KR100307076B1 - 열전도율이 감소되는 유입 및 유출지역을 갖춘 벌집체 - Google Patents

열전도율이 감소되는 유입 및 유출지역을 갖춘 벌집체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체가 통과할 수 있는 구조체(1), 특히 배기가스 촉매변환기용 벌집체에 관한 것으로서, 유체가 통과할 수 있는 통로(4)에 의해 유출지역(3)과 연결되어 있는 유입지역(2)을 갖고 있으며, 유입지역(2)과 유출지역(3)의 부근에 열전도율이 감소되는 부분(6, 10)을 갖고 있고, 이들 부분은 적어도 일부 통로(4)의 벽(8) 내의 개구부(7, 9)에 의해 형성된다.

Description

열전도율이 감소되는 유입 및 유출지역을 갖춘 벌집체 {HONEYCOMB BODY WITH REDUCED HEAT CONDUCTIVITY IN INFLOW AND OUTFLOW AREAS}
국제공보 WO 90/03220호에는 유체가 통과할 수 있으며 최대한으로 폭넓게 변화하는 단면형상을 가질 수 있는 벌집체가 개시되어 있다. 배기가스 시스템의 배기가스 내에 있는 오염성분을 감소시키려면, 오염 물질이 촉매반응하기에 충분한 온도 상태로 벌집체를 만드는 것이 필요하다. 촉매변환기의 작동을 가능한 빨리 개시시키기 위하여 벌집체를 전기적으로 가열시키는 방법이 이미 국제공보 WO 89/10471호에 개시되어 있다. 이러한 벌집체의 전기적인 가열로 인하여 내연기관의 저온 시동상태에서 생성되는 배기가스 오염물질의 방출이 감소된다. 자동차가 각각의 이동 사이클 사이에 크거나 짧은 길이의 중단을 갖는 단거리-모드로 작동할 때 내연기관 및 전체 배기가스 시스템이 냉각된다. 이러한 방식으로 배기가스 시스템, 특히 벌집체를 냉각하는 것은 벌집체가 반복적으로 전기적 가열되어야 하는 결과를 가져온다. 이것은 일부 환경 하에서 자동차의 배터리와 같은 동력원에 심한 부하가 걸리는 결과를 초래한다. 자동차가 단거리 주행에 사용될 때는 배터리가 항상 재충전될 수 있다고 보장할 수 없다.
벌집체를 가열시키는데 필요한 동력을 감소시키기 위하여 단열재를 갖춘 벌집체가 이미 공지되어 있다. 예를 들어 국제공보 WO 90/04087호에는 이중 덮개 시스템을 이용한 단열재 장착 벌집체가 개시되어 있다. 이 이중 덮개 시스템은 외부 관형 덮개 내에 일정한 간격을 두고 내부 관형 덮개를 배치한다. 내부 관형 덮개와 외부 관형 덮개 사이의 공간이 단열재의 역할을 하게 된다. 이로써 벌집체의 주변 표면에 의한 열의 방출이 감소되는 것이다.열전도율을 감소시키기 위하여, 미국특허 제 5,549,873호에는 열전도율이 상당이 감소된 중간 지역을 갖춘 벌집체가 개시되어 있다. 이 중간 지역은 벌집체의 금속시트 내에 제공되어 있는 개구부 또는 스탬핑 부분에 의해 생성된다. 개구부의 상류 지역은 실제 예비 촉매변환기로 이용된다. 즉, 벌집체의 부분적인 지역이 엔진의 저온 시동 후에 즉시로 신속하게 가열될 수 있는 매스를 형성하고, 주 촉매변환기의 지역에는 보다 신속한 촉매 작용면이 가능해지도록 벌집체가 다수의 유동로를 형성한다.
본 발명의 목적은 유체가 통과하는 벌집체를 개선시켜 벌집체의 열손실을 더욱 감소시키는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은 청구범위 제 1항의 특징을 갖는, 유체가 통과할 수 있는 벌집체에 의해 달성된다. 이러한 벌집체의 특징 및 구성은 종속항에 게재된다.
본 발명은 유체가 통과할 수 있으며 유입 및 유출지역을 갖춘 특히 배기가스 촉매변환기용 벌집체에 관한 것이다. 유입 및 유출지역은 유체가 통과할 수 있는 통로에 의해 서로 연결된다.
도 1은 본 발명에 따른 벌집체의 제 1실시예의 개략도이고,
도 2는 배기가스 시스템 내의 본 발명에 따른 벌집체의 제 2실시예의 개략도이다.
* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명 *
1 : 구조체 (벌집체) 2 : 유입지역
3 : 유출지역 4 : 통로
5 : 관형 덮개 8 : 벽
6, 10, 11, 12 : (열전도율이 감소되는) 부분
7, 9, 13, 14 : 개구부
15 : 단열재 16 : 외부 관형 덮개
17 : 디퓨저 18 : 컨퓨저
본 발명에 따른 벌집체는 적어도 유입지역과 유출지역의 부근에 열전도율이 감소되는 부분을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 배기가스 촉매변환기용 벌집체의 경우에 있어서, 벌집체에 연결된 배기가스 시스템의 부품으로의 열전도와 배기가스 시스템 내의 배기가스의 대류에 기인하는 양 단부에서의 열손실이 전체 열손실의 상당 부분을 차지한다. 본 발명에 따른 벌집체는 특히, 양 단부에서의 이러한 열손실을 피할 수 있다. 열전도율이 감소되는 각각의 부분이 유입지역과 유출지역 각각에 제공된다는 사실은 벌집체가 배기가스 시스템의 인접 부품으로부터 실질적으로 열적 차단된다는 것을 의미한다. 열전도율이 감소되는 부분은 적어도 부분적으로 벌집체 내로 연장된다.
벌집체가 유입지역과 유출지역의 부근에 열전도율이 감소되는 부분을 가짐으로써, 중심부의 열손실이 줄어들고, 이에 따라 유입지역과 유출지역 사이의 벌집체 부분은 종래의 벌집체보다 장시간 동안 고온을 유지한다. 유입지역과 유출지역 사이의 벌집체가 고온으로 유지됨으로써 재시동 후에 배기가스의 정화 작용이 개선된다. 또한, 유입지역과 유출지역 사이의 부분이 보다 빠르게 가열됨으로써 촉매반응에 필요한 온도에 보다 신속하게 도달할 수 있다.
벌집체의 바람직한 형상은 열전도율이 감소되는 부분이 벌집체의 전체 단면에 걸쳐 연장되는 것이다. 벌집체의 열전도율을 감소시키는 것은 적어도 부분적으로 감소된 벽두께나 치수를 갖는 적어도 하나 이상의 통로로 된 벽에 의해 달성될 수 있다. 즉, 열전도 방향으로 단면적을 감소시키는 것이다.
본 발명의 벌집체의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 개구부를 갖춘 통로 중 적어도 하나의 벽에 의해 열전도율이 감소되는 부분이 형성된다. 벌집체의 이러한 형상에 의해, 열을 전도할 수 있는 벌집체의 단면이 감소된다. 그러나, 벌집체의 강도는 벽 내의 개구부에 의해 좋지 않은 영향을 받을 수도 있음을 주의해야 한다. 그러나, 이러한 부분이 개구부없이 단열재를 포함한다면 구조의 강도에 관한 이러한 나쁜 영향이 일어나지 않는다.
벌집체 내에 개구부를 형성하는 것은 벌집체 제조공정 이전에, 중간에, 또는 이후에 이루어질 수 있다. 만일 벌집체가 적어도 부분적으로 구조화된 금속시트층을 감거나 적층시킴으로써 형성된다면, 개구부를 만드는 작업은 시트층을 감거나 적층하는 단계 이전에 이루어진다.
유체가 통과할 수 있으며 유입지역과 유출지역의 부근에 열전도율이 감소되는 부분을 갖춘 벌집체는 배기가스 촉매변환기용 벌집체에 특히 적합하고, 바람직하게는 관형 덮개 내에 배치되고, 이 관형 덮개는 유입지역과 유출지역의 부근에 열전도율이 감소되는 부분을 갖는다. 관형 덮개 또는 벌집체 내에 형성되는 개구부는 천공구를 포함할 수도 있다. 열전도율이 감소되는 부분은 서로 일렬로 정렬되어 배치되는 것이 바람직하다. 벌집체를 수용하는 관형 덮개가 유입지역과 유출지역 각각에 열전도율이 감소되는 부분을 갖는다면, 전술한 바와 같은 벌집체의 물리적인 형상과 엔진을 재시동한 후에 배기가스의 촉매반응에 필요한 온도의 달성간의 상호관계는 더욱 밀접해진다. 이러한 구성은 관형 덮개로부터 배기가스 시스템의 인접 부품으로의 열전도율을 상당히 감소시킨다.
본 발명의 이점과 특징들을 첨부된 도면에 도시되어 있는 실시예와 관련하여 기재하면 다음과 같다.
도 1은 유체가 통과할 수 있는 벌집체(1)를 도시하고 있다. 벌집체(1)는 유입지역(2)과 유출지역(3)을 갖는다. 유입지역(2)과 유출지역(3)은 유체가 통과하여 흐를 수 있는 통로(4)에 의해 서로 연결되어 있다. 벌집체(1)는 관형 덮개(5) 내에 배치되어 있다. 유입지역(2)의 부근에서 벌집체(1)에 열전도율이 감소되는 부분(6)이 제공되어 있다. 부분(6)은 개구부(7)에 의해 형성된다. 개구부(7)는 통로(4)의 벽(8) 내에 제공되며 유체의 유동방향(F)에 적어도 부분적으로 횡으로 연장되어 있다. 유출지역(3)의 부근에는 열전도율이 감소되는 부분(10)을 형성하는 개구부(9)가 제공되어 있다. 개구부(9)는 통로(4)의 벽(8) 내에 위치된다. 또한, 덮개(5)는 벌집체(1)의 유입지역(2)과 유출지역(3) 각각에 열전도율이 감소되는 부분(11 및 12)을 갖는다. 부분(11 및 12)은 각각 개구부(13 및 14)에 의해 형성된다. 도 1에 도시된 실시예에서 각각의 부분(6, 10, 11 및 12)의 개구부(7, 9, 13 및 14) 각각은 슬롯의 형상을 갖는다. 이들은 관형 덮개(5)와 벌집체(1) 내에서 동일한 형상을 갖는다.
다른 실시예로서 개구부(13, 14)는 도 2에 도시된 바와 같이 원형 단면을 가질 수 있다. 이들 개구부(13, 14)는 한 평면 내에서 벌집체의 각 단부면(2, 3)의 5 내지 15mm 뒤쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 도 2는 내연기관의 배기가스 시스템 내의 벌집체(1)의 배열을 도시하고 있다. 벌집체(1)는 유입지역(2)의 부근에 개구부(13)를 갖고 유출지역(3)의 부근에 개구부(14)를 갖는다. 벌집체(1)의 관형 덮개(5)는 단열재(15)로 둘러싸인다. 단열재(15)는 외부 관형 덮개(16)에 의해 둘러싸인다. 외부 관형 덮개(16)에 연결되는 디퓨저(diffuser; 17)가 유입지역(2)의 전방에 제공된다. 외부 관형 덮개(16)에 연결되는 컨퓨저(confuser; 18)가 유출지역(3)에 제공된다. 적층식 또는 감기식 금속시트로 구성된 벌집체(1)의 부분(6 및 10)과 관형 덮개(5)의 부분(11 및 12) 각각은 벌집체(1)의 중심으로부터 컨퓨저(18)나 디퓨저(17)로 또는 이들 전방의 가스 공간 내로 열이 방출되는 것을 감소시킨다. 이것은 열전도율이 감소되는 부분(6, 10, 11 및 12)과 단열재(15)에 의해 형성되는 고온의 '셀(cell)'을 제공한다. 이것은 배기가스 정화시스템을 위한 에너지측면에서 바람직한 형상을 제공한다.

Claims (9)

  1. 벌집체에 있어서,
    유입지역,
    유출지역,
    유체를 유도하기 위하여 상기 유입지역과 유출지역 사이에 연결되어 있으며, 상기 유입지역의 부근에는 열전도율이 감소되는 유입부를 가지며 상기 유출지역 부근에는 열전도율이 감소되는 유출부를 가지는 통로, 및
    상기 통로, 유입지역 및 유출지역을 둘러싸며, 상기 유입지역 및 상기 유출지역 각각의 부근에서 열전도율이 감소되는 부분을 갖는 관형 덮개를 포함하며, 길이 전체에 걸쳐 전체 단면적이 일정한 것을 특징으로 하는 벌집체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 통로가 전체 단면을 가지며 상기 유입부 및 상기 유출부가 상기 통로의 상기 전체 단면에 걸쳐 전체적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 통로가 벽을 가지며 상기 통로 중의 적어도 일부의 상기 유입부 및 상기 유출부 내의 상기 벽이 감소된 벽두께를 적어도 부분적으로 갖는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 통로가 벽을 가지며 상기 유입부 및 상기 유출부 내의 상기 벽 중의 적어도 일부가 하나 이상의 개구부를 내부에 갖는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유입부 및 상기 유출부 주위에 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 통로, 상기 유입지역 및 상기 유출지역이 적어도 부분적으로 구조화된 금속시트로 이루어진 하나 이상의 감겨지고 적층된 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  7. 제 7항에 있어서, 상기 관형 덮개의 상기 부분이 상기 유입부 및 상기 유출부와 정렬되는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 관형 덮개의 상기 부분이 내부에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 벌집체.
  9. 배기가스 촉매변환기 내에 사용하기 위한 벌집체에 있어서,
    유입지역과,
    유출지역과, 그리고
    유체를 유도하기 위하여 상기 유입지역과 유출지역 사이에 연결되어 있는 통로를 포함하며,
    상기 통로가 상기 유입지역의 부근에 열전도율이 감소되는 유입부 및 상기 유출지역의 부근에 열전도율이 감소되는 유출부를 갖는 것을 특징으로 하는 벌집체.
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JPH03157139A (ja) * 1989-11-16 1991-07-05 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化触媒用メタル担体

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