KR19980018580A - 압출 세라믹 허니컴 바디 - Google Patents

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존 폴 데이
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알프레드 엘.미첼슨
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Abstract

본 발명은 압출 직사각-채널 세라믹 허니컴에 관한 것으로, 여기서 상기 채널은 종횡비가 1.2 : 1 이상의 직사각 단면 및 적어도 70의 유효 채널 표면적 인자 Nμ/Dh를 제공하는 유압직경 Dh및 정온 누셀트수 Nμ를 가지며, 우수한 라이트-오프 성능을 제공하는 엔진 배기 방출 조절용 촉매 기판, 통상의 컨버터 압력 강하에서 향상된 전환 효율, 및/또는 감소된 압력 강하에서 동등한 효율을 제공한다.

Description

압출 세라믹 허니컴 바디
본 발명은 압출 세라믹 허니컴 바디에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고정물 및 자동차와 같은 이동물에 사용되는 내연기관에 의해 발생된 일산화탄소, 질소산화물 및 미연소 탄화수소를 감소시키기 위한 개선된 촉매 컨버터에 관한 것이다.
현재, 자동 엔진 방출를 감소시키기 위한 대부분의 촉매 컨버터는 내화성 고표면적 코팅물에 분산된 하나 이상의 백금 군의 금속 촉매를 포함하고, 상기 코팅물 및 촉매는 엔진 배기 스팀이 통과하는 세라믹 허니컴 지지체의 셀 또는 채널내에 지지된다. 이러한 응용물에 유용한 세라믹 허니컴 지지체는 통상적으로 입구면, 출구면, 및 다수의 평행한 말단이 개구된 채널 또는 상기 입구면과 출구면 사이에서 지지체를 가로지르는 셀을 포함하고, 상기 채널은 교차연결된 셀벽(cell walls)에 의해 한정되는데, 이것은 미국특허 제 3,885,977호에 개시되어 있다. 세라믹분말 압출공정에 의해 상기 지지체를 제조하는 방법 및 장치는 미국특허 제 3,790,654호 및 제 4,731,010호에 개시되어 있다.
압출된 셀의 세라믹 지지체 분야에서 과거의 연구는 압력강하(pressure drop) 및 전환효율에 집중되었다. 통상적으로, 전환효율은 셀 지지체의 기하학적으로 계산된 표면적, 즉 셀(허니컴) 지지체의 채널을 형성하는 전체 벽의 전체 표면적에 직접 관련된다고 생각하였다. 따라서, 이 분야의 설계들은 상기 지지체의 계산된 기하학적 표면적상에 각각의 상업적인 정사각-셀로 압출된 대부분의 제품의 촉매성능에 대한 판단에 기초한다. 그러나, 데이터가 축적됨에 따라 계산된 표면적과 측정된 촉매성능 사이에 차이가 발생하였고, 이러한 두 개의 매개변수 사이의 정확한 관계가 의심스러웠다.
이러한 차이는 400-셀 압출 세라믹 허니컴(즉, 허니컴 입구 표면적의 제곱인치당 400셀의 셀밀도)과 400-셀 포장(wrapped) 금속 허니컴의 특정 실시예와의 비교에 의해 설명된다. 상기 금속 허니컴의 기하학적 표면적은 금속 허니컴내의 셀 또는 채널의 사인곡선 때문에 세라믹 허니컴보다 약 33% 이상이다. 그러나, 동일한 기질부피(즉, 33% 넓은 표면적을 유지하는 금속 허니컴)에서 수행된 두 제품의 방출성능 시험에 있어서, 두 제품의 성능은 실질적으로 동일한 것으로 확인되었다.
허니컴의 기하학적 표면적을 증가시켜 촉매 컨버터의 성능을 개선시키기 위한 종래의 접근방법은 많은 문제가 있다. 첫째로, 상당한 표면적 증가는 셀밀도의 증가를 요구한다. 이러한 증가는 컨버터를 가로질러 셀의 유압직경을 감소시키고, 컨버터의 압력강하를 감소시키기 위해 셀 벽두께를 다소 감소시킬지라도 가스 압력강하를 증가시키는 경향이 있다. 그러나, 셀 벽두께의 감소는 제품의 강도조건 및 경제적인 문제를 포함하는 다른 요건에 의해 제한된다.
가스 처리물에 대한 허니컴 촉매 컨버터의 성능상의 상당한 개선을 보장하기 위해서는 방출능력에 영향을 미치는 물질 및 기하학적 인자에 대한 깊은 이해가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 컨버터 성능에 영향을 주는 인자의 또 다른 분석을 통하여 허니컴 기질의 설계 매개변수를 구체화시킨 개선된 성능의 촉매 컨버터를 제공하는데 있다.
본 발명은 전환효율면에서 종래의 성능보다 우수한 방출 감소성능을 제공하는 압출 세라믹 허니컴 및 개선된 히트-업(heat-up) 및 라이트-오프(light-off) 특성을 제공한다. 특히, 채널크기, 채널 종횡비, 셀 벽두께 및 셀밀도(허니컴 전면적에 대한 채널의 수)가 바람직하게 설계된 경우, 본 발명은 상업적인 제품과 비교하여 가속화된 촉매 라이트-오프 및 상당히 개선된 방출 조절능을 제공할 수 있는 직사각 채널 단면의 허니컴을 제공한다. 방출 조절능의 개선은 증가된 촉매 전환효율, 컨버터로부터 감소된 배기가스 압력강하, 또는 이들 모두에 의해 확인된다.
본 발명에 따라 제공된 허니컴은 1.2 : 1 이상의 종횡비(장변 : 단변)를 갖는 직사각 채널 단면을 갖는다. 부가적으로, 채널의 유압직경 Dh,및 채널 단면에 대한 정온 누셀트수(Nusselt Number)인 채널의 형태 열전달특성 Nμ는 바람직하게 70이상의 Nμ/Dh를 제공하기 위해 선택된다. 향상된 라이트-오프 특성을 제공하는 반면, 상기 허니컴은 효과적인 촉매 처리 및 적당한 유체 흐름을 위해 필요한 기하학적 표면적을 유지하여 통상의 방출 조절시스템의 압력강하 요건을 충족시킨다.
상기 요건을 충족시키는 허니컴은 일반적으로 약 350∼600 직사각셀/in2의 셀밀도 및 0.002∼0.006인치의 셀 벽두께를 갖는다. 상기 허니컴의 채널 단면의 종횡비는 1.5∼2.5가 바람직하다.
컨버터 압력강하의 현재 수용수준에서, 상당히 향상된 전환효율을 나타내는 허니컴은 이들 매개변수에 의해 한정된 설계 영역내에서 설계될 수 있다. 선택적으로, 현재 전환효율은 컨버터 부피 및 컨버터 흐름 저항에서 상당한 감소를 보장하면서 유지될 수 있다. 이들 모든 경우에 있어서, 허니컴의 개선된 열전달 특성은 컨버터의 실질적으로 개선된 라이트-오프 성능을 제공한다.
도 1은 다른 종횡비에서 직사각 채널형태에 대한 일정 가열비에서의 누셀트수를 나타낸 그래프이다.
도 2는 다른 종횡에서 직사각 채널형태에 대한 셀-밀도 각각의 열전달 인자 H/N를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 허니컴 촉매 컨버터 설계의 문제를 해결하기 위해 유체역학 및 열전달의 원리의 응용을 포함한다. 중요한 연구 관점은 모든 경우에 있어서, 가스 분자가 요구된 벽 상호작용이 발생하기 전에 허니컴의 셀벽을 따라 배출되기 때문에, 열교환(표면적, 채널형태, 및 채널크기)에 영향을 미치는 허니컴 설계의 매개변수는 또한 촉매 성능에 영향을 미칠 수 있다.
배기가스 스트림과 같은 유체로부터 허니컴 셀벽으로의 대류성 열전달의 연구에 기초하여, 허니컴 채널의 크기 및 형태에 대한 열전달에 관한 수학식 1(허니컴의 기하학적 표면적(A)과 대류성 열전달계수(h))은 다음과 같다.
상기 식에서 h는 대류성 열전달계수, A는 기하학적 표면적, Nμ는 채널의 형태와 연관된 정온 누셀트수, Dh는 채널 유압직경, 및 k는 유체의 열전도성이다. 양(quantity) H는 유체의 특성에 관계없이 오직 허니컴 채널의 크기, 형태, 및 범위에 의존하고, 열전달에 따른 기하학적 효과를 측정하는데 사용되는 열전달인자로 정의된다. 상대 촉매효율에 예측되는 문제에 적용되었을 때, 상기 수학식 1로부터, 상기 효율이 허니컴 기하학적 표면적 A에 하나에만 의존하는 것이 아니라, 실제 표면적 A 곱하기 유효 표면적 인자 Nμ/Dh에 상응하는 유효 기하학적 표면적에 의존함을 알 수 있다.
촉매 활성을 예측하기 위한 이러한 열전달 모델의 유효성은 곧은 셀벽을 포함하는 정사각-채널 세라믹 허니컴 컨버터 및 사인곡선 셀벽을 포함하는 포장된 금속 허니컴 컨버터 사이의 실제 전환효율 차이를 반영하는 데이터로부터 확인할 수 있다. 문헌들은 표준 400-셀/in2세라믹 허니컴 지지체에 대해 약 2.7m2/liter 및 400-셀/in2포장된 금속 허니컴에 대해 약 3.6m2/liter의 기하학적 표면적 A를 보고하고 있다. 상기 표면적비는 75%이다. 상기 세라믹 및 포장된 금속 허니컴에 대한 채널 기하학적 계수 Nμ/Dh는 각각 76 및 58이고, 계수비는 131%이다.
이들 두 개의 허니컴의 유효 표면적의 비로 표시될 수 있는 상기 제품의 두 개의 비율은 98.3%이다. 따라서 열전달 모델은 두 개의 다른 허니컴 구조물에 대해 거의 동일한 촉매 효율을 예측할 수 있고, 이러한 예측은 이들 두 개의 다소 다른 설계의 허니컴에 대한 촉매 성능시험에 의해 확인된다.
상기 열전달 모델의 유효성에 대한 또 다른 증거는 400-셀 허니컴과 거의 동일한 기하학적 표면적을 갖지만, 감소된 허니컴 압력강하를 위한 얇은 셀벽을 갖는 350-셀 세라믹 허니컴 제품이 다소 낮은 촉매 전환효율을 나타낸다는 실험적인 관찰을 통하여 확인할 수 있다. 비록 두 개의 허니컴의 누셀트수(Nμ) 및 기하학적 표면적(A)가 동일할 지라도, 350-셀 제품의 채널의 유압직경(Dh)이 다소 크다. 이러한 분석에 따라, 이러한 Dh의 증가는 유효 표면적을 감소시키고, 이에 따라 350-셀 컨버터의 촉매 성능을 다소 감소시킨다.
허니컴 설계 문제에 이들 원리의 적용은 누셀트수 Nμ를 확인하는 단계 및 비교할 허니컴 외형의 기하학적 표면적 및 채널 유압직경을 측정하는 단계를 포함한다. 여러 가지의 규칙적인 다각형에 대한 양자의 일정 벽온도(T) 및 일정 열흐름(H) 누셀트수는 알고 있거나 계산될 수 있다. 빈공간없이 허니컴 단면, 즉 정삼각형, 정사각형 및 오각형을 충진시킬 수 있는 세 개의 일반적인 채널형태에 대한 일정 열흐름 누셀트수 값은 각각 3.00, 3.63, 및 4.00이다. 네 번째의 일반적인 직사각형의 공간-충진 형태는 직사각형의 종횡비에 따라 누셀트수를 갖는다. 하기 표 1에 정사각형(n=1) 및 종횡비가 증가하는 몇몇의 대표적인 직사각형에 대한 일정 열흐름 Nμ(H) 및 정온 Nμ(T) 누셀트수 값을 기재하였다.
종횡비(n) Nμ(H) Nμ(T)
1(정사각형) 3.63 2.89
1.5 3.79 3.12
2.0 4.11 3.38
2.5 4.46 3.67
도 1에 종횡비 1로부터 종횡비 5이상까지의 종횡비 범위로 변화하는 직사각형을 포함하는 여러 다각형에 대한 일정 열흐름 누셀트수를 나타내었다. 약 3.7∼4.5 범위의 누셀트수가 본 발명의 허니컴에 유용한 가장 통상적인 직사각형 채널형태이다.
상기 수학식 1로부터, 허니컴 형태의 유효 표면적에 상응하는 열전달인자 H는 채널 유압직경 Dh에 대한 상기 제품의 누셀트수 및 기하학적 표면적 A의 비율이다. 직사각형 채널 형태에 대하여, 이러한 비율은 하기 수학식 2와 같이 직사각형 채널의 종횡비 n에 일부 의존한다.
여기서, N은 셀밀도이고, n은 직사각형의 종횡비이며, b는 직사각 채널 단면의 단변의 개구길이이다. 이러한 관계를 이용하여, 열전달인자 H는 허니컴 설계에 고려될 수 있는 여러 직사각 채널 형태에 대해 계산될 수 있다. 또한, 오직 채널 종횡비의 변경에 대한 영향, 즉 일정 셀밀도 N에서 여러 채널형태의 성능은 계산되고 판단될 수 있다.
도 2에서는 셀-밀도-독립 열전달비 H/N에 따른 여러 채널형태에 대한 열전달인자를 도시하였다. 이들 인자들은 상대적으로 광범위한 종횡비에 대한 다수의 직사각형을 포함하는 도 1에 도시된 동일한 다각형에 대해 도시되었다. 비록 실제 조건이 하기에 기술된 바와 같이 이들 인자를 한정할 지라도, 이들 데이터로부터 매우 높은 열전달인자가 이론적으로 달성될 수 있음이 명백하다.
이러한 분석으로부터 2 : 1의 종횡비를 갖는 직사각형이 동일한 셀밀도의 정사각형보다 29%의 열전달 및 29%의 유효 표면적을 가질 수 있다. 유사하게, 2.5 : 1의 종횡비는 각각 50% 이상의 값을 초래할 수 있다. 상기 분석에 따르면, 열전달인자는 셀 벽두께와 무관하다.
오직 열전달 조건이 고려될 수 있는 채널 형태에 대한 가장 가능한 종횡비를 제안할 지라도, 요구조건을 수행하는 엔진이외의 제한이 사용 가능한 종횡비를 실질적으로 제한한다. 좀 더 구체적으로, 컨버터 압력강하 및 특정 설계수준 이하의 컨버터 크기를 유지시키기 위한 요건은 사용될 수 있는 최대 종횡비를 근본적으로 제한한다.
가스 압력강하 및 컨버터 크기 요건에 의해 부여된 증가된 종횡비에 대한 제한에 부가하여, 채널형태의 변화를 초래하는 허니컴 강도에 대한 실질 제한은 반드시 고려되어야 한다. 예를 들어, 현재, 세라믹 허니컴은 다소의 스트레스하에서 셀변형이 일어날 수 있다. 이들 허니컴의 채널 종횡비의 증가는 셀변형에 대한 구조물의 민감성을 증가시키고, 따라서 높은-종횡비 제품은 특정 압출 및/또는 웨트(wet) 조작 기술을 요구하며, 이에 따라 과다한 비용이 발생한다. 압력강하 조건 뿐만 아니라 이러한 이유 때문에, 약 2.5 이하의 종횡비가 바람직하다.
허니컴 지지체의 성능상의 채널 단면 형태의 영향에 대한 또 다른 이해는 대표적인 특정 허니컴 설계의 계산된 전환효율 및 흐름 저항상에 설계 매개변수를 변화시킨 영향을 연구하여 얻을 수 있다. 이러한 연구의 목적을 위하여, 2 : 1의 채널 종횡비, 400셀/in2의 셀밀도, 및 0.005in의 셀 벽두께를 갖는 허니컴 지지 구조물을 동일한 셀밀도를 갖지만, 정사각 채널 단면 및 0.007in의 셀 벽두께를 갖는 상업적인 표준 허니컴 지지체와 비교하였다. 연구된 다른 허니컴 설계는 정사각 채널 단면의 통상의 높은-셀-밀도 허니컴을 포함하고, 이 경우에 있어서 허니컴은 0.004in의 셀 벽두께를 갖는 600 정사각셀/in2의 셀밀도를 갖는다.
400-직사각-셀 제품을 사용하는 하나의 모드는 부피-대-부피에 기초하여 표준 정사각-채널 제품을 직접 치환시키는 것이다. 표준 제품과 비교하여, 동일한 컨버터 부피를 갖는 400-직사각-셀 제품의 유효 표면적은 30%이상 증가한다. 이러한 증가된 표면적은 열전달을 증가시키고, 이에 따라 라이트-오프 및/또는 전환효율은 대략 유효 표면적의 증가 만큼 증가된다.
동시에, 셀 벽두께 및 채널 유압직경의 변화 때문에, 동일한 컨버터 부피에서 직사각-채널 허니컴의 압력강하는 다소 감소, 즉 동일한 컨버터 부피에서 표준 컨버터의 98%정도이다. 컨버터 압력강하와 관련하여, 유효 표면적에서 유사한 증가는 상술한 고-셀-밀도 600-셀 허니컴과 같은 다른 통상의 정사각-채널 설계에서 달성될 수 있고, 상기 600-셀 설계의 가스 압력강하는 표준 컨버터보다는 20%를 초과하며, 이러한 증가는 현행 배기 시스템에서 수용할 수 없다.
직사각-채널 허니컴 지지체를 사용하는 선택적인 모드는 표준 컨버터를 사용하는 시스템과 같이 동일한 압력강하 수준을 유지하는 배기 시스템에 있다. 이러한 응용에 있어서, 다소 감소된 압력강하가 직사각-채널 제품에 의해 나타나기 때문에, 큰 컨버터 부피가 사용될 수 있다. 상기 유효 표면적과 이에 따른 배기 시스템 설계에서 직사각-채널 컨버터의 전환효율은 표준 컨버터보다 약 40%까지 증가될 수 있다.
전술한 직사각-채널 컨버터를 사용하는 또다른 모드는 표준 컨버터로 달성될 수 있는 수준의 성능을 단순히 유지하기 위해 설계된 배기 시스템에 있다. 이러한 시스템에서 직사각-채널 허니컴의 장점은 컨버터 크기가 감소되고, 감소된 컨버터 압력강하에 기인한 개선된 엔진 작동이다.
일정한 전환효율을 달성하기 위한 400-직사각-셀 컨버터의 사용은 표준 정사각-채널 컨버터의 오직 76%의 컨버터 부피를 요구하고, 오직 73%의 가스 압력강하를 발생한다. 유사한 부피 감소는 전술한 600-셀 허니컴과 같은 높은-셀-밀도 정사각-채널 컨버터 설계에서 달성될 수 있지만, 직사각-채널 허니컴에서 얻을 수 있는 압력강하 감소는 600-정사각-셀 제품에서 얻을 수 있는 것보다 두배 이상이다.
종래의 정사각-채널 허니컴을 대체하기 위한 직사각 채널 설계의 사용은 또한 개선된 촉매 컨버터 라이트-오프 특성을 초래할 수 있다. 라이트-오프 성능에 관련된 가장 중요한 두 개의-지지체 인자는 촉매 담체(지지체 및 웨시코트(washcoat)의 결합)의 열량과 촉매로 이동되는 열의 속도이다.
종래에 있어서, 빠른 촉매 라이트-오프을 달성하기 위한 바람직한 방법은 허니컴 벽의 두께를 감소시켜 기질의 열용량을 감소시키는 것이다. 상기 직사각 채널 촉매 지지체는 적어도 두가지 다른 방법으로 라이트-오프를 향상시킨다. 첫 번째 상기 시스템의 촉매 활성은 지지체의 높은 유효 표면적 때문에 높다. 두 번째, 시동 초기에 지지체에 의해 흡수되는 열의 속도가 증가한다. 직사각 채널 설계에 기여할 수 있는 촉매 라이트-오프의 개선이 아직 달성되지 않았지만, 이들 지지체의 높은 표면적 및 빠른 열흡수는 감소된 벽두께로부터 유도된 라이트-오프 특성을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 세라믹 허니컴 구조물의 제조 및 캔화 동안에 허니컴 견고도 및/또는 강도는 사용될 수 있는 직사각 형태를 한정하는데 고려될 수 있다. 특히, 허니컴의 캔화시 스트레스에 견딜 수 있게 하기 위하여, 직사각 채널에 대한 셀 벽두께 및 긴 셀벽 길이 사이의 적절한 관계가 유지되어야 한다. 종래의 정사각-채널 허니컴의 실험을 통한 강도조건은 하기 수학식 3과 같다.
여기서, t는 두께이고 a는 직사각 채널의 긴 셀벽의 길이이다.
하기 표 2 및 3은 정사각 채널(선행기술) 허니컴 형태 및 본 발명의 요구조건을 만족시키는 직사각 채널 허니컴에 대한 400셀/in2(표 2) 및 600셀/in2(표 3)의 셀밀도에 기초한 허니컴 설계를 기재한 것이다. 모든 직사각 채널 설계는 1.2 이상의 종횡비 및 70이상의 유효 표면적을 갖는다. 부가적으로, 직사각 채널 설계는 사용된 채널 형태 및 치수에 대한 최소의 강도 조건을 만족시키는 적절한 셀 벽두께를 포함한다.
400 셀 허니컴 디자인
종횡비 벽두께(t, mils) t/a t/b OFA 질량
직각-셀 허니컴
1.25 3.6 0.064 0.080 0.870 0.254 0.192 0.130
1.67 4.1 0.064 0.106 0.850 0.259 0.187 0.150
2.00 4.5 0.064 0.127 0.834 0.264 0.184 0.166
2.00 5.0 0.071 0.141 0.819 0.264 0.177 0.181
2.50 5.1 0.064 0.161 0.808 0.272 0.178 0.192
정사각-셀 허니컴(선행기술)
1.00 7.0 0.14 0.14 0.740 0.253 0.139 0.260
1.00 6.0 0.12 0.12 0.774 0.253 0.152 0.226
1.00 5.0 0.10 0.10 0.810 0.253 0.166 0.190
1.00 4.0 0.08 0.08 0.846 0.253 0.181 0.154
1.00 3.2 0.064 0.064 0.876 0.253 0.194 0.124
600 셀 허니컴 디자인
종횡비 벽두께(t, mils) t/a t/b OFA 질량
직각-셀 허니컴
1.25 2.9 0.064 0.079 0.872 0.254 0.193 0.128
1.67 3.4 0.064 0.108 0.848 0.259 0.186 0.152
2.00 3.7 0.064 0.128 0.833 0.264 0.183 0.167
2.00 4.0 0.069 0.139 0.821 0.264 0.178 0.179
2.50 4.1 0.064 0.159 0.811 0.272 0.179 0.189
정사각-셀 허니컴(선행기술)
1.00 6.0 0.147 0.147 0.728 0.253 0.134 0.272
1.00 5.0 0.122 0.122 0.770 0.253 0.150 0.230
1.00 4.0 0.098 0.098 0.814 0.253 0.168 0.186
1.00 3.0 0.073 0.073 0.858 0.253 0.186 0.142
1.00 2.6 0.064 0.064 0.876 0.253 0.194 0.124
상기 표에 보고된 데이터를 참조하면, 각각의 보고된 설계는 긴 벽두께 길이(t/a) 및 짧은 셀 벽두께(t/b)의 벽두께의 계산된 비, 허니컴의 개방된 전면적(OFA), 및 계획된 허니컴 성능의 표시인 두 개의 성능-관련 매개변수를 포함한다. 이들 후자의 매개변수는 각각 허니컴의 일정 열흐름 누셀트수(Nμ), 개방 전면적, 채널 치수 및 허니컴 압력강하 특성(f·Re)으로부터 계산된다.
특히 배기 시스템 설계에 관련된 것은 Nμ·OFA2/f·Re인데, 이것은 특정 허니컴 설계용 허니컴 컨버터를 가로지르는 압력강하의 단위에 대한 열전달측정이다. 상기 표 2 및 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주어진 가스 압력강하에서 본 발명의 직사각 채널 설계는 동일한 셀밀도 및 셀 벽두께의 정사각-채널 설계보다 우수한 히트-업 성능을 나타낸다. 정사각-채널 설계에서 유사한 성능수준의 도달은 실질적인 벽두께 감소를 요구하여, 따라서 상기 허니컴을 제조하기가 좀 더 어렵고, 조립 및 사용시에 물리적 위험에 민감하다.
직사각 채널 허니컴 설계의 성능특성의 유지는 상술한 제한들을 설계에 적용하는 것이 요구된다. 요구된 것보다 낮은 채널 종횡비는 허니컴의 성능특성을 낮추수 있고, 반면에 약 2.5보다 큰 종횡비에서 적절한 허니컴 내구성을 위해 요구된 셀 벽두께는 과도하게 된다. 유효 표면적 인자 Nμ/Dh가 약 70 이하일때, 직사각 채널 형태의 열전달 특성은 실질적으로 상실하는데; 다시말하면, 매우 높은 Nμ/Dh인자(약 120보다 높음)를 갖는 설계는 만약 셀벽이 극도로 얇지 않다면 허니컴 표면적의 단위에 대한 높은 가스 압력강하를 수용할 수 없다. 약 350∼600 직사각셀/in2의 셀밀도 및 0.002∼0.006인치의 범위의 벽두께를 갖는 허니컴 설계는 일반적으로 상술한 요구조건을 만족시킬 수 있지만, 상기 범위 밖의 셀밀도에서 요구된 Nμ/Dh인자는 제조 또는 사용관점으로부터 실질적인 셀 벽두께에서 효과적으로 유지될 수 없다.

Claims (4)

  1. 입구면, 출구면, 및 바디의 입구면으로부터 출구면까지 가로지르는 교차 셀벽에 의해 형성된 다수의 평행한 말단이 개구된 채널을 구비한 압출 세라믹 허니컴 바디에 있어서,
    상기 채널이 적어도 1.2 : 1의 직사각 종횡비를 갖는 직사각형의 단면을 가지며;
    직사각 채널의 유압직경 Dh및 정온 누셀트수 Nμ가 허니컴에 대해 적어도 70의 유효 표면적 인자 Nμ/Dh를 제공하는 것을 특징으로 하는 압출 세라믹 허니컴 바디.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 바디가 입구면에서 350∼600 직사각셀/in2의 셀밀도를 가지며, 상기 교차 셀벽의 벽 두께(t)가 0.002∼0.006인치인 것을 특징으로 하는 압출 세라믹 허니컴 바디.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 직사각 종횡비가 1.5∼2.5임을 특징으로 하는 압출 세라믹 허니컴 바디.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 직사각 채널의 긴변의 길이에 상응하는 긴 벽길이(a)가 상기 벽두께(t)와 관련하여 하기 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 압출 세라믹 허니컴 바디.
    수학식 3
KR1019970038249A 1996-08-12 1997-08-11 압출 세라믹 허니컴 바디 KR19980018580A (ko)

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