專利名稱：具有改良耐久性的電加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐用的電加熱器，尤其涉及一種耐久性電加熱器，被設(shè)計(jì)為通過(guò)將至少一個(gè)發(fā)熱元件附加在發(fā)熱元件中的各分區(qū)或通過(guò)改變發(fā)熱元件波幅，把非均勻分布于發(fā)熱元件中的局部電阻改變?yōu)榫鶆蚍植加谄渲械碾娮?，從而確保發(fā)熱元件在其彎曲部或在其與罩的接觸部有均勻的溫度分布。
背景技術(shù)：
通常，車輛的內(nèi)燃機(jī)在燃燒燃料時(shí)釋放出大量的有害廢氣，而一種催化劑被用于減少?gòu)U氣的量。
該催化劑通常被涂在一金屬基板上。該金屬基板通過(guò)交替地層壓波紋帶與平帶制造，每一個(gè)金屬基板用薄金屬板制成，纏繞層壓后的金屬帶，并在真空熔爐中用金屬銅焊填料銅焊這些金屬帶，這種金屬銅焊填料施于纏繞后的金屬帶以增加金屬帶之間的結(jié)合力。
這時(shí)，這些金屬帶通過(guò)銅焊平/波紋帶彼此粘結(jié)在一起，這些平/波紋帶預(yù)先被卷為整體而后插入罩殼。與用傳統(tǒng)的陶瓷基板相比，通過(guò)銅焊產(chǎn)生的該金屬基板形成的孔極端細(xì)小。
尤其，根據(jù)最近以減少?gòu)U氣散發(fā)為目的加強(qiáng)規(guī)章的趨勢(shì)，就汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，有一種減少?gòu)U氣散發(fā)的方法，在該方法中催化劑被靠近發(fā)動(dòng)機(jī)放置以便減少發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)冷啟動(dòng)或空轉(zhuǎn)階段釋放的未燃的碳?xì)浠衔锪俊？蛇x地，有另一種根據(jù)金屬基板性質(zhì)利用電加熱器減少?gòu)U氣發(fā)散的方法，通過(guò)在整個(gè)冷啟動(dòng)階段加熱電加熱器，金屬基板在短時(shí)間內(nèi)激活催化劑。
同時(shí)，就柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，柴油機(jī)微粒過(guò)濾器被用來(lái)減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)煙。就可用于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的技術(shù)來(lái)說(shuō)，有一種利用陶瓷過(guò)濾器的收集技術(shù)和一種周期性地氧化或燃燒收集的煙的再生技術(shù)。最近，具有金屬基板的電加熱器被用于再生技術(shù)。
這時(shí)，用于再生技術(shù)的電加熱器通常有幾層彼此堆疊的薄板，這些薄板在制造如上所述的金屬基板時(shí)使用。同時(shí)，在制造利用金屬基板的電加熱器時(shí)，具有不同區(qū)格(cell)尺寸的波紋帶被交替層壓而后彼此粘結(jié)在一起。
圖1顯示一種傳統(tǒng)電加熱器，該電加熱器包括一種具有層壓于其中的帶的發(fā)熱元件，一種把該發(fā)熱元件分成幾個(gè)區(qū)的罩以及為發(fā)熱元件提供電源的電極。
圖2顯示一種具有層壓于其中的帶的傳統(tǒng)發(fā)熱元件。
用在傳統(tǒng)電加熱器中的發(fā)熱元件的帶(10)和(20)每一個(gè)被加工成波紋狀在其上形成區(qū)格，其中每個(gè)區(qū)格具有與其他帶形成的區(qū)格不同的尺寸，這些帶彼此交替層壓。
該發(fā)熱元件有預(yù)定數(shù)量的層壓層以及依照預(yù)定容積的預(yù)定寬度。
該發(fā)熱元件可被做成一彎曲部和一直部，因此該發(fā)熱元件不僅可用于電加熱器的直部，而且可用于其彎曲部。
圖3是在電流施于發(fā)熱元件彎曲部時(shí)發(fā)熱元件發(fā)熱的照片。照片中亮的部分有一高溫，而照片中暗的部分有一低溫。
圖4是說(shuō)明電流在發(fā)熱元件S形彎曲部流動(dòng)的圖，圖5是說(shuō)明電流在發(fā)熱元件L形彎曲部流動(dòng)的圖，圖6是說(shuō)明電流在發(fā)熱元件直部流動(dòng)的圖。
即，當(dāng)電阻在彎曲部臨時(shí)改變時(shí)，電流趨于流向彎曲部具有最低電阻的部分。
相反，生成的熱主要集中在彎曲部具有較高電阻的部分。
圖7是說(shuō)明發(fā)熱元件的示意圖，把該發(fā)熱元件的彎曲部分為幾段，以便發(fā)現(xiàn)各段的電阻分布。
Ω1，Ω2和Ω3表示由各段形狀不同引起的不同電阻。從而，因?yàn)棣?段和Ω5段有相同的形狀，所以Ω1段和Ω5段有相同的電阻，而且Ω2段和Ω4段有相同的形狀，所以Ω2段和Ω4段有相同的電阻。
同時(shí)，關(guān)于Ω3段，因?yàn)樽髠?cè)是電流可以以最短的距離流動(dòng)的路徑，所以當(dāng)電加熱器生熱時(shí)，左側(cè)路徑與右側(cè)路徑相比有較高的溫度分布。
結(jié)果，發(fā)熱元件中這種較高的非均勻溫度分布造成發(fā)熱元件Ω3段的耐久性減弱。
圖8顯示Ω3段彎曲部中具有水平方向三個(gè)分區(qū)的Ω3段，在Ω3段中區(qū)1與區(qū)3相比有較高的溫度。
因而，應(yīng)該理解即使在相同的Ω3段，當(dāng)電流施于電加熱器時(shí)，根據(jù)Ω3段中不同的分區(qū)，發(fā)熱元件也有不同的溫度，因此產(chǎn)生耐熱性的差異。
圖9是說(shuō)明彎曲的并附在罩上的發(fā)熱元件的圖，圖中發(fā)熱元件被分為幾段。
為了在發(fā)熱元件與罩之間提供大量接觸部，發(fā)熱元件的帶具有蜿蜒的形狀。
因此，在傳統(tǒng)發(fā)熱元件中，接觸部的量在Ω1段最多，然后朝Ω5段方向逐漸減少。結(jié)果，電阻從Ω2段到Ω3，Ω4和Ω5段逐漸增大，因此電流不流向發(fā)熱元件而是流向設(shè)在發(fā)熱元件外部的罩，因此在Ω3，Ω4和Ω5段不產(chǎn)生熱。
此外，在Ω2段和罩之間的接觸部，電流被最大化，是造成溫度升高的主要和根本原因，因而降低了發(fā)熱元件的耐久性。
圖10是顯示在把電流施于電加熱器時(shí)罩與發(fā)熱元件間的接觸部生熱狀態(tài)的照片。如圖10中所看到的，溫度在區(qū)域2之后朝區(qū)域3，4和5方向顯著降低。
結(jié)果，由于罩與發(fā)熱元件間接觸部或發(fā)熱元件的彎曲部的耐熱性的差異，電加熱器的一些區(qū)域被熔斷，使電加熱器完全不能使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，針對(duì)上述問(wèn)題提供本發(fā)明，本發(fā)明目的在于提供一種耐久性電加熱器，被設(shè)計(jì)為通過(guò)將至少一個(gè)發(fā)熱元件附加在發(fā)熱元件中的各分區(qū)或通過(guò)改變發(fā)熱元件波幅，把非均勻分布于發(fā)熱元件中的局部電阻改變?yōu)榫鶆蚍植加谄渲械碾娮瑁瑥亩_保發(fā)熱元件在其彎曲部或在其與罩的接觸部有均勻的溫度分布。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)提供一種電加熱器可實(shí)現(xiàn)上述及其他目的，該電加熱器包括發(fā)熱元件，該發(fā)熱元件具有多個(gè)層壓于其中形成彎曲部和直部的帶；至少一個(gè)罩，該罩把發(fā)熱元件隔成該發(fā)熱元件的一中心部和與該發(fā)熱元件相接觸的發(fā)熱元件的一外部；以及至少一個(gè)電極，該電極電連接到發(fā)熱元件以向在電加熱器中產(chǎn)生熱的發(fā)熱元件提供電源，其中發(fā)熱元件的彎曲部或罩與發(fā)熱元件間的接觸部按照在發(fā)熱元件中的位置有不同的電阻。
發(fā)熱元件可以具有至少一個(gè)預(yù)定長(zhǎng)度并附于其上的增強(qiáng)發(fā)熱元件，以便根據(jù)在發(fā)熱元件中的位置提供不同的電阻。
取決于在發(fā)熱元件中的位置的不同電阻引起罩與發(fā)熱元件間接觸面積的變化。
罩與發(fā)熱元件間接觸面積的變化引起罩與發(fā)熱元件間接觸部的發(fā)熱元件的波幅的變化。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其他目的，特征和其他優(yōu)點(diǎn)將更容易理解。其中圖1顯示一種傳統(tǒng)電加熱器；圖2顯示一種具有層壓于其中的帶的傳統(tǒng)發(fā)熱元件的實(shí)例；
圖3是說(shuō)明在電流施于發(fā)熱元件彎曲部時(shí)具有層壓于其中的帶的發(fā)熱元件的照片；圖4是說(shuō)明電流在具有層壓于其中的帶的發(fā)熱元件S形彎曲部中流動(dòng)的圖；圖5是說(shuō)明電流在具有層壓于其中的帶的發(fā)熱元件L形彎曲部中流動(dòng)的圖；圖6是說(shuō)明電流在具有層壓于其中的帶的發(fā)熱元件直部中流動(dòng)的圖；圖7是說(shuō)明發(fā)熱元件被分為五段的彎曲部的示意圖；圖8是如圖7中所示的發(fā)熱元件的Ω3段以及Ω3段在水平方向具有三個(gè)分區(qū)的圖；圖9是說(shuō)明彎曲并附在罩上的發(fā)熱元件的圖，圖中發(fā)熱元件被分為幾段；圖10是顯示電流施于電加熱器時(shí)，在罩與發(fā)熱元件間的接觸部生熱狀態(tài)的照片；圖11是說(shuō)明在預(yù)先確定的區(qū)域有一增強(qiáng)發(fā)熱元件附于其上的發(fā)熱元件圖；圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的具有附于發(fā)熱元件帶上的增強(qiáng)發(fā)熱元件的發(fā)熱絲的實(shí)例；圖13是顯示當(dāng)電流加到電加熱器時(shí)圖11中發(fā)熱元件在實(shí)際使用中的實(shí)例的照片；圖14是描述本發(fā)明發(fā)熱元件和傳統(tǒng)發(fā)熱元件彎曲部的溫度的圖示；圖15顯示圖11中發(fā)熱元件的實(shí)例，該發(fā)熱元件具有附于該發(fā)熱元件帶上的增強(qiáng)發(fā)熱元件而且該發(fā)熱元件附于罩上，在罩與發(fā)熱元件間提供一接觸部；圖16是顯示圖15中實(shí)例在把電流加到電加熱器時(shí)的照片；圖17是描述本發(fā)明中發(fā)熱元件與其罩間的接觸部和傳統(tǒng)發(fā)熱元件與其罩間的接觸部的溫度的圖示；圖18是說(shuō)明一熱點(diǎn)區(qū)的示意圖，在罩與發(fā)熱元件間的接觸部該熱點(diǎn)區(qū)溫度最高；圖19是說(shuō)明圖18中在結(jié)構(gòu)上放大的熱點(diǎn)區(qū)的示意圖；圖20是一由其可計(jì)算出傳統(tǒng)發(fā)熱元件與罩間的接觸面積的圖；圖21是當(dāng)發(fā)熱元件波幅減小時(shí)由其可計(jì)算出傳統(tǒng)發(fā)熱元件與罩之間接觸面積的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
圖11是說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其中一增強(qiáng)發(fā)熱元件11被附在發(fā)熱元件的帶10的預(yù)定段上。
即，當(dāng)通過(guò)層壓帶形成發(fā)熱元件時(shí)，該發(fā)熱元件在其彎曲部具有不同的電阻。
此時(shí)，增強(qiáng)發(fā)熱元件是波紋形，如圖11中所示，該波紋形增強(qiáng)發(fā)熱元件具有和發(fā)熱元件相同帶層中的帶的區(qū)格數(shù)量相同的區(qū)格，并且一個(gè)或多個(gè)這種增強(qiáng)發(fā)熱元件被分別附在發(fā)熱元件帶上。
因?yàn)楦皆诎l(fā)熱元件帶上的增強(qiáng)發(fā)熱元件，所以Ω1和Ω3段有不同于Ω2段的電阻。
歸結(jié)于事實(shí)，即使對(duì)于相同的材料，較大的單位面積使電流容易流過(guò)并且減小電阻。也就是說(shuō)因?yàn)棣?段有一大的單位面積，所以電流容易流過(guò)并且電阻被減小。
圖12顯示根據(jù)本發(fā)明的具有附在發(fā)熱元件帶上的增強(qiáng)發(fā)熱元件的發(fā)熱元件的實(shí)例。在該實(shí)例中，增強(qiáng)發(fā)熱元件被附在組成發(fā)熱元件的帶上，其中每個(gè)增強(qiáng)發(fā)熱元件具有與發(fā)熱元件相同帶層中的帶的區(qū)格數(shù)量相同的區(qū)格，因此，當(dāng)啟動(dòng)電加熱器時(shí)，發(fā)熱元件的溫度分布廣泛延伸到區(qū)3。從圖13中可進(jìn)一步證實(shí)這種現(xiàn)象，該圖是圖12中發(fā)熱元件形狀的照片。
鑒于如圖13中所示的熱的產(chǎn)生不均勻分布的原因，增強(qiáng)發(fā)熱元件被附在發(fā)熱元件帶上，以便于改變整個(gè)彎曲部四周的發(fā)熱元件電阻，同時(shí)，從區(qū)1彎曲部前的發(fā)熱元件最里面的部分朝發(fā)熱元件外部逐漸增加增強(qiáng)發(fā)熱元件的長(zhǎng)度。也即，因?yàn)榇蟮膯挝幻娣e引起電阻減小，所以電阻從最里部到外部逐漸減小。
因而，通過(guò)減小發(fā)熱元件彎曲部外部的電阻，趨于向內(nèi)流的電流被引導(dǎo)向外流，因此在發(fā)熱元件彎曲部產(chǎn)生的熱分配到彎曲部外部。
圖14是描述本發(fā)明發(fā)熱元件和傳統(tǒng)發(fā)熱元件彎曲部的溫度的圖示。
如圖14中所示，可以看出區(qū)3的溫度降低了大約250℃。同時(shí)，盡管與傳統(tǒng)發(fā)熱元件相比區(qū)1的溫度只稍有降低，但由于區(qū)1溫度的降低仍可實(shí)現(xiàn)耐熱性。
圖15顯示圖11中發(fā)熱元件的實(shí)例，該發(fā)熱元件具有附于發(fā)熱元件帶上的增強(qiáng)發(fā)熱元件，并且該發(fā)熱元件附于罩上，由此在罩與發(fā)熱元件間提供一接觸部，其中增強(qiáng)發(fā)熱元件被附在Ω2、Ω3、Ω4以及Ω5段以使其具有與Ω1段相同的電阻。
其中增強(qiáng)發(fā)熱元件被附在具有彎曲部的發(fā)熱元件帶上，該增強(qiáng)發(fā)熱元件中每個(gè)都具有與發(fā)熱元件相同帶層中的帶的區(qū)格數(shù)量相同的區(qū)格。
圖16是顯示圖15中實(shí)例在把電流加到電加熱器時(shí)的照片。
圖17是描述本發(fā)明中發(fā)熱元件與其罩間的接觸部和傳統(tǒng)發(fā)熱元件與其罩間的接觸部的溫度的圖示。
如圖17中所示，可以看出溫度降低了大約250℃，是溫度可降低的最大范圍。即，可以看出電阻分布顯著朝Ω2、Ω3、Ω4以及Ω5段擴(kuò)展。
圖18是說(shuō)明一熱點(diǎn)區(qū)的示意圖，在罩與發(fā)熱元件間的接觸部該熱點(diǎn)區(qū)溫度最高，其中電阻向右側(cè)增大，因此電流在右側(cè)流動(dòng)不暢，由此在右側(cè)發(fā)熱元件的溫度降低。
圖19是說(shuō)明熱點(diǎn)區(qū)的示意圖，其不僅增進(jìn)了溫度分布而且增進(jìn)了發(fā)熱元件上沒(méi)有附增強(qiáng)發(fā)熱元件的該熱點(diǎn)區(qū)的耐久性。
更確切地說(shuō)，發(fā)熱元件在罩與發(fā)熱元件間的接觸部的波幅的減小增大了罩與發(fā)熱元件間的接觸面積，而且整個(gè)發(fā)熱元件長(zhǎng)度的改變引起電阻的減小。
圖20是一由其可計(jì)算出傳統(tǒng)發(fā)熱元件和其罩之間的接觸面積的圖。
發(fā)熱元件與罩間的接觸面積按以下所述計(jì)算接觸面積＝填料(銅焊劑)厚度“t”*接觸面積長(zhǎng)度“L”*接觸表面數(shù)在圖21中，盡管提供相同的填料厚度和相同的接觸表面數(shù)，發(fā)熱元件與罩之間的接觸面積隨著接觸長(zhǎng)度的增加而增大，其中接觸長(zhǎng)度通過(guò)減小發(fā)熱元件波幅而被增大。
結(jié)果，發(fā)熱元件波幅的減小不僅增強(qiáng)了熱點(diǎn)區(qū)的耐久性，而且減小了發(fā)熱元件的全長(zhǎng)，從而引起發(fā)熱元件電阻的減小，由此增進(jìn)了發(fā)熱元件并且同時(shí)增進(jìn)了發(fā)熱元件中溫度的均勻分布。
由上述論述顯然根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將至少一個(gè)發(fā)熱元件附加在發(fā)熱元件中的各分區(qū)或通過(guò)改變發(fā)熱元件波幅，把非均勻分布于發(fā)熱元件中的局部電阻改變?yōu)榫鶆蚍植加谄渲械碾娮瑁瑥亩_保發(fā)熱元件在其彎曲部或在其與罩的接觸部有均勻的溫度分布，從而增進(jìn)發(fā)熱元件耐熱性。
出于說(shuō)明性目的盡管本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例被公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白可能有各種修改，增加和置換，不脫離如所附權(quán)利要求公開(kāi)的本發(fā)明范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種電加熱器，包括發(fā)熱元件，所述發(fā)熱元件具有多個(gè)層壓于該發(fā)熱元件中而形成該發(fā)熱元件彎曲部和直部的帶；至少一個(gè)罩，所述罩將所述發(fā)熱元件分成該發(fā)熱元件的中心部和與該發(fā)熱元件接觸的該發(fā)熱元件的外部；以及至少一個(gè)電極，該電極電連接于所述發(fā)熱元件向在所述電加熱器中產(chǎn)生熱的該發(fā)熱元件提供電源；其特征在于所述發(fā)熱元件的彎曲部或罩與發(fā)熱元件間的接觸部按照在發(fā)熱元件中的位置有不同的電阻。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的電加熱器，其特征在于所述電加熱器具有至少一個(gè)有預(yù)先確定長(zhǎng)度并附在所述電加熱器上的增強(qiáng)發(fā)熱元件以便根據(jù)在發(fā)熱元件中的位置提供不同的電阻。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求1所述的電加熱器，其特征在于依據(jù)在發(fā)熱元件中的位置的不同電阻可以引起所述罩和所述發(fā)熱元件之間接觸面積的變化。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的電加熱器，其特征在于所述罩和所述發(fā)熱元件之間接觸面積的變化引起所述罩和所述發(fā)熱元件間在接觸部發(fā)熱元件波幅的變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐久性電加熱器，被設(shè)計(jì)為通過(guò)將至少一個(gè)發(fā)熱元件附加在發(fā)熱元件中的各分區(qū)或通過(guò)改變發(fā)熱元件波幅，把非均勻分布于發(fā)熱元件中的局部電阻改變?yōu)榫鶆蚍植加谄渲械碾娮?，從而確保發(fā)熱元件在其彎曲部或在其與罩的接觸部有均勻的溫度分布。
文檔編號(hào)F01N3/027GK1926314SQ200480042329
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者黃載元, 金石, 吳介熙, 張桂源, 金元泰, 姜奉均, 梁度然 申請(qǐng)人:日進(jìn)電氣株式會(huì)社