KR20180014787A - 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체를 위한 층상 패킷 접촉 - Google Patents

전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체를 위한 층상 패킷 접촉 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 2개의 전기 전도성 스택(2)을 관통하는 적어도 하나의 전기 전도성 막대 요소(6)를 포함하고, 유체(4)가 관통하여 유동할 수 있는 다수의 채널(5)을 형성하는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 포일(3)의 적어도 2개의 전기 전도성 스택(2) 사이의 전기 전도성 연결부(1)에 관한 것이며, 스페이서 요소(7)가 막대 요소(6) 상에서 적어도 2개의 스택(2) 사이에 배열되며, 2개의 스택(2)은 스페이서 요소에 의해 일정 거리에 배열되며; 적어도 2개의 스택(2), 적어도 하나의 막대 요소(6), 및 스페이서 요소(7)를 포함하는 장치(8)는 적어도 하나의 클램핑 요소(9)에 의해 클램핑된다.

Description

전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체를 위한 층상 패킷 접촉
본 발명은 특히 바람직하게는 자동차의 내연기관의 배기가스 처리 시스템을 위한 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체(honeycomb body)의 분야에 관한 것이다. 전기 가열 가능한 벌집형 물체는 예를 들어 특정 화학 반응, 특히 그 결과 촉매 반응으로 활성화된 반응을 위해 특정 최소 온도를 달성하거나 또는 유지하기 위해 배기가스 정화 시스템에서 성분들 및/또는 유체를 가열하기 위해 요구된다. 이러한 것은 예를 들어 배기가스 촉매 컨버터, 입자 필터 및/또는 아산화질소를 감소시키기 위한 시스템에서 이용된다.
이러한 종류의 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체의 전형적인 디자인은 예를 들어 WO 96/10127에 기술되어 있다. EP 1 967 712는 또한 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체의 구조를 나타낸다. 두 문헌은 인접한 벌집형 물체에 이러한 종류의 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체를 지지하는(전기적으로 절연된 방식으로) 옵션을 제공한다.
전기 가열에 대해 충분히 높은 비반응성 저항을 제공할 수 있기 위하여, 이러한 종류의 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체는 유체(특히 가스)가 관통하여 축 방향으로 유동할 수 있는 채널을 형성하도록 구조화된 몇몇 시트 금속층(예를 들어, 호일)의 적어도 하나의 스택을 포함한다. 거칠게 구조화된 금속 시트, 및 또한 미세하게 구조화된 및/또는 매끄러운 금속 시트들은 전형적으로 이러한 목적을 위해 교대로 번갈아 적층된다. 하나의 스택 내의 시트 금속층들은 바람직하게는 서로 납땜되거나 또는 소수의(선택된) 또는 모든 접점에서 확산 연결에 의해 서로 고정된다.
상기 스택이 U자 형상의 S자 형상으로 반대 방향으로 고리 모양으로 되기 때문에, 상기 스택은 원형 또는 타원형 단면을 채우도록 형성되고, 여기에서, 스택의 인접한 턴(turn)들은 서로 전기적으로 절연되어야만 한다.
US 5,322,673은 시트 금속층/호일들의 스택이 구불구불한 방식(meandering manner)으로 배열된 전기적으로 가열 가능한 벌집형 물체를 개시한다. 이러한 장치(arrangement)는 비원형 또는 비타원형 단면, 즉, 예를 들어 직사각형 단면을 가지는 벌집형 물체에 특히 적합하다.
이 실시예에서, 조임부(constriction)는 스택의 방향 또는 접힘(folding)에서의 각각의 변화에 대해 제공된다. 이러한 조임부 영역에서, 포일들은 하나의 포일이 다른 포일에 매끄럽게 기대며, 각각 어떠한 구조화도 보이지 않는다. 그러나, 이러한 종류의 포일들의 스택을 제조하는 것은 복잡하며, 그럼에도 불구하고, 포일에 대한 손상이 스택을 접을 때 발생할 수 있다.
상기로부터 기인하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 개괄된 기술적인 문제를 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특정 목적은 층상 패킷의 연결부를 지정하는 것이며, 이러한 연결부는 단순하고 재생 가능한 방식으로 확립될 수 있으며, 벌집형 물체의 상이한 단면에 대한 유연한 적응이 가능하도록 또한 의도된다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징에 따른 연결에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 유리한 개선은 각각의 경우에 종속항으로서 작성된 청구항들에 지정된다. 청구항들에서 개별적으로 기술된 특징들은 임의의 필요한, 기술적으로 적절한 방식으로 서로 조합될 수 있고, 본 발명의 추가의 설계 변형예들이 기술되는 것과 함께 상세한 설명으로부터의 설명적인 사실에 의해 보충될 수 있다.
유체가 관통하여 유동할 수 있는 다수의 채널을 형성하는 적어도 부분적으로 구조화된 시트 금속층들/금속 호일들의 적어도 2개의 전기 전도성 스택 사이의 전기 전도성 연결부는 이러한 목적에 기여한다. 이러한 연결부는 적어도 2개의 스택을 관통하는 적어도 하나의 전기 전도성 막대 요소를 포함하며, 스페이서 요소는 적어도 하나의 막대 요소 상에서 적어도 2개의 스택 사이에 배열되고, 상기 2개의 스택은 상기 스페이서 요소에 의해 서로로부터 일정 거리에 배열된다. 적어도 2개의 스택, 적어도 하나의 막대 요소, 및 스페이서 요소를 포함하고 적어도 하나의 클램핑 요소에 의해 클램핑되는 장치가 또한 제공된다.
이러한 전기 전도성 연결부는 이제, 구불구불한 방식으로 진행하고 조임부를 가지는 개별 스택 대신에, 직선 방식으로 적층되고 예를 들어 서로 적층되는 포일들의 복수의 스택이 막대 요소에 의해 전기 전도성으로 연결되는 것을 허용한다. 이러한 전기 전도성 연결부는 저항의 국부적인 변화를 가능하게 하며, 상기 저항의 국부적인 변화는 스택의 주름(fold)(전류는 바람직하게는 "내부 호일"을 따라서, 즉 "최단" 경로를 따라서 또는 가장 낮은 전기 저항을 가지는 경로를 따라서 흐른다) 및 방해된 결과로서 생성되는 "과열점(hot spot)"(국부적인 과열점)에서 특히 발생할 수 있다.
특히, 막대 요소는 특히 스택들의 단부를 관통하여 상기 스택들을 전기 전도성으로 연결하는 고형 스페이서(solid spacer)이다.
전기 연결부는 연결부의 전기 저항[Ω]에 대해 영구적으로 낮은 값을 보장한다. 또한, 예를 들어 스택의 기존의 주름들에서 소위 "과열점"이 발생하지 않기 때문에, 벌집형 물체를 전기적으로 가열할 때, 균질한 온도 분포가 보장된다.
특히, 적어도 하나의 막대 요소는 채널들의 프로파일에 대해 횡으로 그리고 각각의 스택의 표면에 대해 횡으로 배열된다.
적어도 하나의 스택은 바람직하게는 적어도 하나의 단부를 가지며, 막대 요소는 단부의 영역에서 스택을 관통한다. 특히, 모든 스택은 연결부에 의해 각각의 단부를 통해 인접한 스택에 연결된다.
특히, 스페이서 요소는 막대 요소의 플랜지에 의해 형성되고, 2개의 스택은 플랜지에 의해 서로 일정한 거리에 배열된다. 특히, 그러므로, 스페이서 요소는 막대 요소(예를 들어, 단차형 볼트)와 일체로 형성된다.
특히, 스택의 포일들은 막대 요소의 바로 근처에서 실질적으로 갭없이 서로 기댄다. 특히, 포일들은 적어도 막대 요소의 이러한 바로 인접한 부분에서 비구조화된 디자인의 것이거나, 또는 실질적으로 갭없이 서로 기대도록 장치의 클램핑에 의해 서로 가압된다.
상기 적어도 하나의 막대 요소 및 상기 스페이서 요소는 바람직하게는 상기 장치를 통해 흐르는 전류[암페어]에 대한 전기 저항(Ω)을 함께 가지며, 상기 전기 저항은 임의의 스택의 전기 저항 [Ω]의 최대 20%이다. 적어도 하나의 막대 요소와 스페이서 요소가 임의의 스택의 전기 저항의 최대 10% 또는 심지어 오직 최대 5%의 전기 저항을 함께 가지는 것이 매우 특히 바람직하다. 예로서, 적어도 하나의 막대 요소와 스페이서 요소는 약 500μΩ(마이크로옴)의 영역에 있는 전기 저항을 함께 가진다. 예로서, 하나의 스택은 10 mΩ(밀리옴) 내지 1Ω의 전기 저항을 가진다. 이러한 고려중인 스택은 특히 상이한 길이의 스택이 사용될 때 가장 긴, 연결되었거나 또는 전기적으로 연결된 스택이다. 스택에서의 전기 저항은 특히 그 길이의 방향으로의 필요한 전류 흐름을 따라서 결정된다.
특히, 적어도 하나의 클램핑 요소는 막대 요소의 비딩(beading)에 의해(예를 들어, 리벳의 방식으로) 형성된다.
특히, 막대 요소와 적어도 하나의 클램핑 요소, 또는 스페이서 요소와 적어도 하나의 클램핑 요소는 나사/너트 유닛을 형성한다.
막대 요소는 바람직하게는 수나사(스크루)로 설계되고, 클램핑 요소는 바람직하게는 암나사(너트)로 설계된다.
스페이서 요소는 바람직하게는 클램핑 요소가 수나사를 가진 스크루의 형태로 결합되는 암나사를 가진 보어를 가진다. 이러한 경우에, 스크루형 클램핑 요소는 스택을 관통하는 막대 요소를 형성한다.
특히, 적어도 하나의 클램핑 요소는 막대 요소에 있는 그루브와 상호 작용하는 클립이다.
특히, 막대 요소와 적어도 하나의 클램핑 요소, 또는 스페이서 요소와 적어도 하나의 클램핑 요소는 보어/핀 유닛을 형성하며, 사용되는 핀은 특히 원통형 핀, 원추형 핀, 노치 핀 또는 클램핑 핀이다. 스페이서 요소는 바람직하게는 클램핑 요소의 핀이 결합되는 보어를 가진다(그 반대도 가능하다). 이러한 경우에, 클램핑 요소의 핀은 스택을 관통하는 막대 요소를 형성한다.
기술적인 해결책은 유체(배기가스)가 관통하여 유동할 수 있고 서로 인접하여 배열된 복수의 스택에 의해 형성되는 단면을 가지는 벌집형 물체를 추가로 포함하며, 각각 서로 인접하여 배열된 스택은 각각의 경우에 적어도 하나의 막대 요소에 대한 본 발명에 따른 연결부에 의해 그 단부에서 서로 전기 전도성으로 연결되어서, 구불구불한 방식으로 진행하는 전류 경로가 스택들 및 적어도 하나 막대 요소를 통해 형성된다.
특히, 서로 인접하여 배열된 스택은 적어도 하나의 막대 요소에 의해서만 서로 전기 전도성으로 연결되고, 그렇지 않으면 각각의 경우에 에어 갭에 의해 서로 분리되는 방식으로, 그러므로 전기적으로 절연된 방식으로 배열된다.
스택들은 바람직하게는 실질적으로 직선 방식으로 연장된다.
특히, 단면이 서로 인접하여 배열된 스택들에 의해 형성되는 벌집형 물체의 단면은 실질적으로 직사각형이다.
또 다른 양태는 내연기관, 및 상기 내연기관의 배기가스를 처리하기 위한 배기가스 처리 시스템을 적어도 가지며, 상기 배기가스 처리 시스템이 상기된 기술적인 해결책에 따른 적어도 하나의 벌집형 물체를 가지는 자동차를 제안한다.
제안된 기술적인 해결책 및 기술 분야는 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 도면은 특히 바람직한 예시적인 실시예를 나타내지만, 기술적인 해결책은 상기 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 특히, 도면 및 특히 도시된 비율은 완전히 개략적인 것임을 유의해야 한다. 도면에서 동일한 도면부호는 동일한 개체를 식별한다. 도면에서:
도 1은 US 5,332,672에 따른 벌집형 물체를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 연결부에 의해 서로 전기 전도성으로 연결된 2개의 스택을 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 그루브를 가지는 막대 요소를 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 클램핑 요소로서 클립을 개략적으로 도시한 도면;
도 5는 막대 요소 및 클램핑 요소들로서 클립들을 포함하는 연결부를 가지는 장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 6은 노치(notched) 핀으로서 설계된 클램핑 요소를 개략적으로 도시한 도면;
도 7은 막대 요소들로서 도 6에 따른 2개의 클램핑 요소 및 스페이서 요소를 포함하는 연결부를 가지는 장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 8은 리벳으로서 설계된 막대 요소를 개략적으로 도시한 도면;
도 9는 도 8에 따른 막대 요소 및 디스크를 구비한 연결부를 개략적으로 도시한 도면; 및
도 10은 도 8에 따른 막대 요소를 가지는 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 유체(4)(배기가스)가 관통하여 유동할 수 있고 서로 인접하여 배열된 포일(3)의 복수의 스택(2)에 의해 형성되는 단면(17)을 가지는 US 5,322,672에 따른 공지된 벌집형 물체(27)를 도시하며, 여기에서, 서로 인접하여 배열된 스택(2)이 연결부(1)로서 조임부(28)에 의해 서로 전기 전도성으로 연결되어서, 전류(16)는 구불구불한 방식으로 진행하는 전류 경로(18)를 따라서 스택(2)을 통해 전도된다. 구조화된 포일(3)은 조임부(28)의 영역에서 서로 가압되어서, 서로에 대하여 편평하게 지지된다. 벌집형 물체(27)는 포일(3)들의 단일 스택(2)에 의해 형성되며, 조임부(28)는 포일(3)을 접는 것에 의해 벌집형 물체(27)의 요구되는 단면(17)을 제조하기 위해 생성되었다. 하나의 스택이 다른 스택에 놓이는 스택(2)들은 각각의 경우에 예를 들어 에어 갭(19)(또는 절연 코팅 또는 절연층)에 의해 서로로부터 일정 거리에 있다. 스택(2)은 유체(4)가 관통하여 유동할 수 있는 다수의 채널(5)을 형성하는 매끄럽고 구조화된 포일(3)들에 의해 형성된다.
조임부(28) 대신에, 이하의 도면의 도움으로 예시되는 전기 전도성 연결부(1)를 이용하는 것이 본 명세서에서 지금 제안된다.
도 2는 연결부(1)에 의해 서로 전기 전도성으로 연결된 2개의 스택(2)을 도시한다. 전기 전도성 연결부(1)는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 포일(3)을 가지는 2개의 전기 전도성 스택(2)을 연결한다. 포일(3)들은 유체(4)가 관통하여 유동할 수 있는 다수의 채널(5)을 형성한다. 연결부(1)는 적어도 2개의 스택(2)을 관통하는 적어도 하나의 전기 전도성 막대 요소(6)를 포함하며, 2개의 스택(2)을 서로 일정 거리에 배열하는 스페이서 요소(7)는 막대 요소(6) 상에서 적어도 2개의 스택(2) 사이에 배열된다. 적어도 2개의 스택(2), 막대 요소(6), 및 스페이서 요소(7)를 포함하는 장치(8)는 적어도 하나의 클램핑 요소(9)에 의해 클램핑된다.
여기에서, 막대 요소(6)는 채널(5)들의 프로파일(10)에 대해 횡으로 그리고 각각의 스택(2)의 표면(11)에 대해 횡으로 배열된다. 막대 요소(6)는 단부(12) 영역에서 스택(2)을 관통한다. 이러한 목적을 위하여, 스택(2)(즉, 포일(3))의 단부(12)는 막대 요소(6)가 관통하여 연장되는 개구(29)를 가진다.
스택(2)의 포일(3)은 실질적으로 갭없이 막대 요소(6)의 바로 근처(14)에서 서로 기댄다.
막대 요소(6)와 스페이서 요소(7)는 장치(8)를 통해 흐르는 전류(16)에 대한 전기 저항(15)을 함께 가지며, 상기 전기 저항은 임의의 스택(2)의 전기 저항(15)의 최대 20%이다.
도 3은 그루브(24)를 가지는 막대 요소(6)를 도시한다. 막대 요소(6)는 플랜지(13)와 함께 스페이서 요소(7)를 형성한다.
도 4는 클램핑 요소(9)로서 클립(23)을 도시한다.
도 5는 도 3 및 도 4에 따른 막대 요소(6) 및 클램핑 요소(9)로서 클립(23)을 포함하는 연결부(1)를 가지는 장치(8)를 도시한다. 스택(2)의 단부(12)의 영역에 있는 포일(3)들은 서로 가압되고, 장치(8)는 그루브(24) 내로 밀리는 클립(23)에 의해 클램핑된다.
도 6은 본 발명에서 노치 핀으로서 설계된 핀(26)으로서의 클램핑 요소(9)를 도시한다.
도 7은 막대 요소(6)들로서 도 6에 따른 2개의 클램핑 요소(9) 및 스페이서 요소(7)를 포함하는 연결부(1)를 가지는 장치(8)를 도시한다. 스택(2)의 단부(12)의 영역에 있는 포일(3)은 서로 가압되며, 장치(8)는 클램핑 요소(9)의 핀(26)에 의해 클램핑되고, 상기 핀은 보어(25) 내로 밀린다. 여기서, 핀(26)은 막대 요소(6)를 형성한다.
도 7은 마찬가지로 연결부(1)를 구비하는 장치(8)를 설명하도록 사용될 수 있으며, 이러한 장치에서, 스페이서 요소(7)와 적어도 하나의 클램핑 요소(9)는 스크루(21)/너트 유닛(22)을 형성한다. 여기에서, 스페이서 요소(7)는 스크루(21)로서 설계된 클램핑 요소(9)를 위한 암나사(너트(22))를 구비하는 보어(25)를 각각 가진다. 클램핑 요소(9)는 여기에서 역시 막대 요소(6)를 형성한다.
도 8은 리벳으로서 설계된 막대 요소(6)를 도시한다. 막대 요소(6)는 플랜지(13)와 함께 스페이서 요소(7)를 형성한다.
도 9는 도 8에 따른 막대 요소(6) 및 디스크(30)를 구비한 연결부(1)를 도시한다. 클램핑 요소(9)는 막대 요소(6)의 비딩(20)에 의해 형성된다. 비딩(20)은 단부(12)의 영역에 있는 스택(2)의 표면(11)을 향해 디스크(30)를 가압한다. 스택(2)의 단부(12)의 영역에 있는 포일(3)은 이러한 방식으로 서로 가압되고, 장치(8)는 이러한 방식으로 클램핑된다.
도 10은 오직 디스크(30)를 사용하지 않는 오직 도 8 및 도 9에 따른 장치(8)를 도시한다. 스택(2)의 단부(12)의 영역에 있는 포일(3)은 비딩(20)에 의해 서로 가압되고, 장치(8)는 이러한 방식으로 클램핑된다.

Claims (10)

  1. 적어도 2개의 전기 전도성 스택(2)을 관통하는 적어도 하나의 전기 전도성 막대 요소(6)를 포함하며, 유체(4)가 관통하여 유동할 수 있는 다수의 채널(5)을 형성하는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 포일(3)의 상기 적어도 2개의 전기 전도성 스택(2) 사이의 전기 전도성 연결부(1)로서,
    상기 스페이서 요소(7)는 상기 막대 요소(6) 상에서 상기 적어도 2개의 스택(2) 사이에 배열되고, 상기 2개의 스택(2)은 상기 스페이서 요소에 의해 일정 거리에 배열되며; 상기 적어도 2개의 스택(2), 상기 막대 요소(6), 및 상기 스페이서 요소(7)를 포함하는 장치(8)는 적어도 하나의 클램핑 요소(9)에 의해 클램핑되는, 연결부(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 막대 요소(6)는 상기 채널(5)의 프로파일(10)에 대해 횡으로, 그리고 상기 각각의 스택(2)의 표면(11)에 대해 횡으로 배열되는, 연결부(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 스택(2)은 적어도 하나의 단부(12)를 가지며, 상기 막대 요소(6)는 상기 단부(12)의 영역에 있는 상기 스택(2)을 관통하는, 연결부(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 스페이서 요소(7)는 상기 막대 요소(6)의 플랜지(13)에 의해 형성되며, 상기 2개의 스택(2)은 상기 플랜지(13)에 의해 서로로부터 일정 거리에 배열되는, 연결부(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 막대 요소(6) 및 상기 스페이서 요소(7)는 상기 장치(8)를 통해 흐르는 전류(16)에 대한 전기 저항(15)을 함께 가지며, 상기 전기 저항은 임의의 스택(2)의 전기 저항(15)의 최대 20%인, 연결부(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9)는 상기 막대 요소(6)의 비딩(20)에 의해 형성되는, 연결부(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 막대 요소(6)와 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9), 또는 상기 스페이서 요소(7)와 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9)는 스크루(21)/너트(22) 유닛을 형성하는, 연결부(1).
  8. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9)는 상기 막대 요소(6)에 있는 그루브(24)와 상호 작용하는 클립(23)인, 연결부(1).
  9. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 막대 요소(6)와 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9), 또는 상기 스페이서 요소(7)와 상기 적어도 하나의 클램핑 요소(9)는 보어(25/핀(26) 유닛을 형성하는, 연결부(1).
  10. 유체(4)가 관통하여 유동할 수 있으며 서로 인접하여 배열된 복수의 스택(2)에 의해 형성되는 단면(17)을 가지는 벌집형 물체(honeycomb body)(27)로서,
    서로 인접하여 배열된 스택(2)은 각각의 경우에 적어도 하나의 막대 요소(6)에 대한 제1항 내지 제9항 중 한 항에 따른 연결부에 의해 단부(12)들에서 서로 전기 전도성으로 연결되어서, 구불구불한 방식으로 진행하는 전류 경로(18)가 상기 스택(2) 및 상기 적어도 하나 막대 요소(6)를 통해 형성되는, 벌집형 물체(27).
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