KR20190034675A - 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체 및 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 벌집형 몸체(1)는 하우징(2), 및 다수의 채널(4)을 갖는 벌집형 구조체(3)를 포함하고, 상기 벌집형 구조체(3)는 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층(5) 및 적어도 하나의 평활층(6)을 갖게 형성된다. 상기 벌집형 구조체(3)의 단면(7)은 반경 방향 영역(8, 9)을 갖고, 상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 벌집형 구조체(3)의 적어도 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(11)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)보다 더 크도록 형성되고 위치된다.

Description

배기 가스 후처리용 벌집형 몸체
본 발명은 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체(honeycomb body) 및 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 벌집형 몸체는 이동식 내연 엔진의 배기 가스 시스템에서 촉매 변환기 기판 몸체로 사용되거나 구현될 수 있다. 상기 유형의 벌집형 몸체는, 촉매 활성 물질이 위치되고 상기 벌집형 몸체를 통해 흐르는 배기 가스가 접촉되는 영역이 특히 넓은 표면적을 제공한다. 본 발명은 특히 자동차의 배기 가스 정화와 관련하여 사용된다.
배기 가스 후처리용 벌집형 몸체의 다수의 다양한 디자인이 이미 알려져 있다. 세라믹과 금속 벌집형 몸체 사이에는 기본적인 차이점이 있다. 더 단순한 제조 공정 및 더 작은 벽 두께 및 이에 따라 단위 체적당 더 큰 표면적을 제공하는 가능성이 있는 것으로 인해, 금속 벌집형 몸체가 특히 서두에 제시된 목적에 사용하기 위해 차용되었다. 상기 유형의 벌집형 몸체는 평활하고/하거나 구조화된 금속 층 또는 판금 호일로 구성될 수 있다. 상기 금속 층은 층상화, 권취 및/또는 감길 수 있고, 마지막으로는 배기 가스가 흐를 수 있는 다수의 채널을 형성하도록 벌집형 몸체의 하우징 내에 위치될 수 있다. 여기서, 채널은 예를 들어 상기 유형의 벌집형 몸체의 단부 측 사이에 직선 형태, 권취된 형태 및/또는 비스듬한 형태로 연장될 수 있다.
배기 가스와 벌집형 몸체의 벽 또는 이 벽에 위치된 촉매 코팅 사이에 가능한 가장 긴밀한 접촉을 얻기 위해 벌집형 몸체를 통과하는 배기 가스에 층류가 생기는 것을 감소시키는 조치가 이미 제안되었다. 예를 들어, 상호 연통 채널이 형성되도록 개구가 채널 벽에 제공될 수 있다. 또한 채널에서 목표에 맞는 흐름 전환(flow diversion), 채널들 사이의 압력 차 등을 달성하기 위해, 전환 구조체, 안내 날개 등이 채널에 제공되는 것이 알려져 있다. 그러나, 여기서 벌집형 몸체 내에서 배기 가스 흐름이 강화되어 전환됨에 따라, 벌집형 몸체를 가로지르는 압력 손실이 또한 증가될 수 있다는 것을 고려해야 한다. 이것은 이렇게 형성된 역압(back pressure)이 내연 엔진으로부터 배기 가스가 배출되는 것을 방해할 수 있기 때문에, 내연 엔진의 동력 손실을 초래할 수 있다.
특히 자동차 제조 분야에서, 상기 유형의 벌집형 몸체 또는 그 제조 방식에 추가적인 요구가 존재한다. 초점은 특히 생산 공정을 가능한 한 저렴하고 단순하게 만드는 데 있다. 또한, 상기 유형의 벌집형 몸체는 이동 배기 시스템에서 상당한 열적 및/또는 동적 부하 변동을 받으므로, 여기서도 특히 상기 조건 하에서 상기 유형의 벌집형 몸체의 내구성에 특히 높은 요구가 존재하는 경우가 있음을 고려해야 한다.
또한, 특히 벌집형 몸체의 특정 사용 구역에서, 예를 들어, 상기 벌집형 몸체가 배기 가스관에서 전환부의 하류 및/또는 배기 가스 라인에서 굴곡부(bend)의 하류에 배열되는 경우, 벌집형 몸체에서 입사 흐름이 불균일해지는 일을 피할 수 없거나 또는 상대적으로 많은 비용으로만 피할 수 있다. 이것은 일반적으로 이러한 벌집형 몸체를 균일한 방식으로 흐를 수 없어서, 벌집형 몸체를 이상적으로 이용할 수 없다는 효과를 제공한다. 예를 들어, 입사 흐름이 이렇게 불균일한 경우, 특히 제공될 수 있는 촉매 코팅이 완전히 그리고/또는 이상적으로 배기 가스와 접촉될 수 없고/없거나, 분리 기능을 갖게 구성된 벌집형 몸체의 개별 채널 또는 다수의 채널이 적절히 흐르지 못할 수 있기 때문에 벌집형 몸체의 정화 작용이 감소될 수 있다.
이를 출발점으로 삼아, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히, 배기 시스템에서 벌집형 몸체의 설치 상황이 열악한 경우에도 특히 벌집형 몸체에 가장 균일한 관통 흐름(throughflow)을 가능하게 하거나 보다 균일한 관통 흐름을 가능하게 할 수 있는 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체 및 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법을 제시하는 것이 추구된다. 또한 벌집형 몸체를 가능한 한 쉽고 저렴하게 생산할 수 있는 것이 의도된다.
독립된 특허 청구항의 특징부를 특징으로 하는 장치 및 방법은 이 목적에 기여한다. 추가적인 유리한 개선은 종속 특허 청구항에 제시된다. 종속 청구 청구항에 개별적으로 제시된 특징은 임의의 원하는 기술적으로 의미 있는 방식으로 서로 결합될 수 있고 본 발명의 추가 실시예를 한정할 수 있다는 것이 주목된다. 또한, 특허 청구범위에서 제시된 특징은 본 발명의 추가적인 바람직한 구성이 제시된 상세한 설명에서 보다 정확히 묘사되고 보다 상세히 설명된다.
배기 가스 후처리용 벌집형 몸체는 하우징, 및 (흐름이 통과할 수 있는) 다수의 채널을 갖는 벌집형 구조체를 포함하고, 상기 벌집형 구조체는 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 특히 금속성 층, 및 적어도 하나의 특히 금속성 평활층(smooth layer)을 갖게 형성된다. 상기 벌집형 구조체의 단면(또는 적어도 하나의 특정 단면)은 반경 방향 영역을 갖고, 상기 적어도 하나의 평활층은, 상기 벌집형 구조체의 적어도 하나의 축 방향 부분에서, 내측 반경 방향 영역에서의 제1 셀 밀도(cell density)가 외측 반경 방향 영역에서의 제2 셀 밀도에 비해 증가되도록 설계되고 위치된다. 다시 말해, 이것은 특히, 상기 벌집형 구조체의 적어도 하나의 축 방향 부분에서 상기 벌집형 구조체의 단면이 (상이하게 구성된) 반경 방향 영역을 갖고, 상기 적어도 하나의 평활층이 (적어도 하나의 축 방향 부분에서의) 제1 셀 밀도가 내측 반경 방향 영역에 제공되도록 설계되고 위치되고, 상기 제1 셀 밀도는 외측 반경 방향 영역에서의 제2 셀 밀도보다 더 높다는 것을 의미한다.
제안된 벌집형 몸체는 특히 자동차의 내연 엔진의 배기 가스를 후처리하는데 사용된다. 제안된 벌집형 몸체는 특히 반경 방향으로 변하는/상이한 흐름 저항 또는 가변적인/변화 가능한 흐름 저항을 갖는다. 제안된 벌집형 몸체 및 아래에서 더 제안될 방법은 유리하게는, 특히 벌집형 몸체의 흐름 저항이 더 낮은 셀 밀도로 인해 외측 반경 방향 영역에서 (목표에 맞게) 감소되기 때문에 특히 배기 시스템에서 벌집형 몸체의 설치 상황이 열악한 경우에도 벌집형 몸체에 균일한 관통 흐름을 가능하게 하거나 보다 균일한 관통 흐름을 가능하게 한다. 상이한 셀 밀도의 반경 방향 영역을 갖는 벌집형 구조체의 디자인에도 불구하고, 벌집형 몸체는 유리하게는, 특히 (특히) 평활한 재료의 디자인 및 위치에 의해(서만) 상이한 셀 밀도가 설정될 수 있기 때문에 상대적으로 간단하고 저렴하게 생산될 수 있다. 또한, 평활층이 적어도 부분적으로 구조화된 층의 인접한 구역 및/또는 인접한 적어도 부분적으로 구조화된 층이 서로 슬라이딩하는 것을 방지할 수 있기 때문에 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층을 유지하는 추가적인 지지 구조체가 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 특히 이러한 층의 팩(pack)을 권취하는 권취 공정이 기술적으로 간단한 방식으로 거기서 적응될 수 있기 때문에 벌집형 몸체를 제조하는데 기존의 도구를 사용할 수 있다.
벌집형 몸체는 기본적으로 상이한 형태, 특히 원형, 타원형, 다각형 또는 유사한 단면을 취할 수 있다. 상기 유형의 벌집형 몸체는 종종 관형 하우징으로 형성된다. 여기서, 동작 동안, 배기 가스는 일반적으로 벌집형 몸체의 제1 단부 측을 통해 들어가고, 벌집형 몸체의 제2 단부 측을 통해 다시 배출된다. 바람하게는 서로 실질적으로 평행하게 배열된 단부 측은 일반적으로 벌집형 몸체의 중심 축의 방향으로 벌집형 몸체의 (축 방향) 길이를 한정하며, 상기 중심 축은 양 단부 측을 통해 연장되고 특히 적어도 하나의 단부 측, 바람직하게는 양 단부 측에 대해 수직 및 중심에 배열된다.
상기 벌집형 몸체는 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 (금속성) 층을 갖는다. 여기서 (단일) 층은 평활하고 구조화된 구획 또는 상이한 구조화를 갖는 구획을 가질 수 있다. 여기서, 적어도 부분적으로 구조화된 (금속성) 층의 구조는 바람직하게는 전체 길이에 걸쳐 형성되는데, 즉 상기 제1 단부 측과 상기 제2 단부 측 사이에 형성된다. 상기 적어도 부분적으로 구조화된 (금속성) 층의 구조는 특히, 상기 제1 단부 측으로부터 상기 제2 단부 측으로 연장되고 예를 들어 상기 층 내로 스탬핑된 융기부 및 함몰부에 의해 형성된다. 단면에서, 상기 융기부 및 함몰부는 일종의 정현파 주름, 지그재그 형상 등을 형성할 수 있다. 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층 및 상기 적어도 하나의 평활층은 상기 벌집형 몸체의 전체 (축 방향) 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 상기 채널 또는 그 단면은 구조화된 층의 구역 및 평활층의 구역에 의해(서만) 획정될 수 있다.
상기 벌집형 구조체의 단면은 상이한 셀 밀도를 갖는 반경 방향 영역을 갖는다. 특히 상기 벌집형 구조체의 중심 축을 따라 및/또는 축 방향으로 서로 이격된 다수의 단면이 상이한 셀 밀도를 갖는 반경 방향 영역을 가질 수 있다. 여기서 고려되는 상기 벌집형 구조체의 하나 이상의 단면은 각 경우에 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 특히 직교 방향으로 배향된 단면 평면에 놓여 있다. 여기서 "축 방향" 및 "반경 방향"이라는 표현은, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 상기 벌집형 몸체의 중심 축과 관련된 것이다.
상기 적어도 하나의 평활층은, 상기 벌집형 구조체의 적어도 하나의 축 방향 부분에서, 내측 반경 방향 영역에서의 제1 셀 밀도가 외측 반경 방향 영역에서의 제2 셀 밀도에 비해 증가되도록 설계되고 위치된다. 상기 벌집형 구조체에서 특히 중심 축을 따라 및/또는 축 방향으로 서로 이격되도록 상이한 셀 밀도의 반경 방향 영역을 갖는 다수의 축 방향 부분이 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 적어도 하나의 축 방향 부분은 상기 벌집형 몸체의 적어도 상기 제1 단부 측으로부터 또는 상기 제2 단부 측으로부터 이격되는 것이 바람직하다. 상기 반경 방향 영역은 바람직하게는 상기 벌집형 구조체의 (전체) 축 방향 길이를 따라 연장된다.
제1 셀 밀도에 대한 제2 셀 밀도의 비가 0.1 내지 0.7의 범위에 있는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.6의 범위에 있는 것이 바람직하다. 제1 셀 밀도가 300 내지 1000 cpsi(cell per square inch) 범위, 특히 400 내지 800 cpsi 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 제2 셀 밀도가 100 내지 600 cpsi의 범위, 특히 100 내지 400 cpsi의 범위에 있는 것이 바람직하다.
특히 상이한 셀 밀도를 갖는 다수의 외측 반경 방향 영역이 제공되고, 상기 외측 반경 방향 영역의 셀 밀도는 상기 내측 반경 방향 영역에서의 셀 밀도보다 각각 더 작은 것이 바람직하다. 상기 외측 반경 방향 영역(들)은 특히 상기 내측 반경 방향 영역을 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 둘러싸도록 배열된다. 상기 내측 반경 방향 영역은 바람직하게는 상기 벌집형 몸체의 중심 축의 구역 및/또는 중심 축 주위에 배열된다. 또한, 상기 외측 반경 방향 영역이 상기 하우징의 구역에 또는 상기 하우징 상에 배열되는 것이 바람직하다.
상기 내측 반경 방향 영역은 상이한 형태, 특히 원형, 타원형, 다각형 또는 유사한 단면을 취할 수 있다. 상기 내측 반경 방향 영역은 바람직하게는 적어도 50 cm2 [평방 센티미터]의 크기를 갖는다. 상기 내측 반경 방향 영역은 바람직하게는 70 cm2 내지 85 cm2 범위의 크기를 갖는다. 상기 외측 반경 방향 영역은 적어도 70cm2의 크기를 가질 수 있다. 상기 외측 반경 방향 영역은 바람직하게는 90 cm2 내지 120 cm2 범위의 크기를 갖는다. 또한, 상기 내측 및 외측 반경 방향 영역의 (전체) 단면적에 대한 상기 내측 반경 방향 영역의 (내측) 단면적의 비가 0.3 내지 0.6의 범위, 특히 0.4 내지 0.5 범위에 있는 것이 바람직하다. 적어도 상기 내측 반경 방향 영역 또는 상기 외측 반경 방향 영역이 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 동축으로 배열되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 내측 반경 방향 영역은 상기 벌집형 구조체의 단면에 대해 중심에 배열되는 것이 바람직하다.
적어도 상기 내측 반경 방향 영역 또는 상기 외측 반경 방향 영역은 적어도 상기 배기 시스템 내 상기 벌집형 몸체의 설치 상황에 의존하는 방식으로 또는 상기 벌집형 몸체에 입사하는 배기 가스의 흐름의 입사 흐름 프로파일에 의존하는 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 내측 반경 방향 영역은 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 편심으로 위치될 수 있다. 상기 배기 시스템에서 또는 상기 배기 라인에서 상기 벌집형 몸체의 설치 상황이 예를 들어 상기 벌집형 몸체가 상기 배기 시스템에서 전환부의 하류 및/또는 상기 배기 라인에서 굴곡부의 하류에 (바로) 배열되도록 구성된 경우, 상기 벌집형 몸체는 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 편심으로 배열된 흐름 프로파일 최대값을 갖는 상기 배기 가스 흐름의 흐름 프로파일로 부딪칠 수 있다. (입사) 흐름 프로파일은 (입사) 흐름 단면에 걸친 흐름 속력의 분포를 나타낸다. (입사) 흐름 프로파일 최대값은 특히 최대 입사 흐름 속력의 구역에 있다. 상기 내측 반경 방향 영역은 상기 벌집형 몸체에 입사하는 흐름에 대해 중심에 배열되고, 특히 상기 벌집형 몸체에 입사하는 배기 가스 흐름의 (입사) 흐름 프로파일 최대값에 대해 중심에 배열되는 것이 바람직하다. 상기 내측 반경 방향 영역은 특히 바람직하게는 상기 내측 반경 방향 영역의 중심 구역이 상기 벌집형 몸체에 입사하는 상기 배기 가스 흐름의 (입사) 흐름 프로파일 최대값에 걸쳐 있거나 이와 오버랩하도록 배열된다.
하나의 유리한 개선에서, 상기 적어도 하나의 평활층 또는 각각의 평활층이 상기 내측 반경 방향 영역에만 제공되는 것이 제안된다. 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 벌집형 몸체의 전체 (축 방향) 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.
또 다른 유리한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 평활층의 평활층 길이는 상기 내측 반경 방향 영역에서보다 상기 외측 반경 방향 영역에서 더 짧은 것이 제안된다. 상기 평활층 길이는 상기 벌집형 몸체의 축 방향 또는 길이 방향에서 상기 평활층의 범위를 나타낸다. 상기 평활층 길이는 바람직하게는 반경 방향 외측 방향으로 감소한다. 상기 평활층 길이는 특히 바람직하게는 (반경 방향) 외측 방향으로 연속적으로, 특히 선형으로 감소한다. 또한 상기 평활층 길이는 상기 내측 반경 영역의 구역에서 최대값을 갖고 상기 외측 반경 영역의 구역에서 최소값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 평활층은 바람직하게는 마름모 형상으로 형성되고, 특히, 상기 마름모의 두 개의 대향하는 팁(tip)은 (반경 방향으로) 외측을 향하고, 상기 마름모의 두 개의 다른 대향하는 팁은 상기 벌집형 몸체의 단부 측들을 향한다. 상기 벌집형 몸체의 단부 측을 향하는 상기 마름모의 팁은 특히 바람직하게는 각각 상기 내측 반경 영역의 (반경 방향으로) 중심 구역에 위치된다. 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 벌집형 몸체의 중심 축 방향 구역의 구역에서 상기 내측 반경 방향 영역 및 상기 외측 반경 방향 영역(만)을 통해 내내 연장되는 것이 바람직하다.
또 다른 유리한 개선에서, 상기 적어도 하나의 평활층은 상기 외측 반경 방향 영역에 적어도 하나의 리세스를 갖고, (동일한) 리세스의 리세스 길이는 반경 방향 외측 방향으로 증가하는 것이 제안된다. 상기 리세스 길이는 상기 벌집형 몸체의 축 방향 또는 길이 방향으로 상기 리세스의 범위를 나타낸다. 상기 리세스 길이는 바람직하게는 (반경 방향) 외측 방향으로 연속적으로, 특히 선형으로 증가한다. 상기 평활층은 바람직하게는 이중 삼각형 형상으로 형성되고, 특히, 상기 이중 삼각형의 2개의 대향하는 삼각형의 밑변 측(base side)이 상기 벌집형 몸체의 단부 측을 향하고, 상기 이중 삼각형의 2개의 삼각형의 사변(limb) 및/또는 팁은 상기 벌집형 몸체의 길이의 중심 구역으로 수렴하거나 이 중심 구역에서 연결된다. 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 벌집형 몸체의 제1 단부 측의 구역 및/또는 상기 벌집형 몸체의 제2 단부 측의 구역에서 상기 내측 반경 방향 영역 및 상기 외측 반경 방향 영역(만)을 통해 내내 연장되는 것이 바람직하다.
또 다른 유리한 개선에서, 상기 적어도 하나의 평활층은 상기 외측 반경 방향 영역에 다수의 구멍을 갖고, 상기 구멍의 적어도 구멍 크기 또는 구멍 밀도는 반경 방향 외측 방향으로 증가하는 것이 제안된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 적어도 하나의 평활층의 다공성은 반경 방향 외측 방향으로 증가할 수 있다. 또한 상기 구멍은 상기 내측 반경 방향 영역에 제공되고, 상기 구멍은 특히 상기 외측 반경 방향 영역에서의 구멍보다 더 작은 구멍 크기 및/또는 구멍 밀도를 가질 수도 있다. 상기 구멍의 구멍 직경이 (반경 방향) 외측 방향으로 증가하는 것이 바람직하다. 또한, 인접한 구멍들 사이의 간격이 (반경 방향) 외측 방향으로 감소하는 것이 바람직하다. 상기 구멍의 구멍 크기 또는 구멍 직경이 2 mm 내지 20 mm [밀리미터]의 범위, 특히 5 mm 내지 15 mm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 벌집형 몸체의 제1 단부 측의 구역에서 및/또는 상기 벌집형 몸체의 제2 단부 측의 구역에서 상기 내측 반경 방향 영역 및 상기 외측 반경 방향 영역(만)을 통해 내내 연장되는 것이 바람직하다. 또한 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 구멍 사이에 배열된 적어도 하나의 축 방향 영역에서 상기 내측 반경 영역 및 상기 외측 반경 영역(만)을 통해 내내 연장되는 것이 바람직하다.
하나의 유리한 실시예에서, 상기 적어도 하나의 평활층의 적어도 제1 에지(edge) 또는 제2 에지는 상기 내측 반경 방향 영역의 구역에서 최대값을 갖고 상기 외측 반경 방향 영역의 구역에서 최소값을 갖는 (파형) 프로파일을 포함하는 것이 제안된다. 상기 평활층은 상기 제1 에지가 상기 벌집형 몸체의 상기 제1 단부 측을 향하고 상기 제2 에지가 상기 벌집형 몸체의 상기 제2 단부 측을 향하도록 배열되는 것이 바람직하다. 상기 제1 에지 및/또는 상기 제2 에지의 프로파일은 정현파 파형, 지그재그 형상 등의 유형을 형성할 수 있다. 상기 제1 에지 및/또는 제2 에지의 (파형) 프로파일은 특히 상기 프로파일의 최대값 및 최소값이 상기 벌집형 몸체의 축 방향으로 또는 반대 방향으로 연장되도록 형성된다. 따라서, 상기 평활층은 프로파일링된 제1 에지 및/또는 제2 에지의 구역에서도 평활한 형태이다. 상기 제1 에지 또는 상기 제2 에지만이 (파형) 프로파일을 갖는 것이 바람직하다.
하나의 유리한 개선에서, 상기 채널은 상기 벌집형 몸체의 제1 (입구) 단부 측으로부터 상기 벌집형 몸체의 제2 (출구) 단부 측까지 연장되고, 상기 채널은 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 비스듬히 이어지는 것이 제안된다. 상기 적어도 부분적으로 구조화된 층의 구조 또는 상기 적어도 부분적으로 구조화된 층의 융기부 및 함몰부의 구조는 상기 중심 축에 대해 비스듬히 이어지도록 상기 벌집형 몸체에 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 특히, 상기 중심 축과 평행하지 않고 중심 축에 대해 비스듬히 이어지는 채널이 형성된다. 이 구조는 특히 바람직하게는 (반경 방향에서 보았을 때) 인접한 구역 및/또는 인접한 층의 융기부 및 함몰부가 상이하게 기울어지거나 및/또는 서로 다른 배향을 갖도록 구현된다. 상기 정렬 및/또는 배향이 반경 방향으로 보았을 때 항상 교번하는 것이 매우 특히 바람직하다. 이것은 특히 융기부 및 함몰부가 적어도 부분적으로 및 바람직하게는 상기 벌집형 몸체 내에서 어디에서도 서로에 대해 선형으로 놓여 있지 않고 오히려 서로 교차하여 실질적으로 서로 점 형태의 접촉점만을 형성하는 효과를 갖는다. 이것은 부분 배기 가스 흐름이 영구적으로 전환되어, 특히 지그재그 방식으로 인접한 융기부 및 함몰부로 흐를 수 있는 구조를 형성할 수 있다. 상기 융기부 또는 함몰부가 중심 축과 이루는 각도는 기껏 20°(각도)인 것이 바람직하다. 이 각도는 특히 1° 내지 10°의 범위에 있고, 매우 특히 바람직하게는 2° 내지 6°의 범위에 있는 것으로 제공될 수 있다. 상기 벌집형 몸체의 중심 축에 대해 비스듬히 이어지는 채널은 특히 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 내측 반경 방향 영역에만 제공되는 경우 유리하다. 이 경우, 상기 융기부와 함몰부가 교차하면, 상기 외측 반경 방향 영역에서 적어도 부분적으로 구조화된 층(들)이 서로 슬라이딩하는 것을 유리하게 방지할 수 있다.
하나의 유리한 실시예에서, 상기 벌집형 몸체는 원추형 형태인 것이 제안된다. 적어도 상기 벌집형 몸체의 하우징 또는 상기 벌집형 구조체는 원추형 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 채널도 또한 원추형으로 넓어지고 및/또는 좁아질 수 있다. 상기 벌집형 몸체의 하우징 벽과 중심 축 사이의 각도가 0.5° 내지 5°[각도] 범위, 특히 1° 내지 2° 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 벌집형 몸체의 원추형 벌집형 몸체 또는 원추형 하우징은, 특히 상기 평활층 길이가 상기 외측 반경 방향 영역의 구역에서 최소값을 갖는 경우 및/또는 상기 적어도 하나의 평활층의 상기 제1 에지 또는 제2 에지(만)가 상기 외측 반경 방향 영역의 구역에서 최소값을 갖는 (파형) 프로파일을 갖는 경우 유리하다. 이 경우, 최소값을 갖는 (축 방향) 구역에서 상기 벌집형 구조체 내에서 발생할 수 있는 예압(preload)의 감소는 상기 벌집형 몸체 또는 상기 하우징의 원추형 형상에 의해 유리하게 상쇄될 수 있다.
상기 적어도 하나의 평활층은 특히 벌집형 몸체의 축 방향에 평행하게 배향된, 상기 평활층의 중심선에 대해 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 적어도 하나의 평활층이 상기 하우징의 두 개의 특히 실질적으로 대향하는 구역으로 적어도 부분적으로 연장되는 것이 바람직하다. 또한 상기 적어도 하나의 평활층의 두 개의 대향하는 에지 및/또는 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층의 두 개의 대향하는 에지는 (부분적으로) 하우징 내측과 접촉하는 것이 바람직하다.
상기 벌집형 구조체는 권취될 수 있고/있거나 감겨질 수 있고/있거나 적층될 수 있는, 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 (금속성) 층 및 상기 적어도 하나의 (금속성) 평활층을 포함한다. 상기 벌집형 구조체는, 바람직하게는 S자 형태로 권취된, 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 (금속성) 층 및 상기 적어도 하나의 (금속성) 평활층을 포함하는 스택으로 제조된다. 다수의 스택이 사용되는 경우, 이 스택은 서로 인접하게 배열되고, U자형 및/또는 V자형 배열로서 서로 권취되어 하우징에 삽입될 수 있다. 두 구성은 일반적으로 스택 및/또는 층의 모든 단부가 외측을 향하는 (즉, 하우징을 지지하는) 반면, 굴곡부(s, v, u)가 내측에 위치되는 것을 공통적으로 갖는다. 상기 스택에서, 적어도 부분적으로 구조화된 층 및 평활층이 교번하는 방식으로 존재하고, 상기 층들은 각 경우에 상기 벌집형 몸체의 채널을 획정하는 것이 바람직하다. 상기 채널의 벽은 평활하고(채널의 프로파일 방향으로 편평하고/하거나 고정구가 없음) 및/또는 배기 가스를 위한 돌출부, 블레이드, 구멍 및/또는 전환 표면을 가질 수 있다. 따라서, 디스크 형상 벌집형 몸체를 통과하는 배기 가스 흐름이 (예를 들어, 흐름 속도, 부분 흐름 방향, 온도 및/또는 등과 관련하여) 균일하게 되고/되거나 혼합될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법으로서, 상기 벌집형 몸체는 적어도 하나의 하우징, 및 특히 흐를 수 있는 다수의 채널을 갖는 벌집형 구조체를 포함하고, 상기 벌집형 구조체의 단면은 (상이한) 반경 방향 영역을 갖고, 상기 방법은 적어도 다음 단계, 즉
a) 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층을 제공하는 단계;
b) 적어도 하나의 평활층을 제공하는 단계;
c) 상기 벌집형 구조체를 형성하도록 상기 층을 배열하고 권취하는 단계;
d) 상기 벌집형 구조체를 상기 하우징에 삽입하는 단계; 및
e) 상기 벌집형 구조체를 상기 하우징에 연결하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 평활층은, 상기 벌집형 구조체의 적어도 하나의 축 방향 부분에서, 내측 반경 방향 영역에서의 제1 셀 밀도가 외측 반경 방향 영역에서의 제2 셀 밀도에 비해 증가하도록 설계되고 위치된, 상기 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법이 제안된다.
상기 방법은 바람직하게는 본 명세서에서 제안된 벌집형 몸체를 제조하는데 사용된다. 방법 단계의 언급된 순서는 방법의 통상적인 실행 동안 발생한다. 개별 또는 모든 방법 단계는 동시에, 연속적으로 및/또는 적어도 부분적으로 병렬로 수행될 수 있다.
특히 상기 적어도 하나의 평활층이 특히 단계 c)에서 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층에 대해 (의도된 방식으로) 배열되거나 배향된 경우 상기 적어도 하나의 평활층이 외측 반경 방향 영역에서의 제2 셀 밀도보다 더 큰 제1 셀 밀도를 내측 반경 방향 영역에 제공하도록, 단계 b)에서 상기 적어도 하나의 평활층이 이러한 형상을 갖게 제공되거나 또는 형성되거나 및/또는 가공되는 것이 바람직하다. 단계 e)에서 연결하는 것은 열 접합 공정에 의해, 특히 용접 공정 또는 (경질) 솔더링 공정에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 벌집형 몸체와 관련하여 논의된 상세, 특징 및 유리한 실시예는 또한 본 명세서에 제안된 방법에 적절히 적용될 수 있으며, 그 역도 그러하다. 이러한 점에서, 특징의 보다 상세한 특성화를 위해, 여기에 이루어진 모든 진술이 참조된다.
또 다른 양태에 따르면, 특히 배기 가스 후처리를 위해, 바람직하게는 자동차의 내연 엔진의 배기 가스 후처리를 위해 본 명세서에 제안된 벌집형 몸체를 사용하는 것이 제안된다. 상기 벌집형 몸체 및/또는 방법과 관련하여 전술한 상세, 특징 및 유리한 실시예는 또한 여기서 제안된 사용에 적절히 적용될 수 있으며, 그 역도 그러하다. 이러한 점에서, 특징의 보다 상세한 특성화를 위해, 여기에 이루어진 모든 진술이 참조된다.
또 다른 양태에 따르면, 특히 배기 시스템을 갖는 내연 엔진을 포함하는 자동차로서, 상기 배기 시스템은 본 명세서에 설명된 벌집형 몸체를 갖게 형성된 적어도 하나의 촉매 변환기 기판 또는 입자 분리기를 포함하는, 상기 자동차가 제안된다. 여기서, 상기 촉매 변환기 기판 및/또는 상기 입자 분리기는, 적절한 경우 상기 벌집형 몸체의 축 방향 서브구획에서 상이하게 구성될 수도 있는 촉매 활성 코팅을 가질 수 있다.
본 발명 및 기술 분야는 도면에 기초하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 제시된 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 특히, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 도면에서 설명된 본질적인 주제의 부분적인 양태를 추출하고, 이를 다른 부분 및/또는 다른 도면 및/또는 본 설명으로부터 나온 지식과 결합하는 것도 가능할 수 있다. 도면은 각 경우에 개략적으로 도시된다.
도 1은 상이한 셀 밀도의 반경 방향 영역을 갖는 벌집형 몸체의 정면도;
도 2는 스택의 정면도;
도 3은 도 2의 스택의 상세도;
도 4는 평활층의 평면도;
도 5는 다른 평활층의 평면도;
도 6은 다른 평활층의 평면도;
도 7은 다른 평활층의 평면도;
도 8은 원추형 벌집형 몸체의 단면도.
도 1은 상이한 셀 밀도의 반경 방향 영역(8, 9)을 갖는 벌집형 몸체(1)의 정면도를 개략적으로 도시한다. 벌집형 몸체(1)는 하우징(2), 및 다수의 채널(4)을 갖는 벌집형 구조체(3)를 갖는다. 벌집형 구조체(3)의 단면(7)은 상이한 셀 밀도를 갖는 반경 방향 영역을 갖고, 내측 반경 영역(8)의 제1 셀 밀도(11)는 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)에 비해 증가된다.
도 2는 3개의 적어도 부분적으로 구조화된 금속 층(5) 및 4개의 금속성 평활층(6)을 포함하는 스택(25)의 정면도를 개략적으로 도시한다. 스택(25)은 예를 들어 벌집형 몸체(여기서는 도시되지 않음)용 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)를 형성하도록 S자 형상으로 권취되거나 감겨질 수 있다. 도 2에는 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 적어도 하나의 축 방향 부분(여기서는 도시되지 않음)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(11)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)에 비해 증가되도록 평활층(6)이 설계되고 위치되는 것으로 도시되어 있다. 이를 위해, 예로서, 평활층(6)은 내측 반경 방향 영역(8)에만 제공된다. 도 2에 따라 평활층을 설계하고 배열하는 것에 의해, 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)의 2배 더 큰 제1 셀 밀도(11)가 내측 반경 방향 영역(8)에서 달성된다. 스택(25)이 벌집형 구조체를 형성하도록 권취되거나 감겨질 때 반경 방향 영역(8, 9)이 먼저 형성되기 때문에, 이후 스택(25)의 구역을 반경 방향 영역(8, 9)으로 할당하는 것만이 도 2에 도시되어 있다.
도 3은 도 2의 스택(25)의 상세도를 도시한다. 도 3의 상세도는 적어도 부분적으로 구조화된 층(6)이 서로 배열된 상태에 관한 것이다. 도 3의 예시와 같이, 채널(4)은 벌집형 몸체(여기서는 도시되지 않음)의 제1 단부 측(22)으로부터 벌집형 몸체의 제2 단부 측(23)까지 연장되고, 여기서 채널(4)은 단지 배향을 위해 도 3에 도시된 벌집형 몸체의 중심 축(24)에 대해 비스듬히 이어져 있다. 비스듬히 이어지는 채널(4)을 형성하기 위해, 적어도 부분적으로 구조화된 층(6)의 융기부(26) 및 함몰부(27)는 서로에 대해 그리고 중심 축(24)에 대해 비스듬히 이어지도록 배열된다. 예시를 위해, 융기부(26)와 함몰부(27) 사이의 각도(α)가 도 3에 도시되어 있다. 여기서 융기부(26)와 함몰부(27)가 교차되면, 도 2 및 도 3에 도시된 예에서, 적어도 부분적으로 구조화된 층(6) 사이에 평활층이 제공되지 않는 외측 반경 방향 영역(9)에서도 적어도 부분적으로 구조화된 층(6)이 서로 슬라이딩하지 않을 수 있다는 장점을 제공한다.
도 4는 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)에 비해 증가되도록 설계되고 위치될 수 있는 평활층(6)의 평면도를 도시한다. 이를 위해, 예로서, 평활층(6)의 평활층 길이(13)는 내측 반경 방향 영역(8)에서보다 외측 반경 방향 영역(9)에서 더 짧다. 또한 도 4에는, 평활층 길이(13)는 반경 방향 외측 방향으로 연속적으로, 이 경우에는 심지어 선형으로 감소하는 것으로 도시되어 있다. 여기서, 평활층(6)은 마름모 형태로 형성된다. 도 4의 예시에 따라 평활층(6)이 내측 반경 방향 영역(8) 및 외측 반경 방향 영역(9) 모두에 제공된다는 사실은 두 영역에서 적어도 부분적으로 구조화된 층이 서로 슬라이딩하는 것을 방지할 수 있다는 장점을 제공한다.
도 5는 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)에 비해 증가되도록 설계되고 위치될 수 있는 다른 평활층(6)의 평면도를 도시한다. 이를 위해, 평활층(6)은 일례로서 외측 반경 방향 영역(9)에 리세스(14)를 갖고, 리세스(14)의 리세스 길이(15)는 반경 방향 외측 방향으로 연속적으로 증가한다. 여기서, 평활층(6)은 이중 삼각형 형태로 형성된다. 도 5의 예시에 따라 평활층(6)이 벌집형 몸체(여기서는 도시되지 않음)의 제1 단부 측(22)의 구역에서 및 벌집형 몸체의 제2 단부 측(23)의 구역에서 내측 반경 방향 영역(8) 및 외측 반경 방향 영역(9)을 통해 내내 연장된다는 사실은 제1 단부 측(22) 및 제2 단부 측(23)에서 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 예압 및 양호한 솔더링이 유지될 수 있다는 장점을 제공한다.
도 6은 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 3개의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)에서의 제1 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)가 외측 반경 방향 영역(9)에서의 제2 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)에 비해 증가되도록 설계되고 위치될 수 있는 다른 평활층(6)의 평면도를 도시한다. 이를 위해, 평활층(6)은 외측 반경 방향 영역(9)에서 다수의 구멍(16)을 갖고, 상기 구멍(16)의 구멍 크기(28) 및 구멍 밀도(29)는 반경 방향 외측 방향으로 증가한다. 도 6의 예시에 따라 평활층(6)이 벌집형 몸체(여기서는 도시되지 않음)의 다수의 축 방향 영역에서 내측 반경 방향 영역(8) 및 외측 반경 방향 영역(9)을 통해 내내 연장된다는 사실은 (사실상) 전체 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)에서 예압 및 양호한 솔더링이 유지될 수 있다는 장점을 제공한다.
도 7은 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(여기서는 도시되지 않음)에서의 제1 셀 밀도가 외측 반경 방향 영역(9)에서의 제2 셀 밀도(여기서는 도시되지 않음)에 비해 증가되도록 설계되고 위치될 수 있는 다른 평활층(6)의 평면도를 도시한다. 이를 위해, 평활층(6)의 제1 에지(17)는, 반경 방향 영역(8)의 구역에서 최대값(20)을 갖고 외측 반경 방향 영역(9)의 구역에서 최소값(21)을 갖는 (파형) 프로파일(19)을 갖는다. 평활층(6)의 제2 에지(28)는 벌집형 몸체의 제2 단부 측(23)의 구역에서 평활층이 내측 반경 방향 영역(8) 및 외측 반경 방향 영역(9)을 통해 내내 연장되도록 직선형 디자인을 갖는다. 이것은 제2 단부 측(23)에서 벌집형 구조체(여기서는 도시되지 않음)의 예압 및 양호한 솔더링이 유지될 수 있다는 장점을 제공한다. 또한, 도 7에 도시된 평활층(6)의 형상은 평활층(6)이 예를 들어 스트립으로부터 (사실상) 낭비 없이 생성될 수 있다는 장점을 제공한다.
도 8은 원추형 벌집형 몸체(1)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 벌집형 몸체(1)는 중심 축(24)을 갖는다. 도 8의 예시에서는, 벌집형 몸체(1)의 하우징(2)과, 이 하우징(2) 내에 배열되고 유지되는, 벌집형 몸체(1)의 벌집형 구조체(3)는 벌집형 몸체(1)의 제1 단부 측(22)으로부터 벌집형 몸체(1)의 제2 단부 측(23)까지 원추형으로 넓어지는 것을 볼 수 있다. 상기 유형의 원추형 벌집형 몸체(1)는 예를 들어 적어도 하나의 평활층(여기서는 도시되지 않음)이 도 7에 도시된 바와 같이 형성되는 경우 유리하다. 이때 적어도 하나의 평활층을 권취하는 동안 벌집형 구조체(3)에 발생하는 축 방향으로 가변적인 예압이 벌집형 몸체(1)의 하우징(2)이 약간 테이퍼지는 것에 의해 (사실상) 보상될 수 있다.
여기서, 종래 기술과 관련하여 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체 및 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법이 제시되었다. 특히, 벌집형 몸체 및 방법은 벌집형 몸체에 가장 균일한 관통 흐름을 가능하게 하거나 보다 균일한 관통 흐름을 가능하게 할 수 있다. 또한, 벌집형 몸체는 용이하고 저렴하게 제조될 수 있다.

Claims (10)

  1. 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체(honeycomb body)(1)로서,
    하우징(2), 및 다수의 채널(4)을 갖는 벌집형 구조체(3)를 포함하되,
    상기 벌집형 구조체(3)는 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층(5) 및 적어도 하나의 평활층(6)을 갖게 형성되고, 상기 벌집형 구조체(3)의 단면(7)은 반경 방향 영역(8, 9)을 갖고, 상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 벌집형 구조체(3)의 적어도 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(11)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)에 비해 증가되도록 설계되고 위치된, 벌집형 몸체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 내측 반경 방향 영역(8)에만 제공되는, 벌집형 몸체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 평활층(6)의 평활층 길이(13)는 상기 내측 반경 방향 영역(8)에서보다 상기 외측 반경 방향 영역(9)에서 더 짧은, 벌집형 몸체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 평활층 길이(13)는 반경 방향 외측 방향으로 감소하는, 벌집형 몸체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 외측 반경 방향 영역(9)에 적어도 하나의 리세스(14)를 갖고, 상기 리세스(14)의 리세스 길이(15)는 반경 방향 외측 방향으로 증가하는, 벌집형 몸체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 외측 반경 방향 영역(9)에 다수의 구멍(16)을 갖고, 상기 구멍(16)의 적어도 구멍 크기(28) 또는 구멍 밀도(29)는 반경 방향 외측 방향으로 증가하는, 벌집형 몸체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 평활층(6)의 적어도 제1 에지(17) 또는 제2 에지(18)는, 상기 내측 반경 방향 영역(8)의 구역에서 최대값(20)을 갖고 상기 외측 반경 방향 영역(9)의 구역에서 최소값(21)을 갖는 프로파일(19)을 포함하는, 벌집형 몸체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널(4)은 상기 벌집형 몸체(1)의 제1 단부 측(22)으로부터 상기 벌집형 몸체(1)의 제2 단부 측(23)까지 연장되고, 상기 채널(4)은 상기 벌집형 몸체(1)의 중심 축(24)에 대해 비스듬히 이어지는, 벌집형 몸체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌집형 몸체(1)는 원추 형태인, 벌집형 몸체.
  10. 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체(1)를 제조하는 방법으로서,
    상기 벌집형 몸체(1)는 적어도 하나의 하우징(2), 및 다수의 채널(4)을 갖는 벌집형 구조체(3)를 포함하되, 상기 벌집형 구조체(3)의 단면(7)은 반경 방향 영역(8, 9)을 갖고, 상기 방법은,
    a) 적어도 하나의 적어도 부분적으로 구조화된 층(5)을 제공하는 단계;
    b) 적어도 하나의 평활층(6)을 제공하는 단계;
    c) 상기 벌집형 구조체(3)를 형성하도록 상기 층(5, 6)을 배열하고 권취하는 단계;
    d) 상기 벌집형 구조체(3)를 상기 하우징(2)에 삽입하는 단계; 및
    e) 상기 벌집형 구조체(3)를 상기 하우징(2)에 연결하는 단계를 적어도 포함하되,
    상기 적어도 하나의 평활층(6)은 상기 벌집형 구조체(3)의 적어도 하나의 축 방향 부분(10)에서 내측 반경 방향 영역(8)의 제1 셀 밀도(11)가 외측 반경 방향 영역(9)의 제2 셀 밀도(12)에 비해 증가되도록 설계되고 위치된, 배기 가스 후처리용 벌집형 몸체를 제조하는 방법.
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