EP1179123A1 - Heizelement zum beheizen strömender gase - Google Patents

Heizelement zum beheizen strömender gase

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Publication number
EP1179123A1
EP1179123A1 EP00941963A EP00941963A EP1179123A1 EP 1179123 A1 EP1179123 A1 EP 1179123A1 EP 00941963 A EP00941963 A EP 00941963A EP 00941963 A EP00941963 A EP 00941963A EP 1179123 A1 EP1179123 A1 EP 1179123A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
heating
element according
filter
flat component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00941963A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Mangold
Matthias Mangold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oberland Mangold GmbH
Original Assignee
Oberland Mangold GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oberland Mangold GmbH filed Critical Oberland Mangold GmbH
Publication of EP1179123A1 publication Critical patent/EP1179123A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between

Definitions

  • the invention relates to a heating element for heating flowing gases, having a first flat component which is electrically conductive and which can be heated by conducting an electric current, and a second flat component which is electrically insulating, the components being arranged such that a layer sequence is present, and the components form flow paths for the gas to be heated.
  • a generic heating element is known from DE 196 40 577 AI. It is an electrically heated catalytic converter with a laminated structure, which is formed from corrugated metal foils and flat metal foils. There are a plurality of successive layers of corrugated and flat metal foils. The flat metal foils and the corrugated metal foils are each insulated from one another by insulating layers. There are areas with a high electrical resistance, so that with an applied voltage and a resulting current flow there are areas with a greatly increased temperature. Because of this arrangement, a high temperature for starting catalytic reactions is generated even at a low electrical current.
  • the heating arrangement described in the prior art deals with the catalytic conversion of exhaust gases. However, there are other reasons for heating an exhaust gas flow.
  • the invention is therefore based on the objective of providing a simple and effective way of heating flowing gases, which is particularly useful in connection with particle filters.
  • the heating element according to the invention builds on the prior art in that at least some layers of Layer sequence of the first flat component are isolated from one another by the second flat component.
  • the heating element is considerably simplified in comparison to the heating element described in the prior art and is particularly suitable for operation in connection with a particle filter. Since the heating element of the present invention is primarily not used to initiate a catalytic reaction, it is not necessary to provide local high temperature zones. Rather, the flowing gas must be given an elevated temperature overall so that the soot particles sitting in a subsequent filter can be burned. It is therefore possible to achieve the desired result with a layer sequence consisting of only two components. In particular, local high-temperature areas can be dispensed with, which enables the heating element to be constructed in a simple manner.
  • the first flat component has at least one metal foil.
  • a metal foil as an electrically conductive component is particularly advantageous, since metal foils are easy to process and withstand the extreme conditions in an exhaust system particularly well.
  • the first two-dimensional component is preferably wave-shaped. Such a wave-like design allows a particularly good heating effect to be generated in a given volume. The flowing gas comes into contact with a large area of the heated first flat component.
  • the components are preferably arranged in a spiral around a line core, so that the layer sequence arises.
  • the two poles of the voltage supply are thus applied on the one hand in the center of the spiral arrangement, ie on the line core and in the outer region of the spiral arrangement.
  • the layer sequence preferably has at least four layers.
  • An arrangement of four layers has proven to be advantageous in operation with regard to the flow processes and the heating of the gas.
  • the spiral arrangement is arranged in a tube. In this way, the flow volume for the gas to be heated is defined, and the layer arrangement is provided with sufficient stability.
  • the length of the tube is greater than the axial length of the spiral arrangement. If, for example, the pipe protrudes downstream over the heating element, further functional elements can be provided on the pipe.
  • the tube is designed as an inner tube of a filter element. This gives a robust construction with a one-piece support, both for the filter element and for the heating element.
  • the insulating component is a film made of temperature-resistant, flexible material. Due to the flexibility of the film, the shape of the layer arrangement can be varied; there is also flexibility with regard to the operation of the Heating element is advantageous because, due to thermal and mechanical effects, deformations of the layer arrangement can sometimes occur.
  • the insulating component has an inner support layer, preferably made of metal, and outer layers made of an insulating material arranged on both sides of the inner support layer. This construction provides a robust, temperature-resistant heating arrangement.
  • the insulating film is preferably a glass fiber-reinforced mica layer which is temperature-resistant up to 900 ° C. Such an embodiment offers advantageous flexibility with regard to the
  • the heating power can preferably be changed by changing the resistance of the first component.
  • a change in resistance can be brought about by lengthening, shortening and / or widening the first component.
  • the length, the thickness and the corrugation of the preferably wavy electrical conductor can influence the resistance and thus the heating power.
  • the choice of material is also a parameter for changing the heating output. When changing the resistance through geometric measures, care must be taken that the insulating layer is adapted accordingly.
  • some layers of the layer sequence of the first flat component are not insulated from one another.
  • the outer area can be "short-circuited" by omitting an insulating layer, so that this does not contribute to the heating of the flowing gas. This can sometimes result in higher heating efficiency, since the radiation of the thermal energy introduced into the gas from the areas near the pipe wall is reduced.
  • At least one heating element is arranged in the flow direction in front of at least one filter. There is therefore an association between a heating element and a filter, so that the solid particles in a filter can be burnt off in a targeted manner by operating a heating element.
  • each filter element can be specifically charged with heated gas.
  • At least one pressure measuring point is arranged in front of at least one filter.
  • the pressure upstream of the filter during the operation of the exhaust system can be used as a measure of the clogging of the filter. Consequently, by measuring the pressure at a pressure measuring point, it can be determined at which point in time the use of a heating element is necessary.
  • the load state of the engine can also be taken into account.
  • At least one heating element becomes selective over time operated. If, for example, a diesel engine is operated with a high load, the use of a heating element is sometimes not necessary or only rarely due to the already high exhaust gas temperatures. There will be more frequent clogging of the filter at low load, so more frequent heater operation is useful. In any case, selective operation avoids subjecting heating elements to unnecessary continuous operation and unnecessarily drawing power from the vehicle electrical system.
  • the method according to the invention is particularly advantageous if the pressure is measured upstream of the at least one filter and the at least one heating element is operated as a function of pressure and as a function of the load condition of the motor in question. Since the pressure upstream of the filter is largely dependent on the solids content already collected by the filter, the suitable time periods for the operation of a heating element can be determined by the pressure measurement.
  • a plurality of heating elements and a plurality of filters are preferably used in the method, one heating element being assigned to a filter in each case; at least one heating element is operated when the pressure exceeds a threshold pressure, and different heating elements or different groups of heating elements are operated in the event of successive threshold pressure violations.
  • a threshold pressure For the proper operation of the exhaust system, it is sometimes not necessary to always ignite all heating elements when there is an increase in pressure. Consequently, selective ignition is sufficient, which depends, for example, on a predetermined sequence. It is also conceivable to measure the pressure in the exhaust system depending on the location, so that in this way the "correct" heating element can be selected in order to achieve the greatest possible burning effect.
  • the invention is based on the surprising finding that it is possible with a simple heating element to always operate an exhaust system under almost optimal conditions. It proves to be particularly advantageous to choose an arrangement within the exhaust system that enables selective and thus economical and ecological operation.
  • Fig. La shows a plan view of an embodiment of a heating element according to the invention
  • 1b is a sectional view through the insulating component in a preferred embodiment
  • Fig. 2 shows part of an embodiment of an exhaust system according to the invention with a heating element
  • FIG. 3 is a view of the exhaust system according to FIG. 2 in the direction of view marked III;
  • Fig. 4 is a view of the heating element in the in
  • FIG. 5 is a view of a heating element inserted into an elongated tube.
  • a heating element 2 according to the invention is shown in FIG.
  • the heating element 2 comprises a corrugated metal foil 4 which is wound spirally.
  • the layers resulting from this spiral arrangement are insulated from one another by insulating layers 6.
  • flow paths 8 are formed for a gas to be heated.
  • the layers are wound around a line core 10.
  • the entire spiral arrangement is arranged within a tube 12.
  • an electrical voltage is applied to the line core 10 and in the outer region to the metal foil 4.
  • the electrical connection in the outer region of the spiral arrangement is preferably made by direct contacting of the tube 12.
  • the heating element 2 is centrally supported by the line core 10 and thus stabilized.
  • the voltage supply to the line core 10 takes place via a feed line 20, which is led through the pipe 12 through a, preferably ceramic, insulation 22 to the outside.
  • the insulating component 6 consists of three layers 6a, 6b, 6c, the middle layer 6b preferably being a metal layer, while the outer layers 6a, 6c are insulating.
  • Fig. 2 shows part of an exhaust system.
  • a filter 16 is arranged in an exhaust pipe 14.
  • the particle-laden gas flowing through the exhaust pipe flows into the filter 16 in an end region.
  • the cleaned gas subsequently leaves the inner region of the filter 16 through the perforated outer region of the filter 16 which is provided with a filter medium.
  • Flow paths are indicated by arrows as an example.
  • the filter 16 shown is preceded by a heating element 2 so that the exhaust gas can be heated.
  • a plurality of filters 16 are preferably arranged in the exhaust pipe 14.
  • In front of the filters 16 there is a pressure measuring point 18, at which the pressure inside the exhaust pipe 14 can be determined.
  • the pressure measuring point 18 can be realized, for example, by a tube leading to the outside of a pressure sensor.
  • the heating elements 2 are also ignited as a function of pressure, but selectively and preferably in a predetermined sequence.
  • the load state of the vehicle can be used as a further parameter for the selective ignition.
  • FIG. 3 shows the exhaust pipe 14 in the viewing direction marked III in Fig. 2.
  • filters 16, 16 ' can be seen, it being entirely possible to use different filters with regard to the geometric arrangement or also with regard to the filter material.
  • a central heating element 2 is provided, which serves to heat the gas for the cleaning of all filters 16, 16 '.
  • FIG. 4 shows a heating element 2 inserted into a tube 12.
  • the electrical feed 20 to the line core 12 is also shown, which is led into the outer region of the tube 12 via a ceramic insulation 22.
  • FIG. 5 shows a heating element 2 which is inserted into an elongated tube 12.
  • the winding of the heating element 2 is pushed onto a constriction in the rear part of the tube 12. This is sufficient stabilization of the heating element 2 against slipping.
  • the extended part of the tube 12 is provided with holes 24 so that gases flowing through the tube 12 can pass through the holes 24 to the outside.
  • the actual filter medium is preferably attached to the outer area of the perforated tube part.

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Abstract

Ein Heizelement zum Beheizen strömender Gase, mit einer ersten flächigen Komponente, welche elektrisch leitfähig und durch das Leiten eines elektrischen Stroms heizbar ist, und einer zweiten flächigen Komponente, welche elektrisch isolierend ist, wobei die Komponenten so angeordnet sind, dass eine Schichtenfolge vorliegt, und die Komponenten Strömungswege für das zu beheizende Gas bilden und wobei wenigstens einige Schichten der Schichtenfolge der ersten flächigen Komponente durch die zweite flächige Komponente gegeneinander isoliert sind. Eine Abgasanlage weist mindestens ein Heizelement auf, welches in Strömungsrichtung vor mindestens einem Filter angeordnet ist. Bei einem Verfahren zum Beheizen strömender Gase wird mindestens ein Heizelement zeitlich selektiv betrieben.

Description

Heizelement zum Beheizen strömender Gase
Die Erfindung betrifft ein Heizelement zum Beheizen strömender Gase, mit einer ersten flächigen Komponente, welche elektrisch leitfähig und durch das Leiten eines elektrischen Stroms heizbar ist, und einer zweiten flächigen Komponente, welche elektrisch isolierend ist, wobei die Komponenten so angeordnet sind, daß eine Schichtenfolge vorliegt, und die Komponenten Strömungswege für das zu beheizende Gas bilden.
Ein gattungsgemäßes Heizelement ist aus der DE 196 40 577 AI bekannt. Dabei handelt es sich um einen elektrisch beheizten katalytischen Umwandler mit einem laminierten Aufbau, der aus gewellten Metallfolien und flachen Metallfolien gebildet ist. Es liegt eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Schichten aus gewellten und flachen Metallfolien vor. Die flachen Metallfolien und die gewellten Metallfolien sind jeweils durch Isolierschichten gegeneinander isoliert. Es existieren Bereiche mit einem hohen elektrischen Widerstand, so daß bei einer angelegten Spannung und einem resultierenden Stromfluß Bereiche mit einer stark erhöhten Temperatur vorliegen. Aufgrund dieser Anordnung wird bereits bei einer geringen elektrischen Stromstärke eine hohe Temperatur zum Starten von katalytischen Reaktionen erzeugt. Die beschriebene Heizanordnung des Standes der Technik befaßt sich mit der katalytischen Umwandlung von Abgasen. Allerdings gibt es auch andere Gründe für die Beheizung eines Abgasstroms .
Bei Dieselmotoren ist es beispielsweise bekannt, die im Abgas befindlichen Rußpartikel in einem Filter innerhalb der Auspuffanläge herauszufiltern. Wird der Dieselmotor mit hoher Last betrieben, so weisen die durch den Filter durchtretenden Abgase eine hohe Temperatur auf, und die von dem Filter aufgefangenen Rußpartikel werden aufgrund der hohen Temperaturen verbrannt. Folglich kommt es nur selten zu einer Zusetzung des Filters, da eine quasi selbstreinigende Wirkung vorliegt. Problematisch ist der Betrieb eines Rußfilters allerdings bei Betriebsbedingungen des Motors, welche vergleichsweise geringe Abgastemperaturen nach sich ziehen. Die Abgastemperatur reicht dann nicht mehr dazu aus, die nötige Energie für die Verbrennung der im Filter befindlichen Rußpartikel bereitzustellen. Es kann daher auch bei Abgasanlagen für Dieselmotoren nützlich sein, den Abgasstrom zu beheizen.
Der Erfindung liegt somit die A u f g a b e zugrunde, eine einfache und wirkungsvolle Möglichkeit zum Beheizen strömender Gase zu schaffen, welche insbesondere in Verbindung mit Partikelfiltern nützlich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 14 und 17 gelöst.
Das erfindungsgemäße Heizelement baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, daß wenigstens einige Schichten der Schichtenfolge der ersten flächigen Komponente durch die zweite flächige Komponente gegeneinander isoliert sind. Das Heizelement ist im Vergleich zu dem beschriebenen Heizelement des Standes der Technik wesentlich vereinfacht und für den Betrieb im Zusammenhang mit einem Partikelfilter besonders geeignet. Da das Heizelement der vorliegenden Erfindung in erster Linie nicht dem Ingangsetzen einer katalytischen Reaktion dient, ist es nicht erforderlich, lokale Hochtemperaturzonen bereitzustellen. Vielmehr ist dem strömenden Gas insgesamt eine erhöhte Temperatur zu vermitteln, damit eine Verbrennung der in einem nachfolgenden Filter sitzenden Rußpartikel erfolgen kann. Daher ist es möglich, mit einer Schichtenfolge aus nur zwei Komponenten das erwünschte Ergebnis zu erzielen. Insbesondere kann auf lokale Hochtemperaturbereiche verzichtet werden, was einen einfachen Aufbau des Heizelementes ermöglicht.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste flächige Komponente mindestens eine Metallfolie aufweist. Eine Metallfolie als elektrisch leitende Komponente zu verwenden, ist besonders vorteilhaft, da Metallfolien leicht zu verarbeiten sind und den extremen Bedingungen in einer Auspuffanlage besonders gut standhalten.
Vorzugsweise ist die erste flächige Komponente wellenförmig ausgebildet. Durch eine solche wellenförmige Ausbildung läßt sich in einem vorgegebenen Volumen eine besonders gute Heizwirkung erzeugen. Das strömende Gas kommt mit einer großen Fläche der beheizten ersten flächigen Komponente in Berührung.
Bevorzugt sind die Komponenten spiralförmig um einen Leitungskern angeordnet, so daß die Schichtenfolge entsteht. Die beiden Pole der Spannungsversorgung werden somit einerseits im Zentrum der spiralförmigen Anordnung, d.h. an dem Leitungskern und im äußeren Bereich der spiralförmigen Anordnung angelegt.
Vorzugsweise weist die Schichtenfolge mindestens vier Schichten auf. Eine Anordnung aus vier Schichten hat sich im Betrieb als vorteilhaft im Hinblick auf die Strömungsvorgänge sowie auf die Beheizung des Gases erwiesen.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die spiralförmige Anordnung in einem Rohr angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Strömungsvolumen für das zu beheizende Gas definiert, und der Schichtenanordnung ist eine ausreichende Stabilität vermittelt.
Es kann vorteilhaft sein, daß die Länge des Rohres größer ist als die axiale Länge der spiralförmigen Anordnung. Wenn das Rohr also beispielsweise stromabwärts über das Heizelement übersteht, können auf dem Rohr weitere funktioneile Elemente vorgesehen sein.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das Rohr als Innenrohr eines Filterelementes ausgebildet ist. Man erhält so einen robusten Aufbau mit einem einstückigen Träger, sowohl für das Filterelement als auch für das Heizelement .
Besonders bevorzugt ist es, wenn die isolierende Komponente eine Folie aus temperaturbeständigem, flexiblem Material ist. Durch die Flexibilität der Folie ist man einerseits in der Formgebung der Schichtenanordnung variabel; ferner ist eine Flexibilität auch im Hinblick auf den Betrieb des Heizelementes von Vorteil, da aufgrund thermischer und mechanischer Effekte mitunter Verformungen der Schichtanordnung auftreten können.
Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn die isolierende Komponente eine innere Stützschicht, bevorzugt aus Metall, und auf beiden Seiten der inneren Stützschicht angeordnete Außenschichten aus einem Isoliermaterial aufweist. Durch diesen Aufbau liegt eine robuste, temperaturbeständige Heizanordnung vor.
Vorzugsweise handelt es sich bei der isolierenden Folie um o eine glasfaserverstärkte GlimmerSchicht, die bis 900 C temperaturbeständig ist. Eine derartige Ausführungsform bietet eine vorteilhafte Flexibilität im Hinblick auf die
Fertigung und eine ausreichende Belastbarkeit während des
Betriebs des Heizelementes .
Vorzugsweies ist die Heizleistung durch Veränderung des Widerstandes der ersten Komponente veränderbar. Eine solche Widerstandsveränderung kann durch Verlängerung, Verkürzung und/oder Verbreiterung der ersten Komponente bewirkt werden. Ferner können auch die Länge, die Stärke und die Wellung des vorzugsweise wellenförmig ausgebildeten elektrischen Leiters den Widerstand und damit die Heizleistung beeinflussen. Ebenfalls ist die Wahl des Materials ein Parameter zum Verändern der Heizleistung. Bei der Veränderung des Widerstandes durch geometrische Maßnahmen ist darauf zu achten, daß die Isolierschicht entsprechend angepaßt wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, daß einige Schichten der Schichtenfolge der ersten flächigen Komponente nicht gegeneinander isoliert sind. Liegt beispielsweise eine spiral- förmige Anordnung innerhalb eines Rohres vor, so kann der äußere Bereich durch das Fortlassen einer Isolierschicht "kurzgeschlossen" werden, so daß dieser nicht zur Beheizung des strömenden Gases beiträgt . Dies kann mitunter eine höhere Effizienz beim Heizen bewirken, da die Abstrahlung der in das Gas eingebrachten Wärmeenergie aus den rohrwand- nahen Bereichen herabgesetzt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist mindestens ein Heizelement in Strömungsrichtung vor mindestens einem Filter angeordnet. Es liegt somit eine Zuordnung zwischen einem Heizelement und einem Filter vor, so daß ein Abbrennen der Feststoffpartikel in einem Filter gezielt durch das Betreiben eines Heizelementes erfolgen kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Filter und Heizelemente parallel angeordnet sind. Auf diese Weise kann jedes Filterelement gezielt mit beheiztem Gas beschickt werden.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn vor mindestens einem Filter mindestens eine Druckmeßstelle angeordnet ist. Der Druck vor dem Filter während des Betriebs der Abgasanlage kann als Maß für die Zusetzung des Filters verwendet werden. Folglich kann durch die Messung des Druckes an einer Druckmeßstelle ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt der Einsatz eines Heizelementes erforderlich ist. Dabei kann zusätzlich der Lastzustand des Motors berücksichtigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beheizen strömender Gase wird mindestens ein Heizelement zeitlich selektiv betrieben. Wird beispielsweise ein Dieselmotor mit hoher Last betrieben, so ist aufgrund der ohnehin hohen Abgastemperaturen der Einsatz eines Heizelementes mitunter nicht oder nur selten erforderlich. Bei geringer Last wird eine häufigere Zusetzung des Filters vorliegen, so daß ein häufigerer Betrieb der Heizelemente nützlich ist. Jedenfalls wird durch den selektiven Betrieb vermieden, Heizelemente einem unnötigen Dauerbetrieb zu unterwerfen und Leistung aus den Bordnetz unnötig zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn der Druck vor dem mindestens einen Filter gemessen wird und das mindestens eine Heizelement druckabhängig und in Abhängigkeit vom Lastzustand des betreffenden Motors betrieben wird. Da der Druck vor dem Filter maßgeblich von dem bereits von dem Filter aufgefangenen Feststoffgehalt abhängt, können durch die Druckmessung die geeigneten Zeiträume für den Betrieb eines Heizelementes ermittelt werden.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren mehrere Heizelemente und mehrere Filter verwendet, wobei ein Heizelement jeweils einem Filter zugeordnet ist; mindestens ein Heizelement wird betrieben, wenn der Druck einen Schwellendruck überschreitet, und bei aufeinanderfolgenden Schwellendrucküberschreitungen werden verschiedene Heizelemente oder verschiedene Gruppen von Heizelementen betrieben. Für den ordnungsgemäßen Betrieb der Auspuffanlage ist es mitunter nicht erforderlich, stets sämtliche Heizelemente bei einer Druckerhöhung zu zünden. Folglich ist ein selektives Zünden ausreichend, welches beispielsweise von einer vorbestimmten Reihenfolge abhängt. Es ist auch denkbar, den Druck in der Auspuffanläge ortsabhängig zu messen, so daß auf diese Weise die Auswahl des "richtigen" Heizelementes zur Erzielung eines möglichst großen Abbrenneffektes erfolgen kann. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß es mit einem einfach ausgebildeten Heizelement möglich ist, eine Auspuffanläge stets unter nahezu optimalen Bedingungen zu betreiben. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, eine Anordnung innerhalb der Auspuffanläge zu wählen, die einen selektiven und somit ökonomischen sowie ökologischen Betrieb ermöglicht.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft beschrieben.
Fig. la zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizelementes;
Fig. lb ist eine Schnittansicht durch die isolierende Komponente in einer bevorzugten Ausführungs- form;
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Ausführungsform einer erfindunsgemäßen Auspuffanlage mit einem Heizelement;
Fig. 3 ist eine Ansicht der Auspuffanläge gemäß Fig. 2 in der mit III gekennzeichneten Blickrichtung;
Fig. 4 ist eine Ansicht des Heizelementes in der in
Fig. la mit IV gekennzeichneten Blickrichtung;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines in ein verlängertes Rohr eingesetzten Heizelementes . In Fig. la ist ein erfindungsgemäßes Heizelement 2 dargestellt. Das Heizelement 2 umfaßt eine wellenförmig ausgebildete Metallfolie 4, welche spiralförmig gewickelt ist. Die aufgrund dieser spiralförmigen Anordnung entstehenden Schichten sind durch Isolierschichten 6 gegeneinander isoliert. Durch die beschriebene Anordnung der Komponenten werden Strömungswege 8 für ein zu beheizendes Gas ausgebildet. Die Schichten sind um einen Leitungskern 10 gewickelt. Die gesamte spiralförmige Anordnung ist innerhalb eines Rohres 12 angeordnet. Zum Beheizen des Heizelementes wird eine elektrische Spannung an den Leitungskern 10 und im äußeren Bereich an die Metallfolie 4 angelegt. Die elektrische Verbindung im Außenbereich der spiralförmigen Anordnung erfolgt vorzugsweise durch direkte Kontaktierung des Rohres 12. Das Heizelement 2 wird durch den Leitungskern 10 zentral gestützt und damit stabilisiert. Die Spannungszuführung zum Leitungskern 10 erfolgt über eine Zuleitung 20, die durch eine, vorzugsweise keramische, Isolierung 22 durch das Rohr 12 nach außen geführt ist.
In Fig. lb ist ein Schnitt durch die isolierende Komponente 6 in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die isolierende Komponente 6 besteht aus drei Schichten 6a, 6b, 6c, wobei die mittlere Schicht 6b vorzugsweise eine Metallschicht ist, während die äußeren Schichten 6a, 6c isolierend sind.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Auspuffanläge. In einem Auspuffrohr 14 ist ein Filter 16 angeordnet. Das durch das Auspuffrohr strömende, partikelbeladene Gas strömt in einem Endbereich in das Filter 16 ein. Nachfolgend verläßt das gereinigte Gas den Innenbereich des Filters 16 durch den perforierten und mit einem Filtermedium versehenen Außenbereich des Filters 16. Strömungswege sind durch Pfeile beispielhaft angedeutet. Dem dargestellten Filter 16 ist ein Heizelement 2 vorgeschaltet, so daß das Auspuffgas beheizt werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Filter 16 in dem Auspuffrohr 14 angeordnet. Vor den Filtern 16 befindet sich eine Druckmeßstelle 18, an welcher der Druck innerhalb des Auspuffrohres 14 ermittelt werden kann. Die Druckmeßstelle 18 kann beispielsweise durch ein nach außen zu einem Drucksensor führendes Rohr realisiert sein. Je verschmutzter die Filter 16 sind, umso höher ist der Druck, welcher über die Druckmeßstelle 18 ermittelt wird. Somit kann der Betrieb eines Heizelementes 2 von dem Druck abhängig gemacht werden, welcher an der Druckmeßstelle 18 ermittelt wird. Im Ergebnis wird das Heizelement 2 nur betrieben, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Bei einer Anordnung mit mehreren Filtern 16 und mehreren Heizelementen 2 werden die Heizelemente 2 ebenfalls druckabhängig gezündet, jedoch selektiv und bevorzugt in einer vorbestimmten Reihenfolge. Als weiterer Parameter für die selektive Zündung kann der Lastzustand des Fahrzeugs herangezogen werden.
Fig. 3 zeigt das Auspuffrohr 14 in der in Fig. 2 mit III gekennzeichneten Blickrichtung. Es sind mehrere Filter 16, 16' zu erkennen, wobei durchaus verschiedene Filter im Hinblick auf die geometrische Anordnung oder auch im Hinblick auf das Filtermaterial Verwendung finden können. Im vorliegenden Beispiel ist ein zentrales Heizelement 2 vorgesehen, welches der Erwärmung des Gases für die Reinigung aller Filter 16, 16' dient. Fig. 4 zeigt ein in ein Rohr 12 eingesetztes Heizelement 2. Hier ist ebenfalls die elektrische Zuführung 20 zu dem Leitungskern 12 dargestellt, welche über eine keramische Isolierung 22 in den Außenbereich des Rohres 12 geführt wird.
In Fig. 5 ist ein Heizelement 2 dargestellt, welches in ein verlängertes Rohr 12 eingesetzt ist. Die Wicklung des Heizelementes 2 ist auf eine Verengung im rückwärtigen Teil des Rohres 12 geschoben. Damit liegt eine ausreichende Stabilisierung des Heizelementes 2 gegen Verrutschen vor. Der verlängerte Teil des Rohres 12 ist mit Löchern 24 versehen, so daß durch das Rohr 12 strömende Gase durch die Löcher 24 nach außen treten können. Das eigentliche Filtermedium ist vorzugsweise am Außenbereich des perforierten Rohrteils angebracht .
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

ANSPRÜCHE:
1. Heizelement (2) zum Beheizen strömender Gase, mit
- einer ersten flächigen Komponente (4) , welche elektrisch leitfähig und durch das Leiten eines elektrischen Stroms heizbar ist, und
- einer zweiten flächigen Komponente ( 6 ) , welche elektrisch isolierend ist, wobei
- die Komponenten (4, 6) so angeordnet sind, daß eine Schichtenfolge vorliegt, und
- die Komponenten Strömungswege (8) für das zu beheizende Gas bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens einige Schichten der Schichtenfolge der ersten flächigen Komponente (4) durch die zweite flächige Komponente (6) gegeneinander isoliert sind.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste flächige Komponente ( 4 ) mindestens eine Metallfolie (4) aufweist.
3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste flächige Komponente ( 4 ) wellenförmig ausgebildet ist.
4. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Komponenten (4, 6) spiralförmig um einen Leitungskern (10) angeordnet sind, so daß die Schichtenfolge entsteht.
5. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schichtenfolge mindestsens vier Schichten aufweist.
6. Heizelement nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die spiralförmige Anordnung in einem Rohr (12) angeordnet ist.
7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Länge des Rohrs (12) größer ist als die axiale Länge der spiralförmigen Anordnung.
8. Heizelement nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Rohr (12) als Innenrohr eines Filterelementes ausgebildet ist.
9. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die isolierende Komponente ( 6 ) eine Folie aus temperaturbeständigem, flexiblem Material ist.
10. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die isolierende Komponente eine innere Stütz- schicht, bevorzugt aus Metall, und auf beiden Seiten der inneren Stützschicht angeordnete Außenschichten aus einem Isoliermaterial aufweist.
11. Heizelement nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die isolierende Folie ( 6 ) eine glasfaserverstärkte o Glimmerschicht ist, die bis 900 C temperaturbeständig ist.
12. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Heizleistung durch Veränderung des Widerstandes der ersten Komponente (4) veränderbar ist.
13. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß einige Schichten der Schichtenfolge der ersten flächigen Komponente (4) nicht gegeneinander isoliert sind.
14. Abgasanlage, insbesondere mit einem Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Heizelement (2) in Strömungsrichtung vor mindestens einem Filter (16) angeordnet ist.
15. Abgasanlage nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Filter (16) und Heizelemente (2) parallel angeordnet sind.
16. Abgasanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß vor mindestens einem Filter ( 2 ) mindestens eine Druckmeßstelle (18) angeordnet ist.
17. Verfahren zum Beheizen strömender Gase, insbesondere mit einem Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einer Abgasanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem mindestens ein Heizelement (2) zeitlich selektiv betrieben wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Druck vor dem mindestens einen Filter (16) gemessen wird und das mindestens eine Heizelement ( 2 ) druckabhängig und in Abhängigkeit vom Lastzustand des betreffenden Motors betrieben wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei dem
- mehrere Heizelemente (2) und mehrere Filter (16) verwendet werden, wobei ein Heizelement (2) jeweils einem Filter (16) zugeordnet ist,
- mindestens ein Heizelement (2) betrieben wird, wenn der Druck einen Schwellendruck überschreitet, und
- bei aufeinanderfolgenden Schwellendrucküberschreitungen verschiedene Heizelemente ( 2 ) oder verschiedene Gruppen von Heizelementen (2) betrieben werden.
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