KR100313037B1 - 촉매컨버터 - Google Patents

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KR100313037B1
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하루히코 나구라
히로시 타나베
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가루소닛쿠 가부시끼가이샤
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Abstract

결합 금속판은 코어의 입구측에 배치된다. 이 결합판의 투스부가 촉매 캐리어의 말단 모서리와 결합된다. 겹쳐진 촉매 캐리어의 상호 분리는 이 결합판의 투스부에 의해 억제될 수 있다. 따라서, 촉매 캐리어가 배기가스의 유입압력에 의해서 서로 분리되는 애퍼쳐 개방 현상은 발생되지 않도록 방지될 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 개선될 수 있다.

Description

촉매 컨버터
본 발명은 차량 등의 배기시스템에 제공되어 촉매반응에 의해 이를 통과하는 배기가스에서 유해한 성분을 정화하는 촉매 컨버터에 관한 것이다.
일본 특허공개공보 평1-236948호에서 개시된 바와 같이, 종래의 촉매 컨버터는 외측 통형부재(筒型部材) 및 상기 외측 통형부재 안에 설치된 벌집형 코어를 가진다. 이러한 벌집형 코어는 각각이 파형(波形)의 주름잡힌 금속 박판으로 제조된 촉매 캐리어를 포개어서 형성된다. 개별의 셀은 촉매 캐리어의 포개진 부분 사이에 형성된다.
종래의 촉매 컨버터에 따르면, 소위 필름아웃(film-out) 현상의 발생은 억제할 수는 있다. 이때, "필름아웃 현상"은 배기가스의 유입 압력을 받을 경우, 촉매캐리어가 중앙부에서 나선형으로 후방으로 달려나가는 현상을 의미한다.
그러나 종래의 촉매 컨버터에서는 소위 애퍼쳐 개방현상(aperture opening phenomenon)이 코어에서 종종 발생하고 있다. "애퍼쳐 개방현상"은 코어가 입구측에서 배기가스의 압력을 받은 경우에, 포개진 촉매 캐리어가 서로 분리되는 현상을 의미한다. 특히, 만약 촉매 컨버터가 배기 매니폴드에 제공된 경우에, 상기 애퍼쳐 개방 현상은 현저하게 되고 배기가스의 정화성능이 저하될 가능성도 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 촉매 컨버터를 도시하는 도 2에서 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 그린 개략적 단면도.
도2는, 도 1의 촉매 컨버터의 전체적 구조를 도시하는 개략도.
도 3은, 도 1의 결합판을 도시하는 평면도.
도 4는 도 1의 제1 실시예로서 촉매 캐리어를 도시하는 사시도.
도 5A는 도 4의 제1 실시예로서 촉매 캐리어를 도시하는 평면도.
도 5B는 도 5A에서 선 ⅩB-ⅩB를 따라 그린 촉매 캐리어를 도시하는 단면도.
도 6A는 도 5A와는 다른 촉매 캐리어의 제2 실시예를 도시하는 평면도.
도 6B는, 도 6A에서 선 ⅩⅠB-ⅩⅠB를 따라 그린 촉매 캐리어를 도시하는 단면도.
도 7A는 도 5A와는 다른 촉매 캐리어의 제3 실시예를 도시하는 평면도.
도 7B는, 도 7A에서 선 ⅩⅡB-ⅩⅡB를 따라 그린 촉매 캐리어를 도시하는 단면도.
도 8A는, 도 5A와는 다른 촉매 캐리어의 제4 실시예를 도시하는 평면도.
도 8B는, 도 8A에서 선 ⅩⅢB-ⅩⅢB를 따라 그린 촉매 캐리어를 도시하는 단면도.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 따르는 촉매 컨버터를 도시하는 도 10에서 선 Ⅰ-Ⅰ을 따라 그린 개략적 단면도.
도 10은, 도 9의 촉매 컨버터의 전체구조를 도시하는 개략도.
도 11은, 본 발명의 제3 실시예에 따르는 촉매 컨버터를 도시하는 개략적 단면도.
도 12는, 본 발명의 제4 실시예에 따르는 촉매 컨버터를 도시하는 개략적 단면도.
따라서, 본 발명의 목적은 코어의 애퍼쳐 개방현상의 발생을 방지할 수 있고 또한 배기가스의 정화성능을 개선할 수 있는 촉매 컨버터를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 양태는 다음을 포함하는 촉매 컨버터를 제공한다:
파형의 촉매 캐리어로 제조된 벌집형 코어로서, 상기 촉매 캐리어는 서로 겹치도록 실질적으로 평행하게 연장되는 인접 직선부(linear portion)를 가져서 셀이 상기 인접 직선부 사이에서 분할되는 벌집형 코어;
상기 벌집형 코어를 그 내부에 내장하는 외측 통형부재로서, 상기 외측 통형부재는 입구 및 출구를 가져서 가스가 상기 입구에서 유입되어 촉매 캐리어의 입구측 말단 모서리에서 셀 내로 유통되고 출구로 유출되는 외측 통형부재; 및
상호 분리 및 인접 직선부의 이동을 구속하는 결합 금속판으로서, 상기 결합판은 촉매 캐리어의 입구측 말단 모서리에 제공되어서, 상기 촉매 캐리어의 직선부와 교차하는 방향으로 연장되고 상기 결합판은 촉매 캐리어의 입구측 말단 모서리와 결합되는 투스부(tooth portion)를 가지는 결합판(engaging plate).
상기 결합판은 상기 촉매 캐리어의 직선부와 실질적으로 직교하는 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 촉매 컨버터에서, 결합판의 투스부와 촉매 캐리어의 입구측 말단 모서리는 접합(weld)되어 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 제2 양태에 따른 촉매 컨버터에서, 외측 통형부재가 입구 말단 모서리에 두 개의 마주하는 슬릿을 가지고,
결합판이 상기 슬릿 안으로 삽입되고 여기에서 접합되는 것이다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 촉매 컨버터는 다음을 포함한다:
각각 제1 및 제2 파형의 촉매 캐리어로 이루어지는 제1 및 제2 벌집형 코어로서, 상기 제1 및 제2 촉매 캐리어는 서로 겹치도록 실질적으로 평행하게 연장되는 제1 및 제2 인접 직선부를 가져 제1 셀은 제1 인접 직선부 사이에서 분할되고, 제2 셀은 제2 인접 직선부 사이에서 분할되는 제1 및 제2 벌집형 코어;
상기 제1 및 제2 벌집형 코어를 그 내부에 내장하며, 입구 및 출구를 가지는 외측 통형부재; 및
상기 외부 통형부재의 내부를 제1 및 제2 용기 스페이스로 분할하는 금속 분할부재로서, 상기 제1 및 제2 용기 스페이스는 각각 상기 입구와 출구에 연결되고, 상기 제1 및 제2 벌집형 코어는 제1 및 제2 용기 스페이스에 각각 배치되어서 상기 제1 및 제2 직선부가 분할부재와 교차하는 방향으로 연장되고, 입구에서 유입되는가스는 제1 및 제2 코어의 입구측 말단면에서 셀 내로 유통되고 출구로 유출되는 금속 분할부재.
상기 제1 및 제2 직선부는 분할부재와 실질적으로 직교할 수도 있다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 제4양태에 따른 촉매 컨버터에서, 분할부재가 제1 및 제2 용기 스페이스를 연결하는 연결부를 가진다.
상기 분할부재는 금속박판으로 제조될 수도 있고, 상기 연결부는 금속박판 사이에 형성된 클리어런스(clearance)가 될 수 있다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 제5양태에 따른 촉매 컨버터에서,
상기 분할부재가 금속 박판으로 제조되고, 그리고
상기 연결부가 금속 박판 상에 형성된 연결홀인 것이다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 제4 양태에 따른 촉매컨버터에서, 상기 분할부재가 그물부재로 제조되는 것이다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 제4 양태에 따른 촉매 컨버터에서, 상기 분할부재는 표면상에 촉매를 가지는 것이다.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 제1 또는 제4 양태에 따른 촉매 컨버터에서, 상기 촉매 캐리어는 S형상과 같이 연속적으로 접혀지는 것이다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 제1 또는 제4 양태에 따른 촉매 컨버터에서, 상기 제1 촉매 캐리어는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 가지는 것으로,
상기 제1 돌출부는 상기 촉매 캐리어의 일면측으로 돌출되도록 접히고 제1 방향을 따라 연장되고,
상기 제2 돌출부는 상기 촉매 캐리어의 타면측으로 돌출되도록 접히고, 제1 방향을 따라 연장되고,
상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 파형을 형성하도록 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대적으로 배치되고,
제1 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리를 가지고 분리된 2개의 커팅으로 분할되고 상기 촉매 캐리어의 타면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제3 돌출부를 가지고, 그리고
제2 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리를 두고 분리된 2개의 커팅으로 분할되고 상기 촉매 캐리어의 일면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제4 돌출부를 가진다.
본 발명의 제11 양태에 다르면, 제1 또는 제4 양태에 따르는 촉매 컨버터에서, 상기 제1 돌출부 및 제4 돌출부는 실질적으로 동일한 돌출높이를 가지도록 형성되고, 그리고
상기 제2 돌출부 및 제3 돌출부는 실질적으로 동일한 돌출높이를 가지도록 형성된다.
본 발명의 제12 양태에 따르면, 제 10 양태에 따르는 촉매 컨버터는 제1 돌출부와 제2 돌출부 사이에 배치되고 인접한 제1 및 제2 돌출부를 연결하도록 제1 방향으로 확장되는 평면의 랙부(flat rack portion)를 포함한다.
제3 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부는 제1 돌출부와 랙부 사이의 경계부에 위치하고, 제4 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부는 제2 돌출부와 랙부 사이의 경계부에 위치한다.
본 발명의 제13 양태에 따라서, 제10 양태에 따르는 촉매 컨버터에서, 제3 돌출부 및 제4 돌출부는 각각 제1 방향을 따라 복수로 제공된다.
제3 돌출부를 분할하는 커팅부의 말단부와 제4 돌출부를 분할하는 커팅부의 말단부사이에 제1 방향을 따라 소정의 거리를 형성할 수 있다.
제1 양태에서, 촉매 캐리어의 입구측 말단 모서리와 결합되는 인게이지 플레이트의 투스부는 상호 분리 및 인접하는 촉매 캐리어의 직선부의 이동을 억제한다. 따라서, 코어의 입구측 모서리면(촉매 캐리어의 입구측 모서리면)으로 배기가스의 유입으로 인해서 촉매 캐리어가 코어의 중심부에서 상호 분리되는 애퍼쳐 개방 현상은 방지될 수 있다. 따라서, 코어에서 벌집형상은 변형되기 어려우므로 코어에서 셀은 소망하는 형상으로 유지된다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 개선될 수 있다.
제2 양태에서, 결합판의 투스부 및 촉매 캐리어의 입구측 모서리 말단은 접합되기 때문에, 배기가스의 유입압력을 받는 코어의 입구측 모서리면의 이웃에서 촉매의 캐리어의 강성은 강화될 수 있다. 따라서 코어의 내구성은 개선될 수 있다.
제3 양태에서, 결합판 및 외측 통형부재는 접합되기 때문에, 결합판은 배기가스의 유입압력에 의해서 외측 통형부재 및 코어에 따라서 이동되지 않다.
제4 양태에서, 제1 및 제2 코어는 외측 통형부재 내에 있는 제1 및 제2 용기 스페이스 내에 내장되고, 분할판에 의해서 분할되고 촉매 캐리어의 직선부는 분할부재와 교차하는 방향으로 연장된다. 따라서, 촉매 컨버터는 분할판이 제공되지 않고 하나의 코어는 하나의 용기 스페이스 내에 내장되는 촉매 컨버터와 비교한다면, 촉매 캐리어의 직선부의 길이는 짧게 감소될 수 있고 따라서 촉매 캐리어의 직선부의 길이는 짧게 감소되어서 촉매 캐리어의 직선부의 굴곡강도는 강화될 수 있다.
따라서, 코어의 입구측 말단면(촉매 캐리어의 입구측 말단면)으로 유입되는 배기가스의 유입압력에 의해서, 촉매 캐리어가 상호 분리되는 애퍼쳐 개방 현상은 실패없이 방지될 것이다. 따라서, 코어 내부의 벌집현상은 좀처럼 변형되지 않고, 따라서 코어 내에서 셀은 소망하는 형상으로 유지할 수 있다. 결과적으로 배기 가스의 정화성능은 개선될 수 있다.
제5 양태에서, 외측 통형부재의 입구에서 유입된 배기가스는 분할부재의 연결부를 통해 유통할 수 있고 제1 용기 스페이스의 제1 코어 및 제2 용기 스페이스의 제2 코어를 통해 흐른다. 결과로, 배기가스는 코어 안으로 실질적으로 균일하게 분포될 수 있으므로, 촉매반응은 더욱 활성적으로 만들어 질 수 있다. 결과로, 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다. 또한, 각 코어의 배기가스의 압력분포는 실질적으로 균일하게 될 수 있다. 결과적으로 코어의 내구성은 개선될 수 있다.
제6 양태에서는, 단지 한 장의 금속 박판에 의해서 간단하게 외측 통형부재의 내부는 2개의 용기 스페이스으로 분할된다. 따라서 이 실시예는 비용 면에서 장점이 있다.
제7 양태에서는, 외측 통형부재의 입구에서 유입되는 배기가스는 메쉬부재의 메쉬를 통해서 통과한 후, 제1 용기 스페이스의 제1 코어와 제2 용기 스페이스의 제2 코어사이를 통해 통과한다. 결과적으로, 배기가스는 코아 안으로 실질적으로균일하게 분포될 수 있으므로, 촉매 반응을 더욱 활성적으로 만들 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 더욱 향상된다. 또한, 배기가스의 압력분포는 실질적으로 코어의 전 영역을 걸쳐 실질적으로 균일하게 퍼질 수 있으므로, 코어의 내구성은 개선된다. 또한, 외측 통형부재의 내부는 한 장의 매쉬부재에 의해서 2개의 용기 스페이스로 분할된다. 따라서, 이 실시예는 비용 면에서 장점이 있다.
제8 양태에서, 촉매반응은 촉매 캐리어 외에도 분할부재 상에서 더욱 활성적으로 만들어 질 수가 있다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다.
제9 양태에서, 상기 코어는 한 장의 촉매 캐리어를 연속적으로 접어서 S-자 형상을 만든 후, 상기 접힌 촉매 캐리어를 포개어서 벌집형 구조를 형성하여 코어가 용이하게 형성될 수 있다. 따라서, 촉매 캐리어가 배기가스의 유입압력에 의해 외측 통형부재의 출구에서 후방으로 돌출되어 지는 필름 아웃 현상은 방지될 수 있다.
제10 양태에서, 제1 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리로 분리되는 2개의 커팅에 의해서 분할되고 촉매 캐리어의 타면 측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제3 돌출부를 가지고, 제2 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리로 분리되는 2개의 커팅에 의해서 분할되고 촉매 캐리어의 일면 측으로 부분적으로 돌출 되도록 접히는 제4 돌출부를 가진다. 제1 돌출부의 커팅은 제3 돌출부의 형성에 의해서 개방된다. 제2 돌출부의 커팅이 제4 돌출부의 형성에 의해서 개방된다. 이러한 이유 때문에, 제1 방향을 따라 흐르는 배기가스는 제1 및 제2 돌출부의 개방된 커팅을통해서 통과할 수 있고, 이후 촉매 캐리어의 일면 및 타면사이의 좁은 통로로 유통할 수 있다. 따라서 배기가스가 촉매 캐리어의 일면 및 타면과 충분히 접촉할 수 있기 때문에 촉매반응은 더욱 활성적으로 될 수 있다.
또한, 제3 및 제4 돌출부의 존재에 의해서, 인접하는 촉매 캐리어의 상호 밀착은 방지될 수 있다. 따라서, 셀은 인접한 촉매 캐리어 사이에서 견고하게 형성될 수 있다.
결과적으로 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 배기가스는 개방된 커팅을 통해 통과하고, 촉매 캐리어의 일면과 타면 사이의 통로를 따라 흐를 수 있기 때문에, 배기가스의 압력분포는 실질적으로 코어의 전지역으로 균일하게 퍼질 수 있다. 따라서, 코어의 내구성은 개선될 수 있다.
제3 및 제4 돌출부가 형성되기 때문에, 촉매 캐리어의 강성은 향상될 수 있다.
제11 양태에서, 제1 돌출부 및 제4 돌출부가 실질적으로 동일한 돌출 높이를 가지도록 형성되고 제2 돌출부 및 제3 돌출부가 실질적으로 동일한 돌출 높이를 가지도록 형성된다. 따라서, 커팅의 개방영역은 확장되고 촉매 캐리어의 일면과 타면사이에서 배기가스의 유동성은 개선될 수 있다.
또한, 제3 돌출부가 제2 돌출부와 실질적으로 동일한 높이를 가지고, 제4 돌출부가 제1 돌출부와 실질적으로 동일한 높이를 가지기 때문에, 인접한 촉매 캐리어 사이의 상호 밀착이 실패없이 방지될 수 있다.
제 12 양태에서, 인접한 제1 및 제2 돌출부에서는, 제3 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부 및 제4 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부가 제2 방향을 따라 랙부의 폭만큼 확실히 분리될 수 있다. 따라서 인접한 제1 및 제2 돌출부에서 열팽창계수가 다르다고 할지라도, 인접한 커팅의 말단부의 파손은 방지될 수 있다.
제13 양태에서, 인접한 제1 및 제2 돌출부에서는 제3 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부 및 제4 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부가 제1 방향을 따라 랙부의 폭만큼 확실히 분리될 수 있다. 따라서 인접한 제1 및 제2 돌출부에서 열팽창계수가 다르다고 할지라도, 인접한 커팅의 말단부의 파손은 방지될 수 있다.
실시예
본 발명의 제1 실시예는 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명될 것이다.
도 1 내지 3에서, 촉매 컨버터 1은 외측 금속통형부재 2 및 벌집형 코어 3을 가진다. 외측 통형부재 2는 타원형의 단면을 가진다. 벌집형 코어 3은 상기 외측 통형부재 2 내에 내장된다.
외측 통형부재 2에서 이격되어 형성되는 확산기 4a, 4b는 외측 통형부재 2의 양쪽 말단(입구 및 출구)에 배치된다. 확산기 4a, 4b는 외측 통형부재 2의 양쪽 말단부 내부에 맞는 경우 고정될 수 있다. 상기 벌집형 코어 3은 촉매 캐리어 5로 이루어진다. 상기 각각의 촉매 캐리어 5는 금속 박판의 표면 내에 촉매를 보유한다. 상기 금속 박판은 스테인레스 스틸로 제조되고 프레스 몰딩으로 파형(波形)을 형성한다.
도 4에서 도시되는 바와 같이, 각 촉매 캐리어 5는 복수의 리지부(ridgeportion)(제1 돌출부) 5a 및 복수의 루트부(root portion)(제2 돌출부) 5b를 가진다. 상기 리지부 5a는 촉매 캐리어 5의 일면 측을 향해 돌출하도록 접혀지고 제1 방향 60으로 연장된다. 상기 루트부 5b는 촉매 캐리어 5의 타면측을 향해 돌출되도록 접혀지고 제1 방향 60으로 리지부 5a와 실질적으로 평행하게 연장한다. 리지부 5a 및 루트부 5b는 교대로 배치되어 파형을 형성한다.
이 실시예에서, 상기 코어 3은 한 장의 촉매 캐리어 5로 이루어진다. 상기 촉매 캐리어 5의 각각은 연속적으로 접혀서 제1 방향 60에 직각인 제2 방향 61을 따라 단면이 S자 형상을 이룬다. 결과적으로, 각 촉매 캐리어 5의 직선부는 포개어져서 촉매 캐리어 5 사이의 복수의 셀을 형성하게 된다.
이 경우에서, 상기 벌집형 코어 3은 촉매 캐리어의 복수의 시트의 적층으로 구성된다.
상기 벌집형 코어 3은 상기 외측 통형부재 2 내부에 내장된다. 배기 가스는 외측 통형부재 2의 입구측에 제공된 확산기 4a에서 유입되고, 벌집형 코어 3의 셀을 통해 통과하고 외측 통형부재 2의 출구 측에 배치된 확산기 4b에서 유출된다.
스테인레스 스틸 등으로 제조된 금속 결합판 6은 촉매 캐리어 5의 입구측의 말단 측 모서리에 제공된다. 상기 벌집형 코어 3의 입구측의 중앙부에서, 결합판 6은 촉매 캐리어 5의 직선부와 직교하는 방향으로 연장된다(이 실시예에서 외측 통형부재 2의 주축방향). 투스부 7은 상기 결합판 6의 일측 모서리에 형성된다. 상기 투스부 7은 벌집형 코어 3의 셀 내부로 삽입되어 촉매 캐리어 5의 입구측의 단면 모서리와 결합된다. 이웃하는 촉매 캐리어 5의 직선부의 상호 분리는 상기 투스부7에 의해서 억제될 수 있다.
결합판 6의 투스부 7과 촉매 캐리어 5의 입구측의 말단 모서리는 이 실시예에서 인게이지 부는 브레이징 등으로 용접되는 것과 같이 간단하게 결합된다.
서로 마주하는 슬릿 8a, 8b는 외측 통형부재 2의 주축방향으로 측면 모서리에 제공된다. 결합판 6의 말단부는 슬릿 8a, 8b로 맞춰져서 여기에 접합된다. 이 경우에, 상기 결합판 6은 슬릿 8a, 8b 내부로 간단히 맞춰진다.
다음, 이 실시예에서 적용된 촉매 캐리어 5 및 본 발명의 변형에 따르는 촉매 캐리어 21, 22, 23은 이하에 설명될 것이다.
촉매 캐리어 5의 변형으로, 도 6A, 6B에 도시되는 촉매 캐리어 21, 도 7A, 7B에 도시되는 촉매 캐리어 22 및 도 8A, 8B에 도시되는 촉매 캐리어 23이 제공될 수 있다. 제1 실시예로, 도 4, 5A, 5B에 도시되는 촉매 캐리어 5, 제2 실시예로 도 6A, 6B에 도시되는 촉매 캐리어 21, 제3 실시예로서, 도 7A, 7B에 도시되는 촉매 캐리어 22, 제4 실시예로, 도 8A, 8B에 도시되는 촉매 캐리어 23이 이하에 설명될 것이다.
제1 내지 제4 실시예에서 모든 촉매 캐리어 5, 21, 22, 23은 파형의 리지부 5a 및 파형의 루트부 5b를 가진다. 또한, 복수의 절기(切起) 루트부(제3 돌출부) 5d는 제1 방향 60에 따라 리지부 5a에 제공되고, 마찬가지로 복수의 절기 리지부(제 4 돌출부) 5e는 제1 방향 60을 따라 루트부 5b에 제공된다. 개별적인 절기 루트부 5d는 리지부 5a의 일부를 돌출하여 형성되고, 제1 방향 60에서 분리되는 2개의 커팅에 의해서 분리되어서 리지부 5a(촉매 캐리어 5의 타면 측)의 반대방향으로 돌출된다. 개별적인 절기 리지부 5e는 루트부 5b의 일부를 위로 돌출하여 형성되고 제1 방향으로 분리되는 2개의 커팅에 의해 분리되어 루트부 5b(촉매 캐리어 5의 일면 측)와 반대방향으로 돌출된다. 개별적인 커팅은 리지부 5a 및 루트부 5b로 이루어지는 경사벽 5c의 중간부에서 리지부 5a 및 루트부 5b의 돌출 방향으로 연장한다.
제1 및 제2 실시예에서, 촉매 캐리어 5, 21은 경사벽 5c의 중앙부에 형성되는 랙부 5f를 가져서 각각 제1 방향 60으로 연장된다. 상방 절기 리지부 5e는 리지부 5a와 랙부 5f사이의 경계에서 상방으로 돌출된다. 이웃하는 상방 절기 루트부 5d와 상방절기 리지부 5e의 개별적인 절기 정지 말단은 제1 방향 60의 랙부 5f의 폭과 동일한 거리 S1정도 분리된다.
제1 실시예에서, 리지부 5a 및 절기 리지부5e는 동일한 길이를 가지도록 형성된다. 리지부 5a 및 절기 리지부 5e는 이러한 규칙을 기준으로 배치되어 제1 및 제2 방향 60, 61과 경사지게 교차하는 방향의 직선상으로 배치된다.
제2실시예에서는, 리지부5a 및 루트부 5b 및 절기 루트부 5d, 절기 리지부 5e가 동일한 길이를 가지도록 형성된다. 리지부5a 및 절기 리지부 5e 및 루트부 5b 및 절기 루트부 5d는 이러한 규칙을 기준으로 배치되어 제2 방향 61을 따라 직선상으로 배치된다.
제3 및 제4 실시예에서, 인접한 절기 루트부 5d 및 절기 리지부5e는 제1방향 60으로 오프된다. 개별적인 인접 절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e의 절기 정지 말단은 제1방향 60으로 소정의 거리 S2정도로 분리된다.
도 7A, 7B에서 도시되는 제3 실시예에서, 돌출되는 루트부 5d 및 절기 리지부 5e는 주름잡힌 경사벽 5C의 중앙 위치에서 서로 반대방향으로 돌출된다.
도 8A, 8B에서 도시되는 제4 실시예에서, 절기 루트부 5d는 파형 루트부 5b보다 낮게 돌출되고, 절기 리지부 5e는 파형 리지부 5a보다 낮게 돌출된다. 따라서, 인접한 절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e의 절기 정지 말단은 제2 방향 61로 일정 거리 S2정도 분리되고 제1 방향 60으로 일정거리 S3정도 분리된다.
본 발명의 제1 실시예에 따르는 촉매 컨버터의 작동은 이하에서 설명될 것이다.
배기가스는 벌집형 코어 3보다 작은 지름을 가지는 배기 파이프(도시되지 않음)에서 촉매 컨버터 1로 유입된다. 입구측 확산기 4a의 셀로 유입되도록 하는 확산작용 때문에, 배기가스는 벌집형 코어 3의 입구측의 전 영역에 걸쳐 퍼진다. 그러나 입구측 확산기 4a의 확산작용이 언제나 충분하다고 말할 수는 없으므로, 배기가스에서 유입되는 배기가스는 용이하게 코어 3의 중앙영역에 집중되어, 겹쳐진 촉매 캐리어 5는 코어 3의 중앙영역에서 서로 분리되는 경향을 갖는다.
제1 실시예에 따르면, 이상에서 설명한 바와 같이, 포개진 촉매 캐리어 5의 직선부의 분리는 코어 3의 입구측의 중앙 영역에서 결합 금속판 6 에 의해서 억제될 수 있다. 따라서, 배기가스의 유입압력 때문에 촉매 캐리어가 코어의 중앙부에서 서로 분리되는 애퍼쳐 개방 현상은 방지될 수 있다. 따라서 코어 3에서 벌집형 형상은 변형되기 어렵고 따라서 코어 3에서 셀은 소망하는 형태로 유지될 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 개선될 수 있다.
결합판 6의 투스부 7과 촉매 캐리어 5가 결합되기 때문에, 코어 내에서 배기가스의 유입압력을 받는 입구측 촉매 캐리어 5의 말단부의 강성은 강화될 수 있다. 따라서 코어 3의 내구성은 개선될 수 있다.
결합판 6의 말단부는 외측 통형부재 2의 측면 말단에 제공된 슬릿 8a, 8b안에 맞춰지고 이에 접합된다. 이러한 이유 때문에, 결합판 6은 이동되지 않고 결과적으로 코어 3의 애퍼쳐 개방은 확실하게 방지될 수 있다.
벌집형 코어 3은 한 장의 촉매 캐리어 5를 S-자형으로 연속적으로 접어서 형성하여 벌집형 구조가 형성되도록 접힌 촉매 캐리어 5를 겹치게 한다. 따라서, 촉매 캐리어 5가 배기가스의 유입압력으로 뒤쪽으로 돌출되는 필름-아웃 현상은 방지될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 적용된 촉매 캐리어 5와 변형예의 촉매 캐리어 21, 22, 23(제2, 제3 및 제4 실시예)은 리지부 5a에서 돌출되는 복수의 절기 루트부 5d 및 루트부 5b에서 돌출되는 복수의 절기 리지부 5d를 가진다.
이러한 방법으로 절기 리지부 5e 및 절기 루트부 5d가 형성되기 때문에, 리지부 5a 및 루트부 5b의 각각의 커팅은 개방된다. 이러한 이유 때문에 도 4에서 도시된 바와 같이, 제1 방향60을 따라 흐르는 배기가스는 개방된 커팅을 통해 흐르고 촉매 캐리어 5(21, 22, 23)의 일면 및 타면 사이에 통로를 따라 흐르게 된다. 따라서, 배기가스는 촉매 캐리어 5의 일면과 타면에서 촉매와 충분히 접촉할 수 있기 때문에 촉매반응을 더욱 활성적으로 만들 수 있다.
절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e의 존재 때문에, 인접한 촉매 캐리어 5 상호 밀접한 접촉은 방지 될 수 있다. 따라서 셀은 인접한 촉매 캐리어 사이에서 견고하게 형성될 수 있다.
결과적으로 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다.
개방된 커팅을 통해 배기가스를 통과하고 촉매 캐리어 5(21, 22, 23)의 일면과 타면 사이의 통로를 통해 흐를 수 있기 때문에, 배기가스의 압력분포는 코어 3의 전 영역을 대체적으로 균일하게 퍼질 수가 있으므로 코어 3의 내구력은 개선될 수 있다.
절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e가 형성되기 때문에, 촉매 캐리어 5 자체의 강성은 강화되어서 질과 신뢰성이 개선될 수 있다.
특히, 제1 실시예에서 촉매 캐리어 5 또는 제2 실시예에서 촉매 캐리어 21에서, 절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e는 경사벽 5c의 중앙부에 형성된 랙부 5f 사이의 경계에서 상방으로 돌출된다. 따라서 절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e의 돌출된 개방영역이 증가할 수 있으므로, 셀을 통한 배기가스의 정화는 개선될 수 있다.
리지부 5a 및 절기 리지부 5e의 돌출 높이는 실질적으로 같고, 또한 파형 루트부 5b 및 절기 루트부 5d의 돌출 높이는 실질적으로 같다. 따라서 촉매 캐리어 5 사이의 상호 밀착은 확실하게 방지될 수 있다.
제2 방향 61의 랙부 5f의 폭과 동일한 거리 S1은 인접한 절기 루트부 5d 및 절기 리지부 5e의 각각의 절기 정지 말단 사이에서 확보될 수 있다. 따라서 절기 정지말단 사이의 열팽창계수의 차이에 기인한 파열은 방지될 수 있다.
제3 실시예에서 촉매 캐리어 22에서는, 제1 및 제2 실시예에서와 같이 배기가스 정화성능이 획득될 수 있다. 제1 방향 60의 소정의 거리 S2는 절기 루트부 5d 와 절기 리지부 5e의 각각의 절기 정지 말단사이에 제공될 수 있다. 따라서, 상기 절기 정지 말단 사이의 열팽창계수의 차이에 기인한 파열은 방지될 수 있다.
제4 실시예에서 촉매 캐리어 23에서, 제1 내지 제3 실시예에서와 같이 배기가스의 정화성능이 획득될 수 있다. 제2 방향 61의 소정의 거리 S2 및 제1 방향 60의 소정의 거리 S3은 절기 루트부 5d 와 절기 리지부 5e의 각각의 절기 정지 말단 사이에 설정된다. 따라서, 상기 절기 정지 말단 사이의 열팽창계수의 차이에 기인한 파열은 실패없이 방지될 수 있다.
복수의 결합판은 적당한 거리로 배치될 수 있다. 결과적으로, 촉매 캐리어 5는 확실하게 서로 구속될 수 있다.
다음, 본 발명의 제2 실시예는 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 제1 실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호가 설정되고 그들의 설명은 제외될 것이다.
도 9, 10에서, 촉매 컨버터 31은 타원형의 단면을 가지는 외측 금속통형부재 2, 제1 및 제2 벌집형 코어 13a , 13b 및 외측 통형부재의 내부를 상부 스테이지와 하부 스테이지로 각각 배치되는 제1 및 제2 용기 스페이스 14a, 14b로 분할하는 2장의 분할판 16, 17을 포함한다.
각각의 분할판 16, 17은 스테인레스 스틸 등으로 제조된 금속 박판으로 제조된다. 분할판 16, 17은 도면에서 수평하게(배기가스의 통과 방향을 따라) 외측 통형부재 2의 중앙부를 가로지른다. 분할판 16, 17은 외측 통형부재의 내부 공간과 접합된다.
제1 실시예에서와 같이, 코어 13a, 13b는 각각 한 장의 촉매 캐리어 5로, 촉매 캐리어 5는 프레스 몰딩에 의해서 주름잡힌 스테인레스 스틸 등으로 제조된 금속박판의 표면에 촉매를 유지하도록 형성된다. 촉매 캐리어 5는 연속적으로 접혀서 제2 방향(도 4 참조)을 따라 잡힌 단면이 S자 형상을 보이므로 촉매 캐리어 5의 직선부는 그 사이에 복수의 세포를 형성하도록 포개어놓는다. 제1 및 제2 코어 13a, 13b는 촉매 캐리어 5의 직선부가 분할판 16과 실질적으로 직교된다.
2장의 분할판 16, 17은 소정의 거리에서 실질적으로 선상으로 배치된다. 결과적으로, 제1 및 제2 용기 스페이스 14a, 14b를 연결하는 열결부 10은 분할판 16, 17 사이에 형성된다.
제2 실시예에서, 제1 및 제2 코어 13a, 13b는 분할판 16, 17에 의해 분할되는 제1 및 제2 용기 스페이스 14a, 14b안에 내장되고, 촉매 캐리어 5의 직선부는 분할부재와 교차하는 방향으로 연장된다. 따라서, 상기의 촉매 컨버터는 분할판 16, 17이 제공되지 않고 하나의 코어가 하나의 용기 스페이스 안에 내장된 촉매컨버터와 비교한다면, 촉매 캐리어의 직선부의 길이는 반정도로 감소될 수 있고 따라서 촉매 캐리어 5의 직선부의 굴곡강도는 강화될 수 있다.
따라서, 코어 13a, 13b의 입구측 말단면에 유입되는 배기가스의 유입압력에 의해 촉매 캐리어 5가 서로 분리되는 애퍼쳐 개방 현상은 실패하지 않고 방지될 수 있다. 따라서, 코어13a, 13b 내의 벌집형상은 변형되기 어렵고 따라서 코어 13a,13b 내의 셀은 소망하는 형상을 유지할 수 있다. 결과적으로 배기가스의 정화성능을 개선될 수 있다.
연결부 10은 2장의 분할판 16, 17 사이에 형성된다. 배기가스는 연결부 10을 통해 통과하고, 서로 수직하게 접근하는 위치의 제1 및 제2 코어 13a, 13b를 통해 자유롭게 흐른다. 결과적으로, 배기가스는 코어 13a, 13b 내로 실질적으로 균일하게 분포될 수 있으므로, 촉매반응은 더욱 활성적으로 된다. 결과적으로, 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다. 배기가스의 압력 분포는 코어 13a, 14b의 전 영역을 통해 실질적으로 균일하게 퍼져나갈 수 있기 때문에, 코어 13a, 13b의 내구성을 개선될 수 있다.
다음, 본 발명의 제3 실시예는 이하, 도 11을 참조로 하여 상세하게 설명될 것이다.
제3실시예에 따르는 촉매 컨버터 32에서, 한 장의 분할판 18이 제2 실시예의 분할판 16, 17대신 제공되었다. 제2실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호가 설정되었고 이들의 설명은 생략한다.
분할판 18은 복수의 연결 홀 19가 형성된 스테인레스 스틸과 같은 금속 박판으로 이루어졌다.
제3 실시예에 따르면, 제2 실시예와 같이, 배기가스의 정화성능과 코어 13a, 13b의 내구성이 개선될 수 있다.
또한, 단순히 한 장의 분할판 18이 적용되었으므로, 제3 실시예는 제2 실시예보다 비용 면에서 유리하다.
다음, 본 발명의 제4 실시예는 이하 도 12를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
제4 실시예에 따르는 촉매 컨버터 33에서, 그물부재 20은 제2 실시예의 분할판 16, 17 대신 제공된다. 제2 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호가 설정되었고 그들의 설명은 생략한다.
그물부재 20은 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 제조되고 수많은 메쉬를 가진다.
제4 실시예에 따르면, 촉매 캐리어 5의 직선부가 짧게 감소될 수 있고 배기가스가 그물부재 20의 메쉬를 통해서 2개의 코어 13a, 13b사이를 흐를 수 있기 때문에, 배기가스의 정화성능 및 코어 13a, 13b의 내구성은 제2 실시예와 같이 개선될 수 있다.
또한, 한 장의 메쉬부재20이 사용되었으므로, 제4 실시예는 비용 면에서 제2 실시예보다 유리하다.
제2 내지 제4 실시예에서, 촉매가 분할판 16, 17, 18, 20의 표면에 유지된다면, 촉매반응은 분할판 16, 17, 18, 20에서 더욱 활성적이게 된다. 결과적으로 배기가스의 정화성능은 더욱 개선될 수 있다.
용기 스페이스부 14a, 14b는 두 개의 스테이지로 제한되는 것은 아니고 복수의 스테이지로 형성될 수 있다. 이렇게 스테이지의 수가 증가한다면, 촉매 캐리어 5의 직선부의 길이가 감소될 수 있기 때문에, 애퍼쳐 개방을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 제1 실시예의 촉매 캐리어 5대신, 촉매 캐리어 21, 22, 23이 제2 내지 제4 실시예에서 적용될 수 있다.
상기 내용 참조

Claims (20)

  1. 입구와 출구를 가지며, 벽을 갖는 통형부재;
    서로 겹쳐지는 복수의 시트 부분을 포함하는 파형의 촉매 캐리어 시트; 및
    상기 복수의 시트 부분이 서로 분리되는 이동을 억제하는 결합판;
    을 포함하며,
    상기 촉매 캐리어 시트는 상기 통형부재에 수납되고, 상기 복수의 시트 부분 각각은 상기 벽 상의 한 점과 다른 점 사이에서 연장되고,
    상기 입구로부터 유입된 가스가 상기 촉매 캐리어 시트의 입구측 말단 모서리로부터 상기 복수의 시트 부분 사이로 유입되어 상기 출구로 유출되고,
    상기 결합판은 상기 촉매 캐리어 시트의 입구측 말단 모서리 상에 설치되고 상기 복수의 시트 부분 각각을 횡단하여 연장되며 상기 촉매 캐리어 시트의 입구측 말단 모서리와 결합되는
    촉매 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시트 직선부분은 상기 결합판과 대략 직교하는 촉매 컨버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합판과 상기 촉매 캐리어 시트의 입구측 말단 모서리는 접합되는 촉매 컨버터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외측 통형부재는 상기 입구측 말단 모서리에 두개의 마주하는 슬릿을 가지며, 상기 결합판은 상기 슬릿에 삽입되고 여기에서 접합되는 촉매 컨버터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 촉매 캐리어는 시트는 S-자형상으로 연속적으로 접히는 촉매 컨버터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 촉매 캐리어 시트는 복수의 제1 돌출부 및 복수의 제2 돌출부를 가지는 것으로,
    상기 제1 돌출부는 상기 촉매 캐리어 시트의 일면측으로 돌출되도록 접혀서 제1 방향을 따라 연장되고,
    상기 제2 돌출부는 상기 촉매 캐리어의 타면측으로 돌출되도록 접혀서 제1 방향을 따라 연장되고,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 배치되어 파형을 형성하고,
    상기 제1 돌출부는 제1 방향으로 일정한 거리로 분리되는 2개의 커팅으로 분할되어, 상기 촉매 캐리어 시트의 타면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제3 돌출부를 가지며,
    상기 제2 돌출부는 제1 방향으로 일정한 거리로 분리되는 2개의 커팅으로 분할되고 상기 촉매 캐리어의 시트의 일면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제4 돌출부를 가지는 촉매 컨버터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 돌출부 및 제4 돌출부는 대략 동일한 높이로 형성되고,
    상기 제2 돌출부 및 제3 돌출부는 대략 동일한 돌출 높이로 형성되는 촉매 컨버터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 돌출부와 제2 돌출부 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되어 인접한 제1 및 제2 돌출부를 연결하는 평면의 랙부를 추가로 포함하는 촉매 컨버터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부는 제1 돌출부와 랙부 사이의 경계부에 위치하고,
    상기 제4 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부는 제2 돌출부와 랙부 사이의 경계부에 위치하는 촉매 컨버터.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제3 돌출부 및 상기 제4 돌출부는 각각 제1 방향을 따라 복수로 제공되는 촉매 컨버터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제3 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부와 상기 제4 돌출부를 분할하는 커팅의 말단부와의 사이에 제1 방향을 따라 소정의 거리를 두고 이격되는 촉매 컨버터.
  12. 각각 제1 및 제2 파형의 촉매 캐리어로 이루어지는 제1 및 제2 벌집형 코어로서, 상기 제1 및 제2 촉매 캐리어는 서로 겹치도록 실질적으로 평행하게 연장되는 제1 및 제2 인접 직선부를 가져 제1 셀은 제1 인접 직선부 사이에서 분할되고, 제2 셀은 제2 인접 직선부 사이에서 분할되는 제1 및 제2 벌집형 코어;
    상기 제1 및 제2 벌집형 코어를 그 내부에 내장하는 외측 통형부재로서, 상기 외측 통형부재는 입구 및 출구를 가지는 외측 통형부재; 및
    상기 외측 통형부재의 내부를 제1 및 제2 용기 스페이스로 분할하는 금속 분할부재로서, 상기 제1 및 제2 용기 스페이스는 각각 상기 입구와 출구에 연결되고, 상기 제1 및 제2 벌집형 코어는 제1 및 제2 용기 스페이스에 각각 배치되어서 상기 제1 및 제2 직선부가 분할부재와 교차하는 방향으로 연장되고, 입구에서 유입되는 가스는 제1 및 제2 코어의 입구측 말단면에서 셀 내로 유통되고 출구로 유출되는 금속 분할부재:
    를 포함하는 촉매 컨버터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 직선부는 상기 분할부재와 실질적으로 직교하는 촉매 컨버터.
  14. 제12항에 있어서, 상기 분할부재가 제1 및 제2 용기 스페이스를 연결하는 연결부를 가지는 촉매 캐리어.
  15. 제14항에 있어서, 상기 분할부재는 금속 박판으로 제조되고,
    상기 연결부는 상기 금속박판 사이에 형성된 클리어런스인 촉매 컨버터.
  16. 제14항에 있어서, 상기 분할부재가 금속 박판으로 제조되고,
    상기 연결부가 금속 박판 상에 형성된 연결홀인 촉매 컨버터.
  17. 제14항에 있어서, 상기 분할부재가 그물부재로 제조되는 촉매 컨버터.
  18. 제14항에 있어서, 상기 분할부재가 그 표면상에 촉매를 가지는 촉매 컨버터.
  19. 제14항에 있어서, 상기 촉매 캐리어는 S-자 형상으로 연속적으로 접혀지는 촉매 컨버터.
  20. 제14항에 있어서, 상기 제1 촉매 캐리어는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 가지는 것으로,
    상기 제1 돌출부는 상기 촉매 캐리어의 일면측으로 돌출되도록 접혀서 제1방향을 따라 연장되고,
    상기 제2 돌출부는 상기 촉매 캐리어의 타면측으로 돌출되도록 접혀서 제1 방향을 따라 연장되고,
    상기 제1 돌출부 및 상기 제2 돌출부는 파형을 형성하도록 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 교대로 배치되고,
    제1 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리를 가지고 분리된 2개의 커팅으로 분할되고 상기 촉매 캐리어의 타면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제3 돌출부를 가지고, 그리고
    제2 돌출부는 제1 방향을 따라 일정한 거리를 두고 분리된 2개의 커팅으로 분할되고 상기 촉매 캐리어의 일면측으로 부분적으로 돌출되도록 접히는 제4 돌출부를 가지는 촉매 컨버터.
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