KR900000776B1 - 촉매 변환기 기체(基體, substrate) - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

촉매 변환기 기체(基體, substrate)
제1도는 상부 하우징셀이 분리된 상태의 본 발명에 의한 촉매변환기의 투시도.
제2도는 제1도의 촉매변환기의 부분확대절단면도.
제3도는 제2도에 나타난 기체컨테이너의 세로가장자리구조를 나타내는 확대도.
제4도는 제1도에 도시된 변환기의 호일기체부의 단면확대도. (제1도에 도시된 촉매변환기의 호일스트립 기체구조에서 호일스트립이 절곡된 상태를 나타냄)
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하우징(Housing) 14 : 하우징셀(Housing shell)
20 : 지지체(retainer)
22 : 촉매변환기체(catalytic converter substrate)
34 : 지지체셀(retainer shell)
36, 38 : 평편한 호일스트립(Plain foil strip)
40 : 파형호일스트립(corrugated foil strip) 54 : 통로
본 발명은 촉매변환기, 특히 평탄한 호일스트립과 파형(波形)의 호일스트립으로 형성된 촉매 코팅된 금속기체(基體, substrate)를 갖는 촉매변환기에 관한 것이다. 연소기관배기가스내의 유해한 성분을 제거하는데 사용되는 촉매변환기의 제조에 있어서는, 세라믹비이드의 베드(beds) 대체물로써 촉매로서 코팅되고 배기가스가 관통하는 시트상(sheet) 금속하우징내에 내장하는 세라믹단일기체(ceramic monolith substrate)를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 그 세라믹단일체는 부서지기 쉽고 하우징을 형성하는 시트상금속보다 훨씬 낮은 팽창계수를 가지기 때문에 엔진배기시스템의 심한 진동 및 온도여건에서 파손되지 않고 밀폐된 세라믹단일체의 원상태를 지지하고 유지하는 구조가 요구된다.
더우기 세라믹단일체는 통상적으로 다이(die)를 통해 압출성형되기 때문에 단일체의 모든 단면변화에 대하여 새로운 다이가 요구된다. 이같은 문제점을 해결하기 위하여 호일스트립(foil strip)으로 형성된 벌집구조기체(Honeycomb substrates)가 제안되었으나 이들은 전형적으로 그 제조상 및/혹은 기능상에서 그들 나름대로의 문제점을 갖는다.
예를 들어, 평탄한 호일스트립과 파형의 호일스트립을 함께 나선형으로 감아줌으로써 벌집구조기체를 형성하는 것이 알려져있으나, 층간의 상대적인 겹침이나 미끄러짐 때문에 촉매코팅이 마모되는 문제점이 있는 것이다. 이같은 구조에서는 층들을 기계적으로 보강하거나 함께 접합시키지 않고는 금속기체의 원상태를 유지하기가 어려운 것이다.
또한, 자동차내의 다양한 배기공간할당에 부합하도록 벌집구조기체의 전체 단면형상에 있어서 설계유연성을 부여하면서도 하우징강도를 위하여 곡선모양을 유지해야 한다는 다른 주요 문제점이 남는 것이다.
이는 예를 들어 동일한 단면적을 가지나 보다 큰 높이를 필요로 하는 원형 대신 보다 낮은 측단면을 갖는 타원형이 바람직한 몇몇 자동차의 언더플로어 공간요구에 부합하는데는 특히 중요한 것이다.
더우기 여기에 촉매코팅을 하는 최종단계에 적합하도록 하기 위해 금속벌집 구조기체형성을 완료하는데 관련된 제조의 어려움 및 비용이 문제가 되는 것이다.
예를 들어 본 출원인에게 양도된 미국특허 4,318,828 및 4,331,631에 개시된 바와 같이 촉매코팅을 유지하는데 이상적으로 적합한 위스커커버된 (shisker-covered) 금속호일(metal foil)이 개발되었으나 이같은 호일상의 위스커는 금속산화물을 증가시키며 그 결과 호일(foil)의 기지금속인접층 사이의 밀접한 접촉을 방해하는 금속학적 및 기계적인 장벽을 형성하며 촉매에 대하여 적절한 벌집구조기체를 형성하는데 일반적으로 필요한 호일의 인접층 가장자리의 강한 용융접착이 상기 금속산화물의 증가로 인해 방해되는 것이다.
본 발명은 이같은 문제점을 해결하고 호일을 감아서 기체를 형성하는 통상의 방법과는 본질적으로 다른 것이며, EP-A-O 117 602에 개시된 기체조립체(substrate assembly)를 개선한 것이다.
본 발명에 의한 촉매변환기 기체(基體)는 스트립(strip) 절곡부의 맞선단부(opposite ends)와 맞물려지는 지지수단에 의해 서로서로에 대하여 길이방향(세로방향)의 운동이 방해되는 절곡된 호일스트림(folded foil strip)으로 형성되며, 상기 기체는 2개의 평편한 호일스트립과 하나의 파형(波形) 호일스트립이 함께 배열되고 절곡되어 평편한 호일스트립 각각이 일련의 평행한 장방형 단위체를 구성된 절곡구조(folded structure)로 형성되며, 그 각각은 U-형 단면을 갖고, 2개의 평편한 호일스트립으로 형성된 절곡구조는 서로서로 끼워지며, 또한 상기 파형 호일스트립은 끼워진 절곡구조 사이에 전방 및 후방으로 교호하며 절곡되게 놓여져서 그 끼워진 절곡구조를 서로 분리하여 상기 파형 호일스트립과 평편한 호일스트립 사이에 통로를 만든다.
이와 같이 절곡된 호일스트립기체는 바람직하게는 요구되는 기체단면에 대하여 그 내부와 정확히 부합하는 한쌍의 동일한 셀(shell)을 포함하는 시트상 금속지지체(sheet metal retainer)에 의해 지지되는 반면 이같이 결합된 스트립의 자유절곡높이(free folded height)는 보다 크게 된다.
따라서, 지지체셀(retainer shell)이 함께 힘을 받고 용접에 의해 그 가장자리를 따라 접합되면 실질적인 압축하중은 지지셀의 크램핑작용(clamping action)에 의해 폴드박판을 가로질러(crosswise) 작용하게 된다. 지지체셀을 이같이 접합시킴으로써, 절곡된 스트립은 그후 요구되는 단면을 확고하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 압축하중에 의한 상대적인 길이방향 이동에 대하여 함께 마찰유지되는 것이다. 게다가 상기 지지체셀에는 그 일단에 상기 지지수단으로서의 역활을 하고 호일스트립과 지지체사이의 어떠한 길이방향운동도 확고히 막을 수 있도록 절곡부의 단부에 걸쳐 뻗어 있는 내부 돌출플렌지가 제공된다.
이와 같이 본 발명의 새로운 구조에서는 박막층들을 함께 용접하지 않고도 앞서 언급한 위스커-커버된 호일스트립을 사용할 수 있으며, 그 결과 지지체샐내에 지지되는 위스커-커버된 금속체는 적절한 변환기하우징내에 장착되기 전이나 적절한 용도로 사용하기 전에 최종단계로써 적절한 촉매를 코팅만 하면 되는 것이다.
이하 본 발명을 첨부도면에 의거 설명한다.
도면에는 본 발명에 따라 구성되고, 내연기관 배기가스내의 유해한 성분을 제거하는데 이용되는 촉매변환기가 도시되어 있다. 제1도 및 2도에 도시된 바와 같이 촉매변환기는 자동차배기시스템내의 언더플로어에 설치하도록 낮은 단면의 타원형으로 되어 있으며, 지지체를 감싸는 하우징(10) 및 기체조립체 (substrate assembly)(12)로 구성된다.
하우징(10)은 반-원통형단부(16)와 중간에 위치한 반-타원 부분(18)로 구성되는 한쌍의 동일한 시트상 금속으로 된 하우징셀(14)을 포함한다. 하우징셀(14)의 반-타원부분(18)은 기체조립체(12의 지지체)(20) 주연부와 부합하도록 이와 직접 접촉하게 되어 있으며 반면 반-원통형 단부(16)은 서로 합하여 기체조립체(12)의 양단에 원통형 입구 및 출구를 형성하도록 되어 있어 변환기는 도시되지 않은 엔진의 배기가스 배관시스템내로 연결된다.
한편, 하우징셀(14)은 타원부분(18)의 중앙내부에 반-환형요홈(semi-annular groove)(24)을 형성하여 지지체의 중앙부 주위에 확장된 분리링시일(split ring seal)(26)을 수용하도록 되어 있다.
상기 시일(26)은 3M 회사의 Technical Ceramics Products Division에서 상표 Interam으로 공급하는 것과 같은 탄성의 열팽창 가능한 팽창물질로 만들어진다. 하우징셀(14)에서 각 측면에 가장자리를 따라 일단에서 타단으로 신장하는 외향돌출플랜지(28)가 형성되어 하우징셀이 지지체와 기체조립체(12) 주위에 함께 힘을 받아 이들 플랜지가 서로 접합하면 서로서로 밀폐 고정되어 변환기조립체가 완성되게 된다.
상기 플랜지(28)은 우선 다수의 점용접(sopt welding)으로 함께 고정된 후에 전체 길이를 따라 에지용접(edge welding)(32)으로 영구히 고착 및 밀폐된다.
지지체(20)은 한쌍의 동일한 시트상금속으로된 지지체셀(34)을 포함하며 이에 의해 지지되는 기체(22)는 제4도에 도시된 바와 같이 3개의 절곡된 호일스트립(36)(38) 및 (40)으로 구성된다. 절곡된(folded) 호일스트립(foil strips)(36)(38) 및 (40)의 구성에 사용되는 호일은 앞서 언급한 미국특허 4,318,828 및 4,331,631에 개시된 바와 같이 촉매코팅을 이상적으로 유지시켜 주는 위스커커버된 금속호일(whisker-covered metal foil)이 바람직하다. 2개의 절곡된 호일스트립(36) 및 (38), 평편한 호일(plain foil)으로 형성되는 반면 세번째 호일스트립(40)은 파형상(波形狀) 호일스트립이다. 평편한 호일스트립(36) 및 (38) 각각은 교호하는 절곡부(42) 및 (44) 부근에서 그 길이를 따라 교호하여 절곡되어 일련의 평행한 장방형 단위체 형태로 된 절곡구조를 형성하며, 그 각각은 서로 대향하는 내표면(46) 및 서로 접하는 외표면(48)을 갖는 본질적으로 U-형 단면을 갖고 각각의 장방형 단위체는 길이 L, 폭 W 및 두께 T를 갖는다.
이러한 방식으로 평편한 호일스트립을 절곡시켜 형성된 2개의 절곡구조는 제4도에 도시된 바와 같이 서로서로 끼워지며, 한편 파형 호일스트립(40)은 절곡부(50) 주위를 돌아 그 길이방향으로 교호하여 절곡되며, 그 절곡부(50) 각각은 절곡부(44) 주위에 형성되어 호일스트립(36) 및 절곡부(44)를 고정하여 파형 호일스트립(40)의 파형이 호일스트립(36) 및 (38)의 각각의 내표면(46) 사이에 놓여지게 되어 그 사이에 통로(54)를 형성한다.
이렇게 형성된 3개의 호일스트립으로 된 기체(22)의 단면이 제4도에 예시되어 있으며, 이같은 기체구조는 3개의 호일스트립(36), (38) 및 (40)을 함께 벤딩(bending) 및 형상화(shaping) 시켜 제4도에 도시된 단면형태로 이루게 된다.
3개의 호일스트립(36), (38) 및 (40) 모두는 이들의 모든 절곡부의 단부가 지지체셀(34)의 단부에 형성된 내부로 돌출한 플랜지(58)와 맞물림으로써 상대적인 길이방향 이동에 대하여 함께 지지되게 되어 있다.
또한 파형의 호일스트립(40)은 2개의 평탄한 호일스트립(36) 및 (38)로 형성된 절곡구조의 내표면(46) 사이에서 앞뒤로 감겨짐으로써 완전히 둘러싸게 된다.
더우기 상기 호일스트립은 절곡가능하기 때문에 타원형과 같이 전술된 단면형상과 부합하는 종합기체 구조(overall substrate structure)를 형성할 수 있어 그 낮은 형태로 인해 언더플로어 차량에 사용하는데 아주 적합한 것이다.
이러한 목적을 위해 결합된 3개의 호일스트립으로 된 기체는 균일한 두께(T) 및 길이(L)을 가지나 폭(W)을 변화시킴으로써 요구되는 타원형의 형상으로 될 수 있는 것이다.
이같은 형성된 기체구조에 제공되는 2개의 지지체셀(34)은 요구되는 기체단면형상에 정확히 일치하며, 한편 기체를 형성하는 절곡된 스트립의 하중이 걸리지 않는 스택높이(stack height)는 크게 만들어져서, 지지체셀(34)가 접합하는 길이방향(세로방향) 에지(edge)(62)를 따라 반대면상에서 서로 맞물린 다음 제3도에 도시된 바와 같이 시임용접(seam welding)(64)에 의해 영구접합되면 지지체셀(34)의 크램핑작용에 의해 예정된 압축하중은 절곡된 호일스트립에 비스듬하게 작용되게 된다.
지지체셀(34)의 이같은 접합으로, 절곡된 호일스트립(36), (38) 및 (40)은 그후 요구되는 타원형으로 지지체(20)에 의해 지지되는 것이다. 더우기 절곡된 호일스트립(36), (38) 및 (40)은 이같이 지지된 압축하중에 의한 겹침현상(telescoping)에 대하여 마찰적으로 지지되여 또한 모든 절곡부(42), (44) 및 (50)의 맞서는 단부와 지지체플랜지가 맞물림으로써 기계적인 방법으로도 확고히 지지되는 것이다. 따라서 금속호일스트립으로 된 기체층을 꺽쇠(staple) 및 용접 등에 의해 기계적으로 체결하거나 접합시킬 필요가 없는 것이다.
이와 같이 위스커커버된 호일스트립을 이용한 지지체 및 기체조립체는 완전히 조립된 후 변환기 하우징내에 장착되기 전에 마지막단계로써 적절한 촉매로써 코팅만하면 되는 것이다. 게다가 바람직한 구조에 있어서 지지체 및 기체조립체(12)는 꺽쇠셀 형태 하우징내에 설치하는 반-조립체(sub-assembly) 혹은 삽입체로써의 역활을 하는 반면, 지지체(20) 자신은 적절한 입구 및 출구부를 갖춘 변환기하우징으로서의 역활을 하여 그후 지지체 및 기체조립체 12의 배기시스템내에서의 설치를 쉽게 하도록 그 맞서는 단부에 고정된다.
더우기 도시된 촉매변환기는 타원형상의 단면을 갖고 있으나, 본 발명에 의하면 곡선모양의 다른 단면형태로도 쉽게 형성될 수 있다.
예를 들어 기체의 각 유니트의 폭(W)를 변화시킴으로써 원형단면형상 뿐만 아니라 불균일한 모양을 갖는 기체가 쉽게 형성될 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명은 2개의 평편한 호일스트립과 하나의 파상 호일스트립을 조합시켜 제조된 기체조립체이며 호일스트립이 일단 금속판지지체내에 재치되면 어떠한 상대적인 길이방향운동에 대하여도 그대로 지지되며, 처음에 기체조립체를 일련의 불연속서브-유니트(discrete sub-unit)로써 형성할 필요가 없는 것이다. 이는 본 발명에 의한 다양한 전체단면형태의 기체조립체는, 복수의 절곡된 서브-유니트로부터 기체조립체를 형성할 필요가 없기 때문에, 그 제조가 훨씬 단순화되었다는 것을 의미하는 것이다.

Claims (3)

  1. 지지수단(58)이 절곡된 호일스트립(folded foil strips)의 절곡부(42), (44), (50)의 맞선단부와 맞물림으로써 서로서로에 대한 길이방향(세로방향) 운동을 방지하는 절곡호일스트립으로 형성된 촉매변환기기체(catalytic converter substrate)(22)에 있어서, 상기 기체(22)는 함께 배열되고 절곡된 2개의 평편한 호일스트립(36), (38)과 하나의 파형호일스트립(40)으로 구성되고, 평편한 호일스트립(36), (38) 각각은 일련의 평행한 장방형단위체로 구성된 절곡구조로 형성되며 그 각각의 본질적으로 U-형단면을 가지며, 2개의 평편한 호일스트립(36), (38)으로 형성된 절곡구조는 서로서로 끼워지며, 파형 호일스트립(40)은 끼워진 절곡구조 사이에 전방 및 후방으로 교호하여 절곡되게 놓여져서 이들을 서로서로 분리하여 상기 파형 호일스트립(40)과 평편한 호일스트립(36), (38) 사이에 통로(54)를 만들게 된 것을 특징으로 하는 촉매변환기 기체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파형 호일스트립(40)의 각 절곡부(50)은 절곡부(44) 주위에 형성되어 각각의 평편한 호일스트립(36), (38)의 각 단위체평행면 사이에서 절곡부(44)를 고정시킴을 특징으로 하는 촉매변환기 기체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 절곡구조에서 그 단면에서 나타난 바와 같이 각 장방형 단위체의 폭(W)는 인접한 장방형단위체와 크기를 달리하며, 그 크기의 차이는 기체(22)에 대하여 요구되는 단면형상에 의해 정해짐을 특징으로 하는 촉매변환기 기체.
KR1019860006747A 1985-09-03 1986-08-16 촉매 변환기 기체(基體, substrate) KR900000776B1 (ko)

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US771,777 1985-09-03

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Publication Number Publication Date
KR870002862A KR870002862A (ko) 1987-04-13
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