排气处理的具有多个加热元件的可电加热的蜂窝状本体制造技术

本发明专利技术涉及一种蜂窝状本体(1)，气体能够流经该蜂窝状本体、沿流动方向(S)从第一端面(8)流动到第二端面(9)，该蜂窝状本体由至少部分结构化的片材金属层(2，3)构造，这些片材金属层彼此上下分层放置并且彼此盘绕，并且形成透气通道(4)，其中，这些片材金属层(2，3)中的至少一个由至少两个长形的电加热元件(11，12)来增强或替代，这些电加热元件沿流动方向大致平行地且彼此前后具有间距地安排、并且横向于流动方向地延伸。优选地，该蜂窝状本体(1)由交替安排的平滑片材金属层(2)和波纹状片材金属层(3)彼此相互缠绕地构造，其中，至少一个平滑片材金属层(2)或至少一个波纹状片材金属层(3)由加热元件(11，12)来增强或替代。这些加热元件(11，12)优选地是加热导体(14)，这些加热导体带有金属套(16)，该金属套以电绝缘的方式包围这些加热导体，这些电加热元件(11，12)具有0.02mm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】排气处理的具有多个加热元件的可电加热的蜂窝状本体本专利技术涉及可电加热的蜂窝状本体的领域，可电加热的蜂窝状本体尤其用于内燃发动机(优选机动车辆中)的排气净化。可电加热的蜂窝状本体在机动车辆中主要作为催化转化器基体本体使用，排气可以流经蜂窝状本体，并且在某些操作条件下，例如在冷启动期间，蜂窝状本体被电加热以快速达到用于催化反应的合适温度，或者即使在不利的条件下也能保持合适温度。尽管存在高的热波动载荷、侵蚀性环境条件、以及可能的沉积物，但可电加热的蜂窝状本体及其部件必须以恒定的电功能实现长的使用寿命，这对材料和结构提出了高的要求。在最近的发展中，正在考虑供电电压为24V、36V或者甚至48V[伏特]的系统，而不是迄今为止在机动车辆中广泛使用的供电网络中的12V。这也对电加热的蜂窝状本体中有待选择的电绝缘材料和电阻提出了特别要求。在较高的电压下，几乎不可能将蜂窝状本体作为整体配置为加热电阻器。必须提供单独的加热元件。从EP0603222B1中已经已知，在蜂窝状本体的内部以电绝缘的方式将电导体作为传感器或加热导体布置。为此目的，所述电导体以电绝缘的方式安排在两个金属片之间，这两个金属片形成平滑的或波纹状的片材金属层，以用于构建蜂窝状本体。在所述文件中，原则上还描述了这种加热导体如何穿过套管到达外部，然后在那里该加热导体可以连接至电源。然而，对于具有较大截面或具有适用于较高电压的绝缘材料的加热导体，实现所述概念变得越来越困难，因为具有该加热导体的片材金属层变得越来越硬并且越来越难以加工。从EP0569400B1中，还已知的概念是，将形成蜂窝状本体的片材金属层的一部分通过狭槽和片材金属层的特殊设计用作加热导体。在这种情况下，同样随着供电电压的增加，设置合适的电阻和确保电绝缘材料的介电强度变得越来越困难。EP2773857B1公开了将电加热元件附接至蜂窝状本体的端面、尤其附接在端面凹槽中。虽然这允许附接甚至厚的加热元件，但致使仅对蜂窝状本体在端面上进行加热。此外，从EP0483256B1中已知，提供了一种具有内部开口和导流表面的蜂窝状本体，以便对蜂窝状本体中的流动路线产生影响。本专利技术的目的是提供一种用于可电加热的蜂窝状本体的结构，该蜂窝状本体也适用于高于12V的供电电压，并且在该蜂窝状本体中，通过设计参数的选择，可以在宽的界限内选择蜂窝状本体内部的加热功率分布。此外，通过电加热流经蜂窝状本体的气体，寻求将压力损失保持较低。所述目的是通过根据独立权利要求1的蜂窝状本体来实现的。从属权利要求指明了可以单独使用或在技术上有利地彼此组合使用的有利改进。根据本专利技术的蜂窝状本体由至少部分结构化的片材金属层构造，气体能够流经该蜂窝状本体、沿流动方向从第一端面流动到第二端面，这些片材金属层彼此上下分层放置并且彼此盘绕，并且形成透气通道，其中，这些片材金属层中的至少一个片材金属层由至少两个长形的电加热元件来增强或替代，这些长形的电加热元件沿流动方向大致平行地且彼此前后具有间距地安排、并且横向于流动方向地延伸。EP0603222B1通过举例的方式描述了如何可以将加热元件集成到平滑的或波纹状的片材金属层中作为增强件并且蜂窝状本体可以由其缠绕。然而，可以看出，随着加热元件的厚度增加，此方法受到限制。具体地讲，如果加热元件的厚度向着与蜂窝状本体的通道的截面尺寸具有相同的数量级发展，则根据本专利技术可以简单忽略所讨论的片材金属层，因为在蜂窝状本体的缠绕过程中，至少两个加热元件可以执行与波纹状片材金属层几乎相同的机械功能。在任何情况下，通常也由电绝缘材料包围的电加热元件在当前使用情况下具有较大的截面，使得它们对蜂窝状本体在气体流过其时施加的流动阻力具有相当大的影响。加热元件阻挡蜂窝状本体的一部分截面，否则该部分截面可用于流动。因此，根据本专利技术，在流动方向上彼此前后充分加热所需的两个或更多个加热元件特别地在流动方向上彼此前后安排，使得第二加热元件和任何更多后面的加热元件不会阻挡任何更多额外的截面区域。当然，可能的是，为了加热蜂窝状本体，根据其设计，在蜂窝状本体的截面平面中需要若干加热元件；于是，上述陈述类似地适用于沿流动方向安排在所述加热元件下游的更多的加热元件。加热元件可以以已知的方式集成到蜂窝状本体的一个或多个片材金属层中作为增强件，例如通过卷绕或者通过连接技术(熔焊、钎焊、烧结等)产生的连接，但是在此处讨论的使用情况下，加热元件的截面尺寸与蜂窝状本体的通道的截面具有相同的数量级或甚至比其更大。这使得可以代替波纹状的或平滑的片材金属层，使两个或更多个加热元件与其他金属片分层放置并且缠绕。此处可以想到的层的所有序列都是可能的，使得加热元件可以邻接两个相邻的平滑层、或两个相邻的波纹状层、或相邻的波纹状层和平滑层。此处，制造方面可以连同对相邻金属片的热传导或周围的气体流动的问题一起考虑。然而，可能必要的是，在将加热元件集成到这些片材金属层之一中时，考虑它们成形所需的额外空间以及可能的相邻层的成形，但如果其中一个片材金属层简单地由两个或更多个加热元件替代，则这种考虑是不必要的。如果需要，还可以沿流动方向在这些加热元件的上游、之间和/或下游安排有结构化的、尤其是波纹状片材金属层部分，这些片材金属层部分与加热元件具有相同的高度。在本专利技术的第一优选实施例中，该蜂窝状本体由交替安排的平滑片材金属层和波纹状片材金属层彼此相互缠绕地构造，其中，至少一个平滑片材金属层由加热元件来增强或替代。在这种设计的情况下，热量可以通过与相邻波纹状片材金属层相接触的点从加热元件中消散，并且气体可以在加热元件周围流动，使得热量还可以直接排放到流经蜂窝状本体的气体中。在另一个优选实施例中，根据本专利技术的蜂窝状本体由交替安排的平滑片材金属层和波纹状片材金属层彼此相互缠绕地构造，其中，至少一个波纹状片材金属层由加热元件来增强或替代。由波纹状片材金属层形成的通道、或者在片材金属层由加热元件完全替代的情况下在两个平滑片材金属层之间产生的间隙基本上被加热元件阻挡，使得在此变体中，散热是从加热导体到相邻的片材金属层进行的，根据加热的应用这可能是有利的。这些加热元件优选地是加热导体，这些加热导体带有金属套，该金属套以电绝缘的方式包围这些加热导体。这种夹套式导体以及其经过蜂窝状本体的套管引入到蜂窝状本体外部的电连接例如是从上述EP0603222B中已知的并且可以以几乎任何期望的长度并以合适的导体截面进行生产。典型地，加热元件具有圆形截面，但根据本专利技术还可以使用具有扁平截面的加热导体，具有扁平截面的加热导体尤其可以通过卷绕常规夹套式导体来实现。在这种情况下，在蜂窝状本体中，加热元件被安排成在流动方向上具有较大的截面尺寸而在径向方向(横向于流动方向)上具有较小的截面尺寸。根据本专利技术，这些电加热元件具有0.02mm2至3mm2、优选0.05mm2至2mm2[平方毫米]的导电截面。精确的尺寸确定取决于供电电压、所需的电功率、以及加热元件的长度，进而取决于相应的可电加热的蜂窝状本体的设计和尺寸。根据本专利技术，这些电加热元件被设计成用于24V至48V[伏特]的工作电压，并且能够共同接收500W至5000W[瓦特]、优选1000W至3000W的电功率，由此可以在不同的操作条件下快速且充分地加热蜂窝状本体。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝状本体(1)，气体能够流经该蜂窝状本体、沿流动方向(S)从第一端面(8)流动至第二端面(9)，该蜂窝状本体由至少部分结构化的片材金属层(2，3)构造，这些片材金属层彼此上下分层放置并且彼此盘绕，并且形成透气通道(4)，其中，这些片材金属层(2，3)中的至少一个由至少两个长形的电加热元件(11，12)来增强或替代，这些电加热元件沿流动方向大致平行地且彼此前后具有间距地安排、并且横向于流动方向地延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.04 DE 102016214495.21.一种蜂窝状本体(1)，气体能够流经该蜂窝状本体、沿流动方向(S)从第一端面(8)流动至第二端面(9)，该蜂窝状本体由至少部分结构化的片材金属层(2，3)构造，这些片材金属层彼此上下分层放置并且彼此盘绕，并且形成透气通道(4)，其中，这些片材金属层(2，3)中的至少一个由至少两个长形的电加热元件(11，12)来增强或替代，这些电加热元件沿流动方向大致平行地且彼此前后具有间距地安排、并且横向于流动方向地延伸。2.如权利要求1所述的蜂窝状本体(1)，其中，该蜂窝状本体(1)由交替安排的平滑片材金属层(2)和波纹状片材金属层(3)彼此相互缠绕地构造，并且其中，至少一个平滑片材金属层(2)由加热元件(11，12)来增强或替代。3.如权利要求1所述的蜂窝状本体(1)，其中，该蜂窝状本体(1)由交替安排的平滑片材金属层(2)和波纹状片材金属层(3)彼此相互缠绕地构造，并且其中，至少一个波纹状片材金属层(3)由加热元件(11，12)来增强或替代。4.如前述权利要求之一所述的蜂窝状本体(1)，其中，这些加热元件(11，12)是加热导体(14)，这些加热导体带有金属套(16)...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·希尔特，C·帕布斯特，
申请(专利权)人：大陆汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE