KR19990006620A - 열전도체에 대한 전기적 접촉 - Google Patents

Abstract

바람직하게, 정화되는 배기가스가 흐를수 있는 다수의 평행한 경로들을 가지는 쉘과 쉘내부에 위치된 담체를 포함하는, 여기서 담체는 배기가스에 대하여 촉매적으로 활성인 적어도 하나의 층을 나타내고, 또한 적어도 담체표면의 일부분이 전기연결영역을 가지는 적어도 하나의 전기전도저항 가열층을 나타내며, 이것은 절연층에 의하여 담체에 대하여 절연되고 전기연결영역에서 저항가열층에 접촉하는 적어도 하나의 연결요소를 가지는 연소과정으로부터 바람직하게는 내연연소기관들로 부터의 배기가스를 정화시키기 위한 전기가열촉매 컨버터는 만약 적어도 하나의 연결요소가 담체 뿐만 아니라 저항가열층과 절연층을 통하여 뻗는다면 제조되기 쉽고 작동 동안에 안정적이다.

Description

열전도체에 대한 전기적 접촉

본 발명은 청구항 제 1항의 특징부를 가지는 전기적으로 가열가능한 촉매컨버터에 관한 것이다.

일반적인 촉매컨버터는 특허공보 제 DE 42 43 904 A1에 공지되어 있다. 이 공지된 촉매컨버터는 소위 단일체(monolith)가 끼워진 외부밀폐의 쉘(shell)을 나타낸다. 본 발명의 적용과 연관하여 담체로서 역시 알려지는 촉매컨버터의 단일체는 연하고 편평한 금속박막들 또는 판들 및 물결모양의 골이진 금속박막들 또는 판들의 주로 층이진 배열이다. 골진 금속박막들은 배기가스흐름을 가로질러 뻗고, 이것은 배기가스흐름에 평행하게 위치되며 각각은 배기가스흐름이 통과하기 위한 통로들을 형성한다. 이 촉매컨버터의 담체는 백금이 내장되어 워시코팅으로 피막되어지거나 또는 이 피막위에 백금이 가해진다. 편평한 금속박판은 세번 또는 네번째 마다 배기가스흐름에 수직으로 통로들에 산재되고 단일체의 각면상에 실드 레이어 기술(sealed layer technology)를 사용하여 인쇄되어진 환형의 접촉표면을 나타내는 단일체의 부분을 가로질러 측방으로 융기한다. 실드레이어 기술을 사용하여 인쇄되어지고 담체판에 대하여 전기적으로 절연되는 저항 가열층은 연한 층의 두 접촉표면들 사이를 뻗는다. 가열요소들로 구비된 금속박판들의 전기접촉은 전기전도링에 의하여 이루어지며, 각각의 전도링들은 금속박판의 두 마주하는 연결영역들 사이에 위치된다. 이 링들은 단일체와 동일한 높이로 적재된 금속박판들의 돌출단부를 사이에 배열되고 연속되는 나사요소와 함께 가압되고 이 압축력은 링들과 연결영역들 간의 영구적인 접촉을 확실하게 한다. 그다음 이 링들은 고온저항 납땜 연결선들에 의하여 전원공급부에 연결된다.

이러한 공지되는 전기적으로 가열 가능한 촉매컨버터의 제조는 비교적 복잡하다.

단일체의 금속담체박판에 전류가 흘러 가열되거나 또는 독립된 전기가열요소가 간접적으로 촉매컨버터의 담체프레임을 가열시키는, 다른 기술적 방안들이 전기적으로 가열 가능한 촉매컨버터들을 위하여 존재한다. 이러한 다른 기술적인 방안들의 예들은 특허공보 제 DE-PS 563 757 또는 WO 89/10470에 공지되어 있다. 이러한 기술적인 방안들은 상기한 특허공보 제 DE 42 43 904 A1보다 발명의 목적에 더 벗어난다.

본 발명의 목적은 일반적인 전기가열촉매 컨버터를 제조를 단순하게 하는 방식으로 재설계하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제 1항의 특징부들을 가지는 전기가열촉매 컨버터로서 해결된다.

연결요소들은 저항가열층, 절연층 그리고 담체를 통하여 뻗기 때문에 이 연결요소들은 층들과 담체에 평행한 방향에서 서로물리는 방식으로 고정된다. 열팽창 또는 가속힘들의 결과로써 이 연결요소상에 작용하는 어떠한 잔유물들도 이러한 방식으로 담체에 직접 공급될 수 있다. 이것은 전기접촉이 수립된 장소들로부터의 응력을 제거한다.

만약 담체가 연결영역주위에 예컨데 천공된 구멍들의 형태인 개방구들로 특징지워진다면 유리하다. 이 경우에 있어서, 이 연결요소들은 이 개방구들로 쉽게 삽입될 수 있다. 만약 추가로 제 2의 절연층이 저항가열층으로부터 떨어져 마주하게 담체의 면상에 제공되어 진다면 각각의 연결요소들을 저항가열층에 마주하는 면상에서 이 절연층에 대하여 형성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제 2의 절연층은 바람직하게 연결영역과 대체로 동일한 면적을 나타내어 불필요하게 과다한 재료를 적용시킬 필요가 없어진다. 그럼에도 불구하고 만약 각각의 개방구가 제 2의 절연층에 의하여 둘러싸여 진다면 이것은 각각의 연결요소가 저항가열층으로부터 떨어져 마주하는 표면에 대하여 형성되는 것을 가능하게 하므로 유리하다.

단순하고 안정적인 연결을 보장하기 위하여 이 연결요소들은 가능하면 개방구들에 부합되게 맞추어져야 하며, 즉 이들은 층들과 담체에 평행하게 단지 맞추어지지 않고 하지만 삽입방향에 맞추어지는 방식으로 개방구들에 고정되어야 한다. 개방구들 내부의 연결요소들은 담체로부터 분리되어 존속되어야하며 따라서 전기접촉은 연결요소들과 담체 사이에 수립되지 않는다. 단순한 구성은 만약 연결요소들이 관형돌출부를 포함한다면 제공된다. 이러한 관형돌출부는 이 개방구들의 중앙에 놓여질 수 있고 만약 이것의 지름이 개방구들의 내경보다 더 작다면 담체로부터 적절한 공간을 제공한다. 특히 단순한 구성에서 이 연결요소들은 탄성변형에 의하여 그리고 특히 리벳팅(riveting)에 의하여 개방구들에 고용된다. 이 연결요소들은 이들을 연결영역들에 용접시킴으로써 역시 고정될 수 있다. 이러한 조치는 그 자체상에 또는 리벳팅에 부가하여 제공될 수 있다. 이것은 특히 저항 가열표면상에 저항가압용접, 레이저용접 같은 열용접공정 또는 초음파용접을 포함할 수도 있다. 연결요소들은 저항가열층들에 용접하는 것은 만약 추가의 접촉층이 적용되어 질 때 특히 신뢰적이다.

비록 발명에 따라 담체에 연결요소들을 고정시키는 방법이 매우 안정적 이지만 만약 연결요소들-적어도 배기가스흐름방향에 수직인 이들이-이 스프링 탄성요소들로서 구성되어질 경우 유리하다. 이것은 진동과 열팽창에 대한 민감성을 줄인다.

단순한 구성은 공유된 연결요소가 인접한 연결영역들에서 저항가열층들의 각각의 쌍에 할당되는 경우에 제공된다. 두 개의 저항가열층들을 접촉시키는 것은 양쪽담체들과 양쪽의 저항가열층들을 통하여 뻗고 저항가열층들의 하나에 리벳연결되는 하나의 연속적인 관형돌출로서 달성될 수 있다. 사이 공간이 와셔에 의하여 적용가능한 담체들 사이에 유리하게 유지된다.

발명에 따르는 촉매컨버터의 실례가 도면을 바탕으로 아래에 설명된다.

도 1은 발명에 따르는 저항가열층을 가지는 연결요소의 접촉을 나타내고,

도 2는 성형되지 않은 상태의 도 1의 연결요소를 나타내며,

도 3은 연결요소의 또다른 실시예를 나타내고,

도 4는 두 개의 담체박판들이 각각 공유된 연결요소에 의하여 하나의 저항가열층으로되는 연결을 나타낸다.

금속촉매컨버터의 전기가열담체박판(1)에서의 연결영역이 도 1에 나타난다. 이 담체박판은 내부식성의 고온저항 재료로 이루어지고 한면이 스프린인쇄에 의하여 전체표면에 가하여지는 절연층(2)으로서 덮혀진다. 절연층(2) 자체는 담체박판(1)으로부터 떨어져 마주하는 면상에서 저항가열층(3)을 지지하며, 이것의 전기저항은 자동차의 탑재된 전압으로 가열되어지기에 적합하다. 담체박판(1)의 측면부분을 따라 이 저항층(3)은 저항가열층(3)과 동일한 조성을 가지는 부가적인 접촉층(4)의 적용으로 인하여 두꺼워 진다. 대략 접촉층(4)과 동일한 영역을 덮는 제 2의 절연층(5)이 저항가열층(3)으로부터 떨어져 마주하는 담체박판(1)의 면상에 위치된다. 이러한 절연층은 또한 제 2의 편평한 표면상에서 담체박판(1)의 연결영역을 절연시킨다. 전체 연결영역은 만약 가능하다면 만곡된 천공구의 이루어짐과 같이 하나의 개방구(7)에 의하여 두꺼워진 영역(4)과 제 2의 절연층(5)에 동심적으로 산재된다.

연결요소(8)는 만곡으로 천공된 개방구(7)에 삽입된다; 이러한 요소는 예를들어 성형된 관형의 세그먼트(10)를 가지는 하나의 편평한 밴드형상의 접촉 플래그(flag)(9)로 이루어 질수도 있다. 이 연결요소는 연결플래그(9)에 마주하는 관형세그먼트(10)의 종부주위에 성형되어 변두리부분(11)이 제 2의 절연층(5)에 대하여 편평하여 진다.

이러한 방식으로 연결요소(8)는 담체박판(1)에 전기적으로 절연되고 천공된 개방부(7)에서 저항가열층(3)에 고정되고 전기적으로 접촉된다.

도 2는 성형되지 않은 상태에 있는 연결플래그(9)와 관형의 세그먼트(10)를 가지는 연결요소(8)를 나타낸다. 이러한 형태로 연결요소(9)는 개방구(7)에 삽입될 수 있으며 그다음 예를들어 리벳연결될 수도 있다.

도 3은 연결요소(8)의 또다른 실시예를 나타내며, 여기서 환형의 융기부(12)가 연결플래그(9)와 성형슬리브(10) 사이의 전이 영역에 형성된다; 이러한 환형융기부는 편평한 영역과 성형슬리브 사이의 홈에 함몰부(13)를 형성한다.

도 4는 공유연결요소(8)를 가지는 두 개의 전기가열 촉매컨버터 박판들의 전기접촉을 나타낸다.

도 1에 표시된 촉매컨버터박판에 구조적으로 합치하고 담체박판(1)을 포함하는 박판들, 절연층(2), 부가적인 접촉층(4)을 가지는 저항가열층(3) 그리고 마주하는 제 2 절연층(5)은 두 개의 제 2 절연층들(5)이 서로 마주하며, 반면 저항가열층들(3)은 서로 떨어져서 마주하는 방식으로 상호배열된다. 제 2 절연층들(5) 주위에 제공된 스페이서(15)는 촉매컨버터박판들 사이에 바라는 거리를 유지시키고 압력을 견디어 낸다.

도 4에 표시되는 바와같이 연결요소(8)는 상하부의 담체박판과 스페이서(15)에 동축적으로 위치된 개방구들이 함몰부(7)가 담체박판들(1)을 관형의 세그먼트(10)로부터 분리하므로써 이 관형세그먼트(10)에 의하여 산재되는 방식으로 배열된다. 이러한 실예에 있어서, 관형세그먼트(10)의 단부(11)는 도 4의 저면에 도시된 촉매컨버터 박판의 부가적인 접촉층(4)을 둘러싸며, 이로인하여 두 개의 박판들과 스페이서(15)가 서로에 대하여 동시에 위치될 때 박판포켓에서 연결요소(8)를 고정시킨다.

실예에 있어서, 관형세그먼트(10)의 단부(11)는 하부촉매컨버터박판의 저항가열층(3)에서의 전기접촉을 수행할 수 있다.

이러한 방식으로 공유된 연결요소(8)는 두 개의 인접하는 촉매컨버터박판들간의 기계적인 그리고 전기적인 연결을 제공한다.

도 4에 따르는 접촉방안에 있어서, 이 절연층들(5)은 만약 두 개의 담체박판들 간의 전기적 연결이 필요하지 않는다면 제거될 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 담체박판들(1)은 예컨데 레이저용접에 의한 스페이서(15)로써 직접적인 기계적 안정성을 증가시키기 위하여 서로 연결될 수도 있다.

선행기술의 공지된 방법에서는 전기가열촉매컨버터가 절연층들(2)와 (5)에 실크스크린공법으로 여러개의 담체박판들(1)에 우선 가하여 제조된다. 일단 이들 층들이 태워지면 전기저항층(3)과 부가적인 접촉층(4)도 또한 실크스크린공법으로 적용된다. 그다음 촉매컨버터박판들상의 연결영역에서의 개방구들이 대략 부가적인 접촉층(4)상의 중앙지점에서 천공된다. 두 개의 촉매컨버터 박판들마다 제 2의 절연층들(5)이 서로 마주하고 스페이서(15)에 의하여 분리되는 방식으로 배열된다. 이어서 연결요소(8)는 개방구들을 통하여 투입되고 연결플래그(9)에 마주하는 면들상에서 리벳연결된다. 적합한 기계적인 그리고 전기적인 연결이 타원형의 촉매컨버터박판의 반대단부에 성립되며, 이것은 도면상에 표시되지 않는다. 주어진 열생산과 가스흐름을 위하여 요구되는 필요한 수의 이들 이중 촉매컨버터박판들은 그다음 단일체를 형성하기 위하여 서로 연결되며, 이것은 두 단부들의 각각에서 공유된 전기연결요소를 특징으로하고 촉매적으로 활성인 물질을 포함하는 워시코팅(wash coat)로써 피막된다. 최종의 촉매컨버터단일체는 그다음 자동차의 배기가스시스템으로의 적절한 설치를 위하여 촉매컨버터 쉘로 고용된다.

전형적인 담체박판(1)의 두께칫수는 약 50㎛이고 반면 절연층(2)은 약 20㎛두께이고 저항가열층은 약 10에서 15㎛두께이다. 저항 가열층은 연결영역에서 바람직하게 60㎛ 이상의 두께이다. 두 담체박판들(1)간의 거리 즉 대략적인 스페이서(15)의 높이는 약 3㎜이다. 선호되는 실예에서 함몰부(7)의 내경은 5㎜이며, 반면 링형상의 세그먼트(10)의 외경은 약 3㎜이다. 이들 칫수들은 자동차 엔진의 배기가스용 전기가열 배기가스촉매 컨버터에 적합하여지는 것이 입증되었다.

만약 전압이 연결요소(9)에 가하여지면, 전류는 촉매컨버터박판의 한면으로부터 저항가열층(3)을 통하여 반대면상의 연결요소(8)로 흐른다. 이 저항가열층93)은 촉매효과가 배기가스가 정화되게 적용되기까지 자체와 이것의 첨단상의 워시코팅층을 가열한다. 촉매반응과 고온의 배기가스에 의하여 주어지는 열에 상응하여 방출되는 열의 결과로써 이 단일체는 계속 가열되어 전원공급은 개시후 짧은 시간후에 스위치 오프 될 수 있다.

절연층에 의하여 담체에 대하여 절연되고 전기연결영역에서 저항가열층에 접촉하는 적어도 하나의 연결요소를 가지는 내연연소기관들로 부터의 배기가스를 정화시키기 위한 전기 가열촉매컨버터의 단순하고 안정적인 연결을 보장한다.

Claims (16)

1. 바람직하게, 정화되는 배기가스가 흐를수 있는 다수의 평행한 경로들을 가지는 쉘과 쉘내부에 위치된 담체를 포함하며, 여기서 담체는 배기가스에 대하여 촉매적으로 활성인 적어도 하나의 층을 나타내고, 또한 적어도 담체표면의 일부분이 전기연결영역을 가지는 적어도 하나의 전기전도 저항가열층(3)을 나타내며, 이것은 절연층(2)에 의하여 담체에 대하여 절연되고 전기연결영역에서 저항가열층(3)에 접촉하는 적어도 하나의 연결요소(8)를 가지는 연소과정으로부터 바람직하게는 내연연소기관들로 부터의 배기가스를 정화시키기 위한 전기가열촉매 컨버터에 있어서,

   적어도 단일의 연결요소(8)가 담체뿐만아니라 저항가열층(3)과 절연층(2)을 통하여 뻗는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   담체는 연결영역 주위에 개방구(7)들을 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   제 2 절연층(5)이 저항가열층(3)에서 떨어져 마주하는 담체의 면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   제 2 절연층(5)은 연결영역과 대략 동일한 칫수를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 개방구(7)는 제 2 절연층(5)에 의하여 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   연결요소(8)들은 형태가 고정되는 방식으로 개방구(7)들 내에서 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   연결요소(8)들은 개방구(7)들 내부에서 담체로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   연결요소(8)들은 관형의 융기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

   연결요소(8)들은 탄성변형에 의하여 개방구(7)들 내에 파지되고 특히 리벳고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    연결요소(8)들은 연결영역들에 용접되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    연결요소(8)들은 저항가압용접 또는 레이져용접과 같은 열용접공정 또는 초음파용접에 의하여 저항가열층(3)에 접합되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    하나의 부가적인 접촉층이 연결영역들에서 저항가열층(3)에 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    연결요소(8)들-적어도 배기가스흐름방향에 직각에 있는-이 스프링 탄성요소들로서 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    연결요소(8)는 각각의 연결영역에 할당되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    공유연결요소(8)가 연결영역들 주위상의 두 개의 저항가열층(3)들마다 할당되는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 전항들중 어느 한 항에 있어서,

    단일체의 한면상에 배열된 모든 연결요소(8)들은 공유된 전기전도연결요소(8)에 의하여 연결되고 특히 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 장치.