KR100433309B1 - 최소한부분적으로라미네이트된시이트금속층으로부터벌집형상체를제조하는방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 시이트가 층형태로 쌓여지고/거나 감겨지는 벌집형 구조체를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 금속 시이트는 유체가 흐를 수 있는 통로를 형성하기 위한 구조를 부분적으로 또는 완전히 가지며, 시이트 층의 일부 이상이 후속 열처리로 확산에 의해 실질적으로 균질화되는 하나 이상의 크롬 함유 강층 및 하나 이상의 실질적 알루미늄 함유 층을 갖는 적층 물질을 포함한다. 벌집형 구조체를 제조하기 위해서, 시이트 층의 일부 이상이 열처리 전 및 도중에 접촉 위치의 표면 영역에 관련된 벌집형 구조체의 탄성도 및/또는 압력을 증가시키는 구조를 가지며, 벌집형 구조체를 열처리 동안 시이트 층사이의 접촉 위치가 접착된 채로 유지될 정도의 압력 응축으로 관형 케이스에 맞춰진다.
Description
벌집형상체는 특히, 내연 기관으로부터의 배기 가스의 전환을 위한 촉매 담체(로서 이용된다. 이러한 벌집형상체는 예를 들어 WO 89/07488호에 공지되어 있다. 이러한 촉매 담체는 높은 레벨의 기계적 및 열적 부하를 받게 된다. 벌집형상체의 열적 및 기계적 부하외에, 벌집형상체는 배기 가스에 존재하는 부식 기체(agressive gas) 성분에 영향을 받게 된다. 부식 기체 성분은 벌집형상체의 부식을 야기할 수 있다. 따라서, 내부식성 금속 시이트로 벌집형상체를 제조하는 것이 바람직하다.
고함량의 알루미늄을 가지는 강 시이트(steel sheet)로 벌집형상체를 제조하는 것은 EP 0 159 468 B1호에 이미 공지되어 있다. 이러한 물질로 벌집형상체를 제조하는 것은 고함량의 알루미늄을 갖는 강의 낮은 압연률에 의해 고비용을 포함해서 약간의 문제를 야기한다.
미국 특허 제 5 366 139A호에는 알루미늄 도금 강을 포함하는 벌집형상체를 제조하기 위한 금속 시이트가 제안되어 있다. 이러한 벌집형상체의 제조시 시이트의 가공은 시이트를 보다 쉽게 냉간 성형(cold working)을 할 수 있기 때문에 비용이 더 적게 든다.
알루미늄 도금 금속 시이트는 층 형상으로 쌓이고/거나 감겨진 후, 후속하여 열처리 된다. 열처리는 하나 이상의 크롬 함유 강층 및 하나 이상의 실질적 알루미늄 함유 층을 갖는 금속 시이트의 실질적인 균질화를 제공한다. 벌집형상체, 특히 라미네이트 구조(laminated structure)로 된 금속 시이트를 갖는 비교적 큰 횡단면의 벌집형상체의 제조에 있어서, 금속 시이트가 항상 서로 연결되는 것은 아니며/또는 금속 시이트가 벌집형상체를 둘러싼 케이싱과 항상 결합되는 것은 아니다. 그러나, 금속 시이트 층의 서로 및/또는 벌집형상체를 둘러싼 관형 케이싱에 대한 견고한 접착은, 벌집형상체의 기계적 강도에 있어서 매우 중요하다. 벌집형상체가 열처리 되는 경우, 라미네이트 구조체의 금속 시이트 층의 체적이 감소될 수 있다는 것은 인지되어 있다. 라미네이트 구조의 시이트의 체적의 감소는 금속 시이트의 외부층을 형성하는 알루미늄이 크롬 함유 강의 제 1 층으로 확산된다는 점에 기인한다. 그러나, 크롬 함유 강의 층으로 확산되는 알루미늄은 알루미늄 층의 체적이 감소되는 만큼 이 층의 부피는 증가되지 않는다. 또한, 층상(layered) 또는 라미네이트 시이트는 균질화 과정 동안 단지 낮은 정도의 탄성을 갖는다.
본 발명은 층 형상으로 쌓이거나 감겨진, 또는 쌓이고 감긴 금속 시이트를 포함하는 벌집형상체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 벌집형상체의 개략적인 단면도이며,
도 2는 층상 또는 라미네이트 구조의 금속 시이트의 도면이며,
도 3은 이중 주름을 갖는 인접 시이트의 개략도이며,
도 4는 상호간 교차 주름을 갖는 경사지게 주름진 시이트 층의 도면이고,
도 5는 추가의 미세구조체를 갖는 벌집형상체의 개략적인 형태를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 벌집형상체 2 : 평탄한 시이트
3 : 주름진 시이트 3a, 3b : 경사지게 주름진 시이트
4 : 내부 층 5, 6 : 알루미늄 시이트
7 : 통로 8 : 관형 케이싱
9 : 접촉 위치 10 : 미세구조체
13, 14 : 이중 주름 15 : 접촉 위치
S : 흐름 방향 α: 교차각
따라서, 본 발명의 목적은, 층상 또는 라미네이트 물질을 초기에 적어도 일부분으로 포함하는 시이트 층을 갖춘 벌집형상체를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있으며, 이 층상 또는 라미네이트 물질은 확산에 의해 연속되는 열처리 공정에서 거의 균질화되는 하나 이상의 주로 알루미늄-함유 층과 하나 이상의 크롬-함유 강을 구비한다. 이러한 방법에 의해 제조된 벌집형상체는 상술한 종래의 일반적인 유형의 장치 및 방법을 극복하며, 높은 로딩(loading)을 전달할 수 있는 결합부가 시이트들 사이에 발생되도록 시이트의 균질화로 인해 발생되는 체적의 감소를 보상한다.
전술한 목적과 다른 목적의 측면에서, 본 발명에 따라 제공되는 벌집형상체를 제조하는 방법은, 크롬 함유 강층과 알루미늄 함유층을 가진 적어도 라이네이트 물질 함유 시이트 금속을 제공하는 단계와, 유체가 흐를 수 있는 통로를 형성하며, 적어도 일부분이 열처리 전과 열처리 동안 상기 벌집형상체의 탄성도를 증가시키는 구조체를 가지는 구조화된 시이트 금속층을 가지고 층상 시이트 금속 벌집형상체를 형성시키는 단계와, 인접 시이트 금속층 사이의 접촉 위치의 전체 표면적을 감소시키기 위해, 그리고 열처리 동안 접촉한 상태로 상기 접촉 위치를 유지하기에 필요한 프리스트레스를 감소시키기 위해, 인접 시이트내에서 폼 로킹 상태로 서로 결합되지 않도록 추가의 미세구조체를 형성시키는 단계와, 인접 시이트 금속층 사이의 접촉 위치중 하나 이상이 열처리시에 접촉 상태로 남아 있을 정도로 형성된 프리스트레스로서 관형 케이싱 안으로 상기 벌집형상체를 끼워맞추는 단계와, 벌집형상체를 열처리시켜서 확산에 의해 라미네이트 물질을 균일화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 추가의 미세구조체를 유체 통로가 연장하는방향에 횡방향, 경사지게 또는 평행하게 형성시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 미세구조체를 인접 시이트내의 미세구조체가 거의 또는 완전하게 폼-로킹(form-lock) 상태로 서로 결합하지 못하도록 형성시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 시이트 층을 열처리 동안 시이트 층이 프리스트레싱 정도가 거의 감소되거나 사실상 제거되는 곳에서도 인접 시이트 층을 인터로킹(interlocking)하는 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 열처리 동안 벌집형상체내의 프리스트레스 정도를 유지하기 위해서 벌집형상체와 관형 케이싱 사이에 탄성 중간층을 삽입한다.
본 발명의 추가의 특징에 따라서, 관형 케이싱은 벌집형상체의 열팽창 계수보다 작은 열팽창 계수를 가진다.
층으로 쌓이고/또는 감겨진 금속 시이트의 열처리 동안, 이들 금속 시이트의 체적의 변화로 인해 시이트 층이 서로에 대해 및/또는 케이싱에 대해 연결되지 않거나, 약하게 연결되는 것을 방지하기 위해, 본 발명은 시이트 층의 적어도 일부분이 열처리 이전 및 열처리 중에 벌집형상체의 탄성도를 증가시키는 구조체인 것을 제안하고 있다. 이러한 점에서, 벌집형상체가 열처리 중에 시이트 층 사이의 접촉 위치가 접촉된 상태로 유지될 수 있는 정도의 프리스트레스를 가지고 관형 케이싱에 배치된다. 이 작업 과정은, 시이트 층을 위한 물질의 선택에 의해 내부식성을 가지며 또한 높은 레벨의 열적 및 기계적 안정성을 갖는 벌집형상체를 제공한다.열 처리 동안 시이트 층 사이의 접착 위치에 대한 접촉은, 열처리 전과 열처리 도중에 벌집형상체의 탄성을 강화시키는 구조체에 의해, 그리고 사용된 물질의 가능한 경미한 탄성에도 불구하고 프리스트레스 상태로 벌집형상체가 관형 케이싱 안으로 삽입된다는 사실에 의해 항상 보장된다. 시이트 층 사이의 접촉 위치에서의 접촉을 보장하는 것은 시이트 층 사이의 연결을 형성하는데 있어서 또한 중요한 특성이다. 시이트는 열처리에 의해 그들의 접촉 위치에서 서로 접착된다. 시이트는 예를 들어, 알루미늄-강 합금이 강보다 실질적으로 더 낮은 융점을 갖기 때문에, 층상 또는 라미네이트 구조의 금속 시이트의 내부 층이 일시적으로 액화되는 사실에 의해서 서로 연결되고, 연결 위치 주변의 영역에 긴밀한 결합이 생성되며, 이러한 결합은 사실상 용접 결합한 것과 같다. 농도 구배에 의해, 금속 시이트의 내부 층으로 알루미늄이 더 이동하여, 접착 영역의 알루미늄 함유물이 고갈되고, 그 결과 결합 영역의 융점이 증가하여, 결합 영역이 경화된다. 시이트 층의 서로에 대한 이러한 형태의 결합 이외에, 또는 대안으로, 금속 시이트의 최소한 일부가 최소한 부분적으로 납땜되어, 금속 시이트도 적어도 부분적으로 추가의 납땜에 의해서 함께 결합될 수 있다.
또한 본 제조 방법을 개선시키기에 적합한 최종 벌집형상체에 대한 탄성 강화 구조체는 종래 기술과 상이한 여러 형태로 제각기 공지되어 있으나, 층상 구조의 시이트를 사용하는 경우 이들 중요성은 인지되어 있지 않다. 따라서, EP 0 220 468 B1호에는 주름진 및/또는 평탄한 시이트 층에서 형성될 수 있는 다양한 종류의 이중 주름이 설명되어 있다. 또한, 벌집형상체 내의 실질적으로 평탄한 시이트 층에 유리한 추가의 미세주름이 제공된다는 것이 공지되어 있는데, 이것은 본 발명의 제조 방법에도 유리하다.
또한, 모든 시이트가 각각 교대로 경사지게 주름져서, 주름이 직각으로 서로 교차되고, 접촉선이 생성되지 않지만, 비교적 작은 접촉 위치가 형성되는 곳에서 특히 탄성 배열체를 얻을 수 있다. 이것은 예를 들어 EP 0 245 737호에 기술되어 있다.
최종적으로, 미세구조체는 흐름에 영향을 미치기 위한 것으로 EP 0 454 712 B1호에 설명되어 있다. 놀랍게도, 이러한 미세구조체는 또한 본원에 명시된 목적과 관련하여 제조 방법을 향상시키는 것으로서 밝혀졌다. 한편, 이러한 미세구조체는 벌집형상체에서 접촉 위치의 전체 표면적을 상당히 감소시키기 위해 사용되어, 접촉 표면 영역에 대한 힘이 힘을 유지시키는 탄성의 수준에 따라 상응하게 증가되고, 우수한 연결 위치가 생성될 수 있다. 또한, 이러한 미세구조체는 탄성을 더 강화시킬 수 있다. 다른 한편으로, 이러한 구조는 또한 시이트 층 사이에 폼 로킹 결합(form-locking connection)을 형성시키기 위해 이용되어, 제조 방법 동안 서로 관계된 시이트의 이동을 막고, 최종 벌집형상체의 기계적 부하-운반 능력이 개선될 수 있다. 따라서, 각각의 관계된 용도에 따라, 미세구조체는 드물게 또는 종종 하나의 미세구조체가 다른 미세구조체 내부에 위치하도록 배열된다.
특히 바람직한 실시예는 추가의 미세구조체가 시이트 층의 일부 이상에서 시이트 층 사이의 접촉 위치의 총 표면적을 감소시킨다는 것이다. 이것은 열 처리 동안 접촉 위치를 유지하는데 필요한 프리스트레스를 감소시킨다.
시이트 층 사이의 연결을 확실히 하기 위해 제공된 추가의 미세구조체는 통로 방향에 대해 횡방향으로 연장되거나 경사지도록 연장된 구조가 바람직하다. 그러나, 추가의 미세구조체는 또한 통로 방향으로 실질적으로 연장될 수 있다.
추가의 유리한 개념에 따르면, 인접 미세구조체의 기계적 클램핑 또는 클립핑 맞물림이 발생하지 않거나 거의 발생하지 않는 방식으로 미세구조체가 인접 시이트 내에 형성되는 것이 제안된다. 이러한 기계적 클램핑(clamping) 또는 클립핑(clipping) 맞물림은 서로 강력한 로킹 관계로 맞물림하는 인접 미세구조체에 의해서 일어날 수 있다. 이러한 클램핑 또는 클립핑 맞물림 효과가 발생하는 것을 방지하기 위해, 인접 시이트는 양호하게 상이하게 배향된 미세구조체를 갖는 것이 바람직하다. 미세구조체는 또한 인접 미세구조체가 상호 맞물림하지 못하도록 다른 외형 또는 형상진 프레스 형상을 가진다. 서로 강력한 로킹 관계로 맞물림하는 미세구조체에 의한 기계적 클램핑 또는 클립핑 맞물림을 제거해서 접촉 위치에 있는 표면적에 관한 압력을 증가시킨다.
그러나, 특히 나선형으로 감겨진 벌집형상체의 경우에, 시이트 층이 강력한 로킹 관계로 서로에 결합하는 인접 시이트 층의 구조에 의해서 시이트 층이 함께 클립핑되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 열처리 동안 시이트 층이 서로에 대해서 움질일 수 없고, 특히 매우 낮은 레벨의 프리스트레스에 의해서도 텔리스코핑 이동(telescoping movement)이 수반될 수 없다. 그런 경우에, 미세구조체 또는 구조체는 서로 맞물린 미세구조체 또는 구조체가 층상 또는 라미네이트 구조의 시이트의 균질화 후에도 맞물린 상태로 유지되는 구성체를 말한다.
열 처리 동안 라미네이트된 시이트 층에서는 구조적 변화외에도 시이트 층 둘레에 배치된 관형 케이싱도 팽창한다. 열에 의해 야기된 관형 케이싱의 팽창 때문에, 관형 케이싱에 배치되는 시이트 층의 프리스트레스의 레벨이 감소된다. 실질적으로, 열 처리 동안 벌집형상체에서 프리스트레스 효과를 유지하기 위해, 양호한 개선예에 따라서, 관형 케이싱과 벌집형상체 사이에 끼워지는 탄성 중간층, 예를 들어, 팽윤 매트(swelling mats)가 제공된다. 또한, 탄성 중간층은 제조하는 동안 냉간 가공 후 관형 케이싱 및 벌집형상체의 상이한 정도의 수축을 보정한다.
또한, 벌집형상체에서 프리스트레스 효과의 유지는 벌집형상체 물질의 열팽창 계수보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 관형 케이싱을 이용함으로써 증진된다.
벌집형상체의 제조에 대한 본 발명에 따른 방법의 추가의 잇점과 특징이 도면에 도시되고, 방법에 따라 제조된 벌집형상체를 참조로 하여 설명된다.
도 1 및 도 2에는 금속 시이트 (2, 3)가 라미네이트 형상체로 꼬여진 벌집형상체가 도시되어 있다. 금속 시이트(3)는 유체가 흐를 수 있는 통로(7)를 형성하는 주름으로 구조화되어 있다. 이 금속 시이트(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 층상 또는 라미네이트 물질을 처음에 포함한다. 금속 시이트(3)는 크롬 함유 강층(4), 및 크롬 함유 강층(4)의 양쪽에 각각 배치된 실질적인 알루미늄 함유 층 (5, 6)으로 되어 있다. 금속 시이트(3)의 층(4, 5, 및 6)은 후속하는 열처리 중에 확산에 의해 실질적으로 균질화된다. 열처리 단계 후, 개별적인 층은 더 이상 명확하게 식별될 수 없다. 이러한 구조를 일반적으로 층상 또는 라미네이트 시이트로서 정의할 수 있다.
도시한 실시예에서, 층상 또는 라미네이트 구성인 금속 시이트(3)는 주름진 특성을 가진다. 원칙적으로, 벌집형상체의 평탄한 시이트 층 또는 모든 시이트 층은 이러한 라미네이트 시이트를 포함할 수 있다.
쌓여서 감겨진 시이트 층은 관형 케이싱(8) 안으로 끼워지는데, 이 경우 시이트(2, 3)에 의해 형성된 벌집형상체는 열처리 중에 시이트 층 사이의 접촉 위치(9)가 접촉 상태로 유지될 정도의 프리스트레스를 가지고 관형 케이싱(8) 안으로 끼워진다. 이러한 작업에 도움을 주는 것은, 아래에 도면을 참고로 설명되어 있는 바와 같이, 탄성도를 증가시키는 추가로 제공된 구조체이다.
도 3은 탄성도를 증가시키는 구조체의 가능한 예의 하나로 이중 주름(13, 14)을 도시한다. 여기에서 주름진 시이트는 상이한 진폭의 주름 마루를 가져서, 주름의 일부분인 최고 정점만이 인접 시이트 층(2)과의 접촉 위치(15)를 형성한다. 또한, 이러한 결과는 인접 층내의 상이한 주름(corrugations)에 의해 달성될 수 있다. 아무튼, 벌집형상체의 탄성도는 제조 동안 이러한 방법으로 증가된다.
도 4는 제조 동안 접촉 위치(9)의 표면적과 관련한 압력과 탄성도를 동시에 증가시키는 추가의 실시예를 보여준다. 시이트 층(3a, 3b)은 교대로 상이한 방위로 경사지게 주름져 있다. 이들의 주름은 교차각 α로 서로 교차된다. 이러한 실시예는 제조 및 후속 흐름 특성의 관점에서 바람직하다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 평탄한 시이트(2) 및/또는 주름진 시이트(3)는 통로(7)의 방향 S에 대해 실질적으로 횡방향으로 연장되는 추가의 미세구조체(10)를 가질 수 있다. 이러한 인접 시이트 층(2, 3)의 추가 미세구조체(10)에 의해, 인접 시이트 층은 클램핑 또는 클립핑 관계로 함께 유지되므로, 시이트 층은, 열처리 동안 여전히 매우 낮은 레벨의 프리스트레스가 존재하는 경우에도 서로 연관되어 움직일 수 없고, 또는 클램핑 또는 클립핑 맞물림을 피하는 구성의 경우에, 접촉 위치에서 표면과 관련한 압력이 증가된다. 여하튼, 추가의 미세구조체는 제조 동안탄성도를 증가시킨다.
본 발명은 특히 촉매 담체로서 사용하기 위한 높은 레벨의 내식성을 갖는 진보적이고, 저렴하고, 기계적으로 부하 가능한 벌집형상체의 제조에 이용된다.
Claims (7)
- 벌집형상체의 제조 방법으로서,크롬 함유 강층과 알루미늄 함유층을 가진 라미네이트 물질 함유 시이트 금속을 제공하는 단계와,유체가 흐를 수 있는 통로를 형성하며, 적어도 일부분이 열처리 전과 열처리 동안 상기 벌집형상체의 탄성도를 증가시키는 구조체를 가지는 구조화된 시이트 금속층에 의해 층상 시이트 금속 벌집형상체를 형성시키는 단계와,인접 시이트 금속층 사이의 접촉 위치의 전체 표면적을 감소시키기 위해, 그리고 열처리 동안 접촉한 상태로 상기 접촉 위치를 유지하기에 필요한 프리스트레스를 감소시키기 위해, 인접 시이트내에서 폼 로킹 상태로 서로 결합되지 않도록 추가의 미세구조체를 형성시키는 단계와,인접 시이트 금속층 사이의 접촉 위치중 하나 이상이 열처리시에 접촉 상태로 남아 있을 정도로 형성된 프리스트레스로서 관형 케이싱 안으로 상기 벌집형상체를 끼워맞추는 단계와,상기 벌집형상체를 열처리시켜서 확산에 의해 라미네이트 물질을 균일화시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유체가 흐를 수 있는 통로는 주어진 방향을 따라서 연장되고, 상기 추가의 미세구조체를 형성시키는 단계는 상기 추가의 미세구조체를상기 주어진 방향에 횡방향으로 방위설정되도록 형성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유체가 흐를 수 있는 통로는 주어진 방향을 따라서 연장되고, 상기 추가의 미세구조체를 형성시키는 단계는 상기 추가의 미세구조체를 상기 주어진 방향에 경사지게 방위설정되도록 형성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유체가 흐를 수 있는 통로는 주어진 방방향을 따라서 연장되고, 상기 추가의 미세구조체를 형성시키는 단계는 상기 추가의 미세구조체를 상기 주어진 방향에 평행하게 방위설정되도록 형성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미세구조체를 상기 인접 시이트내의 상기 미세구조체가 서로 폼-로킹 상태로 결합하지 못하게 형성시키는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 열처리 동안 상기 벌집형상체내의 프리스트레스 정도를 유지하기 위해서 상기 관형 케이싱과 상기 벌집형상체 사이에 탄성 중간층을 삽입하는 단계를 더 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 벌집형상체 물질의 열팽창 계수보다 낮은 열팽창 계수를 가지는 상기 관형 케이싱을 제공하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
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