種類および／または数、および／またはシートメタル層の変形性を考慮に入れて選択されてよい。捕捉的な、明らかにロックする結合は、ハニカム体の加熱エレメントとシートメタル層との間に、特に箱詰の様式で、このように提供される。

第１の端面と第２の端面間との間の間隔が少なくとも０．１ｃｍ［センチメートル］、好ましくは少なくとも０．３ｃｍであることも、有利である。レセプタクルのこの種の間隔または深さによって、適切な加熱エレメントが配置されることができる十分な空間は、設けられる。間隔は、好ましくは少なくとも１ｃｍ、特に非常に好ましくは少なくとも２ｃｍである。

シートメタル層の第１の割合またはシートメタル層の第２の割合が触媒活性コーティングを有することは、特に好ましい。触媒コーティングによって、排ガス中の汚染物質の変換は、確実にされる。特に、ハニカム体の断面に少なくとも見られるように、両方のシートメタル層が同じコーティングを有することは、好ましい。異なるコーティング領域は、軸線方向において形成されてよい。

本発明の１つの有利な実施形態において、２つ以上のレセプタクルがハニカム体において形成され、レセプタクルの各々に加熱エレメントが配置される排ガス処理装置は、提案される。これは、シートメタル層の２つ以上のグループがシートメタル層の第１の割合およびシートメタル層の第２の割合とともに形成されて、シートメタル層の各グループがレセプタクルを有することを、このように意味する。生産工程の間、シートメタル層のグループは、特に互いに積み重ねられて、その後一緒に巻回される。このようにして、加熱エレメントは、ハニカム体の断面にわたって一様に分布されることができる。

この文脈において、加熱エレメントが電気的に直列に接続されることも、好ましい。これは、ハニカム体から放射状に導き出されて、導電性の様式で互いにそこで接触される加熱エレメント用の端子によって、好ましくは達成される。ハニカム体に関して、またはハニカム体が収容される管に関して、端子が電気的に絶縁されることは、特にここで事実である。

２つ以上のハニカム体が軸線方向において直列に配置され、ハニカム体の各々が少なくとも１つの加熱エレメントを有することも、有利である。ハニカム体の複数の加熱エレメントがハニカム体の液動抵抗を過剰な程度まで増やす場合、これは、特に有利である。

この文脈において、加熱エレメントが電気的に直列に接続されることは、特に好ましい。ハニカム体から導き出されて、そこで互いに電気的に接続される加熱エレメント用の端子によって、これは、実現されてよい。この場合もまた、ハニカム体に関して、またはハニカム体を収容する管に関して、端子は、特に電気的に絶縁される。ハニカム体から加熱エレメント用の端子を導き出すことは、個々の加熱エレメントがバイパスされることができて、並列に接続されることができて、または異なる時間とともに電流を供給されることができるという効果を有する。

本発明および発明の技術分野は、図に基づいて以下でさらに詳細に説明される。図は本発明の特に好ましい実施形態を示すが、本発明はこれらに制限されないと指摘されなければならない。

図１は、従来技術によるハニカム体の斜視図を示す。 図２は、本発明によるハニカム体の長手方向断面を示す。 図３は、本発明によるさらなるハニカム体のさらなる断面を示す。 図４は、排ガス処理装置の実施形態を示す。

図１は、排気ライン１８において従来技術からのハニカム体２を有する排ガス処理装置１の斜視図を示す。ハニカム体２は、互いに積み重ねられてそして巻回される多数の滑らかなシートメタル層３および波形シートメタル層１７を備える。シートメタル層３、１７は、入口側５から出口側６まで延びる多数の貫流ダクト７を形成する。前記ハニカム体は、被覆シートメタル層から造られて、個々のシートメタル層がケーシングチューブに対して両端によって支える全てのハニカム体を代表するものとしてみなされる。シートメタル層に沿って延びる加熱エレメント用の電気的端子がこれにより容易に外側へ導かれることができるので、この種の構造は、本発明に特に適している。

図２は、ハニカム体２を有して、排気ライン１８において配置される排ガス処理装置１を通る長手方向断面を概略的に示す。ハニカム体２は、滑らかなシートメタル層３および波形シートメタル層１７を有する。波形シートメタル層１７の起伏は、この場合、改良された具体例を提供するために（９０°で回転する配置とともに）単に図式的に示されるだけである。起伏は、ハニカム体２の円周方向において事実延びる。そうすると、軸線方向に延びる波の山および波の谷は、軸線方向４においてダクト７を形成する。そしてそのダクトを通って、排ガスは、図１に示すように、入口側５から出口側６まで流れることができる。シートメタル層３、１７は、シートメタル層の第１の割合８およびシートメタル層の第２の割合１０に分けられる。シートメタル層の第１の割合８は、出口側６で平らな様式において第１の端面９を形成する。そして、シートメタル層の第２の割合１０は、出口側６で、第２の端面１１を形成する。第１の端面９は、第２の端面１１に対して間隔１２を有する。間隔１２は、軸線方向４に第１の長さ１３を有するシートメタル層の第１の割合８によって実現される。前記第１の長さは、シートメタル層の第２の割合１０の第２の長さ１４よりも大きい。第１の端面９と第２の端面１１との間の間隔１２のせいで、加熱エレメント１６が配置されるレセプタクル１５は、形成される。加熱エレメント１６は、端子を有し、端子によって電圧源に接続されることができる。

稼動中に加熱エレメント１６に適用される電圧によって、加熱エレメント１６は、オームの抵抗加熱によって加熱される。それにより、ハニカム体２および排ガスは、次々に加熱される。このようにして、排ガス温度が触媒反応のために必要とされる温度よりも高い値まで上昇されることは、いつでも可能である。

この例示的実施形態例において、シートメタル層の第１の割合８は、滑らかなシートメタル層３および波形シートメタル層１７の両方を有する。対照的に、シートメタル層の第２の割合１０は、いずれの場合も１枚の波形シートメタル層１７だけを有する。レセプタクル１５は、滑らかなシートメタル層３によって、上向き方向および下向き方向においてこのように区切られる。

この例示的実施形態に示すように、軸線方向４の流れの向きは、単に例示的なだけであり、そしてここに示される軸線方向に対して反対に向いてもよい。入口側５および出口側６は、対応して交換される。

図３は、長手方向断面において排ガス処理装置１のさらなる実施形態を概略的に示す。以下に、図２の実施形態に関する相違だけが述べられる。図３による実施形態において、シートメタル層の第２の割合１０は、２枚の波形シートメタル層１７および１枚の滑らかなシートメタル層３の両方を有する。その結果、流れの向きに関する横方向のレセプタクル１５の範囲は、より大きい。

図４は、排ガス処理装置１のさらなる実施形態を概略的に示す。排ガス処理装置１は、排気ライン１８の軸線方向に直列に配置される３つのハニカム体２を有する。そうすると、排ガスは、貫流することができる。この複数のハニカム体２は、図２または図３に示すハニカム体２と同様に造られる。排ガス処理装置１はまた、第１のおよび第３のハニカム体２のいずれの場合も１つの端子２０にラインを介して接続される電圧源１９を備える。端子２０は、電気的に絶縁された様式で排気ライン１８を通って案内されて、ハニカム体２の加熱エレメント１６（図示せず）に接触するために役立つ。加熱エレメント１６は、ここに示すように電気的に直列にこのように接続される。しかしながら、いくらかの他の接続構成が遡及的に実現されることは、容易に可能である。

本発明によって、ハニカム体２の生産中または生産後に加熱エレメント１６が組み込まれることができる電気的に加熱可能な排ガス処理装置１を生産することは、簡単な様式で可能である。

それぞれの図がいずれの場合も多く技術的特徴を互いに組み合わせる例示的実施形態を示す場合であっても、個々の特徴が排ガス処理装置の他の実施形態と別に組み合わされてもよいことは、当業者に明らかである。特徴の必須の組み合わせに明白かつ明確な参照がなされないことが事実でも、これは、とにかく考慮されなければならない。特に、概略図（例えば、図１、図４）に関してなされる説明は、他の図からの詳細と組み合わされてよい。

１…排ガス処理装置
２…ハニカム体
３…滑らかなシートメタル層
４…軸線方向
５…入口側
６…出口側
７…ダクト
８…第１の割合
９…第１の端面
１０…第２の割合
１１…第２の端面
１２…間隔
１３…第１の長さ
１４…第２の長さ
１５…レセプタクル
１６…加熱エレメント
１７…波形シートメタル層
１８…排気ライン
１９…電圧源
２０…端子

Claims (10)

1. 排ガスが通って流れることができて、入口側から出口側まで軸線方向において排ガスが通って流れることができるダクトが形成されるように少なくとも部分的に構造を有するシートメタル層を用いて巻回されるかまたは積み重ねられるハニカム体を有する排ガス処理装置であって、前記シートメタル層の第１の部分は、少なくとも前記入口側または前記出口側に割り当てられる第１の端面で平らに終端し、前記シートメタル層の第２の部分は、少なくとも前記入口側または前記出口側に同様に割り当てられる第２の端面で終端し、前記第２の端面は、前記シートメタル層の前記第２の部分の前記軸線方向における第２の長さよりも大きい前記シートメタル層の前記第１の部分の前記軸線方向における第１の長さのせいで前記第１の端面に対して間隔を有し、前記第１の端面と前記第２の端面との間の前記間隔によって、加熱エレメントが配置される受容部は、形成され、
   前記加熱エレメントは、前記ハニカム体の生産後に配置されることができ、
   前記加熱エレメントは、平らなシートメタル層によって支持される、排ガス処理装置。
2. 前記シートメタル層は、交互に配置された平らなシートメタル層および波形シートメタル層を有し、前記シートメタル層の前記第２の部分は、波形シートメタル層だけを備える、請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記加熱エレメントは、前記軸線方向における前記第２の端面の多くても５０％をカバーする、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記加熱エレメントは、前記シートメタル層の前記第１の部分のシートメタル層に固定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
5. 前記第１の端面と前記第２の端面との間の前記間隔は、少なくとも０．１ｃｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
6. 少なくとも、前記シートメタル層の前記第１の部分または前記シートメタル層の前記第２の部分は、触媒活性コーティングを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
7. ２つ以上の受容部がハニカム体において形成され，前記受容部の各々に加熱エレメントが配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
8. 前記加熱エレメントは、電気的に直列に接続される、請求項７に記載の排ガス処理装置。
9. ２つ以上のハニカム体が前記軸線方向において直列に配置され、ハニカム体の各々は、少なくとも１つの加熱エレメントを有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
10. ハニカム体の各々は、少なくとも１つの加熱エレメントを有し、前記加熱エレメント（１６）は、電気的に直列に接続される、請求項９に記載の排ガス処理装置。