根據(jù)U.S.C三十五章§119，本申請要求于2015年7月17日提交的德國專利申請10 2015 111 689.8的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器及其制造方法。

背景技術(shù)：

用于處理氣流的催化轉(zhuǎn)化器通常是已知的，尤其是用于機動車輛內(nèi)燃機的廢氣處理。它們可包括許多組件，尤其是三路催化轉(zhuǎn)化器，烴吸附器以及多孔結(jié)構(gòu)，特別地多孔結(jié)構(gòu)可實施為網(wǎng)格、紗網(wǎng)或蜂巢體。根據(jù)例如EP 0 638 710 A2和EP 0 485 179 A2，這種系統(tǒng)是已知的。

這種催化轉(zhuǎn)化器的特殊問題是，它們應(yīng)在冷起動階段起作用。為了確保這點，根據(jù)例如DE 10 2007 024 563 A1已知，催化轉(zhuǎn)化器可裝配有可電加熱的蜂巢體，其用來加熱廢氣。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已知的熱多孔結(jié)構(gòu)按以下原理作用：加熱效果通過流經(jīng)線、板或板堆(其一起構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu))中的至少一些的電流來實現(xiàn)。由于需要均勻加熱的效果，必須向多個絲、板或板堆施加電流，并確保一方面，這樣形成的電流路徑具有定義為固定電阻的電阻，特別地其盡可能相同，另一方面確保絲、板或板堆之間電絕緣。為此，特別地，絲、板或板堆必須電絕緣懸置。所有這些絕緣會阻礙廢氣流動。結(jié)果，導(dǎo)致復(fù)雜且昂貴的制造工藝，此外也導(dǎo)致可加熱的催化轉(zhuǎn)化器對振動敏感并具有相當(dāng)高的故障風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種有成本效率的可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器，其可以簡單的方法制造并具有魯棒性，以及該催化轉(zhuǎn)化器的制造方法。

該目的由本發(fā)明可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器及其制造方法來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明用于處理氣流，尤其是內(nèi)燃機的廢氣流的可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器具有管狀殼體，由管狀殼體圍住的內(nèi)部空間，以及設(shè)置在管狀殼體內(nèi)部空間中的多孔結(jié)構(gòu)，該多孔結(jié)構(gòu)可經(jīng)由電加熱器加熱，特別地可實施為網(wǎng)格、紗網(wǎng)或蜂巢體。

對本發(fā)明來說重要的是，電加熱器是礦物絕緣加熱器，具有熱導(dǎo)體，至少一個正面連接開口和至少一個外金屬套，其中該礦物絕緣加熱器具有至少一個穿過殼體壁的段，以便所有正面連接開口設(shè)置在管狀殼體內(nèi)部空間的外部，礦物絕緣加熱器的外金屬套在這個段直接或經(jīng)由礦物絕緣真空密封的管道焊接或釬焊至管狀殼體，并且其中熱導(dǎo)體至少在礦物絕緣熱導(dǎo)體設(shè)置在氣體管通內(nèi)部空間的段完全嵌入到絕緣材料中，該絕緣材料優(yōu)選是壓緊的。絕緣材料的合適材料尤其是陶瓷材料。

通過使用具有外金屬套的礦物絕緣加熱器來確保期望的電絕緣，外金屬套具有設(shè)置在殼體外部的正面連接開口，同時外金屬套焊接或釬焊至殼體以確保電加熱器的尺寸穩(wěn)定和抗振布局。

多孔結(jié)構(gòu)(尤其是網(wǎng)格、紗網(wǎng)或蜂巢體)的均勻加熱可通過將礦物絕緣加熱器的至少一段卷到該多孔結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。特別地，這可在礦物絕緣加熱器為螺旋形狀，例如具有不同半徑、同心卷繞的螺旋彈簧的形式時實現(xiàn)。

振動穩(wěn)定性的進一步改進可在礦物絕緣加熱器焊接，尤其是真空焊接至多孔結(jié)構(gòu)時實現(xiàn)。

使用具有金屬套的礦物絕緣加熱器的特殊優(yōu)勢在于，礦物絕緣加熱器的截面形狀可根據(jù)需要塑造。特別地，通過改變該形狀可影響催化轉(zhuǎn)化器中設(shè)置有礦物絕緣加熱器的段中的氣流，而且，通過改變該形狀可實現(xiàn)加熱的均勻化。

這被證明是特別有利的，在礦物絕緣加熱器沿氣體流動方向的截面小于沿多孔結(jié)構(gòu)壁(尤其是沿蜂巢體的蜂巢壁的方向)的方向的截面時，并且礦物絕緣加熱器的延伸(應(yīng)注意這里延伸是指幾何延伸以避免誤解，盡管這是不太可能的)是沿面向多孔結(jié)構(gòu)壁，尤其是蜂巢體的蜂巢壁的方向的延伸的至少四倍，優(yōu)選地至少十倍。

礦物絕緣加熱器的加熱元件在一端連接至管狀殼體的實施例也是可以想到的，這樣管狀殼體起到回路導(dǎo)體的作用。這減少了布線的工作量。

在管狀殼體由具有至少25％(優(yōu)選地至少50％)鎳含量的因科鎳合金材料構(gòu)成時是特別有利的。

根據(jù)期望的熱分布，多個礦物絕緣加熱器可設(shè)置在多孔結(jié)構(gòu)的開口中，尤其是在蜂巢結(jié)構(gòu)的開口中。

根據(jù)本發(fā)明用于制造可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器的方法包括以下步驟：

-提供平的多孔結(jié)構(gòu)和礦物絕緣加熱器，特別地平的多孔結(jié)構(gòu)可實施為網(wǎng)格、紗網(wǎng)或蜂巢體結(jié)構(gòu)，礦物絕緣加熱器與多孔結(jié)構(gòu)相接觸，并具有熱導(dǎo)體，至少一個正面連接開口和至少一個外金屬套，該礦物絕緣加熱器設(shè)置在多孔結(jié)構(gòu)上使得至少一個正面連接開口伸出多孔結(jié)構(gòu)；

-將平的多孔結(jié)構(gòu)和與其相接觸的礦物絕緣加熱器卷起；

-將通過卷起形成的卷起多孔結(jié)構(gòu)與同時通過卷起而卷起的加熱器的外金屬套釬焊在一起，其中釬焊優(yōu)選在真空環(huán)境下進行；

-將卷起的多孔結(jié)構(gòu)與卷入其中的礦物絕緣加熱器插入到殼體中，使得伸出多孔結(jié)構(gòu)的至少一個連接開口從殼體的內(nèi)部空間中伸出通過殼體壁上的管道開口；

-將礦物絕緣真空密封管道中的礦物絕緣加熱器的外金屬套直接或經(jīng)由礦物絕緣真空密封管道焊接或釬焊至管狀殼體，使得管道開口以真空密封的方式閉合。

這種方法的強大優(yōu)勢在于其可以簡單且成本有效的方式進行。

方法步驟可以描述的方式進行，但需明確指出，在其中一個步驟之后進行對卷起的多孔結(jié)構(gòu)的釬焊也是可行的。

特別地，礦物絕緣加熱器設(shè)有焊接的連接開口，并且該連接開口僅在釬焊(尤其是真空釬焊)步驟之后打開也是可行的。

在所附權(quán)利要求中詳細指出了描繪本發(fā)明新穎性的各種特征，其形成本公開的一部分。為了更好地理解本發(fā)明，其操作優(yōu)勢以及通過使用獲得的特殊目的，對附圖和具體實施方式作出說明，具體實施方式中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

附圖說明

在附圖中：

圖1是可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器第一實施例的截面圖；

圖2是圖1中示出的實施例的礦物絕緣加熱器沿垂直于礦物絕緣加熱器延伸方向的方向的截面圖；

圖3是圖1實施例的截面的放大細節(jié)圖，沿礦物絕緣加熱器的加熱元件所在平面剖開；

圖4是可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器第二實施例的截面圖；

圖5是可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器第三實施例的截面圖；和

圖6是可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器第四實施例的截面圖。

具體實施方式

對于不同附圖中示出的相同實施例的相同組件采用相同的附圖標記。

圖1示出可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器100第一實施例的截面。可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器100具有管狀殼體101。多孔結(jié)構(gòu)102(在本示范實施例中設(shè)計為蜂巢體)設(shè)置在由殼體101圍住的內(nèi)部空間中，多孔結(jié)構(gòu)102借助于螺旋嵌入在多孔結(jié)構(gòu)102(配置為蜂巢體)中的電加熱器加熱。

如從圖2中示出的截面圖最好看出的，該電加熱器是具有熱導(dǎo)體104的礦物絕緣加熱器103，熱導(dǎo)體104具有第一段104a和沿相反方向平行延伸的段104b，所述熱導(dǎo)體在礦物絕緣加熱器103的末端105(在圖1中示出該末端)區(qū)域相互連接。熱導(dǎo)體104嵌入在壓緊的絕緣材料106中，其完全(即，沿垂直于延伸方向的所有方向)嵌入在壓緊的絕緣材料106中，該絕緣材料可由例如氧化鎂構(gòu)成。而且，礦物絕緣加熱器103具有外金屬套108。

圖2中示出的礦物絕緣加熱器103沿氣體流動方向(即，從外金屬套108由字母a標記的一側(cè)看時)的截面小于沿面向多孔結(jié)構(gòu)102的壁的方向(即，在這里示出的多孔結(jié)構(gòu)102的實施例中，沿面向蜂巢體的蜂巢壁的方向)看時的截面，即從外金屬套108由字母b標記的一側(cè)看時。

而且，沿氣體流動方向，即，沿金屬套108由字母b標記的一側(cè)，礦物絕緣加熱器103的延伸是沿面向多孔結(jié)構(gòu)102的壁的方向(即，沿面向蜂巢體102的蜂巢壁的方向，其對應(yīng)于由字母a標記的方向)的延伸的四倍。

如圖1中看到的，礦物絕緣加熱器103還具有正面連接開口109，其位于礦物絕緣加熱器103穿過管狀殼體101的壁的段103a上，所以該連接開口位于管狀殼體的內(nèi)部空間之外。礦物絕緣加熱器103的外金屬套108在這個段上(更準確地，在穿過管狀殼體的點處)與焊接節(jié)點110緊密連接。

圖3是圖1實施例的截面的放大細節(jié)圖，沿礦物絕緣加熱器103的熱導(dǎo)體104所在的平面剖開，該放大細節(jié)圖再次說明載流熱導(dǎo)體104通過壓緊的絕緣材料106與外金屬套108電絕緣，并且熱導(dǎo)體104產(chǎn)生的熱量經(jīng)由絕緣材料106和外金屬套108釋放到多孔結(jié)構(gòu)102的壁結(jié)構(gòu)，即，示出的實施例中蜂巢體的蜂巢結(jié)構(gòu)。

圖4示出的可加熱的催化轉(zhuǎn)化器200的實施例與圖1至3中實施例的區(qū)別僅在于：礦物絕緣加熱器203的配置。這包括嵌入在壓緊的氧化鎂填料(未示出)中的帶狀熱導(dǎo)體204，具有兩個正面連接開口209、210的外金屬套208，這兩個連接開口位于礦物絕緣加熱器203穿過管狀殼體201的兩個段203a、203b上，所以它們位于管狀殼體201的內(nèi)部空間之外。礦物絕緣加熱器203的外金屬套208在這些段上(更準確地，在各自穿過管狀殼體201的點處)與焊接節(jié)點211、212緊密連接。

而且，在圖4中還為熱導(dǎo)體204供電提供了連接插頭213、214。連接插頭213、214具有接觸插座215、216，其插到帶狀熱導(dǎo)體204上，并通過與不導(dǎo)電的澆鑄復(fù)合物219澆鑄在一起而固定且電絕緣，澆鑄復(fù)合物219容納在固定在外金屬套208上的插頭殼體217、218中。

圖5示出具有管狀殼體301的可加熱催化轉(zhuǎn)化器300第三實施例沿彎曲段表面的截面，其中第一多孔結(jié)構(gòu)302和第二多孔結(jié)構(gòu)320嵌入在該管狀殼體301 中，第一多孔結(jié)構(gòu)302在本示例中配置為第一蜂巢體，并可用礦物絕緣加熱器303加熱，礦物絕緣加熱器具有與圖4中示出的加熱器相同的配置，第二多孔結(jié)構(gòu)320在本示例中配置為第二蜂巢體。特別地，通過本示范實施例說明，在催化轉(zhuǎn)化器300的局部區(qū)域可加熱時，可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器300已存在于本發(fā)明的概念中。

圖6中示出的可加熱催化轉(zhuǎn)化器400的實施例(與圖5的實施例一樣)，包括具有第一多孔結(jié)構(gòu)402和第二多孔結(jié)構(gòu)420的管狀殼體401，第一多孔結(jié)構(gòu)402在該示范實施例中配置為蜂巢體，第二多孔結(jié)構(gòu)420在本示范實施例中配置為蜂巢體，其中第一多孔結(jié)構(gòu)402可由礦物絕緣加熱器403加熱。這兩個實施例的主要區(qū)別在于，礦物絕緣加熱器403的熱導(dǎo)體404在一端連接至金屬套408，這樣電流通過第一多孔結(jié)構(gòu)402傳送至用作回路導(dǎo)體的管狀殼體401。

另一個區(qū)別在于，這里與管狀殼體401的接觸經(jīng)由管道421形成，其放置在金屬套401上并填充有礦物絕緣材料422。

雖然已示出并詳細描述了本發(fā)明的具體實施例以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，應(yīng)了解，本發(fā)明可在不脫離此原理的情況下以其他方式實施。

附圖標記列表

100、200、300、400 可電加熱的催化轉(zhuǎn)化器

101、201、301、401 殼體

102、202、302、320、402、420 多孔結(jié)構(gòu)

103、203、303、403 礦物絕緣加熱器

103a、203a、203b、303a、403a 礦物絕緣加熱器的段

104、204、304、404 熱導(dǎo)體

104a 熱導(dǎo)體的第一段

104b 熱導(dǎo)體的第二段

105 熱導(dǎo)體的末端

106、206、306、406 絕緣材料

108、208、308、408 金屬套

109、209、210、309、409 正面連接開口

110、211、212、311 焊接節(jié)點

213、214、313 連接插頭

215、216、315、415 接觸插座

217、218、317 插頭殼體

219、319 澆鑄復(fù)合物

421 管道

422 礦物絕緣材料

a、b 外金屬套的側(cè)面。