KR100371015B1 - 자동차의촉매변환기용이중벽하우징및이를제조하는방법 - Google Patents

Abstract

내부 재킷(1) 및, 서로 이격되어 상기 내부 재킷(1)을 대체로 동심원으로 에워싸고 있는 외부 재킷(2)으로 구성되고, 상기 내부 재킷(1) 및 외부 재킷(2)이 양면 단부에서 서로 기밀하게 놓여 있는, 자동차의 배기가스 촉매용의 이중 벽 하우징은 적어도 두 단부 영역(4,5)에서 상기 내부 재킷(1)은 외부 재킷(2)의 수축에 의해 압축변형 상태를 유지하게 되고, 상기 외부 재킷(2)은 내부 재킷(1)을 향해 양각 형상(11)으로 형성된다. 내부 재킷(1)은 분할선(8)을 유지하는 동안 원통형 또는 원추 형상 안으로 금속 시트의 로울링에 의해 변형되고, 외부 재킷(2)은 원통형 또는 원추 형상 안으로 금속 시트를 로울링함으로써, 그리고 결합 기술에 의해 에지(6,7)를 서로 만나도록 연결시킴으로써 변형되고, 상기 내부 재킷(1)은 상기 외부 재킷(2) 내에 배치되며, 양면 단부상의 상기 외부 재킷(2)이 전체 원주에 걸쳐 안쪽으로 소성 변형되므로 내부 재킷(1)이 압축 변형 상태로 유지되고, 상기 외부 재킷(2)이 내부 재킷(1) 방향을 향해 양각 형상(151)으로 미리 또는 동시에 제공되어 상기 하우징이 제조된다.

Description

자동차의 촉매 변환기용 이중 벽 하우징 및 이를 제조하는 방법{DOUBLE-WALLED HOUSING FOR EXHAUST GAS CATALYSTS OF MOTOR VEHICLES AND METHOD PRODUCING IT}

본 발명은 이중 벽 하우징에 관한 것으로서, 특히 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징에 관한 것이며, 상기 하우징은 배기가스가 유동할 수 있는 금속 촉매 캐리어(metal catalyst carrier)를 갖추고 있다.

촉매 캐리어의 여러 형상은 알려져 있다. 금속 촉매 캐리어의 한 예는 유럽 특허공보 제 A 0 245 737호에 개시되어 있다. 촉매 몸체는 예를 들어 금속 시트로 구성되거나 또는 분말 야금(powder metallurgy)에 의해 생산된다.

이러한 촉매 캐리어는 하우징 내에 배치된다. 상기 몸체 내의 기계적 변형 이 열응력의 변화로 인하여 발생되기 때문에, 적합한 형태로 만들거나 특히 피복함으로써 상기 기계적 변형을 감소시키는 방법은 이미 제시되어 있다.

유럽 특허공보 제 B 0 435 956호에는 배기 가스 촉매 변환기용의 이중 벽 하우징, 특히 자동차의 배기 가스 촉매 변환기용의 이중 벽 하우징이 개시되어 있다. 벌집형(honeycomb-like) 촉매 캐리어는 외부 재킷 내에 배치되어 있는 내부 재킷 에 의해 지지된다. 내부 재킷은 외부 재킷 내에서 종방향으로 연장할 수 있는 방식으로 배치된다. 자유 종방향 신장력(free longitudinal expandability)은 슬라이딩 맞춤(sliding fit)에 의해 달성된다.

독일 실용신안 등록 제 74 01 002호에는 내부 재킷 및 외부 재킷을 갖춘 촉매 캐리어 몸체용 하우징이 개시되어 있다. 이 하우징은 세라믹 촉매 캐리어를 수용하기 위해 제공된다. 압축가능한 다공성 댐핑층(porous damping layer)은 내부 재킷과 촉매 캐리어 사이에 배치된다. 보다 엄중한 환경법에 대응하기 위해, 배기가스 촉매의 저온 시동 및 재시동 특성은 그 중요성이 더욱 증대되고 있다. 하우징의 단열 특성은 이들 특성에서 중요한 역할을 하므로, 제조하는데 동일한 비용을 유지하면서 개선사항을 추구해야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 촉매용 외장으로서 이중 벽 하우징을 제조하는 것으로서, 이 하우징은 간단하고 경제적으로 제조될 수 있으며 안정성이 크고 적합한 단열 특성을 갖는다. 상기 하우징은 특히 그것의 단열 특성의 관점에서 보아 배기 시스템의 여러 부분, 즉 원추 부분들에 대해 적합하다.

본 발명의 이러한 목적은 특허청구의 범위 제 1항의 특징을 갖춘 이중 벽 하우징에 의해 이루어지고, 청구범위 제 17항에 의해 한정된 바와 같은 이중 벽 하우징의 제조 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유익한 특징은 여러 종속항에서 설명되어 있으며, 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

이중 벽 하우징, 특히 자동차의 배기가스 촉매용의 이중 벽 하우징은 내부 재킷과, 내부 재킷을 거의 동심으로 둘러싸며 내부재킷에 이격된 외부 재킷으로 구성되고, 상기 내부 재킷 및 외부 재킷은 양 단부에서 서로에 대해 기밀하게 놓여있다. 적어도 2개의 단부 영역에서 내부 재킷은 외부 재킷의 수축에 의해 압축

변형 상태를 유지하게 되고, 외부 재킷에는 내부 재킷 방향을 향해 양각 형상이 제공되어 있다. 양각 형상은 바람직하게는 일정한 기계적 안정성을 이루기 위하여 원주 및 하우징의 길이에 걸쳐 거의 일정하게 분포된다.

재킷은 전체 벽 두께가 이미 알려진 단일 하우징 벽의 두께보다 얇은 금속 시트로 구성될 수도 있다. 하우징의 안정성을 충분히 크게 하기 위하여, 외부 재킷은 내부 재킷을 향해 양각 형상을 가지고, 상기 내부 재킷은 바람직하게는 상기 외부 재킷상에 대칭적으로 형성된다. 이러한 양각 형상은 반지름 방향 및 접선 방향에서 하우징에 제공되어 안정성이 큰 하우징을 제공하도록 실시된다. 단열로서 작용하는 2개의 재킷 사이에 형성된 공간과 수단에 의해, 내부 재킷은 촉매 캐리어를 갖추고 더 빠르게 가열될 수 있고, 전체 영역은 외부 재킷이 없는 것 보다 더 높은 온도에 도달할 수 있다. 이러한 특성 때문에, 촉매 캐리어의 내부에서의 열 응력은 감소된다. 더욱이, 내부 재킷은 어떠한 외적 영향에도 노출되지 않으므로 선택될 수 있는 재료의 스펙트럼(spectrum)은 더 넓어진다. 하우징의 이러한 특성 때문에, 내부 재킷은 그 벽 두께가 감소될 수 있다.

하우징의 단열 특성은 또한 내부 재킷과 접촉하는 외부 재킷 내에 소정의 양각 형상을 제공하거나, 또는 두 재킷 사이에 또는 그 위에 추가의 단열층 또는 코팅이 제공됨으로써 의도하는 바 대로 조정될 수 있다. 두 재킷 사이의 공간에 의해 최대로 감소되는 열전도(heat conduction) 및, 세라믹 중간층에 의해 최대로 방지되는 대류(convection)가 역할을 수행한다. 하지만, 고온에서 중요한 인자인 열복사(heat radiation)는 적합한 코팅에 의해 감소되거나 또는 반사될 수 있다. 본발명에 따른 하우징은 특히 촉매에서 상기의 물리적 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 결국, 이러한 촉매의 저온 시동 및 재시동 특성은 개선될 수 있다.

본 발명에 따라, 외부는 둥근 형태 또는 원추형, 바람직하게는 로울형(rolled)의 금속 시트로 구성되고, 인접한 가장자리들은 결합 기술에 의해 서로 결합된다. "둥근 로울형" 이라는 말은 둥근 횡단면 형태(round-cross-sectional forms)와는 다른 형태를 의미하는 것으로서, 타원형을 지칭할 수도 있다.

또 다른 유익한 개념으로, 내부 재킷은 재킷의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 분할선을 가진 둥근 로울형 금속 시트로 구성된다. 이러한 형태는 원주방향에서 볼 때, 내부 재킷이 폐쇄되지 않고 그 결과 하나 이하의 심(seam)이 필요하기 때문에, 제조를 단순화시키는 장점을 구비한다.

본 발명에 따른 이중 벽 하우징을 제조하기 위한 방법은,

내부 재킷을 분할선을 유지한 채 원통형 또는 원추 형상으로 금속 시트를 변형시킴으로써 형성하는 단계와,

외부 재킷을 원통형 또는 원추 형상으로 금속 시트를 변형시키고, 결합부에 의해 서로 만나는 가장자리들을 연결시킴으로써 형성하는 단계와,

내부 재킷을 외부 재킷 내에 배치하는 단계와,

내부 재킷이 압축 변형 상태로 유지되고, 외부 재킷에 내부 재킷을 향해 방위된 양각 형상이 미리 또는 동시에 형성되도록, 양 단부상의 외부 재킷을 전체 원주에 걸쳐 안쪽으로 소성 변형하는 단계로 구성된다. 외부 재킷의 변형에 앞서, 단열층이 내부 재킷과 외부 재킷 사이에 설치될 수 있다.

내부 재킷의 외측에 그리고/또는 상기 외부 재킷(2)의 내측에, 복사 성질에 영향을 끼치는 코팅, 예를 들어 산화 피막이 또한 제공될 수 있다. 연속적인 설치시에, 내부 재킷과 외부 재킷의 대항 단부는 인접 부분에 결합하기 전에 또는 후에 함께 용접될 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점 및 특징은 양호한 실시예, 즉 배기가스 촉매에 의해 하기에 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 벽 하우징을 구비한 배기가스 촉매의 종단면도이다.

도 2a-2d는 하우징의 제조 과정을 개략적으로 도면이다.

도 1은 촉매 캐리어를 포함하는 배기가스 촉매에 관한 본 발명의 주요사항을 도시한 도면이다. 촉매 캐리어(3)는 실례로 금속 시트로부터 만들어진 벌집체인데, 이 벌집체는 내부 재킷(1)에 의해 밀봉된다. 내부 재킷(1)의 양단부는 금속 촉매 캐리어(3)를 지나서 돌출해 있다. 내부 재킷(1)은 외부 재킷(2)에 의해 동심으로 둘러싸여 있다. 외부 재킷(2)은 내부 재킷(1)의 길이와 동일한 길이를 갖는다. 외부 재킷(2)의 외부 단부 영역(4,5)은 내부 재킷(1)을 향하여 변형되어서, 내부 재킷(1) 상에 고정되며, 내부 재킷(1)을 압축 변형 상태에 놓여지게 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 추후 설치 상태에서 재킷(1,2)은 서로 결합되고, 인접 부품인 배기 시스템의 배기 파이프(9)에 결합된다. 이러한 결합은 용접에 의해 이루어진다. 도 1의 우측면 상에는 추가의 배기 파이프와의 대응 연결이 도시되어있지 않다.

내부 재킷(1)과 외부 재킷(2) 사이에는 환상의 공간(10)이 형성되어 있는데, 이 공간(10)은 무엇보다도 단열 작용을 한다. 외부 재킷에는 적합하게 외부 재킷의 둘레 범위내에 형성되고 하우징의 길이 전체에 일정간격으로 분포되는 양각 형상이 제공되어 있다. 양각 형상(11)은 내부 재킷(1) 쪽으로 향해 있다. 도시된 실시예에서, 양각 형상(11)은 내부 재킷(1) 와 접촉하지 않기 때문에 내부 재킷과 외부 재킷 사이에는 어떤 추가의 열 브릿지(heat bridges)도 발생하지 않는다. 만일 필요하다면, 양각 형상이 내부 재킷(1)과 접촉하도록 실시될 수 있다. 내부 재킷 상에서 비접촉 및 접촉 양각 형상의 혼합은 또한 가능하다. 또한, 단열층은 공간(10) 속에 배치될 수 있다. 이중 벽 하우징은 그것의 특별한 설계 때문에 큰 기계적 안정성을 갖는다. 특히, 양각 형상(11)은 방사상의 변형에 크게 저항하는 하우징을 제공하므로, 내부 재킷 및 외부 재킷의 벽 두께가 각각 대략 0.5mm이고 공간(10)의 크기가 0.3 내지 2mm인 하우징은 벽 두께가 대략 1.5mm인 단일 벽 하우징의 안정성을 얻을 수 있고, 또한 단일 벽 하우징보다 더 가볍고 보다 나은 단열 특성을 갖는다.

도 1에 도시된 하우징은 도 2와 연결하여 하기 설명된 바와 같이 제조될 수 있다. 이것은 단지 일 실시예이다. 다른 제조 과정들은 상기 하우징들이 저온 시동 또는 재시동에서 열손실을 감소시키기 때문에, 촉매의 입구 원추부 또는 출구

원추부로서 바람직할 수 있는 원추형 몸체를 유사한 방법으로 제조할 수 있다.

대체로 직사각형의 금속 시트는 원통형 재킷(2)을 형성하기 위해로울(rolled)된다. 상기 재킷(2)의 인접한 가장자리들은 결합부(13)에서 용접된다. 추가의 금속 시트는 내부 재킷(1)을 형성하기 위해 대체로 둥근 로울형이다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 내부 재킷은 대항 가장자리들(6,7)에 의해 형성된 분할선(8)을 갖는다.

이러한 방식으로 제조된 재킷(1,2)은 하나가 하나의 내측에 놓이며, 단열 중간층(12)을 선택적으로 구비한다. 바람직하게는, 내부 재킷은 분할선이 용접 시임부(seam) 바로 위에 위치되지는 않도록 배열된다.

하나가 하나의 내측에 삽입된 재킷은 그 다음에 바람직하게는 이들의 단부 영역에서 변형되므로, 하우징의 횡단면은 촉매 캐리어의 외부 횡단면과 대체로 동일하다. 이 과정에서, 외부 재킷(2)은 원주에 대하여 소성 변형되므로, 외부 재킷은 내부 재킷(1)과 접촉하고 적어도 내부 재킷의 탄성 변형을 초래하는 압축 변형 상태를 유지한다. 양각 형상(11)은 미리 또는 동시에 외부 재킷(2) 상에서 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 양각 형상은 바람직하게는 재킷(2)의 원주상에 형성된 에워싸고 있는 비드(beads)이다. 이러한 양각 형상은 하우징의 종방향으로 거의 일정간격으로 분포되어야 한다. 에워싸고 있는 비드는 아래의 경우에서처럼, 내부 재킷(1)과 외부 재킷(2) 사이에서 열 변형에 대해 보상하기 위해 하우징의 길이방향으로 어느 정도의 탄성을 제공한다. 그러나, 만일 그와 같은 효과가 요구되지 않는다면, 다른 형태의 양각 형상이 제공될 수 있어, 요구된 모든 방향에서 외부 재킷에 안정성을 줄 수 있다. 외부 재킷(2) 및 내부 재킷(1)은 또한 전체 특성을 최적화하기 위하여 페라이트(ferrite) 및 오스테나이트(austenite)와 같은 서로 다른 재료로 구성될 수도 있다.

열전도에 대해 중대한 영향을 끼치기 위해, 내부 재킷(1)의 외측 및/또는 외부 재킷(2)의 내측에 추가로 코팅이 제공될 수도 있는데, 이런 코팅은 배기가스 촉매 내에서 발생하는 온도에서 중요한 역할을 이미 수행하고 있는, 복사로부터 열전달을 감소시킨다. 산화 피막 또는 반사층은 특히 이 점을 고려하면 적합할 수 있다.

본 발명은 저온 및 상온 시동에서 라이트 오프 실행(lightoff performance)이 개선될 수 있기 때문에, 특히 엄중한 환경보호 규제를 준수해야만 하는 자동차에서 배기가스 촉매용으로 특히 적합하다.

Claims (26)

1. 내부 재킷(1) 및, 서로 이격된 형태로 상기 내부 재킷(1)을 거의 동심으로 에워싸고 있는 외부 재킷(2)으로 구성되고,

   상기 내부 재킷(1) 및 외부 재킷(2)이 양 단부에서 서로 기밀하게 놓여 있는, 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징에 있어서,

   상기 내부 재킷(1)은 상기 외부 재킷(2)의 양 단부 영역(4,5)에서 상기 외부 재킷(2)의 수축에 의한 압축변형 상태로 유지되고,

   상기 외부 재킷(2)에는 상기 내부 재킷(1)을 향해 양각 형상(11)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
2. 제 1항에 있어서, 상기 양각 형상(11)은 에워싸고 있는 내부 비드의 형태로, 외부 재킷(2)상의 원주방향 전체 둘레로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 양각 형상(11)은 상기 내부 재킷(1)과 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 양각 형상(11)은 상기 내부 재킷(1)과부분적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 외부 재킷(2)과 상기 내부 재킷(1) 사이에 하나 이상의 단열층(12) 또는 코팅이 제공된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
6. 제 5항에 있어서, 상기 단열 코팅은 복사 특성 또는 반사 특성에 영향을 끼치는 단열층(12)인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하우징은 촉매 캐리어(3)가 내장되어 있는 원통형 내부를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하우징은 촉매 캐리어가 내장되어 있는 원추형 내부를 가지는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 외부 재킷(2)은 로울형 금속 시트로 구성되고,

   상기 금속 시트의 서로 만나는 가장자리들은 결합부(13)에 의해 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
10. 제 9항에 있어서, 상기 가장자리들은 결합부(13)에서 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
11. 제 9항에 있어서, 상기 가장자리들은 결합부(13)에서 레이저 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내부 재킷(1)은 분할선(8)을 구비한 둥근 로울형의 금속 시트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내부 재킷(1)은 원추형의 금속으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
14. 제 1항에 있어서, 상기 분할선(8)을 한정하는 상기 내부 재킷(1)의 가장자리들(6,7)은 상기 외부 재킷(2)에 의해 서로 압착되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내부 재킷(1)의 벽 두께가 0.3 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
16. 제 15항에 있어서, 상기 벽 두께는 0.5mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 외부 재킷(2)의 벽 두께가 0.3 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
18. 제 17항에 있어서, 상기 벽 두께는 0.5mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
19. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내부 재킷(1)과 외부 재킷(2) 사이의 최대 공간은 0.3 내지 4mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
20. 제 19항에 있어서, 상기 최대 공간은 0.5 내지 1mm인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
21. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 양각 형상(11)은 상기 하우징의 종방향으로 거의 일정간격으로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매 변환기용 이중 벽 하우징.
22. 내부 재킷(1) 및, 서로 이격된 형태로 상기 내부 재킷(1)을 거의 동심으로 에워싸고 있는 외부 재킷(2)으로 구성되고, 상기 내부 재킷(1) 및 상기 외부 재킷(2)이 양 단부에서 서로 기밀하게 놓여 있는, 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법에 있어서,

    분할선(8)을 유지한 채 원통형 또는 원추 형상으로 금속 시트를 변형시킴으로써 상기 내부 재킷(1)을 형성하는 단계와,

    원통형 또는 원추 형상으로 금속 시트를 변형시키고, 결합부(13)에서 서로 만나는 가장자리들(6,7)을 연결시킴으로써 상기 외부 재킷(2)을 형성하는 단계와,

    상기 내부 재킷(1)을 상기 외부 재킷(2) 내에 배치하는 단계와, 그리고

    상기 내부 재킷(1)이 압축 변형 상태로 유지되도록, 양 단부에서 상기 외부 재킷(2)을 원주방향 전체에 걸쳐 안쪽으로 소성 변형시킴과 동시에 또는 미리 상기 외부 재킷(2)상에 상기 내부 재킷(1) 쪽으로 양각 형상(11)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법.
23. 제 22항에 있어서, 상기 외부 재킷(2)의 변형에 앞서, 상기 내부 재킷(1)과상기 외부 재킷(2) 사이에 단열층이 제공되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법.
24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 내부 재킷(1)의 외측과 상기 외부 재킷(2)의 내측에는 각각 복사 성질에 영향을 끼치는 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법.
25. 제 24항에 있어서, 상기 코팅은 산화 피막인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법.
26. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 내부 재킷(1) 및 외부 재킷(2)의 양 단부는 인접 부품(9)과 결합하기 전에 또는 결합하는 중에 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 촉매용 이중 벽 하우징을 제조하는 방법.

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