电气流加热器以及车辆的制作方法

1.本发明涉及一种电气流加热器以及具有电气流加热器的车辆。


背景技术：

2.气流加热器通常布置在气体流中，并用于加热流过气流加热器的气体。
3.这种气流加热器的示例性应用场合是在吹风机中加热空气。
4.电气流加热器也用在汽车领域中。例如，在此，它们称为排气气体加热器。
5.为了限制来自机动车辆的内燃机的污染物排放，已知要采用排气气体净化装置，比如催化转换器、微粒过滤器或类似装置进行排气气体净化。
6.为了确保对污染物的催化辅助转化，排气气体或排气气体净化装置必须具有特定的最低温度。尤其是在冷启动或重新启动内燃机之后，尚未达到这种最低温度。
7.因此，通常对排气气体净化装置本身进行电加热以达到或维持特定的最低温度。
8.还可设有分开的(多个)排气气体加热器，其包括当电流流动时变热的加热网格。然后，这些排气气体加热器通常在排气气体流动的方向上布置在催化转化器或颗粒过滤器上游的车辆排气管道中，并在排气气体流过排气气体净化装置之前对排气管道中流动的排气气体进行加热。
9.传统的气流加热器的加热网格通常由诸如剪切、金属切割或蚀刻的减材方法制造。然而，这留下了大量的材料作为未使用的工艺残留物。因此，相对于最终产品的材料量，必须使用大量的材料，这使得生产成本高昂。此外，上述方法是不精确的，这可能导致成品加热网格中的电流流动不均匀，因此导致加热不均匀。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种电气流加热器，其可以容易地制造并且几乎没有或没有切割碎片，并确保了对气体的均匀加热。
11.根据本发明，该目的是通过一种电气流加热器实现的，该电气流加热器具有网格状加热元件，气体可轴向流过该加热元件，该加热元件形成电阻加热并包括由带状材料形成的径向连续层，其中，在加热元件的轴向视图中，这些层以波动方式弯曲并包括谷部和峰部。位于径向最外层与径向最内层之间的这些层通过它们的峰部和谷部附连到在径向上它们紧邻的层，从而在各层之间形成通流开口。即，谷部附连到该径向侧上相邻的层，就像谷部附连在它们的径向外侧上一样，并因此附连到相对地相邻的层。谷部和峰部在带状件的整个宽度上延伸，其中各层的波长向外径向增加。径向偏移层的波长的增加允许一个层的峰部或谷部邻接在(一个或多个)相邻层的谷部或峰部的区域中。通过这种方式，可以实现加热元件的均匀的型式，因此能实现均匀的电流流动和均匀的加热。当然，最外层和最内层具有仅一个相邻层，该最外和最内层通过它们的谷部或峰部附连到该相邻层，并分别在该处与峰部或谷部对齐。呈带状件的材料可以非常容易地制造，显著减少或避免制造过程中的材料损失。此外，如在气体流动的方向上观察的，可将一条或多条带状件制造成轴向上更
长，以达到任何所需程度。此外，如在气体流动的方向上观察的，可以将一条或多条带状件制造成比现有技术中可能存在的更薄。此外，一条或多条带状件以非常容易地弯曲成正弦形状。
12.根据一个方面，层的每个谷部和每个峰部位于径向直线上，在径向内侧和径向外侧的相邻的层的谷部或峰部位于该径向直线上。通过这种方式，可以形成加热元件的基本对称的型式(图案)，因此可以进一步提高电流流动和加热的均匀性。
13.在此可以规定，每一层由其自身的单独的带状件形成。单独的带状件可以非常容易地插入到电气流加热器的单独的载体结构中。
14.具体地，将单独的层同心地布置。这允许形成均匀的层结构，因此可以实现通过电气流加热器对气体进行均匀的加热。
15.替代地，这些层是由带状件的置于彼此之上的多个带状件部段形成的，尤其是连续的、无休止地卷绕的带状件，在每次完全循环后，通过带状件的弯曲来“跳跃”到下一级或层。因此，一张网格只需要安装一根带状件。此外，带状材料的卷绕可以在一个制造步骤中进行。这大大促进并缩短了加热元件的制造。
16.为了生产稳定的加热网格，层可以通过诸如钎焊、焊接或胶粘的导电附连而相互连接。同时，这可以提高加热元件的稳定性。各层之间的连接是导电的，因为只有这样才能确保均匀的电流流动，从而确保均匀的加热。
17.为了进一步增加加热元件的稳定性，径向最外层可由附连到其上的终止环围绕。终止环还可附加地用以将电气流加热器紧固在气体管道中。
18.例如，终止环可以是具有内齿的小齿轮。齿的数量对应于末层的带状件的波形部的数量，从而使齿连接到带状件的末层的峰部。
19.可以在中心设有预制盘或预制环，各层绕其延伸，并且最内层附连到其上。通过这种方式，可以提高加热元件的稳定性。最内层与盘或环的附连可用作起点，从该起点开始将一个带状件螺旋缠绕以制造加热元件。
20.例如，盘是具有外齿的小齿轮，该小齿轮的齿的数量对应于第一层的带状件的波动部的数量。齿连接到带状件的第一层的谷部。
21.具体地，加热元件、终止环和中心的盘或环构成了(一个)结构单元。
22.一个实施例规定，除了谷部和峰部之外，形成多个层或一个层的至少一个带状件具有局部的凹部和凸部，其幅度比相邻的谷部与峰部之间的幅度小、具体是小4倍，和/或局部的凹部或谷部仅在带状件宽度的一部分上延伸。通过这种方式，该至少一个带状件的表面积增加，从而允许带状件与气体之间更高的热传递，并因此实现更高效地对气体进行加热。这些凹部和凸部只是从最初的平坦带状形状的小局部偏差。
23.优选地，在一层内，在流动方向上观察，径向厚度和/或轴向高度是相同的。这允许实现在一个层内有均匀的电流流动，并因此通过该一个层均匀地加热。
24.具体地，与彼此相比，这些层在流动方向上具有相等或不相等的径向厚度以及/或相等或不相等的轴向高度。如果径向厚度和/或轴向高度相等，则可以实现跨越所有层的均匀电流，并因此在整个加热元件中实现均匀电流，从而通过加热元件实现气体的均匀加热。如果径向厚度和/或轴向高度不同，选择性地形成一些层，使其与其它层相比具有更小或更大的厚度，从而可以在这些区域中实现更低或更高程度的加热。换言之，纯粹通过设计，可
以预制在其中待实现不同加热要求的区域，其结果是在这些区域中不需要电子控制。
25.优选地，电气流加热器尤其定位在紧接着诸如为催化转化器或颗粒过滤器的气体净化装置的上游。通过这种方式，在紧接着气体净化装置的上游对气体进行加热，其中为了使气体中的污染物得到最佳且高效的转化，或者为了净化气体，特定的最低温度必须占主导。通过将电气流加热器定位在紧接着气体净化装置的上游，气体可以很快地加热到最低温度。
26.可以规定电气流加热器和气体净化装置彼此接触。这最小化了气体必须在电气流加热器与气体净化装置之间行进的距离，从而显著地降低了气体管道内气体的热损失。
27.可选地，电气流加热器可安装到上游的气体净化装置。通过这种方式，气体管道中气体的热损失也可以通过在电气流加热器与气体净化装置之间行进距离的最小化来减少。此外，通过这种方式，可以节省在气体管道内的电气流加热器的附加附连。
28.此外，该目的通过具有内燃机和上述类型的电气流加热器的车辆来实现，通过该电气流加热器对车辆的排气气体进行加热。这允许将排气气体快速加热至最低温度，以确保在内燃机冷启动或重新启动之后对污染物的催化辅助转化，从而允许冷启动期间污染物排放显著减少。
29.根据本发明的电气流加热器的所述的优点和特性同样适用于车辆，且反之亦然。
附图说明
30.本发明的其它优点和特征将从以下描述和所参照的附图中显而易见，附图中示出了：
[0031]-图1示出了车辆纵向截面示意图，该车辆具有排气管道、根据本发明的电气流加热器以及排气气体净化装置；
[0032]-图2示出了如图1所示的根据本发明的电气流加热器的俯视图；
[0033]-图3示出了如图2所示的根据本发明的电气流加热器的示意性详细视图；
[0034]-图4示出了如图2所示的根据本发明的电气流加热器的第一实施例的示意性简化俯视图；以及
[0035]-图5示出了如图2所示的根据本发明的电气流加热器的第二实施例的示意性简化俯视图。
具体实施方式
[0036]
如上所述，电气流加热器可用于加热气体的各种用途。
[0037]
在下文中，仅更详细地描述将电气流加热器用作车辆排气管线中的排气气体加热器来对车辆的排气气体进行加热。
[0038]
图1示出了具有内燃机12和排气管线的车辆10，该排气管线中容纳有净化单元14。净化单元14由外壳体16限定，并包括排气气体净化装置18和排气气体加热器20。
[0039]
排气气体净化装置18例如是催化转换器。
[0040]
在这里所示的实施例中，排气气体加热器20布置成在排气气体流动方向22上与排气气体净化装置18间隔开并且位于排气气体净化装置18的上游。
[0041]
然而，排气气体加热装置20也可以邻抵排气气体净化装置18而使它们接触，因此
在排气气体加热装置20与排气气体净化装置18之间没有距离。换言之，排气气体加热器20可以定位在紧接排气气体净化装置18上游。
[0042]
在本文示出的实施例中，排气气体加热器20和排气气体净化装置18各自附连到外壳体16并且与其构成预组装单元。
[0043]
替代地，排气气体加热器20也可以直接安装到排气气体净化装置18，例如安装在排气气体净化装置18的分开的、附加的壳体中。
[0044]
图2示出了在排气气体流动方向22上观察的排气气体加热器20。排气气体加热装置20包括加热元件24、径向内盘或径向内环26以及径向外终止环28。
[0045]
加热元件24具有至少一个带状材料或带状件b，其形成为一种细长的导电片材。
[0046]
具体地，带状件b是细长的金属片材，例如，不锈钢片材。
[0047]
带状件b以其纵向边缘周向地绕环26布置，而带状件b的宽度沿排气气体流动方向22定向。宽度先前也称为轴向高度。因此，在图2中，只有带状件b的纵向边缘的侧表面可见，该侧表面由纵向边缘的长度和带状件的厚度限定。
[0048]
在整个带状件上，带状件厚度可以是相同的，也可以是变化的。
[0049]
在图3中，以简化形式详细示出了排气气体加热器20的细节。
[0050]
加热元件24布置在两个环26、28之间的多个层s1至s6中，为了简化示图，这里仅描述了若干层。
[0051]
在此，径向最内侧的第一层s1附连到径向内环26，径向最外侧的末层s6附连到径向外环28，尤其是以导电的方式，例如通过钎焊、焊接或胶合。
[0052]
每层s1-s6在此可由其自身的单独的带状件b1至b6形成(参见图4)或由单一的连续的带状件b1(参见图5)形成。
[0053]
带状件b1或带状件b1-b6各自具有波动形状，形成了谷部30和峰部32。
[0054]
在层s1-s6内，如在流动方向上观察的，径向厚度d和轴向高度基本上相同。
[0055]
具体地，所有层s1-s6彼此相比具有基本上相等的径向厚度和/或轴向高度。
[0056]
替代地，各层s1-s6彼此相比可以具有不同的径向厚度和/或轴向高度。
[0057]
此外，在轴向方向上测量的带状件的宽度在所有层s1-s2中总是恒定的。
[0058]
带状件b1或多个带状件b1-b6可以具有较小的凹部36和相对的凸部38，以增加带状件b1或多个带状件b1-b6的表面积，它们优选地在通过弯曲来形成谷部和峰部之前通过在带状件b1或多个带状件b1-b6中的压印来产生。
[0059]
除了谷部30和峰部32之外可选地设置的这些凹部36和凸部38具有比相邻的谷部30和峰部32之间的幅度小得多、尤其是小4倍的幅度，并且/或者它们仅在带状件b1或多个带状件b1-b6的部分宽度上延伸。
[0060]
因此，凹部36和凸部38不形成谷部30和峰部32。
[0061]
在径向上彼此相邻的各层s，通过它们的谷部30和峰部32以导电的方式彼此附连。
[0062]
第一层s1仅通过其谷部30附连到环26，末层s6仅通过其峰部32附连到终止环28，尤其是以导电的方式附连。关于其它层s2至s5，谷部30以导电的方式在峰部32的区域内附连到径向内层s的峰部32，而峰部32以导电的方式在谷部30的区域内附连到径向外层s的谷部30。
[0063]
附连，尤其是导电附连，是例如通过钎焊、焊接或胶合来实现的。
[0064]
在所示的实施例中，径向相邻的层s以这样的方式彼此附连，即每个谷部30/每个峰部32位于径向直线g上，并且径向向内地相邻的层s的峰部32/谷部30和径向向外地相邻的层s的谷部30/峰部32位于该径向直线上。
[0065]
在不同的实施例中，层s的谷部30/峰部32可以邻接相邻的层s的峰部32/谷部30，并从相邻的层s的峰部32/谷部30略微偏移。
[0066]
通过上述布置，在层s1-s6之间形成通流开口34，排气气体可流过该通流开口。
[0067]
为了对流过该通流开口34的排气气体进行加热，对加热元件24的带状件b1或多个带状件b1-b6施加电流。
[0068]
电流可以经由沿在径向最内层s1与内环26之间、在径向最外层s6与终止环28之间以及在单独的层s1-s6之间的直线g的连接点均匀地分布在整个加热元件上方。
[0069]
此处，可以规定，环26和终止环28也由导电材料制成。
[0070]
当电流流动时，带状件b1或带状件b1-b6变热，这导致流过通流开口34的排气气体也变热。
[0071]
由此，加热元件24形成了电阻加热。
[0072]
图4和图5示出了加热元件24的第一实施例和第二实施例。为了清楚起见，这些附图中没有画出所有的径向直线g。
[0073]
在第一实施例中，单独的层s1-s6各自由单独的、分开的带状件b1至b6形成。因此，在此，层s1-s6的数量与带状件b1-b6的数量相对应。
[0074]
带状件b1-b6在此彼此同心地布置。这里也提供了目前为止参照图2和图3所描述的特征。
[0075]
相反，在第二实施例中，单独的层s1-s6是由单个连续的带状件b1形成的。
[0076]
在此，从径向内环26开始，带状件b1以多个环状层的形式径向向外延伸到终止环28。换言之，层s1-s6是通过位于彼此之上地卷绕的带状件b1的多个带状件部段形成的，其中带状件部段b1在经过360度的循环之后通过成角度部分40“跳”到下一层。在图5中，两个成角度部分40有附图标记。
[0077]
在这两个实施例中，两个径向相邻的层s的谷部30和峰部32的附连点各自位于直线g上。
[0078]
这就要求相邻的层s的谷部30和峰部32的数量完全相等。具体地，所有层s1-s6的谷部30和峰部32的数量完全相等。
[0079]
层s的半径和周缘随着与径向内环26的径向距离的增加而增加；径向层的厚度，或简称为厚度d，保持恒定。
[0080]
为了确保所有层s的谷部30和峰部32的数量、以及因此还有相邻的层s的谷部30和峰部32的数量是相同的，带状件b1、b1-b6的波长随着与径向内环26的径向距离的增加而增加。
[0081]
作为替代，在不同的实施例中，层s的谷部30/峰部32可以邻接相邻的层s的峰部32/谷部30，并与相邻的层s的峰部32/谷部30略微偏移。在这种情况下，相邻的层s的谷部30和峰部32的数量不需要完全相同。