WO2013191318A1 - 촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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김기영
안진열
김위강
류덕수
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Definitions

  • the present invention relates to a metal foam heating element for a catalytic converter and a method of manufacturing the same, and more particularly, a heating element capable of maximizing a specific surface area by manufacturing a heating element of an electric heater using a porous metal foam in a foam block form.
  • the present invention relates to a metal foam heating element for a catalytic converter capable of maximizing efficiency by simultaneously performing heat generation and catalytic reaction by using a catalyst coated foam as a heating element, and a method of manufacturing the same.
  • an electric heater is a heating device that uses resistance heat generated by applying electricity to a heating element.
  • Such electric heaters have been mainly developed as a heat generating element that mainly generates heat using nichrome wire.
  • the conventional electric heater has a problem in that the heat generating element such as nichrome wire is formed in an arc shape so as to be spaced apart concentrically from the center in the radial direction.
  • the present invention can produce a heating element that can maximize the specific surface area of the specific surface area by manufacturing the heating element of the electric heater in the form of a foam block using a porous metal foam, heat generation and catalyst by using a catalyst coated foam as a heating element By simultaneously implementing the reaction to provide a metal foam heating element for a catalytic converter that can maximize the efficiency and a method of manufacturing the same.
  • the first and second metal foam block having a predetermined size and shape, disposed with a predetermined gap and generating electricity when resistance is applied;
  • connection terminal coupled to one end of the first and second metal foam blocks and electrically connecting the first metal foam block and the second metal foam block to each other;
  • Metal foam heating elements for catalytic converters which are respectively coupled to the other ends of the first and second metal foam blocks and include a positive electrode terminal and a negative electrode terminal for connection with a power source, are provided.
  • the first and second metal foam blocks may be coated or uncoated with a catalyst.
  • the catalyst may include V 2 O 5 , WO 3 , SbO 3 , MoO 3 , TiO 2 , and platinum ( Pt), gold (Au), palladium (Pt), may be made of at least one or more of a noble metal catalyst such as rhodium (Rh).
  • the first and second metal foam blocks may stack at least one or more first and second metal foam blocks, or may arrange at least one or more first and second metal foam blocks in parallel.
  • At least one first metal foam block or second metal foam block may be inserted between the first metal foam block and the second metal foam block.
  • the first and second metal foam blocks have a plurality of pores, and the pores may be formed in a size within a range of 50 ⁇ m to 10000 ⁇ m.
  • the gap between the first metal foam block and the second metal foam block may be formed of 2 mm to 3 mm to enable electrical insulation, or the gap may be filled with an electrical insulator.
  • connection terminal and the first and second metal foam blocks may be coupled by a metal adhesive, a bolt, or brazing.
  • It may include a first coupling plate extending from both ends of the connection terminal for inserting and coupling the first and second metal foam blocks.
  • the anode terminal and the first metal foam block are joined by a metal bonding agent, bolts or brazing,
  • the negative electrode terminal and the second metal foam block may be coupled by a metal adhesive, a bolt, or brazing.
  • It may include a third coupling plate extending from both ends of the negative electrode terminal, for inserting and coupling the second metal foam block.
  • a method of manufacturing a metal foam heating element for a catalytic converter comprising a second coupling step of coupling the other ends of the first and second metal foam blocks with the positive terminal and the negative terminal, respectively.
  • the first and second metal foam blocks have a plurality of pores, and the pores may be formed in a size within a range of 50 ⁇ m to 10000 ⁇ m.
  • the gap between the first metal foam block and the second metal foam block may be formed of 2 mm to 3 mm to enable electrical insulation, or the gap may be filled with an electrical insulator.
  • Between the first insertion step and the placement step may include a first coating step of applying a metal bonding agent on one end of the first, second metal foam block or the inner surface of the connection terminal.
  • Between the second insertion step and the first coupling step includes a second coating step of applying a metal bonding agent on the other end of the first, second metal foam block or the inner surface of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. Can be.
  • It may include a coating step of coating the first, second metal foam block with a catalyst before the placing step.
  • the catalyst is at least one of V 2 O 5 , WO 3 , SbO 3 , MoO 3 , TiO 2 , and precious metal catalysts such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pt), rhodium (Rh) It can be made in the above.
  • the heating element of the electric heater can be manufactured in the form of a foam block using a porous metal foam to produce a heating element that can maximize the specific surface area, by using a catalyst coated foam as a heating element to generate heat and catalyst By realizing the reaction at the same time, the efficiency can be maximized,
  • the electric heater of the present invention when used in the exhaust device of the vehicle, since the porous metal foam is used as the heating element, energy can be reduced by that amount to generate air or exhaust gas.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a metal foam block of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a method of manufacturing a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic perspective view of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a schematic plan view of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a schematic perspective view of a metal foam block of a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • a metal foam heating element for a catalytic converter has a predetermined size and shape, is disposed with a predetermined gap, and is porous to generate heat of resistance when electricity is applied.
  • connection terminal coupled to one end of the first and second metal foam blocks 100 and 200 and electrically connecting the first metal foam block 100 and the second metal foam block 200 to each other.
  • first and second metal foam blocks 100 and 200 may be coupled to the other ends of the first and second metal foam blocks 100 and 200, respectively, and may include a positive terminal 400 and a negative terminal 500 to be connected to a power source.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 have a diameter of several tens of micrometers in a three-dimensional porous body made of organic and inorganic materials such as Ni, Fe, Cu, Ti, Al, Al 2 O 3 and Cr.
  • the surface can be made convex by applying organic / inorganic powders and bonding them by common bonding methods such as high temperature sintering.
  • the convex geometry of the surfaces of the first and second metal foam blocks 100 and 200 may serve to improve catalyst adhesion as well as to improve catalyst activity during catalyst coating.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 may stack at least one or more first and second metal foam blocks, and may arrange at least one of the first and second metal foam blocks in parallel. .
  • At least one first metal foam block or second metal foam block may be inserted between the first metal foam block 100 and the second metal foam block 200.
  • first and second metal foam blocks 100 and 200 may be formed of at least one selected from Ni-based metal foams, Fe-based metal foams, and NiFeCrAl-based metal foams.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 may have a plurality of pores 110 and 210, and the pores 110 and 210 may be formed in sizes ranging from several tens of micrometers to several thousand micrometers. Preferably it may be formed to a size in the range of 50 ⁇ m ⁇ 10000 ⁇ m.
  • a gap 10 is formed between the first metal foam block 100 and the second metal foam block 200 to enable electrical insulation, and the gap 10 may be formed in several mm. Preferably it may be formed of 2mm ⁇ 3mm.
  • the gap 10 may be filled with a ceramic-based electrical insulator so as to induce fluid to pass through the first and second metal foams 100 and 200 without bypassing the gap.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 may be formed in a rectangular shape such as a block, and the length, width, and thickness thereof may be adjusted as necessary.
  • first and second metal foam blocks 100 and 200 may be coated with a catalyst.
  • the catalyst may be V 2 O 5 , WO 3 , SbO 3 , MoO 3 , TiO 2.
  • noble metal catalysts such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pt), and rhodium (Rh).
  • the catalyst may not be coated on the first and second metal foam blocks 100 and 200.
  • connection terminal 300 may be formed of a plate made of phosphor bronze material for easy electric conduction.
  • connection terminal 300 and the first and second metal foam blocks 100 and 200 may be bonded by using a metal bonding agent such as a metal bond, and the like, but is not limited thereto. brazing) or the like.
  • It may include a first coupling plate 310 extending from both ends of the connection terminal for inserting and coupling the first and second metal foam blocks.
  • the positive electrode terminal 400 and the negative electrode terminal 500 may be formed of a plate made of phosphor bronze material for easy electrical conduction.
  • the positive electrode terminal 400 and the first metal foam block 100 may be bonded by a metal bonding agent such as a metal bond, and may be coupled by bolts or brazing.
  • the negative electrode terminal 500 and the second metal foam block 200 may be joined by a metal bonding agent such as a metal bond, and may be coupled by bolts or brazing.
  • it may include a second coupling plate 410 extending from both ends of the positive electrode terminal 400 for inserting and coupling the first metal foam block 100.
  • a third coupling plate 510 may be formed to extend from both ends of the negative electrode terminal 500 to insert and couple the second metal foam block 200 to each other.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 when electricity is applied to the first and second metal foam blocks 100 and 200, the first and second metal foam blocks 100 and 200 generate resistance heat to generate heat.
  • first and second metal foam blocks 100 and 200 are formed in a three-dimensional three-dimensional structure having a plurality of pores, the specific surface area is increased accordingly, and thus the heating area is widened, thereby improving the heating efficiency. Will be.
  • the metal foam heating element for the catalytic converter according to the embodiment of the present invention when used in the exhaust device of the vehicle, since the porous metal foam block is used as the heating element, energy can be reduced as much as it generates air or exhaust gas.
  • first metal foam block 100 and the connection terminal 300 are joined by a metal adhesive such as a metal bond, electricity is supplied from the first metal foam block 100 to the connection terminal 300. Can flow.
  • connection terminal 300 Since the second metal foam block 200 and the connection terminal 300 are also joined by a metal adhesive such as a metal bond, electricity may flow from the connection terminal 300 to the second metal foam block 200. have.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a method of manufacturing a metal foam heating element for a catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
  • the porous first metal foam block 100 and the porous second metal foam block 200 are arranged in parallel with a predetermined gap.
  • a second coupling step S80 for coupling the other ends of the first and second metal foam blocks 100 and 200, and the positive terminal 400 and the negative terminal 500, respectively.
  • the first and second metal foam blocks 100 and 200 may have a plurality of pores 110 and 210, and the pores 110 and 210 may be formed in sizes ranging from several tens of micrometers to several thousand micrometers. Preferably it may be formed to a size in the range of 50 ⁇ m ⁇ 10000 ⁇ m.
  • the gap 10 between the first metal foam block 100 and the second metal foam block 200 may be formed in several mm to enable electrical insulation, and more preferably in the range of 2 mm to 3 mm. have.
  • the gap 10 may be filled with a ceramic-based electrical insulator so as to induce fluid to pass through the first and second metal foams 100 and 200 without bypassing the gap.
  • One end of the first and second metal foam blocks 100 and 200 is inserted into the first coupling plate 310 of the connection terminal 300 between the arrangement step S20 and the first coupling step S50. It may include a first insertion step (S40).
  • first and second metal foam blocks 100 and 200 or a metal bond may be formed on an inner surface of the connection terminal 300. It may include a first application step (S30) for applying a metal binder.
  • a second insertion step S70 may be inserted into each of the coupling plate 410 and the third coupling plate 510 of the negative electrode terminal.
  • the other end of the first and second metal foam blocks 100 and 200, or the positive terminal 400 and the negative terminal 500 may include a second coating step (S60) for applying a metal binder such as a metal bond on the inner surface of the).
  • prior to the disposing step (S20) may include a coating step (S10) for coating the first, second metal foam blocks (100, 200) with a catalyst.
  • the catalyst consists of at least one of V 2 O 5 , WO 3 , SbO 3 , MoO 3 , TiO 2 , and precious metal catalysts such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pt), rhodium (Rh). Can be.

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Abstract

촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간극을 두고 배치되고 전기를 인가하면 저항열을 발생하기 위한 다공성의 제1, 제2 금속폼 블록; 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부에 결합되고, 상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록을 전기적으로 서로 접속시켜 주기 위한 접속 단자; 및 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부에 각각 결합되고, 전원과 접속되기 위한 양극 단자와 음극 단자를 포함한다.

Description

촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법
본 발명은 촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 히터의 발열체를 다공성의 금속폼을 이용하여 폼 블록 형태로 제작하여 비표면적을 최대화할 수 있는 발열체를 제작할 수 있으며, 촉매가 코팅된 폼을 발열체로 사용함으로써 발열과 촉매 반응을 동시에 구현함으로써 효율을 극대화 할 수 있는 촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 히터는 발열체에 전기를 인가하면 발생되는 저항열을 이용하는 발열장치이다. 이러한 전기 히터는 발열체로 주로 니크롬선을 이용하여 발열시키는 구조로 주로 개발되었다.
또한, 차량의 배기 장치 등에 사용되는 경우에는 FeCrAl 소재의 파형판(corrugated sheet)을 사용하여 디스크 타입으로 개발되었으며, 금속 섬유(metal fiber)를 이용하여 전기를 인가하여 발열시키는 구조로 개발되었다.
종래의 전기 히터는 니크롬선과 같은 발열체를 중앙에서 반경 방향을 따라 동심적으로 이격되게 호형상으로 형성하고 있으므로 그 만큼 발열체의 비표면적이 작아지게 되어 발열 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 전기 히터를 차량의 배기 장치에 이용하는 경우, 흐름이 바이패스 하는 구조이므로 공기 또는 배기가스를 발열하는데 그 만큼 많은 에너지가 소모되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전기 히터의 발열체를 다공성의 금속폼을 이용하여 폼 블록 형태로 제작하여 비표면적을 비표면적을 최대화할 수 있는 발열체를 제작할 수 있으며, 촉매가 코팅된 폼을 발열체로 사용함으로써 발열과 촉매 반응을 동시에 구현함으로써 효율을 극대화 할 수 있는 촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간극을 두고 배치되고 전기를 인가하면 저항열을 발생하기 위한 다공성의 제1, 제2 금속폼 블록;
상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부에 결합되고, 상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록을 전기적으로 서로 접속시켜 주기 위한 접속 단자; 및
상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부에 각각 결합되고, 전원과 접속되기 위한 양극 단자와 음극 단자를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체가 제공된다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록에는 촉매가 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있으며, 상기 촉매가 코팅되는 경우에 상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록은 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 적층하거나, 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 병렬로 배치할 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록의 사이에 적어도 하나 이상의 제1 금속폼 블록 또는 제2 금속폼 블록을 삽입할 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록은 다수의 기공을 가지며, 상기 기공은 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록 사이의 상기 간극은 전기 절연이 가능하도록 2mm~3mm로 형성되거나, 상기 간극은 전기 절연체로 채워질 수 있다.
상기 접속 단자와 상기 제1, 제2 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합될 수 있다.
상기 접속 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1, 제2 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제1 결합 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 양극 단자와 상기 제1 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합되고,
상기 음극 단자와 상기 제2 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합될 수 있다.
상기 양극 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제2 결합 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 음극 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제2 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제3 결합 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다공성 제1 금속폼 블록과 다공성 제2 금속폼 블록을 일정한 간극을 두고 병렬로 배치하는 배치 단계;
상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부와 접속 단자를 서로 결합시키는 제1 결합 단계; 및
상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부와, 양극 단자 및 음극 단자를 각각 결합시키는 제2 결합 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법이 제공된다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록은 다수의 기공을 가지며, 상기 기공은 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록 사이의 상기 간극은 전기 절연이 가능하도록 2mm~3mm로 형성되거나, 상기 간극은 전기 절연체로 채워질 수 있다.
상기 배치 단계와 상기 제1 결합 단계 사이에 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부를 상기 접속 단자의 제1 결합 플레이트 내에 삽입하는 제1 삽입 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 삽입 단계와 상기 배치 단계 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부 또는 상기 접속 단자의 내면에 금속 접합제를 도포하는 제1 도포 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 결합 단계와 상기 제2 결합 단계의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부를 양극 단자의 제2 결합 플레이트와 음극 단자의 제3 결합 플레이트 내에 각각 삽입하는 제2 삽입 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 삽입 단계와 상기 제1 결합 단계의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부 또는 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자의 내면에 금속 접합제를 도포하는 제2 도포 단계를 포함할 수 있다.
상기 배치 단계 이전에 상기 제1, 제2 금속폼 블록을 촉매로 코팅하는 코팅 단계를 포함할 수 있다.
상기 촉매는 상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전기 히터의 발열체를 다공성의 금속폼을 이용하여 폼 블록 형태로 제작하여 비표면적을 최대화할 수 있는 발열체를 제작할 수 있으며, 촉매가 코팅된 폼을 발열체로 사용함으로써 발열과 촉매 반응을 동시에 구현함으로써 효율을 극대화 할 수 있으며,
또한, 본 발명의 전기 히터를 차량의 배기 장치에 이용하는 경우, 발열체로서 다공의 금속폼을 이용하므로 공기 또는 배기 가스를 발열하는데 그 만큼 에너지가 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 금속폼 블록의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 개략적인 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 금속폼 블록의 개략적인 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체는, 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간극을 두고 배치되고 전기를 인가하면 저항열을 발생하기 위한 다공성의 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200);
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 일단부에 결합되고, 상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200)을 전기적으로 서로 접속시켜 주기 위한 접속 단자(300); 및
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 타단부에 각각 결합되고, 전원과 접속되기 위한 양극 단자(400)와 음극 단자(500)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 Ni, Fe, Cu, Ti, Al, Al2O3, Cr 등의 유기 및 무기 재질로 이루어진 3차원 기공체에 수십 ㎛의 직경을 가지는 유기/무기 분말을 도포하고 이를 고온 소결과 같은 일반적인 접합 방법으로 접합하여 표면을 올록볼록하게 제조할 수 있다.
이러한 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 표면의 올록볼록한 기하학적 형상은 촉매 코팅시 촉매 접착력을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 촉매 활성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 적층할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 병렬로 배치할 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200)의 사이에 적어도 하나 이상의 제1 금속폼 블록 또는 제2 금속폼 블록을 삽입할 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, NiFeCrAl계 금속폼 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 다수의 기공(110, 210)을 가지며, 상기 기공(110, 210)은 수십㎛ 내지 수천㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200)의 사이에는 전기 절연이 가능하도록 간극(10)이 형성되는데, 상기 간극(10)은 수mm로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 2mm~3mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 간극(10)은 유체가 간극을 통해 바이패스 하지 않고 상기 제1, 제2 금속폼(100, 200)을 통과하도록 유도할 수 있도록 세라믹 계열의 전기 절연체로 채워질 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 블록과 같은 직사각체 형상 등으로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 그 길이, 폭, 두께를 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)에는 촉매가 코팅될 수 있으며, 상기 촉매가 코팅되는 경우에 상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)에는 촉매가 코팅되지 않을 수도 있음은 물론이다.
상기 접속 단자(300)는 용이한 전기 전도를 위하여 인청동 재질의 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 접속 단자(300)와 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 메탈 본드(metal bond) 등과 같은 금속 접합제를 이용하여 접합될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 볼트 또는 브레이징(brazing) 등에 의하여 결합될 수 있다.
상기 접속 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1, 제2 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제1 결합 플레이트(310)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 단자(400)와 상기 음극 단자(500)는 용이한 전기 전도를 위하여 인청동 재질의 플레이트로 이루어질 수 있다.
상기 양극 단자(400)와 상기 제1 금속폼 블록(100)은 메탈 본드 등과 같은 금속 접합제에 의하여 접합될 수 있으며, 볼트 또는 브레이징(vrazing) 등에 의하여 결합될 수 있다.
상기 음극 단자(500)와 상기 제2 금속폼 블록(200)은 메탈 본드 등과 같은 금속 접합제에 의하여 접합될 수 있으며, 볼트 또는 브레이징(brazing) 등에 의하여 결합될 수 있다.
또한, 상기 양극 단자(400)의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1 금속폼 블록(100)을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제2 결합 플레이트(410)를 포함할 수 있다.
상기 음극 단자(500)의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제2 금속폼 블록(200)을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제3 결합 플레이트(510)를 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 작동에 대해서 설명한다.
외부의 전원 공급부로부터 상기 양극 단자(400)에 전원이 공급되면, 전기는 상기 양극 단자(400)로부터 상기 제1 금속폼 블록(100), 상기 접속 단자(300), 상기 제2 금속폼 블록(200), 및 상기 음극 단자(500)로 순차적으로 흐르게 된다.
이 때, 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)에 전기가 인가되면, 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 저항열을 발생시켜 발열된다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 다수의 기공을 갖는 3차원 입체 구조로 형성되어 있기 때문에 그 만큼 비표면적이 커지게 되므로, 발열 면적이 넓어지게 되어 발열 효율을 향상할 수 있게 되는 것이다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체를 차량의 배기 장치에 이용하는 경우, 발열체로서 다공성 금속폼 블록을 이용하므로 공기 또는 배기 가스를 발열하는데 그 만큼 에너지가 절감될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 접속 단자(300)는 메탈 본드와 같은 금속 접착제에 의하여 접합되어 있으므로, 상기 제1 금속폼 블록(100)로부터 상기 접속 단자(300)로 전기가 흐를 수 있다.
상기 제2 금속폼 블록(200)과 상기 접속 단자(300)도 메탈 본드와 같은 금속 접착제에 의하여 접합되어 있으므로, 상기 접속 단자(300)로부터 상기 제2 금속폼 블록(200)으로 전기가 흐를 수 있다.
또한, 상기 제1, 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200)의 사이에는 일정한 간극(10)이 형성되어 있으므로, 상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200)의 절연이 가능하다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)에는 촉매가 코팅되어 있으므로, 발열과 촉매 반응을 동시에 구현함으로써 효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법은, 다공성 제1 금속폼 블록(100)과 다공성 제2 금속폼 블록(200)을 일정한 간극을 두고 병렬로 배치하는 배치 단계(S20);
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 일단부와 접속 단자(300)를 서로 결합시키는 제1 결합 단계(S50); 및
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 타단부와, 양극 단자(400) 및 음극 단자(500)를 각각 결합시키는 제2 결합 단계(S80)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)은 다수의 기공(110, 210)을 가지며, 상기 기공(110, 210)은 수십㎛ 내지 수천㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속폼 블록(100)과 상기 제2 금속폼 블록(200) 사이의 간극(10)은 전기 절연이 가능하도록 수mm로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 2mm~3mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 간극(10)은 유체가 간극을 통해 바이패스 하지 않고 상기 제1, 제2 금속폼(100, 200)을 통과하도록 유도할 수 있도록 세라믹 계열의 전기 절연체로 채워질 수 있다.
상기 배치 단계(S20)와 상기 제1 결합 단계(S50) 사이에 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 일단부를 상기 접속 단자(300)의 제1 결합 플레이트(310) 내에 삽입하는 제1 삽입 단계(S40)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 삽입 단계(S40)와 상기 배치 단계(S20) 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 일단부 또는 상기 접속 단자(300)의 내면에 메탈 본드 등과 같은 금속 접합제를 도포하는 제1 도포 단계(S30)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 결합 단계(S50))와 상기 제2 결합 단계(S80)의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 타단부를 상기 양극 단자(400)의 제2 결합 플레이트(410)와 상기 음극 단자의 제3 결합 플레이트(510) 내에 각각 삽입하는 제2 삽입 단계(S70)를 포함할 수 있다.
상기 제2 삽입 단계(S70)와 상기 제1 결합 단계(S50)의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)의 타단부 또는 상기 양극 단자(400) 및 상기 음극 단자(500)의 내면에 메탈 본드 등과 같은 금속 접합제를 도포하는 제2 도포 단계(S60)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배치 단계(S20) 이전에 상기 제1, 제2 금속폼 블록(100, 200)을 촉매로 코팅하는 코팅 단계(S10)를 포함할 수 있다.
상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (20)

  1. 일정한 크기와 형상을 갖고, 일정한 간극을 두고 배치되고 전기를 인가하면 저항열을 발생하기 위한 다공성의 제1, 제2 금속폼 블록;
    상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부에 결합되고, 상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록을 전기적으로 서로 접속시켜 주기 위한 접속 단자; 및
    상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부에 각각 결합되고, 전원과 접속되기 위한 양극 단자와 음극 단자
    를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 금속폼 블록에는 촉매가 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있으며, 상기 촉매가 코팅되는 경우에 상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 금속폼 블록은 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 적층하거나, 적어도 하나 이상의 제1, 제2 금속폼 블록을 병렬로 배치하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록의 사이에 적어도 하나 이상의 제1 금속폼 블록 또는 제2 금속폼 블록을 삽입하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 금속폼 블록은 다수의 기공을 가지며,
    상기 기공은 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성되는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록 사이의 상기 간극은 전기 절연이 가능하도록 2mm ~ 3mm로 형성되거나, 상기 간극은 전기 절연체로 채워지는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접속 단자와 상기 제1, 제2 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합되는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접속 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1, 제2 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제1 결합 플레이트를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극 단자와 상기 제1 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합되고,
    상기 음극 단자와 상기 제2 금속폼 블록은 금속 접합제, 볼트 또는 브레이징(brazing)에 의하여 결합되는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제1 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제2 결합 플레이트를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 음극 단자의 양단부로부터 연장 형성되고, 상기 제2 금속폼 블록을 삽입하여 결합시켜 주기 위한 제3 결합 플레이트를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체.
  12. 다공성 제1 금속폼 블록과 다공성 제2 금속폼 블록을 일정한 간극을 두고 병렬로 배치하는 배치 단계;
    상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부와 접속 단자를 서로 결합시키는 제1 결합 단계; 및
    상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부와, 양극 단자 및 음극 단자를 각각 결합시키는 제2 결합 단계
    를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1, 제2 금속폼 블록은 다수의 기공을 가지며,
    상기 기공은 50㎛ ~ 10000㎛ 범위 내의 크기로 형성되는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 금속폼 블록과 상기 제2 금속폼 블록 사이의 상기 간극은 전기 절연이 가능하도록 2mm ~ 3mm로 형성되거나, 상기 간극은 전기 절연체로 채워지는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 배치 단계와 상기 제1 결합 단계 사이에 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부를 상기 접속 단자의 제1 결합 플레이트 내에 삽입하는 제1 삽입 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 삽입 단계와 상기 배치 단계 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 일단부 또는 상기 접속 단자의 내면에 금속 접합제를 도포하는 제1 도포 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 결합 단계와 상기 제2 결합 단계의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부를 양극 단자의 제2 결합 플레이트와 음극 단자의 제3 결합 플레이트 내에 각각 삽입하는 제2 삽입 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 삽입 단계와 상기 제1 결합 단계의 사이에는 상기 제1, 제2 금속폼 블록의 타단부 또는 상기 양극 단자 및 상기 음극 단자의 내면에 금속 접합제를 도포하는 제2 도포 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 배치 단계 이전에 상기 제1, 제2 금속폼 블록을 촉매로 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 촉매는 상기 촉매는 V2O5, WO3, SbO3, MoO3, TiO2, 및 백금(Pt), 금(Au), 팔라듐(Pt), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 촉매 중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 촉매 변환기용 금속폼 발열체의 제조 방법.
PCT/KR2012/004961 2012-06-21 2012-06-22 촉매 변환기용 금속폼 발열체 및 그 제조 방법 WO2013191318A1 (ko)

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