KR101066321B1 - 노치가 경감된 미세구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속박판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 배기 시스템에서 고온과 동적 부하를 영원히 견딜 수 있는 촉매에 의해 활성화된 물질용 담체로 사용하기 위한 금속박판에 관한 것이다.
담체, 미세구조, 슬리트, 리세스

Description

노치가 경감된 미세구조{Microstructure relieved of notching}
본 발명은 금속박판에 관한 것으로, 특히 상기 금속박판은 자동차 내연기관에서 배기가스의 정제를 위해 촉매반응에 의해 활성화하는 물질용 담체로 사용하기 위한 것으로, 상기 금속박판은 그 내부 영역을 연장시키고, 상기 금속박판의 미세구조를 부분적으로 한정하도록 하는 적어도 하나의 슬리트(slit)를 포함하여 구성되되, 상기 미세구조는 상기 금속박막의 표면으로부터 돌출되어 있다.
예를 들면, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진과 같은 자동차 내연기관의 배기가스 처리에 있어, 상대적으로 큰 표면적을 제공하는 배기가스 라인 부품 또는 구조의 배치는 이미 잘 알려져 있다. 이러한 부품은 일반적으로 촉매반응을 통해 활성화 하거나 코팅과 같은 흡착제로서 제공되고, 유입되는 배기가스는 상기 부품의 큰 표면적으로 인해 서로 밀접하게 접촉하게 된다.
예를 들면, 상기 부품은 상기 배기가스에 함유된 입자들을 여과하기 위한 필터부재, 상기 배기가스에 함유된 오염물질(예를 들면, NOx)을 적어도 일시적으로 저장하기 위한 흡착재, 촉매변환기(예를 들면, 3-방식 촉매변환기, 산화형 촉매변환기, 환원형 촉매변환기 등), 유입되는 배기가스의 유동을 선회시키거나 유동에 영 향을 미치는 확산기(diffuser), 또는 내연기관의 상온시동(Cold Starting) 후 소정의 온도로 상기 배기가스를 가열하는 가열부재를 포함한다. 자동차의 배기가스 시스템의 사용조건의 관점에서, 기본적으로 다음과 같은 담체 재료, 세라믹 하니컴 바디, 사출 성형 된 하니컴 바디 및 금속박판으로 구성된 하니컴 바디등을 사용하는 것이 적절함은 이미 입증되고 있다. 이러한, 담체 재료가 항상 그들의 기능에 적합하다는 사실에 의해, 고온 및 부식에 저항성이 있는 금속박판은 특히 상술한 초기 재료로서 제공되는 것이 적절하다.
다수의 적어도 부분적으로 구조화된 금속박판을 갖는 하니컴 바디를 제조하는 것은 일반적으로 알려져 있는 바, 상기 하니컴 바디는 계속하여 하우징으로 끼워지게 되어 담체(carrier body)를 형성하게 되고, 상기 담체에는 하나 또는 그 이상의 상술한 코팅이 제공될 수 있다. 상기 적어도 부분적으로 구조화된 금속박판은 반드시 서로 평행하게 배열되는 덕트가 형성되는 방식으로 배열된다. 이를 보증하기 위해 예를 들면, 상기 몇몇의 금속박판은 규칙적으로 반복되는 구조에 의해 구별되는 제1 구조 또는 표면구조를 구비하도록 하여 제공되는 바, 구체적으로 사인 파동과 같은 종류, 톱니 구조, 직사각형 파동, 삼각형 파동, 오메가 파동 또는 그와 같은 종류를 갖도록 형성된다. 1차 구조로 제공된 상기 금속박판은 그리고 나서 겹쳐져서 쌓이고(가능하다면, 매끄러운 중간층이 서로 적절히 엇갈리도록), 서로 연결되어 하우징에 끼워지게 된다. 이로 인해, 상기 하니컴 바디는 서로 평행한 덕트를 구비하여 형성된다.
상술한 바와 같은 종류의 금속 박판 내에 2차 구조를 끼워넣는 것은 일반적 으로 잘 알려져 있는 바, 구체적으로, 상기 2차 구조에 의해 상기 하니컴 바디 속으로 상기 배기 가스가 유입된 후 곧바로 층류 유동의 형성을 방지하도록, 촉매에 의해 활성화한 덕트 벽 영역을 구비한 덕트 중앙에 놓인 연소가스 흐름의 영역에서의 가스교환은 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 2차 구조 또는 미세구조는 덕트 내부에서 상기 부분적 배기가스 흐름을 선회(swirling) 시키는 것과 같은 결과를 초래하는 유입 면을 제공한다. 이것은 상기 일부 배기가스 흐름의 강한 혼합을 유도하고, 그 결과, 상기 덕트 벽과 상기 배기가스 속에 함유된 오염물질의 긴밀한 접촉을 보장한다. 더 나아가, 상기 덕트 벽은 상술한 2차 구조의 사용에 의해, 인접한 덕트에서 일부 배기가스 흐름의 가스 변환을 허용하는 상기 덕트 유입 통로에 대해 수직으로 형성하는 것이 가능하다. 이러한 이유로, 상기 2차 구조는, 예를 들면, 안내 표면, 미세구조, 돌기(Bosses), 프로젝션, 날개(wing), 탭(tab), 홀등을 포함하여 구성되는 것으로 알려졌다. 이것은 세라믹 재료로 구성된 하니컴 바디와 비교하여 금속의 하니컴 바디의 생산에 있어 현저하게 증가된 변화를 가져옴을 알 수 있다. 이는 여기서, 상술한 복잡한 덕트 벽은 실행될 수 없거나, 또는 이를 실현하기 위해 기술적으로 높은 정도의 수준이 요구되기 때문이다.
나아가, 배기가스의 취급에 있어, 배기가스에 포함된 오염물질의 전환이 엔진의 시동 후 즉각적으로 발생하게 된다면 특히 유용하다. 이 경우, 법에 의해 규정된 경우에 따르면, 상기 배기가스 속에 함유된 오염 물질의 변환이 상기 엔진에 시동이 켜진 후 바로 발생한다면 특히 높은 효율을 발생한다고 되어 있다. 이런 이유로 증가된 얇은 금속박판이 과거에 많이 사용되었다. 이러한 매우 얇은 금속 박판은 매우 낮은 표면 비열능력을 가지고 있다. 다시 말해, 상대적으로 낮은 열이 상기 배기가스 유입 또는 상기 금속박판으로부터 발산하게 되어, 상기 금속박판 자체의 온도는 상대적으로 매우 빠르게 증가하게 된다. 이것은 상기 배기 시스템에서 현재 사용되는 상기 촉매에 의해 활성화 된 코팅은 단지 230℃에서 270℃ 정도의 라이트-오프(light-off) 온도로부터 상기 오염물질을 변환시키기 때문에 중요하다.
상기 금속박판은 몇 초 후 적어도 98%의 효율로 상기 오염물질을 변환시킬 수 있는 정도의 두께를 구비하도록 사용되어 왔으며, 한 예로, 약 20㎛보다 작은 두께를 갖는다.
그러나, 상술한 목적은 제조 및 사용에 있어 많은 문제점을 초래한다. 특히, 2차 구조 또는 미세구조와 같은 섬세한 구조물들의 생산은 특히 정확하게 동작하는 공구들과 매우 비싼 공구들을 필요로 한다. 따라서, 그들은 긴 서비스 시간을 요구한다. 이와 관련하여, 그것은 한편으로는 성형, 다른 한편으로는 적절할 경우 분할 제작 단계로 실행되어야 한다는 것을 기억해야 한다. 상술한 공구의 비용을 감소시키기 위해, 가능한 한 많은 기계적 단계가 하나의 공구에 일체로 형성되어야 하고, 2차 구조의 배치로 인해, 증가하는 마모는 공구상에서 도시 되어진다. 더욱이, 가능하다면 바람직하지 않은 냉각 변형에 노출되는 것 없이, 비교적 얇은 금속박판은 적당한 속도로 공급되어야 하는 문제가 있다. 경화변형은 상기 금속박판의 특성형성에 악 영향을 미치게 된다.
게다가, 상기 작은 재료 두께 때문에, 상기 금속박판은 주름지고(crease), 말려지거나(roll up) 또는 찢어지는(tear) 위험이 있다. 이런 원치 않은 손상들은 생산 및/또는 수송 또는 자동차 배기 시스템에서 사용하는 동안 발생될 수 있다.
특정 환경 하에서, 자동차의 상기 배기 시스템에서 고온과 동적 부하의 결과로, 상기 주름의 결과는 덕트를 막거나 크랙을 형성하는 문제를 발생시킨다. 이에 따라, 상기 하니컴 바디의 일체적 결합이 위험한 상태에 놓일 수 있다. 더욱이, 1차 및/또는 2차 구조가 배기가스의 반대편에 제공되는 바람직하지 않은 방식으로 주름지거나 변형된다는 것을 기억해야 하며, 그 결과, 특정 환경 하에서 하니컴 바디의 증가된 동적 압력 상승은 엔진 파워의 감소를 이끌 수 있다는 것을 유의해야 한다.
상술한 내용으로부터, 본 발명의 목적은 담체에 관한 것으로, 구체적으로는 자동차의 배기 시스템에서 고온과 동적 부하를 영원히 견딜 수 있는 촉매적으로 활성화된 물질에 관한 것이다. 특히, 상술한 바와 같은 기술적 문제점은 해소되어야 하는 바, 비록 복잡한 구조 및 상대적으로 넓고 강한 표면이 제공되는 경우라도, 매우 높은 내구성을 구비하여야 한다. 구체적으로, 담체 내부의 금속박판의 구조를 가능한 한 오랜 시간 유지하도록 하여야 하고, 또한 배기가스의 정제를 효과적으로 행해야만 한다.
상술한 목적들은 청구항 제 1항의 특징을 갖는 금속박판과 청구항 제 10항의 특징에 따른 금속박판을 포함하는 담체에 의해 달성된다. 특히, 미세한 구별들은 각 독립항에 구체적으로 묘사되어 있고, 상기 특징들은 서로 적절하게 결합 될 수 있도록 개별적으로 나열하였다.
따라서, 본 발명에 따른 금속박판은 상기 금속박판 내부 영역에 배열되는 적어도 하나의 슬리트를 포함하고, 상기 슬리트는 상기 금속박판의 미세 구조를 적어도 부분적으로 범위를 정하며, 상기 미세구조는 상기 금속박판의 표면 구조에서 돌출된다. 상기 금속박판은 적어도 하나의 가장자리 영역에 리세스가 형성되는 것을 특징으로 한다.
첫째, 다수의 슬리트는 상기 금속박판의 내부 영역에 위치하고, 적어도 하나의 슬리트가 상기 금속박판의 내부 영역으로 연장되도록 한다. 다시 말해, 상기 슬리트는 상기 금속박판의 가장 자리와 접촉하지 않기 때문에 상기 금속박판의 상기 물질에 의해 완벽하게 각각의 경계가 이루어진다. 그러나, 상기 슬리트가 복잡한 방법으로 만들어지면, 다시 말해, 상기 슬리트가 한 방향으로 연장되지 않고 적어도 두 방향(I형 대신, 예로, V-, W-, T-, X형 또는 유사한 방법으로 형성된)으로 연장되면, 상기 복잡한 슬리트의 모든 가장자리 영역에 리세스를 제공하는 게 가능하다.
한편, 상기 금속박판 자신을 통해 유동 변환을 고려하고, 다른 한편으론, 상기 슬리트가 이전에 설명된 것처럼 미세구조 또는 2차 구조의 형태로 제공되기 때문에 상기 금속박판의 내부영역에 놓여진 슬리트는 차례대로 상기 재료 속에 삽입된다. "미세구조"는 대개, 위치상으로 상기 금속박판 내부나 상기 금속박판 상에서 범위가 정해진 돌기, 주름, 업밴드(upbends) 등의 의미로 이해된다. 상기 미세구조는 예로, 보스(boss), 윙(wing), 모서리(cant) 또는 구조물과 같은 그 밖의 형태로 형성될 것이다. 그 중에서도, 상기 미세구조는 상기 금속박판의 표면을 따라 정해진 유체 흐름에 영향을 주어 선회(swirling)을 발생시키고, 평온 영역(calming zone)을 발생시킨다. 여기서, 평온 영역은 유동에 있어 난류 또는 유동속도의 감소를 가져오는 영역이다. 이와 같은 미세구조들의 동작 또는 구성은 WO 01/80978 A1에 개시되어 있다.
또한, 상기 금속박판은 이러한 미세구조뿐만 아니라 표면구조 또는 제 1 구조로 알려진 구조를 갖는다. 이것은 상기 금속박판 그 자신은 평평한 구조가 아닌 오버라이딩(overriding) 구조를 갖는다는 것을 의미한다. 자동차의 배기 시스템에서 촉매반응으로 활성화 된 물체에 대한 담체로서 사용되는 금속박판은 이 금속박판이 담체를 형성하기 위해 다른 금속박판과 함께 형성될 때 수 많은 덕트를 형성하는 표면 구조를 제공한다. 일반적으로, 이러한 표면 구조는 물결 모양과 같거나 지그재그 형태의 무늬를 갖는다. 상기 물결 모양이 사인파 주름형이거나 오메가형 주름과 관련되어 있다는 점에서 이는 적절히 증명될 수 있다. 이러한 표면 구조는 대개 상기 금속박판의 전체 길이 또는 담체 결과물의 전체 길이에 이르고 어떤 상황하에서는 상기 알려진 길이들을 넘어 상기 표면 구조의 폭 또는 높이의 변화는 연속적이거나 갑작스럽게 변화된다. 요약하면, 상기 미세구조가 우선 상기 표면 구조에 의해 형성된 덕트의 내부에서 유동의 영향을 초래하도록 의도된 경우 상기 표면 구조는 유체가 흐를 수 있는 곳을 관통하는 상기 담체 덕트의 축 방향에서의 형성을 위해 제공하는 것으로 추정된다. 상기 미세구조는 상기 덕트보다 크거나 높게 만들어지는 것은 허용되지 않고, 상기 미세구조가 상기 덕트의 내부영역으로 연장되도록 설계된다. 상기 덕트의 형태에 따라, 상기 미세구조는 내부 영역의 바람직한 지점으로 연장될 수 있다. 즉, 상기 바람직한 지점이란, 바닥면이나 측면 둘 다 또는 천장영역을 의미한다.
본 발명에 따르면, 상기 슬리트는 적어도 하나의 가장자리 영역에 리세스를 구비하도록 제안되었다. 그리고, 상기 슬리트의 모든 가장자리 영역은 동일한 형태의 리세스를 구비하고, 상기 슬리트는 선형(I형)이다. 이것은 상기 가장자리 영역이 일반적으로 하나의 점이나 극히 작은 반경(예로, 0.05㎜보다 작은)으로 끝난다는 것을 의미한다. 상기 슬리트는 일반적으로 스탭핑(stamping) 같은 제조 방법에 의해 만들어지기 때문에 상기 슬리트는 직선(I형)으로 형성된다.
상기 미세구조를 제조하기 위해, 상기 슬리트 근처에 일직선으로 위치한 상기 금속박판의 영역은 적절한 공구에 의해 위로 구부러지고, 그 결과, 안내 표면이 형성된다.
이렇게 구부러지는 동작의 결과로, 상기 슬리트 주변의 가장 자리에 있는 상기 재료는 고압을 받게 되어 발생하는 변형 경화 진행에 의해 변화된 열 및 상기 슬리트 주변의 금속박판의 변화를 이끌어 낼 것이다. 때때로 자동차 배기 시스템에서, 안내 표면이나 상기 금속박판에 따른 상당한 부하들은 상기 슬리트의 가장자리에 명확한 노치를 남길 것이다. 상기 슬리트의 가장 자리에서 만들어진 크랙은 상기 담체의 전체 기능이 위험 상태에 놓일 만큼 상기 금속박판의 재료 속으로 더욱더 크게 퍼질 것이다. 게다가, 분리된 파편들은 배기가스 정화를 위해 따르는 부품들을 통해 흐르게 되고 상기 부품들 쪽으로 부딪치는 상기 배기가스의 흐름 때문에 상당히 그 움직임은 더 가속될 것이다. 또한, 그들은 상기 덕트를 방해하고, 작은 구멍을 막으며, 재료를 벗기고, 코팅을 쓸모없게 한다.
상술한 효과들은 상기 슬리트의 적어도 하나의 가장자리에 있는 리세스에 의해 확실하게 피해질 수 있다. 이러한, 리세스는 상대적으로 큰 반경을 갖기 때문에 상기 금속박판의 영역이 때때로 상당히 훼손 될 수는 있어도, 상술한 바와 같은 노치의 영향은 발생하지 않을 것이다. 오히려, 상기 슬리트는 그 자신의 가장자리 영역들 각각에 상술한 리세스를 갖는다. 이 경우, 상기 교차된 슬리트는 각각의 말단 영역에서 리세스가 제공될 수 있다. 다시 말해, 리세스는 슬리트의 연장을 의미하고, 보다 넓은 슬리트는 말단 영역에서 공급된다. 횡단면 주변에 둥근 끝 플랭크(flank), 밑 도려내기 또는 단순한 모양을 갖는 보다 넓게 형성된 홈들은 이러한 목적에 적합하다. 게다가, 상기 리세스는 하나 또는 그 이상 뒤틀린 형태로 설계되거나, 또는 상기 슬리트의 말단 영역이 모난 형태로 설계된다. 이 경우, 상기 말단 영역은 상기 리세스와 연관된 다른 형태로 구성되는 것이 가능하다. 상기 리세스를 갖는 슬리트의 제조는 예로, (레이저 빔)커팅, 스탬핑, 스피닝 또는 금속박판의 분할과 비슷한 방법 등의 분할 제조 방법과 같은 단순한 방법으로 할 수 있다.
상기 금속박판의 표면 구조는 세로 방향으로 연장되는 파 마루와 파 골에 의해 물결 모양의 형태를 갖는다. 특히, 물결 모양 형태는 상기 금속박판이 하나의 모서리로 보여 질 때 볼 수 있는 사인파형을 포함한다. 상기 파 마루와 파 골은 상기 금속박판의 전체 축 길이에 걸쳐 서로 평행하게 퍼진다.
이 경우, 상기 물결 모양 형태는 파장과 파고에 의해 묘사될 수 있고, 상기 파고에 대한 파장의 비율은 1.0 내지 3.0의 범위, 특히, 1.1 내지 2.5 범위이거나, 바람직하게는 1.3 내지 2.0의 범위인 게 적절하다. 대개, 파 마루와 파 골은 각각 물결 모양 형태의 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점을 의미한다. 이 경우에 있어 파장은 두 개가 일직선으로 인접한 상기 표면 구조의 동일한 양단들 사이, 예로, 일직선으로 인접한 두 개의 파 마루 사이 또는 일직선으로 인접한 두 개의 파 골 사이의 거리를 나타낸다. 파고는 두 개의 다른 양극단 사이의 높이 차이, 즉, 파 마루로부터 파 골까지의 높이 차이를 나타낸다. 그 결과, 상기 파고와 파장은 서로 수직이 된다. 이는, 제조 시 파고나 파장의 편차가 불가피하게 발생한다는 것을 가리킨다. 여기서 구체화된 특성 값은 통계적으로 주요한 값을 구성하고, 제조 허용오차는 어느 정도 발생할 수 있다.
이곳에 상술 된 파장과 파고의 비율은 상기 금속박판의 변형 정도를 나타낸다. 첫째, 상기 금속박판이 평면이고, 상기 표면 구조는 웨이브-롤링(wave-rolling) 법에 의해 형성된다고 가정하면, 파고에 대한 파장의 낮은 비율, 예로, 2.0 보다 낮은 파고에 대한 파장의 비율은 파 마루부터 파 골까지의 높이 차가 상대적으로 크더라도 파 마루 또는 파 골이 비교적 가깝게 서로 나란히 배열된다는 것을 의미한다. 그 결과, 매우 가파르게 동작하는 플랭크(flank)를 갖는 비교적 가느다란 덕트들이 형성된다. 명확히, 상기 금속박판이 심하게 변형하는 곳에서는 심지어 생산하는 동안이라도 재료 약화의 위험성이 있다. 따라서, 공구의 마모가 증가할 경우 크랙이 확산 될 것이다. 그런 금속박판에 대해 상기 슬리트의 가장자리에 리세스를 제공하는 것은 매우 유용하다.
이에 따라, 상기 금속박판의 표면 구조로부터 시작되는 안내 표면을 포함하고, 세로 방향으로 기울어지며, 각도는 10°내지 35°의 범위가 되도록 형성된다. 상기 안내 표면은 상기 금속박판의 표면 상에 일부 유동을 벗겨내고, 원하는 영역으로 그들을 조정하기에 적합하다. 또한, 안내 표면은 독일 실용 모델 제201 17 873에 개시되어 있다.
바람직한 본원발명의 실시예에 따르면, 본원발명의 상기 금속박판은 상기 미세구조의 범위를 적어도 부분적으로 한정하는 두 개의 슬리트를 구비한다. 다시 말해, 상기 미세구조 중 적어도 하나는 한 쌍의 슬리트에 의해 두 방향으로 범위가 정해지고, 상기 한 쌍의 슬리트 사이에 놓인 상기 금속박판의 영역은 압력이 가해지게 된다. 그렇지 않으면, 상기 금속박판의 영역은 일반 표면 구조에 대해 변형을 가지게 된다. 대개, 이 경우 표면은 상기 배기가스의 흐름 방향에 대해 비스듬하게 형성되지 않는다. 그 결과, 더 낮은 상기 가스 흐름의 전환이 여기서 발생하게 된다. 이것은 압력 손실의 영향을 발생시키게 되고, 이는 미세구조가 더 낮은 유동 저항을 제공하기 때문이다.
상기 적어도 하나의 리세스는 원형 형태를 갖도록 형성되고, 특히, 곡률반경을 갖는 원호로 구성된다. 이때, 곡률반경은 적어도 0.1㎜이다. 테스트는 0.1㎜ 보다 큰, 특히, 0.2㎜ 보다 크거나 동일한 곡률 반경으로 이루어진 경우 슬리트로부터 시작하는 크랙 형성 또는 크랙 전달이 현저하게 감소 되는 것을 보여주었다. 이것은 금속박판의 현저히 감소된 응력의 원인이 되고, 때때로 이는 단순한 슬리트와 비교하여 단지 30% 보다 적은 영역에서 발생된다. 상기 슬리트의 가장자리 영역에서 감소 된 압력은 크랙의 형성을 방해한다.
상기 금속박판에 따르면, 금속박판의 세로 방향으로 평행한 라인 및/또는 세로 방향에 수직한 열에 다수의 미세구조들이 제공된다. 상기 미세구조는 파 마루 상에 위치하거나 파 골 내에 위치하여 배열된다. 즉, 상기 미세구조는 상기 파 골 쪽으로 연장하는 상기 파 마루 상에 배열되고, 상기 미세구조는 상기 파 마루 쪽으로 연장하는 상기 파 골 상에 배열된다. 다시 말해, 상기 미세구조는 금속박판이 평면상에 평탄하게 위치할 때 파 마루 또는 파 골 각각에 의해 정의된 두 개의 평면 안에 배열된다. 상기 미세구조는 담체의 경우에 있어 상기 흐르는 덕트 안에 배열된다. 서로 연관된 그들의 배열에 의해 상기 금속박판의 길이 또는 폭에 걸친 상기 라인 또는 열의 옵셋이 또한 가능하다.
상기 금속박판은 고온 로드-베어링 능력을 가지고 부식-방지 능력을 구비하는 알루미늄, 크롬을 포함하는 강철로부터 형성되고, 상기 금속박판은 0.015㎜ 내지 0.15㎜ 범위, 특히, 0.03㎜ 내지 0.08㎜ 범위의 금속박판 두께를 구비한다. 이와 교대로, 그것은 니켈 기반이나 그의 합금을 갖는 금속박판을 사용하는 게 가능하다. 이곳에 상술 된 재료들은 자동차 배기 시스템의 조건 아래서 사용하기에 적당하다는 게 증명되고 있다. 상기 금속박판의 두께는 사용 장소 또는 상기 배기 시스템에서 상기 금속박판의 사용이 의도된 기능에 따라 선택된다. 더 높은 금속박판 두께는 증가 된 열 능력을 나타내고, 그런 금속박판들은 열 저장고로서 사용될 것이다. 따라서, 박판 두께의 증가는 안정성 증가를 초래하고, 이런 금속박판들이 특히 높은 동적 부하에 노출될 수 있다. 대략 0.05㎜ 내지 0.015㎜ 범위의 상대적으로 얇은 금속박판은 상대적으로 낮은 열 능력을 갖고, 이런 금속박판은 주변 온도에 빠르게 적응한다. 이것은 내연기관의 출발 시동 후 이들이 상기 배기가스 유입에 의해 빠르게 뜨거워지고, 그들에게 촉매 유착이 빠르게 작동하는 것을 가능하게 한다.
상기 미세구조는 파고의 0.3 내지 0.95(30% ~ 95%)의 범위, 바람직하게는 파고의 0.5 내지 0.8(50% ~ 80%)의 범위에 놓인 상기 표면 구조에서 최대 범위를 갖는다. 상기 미세구조는 명백히 상기 금속박판의 표면 구조 밖에 있다. 오직 이런 방식으로, 상기 금속박판을 통과하여 유동하는 배기가스는 층류에서 난류로 전이되어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배기가스 정제를 위한 부품으로서 담체는 다수의 적어도 부분적으로 구조화된 금속박판을 포함한다. 이러한 금속박판은 유체가 상기 담체를 관통하여 흐를 수 있는 것과 같은 방법으로 겹쳐지고 및/또는 구부러진다. 상기 다수의 금속박판 중 적어도 하나는 위에 상술 된 것과 같은 금속박판이다.
상기 담체는 세로 방향으로 연장되고, 상기 금속박판의 표면 구조와 상기 유체의 유동에 영향을 주기 위한 수단을 갖는 적어도 하나의 미세구조에 의해 적어도 부분적으로 형성된 다수의 덕트를 갖고, 상기 유체가 상기 담체를 관통하여 흐를 때 인접한 덕트들 쪽으로 인도된다. 다시 말해, 유동영향은 부분적으로 비스듬하거나 상기 덕트들의 세로 방향 또는 상기 배기가스의 주요 흐름 방향에 수직인 방향에서 발생한다. 이 경우, 상기 미세구조는 유동에 영향을 주기 위한 수단을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 미세구조는 예를 들면, 보스(bosses), 오리피스(orifices), 단계(steps), 업셋(upsets) 등 상기 배기가스의 규정된 편향을 초래하는 안내 표면에 의해 형성되는 것이 가능하다.
상기 담체는 100 내지 1000cpsi(단위 인치 당 셀 수; 단위 센티미터 당 1개의 덕트에 응답하는 단위 인치 당 6.45개의 덕트들)범위 바람직하게는 300 내지600cpsi 범위의 덕트 밀도를 갖는다. 이 경우, 상기 금속박판은 1.3 내지 2.0 범위에 놓인 파고에 대한 파장의 비율을 갖는다.
본 발명에 따른 담체의 일 실시예에 따르면, 이것은 적어도 일부 영역(세로 방향) 세로 방향에서 수직으로 횡단면 위에 미세구조의 균일 분포를 갖는다. 다수의 덕트들은 상기 담체를 관통하는 상기 배기가스의 주요 유동 방향과 동일한 상기 담체의 세로 방향에 나타난다. 이와 수직인 횡단면이 고려된다면, 상기 덕트들은 하니컴 구조로서 인식될 수 있다. 그런 횡단면을 고려하여, 거기에는 미세구조(통계적 개념에서)의 균일 분포가 있다. 다시 말해, 이것은 인접한 미세구조들 쪽으로 동일한 거리가 있다는 것을 의미하고 및/또는 한정된 수의 덕트들 각각이 특정 지역 단위로 배열된다는 것을 의미한다. 이것은 특히 상기 금속박판 또는 담체 상에 대칭적인 부하를 초래하고, 여기서, 최고 압력은 감소 될 수 있다.
다수의 미세구조는 상기 담체의 세로 방향에서 수직하게 횡단면에 배열되고, 이를 관통하는 상기 유체 흐름은 다른 방향에서 부분적으로 편향되는 방법으로 구성된다. 특히, 외부 방향으로의 편향(a radially outward deflection)은 상기 횡단면의 하나의 일부 영역에 있는 상기 미세구조에 의해 발생 될 수 있다. 반면에, 상기 횡단면의 인접한 일부 영역에서 이에 비스듬하게 움직이는 반대 방향 또는 비스듬한 방향으로 상기 유체 또는 배기가스의 편향이 발생 될 수 있다. 그리하여, 나선 형상으로 감겨있는 금속박판이 관련되어 있는 곳에서는 오직, 외부 방향으로의 편향이 발생되고, 단순히 구부려지거나 또는 쌓여있는 경우에 있어서는, 나선형(involute), s-형상 또는 금속박판의 배치형태와 유사한 형상이 발생할 수 있으며, 이는 인접한 영역의 미세구조의 다른 지점에서도 가능하다. 이것은 보다 복잡한 유체 혼합 패턴을 초래한다.
더욱이, 상기 담체는 적어도 하나의 금속박판에 더하여 구성요소들의 다음 그룹으로부터 적어도 하나를 포함한다.
- 상기 금속박판의 표면구조의 양 단에 기대어 형성되고, 바람직하게는 상기 담체에 연결되는 적어도 하나의 매끄러운 금속층과,
- 상기 금속박판의 표면구조의 양 단에 기대어 형성되고, 바람직하게는 상기 담체에 연결되는 적어도 하나의 투과성 섬유층과,
- 적어도 일부에서 담체를 둘러싸는 적어도 하나의 하우징과,
- 적어도 묶인(tie-up) 영역에서 상기 담체를 둘러싸고, 하우징에 구속되는 적어도 하나의 슬리브와,
- 상기 담체의 적어도 하나의 섹터에서 제공되는 적어도 하나의 코팅과,
- 적어도 하나의 측정장치.
상기 매끄러운 금속층에 관해, 알려진 바와 같이 매끄러운 금속층과 구조화된 금속박판은 서로 번갈아 쌓이고, 각각의 경우 덕트들의 범위가 정해진다는 것이 이미 언급되었다. 매끄러운 금속층과 구조화된 금속박판의 상술한 적층은 그들이 원하는 담체 형상의 횡단면을 가지는 방법에 의해 구부러지거나 뒤틀린다. 알려진 담체 형상들은 원형, 타원형, 다각형과 원통형, 원뿔형 또는 직사각형이다.
침투성 섬유층은 상기 담체가 입자들을 위한 여과기나 상기 배기가스 흐름에서 다른 고체, 액체 또는 가스 성분을 위한 여과기로 사용될 때 특히 유용하다. 또한, 이 경우 침투성 섬유층에 관해 나타난 공개 내용물인 독일 실용 신안 201 17 873 U1에 개시될 것이다.
상기 금속박판에 매끄러운 금속층 또는 침투성 섬유층을 연결하기 위한 기술로 잘 알려진 결합 제조 방법들이 일반적으로 고려되지만, 여기서는 용접 또는 솔더링이 제안되었다.
슬리브는 상기 담체 또는 원 둘레 상에 금속박판의 적층을 둘러싸고 하우징에 묶이기 위해 제공되는 부가적인 박판을 나타낸다. 상기 금속층으로부터 직접적인 결합 또는 상기 하우징 쪽으로 상기 덕트를 형성하는 금속박판은 방지된다. 슬리브의 기능은, 이와 함께 전체적으로 반영된 인용문 WO 01/79670 A1에 개시되어 있다.
상기 코팅은 상기 담체의 기능에 의존하여 각각 선택되어 진다. 코팅은 상기 배기 가스에 포함되고, 중요한 금속이나 지구에 드문 것으로 오염물질의 촉매 변환을 발생시키는 것으로 알려졌다. 코팅은 통상 질소 화합물에 대한 저장 기능과 같은 것이다. 상기 코팅은 일반적으로 워시코트(washcoat)가 사용되는 상기 금속박판 표면의 연장에 사용되는 게 가능하다. 상기 코팅이 적어도 상기 담체의 섹터에 제공되며, 상기 담체는,
- 다른 코팅들로 설계(예를 들면, 형태, 층 두께, 표면(roughness)에 관해)되거나 및/또는
- 코팅을 구비한 일부분에 오직 제공되며, 이 경우, 상기 섹터는 외부 환경과 접촉하지 않는 담체의 내부 영역에 위치하고, 축길이의 오직 일부분에 걸쳐 연장(부가적으로 또는 양자 택일적으로)될 수 있다.
측정 장치 특히, 센서 또는 비슷한 장치들의 규정은 상기 담체의 기능성을 조사하는 것을 제공한다. 사용된 센서들은 람다 프로브(lambda prove)나 온도 센서로 알려진 것이고, 상기 배기가스에 있는 측정값 또는 상기 담체에서의 존재는 일반적으로 엔진 제어기나 다른 제어기 또는 조정장치 쪽으로 하우징을 관통하여 전해진다.
마지막으로, 배기 시스템에서 배기가스의 정제를 위해 상기 담체는 다음 구성요소들 그룹으로부터 하나의 구성요소로 사용된다.
- 촉매 변환기,
- 유체 혼합기,
- 흡착기,
- 입자 트랩.
다양한 사용 분야들 또는 촉매 변환기들, 유체 혼합기들, 흡착기들 또는 입자 트랩들을 위한 설계는 당업자에게 널리 알려져 있다. 따라서, 배기 시스템에서 부품들로서 각각의 역할들에 대해 여기에 서술된 상기 담체는 당업자에게 적용시키는 것은 가능하다. 상기 담체에 대한 열적 부하들 및 동적 부하들은 항상 높고, 상기 미세구조에 대한 슬리트의 크랙 전달은 현저하게 감소할 수 있으며, 위에 언급된 모든 부품들은 오랜 사용 시간을 갖는다. 배기가스 정제에 관해 법률상 요구되는 한계 값들은 높은 유지비나 보상 비용 없이 오랜 기간 동안 지속 될 것이다.
본 발명은 이하의 도면을 이용하여 더 상세하게 설명될 것이다. 상기 도면은 특히 더 바람직한 실시 예를 나타내지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다는 것이 지적되어야만 한다.
도 1은 미세구조를 갖는 금속박판의 상세도를 나타내는 도면.
도 2a는 리세스가 없는 슬리트를 갖는 미세구조를 나타내는 도면.
도 2b는 제 1 실시 예에 따른 리세스를 갖는 슬리트를 갖는 미세구조를 나타내는 도면.
도 2c는 제 2 실시 예에 따른 리세스를 갖는 슬리트를 갖는 미세구조를 나타내는 도면.
도 3은 제 1 실시 예에 따른 금속박판을 갖는 담체의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 미세구조를 갖는 금속박판과 섬유층을 포함하는 담체의 상세도를 나타내는 도면.
도 5는 세로 방향에서 담체의 구조를 나타내는 도면.
도 6은 횡단면에서 제 2 실시 예에 따른 담체의 구조를 나타내는 도면.
도 7은 배기 시스템의 구조를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 금속박판의 생산공정을 나타내는 도면.
도 9는 선회를 발생시키는 미세구조를 갖는 금속박판의 상세도를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 금속박판 2 : 슬리트 3 : 내부 영역
4 : 미세구조 5 : 표면 구조 6 : 가장자리 영역
7 : 리세스 8 : 세로 방향 9 : 파 마루
10 : 파 골 11 : 파장 12 : 파고
13 : 안내 표면 14 : 각도 15 : 원호
16 : 곡률반경 17 : 라인 18 : 열
19 : 금속박판 두께 20 : 범위 21 : 담체
22 : 덕트 23 : 일부 영역 24 : 횡단면
25 : 화살표 26 : 금속층 27 : 섬유층
28 : 하우징 29 : 일부 30 : 슬리브
31 : 코팅 32 : 묶인 영역 33 : 섹터
34 : 측정장치 35 : 배기 시스템 36 : 촉매 변환기
37 : 유체 혼합기 38 : 흡착기 39 : 입자 트랩
40 : 내연기관 엔진 41 : 배기가스 라인 42 : 터보차저
43 : 피스톤 부피 44 : 엔진 제어기 45 : 구멍
46 : 입자 47 : 가로 방향 48 : 유동 프로파일
49 : 과도기 영역 50 : 저점 51 : 고점
52 : 높이 53 : 지역 54 : 가장자리
55 : 덕트 바닥 56 : 거리 57 : 윤곽
도 1은 미세구조(4)를 갖는 금속박판(1)의 사시도를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 금속박판(1)은 2개의 슬리트(2)에 의해 부분적으로 범위가 정해진 미세구조(4)를 포함하고, 이러한 슬리트(2)는 단지 상기 금속박판(1)의 내부영역(3)으로 연장되어 있다. 상기 미세구조(4)는 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)로부터 돌출되어 형성된다. 상기 표면 구조(5)는 파 마루(9)와 파 골(10)로 설계된다. 지적한 바와 같이, 상기 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)은 도 2a, 2b, 2c에 확대 도시되어 있다.
도 2a, 2b 및 2c는 슬리트(2)에 의해 그 범위가 정해진 미세구조(4)의 상세도를 나타내는 도면이다. 상기 슬리트(2)는 상기 미세구조(4)가 상기 표면구조(5)에 나타나는 방식과 같은 방법으로 상기 미세구조(4)가 상기 금속박판(1)에 형성되도록 한다. 이 경우, 도 2a는 본 발명에 있어 리세스(7)가 없는 단순한 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)을 나타내고 있다. 상기 가장자리 영역(6)에서 끝부분은 노치(notch)를 형성하게 되며, 그 결과, 금속박판(1)에 대한 미세구조(4)의 상대적인 움직임 동안, 슬리트(2)의 계속적인 벌어짐(widening)이 상기 가장자리 영역(6)에서 발생할 수 있다. 그리하여, 전체적인 미세구조(4)는 결국은 상기 금속박판(1)으로부터 이완(loose)될 것이다. 이러한 문제점을 해소하기 위해, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 리세스(7)는 상기 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)에 제공된다. 도 2b에서 상기 리세스(7)는 0.2㎜ 내지 0.4㎜ 범위의 곡률반경(16)을 갖는 원호(15)로 형성된다. 도 2c에서 상기 리세스(7)는 잘라낸 부분(undercut)으로서 도시되었다. 노치 효과를 감소시키는 상기 리세스(7)의 다른 형태는 상술한 바와 같은 형태와 유사하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 담체를 형성하기 위해 결합될 수 있는 미세구조(4)가 형성된 두 개의 금속박판(1)의 배열을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 상기 금속박판(1)은 세로방향(8)으로 전체 길이에 걸쳐 연장형성되는 파 마루(9)와 파 골(10)을 구비하는 표면구조(5)를 갖는다. 상기 금속박판(1)의 미세구조(4)는 "상호적으로(reciprocally)" 및 "동일한 방향으로(equidirectionally)" 배열된다. 여기 서, "상호적으로"는 상기 미세구조(4)가 세로 방향(3)에서 보여 진 것처럼, 위 아래가 서로 엇갈리도록(상기 금속박판(1)의 표면 구조(5)에 대해) 연장형성되는 것을 의미한다. 여기서, "동일한 방향으로"는 미세 구조(4)를 한정하는 슬리트(2)가 한 방향을 지시하고 있는 것을 의미하는 것으로, 다시 말하면, 미세구조(4)에 선행하거나, 또는 상류방향(upstream)을 한정하는 것을 말한다고 할 수 있다. 상기 미세구조(4)는 오리피스(45)를 구비하는 안내 표면(13)으로 형성된다. 상기 안내 표면(13)은 특히, 세로방향(8)에서의 유체 흐름을 가로 방향(47)으로 편향시키는 효과를 갖는다. 상기 리세스(7)는 상기 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)에서 연장되는 것이 명확하게 기술된다.
도 4는 여과기 또는 입자트랩으로서 담체(21)의 상세한 실시 예를 나타내는 단면도이다. 서로 인접하게 배치되는 두 개의 금속박판(1) 사이에 도시된 바와 같이 섬유층(27)이 배열되어 있다. 여기서, 화살표(25)로 도시되는 유체의 방향을 편향시키기 위해, 상기 금속박판(1)은 다수의 안내 표면(13)을 갖는다. 상기 입자(46)를 포함하는 배기가스와 상기 입자는 여과층(27)을 통과하게 되고, 그 결과, 상기 배기가스가 가스성분으로 변환될 때까지 상기 입자(46)는 상기 여과층(27)의 표면 상에 또는 그 내부에 놓여지게 된다.
이러한 목적을 위해, 불연속적인 재생(상당한 열 공급)을 수행하거나 CRT 방법에 따라 연속적인 재생을 행할 수 있다. 여과기에서 입자의 휴지기간(dwell time)은 화학변환을 위해 요구되는 반응 물질이 존재해야 하므로 그 기간은 길어지게 된다.
상기 미세구조(4) 또는 안내 표면(13)은 상기 금속박판(1) 표면 밖에 놓인다. 세로 방향(8)으로 기울어진 배열은 도시된 바와 같고, 그 각도(14)는 10°내지 35°의 범위에 놓이도록 하여 형성된다. 상기 안내 표면(13) 또는 미세구조(4)는 파고(12)(도시하지 않음)의 0.3 내지 0.95의 범위에서 상기 표면구조(5)의 최대 범위(20)를 갖는다. 리세스(7)는 상기 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)에 다시 제공된다. 상기 금속박판(1)은 유체가 유동(화살표(25)) 방향으로 흐를 수 있도록 하는 덕트(22)가 형성된 표면 구조(5)를 갖는다.
도 5는 배기가스가 유체의 흐름(화살표(25)) 방향으로 흐를 수 있는 덕트(22)를 형성하는 다수의 금속박판(1)을 구비하는 담체(21)의 세로 방향의 단면을 나타내고 있다. 여기서 도시된 담체(21)는 다가오는 배기가스 흐름의 유동 프로파일(48)과 동일한 기능을 구비하는 유체 혼합기로 설계된다. 상기 유동 프로파일은 포물선으로 형성된다. 상기 담체(21)는 오리피스(45)가 형성된 미세구조(4)를 구비한 다수의 금속박판(1)을 구비하고, 그 결과, 배기가스는 인접한 덕트(22)로 흐를 수 있다. 이 경우, 상기 담체(21)에서 상기 미세구조(4)의 배열은 일부 영역(23)에서 세로 방향(8)으로, 미세구조(4)의 균일 분포가 횡단면(24)(도시하지 않음)을 걸쳐 세로 방향(8)에 수직하게 제공하도록 선택한다. 상기 금속박판(1) 또는 담체(21)는 하우징(28)에 의해 일부(29)가 둘러싸여 있다. 여기서, 일부(29)는 상기 담체(21)의 전체 축 길이를 포함하고, 하우징(28)은 상기 담체(21)의 축 길이 보다 더 연장된다. 상기 금속박판(1)은 묶인 영역(32)에서 상대적으로 중앙으로 배열된 슬리브(30)에 의해 하우징(28)을 구속한다.
상기 담체(21) 또는 도시된 유체 혼합기는 그 밖에 코팅(31)이 형성된 섹터(33)를 더 구비한다. 그러나, 상기 섹터(33)는 상기 일부(29)와 동일한 방법으로 상기 담체(21)의 전체 축 길이보다 더 연장될 수 있다.
도 6은 하우징(28)을 갖는 담체(21)의 다른 실시 예의 횡단면도를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 경우, 상기 금속박판(1)은 S-형태로 구부러져 있고, 층들은 구조화된 금속박판(1) 및 매끄러운 금속층(26)으로 구성되어 있다. 상기 금속박판(1)의 표면 구조(5)와 매끄러운 금속층(26)은 함께 상기 미세구조(4) 또는 안내 표면(13)을 돌출하도록 하는 것에 의해 덕트(22)를 형성하도록 한다. 상기 미세구조(4) 또는 안내 표면(13)은 담체(21)를 통하여 흐르는 유체의 편향을 가져오는 바, 구체적으로 가로방향으로 횡단면(24)에서 발생되도록 하며, 화살표(25)로 도시된 바와 같이 유체의 흐름을 가로방향으로 편향시킨다. 상기 금속층(26) 또는 금속박판(1)의 끝단은 (오히려 모두) 표면 구조(5)를 구비하는 슬리브(30)에 연결된다. 상기 슬리브(30)는 상기 담체(21) 외부 윤곽의 전체 범위에 걸쳐 배열된다. 하우징(28)에 상기 슬리브(30)의 부분적인 구속(tie-up)과 금속박판(1) 또는 적절하게 오프셋(축 방향 방향으로 그리고/또는 원주 방향에서)되는 금속층(26)에 구속하는 결과로 인해, 하우징(28)과 금속박판(1) 또는 금속층(26)의 다른 신장은 보상된다.
도 7은 자동차 배기 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 상기 자동차는 내연기관 엔진(40)을 갖고, 연료는 가솔린, 디젤, 식물성 기름 또는 다른 연료가 사용될 수 있다. 배기가스는 주변으로 배출되기 전에 이하 서술하는 부품 들을 통해 동작하는 피스톤 공간(43)(또는 연소 공간)에서 형성된다.
- 내연기관 엔진(40)에서 흡입공기를 압축하기 위한 터보차저(42)
- 측정장치(34)를 갖는 유체 혼합기(37)
- 입자 트랩(39)
- 촉매 변환기(36)
- 흡착기(38) 그리고,
- 촉매 변환기(예로, 3 방식 촉매 변환기)
- 배기가스 라인(41)에 의해 서로 연결되는 상기 배기가스 정류용 개별 부품들.
연소 동작 또는, 배기 시스템(35) 또는 내연기관 엔진(40)의 작동에 영향을 주기 위해, 데이터들은 엔진 제어기(44)에 전달된다.
도 8은 본 발명에 따른 금속박판을 만들기 위해 사용되는 제작 단계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
A 단계 : 평면 금속박판(1)으로 시작, 상기 금속박판(1)의 내부 영역(3)에 놓인 슬리트(2)는 열(18) 및/또는 라인(17)에 형성된다. 상기 슬리트(2)는 리세스(7)가 그 가장자리 영역(6)에 각각 제공되도록 형성된다.
B 단계 : 사전 처리된 상기 금속박판(1)은 형상 제조법(a shaping manufacturing method) 예를 들면, 웨이브-롤링(wave-rolling)을 거치게 되어 표면 구조(5)가 형성된다. 도시된 상기 표면 구조(5)는 서로 평행하게 퍼지는 파 마루 (9)와 파 골(10)에 의해 형성된 것이 그 기술적 특징이다. 상기 표면 구조(5) 또는 물결 모양 형태의 형태는 파장(11)과 파고(12)의 파라미터로 기술될 수 있다. 도시된 상기 금속박판(1)의 실시 예에서, 파고(12)에 대한 파장(11)의 비율은 거의 3.0이다.
C 단계 : C 단계는 미세구조(4)를 형성하기 위한 두 번째 형상 제조법 후, 금속박판(1)을 도시하고 있다. 이 목적을 위해, 파 마루(9) 상에 위치하거나 파 골(10) 내에 위치하는 슬리트(2)는 상기 미세구조(4)에 대한 경계로서 만들어져야 하고, 업셋(upsets)은 상기 금속박판(1)의 물질 내에서 실행되어야 한다. 상기 업셋은 오리피스(45)를 갖는 안내 표면(13)을 형성하고, 상기 안내 표면(13)은 상기 파 골(10)로부터 상부쪽으로 연장됨과 아울러 상기 안내 표면(13)은 상기 파 마루(9)로부터 아래쪽으로 돌출된다.
D 단계 : 마지막 단계로서, 파고(12)에 대한 파장(11)의 비율은 특히 낮게 형성된다. 이 경우, 예를 들면, 상기 표면 구조(5)가 현저히 작은 파장(11)을 갖도록 상기 금속박판(1)은 압축되어진다. 이러한, 상기 금속박판(1)의 생산에 관하여서는 또한 독일 특허 제103 04 814호(공표되지 않음)에 개시되어 있다.
도 9는 유체 흐름(도면에서 화살표(25)에 의해 지시된)의 선회(swirl)를 야기하는 미세구조(4)를 갖는 금속박판(1)의 상세도를 개략적으로 나타내는 도면이다. 금속박판(1)은 상기 금속박판(1)의 내부 영역(3)에 배열되는 적어도 하나의 슬리트(2)를 포함하고, 상기 슬리트(2)는 상기 금속박판(1)의 미세구조(4)를 부분적으로 한정하도록 하며, 상기 미세구조(4)는 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)로부 터 돌출되어 형성되고, 상기 미세구조(4)는 구면(53)을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 영역(53) 또는 형성된 표면은 종종 층류로 흐르는 유체 또는 배기가스를 단지 한 방향으로 편향시킬 뿐 아니라, 선회(swirl), 회전(rotation) 또는 난기류(turbulence) 중 적어도 하나의 형태로 제공될 수 있도록 한다. 반면, 덕트 벽을 향한 유체의 흐름의 주된 편향에 있어, 고려할만한 압력 손실은 덕트에서 발생된다. 이것은 구면(53)에 의해 충격(excitation) 후, 덕트 내에서 유체의 나선에 의해 현저하게 감소 된 것이다. 자동차 제작에 있어, 압력손실은 상당히 중요한 역할을 행하게 되고, 실제 엔진파워에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 구면(53)을 갖는 미세구조(4)를 구비하는 금속박판(1)은 또한 상기 슬리트(2)의 가장자리 영역(6)에, 본 발명에 따른 리세스(7)를 독립적으로 구비하도록 한다. 그러나, 여기서 기술된 담체와 금속박판의 모든 면은 같은 목적을 위해 바람직하게 결합될 수 있다.
상기 구면(53)은 미세구조(4)가 평면이 아니고, 미세구조(4)가 적어도 하나의 고점(51)과 하나의 저점(50)을 갖는 것으로(도 9에 도시된 바와 같이 가로 방향(47)으로 평행한 부분 평면이 고려될 때) 도시될 수 있다. 이것은 특히, 미세구조(4)의 가장자리(54)에 적용된다. 고점(51)과 저점(50)은 높이(52)에 의해 서로 구별될 수 있다. 구체적으로, 고점은 맨 끝 지점을 의미한다. 이 경우, 높이(52)는 구체적으로 상기 금속박판(1)의 파 골(10)을 관통하는 평면 또는 덕트 바닥(55)에서의 수직거리를 나타낸다.
바람직한 실시 예에 따라, 구면(53)은 다양한 부분 평면(가로 방향(47)으로 평행하고, 상기 미세구조(4)를 관통하는)의 적어도 상기 고점(51) 또는 상기 저점(50)이 세로 방향(8)에 일직선으로 배열되지 않는 방법으로 형성된다. 이것은, 예를 들면, 상기 미세구조(4)의 변이 영역(49)으로부터 상기 고점(51) 및/또는 저점(50)의 거리(56)가 세로 방향(8)으로 변한다는 것을 의미한다.
일 실시 예에 따르면, (부가적으로) 고점(51)과 저점(50)은 세로 방향(8)에 평행한 미세구조(4)를 통하여 적어도 하나의 부분 평면에서 제공되는 것이 가능하다. 즉, 거기에는 구체적으로 미세구조(4)의 직선방향의 움직임은 없다. 바람직하게는, 가장자리(54)로부터의 고점(51) 및/또는 저점(50)의 거리는 세로방향(8)에 평행한 모든 부분 평면에서 일치하지 않는다.
도 9에 도시된 실시 예에 따르면, 상기 저점(50)은 윤곽(57)을 형성하는 바, 상기 윤곽(57)은 세로방향(8)으로 평행하지 않고, 바람직하게는 세로방향(8)을 가로지르는 부분을 구비하여 3차원 경로에 대응되도록 하는 것이 바람직하다. 이 윤곽(57)은 바람직하게는 연속적인 경로로 구성되고, 즉, 코너, 가장자리 등을 구비하고 있지 않다. 상기 윤곽(57, contour)은 그것의 동작을 따라 변하는 높이(52)를 갖는다. 유체가 흐르는 쪽의 가장자리(54)에서 가장 가까이 배열된 변이 영역(49)으로부터 제 1 높이(52)와 제 1 거리(56)를 갖는 상기 윤곽(57)이 시작되면, 다른 가장자리(54)에서 가장 큰 제 2 거리(56)를 갖게 된다. 특히, 상기 윤곽(57)은 제 1 높이(52)와는 다른 제 2 높이(52)를 갖는다. 상기 미세구조(4)의 배치에 의해, 상기 미세구조와 접촉하는 상기 유체의 흐름은 세로방향(8)에 수직하는 가로방향(47, 수평 및 수직)으로 유사하게 편향하게 되고, 소용돌이(eddy, vortex, swirl, etc.)등이 발생하게 된다.
이상의 상기 금속박판 또는 담체는 자동차의 배기 시스템에서 특히 긴 사용 시간을 가질 수 있다는 데 그 특징이 있다. 더구나, 상기 금속박판 또는 담체는 그것의 사용 영역에서 정확히 대응되는 유동 프로파일을 생성할 수 있으며, 따라서, 자동차의 배기가스 정제에 가장 효과적이고 가장 적절한 담체를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 금속박판(1)의 내부 영역(3)에 배열되고, 상기 금속박판(1)의 미세구조(4)를 한정하는 슬리트(2)를 포함하여 구성되되,
    상기 미세구조는 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)로부터 돌출되고,
    상기 슬리트(2)는 이 슬리트의 가장자리 영역(6)에 리세스(7)가 형성된 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속박판(1)의 표면구조(5)는 세로 방향(8)으로 연장되는 파 마루(9)와 파 골(10)에 의해 물결 모양 형태의 형태를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 물결 모양 형태의 형태는 파장(11)과 파고(12)에 의해 기술될 수 있고,
    상기 파고(12)에 대한 파장(11)의 비율은 1.0 내지 3.0의 범위, 특히, 1.1 내지 2.5 범위이거나, 바람직하게는 1.3 내지 2.0의 범위인 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세구조(4)는 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)로부터 시작되는 안내 표면(13)을 포함하여 형성되며, 특히 세로 방향(8)으로 기울어져 형성되되, 그 각도(14)는 10°내지 35°의 범위에 놓인 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 슬리트(2)는 하나의 미세구조(4)를 한정하는 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스(7)는 원형 형태를 갖도록 형성하며,
    특히, 곡률반경(16)을 갖는 원호(15)로 구성하되, 상기 곡률반경(16)은 적어도 0.1㎜인 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 미세구조(4)는 금속박판(1)의 세로 방향(8)에 평행한 라인(17) 또는 금속박판(1)의 세로 방향(8)에 수직한 열(18)에 배열되는 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속박판(1)은 고온 로드-베어링(load-bearing) 능력 및 부식-방지 능력을 구비하는 알루미늄 및 크롬을 포함하는 강철로부터 형성되며,
    상기 금속박판은 0.015㎜ 내지 0.15㎜ 범위의 두께(19)를 구비하되, 바람직하게는 0.03㎜ 내지 0.08㎜ 범위의 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세구조(4)는 파고(12)의 0.3 내지 0.95의 범위에 놓인 표면구조(5) 에서 최대 범위(20)를 갖되, 바람직하게는 파고(12)의 0.5 내지 0.8의 범위에 놓인 것을 특징으로 하는 금속박판(1).
  10. 유체가 담체(21)를 통하여 흐를 수 있도록 감겨있거나 또는 쌓여 있는 부분적으로 또는 전체적으로 구조화된 다수의 금속박판(1)을 포함하여 형성되는 배기가스를 정제하기 위한 부품용 담체(21)에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 금속박판(1)이 상기 제1항의 금속박판(1)인 것을 특징으로 하는 담체(21).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 담체(21)는 세로 방향(8)으로 연장되고, 상기 금속 박판(1)의 표면구조(5)에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 형성된 다수의 덕트(22)를 구비하여 형성되되,
    상기 미세구조(4)는 유체의 유동에 영향을 줄 수 있는 수단으로서 동작하여, 유체가 담체(21)를 통하여 흐를 때, 인접한 덕트(22)를 향하여 나아가는 것을 특징으로 하는 담체(21).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 덕트 밀도는 100 내지 1000cpsi 범위이고, 바람직하게는 300 내지 600cpsi 범위인 것을 특징으로 하는 담체(21).
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 담체(21)는 세로 방향(8)에서 일부 영역(23) 또는 전체적으로 세로 방향(8)에 수직하게 횡단면(24)에 걸쳐 미세구조(4)의 균일 분포를 구비하는 것을 특징으로 하는 담체(21).
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 다수의 미세구조(4)는 상기 담체(21)의 세로 방향(8)에 수직하게 횡단면(24)으로 배열되고, 이러한 상기 미세구조는 상기 담체를 통하여 흐르는 유체가 부분적으로 다른 방향으로 나아가도록 배치된 것을 특징으로 하는 담체.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    - 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)의 양 단(9, 10)에 기대어 형성되고, 바람직하게는 상기 담체(21)에 연결되는 매끄러운 금속층(26)과,
    - 상기 금속박판(1)의 표면구조(5)의 양 단(9, 10)에 기대어 형성되고, 바람직하게는 상기 담체(21)에 연결되는 투과성 섬유층(27)과,
    - 일부(29) 또는 전체적으로 담체(21)를 둘러싸는 하우징(28)과,
    - 묶인(tie-up) 영역(32) 또는 전체적으로 상기 담체(21)를 둘러싸고, 하우징(28)에 구속되는 슬리브(30)와,
    - 상기 담체(21)의 섹터(33) 또는 모든 곳에 제공되는 코팅(31)과,
    - 측정장치(34)를 포함하는 구성요소에 있어서,
    상기 담체는 금속박판(1) 외에, 상기 구성요소 중 하나 또는 그 이상의 구성요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담체(21).
  16. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 담체(21)는 배기 시스템(35)에서 배기가스의 정제를 위해,
    - 촉매 변환기(36),
    - 유체 혼합기(37),
    - 흡착기(38),
    - 입자 트랩(39),
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 담체(21).
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