具有加热的多孔金属结构的气体管道的制作方法

本发明涉及具有专利权利要求1前序部分所述特征、带加热的多孔金属结构的气体管道。

背景技术：

在气流中设置加热的多孔金属结构对多种应用是有利的，在这些应用中，气体与气体流经的多孔金属结构的相互作用是期望的。例如，可以是优选地发生在温度升高下气体与金属的作用，由于与多孔金属结构大的表面相互作用而导致的气体温度升高或者是对气流的清洁或过滤，例如，去除夹带的水滴或使这种液滴转换至气相。

由于电加热器良好的可控性，已知这种加热器可用来加热多孔金属结构。根据DE 10 2007 024 563 A1已知该应用的具体示例，其教导使用电加热器来用于此目的。该文献教导对催化转化器的蜂巢结构进行电加热，其中基本思想是通过输送流经多孔金属结构的壁部分的电流来对该壁部分进行加热。

这种已知的方法在实践中引发了相当大的问题。一方面，这种加热的多孔金属结构的制造涉及相对大的努力，另一方面，这种系统对振动敏感，而振动通常存在于特别是机动车辆领域的移动应用中，因为可能发生接触中断和/或短路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有加热的多孔金属结构的气体管道，其为加热多孔金属结构提供了更加可靠的可能性，特别地该可能性对振动更加迟钝。

该目的通过具有专利权利要求1所述特征的加热装置来实现。本发明的有利实施例可见于从属权利要求。

根据本发明的气体管道具有管道壁，由管道壁在除了气体管道延伸方向及其相反方向之外的所有方向上围住的内部空间，以及设置在气体管道的内部空间中用于使气体通过的加热的多孔金属结构，该多孔金属结构具有至少一个电加热器。这里多孔金属结构定义为具有至少一个由金属构成的表面并允许气体通过其壁(在多孔金属结构形成壁时)的结构，即，特别地是网格结构和卷起的网格结构、通过弯曲线状或管状金属管而制备的网格结构、蜂巢结构和金属无纺布。

就本发明而言重要的是，电加热器是矿物绝缘加热器，其具有热导体、至少一个正面连接开口和至少一个外金属套，其中矿物绝缘加热器具有至少一个穿过矿物绝缘加热器的段，使得所有正面连接开口设置在气体管道的内部空间之外，并且矿物绝缘加热器的外金属套在该段直接或经由矿物绝缘真空密封管道焊接或钎焊至管道壁，并且其中热导体至少在矿物绝缘加热器设置在气体管道内部空间的段中完全嵌入绝缘材料，绝缘材料优选为压紧的。陶瓷材料是特别合适的绝缘材料。

通过使用具有外金属套和正面连接开口的矿物绝缘加热器，正面连接开口设置在气体管道的外部，确保提供期望的电绝缘，同时外金属套焊接或钎焊至管道壁确保电加热器的尺寸稳定和抗振布局。

多孔金属结构的均匀加热可通过将矿物绝缘加热器的至少一段卷到多孔金属结构上来实现。特别地，这在矿物绝缘加热器具有螺旋构造，例如具有不同半径、同心卷绕的螺旋弹簧的形式时实现。

振动稳定性的进一步改进可在矿物绝缘加热器焊接，尤其是真空焊接至多孔结构时实现。

使用具有金属套的矿物绝缘加热器的特殊优势在矿物绝缘加热器的截面形状可根据需要塑造时实现。通过改变该形状可以特别简单的方式影响多孔金属结构中设置有矿物绝缘加热器的段中的气流，而且，通过改变该形状可实现加热的均匀化。

这被证明是特别有利的，在矿物绝缘加热器沿气体流动方向的截面小于沿面向多孔金属结构的孔壁的方向的截面时，并且矿物绝缘加热器沿气体流动方向的延伸(应强调以避免误解，即使是遥远的，这里延伸是指几何延伸而不是加热器的热加工)是沿面向多孔金属结构的孔壁的方向的延伸的至少四倍，优选地至少十倍。

矿物绝缘加热器的加热元件在一端连接至管道壁的实施例也是可以想到的，管道壁配置为导电管道壁，这样管道壁起到回路导体的作用。这减少了布线的工作量。

在管道壁由具有至少25％(优选地至少50％)镍含量的因科镍合金材料构成时是特别有利的。

根据期望的热分布，多个矿物绝缘加热器可设置在多孔结束结构中。

附图说明

下面根据附图更详细地说明本发明。附图中：

图1是根据本发明第一实施例的气体管道沿直径延伸方向部分剖开的视图；

图2a是图1实施例中细节A的放大图；

图2b是本发明替代性第二实施例中细节A的放大图；

图3a是图1实施例中细节B的放大图；

图3b是本发明第二实施例中细节B的放大图；

图4是根据本发明第三实施例的气体管道的截面图，该截面垂直于气体管道延伸；

图5是根据本发明第四实施例的气体管道的截面图，该截面垂直于气体管道延伸的方向延伸；

图6是根据本发明第五实施例的气体管道的截面图，该截面垂直于气体管道延伸的方向延伸。

具体实施方式

在所有附图中相同的附图标记用于同一示范实施例中的相同组件。

图1示出气体管道100的截面，气体管道100具有管道壁110和由管道壁110围住的内部空间120。固定至管道壁110的多孔金属结构113设置于内部空间120中，这里多孔金属结构113由一个放置在另一个后面的多孔板113a和113b构成，但也可具有另一种形式，例如金属无纺布，其允许气体通过。穿过管道壁110的矿物绝缘加热器102以蛇形方式设置在多孔板113b之间的内部空间114中，加热器102具有金属套108，其以气密方式连接至管道壁110，管道壁110的外侧上具有环状焊缝115。任何其他可能的气密固定方式，例如钎焊，也是可行的以替代焊缝。

为了更好地说明矿物绝缘电加热器102的设置和蛇形路径，图1中示出的视图与普通截面图的区别在于，多孔板113b根本未以截面示出，并且矿物绝缘电加热器102仅在其穿过管道壁110的点的周围区域，特别是细节B的区域以及细节A的区域中示出为截面。

如最能从图2a和3a中显示的图1细节A和B的细节图中看出的，矿物绝缘电加热器102具有卷绕的热导体104，其具有第一段104a和沿相反方向平行于第一段延伸的段104b，并且这两段在矿物绝缘电加热器102的末端(未示出)区域彼此连接。示出的卷绕的特征在于恒定的线圈半径及恒定的线圈间距，但是这些变量也可沿矿物绝缘电加热器102延伸的方向各自变化。

热导体104完全(即，沿垂直于其延伸方向的所有方向)嵌入在压紧的绝缘材料106中，绝缘材料106可由例如MgO构成并用十字表示。而且，矿物绝缘加热器102具有外金属套108和连接线103a、103b。

图2b和3b中示出的替代性第二实施例与图1、2a和3a中示出的实施例的区别仅在于热导体204不是卷绕的。

特别地，如可从图1、3a和3b中看出的，矿物绝缘电加热器102具有穿过 管道壁110的段102a，所以矿物绝缘电加热器102的正面连接开口116设置在气体管道100的内部空间120的外面，并且矿物绝缘电加热器102的外金属套在该段焊接或钎焊至管道壁110。

根据图4的第三实施例与图1中所示的实施例的区别仅在于加热的多孔金属结构313的配置，这里多孔金属结构示出为网格，并且没有覆盖气体管道300内部空间314的整个截面。这在例如流过气体管道300的气体或气体-液体混合物组合由于重力而具有不均匀组分时是有用的，并且只有在加热的多孔金属结构313延伸到的区域中的富集组件受到加热的影响。

进一步的区别产生于矿物绝缘电加热器302的形状，并归因于热导体304没有在矿物绝缘电加热器302的内部来回延伸的事实，特别地如矿物绝缘电加热器示出为剖视图的部分中容易看出的。矿物绝缘电加热器302相应地在两点穿过气体管道300的管道壁310。

图5所示的第四实施例与根据图4的实施例的区别仅在于矿物绝缘电加热器402具有螺旋构造。这使得可在线圈内部容纳例如传感器(未示出)。当然，也可自由地改变加热的多孔金属结构408的形状，并且特别地可加热三维金属结构，其以例如中空体的形式配置。

图6示出气体管道500第五实施例的纵向段，气体管道500具有管道壁510以及由管道壁510围住的内部空间520。固定至管道壁510的多孔金属结构513设置在内部空间520中，这里多孔金属结构513通过使穿过管道壁510具有金属套508的矿物绝缘加热器502变形而形成，加热器以气密方式连接至管道壁510，管道壁510的外侧具有环状焊缝515。具体地，多孔金属结构513在本示例中具有柱状线圈的形式，并且多孔金属结构513的孔由柱状线圈单个绕线之间的中间空间形成。

除了设置焊缝515之外，也可使用任何其他可行的气密固定方式，如钎焊。

为了说明矿物绝缘电加热器502的设计，该加热器在图6中以在两点打开的状态示出，使得金属套508的内部可见。特别地，如在这些点看到的，矿物绝缘热导体504具有卷绕的热导体504，其具有第一段504a和沿相反方向平行于第一段延伸的第二段504b，这两段在矿物绝缘电加热器502的末端周围区域彼此连接。示出的卷绕的特征在于恒定的线圈直径和恒定的线圈间距，但这些变量也可沿矿物绝缘电加热器502延伸的方向各自变化。

热导体504完全(即，沿垂直于其延伸方向的所有方向)嵌入在压紧的绝缘材料506中，绝缘材料506可由例如MgO构成并用十字表示，并且绝缘材料506在外金属套508附近具有连接线503a、503b，其通过正面连接开口516从电加热器502中引出，正面连接开口516位于气体管道500内部空间520的外部并使得电连接电加热器502成为可能。

这样，矿物绝缘电加热器502明显还具有穿过管道壁510的段502a，使得矿物绝缘电加热器502的正面连接开口516设置在气体管道500的内部空间520的外部，并且矿物绝缘电加热器502的外金属套508在该段焊接或钎焊至管道壁510。

特别地，探头或传感器550的敏感区设置在多孔金属结构513由电加热器502的螺旋卷绕段(尤其是所述加热器的外金属套508的段)形成的内部，所述内部位于气体管道500的内部空间中，所述探头或传感器随后可用来测量流过气体管道500的气体的性能，气体通过与加热的多孔金属结构的相互作用而被清洁，特别地，例如被干燥。

这种探头或这种传感器或其敏感部当然也可设置在具有不同配置的多孔金属结构的内部空间中，特别地，在所有其他上述多孔金属结构的内部空间中。

附图标记列表

100,300,400,500 气体管道

102,202,302,402,502 电加热器

102a,202a,302a,402a,502a 电加热器的段

103a,103b,203a,203b,303a,303b,403a,403b,503a,503b 连接线

104,204,304,404,504 热导体

104a,204a,504a 第一段

104b,204b,505b 第二段

106,206,306,406,506 绝缘材料

108,208,308,408,508 金属套

110,210,310,410,510 管道壁

120,320,420,520 气体管道的内部空间

113,313,413,513 多孔金属结构

113a,113b 多孔板

114 内部空间

115,215,315,415 环状焊缝

116,316,416,516 正面连接开口

550 探头或传感器。