KR100229363B1 - 교차형 배열의 미세구조물을 갖춘 금속 벌집체 - Google Patents

교차형 배열의 미세구조물을 갖춘 금속 벌집체 Download PDF

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베. 마우스; 베. 디트리히
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Abstract

본 발명은 유체(F)가 유동방향으로 유동할 수 있는 다수의 채널(2)을 구비한 금속 벌집체로서, 다수의 금속 쉬트(3,4)로 이루어져 있고, 적어도 일부의 금속 쉬트(3,4)에는 다수의 채널(2)을 형성하는 적어도 하나의 제 1 매크로 조직이 제공되어 벌집체의 형상을 결정하며, 또한 적어도 일부의 금속 쉬트(3,4)에는 적어도 일부 구역에 추가의 마이크로 조직이 제공되어 있고, 이러한 마이크로 조직이 각각 유동 방향(R)에 대해 소정의 각도를 이루고 연장하면서 서로 일정한 간격을 두고 이어져 있는 금속 벌집체에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 이러한 마이크로 조직(5)은 서로 교차하는 방식으로 배열되어 있다.

Description

교차형 배열의 미세 구조물을 갖춘 금속 벌집체 {MICROSTRUCTURES IN AN INTERSECTING ARRANGEMENT}
이러한 유형의 금속 벌집체는 미국특허 제 5,157,010호에 대응하는 유럽특허 제 0,454,712호에 개시되어 있다.
미국특허 제 5,157,010호에 대응하는 유럽특허 제 0,454,712호에 개시된 벌집체는 일반적으로 기능적인 면에서 만족스러운 편이다.
그러나, 금속 벌집체가 귀금속을 함유하는 촉매작용면(catalytically active surface)을 갖고 있기 때문에, 촉매 변환기의 제조 비용을 절감시키기 위해서는 이러한 귀금속의 비율을 가능한 한 많이 감소시켜야 한다.
본 발명은 유체의 유동방향으로 다수의 채널을 구비하고 있는 다수의 금속시트로 이루어진 금속 벌집체(metal honeycomb body), 특히 자동차의 촉매 변환기용 금속 벌집체에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 적어도 일부의 금속시트에는 다수의 채널을 형성하며 벌집체의 형상을 결정하는 적어도 하나의 대형 구조물(macrostructures)이 제공되어 있고, 또한 적어도 일부의 금속시트에는 적어도 일부 구역에 추가의 미세 구조물(microstructures)이 제공되어 있으며, 이러한 미세 구조물이 유동 방향에 대해서 소정의 각도를 이루고 연장하면서 서로 일정한 간격을 두고 이어져 있는 금속 벌집체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미세 구조물을 갖춘 파형 금속시트의 제 1 실시예를 도시한 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 구조물을 갖춘 파형 금속시트의 제 2 실시예를 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세 구조물을 갖춘 평형 금속시트의 실시예를 도시한 부분 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
R : 유동 방향 F : 유체
2 : 채널 3 : 파형 금속시트
4 : 평형 금속시트 5 : 미세 구조물
6 : 마루부 7 : 골
8 : 측면
본 발명의 목적은 이러한 종래의 장치가 갖고 있는 단점을 벌집체의 촉매 효과를 증진시킴으로써 극복하는, 서로 교차하는 미세 구조물을 갖춘 벌집체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 금속시트로 구성된 금속 벌집체에 의해 달성되며, 본 발명에 따른 금속시트 중 적어도 일부의 금속시트에는 유체를 유동방향으로 안내하는 다수의 채널을 형성하며 벌집체의 형상을 결정하는 적어도 하나의 대형 구조물이 제공되어 있고, 그리고 적어도 일부의 금속시트에는 유동 방향에 대해 소정의 각도를 이루고 연장되어 있으며, 서로 일정한 간격을 두고 연속해서 이어져 있고, 그리고 서로 교차하는 추가의 미세 구조물이 적어도 일부 구역에 제공되어 있다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 특허청구범위의 종속항에 개시되어 있다.
미세 구조물을 교차시킴에 따라, 부가적인 유동 효과(fluidic effect)가 발생한다. 즉, 서로 교차하는 미세 구조물에 의하여 가장자리와 중심 흐름의 혼합이 강화되는 부가적인 유동 효과가 발생한다. 그리고 그러한 혼합의 강화에 의해, 배기 가스와 각각의 유동 채널의 촉매작용면 사이에서 보다 양호하게 물질의 이동이 이루어진다. 따라서, 배기가스의 흐름 자체가 촉매작용면으로 향하려는 성분을 갖고 있고 이 유동 성분이 촉매작용면으로의 이동을 강화시키기 때문에, 촉매작용면으로의 추출물의 이동 및 생성물의 제거가 개선된다.
유동 효과는 미세 구조물이 서로 교차하는 위치에 의해 좌우된다.
즉, 미세 구조물이 교차하는 곳에서 유동의 혼합이 주로 강화된다. 만일 미세 구조물이 파형 금속시트의 마루부(crests)에서 서로 교차한다면, 그 결과 더욱 심하게 서로 뒤엉킨 유동이 나타난다.
또한, 미세 구조물의 교차 각도가 비교적 작은 경우에도 유동에 영향을 줄 수 있다. 그 결과, 유동은 2개의 미세 구조물 사이에서는 잔잔할 수 없으며, 그러한 유동 내에서는 강한 혼합이 발생한다.
본 발명에 따른 파형 금속시트와 평형 금속시트가 함께 감겨지는 벌집체에 있어서, 마찬가지로 평형 금속시트도 미세 구조물을 갖는다. 지금까지는, 종방향을 가로지르는 미세 구조물을 갖춘 평형 금속시트를 제조하지 못하였는데, 그 이유는 그러한 평형 금속시트를 감기 위해서는 큰 지지력을 낼 수 있는 도구가 필요하기 때문이다. 더욱이, 감는 과정에서 평형 금속시트에 주름(crumpling)이 발생되기도 했다.
본 발명에 따라서 서로 교차하는 미세 구조물을 평형 금속시트상에 형성함으로써, 평형 금속시트를 보다 용이하게 감을 수 있고 유동의 혼합을 개선시킬 수 있다. 또한, 안정성이 증가된 벌집체를 얻을 수 있다.
미세 구조물의 횡단면 형상은 예를 들어 미국특허 제 5,157,010호에 대응하는 유럽특허 제 0,454,712호에 개시된 것과 상응하게 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점 및 특성은 하기 실시예에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
먼저, 도 1을 참조하면 금속 벌집체는 다수의 채널(2)을 구비하고 있는데, 금속시트(3,4)로 이루어진 이러한 다수의 채널(2)을 통해서 유동 방향(R)으로 유체(F)가 유동할 수 있다. 금속시트(3)는 파형으로 형성되어 있으며 금속시트(4)는 편평하다. 파형의 금속시트(3)와 평형의 금속시트(4)가 서로 교대로 적층된다.
도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서, 금속시트(3)에는 미세 구조물(5)이 제공되어 있다. 이러한 미세 구조물(5)은 파형 금속시트(3) 내에서 서로 교차하는 좁고 긴 스트립 형태로 융기되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 미세 구조물(5)은 파형 금속시트(3)의 꼭대기 또는 마루부(6)에서 서로 교차한다.
도 2는 파형 금속시트(3)에 대한 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 미세 구조물(5)이 파형 금속시트(3)의 마루부(6)뿐만 아니라 골(7)과 측면(8) 상에서도 교차하는 것이 도 1에 도시된 제 1 실시예와 다르다.
파형 금속시트(3)에 제공된 미세 구조물(5)은 유동 방향(R)에 대해서 소정의 각도를 이루며 형성되어 있다.
도 3은 평형 금속시트(4)를 도시하고 있으며, 서로 교차하는 미세 구조물(5)이 평형 금속시트(4)에 제공되어 있다.
평형 금속시트(4)의 서로 교차하는 미세 구조물(5)은 종전에는 감김 방향으로 연장된 구조물로만 가능했던 고온 본체의 감기를 가능하게 만든다.
또한, 미세 구조물을 갖춘 파형 금속시트와 미세 구조물을 갖춘 평형 금속시트를 결합하여 고온의 본체를 형성하는 것도 가능하다.

Claims (10)

  1. 금속 벌집체로서,
    다수의 금속시트(3,4)로 구성되어 있으며,
    상기 금속시트(3,4) 중 적어도 일부가 유동방향(R)으로 유체(F)를 안내하기 위한 다수의 채널(2)을 형성하는 동시에 벌집체의 형상을 결정하는 적어도 하나의 대형 구조물을 갖고 있고, 그리고
    상기 금속시트(3,4) 중 적어도 일부가 상기 유동방향(R)에 대해 소정의 각도를 이루고 연장되어 있으며, 서로 일정한 간격을 두고 연속해서 이어져 있고, 그리고 서로 교차하는 다수의 미세 구조물(5)을 적어도 일부 구역에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속시트(3, 4)가 파형 금속시트(3)와 평형 금속시트(4)를 교대로 쌓아올린 층으로 이루어져 있으며, 상기 파형 금속시트(3)가 상기 미세 구조물(5)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 마루부(6)를 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 마루부(6)에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 골(7)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 골(7)에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 양측면(8)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 적어도 한쪽 측면(8)상에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 마루부(6) 및 골(7)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 마루부(6) 및 골(7)에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 마루부(6) 및 양측면(8)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 마루부(6) 및 적어도 한쪽 측면(8)상에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 골(7) 및 양측면(8)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 골(7) 및 적어도 한쪽 측면(8)상에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 금속시트(3)가 마루부(6), 골(7) 및 양측면(8)을 갖고 있으며, 상기 미세 구조물(5)이 상기 파형 금속시트(3)의 마루부(6), 골(7) 및 적어도 한쪽 측면(8)상에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 금속시트(3, 4)가 파형 금속시트(3)와 평형 금속시트(4)를 교대로 쌓아올린 층으로 이루어져 있으며, 상기 평형 금속시트(4)가 상기 미세 구조물(5)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 금속 벌집체.
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