KR20220050888A - 전류 피드스루 - Google Patents

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KR20220050888A
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필립 랑엔펠트
마르크 브루거
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Abstract

본 발명은 전기 가열식 촉매 변환기를 위한 전류 피드스루(1, 8, 10)로서, 상기 촉매 변환기는 상기 전류 피드스루(1, 8, 10)에 의해 전기적 접촉이 일어날 수 있는 적어도 하나의 전기 전도체를 내부에 갖고, 상기 전류 피드스루는, 상기 촉매 변환기의 내부로부터 외부 하우징 벽을 통해 이어지는 중심 전기 전도성 요소(2), 반경 방향 외부 표면에서 상기 전기 전도성 요소(2)를 둘러싸는 전기 절연층(3), 및 상기 전기 전도성 요소(2)와 상기 전기 절연층(3)을 수용하는 금속 슬리브(4)를 포함하고, 상기 전류 피드스루(2, 8, 10) 또는 상기 전류 피드스루(2, 8, 10)에 바로 인접한 곳에는 상기 촉매 변환기의 내부로부터 상기 전류 피드스루(2, 8, 10)를 따라 상기 촉매 변환기 외부에 배치된 접촉면으로 열이 전도되는 것을 감소시키기 위한 디바이스가 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(1, 8, 10)에 관한 것이다.

Description

전류 피드스루
본 발명은 전기 가열식 촉매 변환기를 위한 전류 피드스루(current feed-through)로서, 상기 촉매 변환기는 상기 전류 피드스루에 의해 전기적 접촉이 일어날 수 있는 적어도 하나의 전기 전도체를 내부에 갖고, 상기 전류 피드스루는, 상기 촉매 변환기의 내부로부터 외부 하우징 벽을 통해 이어지는 중심 전기 전도성 요소, 반경 방향 외부 표면에서 상기 전기 전도성 요소를 둘러싸는 전기 절연층, 및 상기 전기 전도성 요소와 상기 전기 절연층을 수용하는 금속 슬리브를 포함하는, 전류 피드스루에 관한 것이다.
전기 가열식 촉매 변환기는 종래 기술에 알려져 있다. 이 촉매 변환기는 일반적으로 전류가 흐르고 전기 접촉을 통해 전압원에 연결된 전도체를 갖는다. 촉매 변환기는 외부에서 기밀 상태가 되도록 설계되기 때문에 촉매 변환기의 외부 케이싱을 통해 이어지고 내부에서 가열 전도체와 접촉하는 특수 전기 피드스루가 존재한다.
여기서 전기 피드스루는 일반적으로 세라믹과 같은 전기 비전도성 매체에 내장된 전기 전도체로 구성된다. 비전도성 물질은 금속 슬리브로 둘러싸일 수 있으며, 이 금속 슬리브는 결합 기술을 통해 촉매 변환기의 금속 케이싱에 기계적 부하에 저항하는 방식으로 영구적으로 연결될 수 있다. 따라서, 종래 기술에 알려진 전기 피드스루는 일반적으로 중심 전류 전도체, 예를 들어, 핀, 세라믹 절연체 및 금속성 외부 슬리브를 갖는다.
종래 기술에 알려진 전류 피드스루의 단점은 특히 전기적으로 접촉되어야 하는 촉매 변환기 내부의 구성요소와 전류 전도 핀이 일체로 접합 연결된 것로 인해 전류 피드스루의 외부 영역에서 높은 열 부하가 발생한다는 것이다. 열 부하는 전류 피드스루로 배기 가스 에너지를 대류시키는 것에 의해 생성되거나 또는 전류 피드스루에 바로 일체로 접합 연결된 가열 전도체 자체를 가열하는 것에 의해 생성된다. 열 부하가 너무 높으면, 이것은 특히 외부 영역에서 전류 피드스루의 접촉 영역에서 전기 피드 라인의 절연을 손상시키거나 또는 피드 라인과 전류 피드스루 사이의 연결 수단을 손상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 배기 가스가 흐르는 촉매 변환기의 내부 영역과 외부 접촉 영역이 열적으로 분리된 전기 가열식 촉매 변환기용 전류 피드스루를 생성하는 것이다.
전류 피드스루와 관련된 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 전류 피드스루에 의해 달성된다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예는 전기 가열식 촉매 변환기를 위한 전류 피드스루로서, 상기 촉매 변환기는 상기 전류 피드스루에 의해 전기적 접촉이 일어날 수 있는 적어도 하나의 전기 전도체를 내부에 갖고, 상기 전류 피드스루는, 상기 촉매 변환기의 내부로부터 외부 하우징 벽을 통해 이어지는 중심 전기 전도성 요소, 반경 방향 외부 표면에서 상기 전기 전도성 요소를 둘러싸는 전기 절연층, 및 상기 전기 전도성 요소와 상기 전기 절연층을 수용하는 금속 슬리브를 포함하고, 상기 전류 피드스루 또는 상기 전류 피드스루에 바로 인접한 곳에는 상기 촉매 변환기의 내부로부터 상기 전류 피드스루를 따라 상기 촉매 변환기 외부에 배치된 접촉면으로 열이 전도되는 것을 감소시키기 위한 디바이스가 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루에 관한 것이다.
촉매 변환기 내로 돌출하는 전류 피드스루 영역은 한편으로는 촉매 변환기를 통해 흐르는 배기 가스가 고온 레벨에 기여할 수 있고 다른 한편으로는 촉매 변환기 내부에서 전기 전도체 자체를 통전시키는 것에 의해 고온 레벨이 생성될 수 있기 때문에 일반적으로 "고온 단부"라고도 지칭된다.
촉매 변환기 외부에 배치된 전류 피드스루의 단부는 일반적으로 촉매 변환기 내부에 비해 훨씬 더 낮은 온도가 여기서 나타나기 때문에 "저온 단부"라고도 지칭된다.
특히, 예를 들어 전압원과 연결이 생성되는 저온 단부 영역은 온도에 민감하다. 이것은 첫째로 일반적으로 사용되는 전류 전도체 물질, 예를 들어, 케이블의 절연 물질과, 추가적으로, 전류 피드스루의 접촉면과 전류 전도체 사이에 선택된 연결 방법, 예를 들어, 납땜(soldering), 크림핑(crimping) 또는 스프링 클램핑(clamping)으로 인한 것이다.
고온 단부로부터 외부에 배치된 저온 단부로 열이 전도되는 것을 감소시키기 위한 디바이스는 여기서 특히 촉매 변환기 내부에 열 에너지를 유지하거나 또는 적어도 전류 피드스루를 따라 외부로 전달되는 열을 최소로 유지하는 역할을 한다.
또한 전기 전도성 요소는 핀으로 형성되는 경우 편리하다. 핀은 바람직하게는 원형 단면을 가질 수 있다. 절연층과 금속 슬리브는 핀과 동심으로 배치될 수 있다.
디바이스는 전기 전도성 요소에서 열 전도성이 감소된 적어도 일부분으로 형성되는 경우 특히 유리하다. 적어도 일부분에서 감소된 열 전도율은 고온 단부에서 전류 피드스루로 유입되는 최대 가능한 열의 양이 저온 단부로 전달되는 것을 방지하는 데 유리하다. 예를 들어, 이러한 목적을 위해 특히 전기 전도성 요소보다 열 전도성이 낮은 단열 물질이 선택될 수 있다.
또한 디바이스는 열 차폐물로 형성되는 경우 유리하다. 열 차폐물은 특히 열 대류를 차폐하는 역할을 한다.
바람직한 예시적인 실시예는 열 차폐물이 접촉면을 차폐하기 위해 하우징 벽의 외측에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이러한 열 차폐물은, 특히, 전류 피드스루 자체로부터뿐만 아니라 저온 단부 방향으로 촉매 변환기의 하우징으로부터 열이 복사되는 것을 방지하기 위해 의도된 것이다. 열 차폐물은 예를 들어 전류 피드스루 주위에 꽃 형상(rosette)으로 배치될 수 있다.
또한 열 차폐물이 하우징 벽의 내측에 배치되는 것이 바람직하다. 하우징 벽의 내측에 있는 열 차폐물은 특히 흐르는 배기 가스로부터 전류 피드스루로 그리고 전류 피드스루를 둘러싸는 하우징 영역으로 열이 전달되는 것을 줄이기 위해 사용된다. 촉매 변환기 내부에 배치된 열 차폐물은 전류 피드스루 주위에 꽃 형상으로 배치될 수도 있다.
또한, 디바이스는 전류 피드스루에 열적으로 연결된 추가 열 질량체로 형성되는 경우 유리하다. 추가 열 질량체는 더 큰 질량체로 형성되며, 열 에너지를 흡수하고 일시적으로 저장하는 역할을 한다.
또한 디바이스는 전류 피드스루에 열적으로 연결된 개별 냉각 로브(cooling rob) 또는 복수의 냉각 리브(cooling rib)로 형성되는 경우에 유리하다. 냉각 리브는 특히 전류 피드스루로부터 주변 환경으로 열을 전달하는 역할을 한다. 냉각 리브는 바람직하게는 여기서 촉매 변환기의 하우징 외부에 배치된 전류 피드스루 부분에 배치된다.
나아가 디바이스는 적어도 일부 부분에서 직경이 현저히 감소된 전기 전도성 요소로 형성되는 경우 유리하다.
여기서, 일부 부분에서 예를 들어 비저항이 작은 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 직경이 작기 때문에 열이 전도되는 것이 감소하고, 비저항의 조정으로 인해 대체로 전기 전도율이 손상되지 않는다.
또한 디바이스는 연장된 전기 전도성 요소로 형성되는 경우 편리하다. 특히 필연적으로 요구되는 정도를 넘어 전기 전도성 요소를 연장하는 것이 전류 피드스루로부터 주변 환경으로 열이 다시 전달될 수 있는 경로를 증가시키기 때문에 유리하다. 따라서 저온 단부의 온도 레벨이 또한 감소될 수 있다. 연장은 특히 표준으로 제공되는 것보다 더 긴 디자인을 나타낸다.
또한, 디바이스는 열 에너지를 변환하기 위해 물질의 상 변화가 일어나는 전류 피드스루의 세그먼트로 형성되는 것이 유리하다. 예를 들어, 물이 증발하는 것과 같이 물질에 상 변화가 일어나는 세그먼트는 이에 따라 열 에너지가 마찬가지로 제거되어 전류 피드스루 영역의 온도 레벨이 감소하기 때문에 유리하다.
본 발명의 유리한 개선 사항은 종속 청구항 및 도면의 이하의 설명에 제시된다.
본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 기초하여 아래에서 보다 상세히 논의될 것이다.
도 1은 열 차폐물이 있는 전류 피드스루를 도시한다.
도 2는 일부 부분에서 직경이 감소된 전류 피드스루를 도시한다.
도 3은 열 전도율이 감소된 세그먼트가 있는 전류 피드스루를 도시한다.
도 1은 전류 피드스루(1)를 도시한다. 이 전류 피드스루는 적어도 일부 부분에서 전기적으로 비전도성인 절연층(3)으로 둘러싸인 전기 전도성 핀(2)으로 형성된다. 절연층(3) 영역에는 전기 전도성 핀(2)과 절연층(3)을 수용하는 금속 슬리브(4)가 추가로 배치된다.
핀(2)의 우측 단부(5)는, 촉매 변환기(도시되지 않음) 내로 돌출하고 촉매 변환기의 전기 전도체와 전기 전도성으로 접촉하는 고온 단부로 알려진 것을 형성한다. 좌측 단부(6)는 촉매 변환기 외부의 접촉 영역을 형성하는, 저온 단부로 알려진 것을 형성한다.
또한, 저온 단부(6)를 향하는, 금속 슬리브(4)와 절연층(3) 측에 배치된 열 차폐물(7)을 볼 수 있다. 열 차폐물(7)은 촉매 변환기(도시되지 않음)로부터 그리고 전류 피드스루(1)의 고온 단부(5) 방향으로부터 열이 복사되는 것을 감소시키는 역할을 한다. 열 차폐물(7)은 예를 들어 금속 시트로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 열 차폐물은 또한 단열 물질을 포함할 수 있다.
도 2는 전류 피드스루(8)의 대안적인 실시예를 도시하며, 여기서 전류 피드스루(8)는 감소된 직경(9) 영역을 갖는다. 예를 들어, 이 영역(9)에는, 직경이 수정되더라도, 동일한 전기 전도율을 얻을 수 있도록 전기 비저항이 낮은 물질을 사용한다. 직경(9)이 더 작은 영역은 마찬가지로 저온 단부(6)를 향하는 전류 피드스루(8) 측에 배치된다. 여기서 다른 가능성은 지점(9)에서 전류 피드스루(1)의 물질을 절감하고, 생성된 홈을, 열 전도율과 이와 동등한 전기 전도율이 더 낮은 대체 물질로 채우는 것이다.
도 3은 전류 피드스루(10)의 다른 대안적인 실시예를 도시하며, 이 예시적인 실시예에서 열 전도율이 감소된 세그먼트(11)가 형성된다. 이를 위해, 예를 들어, 핀의 나머지 부분과 다른 물질을 사용하여 이 세그먼트를 생성할 수 있다.
또한 개별 예시적인 실시예의 상이한 특징들은 서로 결합될 수 있다. 도 1 내지 도 3의 예시적인 실시예는 특히 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명의 개념을 설명하는 역할을 한다.

Claims (11)

  1. 전기 가열식 촉매 변환기를 위한 전류 피드스루(current feed-through)(1, 8, 10)로서,
    상기 촉매 변환기는 상기 전류 피드스루(1, 8, 10)에 의해 전기적 접촉이 일어날 수 있는 적어도 하나의 전기 전도체를 내부에 갖고, 상기 전류 피드스루는, 상기 촉매 변환기의 내부로부터 외부 하우징 벽을 통해 이어지는 중심 전기 전도성 요소(2), 반경 방향 외부 표면에서 상기 전기 전도성 요소(2)를 둘러싸는 전기 절연층(3), 및 상기 전기 전도성 요소(2)와 상기 전기 절연층(3)을 수용하는 금속 슬리브(4)를 포함하되, 상기 전류 피드스루(2, 8, 10) 또는 상기 전류 피드스루(2, 8, 10)에 바로 인접한 곳에는 상기 촉매 변환기의 내부로부터 상기 전류 피드스루(2, 8, 10)를 따라 상기 촉매 변환기 외부에 배치된 접촉면으로 열이 전도되는 것을 감소시키기 위한 디바이스가 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(1, 8, 10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 요소는 핀(2)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 전기 전도성 요소에서 열 전도율이 감소된 적어도 일부분(11)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 열 차폐물(7)로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 열 차폐물(7)은 상기 접촉면을 차폐하기 위해 상기 하우징 벽의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(1).
  6. 제4항에 있어서, 상기 열 차폐물은 상기 하우징 벽의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 전류 피드스루에 열적으로 연결된 추가 열 질량체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 전류 피드스루에 열적으로 연결된 개별 냉각 로브(cooling rob) 또는 복수의 냉각 리브(cooling rib)로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 적어도 일부 부분(9)에서 직경이 현저히 감소된 전기 전도성 요소로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루(8).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 연장된 전기 전도성 요소로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스는 열 에너지를 변환하기 위해 물질의 상 변화가 일어나는, 상기 전류 피드스루의 세그먼트로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류 피드스루.
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