KR20190093511A - 차량의 배기 가스 정화 장치용의 취급이 용이한 히터 - Google Patents

차량의 배기 가스 정화 장치용의 취급이 용이한 히터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 히터(30)는 차량의 배기 가스 정화 부재(10)의 상류면(12) 또는 하류면(14)에 대향하여 그리고 멀어지게 배치되기에 적합하다. 히터는 기하학적 중심(G)을 갖는 전기 전도성 프레임(42)을 구비하는 체결 링(40), 실질적으로 프레임(42)의 기하학적 중심(G)에 배치된 중앙 지지부(64), 및 서로 대향하는 제1 단부(76) 및 제2 단부(78)를 각각 갖는 복수의 세장형 가열 요소(74)를 포함하고, 제1 단부(76)는 프레임(42)에 연결되며 제2 단부(78)는 중앙 지지부(64)에 연결된다. 체결 링(40)은 프레임(42) 주변에 분포되고 프레임(42)의 외측을 향해 돌출되는 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부(44)를 더 포함한다.

Description

차량의 배기 가스 정화 장치용의 취급이 용이한 히터{HEATER WITH FACILITATED HANDLING FOR THE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE OF A VEHICLE}
본 발명은 차량의 배기 가스 정화 부재의 상류면 또는 하류면에 대향하여 그리고 멀어지게 배치되기에 적합한, 차량의 배기 가스 정화 장치용 히터에 관한 것으로서, 상기 히터는 기하학적 중심을 갖는 전기 전도성 프레임을 구비하는 체결 링을 포함하는 유형이고, 가열 부재는 실질적으로 프레임의 기하학적 중심에 배치된 중앙 지지부, 및 배기 가스에 투과성인 적어도 하나의 층을 형성하는 복수의 세장형 가열 요소를 더 포함하며, 각각의 세장형 가열 요소는 서로 대향하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 제1 단부는 프레임에 연결되고 제2 단부는 중앙 지지부에 연결된다.
본 발명은 또한 배기 가스 정화 장치의 공급 부재 및 그러한 히터를 포함하는 차량의 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
열 엔진이 장착된 차량의 배기 라인은 통상적으로 NOx, CO 및 탄화수소를 N2, CO2 및 H2O로 변환시킬 수 있는 촉매 정화 부재를 포함한다. 그러한 부재는 촉매 물질이 최소 온도에 있을 때에만 효과적이다.
WO 2016/066551호는 히터가 촉매의 상류면(upstream face)을 가로질러 장착된 정화 장치를 기술하고 있다. 히터는 촉매의 채널 내로 압박된 핀에 의해 고정되는 가열 와이어를 포함한다.
그러한 체결은 빠른 속도로 수행하기에 취약하다.
또한, 그러한 시스템은 통합될 촉매의 선택(기재의 유형, 함침 등)을 제한한다.
이와 관련하여, 본 발명의 목적은 조작이 더 용이하고, 특히 배기 가스 정화 장치에 조립하기가 더 용이한 차량의 배기 가스 정화 장치용 히터를 제안하는 것이다. 다른 목적은, 히터가 표준화되어 열화의 위험없이 쉽고 콤팩트하게 운반되고, 히터가 임의의 유형의 기존 배기 가스 정화 장치에 쉽게 통합될 수 있으며, 히터가 배기 라인의 벌크에 대한 영향이 매우 제한되고, 히터가 자동화 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 그리고 히터가 정화 장치의 최적의 신속한 가열을 가능하게 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전술한 유형의 히터에 관한 것으로, 체결 링은 프레임 둘레에 분포되는 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부를 더 포함하며, 각각의 반경 방향 돌출부는 프레임의 기하학적 중심에 반대 방향으로 프레임으로부터 돌출된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 히터는 또한 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합(들)에 따라 고려되는 아래의 특징들 중 하나 이상을 갖는다.
-각각의 세장형 가열 요소는 프레임 상에 브레이징 또는 용접되고;
-프레임은 기하학적 중심을 향해 배향된 내부면, 기하학적 중심으로부터 멀어지게 배향된 외부면, 및 상기 내부면과 외부면에서 각각 드러나는 복수의 관통 오리피스를 구비하고, 각각의 세장형 가열 요소는 상기 관통 오리피스의 적어도 하나에 맞물리며;
-프레임은 내부면을 외부면에 결합시키는 에지를 포함하고, 각각의 관통 오리피스에 대해 상기 에지에 슬릿이 배치되며, 슬릿은 내부면으로부터 외부면으로 연장되어 관통 오리피스에서 드러나고;
-관통 오리피스는 각각의 세장형 가열 요소에 대해 1개의 일차 오리피스 및 2개의 이차 오리피스를 포함하고, 이차 오리피스는 서로 가까이 있고 일차 오리피스로부터 떨어져 있으며, 이차 오리피스는 프레임부에 의해 서로 분리되어 있고, 세장형 가열 요소의 제1 단부는 일차 오리피스를 통해 연장되어 프레임부 주변에 루프를 형성하며;
-이차 오리피스는 세장형 가열 요소에 특정되고, 일차 오리피스는 다른 세장형 가열 요소와 공유되며;
-각각의 세장형 가열 요소는 금속 와이어에 의해 형성되고;
-중앙 지지부는 전도성 재료, 바람직하게는 금속, 예를 들어 구리, 스테인리스강, 니켈 크롬 합금 또는 철 크롬 알루미늄 합금으로 제조된 와셔로 구성되며;
-와셔는 서로 대향하는 제1 대형 면과 제2 대형 면, 및 상기 대향 면에서 각각 드러나는 복수의 관통부를 포함하고, 각각의 세장형 가열 요소의 제2 단부는 후크 형상으로 만곡되어 상기 관통부 중 하나에 맞물리고;
-각각의 관통부에 대해, 2개의 세장형 가열 요소의 제2 단부가 상기 관통부에 맞물리며;
-관통부는 와셔의 중앙에 실질적으로 센터링된 원을 따라 실질적으로 배치되고;
-와셔는 환형이며;
본 발명은 또한 차량용 배기 가스 정화 장치의 공급 부재에 관한 것으로서, 공급 부재는,
-전기 전도성 재료로 제조되는 인클로저로서, 상기 인클로저는 배기 가스가 공급 부재로 들어가는 상류면, 및 배기 가스가 공급 부재를 빠져나가는 하류면을 갖는 것인 인클로저, 및
-하류면에 대향하여 인클로저 내에 수용된, 위에서 한정된 히터
를 포함하고, 히터는 각각의 반경 방향 돌출부가 인클로저와 접촉하도록 상기 인클로저 내에 장착된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 공급 부재는 또한 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합(들)에 따라 고려되는 아래의 특징들 중 하나 이상을 갖는다.
-공급 부재는 전원, 및 상기 전원의 제1 단자에 중앙 지지부를 전기적으로 연결하는 전극을 더 포함하고, 상기 전극은 상기 인클로저로부터 전기적으로 절연되어 있는 동안에 인클로저를 통해 연장되며, 인클로저는 전원의 제2 단자 또는 접지에 전기적으로 연결되고;
-중앙 지지부는 전극에 대해 나사 체결, 용접 또는 브레이징되며;
-히터는 인클로저에 용접, 브레이징 또는 억지 끼워맞춤된다.
본 발명은 또한 차량의 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로서, 배기 가스 정화 장치는 배기 가스가 정화 부재로 들어가는 상류면, 및 배기 가스가 정화 부재를 빠져나가는 하류면을 갖는 적어도 하나의 배기 가스 정화 부재를 포함하고, 배기 가스 정화 장치는 상기 공급 부재의 인클로저의 하류면이 정화 부재의 상류면과 실질적으로 일치하게 하도록 배치된, 위에서 한정된 적어도 하나의 공급 부재를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 예로서 제공되고 첨부 도면을 참조하여 행해지는 다음의 설명을 읽으면 알게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치를 통합한 자동차 배기 라인의 단순화된 개략도이고,
도 2는 도 1의 배기 라인의 정화 장치의 공급 부재의 사시도이며,
도 3은 도 2의 공급 부재의 히터의 사시 측면도이고,
도 4는 도 3의 히터의 상세의 정면도이다.
도 1에 도시된 배기 라인(1)은 차량, 통상적으로 열 엔진(3)이 장착된 차량에 탑재되도록 의도된다. 이 차량은 통상적으로 자동차, 예를 들어 승용차 또는 트럭이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배기 라인(1)은 열 엔진(3)의 연소 챔버를 빠져나가는 배기 가스를 포획하는 매니폴드(5), 및 배기 가스를 대기 중으로 방출할 수 있게 하는 노즐(7)을 포함한다. 배기 라인(1)은 또한 노즐(7)로부터 나오는 배기 가스가 상기 정화 장치(9)에 의해 정화되도록 매니폴드(5)와 노즐(7) 사이에 유체적으로(fluidly) 삽입된 배기 가스 정화 장치(9)를 포함한다.
상기 배기 가스 정화 장치(9)는 배기 가스가 정화 부재(10)를 관통하는 상류면(12) 및 배기 가스가 정화 부재(10)를 빠져나가는 하류면(14)을 갖는 적어도 하나의 배기 가스 정화 부재(10)를 포함한다.
본 설명에서, 상류 및 하류는 배기 라인(1)에서 배기 가스의 정상적인 순환 방향에 대해 이해될 것이다.
정화 부재(10)는, 예를 들어 SCR 촉매, 삼원 촉매(three-way catalyst), 산화 촉매, SCRF 입자 필터 또는 NOx 트랩이다. 정화 부재는 대칭축(도시 생략)을 갖는다.
정화 장치(9)는 또한 정화 부재(10)가 내부에 배치되는 시스(16; sheath)와, 정화 부재(10)와 시스(16) 사이에 삽입되는 유지 플라이(18)를 포함한다.
정화 장치(9)는 또한 정화 부재(10)에 매니폴드(5)로부터의 배기 가스를 공급하기 위한 공급 부재(20), 및 정화 부재(10)를 빠져나가는 정화된 배기 가스를 수집하여 노즐(7)을 향해 조종하는 수집 부재(22)를 포함한다.
공급 부재(20)는 통상적으로 입구 또는 혼합기로 구성된다. 공급 부재는 매니폴드(5)와 정화 부재(10) 사이에 유체적으로 삽입되고, 매니폴드(5)에 유체적으로 연결되는 배기 가스 입구(24)를 포함한다.
수집 부재(22)는 통상적으로 출구로 이루어진다. 수집 부재는 정화 부재(10)와 노즐(7) 사이에 유체적으로 삽입되고, 노즐(7)에 유체적으로 연결되는 배기 가스 출구(26)를 포함한다.
보다 상세하게, 공급 부재(20)는, 전기 전도성 재료로 제조되고 배기 가스의 통로를 한정하는 인클로저(28), 및 인클로저(28) 내에 수용된 히터(30)를 포함한다. 공급 부재(20)는 또한 히터(30)에 전기를 공급하기 위한 제1 단자(33A) 및 제2 단자(33B)를 갖는 전원(32)을 포함한다.
인클로저(28)는 통상적으로 인클로저(28) 상에 용접된 나사식 로드에 의해 형성된 전기적 연결을 사용하여 전원(32)의 제1 단자(33A)에 전기적으로 연결된다. 대안으로(도시되지 않음), 인클로저(28)는 동일한 유형의 전기적 연결을 사용하여 접지에 전기적으로 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인클로저(28)는 배기 가스가 공급 부재(20)로 들어가는 상류면(34), 및 배기 가스가 공급 부재(20)를 빠져나가는 하류면(36)을 갖는다. 인클로저(28)는 상류면(34)을 통해 하류면(36)으로 관통하는 가스를 안내하기에 적합하다. 공급 부재(20)는 인클로저(28)의 하류면(36)이 정화 부재(10)의 상류면(12)과 실질적으로 일치하도록 정화 부재(10)에 대해 배치된다.
인클로저(28)는 통상적으로 용접, 리벳팅 또는 나사 체결에 의해 시스(16)에 부착된다.
인클로저(28)는 관형이고 상류면(34)을 하류면(36)에 연결하는 축선(C) 상에 센터링된다. 이 축선(C)은 정화 부재(10)의 대칭축과 실질적으로 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인클로저(28)는 변형없이 배기 라인에 특정된 기계적 응력을 받기에 적합한 구조적 부품을 구성한다.
여기서, 인클로저(28)는 회전 원통형이다. 대안으로, 인클로저(28)는 다각형 단면을 갖는다. 또한, 대안으로, 인클로저(28)는 절두 원추형이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공급 부재(20)는 또한 정화 부재(10)가 SCR 또는 SCRF 유형인 경우에 AdBlue®와 같은 첨가제와 배기 가스를 혼합하도록 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 히터(30)는 하류면(36)에 대향하여 인클로저(28) 내에 수용되고, 상기 하류면(36)에 비해 공급 부재(20)의 내측을 향해 약간 후퇴되어 있다. "약간 후퇴"는 히터(30)가 하류면(36)으로부터 1 내지 50 mm의 거리에 있다는 것을 의미한다. 따라서, 히터(30)는 정화 부재(10)의 상류면(12)에 대향하여 일정 거리에 배치된다.
대안으로(도시 생략), 히터(30)는 상류면(34)에 대향하여 인클로저(28) 내에 수용되고, 상기 상류면(34)에 비해 공급 부재(20)의 내측을 향해 약간 후퇴되어 있다.
히터(30)는 실질적으로 편평하고, 즉 히터의 반경 방향 직경의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만의 축방향 두께를 갖는다.
히터(30)는 체결 링(40)을 포함한다. 이 체결 링(40)은 기하학적 중심(G)을 갖는 전기 전도성 프레임(42), 및 프레임(42) 주변에 분포된 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부(44)를 포함하며, 각각의 반경 방향 돌출부(44)는 프레임(42)의 기하학적 중심(G)의 반대 방향으로 프레임(42)으로부터 돌출된다.
중심(G)은 축선(C)과 실질적으로 정렬되고, 즉 중심(G)은 축선(C)으로부터 10 mm 미만, 유리하게는 5 mm 미만의 거리에 있다.
도 3을 참조하면, 프레임(42)은 기하학적 중심(G)을 향해 배향된 내부면(50), 기하학적 중심(G)으로부터 멀어지게 배향된 외부면(52), 및 내부면(50)을 외부면(52)에 각각 결합시키는 2개의 대향 에지(54, 55)를 구비한다.
프레임(42)은 또한 상기 내부면(50)과 외부면(52)에서 드러나는 복수의 관통 오리피스(56, 58)를 갖는다. 상기 관통 오리피스(56, 58)는 프레임(42)을 따라 분포된 일차 오리피스(56) 및 이차 오리피스(58)를 포함하여, 각 쌍의 연속적인 일차 오리피스(56)에 대해, 4개의 이차 오리피스(58)가 상기 일차 오리피스(56) 사이에 개재된다.
각 일차 오리피스(56)는 각각의 반경 방향 돌출부(44)와 실질적으로 반경 방향으로 정렬된다.
이차 오리피스(58)는 쌍으로 분포되고, 각 쌍은 일차 오리피스(56)와 이차 오리피스(58)에 의해 원주 방향으로 둘러싸이고, 동일한 쌍의 이차 오리피스(58)는 서로 가까이 있고 상기 쌍을 원주 방향으로 둘러싸는 일차 오리피스(56) 및 이차 오리피스(58)로부터 떨어져 있다.
따라서, 동일한 쌍의 이차 오리피스(58)는 비교적 좁은 프레임부(60)에 의해 서로 분리된다.
프레임(42)은 또한 각각의 관통 오리피스(56, 58)에 대해 에지(54)에 배치된 슬릿(62)을 갖고, 슬릿(62)은 내부면(50)으로부터 외부면(52)으로 연장되어 관통 오리피스(56, 58)에서 드러난다.
각각의 일차 오리피스(56)에 대해, 대응 슬릿(62)은 상기 일차 오리피스(56) 상에 센터링된다. 각각의 이차 오리피스(58)에 대해, 대응 슬릿(62)은 동일한 쌍에 속하는 이차 오리피스(58)로부터 원주 방향으로 오프셋되어 있다.
프레임(42)은 가늘고, 즉 프레임(42)의 직경의 10%보다 작은, 에지(54)와 대향 에지(55) 사이에서 취한 두께를 갖는다.
특히, 프레임(42)은 폐쇄된 윤곽을 갖는다.
각각의 반경 방향 돌출부(44)는 바람직하게는 프레임(42)과 일체형이다. 반경 방향 돌출부는 통상적으로 프레임(42)과 단일체로 형성되고 프레임(42)에 대해 벤딩되어 프레임(42)의 외측을 향해 돌출하는 탭으로 구성된다.
체결 링(40)은 각각의 반경 방향 돌출부(44)가 인클로저(28)와 접촉하도록 인클로저(28)에 용접, 브레이징 또는 억지 끼워맞춤된다. 따라서, 체결 링(40), 특히 그 프레임(42)은 인클로저(28)와 실질적으로 동일한 전위에 있다.
도 2로 돌아가서, 가열 부재(30)는 또한 프레임(42)의 기하학적 중심(G)에 실질적으로 배치된 중앙 지지부(64)를 포함한다.
중앙 지지부(64)는 프레임(42)의 직경의 20%보다 작은 직경을 갖는다.
중앙 지지부(64)는 인클로저(28)로부터 전기적으로 절연되면서 인클로저(28)를 통해 연장되는 전극(65)에 의해 전원(32)의 제2 단자(33B)에 전기적으로 연결된다. 중앙 지지부(64)는 특히 나사 체결, 용접, 브레이징, 또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 상기 전극(65)에 연결된다.
전극(65)은 인클로저(28)에 견고하게 부착된다.
도 4를 참조하면, 중앙 지지부(64)는 전도성 재료, 바람직하게는 금속, 예를 들어 구리, 스테인리스강, 니켈 크롬 합금, 또는 철 크롬 알루미늄 합금으로 제조된 와셔(66)로 구성된다.
여기서, 이 와셔(66)는 환형이다.
와셔(66)는 서로 대향하는 제1 대형 면(68)과 제2 대형 면(70), 및 상기 대형 면(68, 70)에서 각각 드러나는 다수의 관통부(72)을 포함한다. 이들 관통부(72)는 와셔(66)의 중심에 실질적으로 센터링된 원을 따라 실질적으로 배치된다.
도 2로 돌아가서, 히터(30)는 또한 배기 가스에 투과성인 적어도 하나의 층을 형성하는 다수의 세장형 가열 요소(74)를 포함한다.
여기서, 세장형 가열 요소(74)는 축선(C)을 따라 프레임(42)을 지나서 돌출하지 않는 얇은 웨이퍼를 형성한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 서로 대향하는 제1 단부(76) 및 제2 단부(78)를 갖는다. 제1 단부(76)는 프레임(42)에 연결되고, 제2 단부(78)는 중앙 지지부(64)에 연결된다.
따라서, 제1 단부(76)는 전원(32)의 제1 단자(33A)에 전기적으로 연결되고, 제2 단부(78)는 전원(32)의 제2 단자(33B)에 전기적으로 연결된다. 그 결과, 전원(32)이 활성화될 때에, 각각의 세장형 가열 요소(74)의 제1 단부(76)와 제2 단부(78) 사이에 전위차가 존재한다. 이 전위차는 전원(32)의 단자(33A, 33B) 사이의 전위차에 따라 좌우된다.
도 3을 참조하면, 제1 단부(76)는 프레임(42)의 복수의 관통 오리피스(56, 58)에 맞물린다. 상기 제1 단부(76)는 특히 일차 오리피스(56)를 통해 그리고 상기 일차 오리피스(56)에 인접한 한 쌍의 제2 오리피스(58)의 2개의 이차 오리피스(58)를 통해 연장되어, 상기 이차 오리피스(58)를 분리시키는 적어도 하나의 루프를 프레임부(60) 주변에 형성한다. 이러한 배열은 프레임(42) 상에 제1 단부(76)를 양호하게 유지하는 것을 보장할 수 있게 한다.
세장형 가열 요소(74)의 제1 단부(76)가 맞물리는 이차 오리피스(58)는 제1 단부(76)에 특정되고, 즉 다른 세장형 가열 소자(74)는 이들 이차 오리피스(58)에 맞물리지 않는다.
반대로, 세장형 가열 요소(74)의 제1 단부(76)가 맞물리는 일차 오리피스(56)는, 제1 단부(76)가 상기 일차 오리피스(56)에 또한 맞물리는 다른 세장형 가열 요소(74)와 공유된다. 그럼에도 불구하고, 상기 제1 단부(76)는 서로 이격되어 있으며, 이들 제1 단부(76)는 일차 오리피스(56)의 대향 벽과 접촉한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)의 제1 단부(76)는 또한 프레임(42) 상에, 특히 상기 제1 단부(76)가 통과한 일차 오리피스(56)에서 브레이징 또는 용접된다. 이는 프레임(42) 상에 이 제1 단부(76)의 유지를 강화하고 제1 단부(76)와 프레임(42) 사이의 양호한 전기 접촉을 보장할 수 있게 한다.
도 4를 참조하면, 각각의 세장형 가열 요소(74)의 제2 단부(78)는 후크 형상으로 만곡되어 관통부(72) 중 하나에 맞물린다. 특히, 각각의 관통부(72)에 대해, 2개의 세장형 가열 요소(74)의 제2 단부(78)가 상기 관통부(72)에 맞물린다. 여기서 다시, 이 배열은 중앙 지지부(64) 상에 세장형 가열 요소(74)의 양호한 유지를 보장하는 것을 가능하게 한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 또한 그 제1 단부(76)와 제2 단부(78) 사이에서 적어도 하나의 다른 가열 요소(74)에 연결된다.
이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 세장형 가열 요소(74)는 기하학적 중심(G) 주변에서 원주 방향으로 반복되는 패턴에 따라 배치되고, 즉 히터(30)의 평면에 수직이고 기하학적 중심(G)을 통과하는 축선을 고려하면, 세장형 가열 요소(74)에 의해 묘화된 패턴은 축선 주변의 결정된 주기로 반복한다. 바꿔 말하면, 기하학적 중심(G) 주변의 각도 섹터에서 세장형 가열 요소(74)에 의해 묘화된 패턴은 각도 섹터의 각도와 동일한 각도만큼 상기 축선 주변의 회전에 의해 반복한다. 도시된 예에서, 이에 따라 반복되는 각도 섹터는 40°의 각도 섹터이며, 따라서 그 패턴은 기하학적 중심(G) 주변에서 9번 재현된다.
세장형 가열 요소(74)는 각각의 접촉점(80)에 의해 서로 접촉하고, 서로 접촉하는 2개의 상이한 세장형 가열 요소(74)의 2개의 접촉점(80)은 동일한 전위에 있다.
바람직하게는, 모든 접점(80)이 폐쇄된 윤곽을 갖는 복수의 등전위선(L) 상에 배치된다. 이들 선 중 일부가 도 2에 도시되어 있다. 등전위선(L)은 기하학적 중심(G)에 실질적으로 센터링된다.
예를 들어, 등전위선(L)은 기하학적 중심(G)에 센터링된 원이다.
동일한 전위의 모든 접촉점(80)은 동일한 등전위선(L) 상에 배치된다. 일부 등전위선(L)이 결합되는 것이 가능하다.
여기서, 등전위선(L)은 모두 전위가 감소할 때에 평균 직경이 증가된다.
그러한 배열을 가능하게 하기 위해, 서로 접촉하는 2개의 상이한 세장형 가열 요소(74)의 2개의 접촉점(80)은 상기 2개의 세장형 가열 요소(74)의 각각의 제1 단부(76)로부터 동일한 거리에서 상기 세장형 가열 요소(74)를 따라 위치된다.
이들 접촉점(80)은 또한 통상적으로 2개의 세장형 가열 요소(74)의 각각의 제2 단부(78)로부터 동일한 거리에 위치된다.
결과적으로, 모든 세장형 가열 부재(74)가 각각의 제1 단부(76)와 제2 단부(78) 사이에서 동일한 길이를 갖는 것이 특히 바람직하다.
도시된 예에서, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 기하학적 중심(G) 주변에 각각의 각도 섹터를 점유한다. 세장형 가열 요소(74)에 의해 점유된 각도 섹터는 서로 인접해 있다.
세장형 가열 요소(74)에 의해 점유된 각도 섹터는 반복 패턴의 각도 섹터의 절반으로 구성된다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 특히 지그재그형으로 배치되고, 벤딩부(86)에 의해 연결되는 제1 세그먼트(82) 및 제2 세그먼트(84)를 형성한다.
제1 세그먼트(82)는 기하학적 중심(G)을 향해 반경 방향으로 그리고 제1 방향으로 상기 기하학적 중심(G) 주변에서 원주 방향으로 연장된다. 이 제1 방향은 도 2의 도시에서 시계 방향이다.
제2 세그먼트(84)는 기하학적 중심(G)을 향해 반경 방향으로 그리고 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 상기 기하학적 중심(G) 주변에서 원주 방향으로 연장된다. 도 2의 도시에서, 제2 방향은 반시계 방향이다.
인접한 각도 섹터를 점유하는 2개의 세장형 가열 요소(74)는 각각의 벤딩부(86)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 벤딩부(86)는 세장형 가열 요소들(74) 사이의 접촉점(80)을 규정한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 체결 링(40), 중앙 지지부(64), 및 그 인접한 세장형 가열 요소(74)에만 연결된다. 이는 각각의 세장형 가열 요소(74)가 가열 부재(30)를 구성하는 요소들에만 연결되고 정제 장치(9)의 다른 요소들 중 어느 것에도 연결되지 않음을 의미한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 저항 요소로 구성된다.
바람직하게는, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 전기 절연 코팅을 갖지 않는다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 그 제1 단부(76)와 제2 단부(78) 사이에 인가된 전위차 및 전원(32)에 의해 공급된 전력의 영향 하에서 150 내지 1300 ℃, 바람직하게는 200 내지 1000 ℃의 온도로 가열되기에 적합하여, 열 출력을 대류에 의해 배기 가스에 전달하고 및/또는 적외선 영역에서 방출한다. 각각의 세장형 가열 요소(74)는 또한 배기 가스가 있는 곳에서 산화를 견디는 데에 적합하다. 이를 위해, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 통상적으로 FeCrAl 및 그 합금, NiCr 및 그 합금, 스테인리스강, Inconel® 또는 실리콘 카바이드 중에서 선택된 재료로 제조된다. 예를 들어, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 Kanthal® A1, Nichrome® 80 또는 Nikrothal® 80으로 제조된다.
각각의 세장형 가열 요소(74)는 또한 바람직하게는 20 ㎟ 미만, 보다 바람직하게는 0.002 ㎟ 내지 10 ㎟, 더욱 더 바람직하게는 0.075 ㎟ 내지 5 ㎟, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.03 ㎟ 내지 0.2 ㎟의 직선형 섹션을 갖는다. 원형 섹션을 갖는 세장형 가열 요소(74)의 경우, 원형 섹션은 바람직하게는 5 mm 미만, 보다 바람직하게는 0.05 mm 내지 3.5 mm, 더욱 더 바람직하게는 0.1 mm 내지 2.5 mm, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.5 mm의 직경에 대응한다.
도시된 예에서, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 특히 금속 와이어로 구성된다. 이 경우에, 세장형 가열 요소(74)는 여기에 도시된 바와 같이 인터레이스된 각 부분에 의해 및/또는 결찰(ligature)에 의해 및/또는 용접 스폿에 의해 접촉점(80)에서 서로 부착된다.
히터(30)의 정격 작동 온도 뿐만 아니라 히터(30)의 총 정격 복사 열 출력 및 선택적으로 총 정격 대류 열 출력이 세장형 가열 요소(74)에 필요한 전체 외부 표면을 결정한다. 이 표면은 차례로 각각의 세장형 가열 요소(74)의 직선형 섹션, 및 세장형 가열 요소(74)의 총 길이를 결정한다.
각각의 세장형 가열 요소(74)의 직선형 섹션은 특히 전원(32)의 특성을 고려하여 결정된다. 실제로, 각각의 세장형 가열 요소(74)의 전기 저항은 이 가열 요소의 길이에 따라 증가하고 그 단면에 따라 감소한다. 따라서, 각각의 세장형 가열 요소(74)는, 그 제1 단부(76) 및 제2 단부(78) 사이에, 상기 제1 단부(76)와 제2 단부(78) 사이에 인가된 전위차에 의해 조절되는 길이를 갖는다.
12 볼트 하에서 2 kW의 정격 전력에 대해, 세장형 가열 요소(74)의 총 길이는 0.2 ㎟의 섹션을 갖는 요소의 경우 약 4 미터이다. 이 총 길이는 각각 22cm 길이인 18개의 세장형 가열 요소(74)를 사용함으로써 얻어진다.
도 1로 돌아가서, 전원(32)은 예를 들어 차량의 전기 배터리, 또는 수퍼 커패시터 장치로 구성되는 전기 에너지원(90)을 포함한다.
전기 에너지원(90)은 통상적으로 차량에 따라 전압(예를 들어, 12, 48 또는 400 볼트) 하에서 직류 또는 재단 전류(choppy current)를 제공하는 데에 적합하다.
전원(32)은 또한 전기를 이용하여 히터(30)의 공급을 제어하도록 구성된 제어기(93)를 포함한다.
예를 들어, 제어기(93)는 프로세서 및 프로세서와 연관된 메모리에 의해 형성된 정보 처리 유닛을 포함한다. 대안으로, 제어기(93)는 FPGA(Field-Programmable Gate Array), 또는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 전용 집적 회로 등의 프로그램 가능한 로직 구성요소의 형태로 제조된다.
제어기(93)는 특히 전원(32)에 의해 히터(30)에 제공되는 전압 및 전류를 선택하여 소비된 가열 출력 및/또는 전력을 예정된 범위 내에 유지하도록 구성된다.
통상적으로, 제어기(93)는 펄스 폭 변조(PWM)에 의한 가열을 제어한다.
전원(32)은 또한 선형 가열 요소(74)에 전력을 공급하는 전류의 강도 및 선형 가열 요소(74)의 단자를 가로지르는 전압을 취득하기 위한 부재(94)를 포함한다.
이 부재(94)는 임의의 적절한 유형이다.
예를 들어, 취득 부재(94)는 전류를 측정하기 위한 센서(95) 및 전압을 측정하기 위한 센서(97)를 포함한다. 대안으로, 전류 및 전압의 강도는 제어기(93)에서 복원된 정보로부터 계산에 의해 얻어진다.
제어기(93)는 유리하게는 세장형 가열 요소(74)의 온도를 제어하고, 세장형 가열 요소(74)의 적절한 동작을 모니터링하며, 히터(30)가 더 이상 정화 부재(10)를 가열하는 데에 사용되지 않을 때에 배기 가스의 온도를 결정하고, 히터(30)가 더 이상 정화 부재(10)를 가열하는 데에 사용되지 않으면, 정화 부재(10)를 통한 배기 가스 유량을 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 제어기(93)는 통상적으로 FR 17 53059호에 기술된 제어 프로그램을 수행하도록 구성된다.
따라서, 전술한 본 발명으로 인해, 히터(30)를 용이하게 조작할 수 있으며, 특히 열화의 위험없이 운반하고 배기 라인의 벌크에 영향을 주지 않으면서 기존의 배기 가스 정화 장치 상에 쉽게 장착할 수 있다.
또한, 히터(30)는 본 발명에 따른 정화 장치(9)의 최적의 신속한 가열을 가능하게 한다.
전술한 설명에서, 히터(30)는 정화 부재(10)의 상류측에 위치 결정되는 것으로 기술되어 있지만, 본 발명은 이 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 도시되지 않은 본 발명의 대안에서, 히터(30)는 정화 장치(10)의 하류측에, 또는 정화 장치(10)와 정화 장치(9)의 다른 정화 부재(도시 생략) 사이에 위치 결정된다.

Claims (10)

  1. 차량의 배기 가스 정화 부재(10)의 상류면(12) 또는 하류면(14)에 대향하여 그리고 멀어지게 배치되기에 적합한, 차량의 배기 가스 정화 장치(9)용 히터(30)에 있어서,
    상기 히터(30)는 전기적으로 전도성이고 기하학적 중심(G)을 갖는 프레임(42)을 구비하는 체결 링(40)을 포함하고, 히터(30)는 실질적으로 프레임(42)의 기하학적 중심(G)에 배치된 중앙 지지부(64), 및 배기 가스에 투과성인 적어도 하나의 층을 형성하는 복수의 세장형 가열 요소(74)를 더 포함하며, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 서로 대향하는 제1 단부(76) 및 제2 단부(78)를 갖고, 제1 단부(76)는 프레임(42)에 연결되고 제2 단부(78)는 중앙 지지부(64)에 연결되는 히터(30)로서,
    상기 체결 링(40)은 프레임(42) 주변에 분포된 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부(44)를 더 포함하고, 각각의 전기 전도성 반경 방향 돌출부(44)는 프레임(42)의 기하학적 중심(G)의 반대 방향으로 프레임(42)으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 히터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임(42)은 기하학적 중심(G)을 향해 배향된 내부면(50), 기하학적 중심(G)으로부터 멀어지게 배향된 외부면(52), 및 상기 내부면(50)과 외부면(52)에서 각각 드러나는 복수의 관통 오리피스(56, 58)를 구비하고, 각각의 세장형 가열 요소(74)는 상기 관통 오리피스(56, 58)의 적어도 하나에 맞물리는 것인 히터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임(42)은 내부면(50)을 외부면(52)에 결합시키는 에지(54)를 포함하고, 각각의 관통 오리피스(56, 58)에 대해 상기 에지(54)에 슬릿(62)이 배치되며, 상기 슬릿(62)은 내부면(50)으로부터 외부면(52)으로 연장되어 관통 오리피스(56, 58)에서 드러나는 것인 히터.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 관통 오리피스(56, 58)는 각각의 세장형 가열 요소(74)에 대해 1개의 일차 오리피스(56) 및 2개의 이차 오리피스(58)를 포함하고, 이차 오리피스(58)는 서로 가까이 있고 일차 오리피스(56)로부터 떨어져 있으며, 이차 오리피스(58)는 프레임부(60)에 의해 서로 분리되어 있고, 세장형 가열 요소(74)의 제1 단부(76)는 일차 오리피스(56)를 통해 연장되어 프레임부(60) 주변에 루프를 형성하는 것인 히터.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 지지부(64)는 전도성 재료로 제조된 와셔(66)로 이루어지는 것인 히터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 와셔(66)는 서로 대향하는 제1 대형 면(68)과 제2 대형 면(70), 및 상기 대형 면(68, 70)에서 각각 드러나는 복수의 관통부(72)를 포함하고, 각각의 세장형 가열 요소(74)의 제2 단부(78)는 후크 형상으로 만곡되어 상기 관통부(72) 중 하나에 맞물리는 것인 히터.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 관통부(72)에 대해, 2개의 세장형 가열 요소(74)의 제2 단부(78)가 상기 관통부(72)에 맞물리는 것인 히터.
  8. 차량용 배기 가스 정화 장치(9)의 공급 부재(20)로서,
    전기 전도성 재료로 제조되는 인클로저(28)로서, 상기 인클로저(28)는 배기 가스가 공급 부재(20)로 들어가는 상류면(34), 및 배기 가스가 공급 부재(20)를 빠져나가는 하류면(36)을 갖는 것인 인클로저(28), 및
    상기 하류면(36)에 대향하여 상기 인클로저(28) 내에 수용된, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 히터(30)
    를 포함하고, 상기 히터(30)는 각각의 반경 방향 돌출부(44)가 인클로저(28)와 접촉하도록 상기 인클로저(28) 내에 장착되는 것인 공급 부재.
  9. 제8항에 있어서, 전원(32), 및 상기 전원(32)의 제1 단자(33B)에 중앙 지지부(64)를 전기적으로 연결하는 전극(65)을 더 포함하고, 상기 전극(65)은 상기 인클로저(28)로부터 전기적으로 절연되어 있는 동안에 인클로저(28)를 통해 연장되며, 상기 인클로저(28)는 상기 전원(32)의 제2 단자(33A) 또는 접지에 전기적으로 연결되는 것인 공급 부재.
  10. 차량의 배기 가스 정화 장치(9)로서, 배기 가스가 정화 부재(10)로 들어가는 상류면(12), 및 배기 가스가 정화 부재(10)를 빠져나가는 하류면(14)을 갖는 적어도 하나의 배기 가스 정화 부재(10)를 포함하고, 상기 배기 가스 정화 장치(9)는 상기 공급 부재(20)의 인클로저(28)의 하류면(36)이 정화 부재(10)의 상류면(12)과 실질적으로 일치하게 하도록 배치된, 제8항에 따른 적어도 하나의 공급 부재(20)를 더 포함하는 것인 배기 가스 정화 장치.
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