KR100348015B1 - 상이한주입재료의판금층으로이루어지는벌집구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1개 이상의 판금층이 나머지 층보다 더 큰 두께의 주입 재료로 이루어진, 교차된 매끄러운 판금층(2) 및 구조화되고 특히 파형된 판금층(3)을 포함하는, 유체가 흐를 수 있는 채널(4)을 가지는 촉매 반응기, 특히 자동차의 내연 엔진의 배기 가스용 촉매 반응기의 벌집구조체로서, 모든 매끄러운 판금층이 서로 같은 주입 재료로 제조되고, 모든 구조화된 판금층(3)이 서로 같은 주입 재료로부터 제조되고, 매끄러운 판금층(2) 및 구조화된 판금층(3)이 서로 상이한 두께 및/또는 성질의 주입 재료로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 벌집구조체에 관한 것이다.

Description

상이한 주입 재료의 판금층으로 이루어지는 벌집구조체
상기 언급된 유형의 판금층의 벌집 구조체는, 예를 들어 국제 특허 출원 WO89/07488호에 공지되어 있다. 상기 특허에서, 매끄러운 판금 및 주름진 판금은 적층시에 서로의 위에 교대로 성층되고 서로 얽혀 있다. 판금층 중 몇 개는 나머지층보다 두꺼운 층으로서 구체화된다. 특히 스택이 재킷 튜브 내에 삽입되는 경우에는 언제나, 더 두꺼운 판금층은 스택의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 그러나, 적층 상태의 개별적이고 상이한 두께의 판금층을 제조하는 것은 제조 비용의 증가를 수반한다.
벌집 구조체의 특정 응용 분야에서, 강도를 증가시키기 위한 개별적인 더 두꺼운 판금층의 제조는 필요하지 않다. 또한, 벌집 구조체의 질량 및 비용을 감소시키기 위해, 판금층을 가능한 한 얇게 만드는 것이 기본적으로 유리하다. 그러나,이러한 목적은 벌집 구조체의 고강도 및 장기간 내부식성의 목적과는 상층된다.
본 발명은 교대로 배열되는 본질적으로 매끄러운 판금층 및 구조화된 판금층, 특히 주름진 판금층을 포함하는, 유체가 흐를 수 있는 채널을 갖는 촉매 반응기, 특히 자동차의 내연 기관의 배기 가스용 촉매 반응기의 벌집 구조체로서, 1개이상의 판금층이 나머지 층보다 두께가 더 큰 주입 재료를 포함하는 벌집 구조체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 벌집 구조체의 단면의 상세도이다.
본 발명의 목적은 충분한 강도 및 최소 질량을 가지면서도 최소한 극한 조건외의 조건하에서 충분한 내부식성을 지닌 벌집 구조체를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 하기 특허청구의범위 제 8항에 규정된 벌집 구조체, 즉, 판금들 사이에 유체가 흐를 수 있는 채널을 형성하는 교대로 배열되는 상당히 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층을 포함하며, 매끄러운 판금층은 모두 서로 동일한 출발 재료로부터 제조되고, 구조화된 판금층은 모두 서로 동일한 출발 재료로부터 제조되며; 매끄러운 판금층의 두께는 0.04mm 내지 0.06mm이고, 구조화된 판금층의 두께는 0.025mm 내지 0.045 mm이고; 구조화된 판금층 각각은 모두 매끄러운 판금층보다 0.005mm 이상 더 얇은 촉매 반응기의 벌집 구조체에 의해 달성된다. 이러한 벌집 구조체의 유리한 특징은 종속항에 기재되어 있다.
본 발명에 따르는 벌집 구조체는 교대로 배열되는 본질적으로 매끄러운 판금층 및 구조화된 판금층을 포함한다. 구조화된 판금층은 주름지는 것이 바람직하다. 본질적으로 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층의 교대적 배열의 결과로서, 유체가 흐를 수 있는 채널이 형성된다. 벌집 구조체는 자동차의 내연 기관의 배기가스용 촉매 반응기로서 특히 적합하다. 이를 위해, 벌집 구조체의 벌집벽은 내연기관의 배기 가스가 흐르게 되는 촉매적 피막을 갖는다.
이러한 벌집 구조체의 제조 방법 및 특성의 정확한 연구로, 매끄러운 판금층과 주름진 판금층이 수행 기능을 달리하여, 벌집 구조체의 제조 및 후기 성질을 위해 여러 가지 요구를 충족시켜야 함이 입증되었다. 이와 같이, 지금까지 통상적으로 수행되어 온 바와 같이, 판금층의 2가지 유형 둘 모두에 대해 동일한 주입 재료를 사용하는 것이 절대적으로 바람직한 것은 아니다. 실제로, 본질적으로 매끄러운 판금은 냉간 성형을 필요로 하지 않으므로, 제조시에 구조화된 판금보다 경도가 더 클 수 있다. 다양한 용도를 적절하게 수행하기 위해, 다양한 유형의 판금층의 상이한 폭 및/또는 두께도 가능하다.
구조화된 판금층은 본질적으로 매끄러운 판금층보다 0.005mm 이상 얇다. 본질적으로 매끄러운 판금층의 두께는 0.04mm 내지 0.06mm가 바람직하고, 약 0.05mm가 특히 바람직하다. 구조화된 판금층의 두께는 0.025mm 내지 0.045mm가 바람직하고, 약 0.04mm가 특히 바람직하다. 0.01mm의 두께차를 유지시키는 것이 바람직하다.
통상적으로, 벌집 구조체의 모든 판금층은 특정의 동일한 두께, 전형적으로는 약 0.05mm를 갖는다. 벌집 구조체의 질량을 감소시키기 위해, 본 발명에서는 모든 구조화된 판금층의 두께가 감소되었다. 구조화된 판금층의 전체 신축 길이가 본질적으로 매끄러운 판금층의 길이보다 현저히 길기 때문에, 이러한 두께의 감소를 통해 재료 및 그로 인한 비용이 현저히 절감된다. 더욱이, 구조체의 강도는 본질적으로 매끄러운 판금층에 의해 주로 결정되기 때문에, 강도는 특히 축방향으로, 무시할 정도로만 그리고 허용될 수 있는 정도로만 감소된다.
제조 방법에서 판금의 성능에 대해서는, 본질적으로 매끄러운 판금은 아니지만, 구조화된 판금이 연화-어닐링되는 경우에 특히 경제적이고 바람직하다. 첫째로, 이것은 판금층의 일부에 대한 제조 및 에너지 비용을 절감시킨다. 둘째로, 어닐링된 판금은 더욱 쉽게 주름질 수 있지만, 매끄러운 판금은 최종 벌집 구조체가 재킷 튜브 내로 삽입되는 경우에 필수 안정성을 보장한다. 더 두껍고 매끄러운 판금층 또는 이들 2가지 판금층의 조합에 의해 유사한 효과가 자연적으로 얻어진다.
본질적으로 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층의 수는 거의 동일한 것이 바람직하다. 즉, 구조화된 판금층 및 본질적으로 매끄러운 판금층이 서로 교대로 배열된다.
본 발명은 구조화된 판금층이 주 구조물에 대해 횡축으로 예를 들어 유럽 특허 명세서 EP B1 0 454 712호에 기술된 종류의 부가 구조물을 갖는 경우가 특히 유리하다. 이러한 부가 구조물은 주 구조물보다 진폭이 상당히 더 작고, 벌집 구조체 난류를 통해 유체를 흐르게 하여, 유체와 벌집 구조체의 벽의 접촉을 개선시킨다. 상기 유형의 횡축 구조물이 제공된 일정 폭의 판금을 제조하기 위해, 출발 재료는 다소 큰 폭을 가져야 한다. 구조화된 판금층이 횡축 구조를 갖지만, 본질적으로 매끄러운 판금층은 횡축 구조를 갖지 않는 벌집 구조체의 경우에는, 매우 다양한 출발 재료가 이미 매끄러운 판금층 및 주름진 판금층용으로 사용되어, 부가적으로 상이한-두께 폭의 사용이 임의의 부가적으로 부가 비용을 수반하지 않게 된다. 또한, 얇은 판은 횡축 구조 및 주름을 이루기가 더 용이한 반면, 더 두꺼운 매끄러운 판금층은 벌집 구조체의 강도를 보장한다.
판금층이 서로의 둘레에 감겨지도록 배열되는 것이 또한 바람직하다. 이러한 현상은 벌집 구조체의 강도를 증가시키지만, 동시에 재료의 소모를 증가시키지는않는다. 판금층이 서로의 둘레에 S자 형으로 감겨지는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 구체화된 벌집 구조체는 원형 또는 난형(oval)의 재킷 튜브 내에 맞춰지는 것이 특히 유리할 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 판금층은 스택 내에 배열될 수 있다. 이것은 재킷 튜브 내로의 벌집 구조체의 삽입시에 특히 간단한 제조 방법의 장점을 갖는다.
상당히 매끄러운 판금층이 구조화된 판금층보다 구조물이 현저히 더 작은 진폭의 가벼운 구조물을 갖는 것이 특히 바람직하다. 상당히 매끄러운 판금층의 이러한 유형의 구조물은 구조화된 판금층의 구조물과 동일한 배향을 갖는다. 이러한 현상은 벌집 구조체의 탄성을 증가시키고, 구조물의 작은 진폭으로 인해, 재료가 절약되고 강도가 보장되는 장점이 본질적으로 보존된다. 구조물은 주름진 것이 바람직하며, 주름의 주기는 구조화된 판금층의 주기에 맞춰질 수 있다.
본 발명의 추가 장점, 특징 및 응용은 도면과 함께, 하기의 대표적 구체예의 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1에는, 판금층(2) 및 (3)의 스택(1)의 단면의 상세도가 도시되어 있다. 스택(1)은 본질적으로 매끄러운 판금층(2) 및 주름진 판금층(3)을 포함하며, 이들은 서로 교대로 배열되어 있다. 이러한 배열의 결과로서, 유체가 흐를 수 있는 채널(4)이 매끄러운 판금층(2)과 주름진 판금층(3) 사이에서 형성된다. 흐름 방향은 본질적으로 도면의 평면에 대해 수직이다. 본 발명의 바람직한 대표적 구체예에서, 모든 매끄러운 판금층(2)의 두께는 약 0.05mm이고, 모든 주름진 판금층(3)의 두께는 약 0.04mm이다.
주름진 판금층(3)의 신축 총길이는 매끄러운 판금층(2)의 총길이의 약 2배이다. 주름진 판금층(3)의 두께를 약 20% 감소시키는 경우, 전체 벌집 구조체의 중량이 약 13% 감소된다. 벌집 구조체의 촉매적 활성 표면, 즉 벌집구조벽의 전체 표면적은 본질적으로 일정하게 유지된다. 대부분의 바람직한 경우에는, 구조적 부피가 추가로 감소되면서, 촉매적 활성 표면적이 동일하게 유지될 수 있다. 매끄러운 판금층(2)의 경미한 주름에 의해, 벌집 구조체의 탄성이 증가하면서, 재료의 가능한 경제성이 약간 떨어질 수 있다.
본 발명에 따르는 구조화된 판금의 두께가 감소된 벌집 구조체는, 특히 이들판금의 횡축 구조와 조합하여, 극대 부식성 변형이 발생하지 않는 분야에 특히 적합하다. 예를 들어, 상기 조건은 예를 들어 자동차 속도 제한으로 인하여, 미국에서 촉매 변환기에 존재한다.
본 발명에 따른 벌집 구조체는 자동차의 내연 기관의 배기 가스용 촉매 반응기로서 적합하다.

Claims (13)

  1. 판금들 사이에 유체가 흐를 수 있는 채널을 형성하는 교대로 배열되는 상당히 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층을 포함하며, 매끄러운 판금층은 모두 서로 동일한 출발 재료로부터 제조되고, 구조화된 판금층은 모두 서로 동일한 출발 재료로부터 제조되며; 매끄러운 판금층의 두께는 0.04mm 내지 0.06mm이고, 구조화된 판금층의 두께는 0.025mm 내지 0.045 mm이고; 구조화된 판금층 각각은 모두 매끄러운 판금층보다 0.005mm 이상 더 얇은 촉매 반응기의 벌집 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 판금층들과 채널이 자동차의 내연 기관의 배기 가스용 촉매 반응기의 일부인 벌집 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 구조화된 판금층이 주름진 판금층인 벌집 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 매끄러운 판금층 각각의 두께가 모두 0.05mm이고, 구조화된 판금층의 두께가 0.04mm인 벌집 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 구조화된 판금층 각각이 모두 매끄러운 판금층보다 0.01mm 더 얇은 벌집 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 구조화된 판금층이 일정 방향으로 구조화되고, 이러한 구조물의 방향에 대해 횡방향으로 부가적 미세구조물을 갖는 벌집 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 구조화된 판금층과 매끄러운 판금층의 수가 거의 동일한 벌집 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 판금층들이 벌집 구조체가 들어설 재킷 튜브의 내부 종단면의 주변 종단면에 맞춰지도록 서로 감겨져 있는 벌집 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 판금층들이 S자형으로 서로 감겨져 있는 벌집 구조체.
  10. 제1항에 있어서, 판금층들이 적층 배열된 벌집 구조체.
  11. 제1항에 있어서, 매끄러운 판금층의 일부가 구조화된 판금층보다 현저히 더 작은 주름 진폭으로 주름이 형성된 벌집 구조체.
  12. 판금들 사이에 유체가 흐를 수 있는 채널을 형성하는 교대로 배열되는 상당히 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층을 포함하며, 매끄러운 판금층 및 구조화된 판금층은 서로 상이한 두께를 갖는 출발 재료로부터 제조되고; 매끄러운 판금층 각각의 두께는 모두 실질적으로 0.05mm이고, 구조화된 판금층의 두께는 실질적으로0.04mm인 촉매 반응기의 벌집 구조체.
  13. 판금들 사이에 유체가 흐를 수 있는 채널을 형성하는 교대로 배열되는 상당히 매끄러운 판금층과 구조화된 판금층을 포함하며, 매끄러운 판금층 및 구조화된 판금층은 서로 상이한 두께를 갖는 출발 재료로부터 제조되고; 매끄러운 판금층의 두께는 모두 0.04mm 내지 0.06mm이고, 구조화된 판금층의 두께는 0.025mm 내지 0.045 mm이고; 구조화된 판금층의 두께는 매끄러운 판금층의 두께보다 20% 미만인 촉매 반응기의 벌집 구조체.
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