KR100572903B1 - 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 방법 및 금속박판팩 - Google Patents

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Abstract

적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층으로 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위하여, 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층으로 적어도 하나의 스택을 적층하는 것이 제안된다. 금속박판팩을 형성하기 위한 각각의 스택이 벤딩선을 중심으로 접힘으로써, 상기 금속박판팩은 굴곡된 제 1 단부영역과 상기 제 1단부영역에 대향하는 제 2 단부영역을 갖고, 상기 제 2 단부영역은 제 1 단부섹션과 제 2 단부섹션에 의해 형성되며, 상기 제 1 단부섹션의 제 1 단부면은 중앙면과 제 1 각(α)을 형성하고, 상기 제 2 단부섹션의 제 2 단부면은 중앙면과 제 2 각(β)을 형성하며, 상기 제 1 각(α)은 제 2 각(β)보다 더 작다. 각각의 금속박판팩은 형틀의 중심부에 배치된 루핑 수단에 의해 지지되고, 상기 형틀에 대한 루핑 수단의 회전에 의해 벌집체로 루핑된다.

Description

다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 방법 및 금속박판팩{METHOD AND SHEET METAL PILE FOR PRODUCING A HONEYCOMB BODY WITH A PLURALITY OF CHANNELS THROUGH WHICH A FLUID IS ABLE TO FLOW}
본 발명의 요지는 다수의 유체 투과 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 방법과 금속박판팩에 관한 것이다.
금속박판성 벌집체가 촉매 변환기 지지체로서 사용되는 것으로 알려져 있다. 이러한 벌집체는 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판팩(sheet metal pack)으로 구성된다. 벌집체 구조의 수많은 실시예가 미국 특허 제 4,923,109호, 국제 출원 공개 공보 제 90/03220호, 유럽특허 제 0 322 566 A1호 및 국제 출원 공개 공보 제 94/01661호에 개시되어 있다.
국제 출원 공개 공보 제 97/00725호는 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 층으로 이루어진 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체의 제조를 다루고 있다. 이 공보에는 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층으로 형성된 적어도 하나의 스택(stack)을 적층하는 것이 제안되어 있다. 각각의 스택은 벤딩선(bending line)을 중심으로 접혀져 금속박판팩을 형성하게 된다. 각각의 금속박판팩은 제조하고자 하는 벌집체 외형에 상응하는 형상을 가진 형틀 내에 배치된다. 각각의 스택은 형틀의 중심부에 배치된 루핑(looping)수단에 의해 지지된다. 그 다음, 모든 스택은 형틀에 대한 루핑수단의 회전에 의해 벌집체로 루핑된다. 이러한 방법으로 제조된 벌집체는 재킷 튜브 내에 설치된다. 다른 벌집체 제조 방법이 국제 출원 공개 공보 제 97/00135 호에 개시되어 있다.
다른 제조 단계에서, 벌집체는 재킷 튜브에 땜질된다. 여기서, 재킷 튜브에 땜질되는 영역은 실질적으로 각 금속박판층의 단부이다. 이러한 방법으로 제조된 벌집체에서, 각 스택을 당해 스택 위로 접는 단계와 스택을 벌집체로 루핑하는 단계에 의하여, 각 금속박판층이 재킷 튜브에 결합되는 영역에서, 일부 금속박판층은 재킷 파이프의 재킷 표면 외주의 상대적으로 큰 부분에 걸쳐 땜질되는 반면, 다른 금속박판층은 재킷 파이프의 상대적으로 작은 외주 부분에 걸쳐 땜질된다는 위험이 있다. 벌집체를 재킷 파이프에 결합하는 이러한 방식은 기계적 응력 또는 열적 응력으로 인하여 벌집체가 손상될 위험이 있다. 특히, 각각의 금속박판층을 땜질한 연결부가 적어도 부분적으로 파손될 위험이 있다.
본 발명의 목적은 재킷 파이프와 땜질된 연결부가 가능한 보다 균일하게 형성되는 벌집체 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 벌집체를 형성하기에 특히 적당한 금속박판팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제 1항의 특징을 구비한 벌집체 제조 방법과, 제 8항의 특징을 구비한 금속박판팩에 의해 각각 구현된다. 본 발명에 따른 방법과 금속박판팩의 양호한 추가적인 특징 및 구조는 각 종속항의 주요 내용이다.
다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하는 본 발명의 방법에 따라, 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층을 적층하여 적어도 하나의 스택을 형성하는 것을 제안한다. 그 다음, 각 스택을 벤딩선을 중심으로 접어 금속박판팩을 형성하면, 상기 금속박판팩은 굴곡된 제 1 단부영역 및 상기 제 1 단부영역의 반대쪽에 위치하는 제 2 단부영역을 갖는다. 상기 스택을 접어 금속박판팩의 형성이 완료되면, 스택의 제 1 단부섹션 및 제 2 단부섹션에 의해 상기 제 2 단부영역이 형성된다. 제 1 단부섹션은 제 1 단부면을 갖는다. 제 2 단부섹션은 제 2 단부면을 갖는다. 제 1 단부면과 제 2 단부면은 함께 금속박판팩의 제 2 단부영역의 단부면을 형성한다. 단부면들은 서로를 향해 상대적으로 경사져 있다. 제 1 단부면은 예를 들어 접혀진 금속박판팩의 중심 금속박판층에 의해 형성된 중앙면과 제 1 각(α)을 형성한다. 제 2 단부면은 상기 중앙면과 제 2 각(β)을 형성한다. 제 2 각(β)과 제 1 각(α)은 포괄적인 각도이다. 이 각도들은 제 1 각(α)이 제 2 각(β)보다 더 작도록 선택된다. 이는 금속박판층을 접을 때 제 1 단부섹션의 금속박판층들을 제 2 단부섹션의 금속박판층들보다 서로에 대해 실질적으로 더 크게 변위되게 접음으로써 구현된다. 원칙적으로, 금속박판 스택의 제 2 단부영역은 비대칭으로 형성된다.
그 다음, 각각의 금속박판팩은 형틀의 중심부에 배치된 루핑수단에 의해 지지되고, 상기 형틀에 대한 루핑수단의 상대적인 회전에 의해 벌집체로 루핑된다.
예상 외로, 벌집체 제조시 본 발명에 따른 방법을 실시함으로써, 외주 방향에서 보았을 때, 벌집체는 상대적으로 균일하게 분포된 금속박판층 단부를 가짐으로서, 재킷 파이프에 벌집체를 상당히 더 균일하게 땜질하는 것이 가능하다. 상기 벌집체가 더 균일하게 땜질되어질 수 있기 때문에, 고도의 벌집체 작동 신뢰성을 얻을 수 있다.
본 방법의 양호한 다른 특징에 따르면, 스택을 접을 때, 제 2 단부섹션 보다는 제 1 단부섹션에서 상당히 더 큰 금속박판층 상대적 변위가 허용될 것을 제안한다. 특히, 스택을 접을 때, 제 2 단부섹션의 스택 금속박판층은 실질적으로 고정될 것을 제안한다. 이러한 방식으로, 금속박판팩의 제 2 단부섹션은 스택으로써 단부 섹션의 원형을 실질적으로 유지하게 된다. 벌집체를 형성하기 위해 사용되는 금속박판 스택의 수에 따라, 그리고 제조되는 벌집체의 형상에 따라, 상이한 형상의 단부섹션을 구비한 다양한 금속박판 스택이 또한 제공될 수 있다. 서로 다른 금속박판팩을 조합하고, 스택을 접을 때 제 2 단부섹션을 적절하게 형성함으로써, 벌집체의 작동 신뢰성이 향상될 수 있다.
벌집체의 제조를 단순화하기 위하여, 적어도 스택을 접을 때, 상기 스택을 제 2 단부섹션과 벤딩선 사이의 적어도 하나의 영역에서 유지할 것을 제안한다. 예를 들면, 이는 제 2 단부섹션으로 스택을 조임(clamping)으로써 구현될 수 있다. 이러한 조임은 일정한 금속박판층 변위를 가능하게 할 수도 있다.
바람직하게, 상기 스택은 금속박판층이 적층되어 형성되고, 이 때 제 2 단부섹션에서 스택의 제 2 단부면은 스택의 길이 방향에 대해 실질적으로 수직이다. 특히, 이러한 형태의 스택 3개가 벌집체를 형성하기 위해 사용된다.
다른 바람직한 구조에 따르면, 적어도 하나의 스택이 적어도 부분적으로 구조화된 금속박판층으로부터 적층되며, 상기 금속박판층이 실질적으로 완벽하게 중첩되는 것을 제안한다.
본 방법의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 적어도 두 개의 금속박판팩이 형틀 내에 배치되는 것을 제안한다. 각 금속박판팩의 굴곡된 단부영역은 형틀의 중심부에 배치된다. 국제 출원 공개 공보 제 97/00725호에 개시된 바와 같이, 각 금속박판팩은 방사상 외측으로 정렬되게 배치된다. 금속박판팩은 루핑수단에 의해 지지된다. 금속박판팩은 형틀 내에 배치되어지되, 외주 방향에서 보았을 때, 제 1 단부섹션과 제 2 단부섹션이 교호적으로 배치된다. 형틀내에서 이와 같은 금속박판팩 배열은 각 금속박판팩의 벤딩이 동일한 방향으로 이루어진다는 장점이 있다. 이에 따라, 외주 방향에서 보았을 때, 금속박판팩의 각 금속박판층의 단부가 보다 더 균일하게 분포될 수 있다.
본 방법의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 루핑수단의 회전 방향은 각각의 금속박판팩이 각각의 벤딩축 둘레에 벤딩되도록 선택되어지되, 각각의 벤딩축은 벤딩선에 대해 실질적으로 평행하고 제 2 단부섹션과 굴곡된 단부영역 사이에 있는 외측 금속박판층 섹션에 인접하게 된다.
다른 발명의 개념에 따라, 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 금속박판팩이 제안된다. 상기 금속박판팩은 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층으로 구성되며, 상기 다수의 금속박판층은 적층되어 공통 벤딩선을 중심으로 접히게 된다. 금속박판팩은 굴곡된 제 1 단부영역과 상기 제 1 단부영역의 반대쪽에 위치하는 제 2 단부영역를 갖는다. 상기 제 2 단부영역은 제 1 단부섹션과 제 2 단부섹션에 의해 형성된다. 상기 금속박판팩의 특징은 제 1 단부섹션이 제 1 단부면을 갖고, 제 2 단부섹션이 제 2 단부면을 갖되, 상기 제 1 단부면은 중앙면과 제 1 각(α)을 형성하며, 상기 제 2 단부면은 중앙면과 제 2 각(β)을 형성하고, 상기 제 1 각(α)은 제 2 각(β)보다 더 작다. 이와 같이 형성된 금속박판팩은 벌집체 제조에 특히 적당하다. 상기 금속박판팩은 벌집체를 형성하기 위한 적당한 구조를 가진 다른 금속박판팩과 함께 국제 출원 공개 공보 제 97/00725호 또는 국제 출원 공개 공보 제 97/00135호에 개시된 방법을 실시하여 루핑될 수 있으며, 외주 방향으로 특히 균일하게 분포된 금속박판 단부를 가진 벌집체가 구현됨으로써, 벌집체와 재킷 튜브간에 상대적으로 균일하게 땜질된 연결부를 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 금속박판팩은 제 2 각(β)이 약 90˚가 되도록 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 방법과 금속박판팩의 장점 및 세부사항을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명한다.
도 1은 스택의 개략적인 사시도이고,
도 2는 금속박판팩의 개략적인 사시도이며,
도 3은 권취하고자 하는 세 개의 금속박판팩이 설치된 장치의 평면도이고,
도 4 및 도 5는 루핑 과정에서 순간적인 상태를 각각 도시한 평면도이며,
도 6은 형틀내에 완전히 권취된 벌집체를 도시한 평면도이고,
도 7은 도 3에 도시된 X부분의 확대도이며,
도 8은 도 1에 따른 장치의 단면도이다.
도 1은 스택(27)을 개략적으로 도시한 사시도이다. 상기 스택(27)은 적어도 부분적으로 구조화된 다수개의 금속박판층(28,29)을 포함한다. 도 1에 도시된 스택은 평평한 금속박판층(28)과 주름진 금속박판층(29)으로 구성된다. 상기 평평한 금속박판층(28)과 주름진 금속박판층(29)은 교호적으로 배치된다. 도시된 실시예에서, 상기 평평한 금속박판층(28)과 주름진 금속박판층(29)은 완벽하게 중첩된다. 이들은 하나 위에 다른 하나가 적층됨으로써, 직사각형상의 밑면을 가진 프리즘(prism)을 구성하게 된다. 상기 스택(27)은 벤딩선(21)을 중심으로 접히게 되며, 상기 벤딩선이 도 1에 파선으로 도시되어 있다. 상기 벤딩선(21)은 실질적으로 스택(27)의 중앙에 위치한다.
벤딩선(21)을 중심으로 스택(27)을 접음으로써, 도 2에 예시적으로 도시한 금속박판팩(1)이 제조된다. 상기 금속박판팩(1)은 제 1 단부영역(30)을 갖는다. 상기 벤딩선(21)에 인접한 제 1 단부영역(30)은 굴곡된다. 상기 금속박판팩(1)은 제 2 단부영역(31)을 갖는다. 상기 제 2 단부영역(31)은 제 1 단부영역(30)의 반대쪽에 위치한다. 상기 제 2 단부영역(31)은 스택(27)의 제 1 단부섹션(32)과 제 2 단부섹션(33)에 의해 형성된다.
상기 제 1 단부섹션(32)은 제 1 단부면(35)을 갖는다. 상기 제 1 단부면(35)은 제 1 단부영역(30)에 대해 반대로 경사져 있다. 상기 제 1 단부면(35)은 중앙면(34)과 제 1 각 (α)을 형성한다. 상기 제 2 단부면(36)은 중앙면(34)과 제 2 각(β)을 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 특히, 상기 제 1 각(α)은 제 2 각(β)보다 실질적으로 더 작다. 도시된 본 실시예에서, 상기 제 2 각(β)은 약 90°이다.
도 3은 형틀(5)내에 배치된 세 개의 금속박판팩(1,2,3)을 도시한 평면도이다. 각각의 금속박판팩(1,2,3)은 형틀(5)의 중심부(7)에 각각의 굴곡된 제 1 단부영역(30)이 위치되도록 배치된다. 상기 금속박판팩(1,2,3)은 중심부(7)로부터 방사상 외측으로 정렬되게 연장된다. 상기 금속박판팩(1,2,3)은 외주 방향에서 보았을 때 제 1 단부섹션(32)과 제 2 단부섹션(33)이 교호적이 되도록 배치된다.
상기 형틀은 벽체(11)을 포함하며, 도시된 본 실시예에서 벽체에 구비된 세 개의 직사각형 통로(8,9,10)는 형틀의 외주에 등간격으로 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 형틀은 외측 플랜지(13)로 인해 도시되지 않은 연결수단을 이용하여 기저 플레이트(14)에 연결될 수 있다. 상기 기저 플레이트(14)는 통로 개구(15)를 구비하며, 상기 통로 개구를 통하여 작동막대(17)상에 설치된 다이(16)가 가이드된다. 상기 통로 개구(15)의 단면과 다이(16)의 단면은 형틀(5)의 밝은 단면과 일치한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 통로(8,9,10)는 바람직하게 단면이 볼록하게 형성된 세로 표면(longitudinal surface;11)을 갖는다. 바람직하게, 상기 세로 표면(11,12)은 세라믹 물질로 이루어진 활주층(18,19)을 갖는다.
보다 더 명료하도록, 도면의 평면에 대해 수직인 축(4)을 중심으로 금속박판팩(1,2,3)을 권취할 수 있는 루핑수단의 실시예를 도시하지 않았다. 권취 수단은 각 금속박판팩(1,2,3)과 결합되어 상기 루핑 수단의 회전방향(S)으로 회전하는 권취 스핀들(24,25,26)을 갖는다. 상기 권취 스핀들(24,25,26)은 벤딩선(21,22,23)영역에 있는 금속박판팩(1,2,3)의 해당 영역과 결합된다.
상기 중심축(4)을 중심으로 권취 스핀들(24,25,26)을 S방향으로 권취함으로써, 각각의 금속박판팩(1,2,3)은 동일한 방향으로 루핑된다. 권취 과정에서, 상기 금속박판팩(1,2,3)은 각 통로(8,9,10)의 활주층(18,19)을 따라 형틀의 내부로 활주하게 된다. 상기 각각의 금속박판팩은 벤딩축(37,38,39)을 중심으로 굴곡된다. 각각의 벤딩축(37,38,39)은 벤딩선(21,22,23)과 권취 스핀들(24,25,26)에 대해 실질적으로 각각 평행하다. 상기 벤딩축은 제 2 단부섹션(33)과 굴곡된 제 1 단부영역(30)사이에 있는 각각의 금속박판팩(1,2,3)의 외측 금속박판층(44)의 섹션(40)에 인접한다. 루핑 과정에서, 벤딩축(37,38,39)의 변위가 발생한다. 상기 벤딩축(37,38,39)의 위치는 루핑된 금속박판팩(1,2,3)의 외주에 좌우된다.
루핑 과정에서, 상기 금속박판층(28,29)의 변위도 발생함으로써, 제 2 단부영역(31)은 형틀(5)의 내부 형상과 실질적으로 일치하게 된다. 따라서, 각각의 금속박판층(28,29)의 변위로 인하여, 각각의 금속박판층(28,29)의 단부가 벌집체(6)의 외주에 균일하게 분포하게 된다.
전술한 장치는 바람직한 실시예이며, 상기 장치를 통하여 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하는 방법을 설명하였다. 선택적으로, 상기 방법은 국제 출원 공개 공보 제 97/00135호에 개시된 장치에 의해서도 실시될 수 있다. 상기 국제 출원 공개 공보 제 97/00135호와 독일 특허 제 195 21 685.7호의 발명이 완전히 채택되었다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1,2,3 금속박판팩
4 중심축
5 형틀
6 벌집체
7 중심부
8,9,10 통로
11,12 세로 표면
13 외측 플랜지
14 플레이트
15 개구
16 다이
17 작동 막대
18,19 활주층
21,22,23 벤딩선
24,25,26 권취 스핀들
27 스택
28 평평한 금속박판층
29 주름진 금속박판층
30 제 1 단부영역
31 제 2 단부영역
32 제 1 단부섹션
33 제 2 단부섹션
34 중앙면
35 제 1 단부면
36 제 2 단부면
37,38,39 벤딩축
40 섹션
44 외측 금속박판층
α 제 1 각
β 제 2 각
S 회전 방향

Claims (10)

  1. 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 방법으로서,
    다수의 금속박판층을 적층하여 이루어진 스택을 다수개 형성하는 단계로서, 상기 금속박판층중 일부는 적어도 부분적으로 구조화된 금속박판층(at least partly structured sheet metal layers)인, 다수의 스택 형성 단계;
    상기 각각의 스택을 벤딩선을 중심으로 접어 다수의 금속박판팩을 형성하는 단계로서, 상기 각각의 금속박판팩은 굴곡된 제 1 단부영역과 상기 제 1 단부영역의 반대쪽에 위치하는 제 2 단부영역을 갖고, 상기 제 2 단부영역은 제 1 단부섹션 및 제 2 단부섹션을 가지며, 상기 제 1 단부섹션은 중앙면과 제 1 각을 형성하는 제 1 단부면을 갖고, 상기 제 2 단부섹션은 중앙면과 제 2 각을 형성하는 제 2 단부면을 가지며, 상기 제 1 각이 제 2 각보다 더 작은, 스택을 접는 단계;
    중심부를 가진 형틀을 제공하는 단계;
    루핑 장치를 제공하는 단계;
    상기 루핑 장치들중 하나에 각각의 금속박판팩을 고정하고, 상기 루핑 장치를 형틀의 중심부에 설치하는 단계; 및
    상기 루핑 장치들을 상기 형틀에 대하여 상대적으로 회전시켜 금속박판팩으로 벌집체를 형성하는 단계;를 포함하는 벌집체 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스택을 접을 때, 제 2 단부섹션 보다는 제 1 단부섹션에서 금속박판층이 서로에 대해 더 크게 변위되도록 허용하는 벌집체 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스택을 접는 단계에서, 상기 제 2 단부섹션의 금속박판층이 고정되는 벌집체 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스택을 접는 단계에서, 상기 각각의 스택을 제 2 단부섹션과 벤딩선 사이의 적어도 하나의 영역에서 유지하는 벌집체 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 단부섹션의 제 2 단부면이 각 스택의 길이 방향에 대해 수직하도록 상기 금속박판층을 적층하는 벌집체 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 금속박판층들이 서로 중첩되도록 스택을 형성하는 벌집체 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡된 제 1 단부섹션이 중심부에 위치하도록 2개 이상의 금속박판팩을 방사상 외측으로 정렬되게 형틀내에 배치하고, 원주 방향에서 보았을 때, 제 1 단부섹션과 제 2 단부섹션이 교호적이 되도록 상기 금속박판팩이 상기 루핑장치에 의해 지지되는 벌집체 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 루핑 장치의 회전 방향은 각각의 금속박판팩이 각각의 벤딩축 둘레에 벤딩되도록 선택되어지되, 각각의 상기 벤딩축은 벤딩선에 대해 평행하고 제 2 단부섹션과 굴곡된 단부영역 사이에 있는 외측 금속박판층 섹션에 인접하는 벌집체 제조 방법.
  9. 다수의 유체 투과성 채널을 구비한 벌집체를 제조하기 위한 금속박판팩으로서, 적층되고 공통 벤딩선(21,22,23)을 중심으로 접힌 적어도 부분적으로 구조화된 다수의 금속박판층(28,29)을 구비하고, 상기 금속박판팩(1,2,3)은 굴곡된 제 1 단부영역(30)과 상기 제 1 단부영역(30)의 반대쪽에 위치하는 제 2 단부영역(31)을 가지며, 상기 제 2 단부영역은 제 1 단부섹션(32)과 제 2 단부섹션(33)에 의해 형성되는, 벌집체 제조용 금속박판팩에 있어서,
    상기 제 1 단부섹션(32)은 제 1 단부면(35)을 갖고, 상기 제 2 단부섹션(33)은 제 2 단부면(36)을 가지며, 상기 제 1 단부면(35)은 중앙면(34)과 제 1 각(α)을 형성하고, 상기 제 2 단부면(36)은 중앙면(34)과 제 2 각(β)을 형성하며, 상기 제 1 각(α)이 상기 제 2 각(β)보다 더 작은 것을 특징으로 하는 벌집체 제조용 금속박판팩.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2 각(β)은 90°인 것을 특징으로 하는 벌집체 제조용 금속박판팩.
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