KR20220033044A - 배기가스 히터 - Google Patents

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Abstract

내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터는 지지부(12) 및 지지부(12) 상에 지지되는 유동이 전달되는 적어도 하나의 열 전도체(14)를 포함하며, 상기 열 전도체(14)는 금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 제공된다.

Description

배기가스 히터 {Exhaust gas heater}
본 발명은 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터에 관한 것이다.
EP 2 935 996 B1호에는 열 전도체 횡단면이 실질적으로 원형으로 형성된 열 전도체가 배기가스에 의해 관류 가능한 관형 하우징에 나선형으로 와인딩되어 배치된 배기가스 히터가 공개되어 있다. 열 전도체의 접속 단부에 전압을 인가함으로써 열 전도체가 가열되어, 열 전도체 주위를 흐르는 배기가스로 열이 전달될 수 있다.
DE 10 2005 011 657 A1호에 중심축을 둘러싸며 나선형 및 스크루형으로 축방향으로 팽창되는 구조를 갖는 리본형의 평면 재료로 구성된 열 전도체가 제공된, 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터가 공개되어 있다.
본 발명의 과제는, 구현이 용이한 구성과 동시에 개선된 가열 거동을 달성할 수 있는 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 상기 과제는, 지지부 및 금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 제공되고 지지부 상에 지지되며 유동이 전달되는 적어도 하나의 열 전도체를 포함하는 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터에 의해 해결된다.
이러한 배기가스 히터용 열 전도체의 제조를 위한 과정은 간단하게 실현될 수 있는데, 그 이유는 이러한 과정은 예를 들어 금속 평면 재료의 블랭크의 제공 및 펀칭 또는 절단에 의한 열 전도체의 커팅만을 필요로 하기 때문이다. 동시에, 이러한 제조 시 거의 임의적인 곡선과 가변적인 열 전도체 횡단면을 갖는 열 전도체가 제공될 수 있다. 이는 그러한 배기가스 히터의 횡단면에 걸쳐 국부적으로 제공되는 열의 변화와 열 전도체의 불균일한 흐름에 대한 조정을 가능하게 하는데, 이것은 예를 들어, 와이어형 또는 리본형의 긴 재료로부터 제공된 열 전도체의 와인딩으로 인해 실현될 수 없거나 매우 많은 노력을 들여서만 실현될 수 있을 것이다.
금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 열 전도체를 제공함으로써, 각형, 바람직하게는 직사각형 전도체 횡단면 윤곽을 갖도록 열 전도체를 간단하게 형성할 수 있다. 각형 전도체 횡단면 윤곽은 전도체 단면적이 동일할 때 원형 전도체 횡단면 윤곽보다 큰 표면을 가지므로, 상기 열 전도체 주위를 흐르는 배기가스로 열을 전달하기 위한 더 큰 표면을 열 전도체에 제공할 수 있다.
다양한 기능 영역들에 의해 성취될 기능들에 최적화된 디자인을 갖는 다양한 기능 영역들을 열 전도체에 제공하기 위해, 열 전도체가 지지부 상에 유지되는 유지 영역과 배기가스가 주위를 흐를 수 있는 가열 영역을 갖는 것이 제안된다.
배기가스 히터는 일반적으로 배기가스에 의해 관류 가능한 예를 들어 관형 하우징 내에 수용되기 때문에, 유지 영역이 배기가스 히터 중심축에 대해 방사 방향으로 가열 영역 외부에 배치되는 경우에, 특히 바람직하다.
유지 영역과 가열 영역이 실질적으로 배기가스 히터 중심축에 대해 바람직하게 직교하는 평면에 배치됨으로써, 축방향으로 콤팩트한 구조가 달성될 수 있다. 물론, 배기가스 히터는 그러한 가상의 평면에 대해 가로 방향으로 연장부를 갖는 것이 참조된다. 그러한 평면은 예를 들어 열 전도체의 축방향 중심 평면에 의해 또는 열 전도체의 2개의 축방향 측 또는 단부면 중 하나에 의해 규정될 수 있다. 열 전도체는 일반적으로 편평하게 형성된 금속 평면 재료로부터 커팅됨으로써 제조되기 때문에, 열 전도체의 후속하는 축방향 팽창으로 인해 열 전달에 이용할 수 있는 표면이 확장될 수 있는 것이 아니라, 열 전도체의 인접한 섹션들 사이의 간격만 커질 수 있고, 이는 또한 열 전도체 주위를 흐르는 배기가스와의 열 상호 작용의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 예를 들어 편평한 금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 제조된 열 전도체를 그러한 편평한 구조로 남겨두는 것이 바람직하다.
열 전도체를 지지부에 안정적으로 연결하기 위해, 지지부는 열 전도체를 방사 방향 외부에서 둘러싸며 유지 영역에 적어도 하나의 축방향 측에서 방사 방향으로 포괄하는 지지부 바디를 포함하는 것, 및/또는 지지부는 열 전도체의 적어도 하나의 축방향 측에서 열 전도체를 축방향으로 지지하는 지지 어셈블리를 포함하는 것이 제안된다.
열 전도체를 지지부에 연결할 수 있도록 하기 위해 또는 지지부 바디에 통합할 수 있도록 하기 위해, 지지부 바디는 유지 영역을 방사 방향 외부에서 축방향으로 포괄하는 축방향 섹션과 축방향 섹션으로부터 방사 방향 내부로 연장되어 제 1 축방향 측에서 유지 영역을 적어도 부분적으로 방사 방향으로 포괄하는 제 1 방사 방향 섹션을 갖는 제 1 지지부 바디 부분 및 제 1 지지부 바디 부분에 고정되며 제 2 축방향 측에서 유지 영역을 방사 방향으로 적어도 부분적으로 포괄하는 제 2 방사 방향 섹션을 갖는 제 2 지지부 바디 부분을 포함할 수 있다.
열 전도체와 지지부 사이의 전체 원주에 걸쳐 안정적인 결합을 위해, 제 1 지지부 바디 부분 및/또는 제 2 지지부 바디 부분은 링형으로 형성되는 것이 제안된다.
열적 및 화학적 안정성의 이유로 지지부 바디는 바람직하게 금속 재료로 구성되기 때문에, 전기적 단락을 방지하기 위해, 지지부 바디와 유지 영역 사이에 전기 절연 물질이 배치되는 것이 제안된다.
가열 영역과 상기 영역 주위를 흐르는 배기가스 사이의 열 상호 작용과 관련하여 특히 바람직한 실시예에서, 열 전도체의 가열 영역은 실질적으로 전기 절연 물질로 덮이지 않는 것이 제공될 수 있다.
열 전도체의 유지 영역이 전기 절연 물질이 삽입된 상태에서 지지부에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 경우에, 특히 이러한 영역에서 열 축적을 방지하기 위해, 열 전도체의 유지 영역이 가열 영역보다 큰 전도체 단면적을 갖는 것이 제안된다. 유지 영역의 더 큰 전도체 단면적에 의해 열 전도체의 유지 영역은 길이 단위에 대해 가열 영역보다 낮은 전기 저항을 가지므로, 가열 영역에서 더 큰 전압 강하로 인해 거기에 유지 영역보다 많은 열이 제공된다.
또한, 열 전도체의 가열 영역은 가변 횡단면 치수를 갖는 것이 제공될 수 있다. 이는 즉, 가열 영역이 다양한 횡단면 치수의 다양한 길이 섹션들을 가질 수 있어서, 가변 횡단면 치수에 의해 상이한 전기 저항의 영역들이 존재하고 따라서 배기가스로 전달될 수 있는 열의 양도 다르다는 것을 의미한다. 이는, 열 전도체가 균일하게 흐름에 노출될 수 없고 따라서 열 전도체로부터 이러한 열 전도체 주위를 흐르는 배기가스로부터 균일하게 열이 제거될 수 없는 시스템에서 특히 바람직하다. 이로써 과열 영역의 생성이 방지될 수 있다.
열 전도체의 전기적 접촉을 위해 유지 영역에 2개의 접속 섹션이 제공될 수 있다.
유동 횡단면에 걸쳐 열 전도체와 그 주위를 흐르는 배기가스 사이의 넓은 면적의 열 상호 작용을 위해, 열 전도체의 적어도 가열 영역은 적어도 부분적으로 와인딩형으로 연장되어 형성될 수 있다.
이를 위해 예를 들어, 열 전도체가 배기가스 히터 중심축에 대해 방사 방향으로 연속해서 배치되며 실질적으로 원주 방향으로 연장되는 다수의 곡류형 와인딩 섹션을 갖는 적어도 하나의 곡류형 와인딩 필드를 포함하는 것이 제공될 수 있고, 이 경우 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 곡류형 와인딩 섹션이 제 1 원주 방향 단부에서 방사 방향으로 더 내부에 위치 설정된 곡류형 와인딩 섹션에 연결되고, 제 2 원주 방향 단부에서 방사 방향으로 더 외부에 위치 설정된 곡류형 와인딩 섹션에 연결된다.
원주에 걸쳐 분포된 열 전도체의 안정적인 구조를 달성하기 위해, 원주 방향으로 연속하는 다수의 곡류형 와인딩 필드가 제공되는 것과, 원주 방향으로 서로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드의 경우에 하나의 곡류형 와인딩 필드의 방사 방향 내부의, 바람직하게는 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션이 방사 방향 내부 연결 영역에서 하나의 곡류형 와인딩 필드에 제 1 원주 방향으로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드의 방사 방향 내부의, 바람직하게는 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션에 연결되는 것, 및/또는 하나의 곡류형 와인딩 필드의 방사 방향 외부의, 바람직하게는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션이 방사 방향 외부의 연결 영역에서 하나의 곡류형 와인딩 필드에 제 2 원주 방향으로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드의 방사 방향 외부의, 바람직하게는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션에 연결되는 것이 제안된다. 이로써 매우 큰 원주 영역에 걸쳐 개별 곡류형 와인딩 섹션들의 확장된 범위가 방지될 수 있다.
유지 영역은 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 곡류형 와인딩 필드에 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션을 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 배기가스 시스템을 위한 본 발명에 따라 구성된 배기가스 히터를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 판형 금속 평면 재료 블랭크를 제공하는 단계 및 금속 평면 재료 블랭크로부터 열 전도체를 커팅하는 단계를 포함한다.
상기 방법에서, 열 전도체는 펀칭 또는 절단, 바람직하게는 레이저 절단 또는 워터젯 절단에 의해 금속 평면 재료 블랭크로부터 커팅될 수 있다.
본 발명은 또한 내연기관용 배기가스 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 바람직하게 관형 배기가스 안내 부품 및 배기가스 안내 부품 내에 배치되며 본 발명에 따라 구성되고 바람직하게 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 적어도 하나의 배기가스 히터를 포함한다.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 도 2의 시선 방향 I에서 본, 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 시선 방향 II에서 본, 도 1의 배기가스 히터의 사시도를 도시한 도면.
도 3은 도 1 및 도 2의 배기가스 히터의 축방향 단면도를 도시한 도면.
도 4는 도 1 내지 도 3의 배기가스 히터의 열 전도체의 평면도를 도시한 도면.
도 5는 지지 어셈블리와 열 전도체의 연결부의 상세도를 도시한 도면.
도 6은 배기가스 히터를 포함하는 내연기관의 배기가스 시스템의 기본도를 도시한 도면.
도 1 내지 도 3에 도시된 배기가스 히터(10)는 예를 들어 이를 수용하고 배기가스를 운반하며 실질적으로 원형의 외주 윤곽을 갖는 하우징의 원형 내부 횡단면에 대해 조정되도록 설계된다. 배기가스 히터(10)는 - 배기가스 히터 중심축(M)과 관련하여 - 방사 방향 외부 영역에 환형 지지부(12) 및 환형 지지부(12) 상에 지지되는 열 전도체(14)를 포함한다.
열 전도체(14)는 방사 방향 외부에 지지부(12) 상에 지지되는 유지 영역(16)을 갖고, 유지 영역(16)의 내부에 방사 방향으로 배기가스가 주위를 흐를 수 있는 가열 영역(18)을 갖는다.
본 발명에 따라 구성된 배기가스 히터(10)의 열 전도체(14)는 예를 들어 크롬/니켈 합금으로 구성된 금속 평면 재료 블랭크로부터 커팅에 의해 제공된다. 이 경우, 열 전도체(14)에는 예를 들어 펀칭에 의해 소정의 윤곽이 제공될 수 있다. 대안으로서 열 전도체(14)는 절단, 예를 들어 레이저 절단 또는 워터젯 절단에 의해 금속 평면 재료 블랭크로부터 커팅될 수 있다. 이러한 금속 평면 재료 블랭크는 일반적으로 평탄한 형상을 갖기 때문에, 열 전도체(14)도 배기가스 히터 중심축(M)에 대해 실질적으로 직교 평면에 놓인 실질적으로 평탄한 구조를 갖는다.
도시된 실시예에서, 열 전도체(14)는 와인딩형 구조로 형성된다. 총 6개의 실질적으로 서로 동일하게 구성된 곡류형 와인딩 필드(20)를 갖는 열 전도체(14)가 제공되는 것을 도 4에서 명확하게 알 수 있다. 각각의 곡류형 와인딩 필드(20)에서, 방사 방향으로 서로 인접하게 배치된 곡류형 와인딩 섹션들(22)은, 이들이 국소적 편차에 관계없이, 실질적으로 배기가스 히터 중심축(M)을 중심으로 원주 방향으로 연장되도록 배치되고, 이 경우 곡류형 섹션들은 방사 방향 내부로부터 방사 방향 외부를 향해 증가하는 원주 길이를 가지며 따라서 곡류형 와인딩 필드(20)는 대략 삼각형 원주 윤곽을 갖는다. 곡류형 와인딩 섹션들(22)은 각각의 그 양쪽 원주 방향 단부(24, 26)에서 실질적으로 방사 방향으로 연장되는 연결 섹션들(28)을 통해 각각 방사 방향으로 더 외부에 또는 방사 방향으로 더 내부에 위치 설정된 곡류형 와인딩 섹션(22)에 연결된다. 관련 곡류형 와인딩 필드(20)의 관련 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션(22')은 내부 연결 영역(30)을 통해 제 1 원주 방향으로 바로 인접한 다른 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션(22')에 연결된다. 관련 최외부 곡류형 와인딩 섹션(22")은 외부 연결 영역(32)을 통해 제 2 원주 방향으로 바로 인접한 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22')에 연결되어, 열 전도체(14)의 원주 방향으로 연속하는 모든 곡류형 와인딩 필드(20)는 서로 직렬로 연결된다.
곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22')은 실질적으로 열 전도체(14)의 유지 영역(16)을 형성하며, 상기 영역에서 상기 열 전도체는 지지부(12) 상에 유지된다. 이를 위해, 지지부(12)는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")의 영역에서, 즉 유지 영역(16)에서 열 전도체(14)를 둘러싸는 지지부 바디(34)를 갖도록 형성된다. 지지부 바디(34)는 제 1 지지부 바디 부분(36)을 갖고, 상기 제 1 지지부 바디 부분의 축방향 섹션(38)은 열 전도체(14)의 유지 영역(16)을 축방향으로 포괄한다. 또한, 제 1 지지부 바디 부분(36)은 축방향 섹션(38)으로부터 방사 방향 내측으로 연장되는 제 1 방사 방향 섹션(40)을 갖는다. 제 1 지지부 바디 부분(36)의 제 1 방사 방향 섹션(40)은 열 전도체(14)의 유지 영역(16)을 제 1 축방향 측(42)에서 방사 방향으로 거의 완전히 포괄한다.
지지부 바디(34)는 제 2 지지부 바디 부분(44)을 더 포함하고, 상기 제 2 지지부 바디 부분은 열 전도체(14)의 제 2 축방향 측(46)에서 제 1 지지부 바디 부분(36)에 삽입되어 거기에 예를 들어 용접과 같은 재료 결합에 의해 고정된다. 제 2 지지부 바디 부분(44)의 제 2 방사 방향 섹션(48)은 방사 방향 내측으로 연장되고, 열 전도체(14)의 유지 영역(16)을 방사 방향으로 거의 완전히 포괄한다.
따라서 지지부 바디(34)는 방사 방향 내측으로 개방된 U형 구조를 규정하고, 열 전도체(14)의 유지 영역(16)은 전기 절연 물질(50)의 삽입 상태에서 이 영역을 실질적으로 제공하는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")에 의해 상기 구조 내에 수용된다. 전기 절연 물질(50)은 열 전도체(14)의 유지 영역(16)을 양 축방향 측(42, 46)에서 및 방사 방향 외부에서 덮는다. 이를 위해, 전기 절연 물질은 제 2 축방향 측(46)의 유지 영역(16)에 축방향으로 인접하는 제 1 환형 절연 부재(51) 및 제 1 축방향 측(42)의 유지 영역(16)에 축방향으로 인접하고 상기 지지 영역을 방사 방향 외부에서 포괄하는 제 2 링형 절연 부재(53)로 형성된다. 따라서 전기 절연 물질에 의해 실질적으로 덮이지 않는 열 전도체(14)는 특히 그 가열 영역(18)에서 지지부(12)에 대해 전기적으로 절연된다.
열 전도체(14)의 전기적 접촉을 위해, 상기 열 전도체는 원주 방향으로 연속하며 외부 연결 영역(32)에 의해 서로 연결되지 않은 최외부의 2개의 곡류형 와인딩 섹션들(22')에서 상기 섹션들로부터, 즉 유지 영역(16)으로부터 방사 방향 내측으로 지지부(12)를 넘어 돌출하는 접속 섹션(52 또는 54)을 각각 갖는다. 열 전도체(14)를 전압원에 연결하기 위해, 상기 접속 섹션들에 배기가스 히터(10)를 수용하는 하우징을 관통하는 콘택 유닛(55)이 연결된다.
열 전도체(14)의 방사 방향 외부 영역을 지지부(12) 상에서 안정적으로 유지할 수 있도록 하기 위해뿐만 아니라, 전체 방사 방향 범위에 걸쳐 열 전도체(14)의 안정적이고 규정된 위치 설정을 보장하기 위해, 지지부(12)는 열 전도체(14)를 양 축방향 측(42, 46)에서 축방향으로 지지하는 지지 어셈블리(56)를 포함한다. 지지 어셈블리(56)는 각각의 지지부 바디 부분(36, 44)과 관련하여 실질적으로 방사 방향으로 연장되는 다수의 지지 암(58, 61)을 각각 갖는 별 모양의 지지 구조(57, 59)를 포함하고, 상기 지지 암은 방사 방향 내부에서는 중앙에 위치 설정된 결합 영역(60, 63)에서 서로 연결되고, 방사 방향 외부에서는 제 1 지지부 바디 부분(36)의 제 1 방사 방향 섹션(40) 또는 제 2 지지부 바디 부분(44)의 제 2 방사 방향 섹션(48)에 연결된다. 지지 어셈블리(56)의 지지 구조들(57, 59)은 바람직하게는 제 1 지지부 바디 부분(36) 및 제 2 지지부 바디 부분(44)과 일체로 박판 성형부로서 제공된다.
지지 어셈블리(56)의 방사 방향으로 중앙의 판형 결합 영역(60, 63)에서, 열 전도체(14)는 거기에서 각각 연장되는, 서로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 최내부의 2개의 곡류형 와인딩 섹션(22')을 연결하는 내부 연결 영역들(30)의 범위가 지지 어셈블리(56)에 고정된다. 이를 위해, 예를 들어 결합 영역(60, 63)에 고정된 고정 볼트(62), 예를 들어 고정 스크루가 사용될 수 있어서, 가열 영역(18)의 방사 방향 내부 연결 영역들(30)이 결합 영역(60, 63) 사이에 축방향으로 고정 클램핑된다.
열 전도체(14)는 지지 구조(57, 59)의 지지 암(58, 61)의 방사 방향으로 더 외부에 놓인 결합 영역(60', 63' 또는 60", 63")에서도 관련 고정 볼트(62', 62")를 사용하여 지지 어셈블리(56)에 고정될 수 있다. 이 경우, 원주 방향으로 서로 직접 인접한 지지 암(58)에 제공된 결합 영역(60', 63' 또는 60", 63")은, 열 전도체를 다양한 방사 방향 영역에서 지지 어셈블리(56)에 대해 교대로 고정할 수 있도록 하기 위해, 방사 방향으로 서로 오프셋되어 있음을 알 수 있다.
전기 단락의 발생을 방지하기 위해, 결합 영역(60', 63' 또는 60", 63") 또는 고정 볼트(62', 62")의 영역에서 열 전도체(14)는 결합 영역(60, 63)의 범위에서와 마찬가지로 국부적으로 전기 절연 물질로 덮인다. 이러한 전기 절연 물질은 열 전도체(14)의 양측에 위치 설정된 그리고 예를 들어 세라믹 재료로 구성된 2개의 절연 슬리브(65, 67)를 포함할 수 있으며, 상기 절연 슬리브들은 관련 결합 영역(60', 63' 또는 60", 63") 및 이들을 관통하는 고정 볼트(62', 62")에 대해 열 전도체(14)의 가열 영역(18)을 전기 절연한다. 가열 영역(18) 내로 절연 슬리브(65, 67)의 결합을 가능하게 하기 위해, 각각의 결합 영역(60', 63' 또는 60", 63")과 관련하여 열 전도체(14)의 가열 영역(18)은 원주 방향으로 확장된 관련 연결 섹션(28')을 가지며, 상기 연결 섹션은 내부에 형성된 개구(29)를 갖는다.
지지부 구조(57, 59)와 관련하여 다양한 연결 섹션(28') 또는 결합 영역(60, 60', 60" 또는 63, 63', 63")에서 열 전도체(14)의 전기 절연이, 본 발명과 관련해서 열 전도체(14)의 가열 영역(18)의 주요 범위들이 상기 가열 영역 주위를 관류하는 배기가스와의 개선된 열 상호 작용을 위해 전기 절연 물질로 덮이지 않는다는 사실을 단정하는 것은 아니다.
금속 평면 재료로부터 커팅된 구성부로서 열 전도체(14)를 제공함으로써 한편으로, 간단하고 정밀하게 실행 가능한 방식으로 일체형 구조를 갖는 열 전도체(14)를 제조할 수 있다. 도 4에 도시된 열 전도체(14)의 와인딩형 구조가 이미 제시하고 있는 바와 같이, 상기 열 전도체는 거의 임의적인 곡선으로 제조될 수 있으며, 특히 열 전도체의 다양한 길이 섹션에서 열 전도체의 방사 방향 연장부를 서로에 대해 변경한다. 이는 도 4에서 예를 들어, 열 전도체(14)의 유지 영역(16), 즉 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")의 영역이 더 큰 방사 방향 연장부, 즉 폭으로 형성됨으로써 알 수 있다. 이로써, 유지 영역(16)에서, 즉 열 전도체(14)의 넓은 범위가 지지부(12) 또는 전기 절연 물질(50)에 의해 둘러싸이는 곳에서 열 전도체(14)는 - 하나의 길이 유닛에 대해 - 더 낮은 전기 저항을 갖고 따라서 전압의 인가 시, 더 작은 전도체 단면적을 갖는 곡류형 와인딩 섹션(22, 22')에서보다 덜 가열된다. 이것은, 예를 들어 가열 영역(18)이 유지 영역(16)보다 큰 전도체 횡단면을 갖는, 전도체 횡단면의 국부적 편차가 유지 영역(16) 또는 가열 영역(18)에도 존재할 수 있다는 점에 모순되지 않는다. 본 발명과 관련해서 이러한 양상을 위해 중요한 사실은, 주요 연장 섹션에서 가열 영역(18)과 지지 영역(16)은 이들의 관련 전도체 횡단면이 이러한 관계를 제공한다는 것이다. 이로써 열 전도체(14)가 지지부(12)에 의해 둘러싸이는 곳에서 열 축적의 발생이 방지되고 열 전도체(14)가 또한 가열될 배기가스와의 훨씬 더 우수한 열 상호 작용을 하는 영역들에서 전기 에너지의 이용이 지원된다.
금속 평면 재료로부터 커팅에 의한 열 전도체(14)의 제조는 또한, 예를 들어 유동 횡단면에 걸쳐 분포된, 관련 배기가스 시스템 내의 유동 조건에 맞게 조정되어, 배기가스 히터(10) 주위를 흐르는 배기가스 내로 상이한 열 도입을 달성하기 위해, 예를 들어 원주에 걸쳐 가열 영역(18)의 섹션들의 불균일한 분배를 제공하는 것을 가능하게 한다. 이로써 배기가스 흐름의 가열에 있어서 국부적으로 발생하는 부족 또는 국부적으로 발생하는 과열이 방지될 수 있다.
열 전도체가 금속 평면 재료로부터 커팅으로 인해 실질적으로 직사각형 전도체 횡단면 윤곽을 갖는 것은 열 전도체(14) 주위를 흐르는 배기가스로 효율적인 열 전달을 보장한다. 전도체 단면적이 동일한 경우에 상기 횡단면 윤곽은, 원형 전도체 횡단면 윤곽보다 큰 표면을 가지므로 가열될 배기가스와의 열 상호 작용을 위한 더 큰 표면을 보장한다.
도 6은 앞에서 상세히 설명된 배기가스 히터(10)가 통합된 배기가스 시스템(64)을 기본도로 도시한다. 배기가스 시스템(64)은 예를 들어, 관형으로 형성된 배기가스 안내 부품(66)을 포함하고, 상기 부품 내에서 배기가스 히터(10)는 배기가스 처리 유닛(68), 예를 들어 촉매 변환기 또는 입자 필터에 대해 상류에 배치된다. 배기가스 처리 유닛(68)으로 유입될 배기가스(A)는 먼저 배기가스 처리 유닛(68)의 상류에 위치 설정된 배기가스 히터(10) 또는 상기 배기가스 히터의 열 전도체(14) 주위를 흐르고, 거기에서 가열되어 배기가스 처리 유닛(68)으로 열을 도입한다. 이로 인해, 특히 내연기관의 시동 단계에 배기가스 온도가 아직 비교적 더 낮을 때 그리고 배기가스 시스템(64)의 부품들이 비교적 차가울 때 배기가스 처리 유닛(68)은 배기가스 히터(10)에서 가열된 배기가스(A)에 의해 더 빨리 가열되어 작동 온도에 도달한다. 배기가스 처리 유닛(68)에서 수행될, 예를 들어 촉매 반응을 너무 낮은 온도로 인해 진행할 수 없는 지속시간은 따라서 상당히 단축될 수 있다.
도면에 도시된 배기가스 히터는 물론 다양한 디자인 측면에서 구체적으로 도시된 실시예와 다를 수 있음이 참조된다. 이는 특히, 곡류형으로 와인딩되는 구조가 반드시 제공될 수 있는 것이 아니라, 예를 들어 나선형 구조가 제공될 수도 있는, 그리고 전술한 바와 같이, 서로 다른 곡선 구조를 갖는 다양한 원주 영역들이 형성될 수 있는 열 전도체의 곡선과 관련된다. 열 전도체의 특히 그 가열 영역은 가변 횡단면 치수, 즉 상이한 횡단면 치수의 영역들을 가질 수 있으므로, 가열 영역의 곡선에서 횡단면 치수에 따라 변하는 전기 저항으로 인해 다양한 영역에서 발생된 열의 양이 상이할 수 있고 따라서 과열 영역의 방지를 위해 불균일한 흐름이 배기가스에 의해 보상될 수 있다. 예를 들어, 서로에 대해 격리되어 유지되거나 직접 접촉도 하는 다수의 열 전도체(14)는 예를 들어 지지부(12) 상에 축방향으로 연속해서 위치 설정될 수도 있다. 물론, 배기가스 시스템에서 배기가스 안내 하우징에 예를 들어 열 전도체와 함께 구성된 다수의 배기가스 히터가 위치 설정될 수 있다. 따라서 이는, 본 발명에 따라 구성된 배기가스 히터(10)에서 특히 바람직한 양상에 따르면 열 전도체(14)가 실질적으로 도 4의 도면 평면에 대응하는 평면에 놓이기 때문에, 즉 예를 들어 방사 방향 외부에 놓인 유지 영역(16)에 대해 열 전도체(14)의 중앙 영역이 축방향으로 오프셋 되도록, 상기 열 전도체는 추후 축방향으로 팽창에 의해 형성되지 않기 때문에 특히 가능하다. 열 전도체(14)는 실질적으로 편평한 금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 제조되기 때문에, 열 전도체(14)의 축방향 팽창은 이용 가능한 열 전달 표면을 확장시키는 것이 아니라, 열 전도체(14)의 서로 인접한 섹션들의 더 큰 간격만을 야기할 것이고 따라서 열 전도체(14) 주위를 흐르는 배기가스와의 열 상호 작용을 저하시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이것이 예를 들어 유동 조건을 근거로 바람직하다면, 열 전도체(14)는 그것의 방사 방향 외부 영역과 방사 방향 내부 영역 사이에 최대 축방향 오프셋을 갖는 이러한 축방향으로 팽창된 구조도 가질 수 있음이 참조된다. 이를 위해, 예를 들어 열 전도체(14)를 축방향으로 지지하는 지지 어셈블리(56)도 그와 같이 예를 들어 원뿔형으로 축방향으로 팽창된 구조를 가질 수 있다.

Claims (18)

  1. 내연기관의 배기가스 시스템용 배기가스 히터로서,
    지지부(12) 및 상기 지지부(12) 상에 지지되며 유동이 전달되는 적어도 하나의 열 전도체(14)를 포함하고, 상기 열 전도체(14)는 금속 평면 재료로부터 커팅에 의해 제공되는 것이 배기가스 히터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)는 각형, 바람직하게는 직사각형 전도체 횡단면 윤곽을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)는 상기 지지부(12) 상에서 지지되는 유지 영역(16) 및 배기가스(A)가 주위를 흐를 수 있는 가열 영역(18)을 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유지 영역(16)은 배기가스 히터 중심축(M)에 대해 방사 방향으로 상기 가열 영역(18)의 외부에 배치되고, 및/또는 상기 유지 영역(16)과 상기 가열 영역(18)은 실질적으로 상기 배기가스 히터 중심축(M)에 대해 바람직하게 직교하는 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지부(12)는 상기 열 전도체(14)를 방사 방향 외부에서 둘러싸며 상기 유지 영역(16)에 적어도 하나의 축방향 측(42, 46)에서 방사 방향으로 포괄하는 지지부 바디(34)를 포함하고, 및/또는 상기 지지부(12)는 상기 열 전도체(14)의 적어도 하나의 축방향 측에서 상기 열 전도체(14)를 축방향으로 지지하는 지지 어셈블리(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지부 바디(34)는 상기 유지 영역(16)을 방사 방향 외부에서 축방향으로 포괄하는 축방향 섹션(38)과 상기 축방향 섹션(38)으로부터 방사 방향 내부로 연장되어 제 1 축방향 측(42)에서 상기 유지 영역(16)을 적어도 부분적으로 방사 방향으로 포괄하는 제 1 방사 방향 섹션(40)을 갖는 제 1 지지부 바디 부분(38) 및 상기 제 1 지지부 바디 부분(38)에 고정되며 제 2 축방향 측(46)에서 상기 유지 영역(16)을 방사 방향으로 적어도 부분적으로 포괄하는 제 2 방사 방향 섹션(48)을 갖는 제 2 지지부 바디 부분(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부 바디 부분(38) 및/또는 상기 제 2 지지부 바디 부분(44)은 링형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 절연 물질(50)이 상기 지지부 바디(34)와 상기 유지 영역(16) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)의 가열 영역(18)은 실질적으로 전기 절연 물질로 덮이지 않는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)의 유지 영역(16)은 가열 영역(18)보다 큰 전도체 단면적을 갖고, 및/또는 상기 열 전도체(14)의 가열 영역(18)은 가변 횡단면 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)의 전기적 접촉을 위해 유지 영역(16)에 2개의 접속 섹션(52, 54)이 제공되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  12. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)의 적어도 가열 영역(18)은 적어도 부분적으로 와인딩형으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)는 배기가스 히터 중심축(M)에 대해서 방사 방향으로 연속해서 배치되며 실질적으로 원주 방향으로 연장되는 다수의 곡류형 와인딩 섹션(22, 22', 22")을 갖는 적어도 하나의 곡류형 와인딩 필드(20)를 포함하며, 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 곡류형 와인딩 섹션(22)은 제 1 원주 방향 단부(24)에서 방사 방향으로 더 내부에 위치 설정된 곡류형 와인딩 섹션(22, 22')에 연결되고, 제 2 원주 방향 단부(26)에서 방사 방향으로 더 외부에 위치 설정된 곡류형 와인딩 섹션(22, 22")에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    원주 방향으로 연속하는 다수의 곡류형 와인딩 필드(20)가 제공되고, 원주 방향으로 서로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드(20)의 경우에 하나의 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 내부의, 바람직하게는 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션(22')은 방사 방향 내부의 연결 영역(30)에서 하나의 곡류형 와인딩 필드(20)에 제 1 원주 방향으로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 내부의, 바람직하게는 방사 방향 최내부의 곡류형 와인딩 섹션(22')에 연결되고, 및/또는 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 외부의, 바람직하게는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")은 방사 방향 외부의 연결 영역(32)에서 하나의 곡류형 와인딩 필드(20)에 제 2 원주 방향으로 직접 인접한 곡류형 와인딩 필드(20)의 방사 방향 외부의, 바람직하게는 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    유지 영역(16)은 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 곡류형 와인딩 필드(20)에 방사 방향 최외부의 곡류형 와인딩 섹션(22")을 제공하는 것을 특징으로 하는 배기가스 히터.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 히터(10)를 제조하기 위한 방법으로서,
    판형 금속 평면 재료 블랭크를 제공하는 단계 및 금속 평면 재료 블랭크로부터 열 전도체(14)를 커팅하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 열 전도체(14)는 펀칭 또는 절단, 바람직하게는 레이저 절단 또는 워터젯 절단에 의해 금속 평면 재료 블랭크로부터 커팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 내연기관용 배기가스 시스템으로서,
    바람직하게 관형 배기가스 안내 부품(66) 및 상기 배기가스 안내 부품(66) 내에 배치되며 바람직하게 제 16 항 또는 제 17 항의 방법으로 제조된, 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 히터(10)를 포함하는 것인 배기가스 시스템.
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