KR101264454B1 - 내부 공동을 구비한 허니콤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내벽 (2, 3) 을 갖는 허니콤체 (1) 에 관한 것으로, 이 내벽은 허니콤체 (1) 의 입구 표면 (5) 으로부터 출구 표면 (6) 까지 이르는 통로를 규정하고, 적어도 허니콤체 (1) 의 부분 영역에는 내벽 (2, 3) 이 없는 다수의 공동 (9) 을 포함하고, 이 공동 (9) 의 형상과 치수는 각각 적어도 하나의 구형 자유 공간 (10) 을 포함하도록 되어 있고, 이 구형 자유 공간의 최대 단면적 (Qmax) 은 각 부분 영역 (T) 에 있는 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 의 적어도 10 배가 되는 것을 특징으로 한다. 허니콤체 (1) 는, 더 특별하게는 하나 이상의 금속 시트 (2, 3) 가 감겨 있고, 비틀어져 있고/있거나 겹쳐져 있고 적어도 부분적으로는 구조화되어 있는 다수의 금속 시트 층 (3) 을 갖고, 판금 층 (3) 의 구조는 통로 (4) 를 형성하고, 적어도 상기 허니콤체 (1) 의 부분 영역에 있는 판금 층 (2, 3) 은 각 부분 영역에 있는 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 보다 10 배는 더 큰 유효 단면적을 갖는 구멍 (7, 8) 을 갖고, 구멍 (7, 8) 은 5 개 이상의 연속된 판금 층 (2, 3) 에 있는 구멍들이 서로 겹쳐진 결과로 허니콤체 (1) 내에서 인접 판금 층 (2, 3) 의 구멍과 함께, 응집성의 대용적 공동 (9) 을 형성하도록 배치 및 형성되어 있고, 이 5 개의 판금 층 (2, 3) 에 있는 각 구멍 (7, 8) 의 겹침 면적은 부분 영역 (T) 의 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 의 적어도 10 배이며, 유동 방향 (S) 으로의 구멍 (7, 8) 의 크기는 이 공동 안으로 열려있는 통로 (4) 의 직경의 적어도 두 배, 바람직하게는 세 배 이상이다. 이러한 종류의 허니콤체는 차량의 배기 가스 정화 시스템에서 사용될 때, 특히 입자 필터로서 사용될 때 특별히 유리한 특성을 갖는다.

Description

내부 공동을 구비한 허니콤{HONEYCOMB WITH INTERNAL CAVITIES}

본 발명은 허니콤체에 관한 것으로, 특히 내연 기관의 배기 가스의 정화를 위한 허니콤체에 관한 것이다. 이러한 종류의 허니콤체는 금속 또는 세라믹계 구조를 갖고, 배기 시스템에서 배기 가스와 상호 작용하는 큰 표면적을 제공하는데 사용된다. 특히, 허니콤체는 촉매 활성 물질로 코팅되어 있고/있거나 배기 가스에서 미립자를 분리시키고 그들을 전환시킬 수 있도록 설계된다. 또한, 이러한 종류의 허니콤체는 오염 물질 (특히, 탄화수소 및/또는 산화질소) 의 일시적 흡수를 위한 흡수재로 또한 코팅되어 있다.

이러한 종류의 허니콤체는 일반적으로 대체로 평행하게 나 있고 허니콤체의 입구 표면으로부터 출구 표면까지 이르는 다수의 통로를 갖는다. 따라서, 설치된 상태에서, 배기 가스는 유동 방향으로 다소 균일하게 이러한 허니콤체를 통과하여 흐르고, 허니콤체의 각 통로 사이의 배기 가스의 분배는 최초에 입구 표면에서의 유동 프로파일에 주로 의존한다. 종래 기술도 또한 각각의 통로에서의 유동 및/또는 허니콤체에서의 유동 분포에 영향을 주는 다양한 수단을 발표해 왔다. 개별 판금 층으로 구성된 고도로 발달된 금속 허니콤체는 허니콤체의 유동 특성을 최적화하기 위해 종종 다양한 공지된 수단을 사용한다. 전형적인 두 형태의 금 속 허니콤체 간에 특히 차이가 나타난다. DE 29 02 779 A1 에 그 전형적인 예가 나타나 있는 초기 형태에서는, 나선 형태로서, 실질적으로 하나의 매끄러운 판금 층과 하나의 주름진 판금 층이 서로 겹쳐 나선형으로 감긴다. 다른 형태에서, 허니콤체는 교대로 배치된 다수의 매끄럽고 주름진 판금 층, 또는 상이하게 주름진 판금 층으로 되어있고, 판금 층은 처음에 얽혀있는 하나 이상의 적층체를 형성한다. 이러한 경우, 모든 판금 층의 단부는 외부 측에 놓이게 되고 하우징 또는 관형 케이싱에 연결될 수 있으며, 이리하여 허니콤체의 내구성을 증가시키는 수많은 연결부를 생성한다. 이러한 형상의 전형적인 예가 EP 0 245 737 B1 또는 WO 90/03220 에 설명되어 있다. 판금 층에 유동에 영향을 주고/주거나 각각의 유동 통로 간의 교차 혼합에 영향을 미치는 부가적인 구조물이 장착되는 것이 오랜 기간 동안 알려져 왔다. 이러한 종류의 형상의 전형적인 예가 WO 91/01178, WO 91/01807 및 WO 90/08249 에 소개되어 있다. 마지막으로, 또한 원뿔 형태의 허니콤체가 있고, 적절하다면 유동에 영향을 주기 위해 부가적인 구조물을 더 구비한다. 이러한 종류의 허니콤체가 예컨대 WO 97/49905 에 설명되어 있다.

본 발명은 WO 2004/022937 A1 을 기본으로 한다. 이 문헌에는 다공 판금 층으로 허니콤체를 제조하는 것이 알려져 있고, 판금 층에 있는 구멍은 통로의 단면보다 더 크다. 이러한 종류의 다공 판금 층으로 제조된 허니콤체는 그 내부에서의 유동 분포에 있어서 특히 유리한 특성을 갖는데, 이는 각 통로에서의 압력차가 구멍에 의해 동등해지고, 그와 동시에 가스 유동이 선회를 하게 되고, 이 때문에 가스와 표면 사이의 접촉이 개선된다. 구멍의 개수와 위치는 다양하게 변할 수 있고, 따라서 상이한 조건에 맞는 허니콤체를 제조하는 것이 가능하다.

또한, WO 2004/022937 A1 은, 예컨대 람다 (lambda) 센서를 수용하기 위해, 제조 시에 개별 판금 층에 적절한 컷아웃 (cutout) 을 형성함으로서 어떻게 큰 중공부를 제작하는 것이 가능한지 설명한다. 현대 제조 기술은 제조되는 허니콤체 내에 중공부가 형성되는 위치의 정확한 선결을 가능케 한다. 더 상세한 것은, WO 2004/022937 A1 을 참조하면 되고, 그 기재 내용 전체는 본 발명에 참조로 관련되어 있다.

EP 1 428 577 A1 은 또한 판금 층에 구멍이 나 있는 허니콤체를 설명한다. 이 허니콤체는 하나의 매끄러운 금속 시트와 하나의 주름진 금속 시트가 나선형으로 감겨 형성된다. 물론, 구멍이 있는 금속 판금 층으로부터 허니콤체를 제조하는 모든 공정에서 이 상황이 일어나기 때문에, 연속된 판금 층에 있는 몇 개의 구멍이 대체로 서로 정렬된다. 따라서 더 큰 중공부 (이하, 공동이라고 함) 가 허니콤체 내에 다소 무작위하게 형성된다. 특별한 조치 없이, 특히 구멍이 판금 층에 균일하게 배치된다면, 구멍의 표면적에 대한 포일 표면적의 비에 따라, 이 공동은 형태가 매우 불규칙적이고 특히 허니콤체의 외부 영역에서 일반적으로 크게 휘어있거나 중단될 수도 있다.

다양한 용도를 위해, 특히 배기 가스에서 미립자를 제거하기 위해서는, 모든 방향으로 비교적 큰 치수를 갖는 비교적 많은 수의 공동이 허니콤체에 형성되는 것이 특히 유리함이 밝혀져 있다. 이러한 종류의 공동의 특성을 설명하는 데에 있어서의 어려움은, 이러한 공동은 연속적인 벽에 의해 둘러싸여 있지 않고, 매끄럽고 주름진 판금 층에 있는 서로 다소 정렬된 구멍에 의해 형성되기 때문이다. 이러한 구멍의 가장자리는 공동에 대한 일종의 외피를 형성한다. 허니콤체의 특성에 대해 유리한 이러한 공동을 설명하는 한 방법은 공동에 얼마나 큰 구가 수용되는지를 나타내는 것이다. 따라서, 이하의 본문에서 또한 도면을 참조하여, 공동에 수용될 수 있는 가장 큰 구에 기초하여 공동의 특성을 설명할 것이다. 허니콤체에 있는 어떠한 공동도 포일의 구멍을 통해 끼워지는 구보다 큰 구를 수용하는 것은 불가능 하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 공동에 끼워지는 구의 크기는 따라서 한편 구멍의 크기에 의해 결정되고 다른 한편 인접한 구멍 간의 겹침 정도에 의해 결정된다.

본 발명에 있어 주름진 포일에 있는 구멍을 고려할 때, 주름진 포일의 중심면 상으로의 구멍의 투사만 항상 고려한다는 것 또한 지적해 두고자 한다. 주름의 형상은 본 발명과 공동의 형성에 중요하지 않지만, 주름진 판금 층 내의 구멍의 투사의 크기만이 중요하다. 하지만, 주름은 허니콤체에서 통로의 크기를 정하는 역할을 한다. 간단한 구조의 허니콤체의 경우, 모든 통로는 대체로 동일한 단면적을 갖지만, 정해진 단면 영역의 범위 내에서 통로 단면적이 상이한 허니콤체도 있다. 따라서, 이하의 본문에서 일반적으로 평균 통로 단면적을 언급할 것인데, 이는 가장 간단한 경우에 단지 각 통로의 단면적을 의미하지만, 더 복잡한 상황에서는 허니콤체의 특정 단면 영역에 대해, 이 단면 영역에 있는 통로의 개수로 허니콤체의 총 단면적을 나눈 것을 의미한다.

본 발명의 목적은 유동 조건, 압력 손실, 배기 가스 내의 오염 물질 및/또는 미립자의 전환에 관한 개선된 특성을 갖는 허니콤체를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립 청구항 1 과 8 에 따른 허니콤체에 의해 달성된다. 유리한 형태와 개량은 각 종속 청구항에 주어진다.

본 발명에 따른 허니콤체는 허니콤체의 입구 표면으로부터 출구 표면까지 이르는 통로를 규정하는 내벽을 갖는다. 적어도 허니콤체의 부분 영역에서, 허니콤체는 내벽이 없는 다수의 공동을 포함하고 이 공동의 형상과 치수는 각각 적어도 하나의 구형 자유 공간을 포함하도록 되어 있고, 이 구형 자유 공간의 최대 단면적은 각 부분 영역에 있는 통로의 평균 단면적의 적어도 10 배가 된다.

내벽에 수많은 구멍을 가진 허니콤체가 개별 통로 사이의 압력차를 우수하게 보상할 수 있지만, 인접한 통로 사이에 상당한 압력 차이가 없다면 직선의 유동 필라멘트가 형성될 수 있음이 밝혀졌다. 이 유동열 (flow trians) 은 비교적 작은 중공부를 간단히 균일하게 흐르고, 따라서 미립자의 특별한 교차 혼합 또는 증가된 전환 또는 분리가 없다. 내벽에 있는 구멍이 하나 이상의 구형 자유 공간을 형성하도록 배치된다면 이 상황은 변하게 되고, 상기 자유 공간의 최대 단면적은 통로의 평균 단면적의 10 배 이상이 된다. 이는 서로 가깝게 모여서 위치하는 10 개 이상의 통로가 자유 공간 안으로 열려 있고 반대 측에서 다시 나간다는 것을 의미한다. 이러한 크기의 종류의 공동에 의해, 적어도 상당한 교차 혼합이 발생하고, 이에 의해 허니콤체 내에서 원하는 과정이 촉진된다. 한가지 필요한 전제 조건은 마찬가지로 공동을 형성하는 내벽에 있는 구멍의 단면적이 평균 통로 단면적의 크기의 10 배 이상이 되어야 한다는 것이다. 단위 단면적 당 많은 수의 통로를 갖는 허니콤체에 특히 중요한, 본 발명의 유리한 구성에서, 구형 자유 공간의 최대 단면적은 통로의 평균 단면적의 20 ~ 100 배, 바람직하게는 30 ~ 50 배가 된다. 이러면, 통로 크기에 비해 크고 특히 맥동하는 가스 스트림의 경우에 스월링과 교차 유동이 발생하는 공동이 형성되며, 이리하여 과도한 압력의 손실 없이 향상된 전환 특성이 얻어질 수 있다.

많은 수의 통로, 예컨대 10 ~ 500 개의 통로가 하나의 공동 안으로 열려 있고 다시 그 공동 밖으로 나가는 것이 실제 유리하다.

본 발명에 따른 공동의 유리한 특성이 허니콤체에서 가능한 많은 유동에 영향을 주기 위해서, 허니콤체의 통로의 50 ~ 100 % 는 하나 이상, 바람직하게는 셋 이상의 공동과 교차한다. 안정성의 이유로, 허니콤체에 있는 공동은 최외측 측방 표면까지 형성되지 않을 필요가 있는데, 이는 어떤 상황에서는 모든 통로가 공동과 교차하는 것은 아님을 의미한다. 하지만, 공동의 유리한 특성을 이용하기 위해서는, 바람직하게는, 가능한 많은 통로가 하나 또는 더 바람직하게는 그 이상의 공동과 교차해야 한다.

이를 위해, 공동이 허니콤체의 용적에 걸쳐 균일하게 분산되어 있는 것이 유리하다.

하지만, 이는 어려움이 없고, 배기 가스 정화 시스템에서의 유동 특성에 따라 바람직하게는 내부 영역에 축적되어 그리고/또는 허니콤체의 입구 표면 또는 출구 표면 방향으로 불균일한 분산을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 본 발명을 상이한 적용에 적응시킬 수 있는 방안을 제공한다.

공동이 허니콤체 내에 도입되는 방법에 따라, 이 공동 자체는 물론 구형이 아니다. 구형 중공부는 단지 공동의 치수적 조건의 이론적인 설명을 제공한다. 실제로 생기는 공동은 원통형 또는 휘어진 원통 형상이 되기 쉽고, 이러한 경우 그 축선 방향의 신장은 바람직하게는 통로의 프로파일에 대체로 수직이다.

본 발명의 상기의 설명은 판금 층으로 만들어진 허니콤체에 국한되지 않고, 공동을 형성하는데 적절한 공정이 사용된다면 세라믹 허니콤체에도 또한 적용될 수 있다. 세라믹 허니콤체를 제조할 때, 예컨대 소재를 소성 (firing) 에 앞서 비교적 용이하게 기계 가공할 수 있고, 또한 공동은 펀칭 또는 심지어 압출 성형 중의 조기의 처리로 만들 수 있다.

독립 청구항 8 은 특히 금속 시트가 감겨 있고, 비틀어져 있고/있거나 겹쳐져 있는 허니콤체에 관한 것이다. 이러한 종류의 허니콤체는 적어도 부분적으로는 구조화되어 있는 다수의 판금 층을 갖고, 판금 층의 구조는 허니콤체의 입구 표면으로부터 출구 표면까지 이르는 통로를 형성한다. 판금 층은 허니콤체의 연속적인 층을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 이 판금 층이 하나 이상의 개별 금속 층을 포함하는지 아닌지와는 상관이 없다. 판금 스트립의 일부를 주름지게 하고 판금 스트립의 나머지 매끄러운 부분은 구부려서 주름진 부분 위에 포개어서 허니콤체를 단지 단일 금속 시트로 구성하는 것이 원리적으로 가능하다는 것에 유의해야 한다. 이러한 방법으로 형성된 구조는 굽힘선에서 시작하여 나선형으로 감아 허니콤체를 형성할 수 있다. 다음에 취할 수 있는 선택 방안은 하나의 매끄러운 금속 시트와 하나의 주름진 금속 시트를 사용하여 나선형 감김 허니콤체를 형성하는 것이다. 셋 이상의 금속 시트로 형성되는 다중 시작 나선형도 또한 가능하다. 마지막으로, 교대하는 매끄럽고 주름진 금속 시트의 하나 이상의 적층체로 만들어지는 많은 수의 형태가 있다. 이러한 종류의 허니콤체는 다수의 금속 시트를 포함하는데, 금속 시트의 개수와 연속하는 판금 층의 개수는 반드시 동일할 필요는 없다. 이러한 이유로 인해, 예컨대 허니콤체의 일부만을 나타내는 도면에서는 종종 가능하지 않지만, 금속 시트와 판금 층 간에 근본적인 차이가 있을 수 있다. 본 발명에서, 제 1 접근에서의 구조적 형태는 중요하지 않고, 본 발명에서 나선형 구조의 허니콤체의 경우 구멍의 위치를 계산하여 공동을 형성하는 것이 많은 수의 개별 금속층으로 구성된 허니콤체의 경우보다 더 쉽다. 하지만, 어떠한 구조적 형태도 근본적인 문제를 나타내지 않는다. 본 발명에 따른 허니콤체는 적어도 이 허니콤체의 부분 영역에서, 판금 층은 각 부분 영역에 있는 통로의 평균 단면적보다 10 배는 더 큰 유효 단면적을 갖는 구멍을 갖고, 구멍은 5 개 이상의 연속된 판금 층에 있는 구멍들이 서로 겹쳐진 결과로 허니콤체 내에서 인접 판금 층의 구멍과 함께 응집성의 대용적 공동을 형성하도록 배치 및 형성되어 있고, 이 5 개의 판금 층에 있는 각 구멍의 겹침 면적은 부분 영역의 통로의 평균 단면적의 적어도 10 배인 것을 특징으로 한다. 도면을 참조하여 더 상세히 설명하겠지만, 어떤 공동은 다공 판금 층으로 만들어진 허니콤체에 항상 형성되고, 극단적인 경우에는, 모든 공동을 서로 연결하는 것도 가능한데, 이는 각 판금 층에 있는 구멍의 표면적이 판금 층의 나머지 표면적보다 클 때 항상 발생한다. 주름진 판금 층의 경우에, 유효 표면적이라는 용어가 사용되는데, 유효 표면적은 판금 층에 있는 구멍을 주름진 판금 층의 중심면에 투사하여 정해진다.

본 발명의 내용에서, 구멍은 허니콤체 내에 작고 분기된 중공부를 형성하기보다는, 비교적 대용적 공동을 형성하는 것이 중요하며, 이는 인접한 판금 층에 있는 구멍이 서로 대체로 정렬되어 있거나 큰 영역에 걸쳐 겹쳐질 때 특히 발생한다. 본 발명에 따른 구성에 의해 원하는 특성을 갖는 공동이 얻어진다. 구멍의 형태는 원리적으로 원하는 대로 선택될 수 있고, 기계적 이유로 인해 균열의 발생을 예방하기 위해 둥근 에지를 갖는 구멍을 선택하는 것이 권유되고, 또한 구멍은 각각의 경우에 셋 이상의 통로를 유동 방향에 대해 횡으로 서로 연결해야 한다. 구멍은 또한 유동 방향으로 어떤 최소 크기를 가져야 하는데 즉, 공동 안으로 열려 있는 통로의 평균 수력 직경의 적어도 두 배, 바람직하게는 세 배 이상이다. 수력 직경은 통로의 단면적과 그 단면 형태에 의해 결정되며, 둥근 통로의 경우를 제외하고는 통로의 최대 폭보다 작다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 허니콤체는 원통형이고 하나 이상의 금속 시트의 적층체로 형성되고, 각 적층체의 금속 시트는 길이 (L) 와 폭 (B) 을 가지며 (L 〉B), 각 적층체의 금속 시트는 각각 다수의 구멍을 갖고, 이들 구멍 사이의 거리는 적층체의 모든 금속 시트에서 폭 (B) 방향으로는 실질적으로 일정하지만, 길이 (L) 방향으로는 상이하다. 정확하게는, 이러한 구성은 알려진 형태의 종래 기술의 경우가 아니다. 제조를 간단하게 하고 본 발명에 대한 지식이 없기 때문에, 다공 금속 시트에는 그 전체 길이에 걸쳐 구멍들이 균일하게 제공되는데, 이렇게 되면, 판금 층을 나선형으로 감거나 하나 이상의 판금 적층체로 허니콤체를 제조하는 경우 특히 본 발명에 따른 허니콤체를 얻어낼 수 없다.

본 발명의 다른 바람직한 대표적인 실시 형태는 길이 (L) 와 폭 (B) (L 〉B) 인 하나 이상의 금속 시트에 의해 형성되는 허니콤체로, 허니콤체는 나선형으로 되어 있고, 하나 이상의 금속 시트는 다수의 구멍을 가지며, 구멍 사이의 폭 (B) 방향 거리는 대략 일정하지만, 길이 방향 거리는 상이하다. 구멍의 정확한 패턴은 각 사용 조건에 좌우된다. 하지만 모든 감겨있는 허니콤체에 대한 공통점은, 구멍 사이의 대체로 일정한 거리가 사용된 금속 시트의 폭 방향으로 편의상 요구된다는 것이다. 이렇게 해서, 구멍은 제조상의 이유로, 이 거리에 특별히 주의하지 않아도 유동 방향으로 서로 이미 정렬되게 된다. 각 금속 시트의 길이 방향의 구멍 간의 거리만이 정확하게 계산될 필요가 있다. 이러한 경우, 공동은 예컨대 일정한 간격으로 개별 구멍을 제외시키는 것에 의해 신중히 범위가 정해지거나, 판금 층의 일 회전 당 더 많은 공동이 예컨대 구멍의 패턴을 변화시키는 것에 의해 허니콤체의 내부보다 허니콤체의 외부 영역에 제공될 수 있다.

어떤 제작 공차를 보상하기 위해, 구멍은 기다란 슬롯으로 형성되는 것이 유리하고, 이런 경우 통로의 방향으로 가로지르는 구멍의 크기는 통로의 방향보다 더 커야한다.

본 발명에 따른 허니콤체의 내부에서 금속 시트에 다른 구조물이 추가적으로 제공된다. 허니콤체의 내부에서의 흐름에 영향을 주는 알려진 모든 수단이 위에 설명된 본 발명에 따른 수단에 더하여 제공될 수 있다. 예컨대, 하우징 내에 부착하는 것 및 원뿔 형상의 구성이 또한 종래 기술로부터 알려진 수단에 따라 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 허니콤체는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템의 일부로서 특히 적절하고, 특히 디젤 엔진에 적절하다. 일반적인 바람직한 적용 영역은 차량에서의 배기 가스의 정화이다.

본 발명과 그 전형적인 실시 형태는 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.

도 1 은 본 발명에 따른 허니콤체가 다공 판금 층으로부터 어떻게 구성되는지를 개략적으로 나타낸다.

도 2 는 본 발명에 따른 허니콤체 내의 공동 영역을 지나는 단면을 개략적으로 나타낸다.

도 1 은 예컨대, 하나의 매끄러운 금속 시트 (2) 와 하나의 주름진 금속 시트 (3) 로부터 나선 형상으로 제조될 수 있는 허니콤체 (1) 를 나타낸다. 도면에서 아직 완성되지 않은 허니콤체 (1) 는, 주름진 금속 시트 (3) 의 구조에 의해 형성되고 허니콤체의 입구 표면 (5) 으로부터 출구 표면 (6) 까지 이르는 통로 (4) 를 갖는다. 정화될 배기 가스는 유동 방향 (S) 으로 허니콤체 (1) 를 관통하여 흐를 수 있다. 매끄러운 금속 시트 (2) 는 폭 (B) 과 길이 (L) 를 갖고 다수의 구멍 (7) 을 포함한다. 본 실시예에서, 이 구멍은 기다란 슬롯으로 되어 있으며, 이 슬롯의 가장 긴 신장은 매끄러운 금속 시트 (2) 의 길이 (L) 방향, 즉 유동 방향 (S) 을 횡단하는 방향을 따른다. 주름진 금속 시트 (3) 또한 수많은 구멍 (8) 을 갖고, 이 구멍 (8) 은 이러한 경우에 마찬가지로 동일한 방향으로 형성된 기다란 슬롯으로 되어 있다. 판금 층이 펼쳐졌을 때, 주름진 판금 층 (3) 에 있는 구멍 (8) 이 매끄러운 금속 시트에 있는 구멍 (7) 보다 상당히 더 길게 될 것임을 알 수 있고, 따라서 주름진 상태의 주름진 금속 시트 (3) 에 있는 구멍 (8) 의 치수가 매끄러운 금속 시트 (2) 에 있는 구멍 (7) 의 치수와 대략 일치하게 된다. 본 발명의 목적을 위해, 주름진 금속 시트 (3) 의 중심면 상으로 주름진 금속 시트 (3) 에 있는 구멍 (8) 의 투사만이 중요하다. 금속 시트 (2, 3) 의 폭 (B) 에 대한 구멍 (7, 8) 사이의 거리는 대체로 일정하고, 따라서 인접한 판금 층의 구멍은 항상 이 방향으로 사실상 서로 완전히 겹쳐진다. 하지만, 구멍 (7, 8) 이 금속 시트 (2, 3) 의 길이 (L) 방향으로 서로 동일한 거리로 떨어져 있다면, 감기게 되는 허니콤체 (1) 의 직경이 증가하면서 금속 시트가 감기게 될 때, 구멍 간의 오프셋이 항상 발생할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 특성을 갖는 큰 공동을 얻기 위해, 구멍 (7, 8) 사이의 거리는 금속 시트 (2, 3) 의 길이 (L) 방향으로 적합해야 한다. 가장 간단한 방안은, 어떤 치수의 공동을 허니콤체에서 어디에 둘 것인가를 생산 이전에 정하고, 그 후 어떤 형상의 구멍을 금속 시트 (2, 3) 의 어느 위치에 배치할 것인가를 정하는 것이다. 이 작업은 허니콤체의 상이한 형상에 대해 상이한 복잡성을 가질 수 있지만, 구멍 (7, 8) 을 생성하는 기 계의 적절한 제어와 간단한 시험에 의해 문제없이 다뤄질 수 있다. 도 1 에 나타낸 구멍 (7, 8) 은 일정한 비율에 따라 그려진 것은 아닌데, 이는 본 발명에 따르면 구멍 (7, 8) 은 또한 상당히 더 클 수 있는 것을 의미한다.

도 2 는 본 발명에 따른 공동 (9) 영역에서 허니콤체를 지나는 단면을 개략적으로 나타낸다. 매끄러운 판금 층 (2) 과 주름진 판금 층 (3) 은 판금 층 (2, 3) 에 있는 구멍들이 실질적으로 서로 겹치도록 서로 적층 되어있고, 이에 의해 자유 공동 (9) 이 형성된다. 이 공동 (9) 은 최대 단면적 (Qmax) 을 갖는 구형 자유 공간 (10) 을 포함하고, 따라서, 이 직경의 구가 이론상으로 이 공간에 맞을 것이다. 구의 최대 단면적 (Qmax) 은 이 구의 가장 큰 단면을 뜻하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 또한 빗금선으로 나타내었듯이, 개개의 통로 (4) 각각은 단면적 (q) 을 갖고, 이는 본 실시 형태에서 모든 통로에 대해 대체로 동일하다. 하지만, 상이한 통로 단면이 존재하는 허니콤체의 형상도 또한 있다. 이러한 경우, 평균 통로 단면적 (q) 을 용이하게 계산할 수 있다. 본 발명에 있어 중요한 요인은, 평균 통로 단면적 (q) 보다 10 배 이상 큰 최대 단면적 (Qmax) 을 갖는 구형 자유 공간 (10) 이 얻어지도록 공동 (9) 이 형성되고 또한 충분히 커야 한다는 것이다. 현저하게 더 큰 비율의 구형 자유 공간이 공동 (9) 에 존재하는 실시 형태가, 특히 예컨대, 600 cpsi (평방인치 당 셀) ~ 1200 cpsi 이상의 큰 셀 밀도 (cell density) 를 갖는 허니콤체에 바람직하다.

본 발명은 특히 배기 가스로부터 미립자의 개선된 제거의 관점으로 볼 때, 배기 가스의 정화 시스템을 위한 고도로 발달된 허니콤체의 특성을 더 개선할 수 있게 하였고, 그와 동시에, 압력의 손실에 대하여 유리한 특성, 재료의 사용 및 유동의 특성을 개선할 수 있게 하였다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 허니콤체

2 : 대체로 매끄러운 판금 층 (매끄러운 금속 시트)

3 : 주름진 판금 층 (주름진 금속 시트)

4 : 통로

5 : 입구 표면

6 : 출구 표면

7 : 매끄러운 금속 시트에 있는 구멍

8 : 주름진 금속 시트에 있는 구멍

9 : 공동

10 : 최대 구형 자유 공간

B : 금속 시트의 폭

L : 금속 시트의 길이

AB : 폭 (B) 방향으로의 구멍 간의 거리

AL : 길이 (L) 방향으로의 구멍 간의 거리

S : 유동 방향

Qmax : 최대 단면적

q : 평균 통로 단면적

Claims (13)

1. 내연 기관의 배기 가스의 정화를 위한 허니콤체 (1) 로서, 허니콤체 (1) 의 입구 표면 (5) 으로부터 출구 표면 (6) 까지 이르는 통로 (4) 를 규정하는 내벽 (2, 3) 을 갖는 상기 허니콤체에 있어서,

   적어도 허니콤체 (1) 의 부분 영역에는 내벽 (2, 3) 이 없는 다수의 공동 (9) 이 있고, 이 공동 (9) 의 형상과 치수는 각각 적어도 하나의 구형 자유 공간 (10) 을 포함하도록 되어 있고, 상기 구형 자유 공간의 최대 단면적 (Qmax) 은 각 부분 영역 (T) 에 있는 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 의 적어도 10 배가 되어, 서로 가깝게 모여서 위치하는 10 개 이상의 통로가 상기 구형 자유 공간 안으로 열려 있고 반대 측에서 다시 나가는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구형 자유 공간의 최대 단면적 (Qmax) 은 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 의 20 ~ 100 배가 되는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공동 (9) 은 각각 10 ~ 500 개의 통로 (4) 와 교차하는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 허니콤체 (1) 의 통로 (4) 의 50 ~ 100 % 는 하나 이상의 공동 (9) 과 교차하는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공동 (9) 은 허니콤체의 용적에 걸쳐 균일하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공동 (9) 은 허니콤체 (1) 내에서 불균일하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 공동 (9) 은 원통형 또는 휘어진 원통 형상인 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
8. 하나 이상의 금속 시트 (2, 3) 가 감겨 있고, 비틀어져 있고/있거나 겹쳐져 있고 적어도 부분적으로는 구조화되어 있는 다수의 판금 층 (3) 을 갖는 허니콤체 (1) 로서, 상기 판금 층 (3) 의 구조는 허니콤체 (1) 의 입구 표면 (5) 으로부터 출구 표면 (6) 까지 이르는 통로 (4) 를 형성하는 상기 허니콤체에 있어서,

   적어도 상기 허니콤체 (1) 의 부분 영역에서, 판금 층 (2, 3) 은 각 부분 영역에 있는 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 보다 10 배는 더 큰 유효 단면적을 갖는 구멍 (7, 8) 을 갖고,

   구멍 (7, 8) 은 5 개 이상의 연속된 판금 층 (2, 3) 에 있는 구멍들이 서로 겹쳐진 결과로 허니콤체 (1) 내에서 인접 판금 층 (2, 3) 의 구멍과 함께 응집성의 대용적 공동 (9) 을 형성하도록 배치 및 형성되어 있고, 이 5 개 이상의 판금 층 (2, 3) 에 있는 각 구멍 (7, 8) 의 겹침 면적은 부분 영역 (T) 의 통로 (4) 의 평균 단면적 (q) 의 적어도 10 배이며, 유동 방향 (S) 으로의 구멍 (7, 8) 의 크기는 상기 공동으로 열려있는 통로 (4) 의 평균 수력 직경의 적어도 두 배인 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 허니콤체 (1) 는 원통형이고 하나 이상의 금속 시트의 적층체로 형성되고, 각 적층체의 금속 시트는 길이 (L) 와 폭 (B) 을 가지며 (L 〉B), 각 적층체의 금속 시트는 각각 다수의 구멍 (7, 8) 을 갖고, 이들 구멍 사이의 거리 (AB, AL) 는 적층체의 모든 금속 시트에서 폭 (B) 방향으로는 일정하지만, 길이 (L) 방향으로는 상이한 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
10. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 허니콤체 (1) 는 길이 (L) 와 폭 (B) (L 〉B) 의 하나 이상의 금속 시트 (2, 3) 가 나선형으로 되어 있고, 하나 이상의 금속 시트 (2, 3) 는 다수의 구멍 (7, 8) 을 가지며, 구멍 사이의 폭 (B) 방향 거리 (AB) 는 일정하지만, 길이 (L) 방향 거리 (AL) 는 상이한 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
11. 제 8 항에 있어서, 구멍 (7, 8) 중 일부는 통로 (4) 의 방향을 가로지르는 것보다 통로 (4) 의 방향으로 더 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
12. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 허니콤체 (1) 는 내연 기관의 배기 가스 정화 시스템의 일부이고, 내연 기관의 배기 가스로부터 미립자의 제거에 기여하는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).
13. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 허니콤체 (1) 는 통로 (4) 에 추가적인 개구 및/또는 스월 구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 허니콤체 (1).

Images