Сотовый элемент

 

Изобретение касается сотового элемента 1, через который вдоль оси протекает текучая среда, минуя множество каналов 3 в сотовом элементе 1. Сотовый элемент 1 имеет по меньшей мере два диска 4, 5, размещенных на расстоянии друг от друга и расположенных друг за другом вдоль оси 2, из которых каждый имеет каналы 3. В соответствии с изобретением предусмотрен по меньшей мере один кронштейн 6, 7, 61, 61, 63, размещенный вблизи оси, с помощью которого диски 4, 5 соединяются между собой и опираются друг на друга. Изобретение позволяет выполнить первый диск 4 таким образом, чтобы производился быстрый нагрев его за счет проходящего обработанного газа или за счет проводимого электрического тока и/или была гарантирована механическая прочность сотового элемента 1 за счет соответствующего исполнения второго диска 5 и кронштейна 6, 7, 61, 62, 63. Выполненный согласно изобретению сотовый элемент 1 особенно хорошо подходит для использования в качестве носителя для катализатора в системе отвода отработавших газов внутреннего сгорания, например, в автомобиле. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение касается сотового элемента, через который вдоль его оси протекает текучая среда, проходя через множество каналов, имеющихся в сотовом элементе.

Подобные сотовые элементы находят многообразное применение в качестве элемента-носителя для катализаторов, предназначенных для каталитических преобразований реагирующих составных частей жидких сред. Очень важной областью применения сотовых элементов с катализаторами является катализированная очистка отработавших газов из двигателей внутреннего сгорания, в частности, из двигателей внутреннего сгорания автомобилей. Для этой цели сотовые элементы, покрытые слоем катализатора, устанавливаются в системах отвода отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, при этом отработавшие газы, образующиеся при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, проходят через сотовые элементы.

Сотовые элементы изготавливаются из керамической массы или из металлического листа. Для образования металлического сотового элемента берут слои из по меньшей мере частично гофрированных, сфальцованных или иным образом структурированных листов, шихтуют их, укладывают в стопку, скручивают в спираль или каким-либо другим образом.

Катализаторы для преобразования реагирующих компонентов, пребывающих в жидкой среде, омывающей эти катализаторы, включают свое каталитическое действие обычно только при температурах, выше определенных, характерных для соответствующего катализатора и специфических для данной каталитической реакции, т. е. при так называемых "температурах срабатывания". Для катализаторов, используемых для преобразования вредных веществ в отработавших газах обычных двигателей внутреннего сгорания, эти "температуры срабатывания" составляют в общей сложности несколько сот градусов Цельсия. К тому же такой катализатор надо нагревать для того, чтобы он приобрел свою активность. В системе удаления отработавших газов в автомобиле это происходит, как правило, путем пропускания отработавшего газа через сотовый элемент, покрытый катализатором, в результате чего каталитическое действие начинается с определенной задержкой с момента запуска двигателя внутреннего сгорания. Путь устранения этой задержки известен электрический опережающий нагрев катализатора или сотового элемента, несущего этот катализатор.

Слои, образующие металлический сотовый элемент, связаны электрически друг с другом таким образом, что образуется путь для прохождения электрического тока через сотовый элемент; кроме того, на сотовом элементе установлены токоподводы, к которым через соответствующие включающие устройства и электропроводку подключается, например, автомобильная аккумуляторная батарея. Сотовый элемент обычного размера и обычной конструкции для использования в системе удаления отработавших газов автомобиля требует для осуществления нагрева за достаточно короткое время нагревающей мощности от нескольких сот ватт до более чем четырех киловатт; в соответствии с этим бортовая электрическая сеть с напряжением 12 B обычным для легковых автомобилей - должна поставлять электрический ток до приблизительно 400 А для нагрева сотового элемента. Электрическое сопротивление сотового элемента должно иметь величину, соответствующую имеющемуся в расположении напряжению и производимой мощности нагрева. Однако металлические сотовые элементы обычного типа обладают электрическим сопротивлением, составляющим максимум несколько тысячных Ома; из электрического источника с напряжением около 12 B такой сотовый элемент отбирает ток, составляющий более 1000 А, в результате чего обычная автомобильная аккумуляторная батарея будет перегружена. Из приведенных выше документов, касающихся уровня техники, уже известны меры повышения электрического сопротивления сотового элемента при данных геометрических размерах. Так, например, сотовые элементы, подвергаемые электрическому нагреву, могут разделяться зазорами и/или электроизолирующими слоями таким образом, что образуется путь электрического тока, проходящий через сотовый элемент и имеющий соразмерное электрическое сопротивление. Однако уже делались попытки использовать вместо одного сотового элемента с каталитическим покрытием два сотовых элемента, при этом сотовый элемент меньшего размера, подвергающийся электрическому нагреву, устанавливаются перед сотовым элементом большего размера, не подвергающимся непосредственному нагреву, и оба имеют приблизительно одинаковый диаметр, меньший же сотовый элемент значительно короче, чем больший сотовый элемент. И уже исходя из размерности, малый сотовый элемент может обладать значительно большим электрическим сопротивлением, чем сотовый элемент, обладающий большими размерами; в частности, небольшой сотовый элемент может быть выполнен таким образом, что при ограниченной нагрузке источника напряжения он может быть достаточно быстро нагрет до температуры выше "температуры срабатывания" катализатора, находящегося на сотовом элементе. Экзотермическая каталитическая реакция, возникающая в отходящих газах, протекающих через малый сотовый элемент, ведет к нагреву отходящих газов и поддерживает таким образом нагрев более крупного сотового элемента, который в конце концов берет на себя основную нагрузку реакции каталитического обмена. Металлический лист, используемый для изготовления сотового элемента с электрическим нагревом, может иметь отверстия для того, чтобы повысить удельное сопротивление и получить элемент с относительно высоким электрическим сопротивлением.

Описанная система, состоящая из малого сотового элемента и большого сотового элемента, причем сотовый элемент меньшего размера устанавливается в системе отвода отработавших газов перед сотовым элементом большого размера, имеет свои преимущества, даже если не предусмотрен нагрев. Малый сотовый элемент обладает естественно меньшей теплоемкостью, чем сотовый элемент, имеющий большие размеры, и нагревается относительно более быстро, если через него протекает горячая среда, например, отходящие газы. Таким образом, каталитическая реакция в малом сотовом элементе развивается быстрее и освободившееся тепло способствует нагреву большого сотового элемента.

Рассуждения, касающиеся электрического нагрева малого сотового элемента, а также рассуждения по вопросу замеров его теплоемкости приводят к выводу о необходимости удерживать массу сотового элемента на уровне минимума, естественно, при условии, что меньший сотовый элемент после активирования находящегося на нем катализатора обеспечит достаточный нагрев протекающей через него среды и будет способствовать нагреву сотового элемента. В свете этого условия данные рассуждения могут, однако, идти в размер с требованиями механической стабильности меньшего сотового элемента: в частности, в системах отвода отработавших газов автомобиля возникают сильные пульсации, в результате чего сотовые элементы подвергаются значительным механическим нагрузкам, поэтому к их прочности предъявляются высокие требования, значит, достаточный нагрев протекающей через него среды и будет способствовать нагреву большего сотового элемента. В свете этого условия данные рассуждения могут, однако, идти в разрез с требованиями механической стабильности меньшего сотового элемента, в частности, в системах отвода отработавших газов автомобиля возникают сильные пульсации, в результате чего сотовые элементы подвергаются значительным механическим нагрузкам, поэтому к их прочности предъявляются высокие требования.

В основе изобретения лежит задача создания сотового элемента, у которого были бы исчерпаны возможности размещения нескольких сотовых элементов, а указанные проблемы прочности не возникали; должны быть открыты возможности для большей свободы в творчестве, в частности, если речь идет об оптимировании процесса нагрева с помощью системы электрического нагрева или без нее.

Решение этой проблемы в соответствии с изобретением заключается в создании сотового элемента, который: а) омывается текучей средой вдоль своей оси, при этом текучая среда проходит через множество каналов в сотовом элементе; б) имеет по меньшей мере два диска, которые установлены на расстоянии друг от друга, а относительно оси друг за другом, и из которых каждый имеет каналы; в) имеет по меньшей мере один кронштейн, расположенный вблизи оси, посредством которого диски связаны друг с другом.

В соответствии с изобретением диски сотового элемента закреплены относительно друг друга посредством кронштейна, расположенного вблизи оси, или системы из нескольких таких кронштейнов; наличие соединения между дисками позволяет значительно увеличить механическую несущую способность сотового элемента, так как диски сотового элемента, взаимодействуя между собой, улавливают механическую нагрузку.

Сотовый элемент в соответствии с изобретением выполнен осесиметрично, в частности, вращательно-симметрично относительно оси, и каждый диск ограничен преимущественно двумя торцевыми поверхностями, установленными перпендикулярно оси. Эти мероприятия как по отдельности, так и в комбинации удовлетворяют задаче рационального изготовления и применения сотового элемента.

Особое преимущество заключается в том, что в сотовом элементе предусмотрен первый диск, причем первый диск параллельно оси имеет толщину, которая меньше, даже значительно меньше, чем толщина второго диска, определенная параллельно оси. Согласно изобретению первый диск подпирается вторым диском через по меньшей мере один кронштейн, так что первый диск один несет на себе основную нагрузку в части соблюдения заданных параметров малой теплоемкости и электрического сопротивления, а необходимая механическая прочность может быть существенным образом обеспечена вторым диском, который подпирает первый диск посредством кронштейна.

Следующая форма исполнения сотового элемента в рамках любого другого исполнения состоит в том, что предусмотрен первый диск, обладающий частичной электропроводностью, в котором образовался путь прохождения электрического тока, предназначенного для обогрева, этот первый диск опирается через по меньшей мере один кронштейн с электрической изоляцией на второй диск. В рамках дальнейшего развития этой формы исполнения учитывается также и тот факт, что механическая прочность сотового элемента может определяться одним из нескольких дисков, а остальные диски могут быть предусмотрены для решения других задач без учета особых требований, предъявляемых к прочности. Таким образом, имеется возможность согласования первого диска с требованиями электрического нагрева, а прочность его обеспечивается тем, что он посредством изолированного кронштейна, содержащего, например, керамические составные части, опирается на второй диск, отвечающий за механическую прочность.

В рамках другой формы исполнения сотовый элемент любого вида имеет два диска, из которых каждый обладает по меньшей мере частичной электропроводностью и которые через по меньшей мере один обладающий электропроводностью кронштейн опираются друг на друга, при этом в сотовом элементе образуется по меньшей мере один путь для прохождения электрического тока с целью осуществления нагрева, который охватывает как диск, как и кронштейн. В рамках этой формы исполнения используется обладающий электропроводностью кронштейн для проводки электрического тока из одного диска в другой; таким образом появляется возможность подводить электрически ток к сотовому элементу на боковой поверхности, обрамляющей первый диск и отводить его на боковой поверхности, обрамляющей второй диск. Поэтому наличие у сотового элемента с электрическим подогревом электрического ввода в зоне вблизи оси может быть излишним. Можно также отказаться и от разделения боковой поверхности на изолированные секции, которое может повлечь за собой уменьшение механической прочности конструкции. Согласно изобретению можно изготовить сотовый элемент с электроподогревом с помощью очень простых средств, он будет иметь такую величину электрического сопротивления, которую желательно иметь в автомобилях.

Понятие диска, обладающего "по меньшей мере частичной" электропроводностью, охватывает диск, значительная часть которого обладает электропроводностью, в котором, однако, в данном случае, например, с целью установки электрического сопротивления на заданную величину могут быть предусмотрены изоляция и/или зазоры.

Следующая форма исполнения сотового элемента, которая реализуется преимущественно вместе с вышеописанной формой исполнения, характеризуется изменяющейся от диска к диску средней площадью поперечного сечения каналов, расположенных в дисках. Например, в первом, более тонком диске находятся каналы с большей площадью поперечного сечения, чем площадь поперечного сечения каналов во втором более толстом диске. Большая площадь поперечного сечения каналов означает малую теплоемкость, так как для образования диска требуется меньше материала, и ограниченную активность находящегося в каналах катализатора. Диск с каналами, имеющими относительно большое значение, хорошо подходит для размещения перед другим диском, который благодаря наличию каналов с меньшим поперечным сечением, имеющих, однако, большую длину, рассчитан на большую активность; уменьшенная активность катализатора в диске с большой площадью поперечного сечения гарантирует уменьшение износа, что способствует увеличению срока службы катализатора. Особенно тогда, когда первый, меньший диск должен способствовать нагреву второго, большего диска, преждевременный износ находящегося на первом диске катализатора весьма нежелателен, так как вместе с износом уменьшается непосредственно дополнительный нагрев второго диска. Свобода выбора формы исполнения, представленная данным изобретением, позволяет, в частности, ограничить каталитическую активность в малом диске, установленном перед большим диском, так что в малом диске подвергается реакции не более четверти компонентов, содержащихся в текучей среде. Таким образом, обеспечивается длительная активность катализатора.

Для конструирования кронштейна в сотовом элементе имеется множество возможностей. Может быть предусмотрен один-единственный кронштейн, который будет преимущественно размещен таким образом, что через него будет проходить ось сотового элемента; было бы хорошо, если бы в сотовом элементе было предусмотрено несколько кронштейнов, размещенных симметрично относительно оси.

Опорой в сотовом элементе может быть в свою очередь сотовый элемент, т. е. в самом кронштейне, так же как и в других составных частях сотового элемента, могут находится каналы.

Многокомпонентная структура сотового элемента может определяться пазом, охватывающим ось, при этом кронштейн является частью сотового элемента, ограниченной пазом, а каждый диск является частью сотового элемента в стороне от паза. Подобный паз может быть образован уже при изготовлении металлического сотового элемента, если используются листы с соответствующими прорезями. После дополнительной обработки паз помещается в первоначально цельное сотовое тело. Такой дополнительной обработкой является, например, токарная или фрезерная обработка.

В рамках любого исполнения сотовый элемент может быть преимущественно образован из металла, при этом каждый диск имеет по меньшей мере одну стопку, состоящую по меньшей мере из одного металлического листа, в частности, из по меньшей мере двух различным образом структурированных металлических листов, преимущественно с по меньшей мере одним гладким металлическим листом и по меньшей мере одним гофрированным металлическим листом, навитую по типу спирали. Наряду с преимуществами металлического строения, вытекающими из приведенных выше документов уровня техники, образованный из металлических листов сотовый элемент дает возможность очень простой реализации уже описанных особых форм исполнения. В частности, сегменты сотового элемента могут иметь разные размеры, при этом, например, в разных сегментах реализованы каналы, у которых площади поперечного сечения отличаются друг от друга; металлический сотовый элемент может быть получен путем простейшей дополнительной обработки первоначально цельного металлического сотового элемента.

По меньшей мере один кронштейн у сотового элемента с металлическими сегментами может быть преимущественно образован из металла; кронштейном может быть простой металлический стержень, металлическая труба или особый сотовый элемент, навитый из по меньшей мере одного металлического листа, в данном случае структурированного.

Кронштейн благоприятным образом включается в структуру каждого диска; в частности, каждый диск имеет сложенный с образованием складок и/или навитый металлический лист. При этом образовавшаяся стопка может быть S-образно известным образом обвита вокруг двух, расположенных на расстоянии друг от друга кронштейнов. В сотовом элементе с по меньшей мере двумя расположенными на расстоянии кронштейнами каждому кронштейну соответствует уложенный в стопу вокруг этого кронштейна лист, при этом все уложенные стопки закручены вокруг кронштейнов по типу спирали.

Как уже упоминалось, металлический сотовый элемент, в частности, хорошо подходит для непосредственного электрического нагрева, когда в сотовом элементе по меньшей мере образуется одна дорожка для прохождения электрического тока.

В обладающем электропроводностью сотовом элементе в соответствии с изобретением по меньшей мере один кронштейн выполняется преимущественно электропроводным, каждый диск имеет приблизительно аксиально направленную боковую поверхность и на каждой боковой поверхности предусмотрен электрический ввод для подвода и/или отвода электрического тока; при этом каждый ввод и обладающий электропроводностью кронштейн расположены на пути прохождения тока. Так, например, сотовый элемент с двумя дисками имеет на каждой боковой поверхности один ввод; электрический ток течет в одном из дисков от ввода в боковой поверхности к кронштейну, через кронштейн в другой диск и там от кронштейна к боковой поверхности, где он на месте подвода выводится. Таким образом, изобретение позволяет создать электрически обогреваемый сотовый элемент, у которого не требуются электрические вводы внутри, в частности, вблизи оси. Изобретение дает возможность существенного упрощения токоподвода к электрически обогреваемому сотовому элементу и позволяет оказаться от токоподводов, которые должны быть введены в зоне сотового элемента, расположенной вблизи оси, что, возможно, вызывает сомнения.

Наряду с электропроводным кронштейном на сотовом элементе может быть предусмотрен также и электроизолирующий кронштейн; в качестве такого в соображение может приниматься пруток или ему подобный из керамической массы, могут найти применение и комбинированные материала из металлокерамики. В качестве комбинированного материала из металлокерамики может использоваться, например, металлический пруток, покрытый керамикой; в данном случае слой керамики частично, с сохранением изоляции, может иметь металлическую гильзу. Подобный металлический пруток, покрытый слоем керамики и снабженный металлический гильзой, может служить для образования в сотовом элементе с тремя и более дисками сложного пути для прохождения тока, что может иметь преимущество в рамках особых случаев применения. Электроизолирующий кронштейн может быть изолирующим слоем, выступающим из одного диска в другой диск сотового элемента, который в каждом диске изолируют друг от друга две стопки. Таким образом, образуется сотовый элемент, имеющий особо прочную конструкцию.

В специальном исполнении согласно изобретению по меньшей мере один диск обладающего электропроводностью сотового элемента состоит как минимум из двух стопок, которые изолированы относительно друг друга и каждая из которых имеет складки, расположенные на пути прохождения тока вокруг электропроводного кронштейна, либо обвита вокруг него. Таким образом, эти две стопки имеют возможность последовательного включения, что оказывает благоприятное воздействие на повышение электрического сопротивления. Последовательное включение двух стопок возможно через кронштейны, которые могут электрически соединяться друг с другом через следующий диск сотового элемента, в котором или на котором закреплены кронштейны. В простейшем случае это осуществляется за счет отсутствия изолирующих слоев во втором диске; кроме того, имеется возможность образования второго диска, как и первого, из изолированных относительно друг друга стопок, имеющих складки, расположенные вокруг электропроводных кронштейнов, либо навитых, а также предусмотреть в боковой поверхности второго диска электрические соединения, из которых каждое соединяет две стопки друг с другом. Таким способом можно последовательно включить все стопки, все электропроводные кронштейны и все электрические соединения в боковых поверхностях; в зоне двух соответствующих вводов этот сотовый элемент может быть связан с источником электрического напряжения.

В качестве изолирующего слоя в сотовом элементе применяется, в частности, керамический изолирующий слой, например, мат из керамических волокон или ему подобное. Можно использовать и установленные на расстоянии друг от друга керамические распорки, которые обеспечивают наличие в диске воздушных зазоров между двумя стопами.

Для пояснения специфических признаков изобретения чертеж частично схематизирован и/или слегка искажен.

На фиг. 1 дан продольный разрез предлагаемого сотового элемента; на фиг. 2 поперечное сечение диска сотового элемента на фиг. 1; на фиг. 3 - специальная форма исполнения диска; на фиг. 4 эскиз, касающийся образования изображенного на фиг. 3 диска; на фиг. 5 продольный разрез другой формы исполнения предлагаемого сотового элемента; на фиг. 6 экскиз пути прохождения тока в сотовом элементе; на фиг. 7 эскиз другой формы исполнения пути прохождения тока; на фиг. 8 поперечное сечение особой формы исполнения диска; на фиг. 9 продольное сечение другой формы исполнения сотового элемента.

На фиг. 1 изображен сотовый элемент 1, образованный первым диском 4 и вторым диском 5, а также двумя кронштейнами 6, которые соединяют друг с другом первый диск 4 и второй диск 5. Сотовый элемент 1 имеет ось 2, относительно которой он выполнен вращательно-симметрично. Каждый диск 4, 5 ограничен аксиально сориентированной боковой поверхностью 14, а также двумя торцевыми поверхностями 8, проходящими перпендикулярно оси 2. Каждый диск 4, 5 вставлен в трубу-оболочку 20. На каждой трубе-оболочке 20 находится электрический ввод 15; через электрические вводы 15 через сотовый элемент 1, обладающий электропроводностью например, выполненный из металла может подводится электрический ток, используемый для его нагрева. Электрический нагрев осуществляется в основном в первом диске 4, так как он тоньше, чем второй диск 5, и имеет соответственно более высокое электрическое сопротивление. В системе отвода отходящих газов двигателя внутреннего сгорания сотовый элемент 1 расположен преимущественно таким образом, что выходящий из двигателя внутреннего сгорания отработавший газ сначала проходит через первый диск 4, а затем через второй диск 5. С помощью электрического нагрева катализатор, расположенный в первом диске 4, может очень быстро активироваться и, осуществляя нагрев отработавшего газа, направляющегося ко второму диску 5, способствовать таким образом ускоренному нагреву этого второго диска 5.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение первого диска 4 сотового элемента 1, представленного на фиг. 1. Первый диск 4 состоит из стопки 10, образованного гладкими металлическими листами 11 и гофрированными металлическими листами 12, которая S-образно сгибает два кронштейна 6. Между гладкими дисками 11 и гофрированными листами 12 образованы каналы 3, через которые может протекать отходящий газ или другая среда, содержащая компоненты, вступающие в каталитическую реакцию. Каждый гладкий лист 11 и каждый гофрированный лист 12 заканчивается у боковой поверхности 14 и соединяется там c трубой-оболочкой 20, в частности, припаян твердым припоем. Электрический ввод 15 служит для подвода и отвода электрического тока; этот ток пересекает первый диск 4 по направлению к кронштейнам 6 и от них; эти кронштейны 6 проводят электрический ток дальше к другому диску сотового элемента.

На фиг. 3 сильно схематизированным и упрощенным показан вариант первого диска 4, изображенного на фиг. 2, который образован S-образно переплетенной стопкой 10. Согласно фиг. 3 на диске 4 предусмотрен изолирующий слой 16, который предотвращает радиально направленное протекание тока по направлению от боковой поверхности 14 к кронштейнам 6 и повышает таким образом активное электрическое сопротивление диска 4. Изолирующий слой 16 вложен между лежащими друг на друге витками стопки 10, исходя от одного из кронштейнов 6. Исходя от другого кронштейна 6, показана разделительная линия 21 между лежащими друг на друге витками стопки 10; как правило, не требуется предусматривать изолирующие слои 16, исходя из обоих кронштейнов, однако такая возможность не исключена.

Фиг. 4 демонстрирует, как диск 4, изображенный на фиг. 3, образуется путем S- образного переплетения стопки 10 из гладких листов 11 и гофрированных листов 12; стопка 10 вставляется между двумя кронштейнами 6 и обвивается вокруг них. На стопке 10 виден изолирующий слой 16; он может представлять собой керамический слой на металлическом листе 11 стопки 10; речь может идти также о волокнистом мате или ему подобном, выполненном из керамики и наложенном на стопку 10.

Фиг. 5 показывают продольный разрез сотового элемента 1 согласно следующей форме исполнения изобретения. Два диска 4, 5 сотового элемента 1 отделены друг от друга пазом 9, выполненным в сотовом элементе 1 приблизительно перпендикулярно оси 2. Сотовый элемент 1 образован путем петлеообразного изгиба стопки 10 листов при одновременном вкладывании изолирующего слоя 16, как это изображено на фиг. 2 и 3. Паз 9 может быть дополнительно выполнен в сотовом элементе 1 и трубе-оболочке 20, которая окружает сотовый элемент 1. Кронштейн 6 предназначен быть той зоной сотового элемента 1, которая ограничивается пазом 9; диски 4 и 5 является зонами сотового элемента 1, расположенными по разные стороны от паза 9.

На фиг. 6 и 7 сильно схематизировано изображен путь 13 прохождения электрического тока через сотовый элемент согласно изобретению. Здесь же обозначены два диска 4 и 5. В каждом диске 4, 5 путь 13 прохождения тока идет от боковой поверхности 14 к электропроводному кронштейну 6, через этот кронштейн 6 соответственно в другой диск 4, 5, а там через по меньшей мере одну стопу 10 назад к боковой поверхности 14. Согласно фиг. 6 происходит подвод и отвод электрического тока через электрические вводы 15, которые оба расположены на первом диске 4; второй диск 5 служит в основном для соединения обоих кронштейнов 6. В представленном примере это соединение осуществляется через стопку 10 во втором диске 5, а также через электрическое соединение 17, которое предположительно может быть в боковой поверхности 14 такое соединение 17 может быть металлической трубой-оболочкой, которую при известных обстоятельствах следует изолировать от других составных частей системы отвода отходящих газов, в которой находится сотовый элемент. Согласно фиг. 6 нагрев может осуществляться либо в первом диске 4, либо во втором диске 5. Если нет необходимости в нагреве второго диска 5, то соединение между обоими кронштейнами 6 может осуществляться через общий диск 5, если там отсутствуют изолирующие слои; необходимость в специальном электрическом соединении 17 может при этом при определенных обстоятельствах отпадать. Согласно фиг. 7 электрический ток может подводиться к первому диску 4 через электрический ввод 15, после чего он проходит от боковой поверхности 14 через стопку 10 и кронштейн 6 ко второму диску 5, проходит через стопку 10 и вновь выводится в зоне расположенной там боковой поверхности 14 через электрический ввод 15. На фиг. 7 изображена простейшая возможность образования пути 13 прохождения электрического тока в сотовом элементе согласно изобретению; эта возможность реализована также на фиг. 1 (разумеется, там предусмотрены два параллельно включенных электрических кронштейна 6).

На фиг. 8 изображен диск 4 сотового элемента с тремя стопками 101, 102, 103, из которых каждая образует складки, расположенные вокруг кронштейна 61, 62 или 63 соответственно и которые обвивают эти три кронштейна 61, 62, 63 по типу эвольвенты. Три стопки 101, 102 и 103 изолированы друг от друга изолирующими слоями 16. Стопки 101, 102, 103 находятся в металлической трубе-оболочке 20, в которую вставлены два изолирующих участка 18 таким образом, что стопки 102 и 103 соединяются друг с другом через трубу-оболочку 20 и отделяются от третьей стопки 101. Часть трубы-оболочки 20 снабжена электрическим вводом 15, через который, к примеру, может подаваться электрический ток. Диск 4 связан со вторым подобным не изображенным здесь диском. Электрический ток подводится следующим образом: электрический ток подается через ввод 15 и течет в стопку 101, а оттуда через кронштейн 61 во второй диск. В этом диске, который должен быть также разведен изолирующими слоями, электрический ток подводится, например, к кронштейну 62, пересекает его и поступает таким образом к стопке 102. Из этой стопки ток течет через соединение, создаваемое трубой-оболочкой 20, в стопу 103, а оттуда в кронштейн 63. Через этот кронштейн 63 он заново поступает ко второму диску и выводится там в области следующего электрического ввода. В действительности получается, что все три стопки 101, 102 и 103 электрически соединяются последовательно, отсюда мы имеем достаточно электрическое сопротивление. А такое высокое электрическое сопротивление, как известно, очень благоприятно для целей нагрева.

На фиг. 9 изображен следующий пример исполнения сотового элемента 1 в соответствии с изобретением. Сотовый элемент 1 имеет два диска 4 и 5, которые размещены вдоль оси 2 друг за другом. Оба диска 4 и 5 должны быть образованы из металлического листа или электропроводной керамики. Для соединения дисков 4 и 5 друг с другом предусмотрены один электропроводный кронштейн 6 и два электроизолирующих кронштейна 7; все кронштейны 6, 7 связаны с дисками 4 и 5, к примеру, твердым припоем. Каждый диск 4, 5 заключен в трубу-оболочку 20, а каждая труба-оболочка имеет электрический ввод 15 для подвода и отвода электрического тока.

Изобретение касается сотового элемента, через который вдоль его оси протекает текучая среда, проходя через множество каналов, выполненных в сотовом элементе. Сотовый элемент имеет по меньшей мере два диска, которые находятся на расстоянии друг от друга, а вдоль оси размещены друг за другом, и из которых каждый снабжен каналами. В соответствии с изобретением предусмотрен, по меньшей мере, один кронштейн, расположенный вблизи оси, с помощью которого диски соединяются между собой и опираются друг на друга. Изобретение позволяет выполнить первый диск таким образом, чтобы производился быстрый нагрев его за счет проходящего отработанного газа или за счет проводимого электрического тока и/или была гарантирована механическая прочность, в основном, за счет исполнения второго диска и кронштейна. Выполненный согласно изобретению сотовый элемент особенно хорошо подходит для использования в качестве носителя для катализатора и системе отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, например, в автомобиле.

Формула изобретения

1. Сотовый элемент, через который вдоль оси проходит текучая среда через множество каналов, содержащий по меньшей мере два диска, расположенных вдоль оси друг за другом и на расстоянии друг от друга, в каждом из которых выполнены каналы; кронштейны, посредством которых первый и второй диски соединены друг с другом, отличающийся тем, что по меньшей мере один кронштейн выполнен в форме трубы или стержня.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен симметричным относительно оси, в частности вращательно-симметричным.

3. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый диск ограничен двумя торцевыми поверхностями, расположенными приблизительно перпендикулярно относительно оси.

4. Элемент по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что каждый диск в направлении, параллельном оси, имеет толщину, причем толщина второго диска больше, чем толщина первого диска.

5. Элемент по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что первый диск обладает по меньшей мере частичной электропроводностью и в нем образована электрическая цепь для прохождения тока, нагревающего сотовый элемент, при этом первый диск посредством по меньшей мере одного неэлектропроводного кронштейна закреплен напротив второго диска.

6. Элемент по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что он содержит два диска, которые по меньшей мере посредством одного электропроводного кронштейна закреплены друг против друга, каждый из которых по крайней мере частично обладает электропроводностью, при этом в сотовом элементе образована по меньшей мере одна электрическая цепь для прохождения тока, нагревающего сотовый элемент, и данная цепь проходит через оба диска и электропроводный кронштейн.

7. Элемент по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что в плоскости, перпендикулярной оси, каждый диск имеет среднюю площадь поперечного сечения, соответствующую среднему значению площадей поперечного сечения каналов, выполненных в дисках, при этом средняя площадь поперечного сечения первого диска больше, чем средняя площадь поперечного сечения второго диска.

8. Элемент по любому из пп.1 7, отличающийся тем, что в нем ось проходит через один из кронштейнов.

9. Элемент по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что он содержит множество кронштейнов, приблизительно симметрично расположенных относительно оси.

10. Элемент по любому из пп.1 9, отличающийся тем, что каждый диск образован скрученной по спирали стопкой листов, состоящей по меньшей мере из одного металлического листа, в частности по меньшей мере из двух по-разному структурированных листов, преимущественно из одного гладкого листа и по меньшей мере одного гофрированного листа.

11. Элемент по п.10, отличающийся тем, что каждый диск имеет по меньшей мере одну стопку листов, сгибы которой расположены вокруг одного из кронштейнов и/или которая скручена спиралеобразно вокруг одного из кронштейнов.

12. Элемент по п.11, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере два расположенных на расстоянии друг от друга кронштейна, при этом каждый диск имеет стопку листов, навитую S-образно вокруг кронштейнов.

13. Элемент по п.11, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере два расположенных на расстоянии друг от друга кронштейна, причем в каждом диске каждому кронштейну соответствует стопка листов, сгибы которой расположены вокруг него, при этом все стопки скручены по типу спирали.

14. Элемент по любому из пп.10 13, отличающийся тем, что в нем образована по меньшей мере одна цепь для прохождения электрического тока, нагревающего сотовый элемент.

15. Элемент по п.14, отличающийся тем, что в нем каждый диск ограничен одной аксиально расположенной боковой поверхностью, по меньшей мере один кронштейн является электропроводным, каждая боковая поверхность снабжена электрическим вводом для подвода и отвода электрического тока, каждый электрический ввод и электропроводящий кронштейн расположены в цепи прохождения электрического тока.

16. Элемент по п.14 или 15, отличающийся тем, что он имеет по меньшей мере один расположенный между двумя дисками и обладающий электропроводностью кронштейн и по меньшей мере один неэлектропроводный кронштейн, при этом электропроводный кронштейн расположен в цепи прохождения электрического тока.

17. Элемент по одному из пп.14 16, отличающийся тем, что в нем по меньшей мере один диск состоит из по меньшей мере двух стопок листов, которые электрически изолированы относительно друг друга, причем каждой стопке листов соответствует расположенный в цепи прохождения электрического тока электропроводный кронштейн и каждая стопка листов сложена с образованием сгибов и скручена.

18. Элемент по п. 17, отличающийся тем, что стопки листов изолированы друг относительно друга посредством по меньшей мере одного изолирующего слоя, в частности керамического изолирующего слоя.

19. Элемент по п. 17 или 18, отличающийся тем, что в нем каждый диск состоит, как минимум, из двух стопок листов, которые электрически изолированы друг относительно друга, каждая стопка листов согнута и скручена вокруг электропроводного кронштейна, каждый электропроводный кронштейн соединяет одну стопку листов первого диска со стопкой листов второго диска, в боковой поверхности каждого диска размещено по меньшей мере одно электрическое соединение, расположенное между двумя стопками листов, причем все стопки листов, все электропроводные кронштейны и все электрические соединения включены последовательно.

Приоритет по пунктам: 31.01.91 по пп.1 5 и 10.

10.04.91 по пп.6 и 9.

08.11.91 по пп.7, 8, 11 19.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9