KR19980701881A - 촉매 변환기 본체의 브레이징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 코팅부를 제2 금속부에 브레이징하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 제1 금속부의 표면을 세척 또는 마스킹하는 단계와, 브레이징 금속 포일을 금속부들 사이에 개재시키는 단계와, 브레이징 금속 포일이 용융되도록 조립체를 유도 가열하여 부품들이 함께 부착되는 단계와, 그 다음의 냉각 단계를 포함한다. 제어된 가열 프로파일이 개시되어 있다.

Description

촉매 변환기 본체의 브레이징 방법

금속 촉매 변환기들은 널리 공지되어 있고, 일반적으로 교대로 배열된 평평하고 주름진 박편 금속 스트립 또는 층으로 구성되고 원형 또는 타원형 단면을 갖도록 배열된 금속제의 다세포 벌집형 본체의 형태로 되어 있다. 벌집형 본체는 예를 들어 관형 금속 하우징과 같은 적절한 형상의 하우징 내에 수용된다. 박편 금속 스트립의 단부들은 편리하게는 페이스트 또는 포일의 형태로 도포된 브레이징 또는 필러 금속과 같은 용융 금속에 의해 또는 용접에 의해 관형 하우징 또는 자켓의 내측에 고정된다. 이러한 형태의 변환기 본체의 최근의 실시예에서, 박편 금속 스트립들은 적층되고, 중심부는 주름부를 제거하도록 적층되기 전후에 분쇄되어 박편 금속 스트립들이 S자로 감겨지는 견고한 코어 부재를 제공하도록 용접 또는 브레이징된다. S자로 감겨진 본체는 관형 본체 내에 삽입되고 그에 의해 보유된다.

관형 하우징의 내부면과 박편 금속 시트들의 코일형 또는 S자로 감겨진 스택의 자유 단부들 사이에 개재된 매우 얇은 브레이징 금속 포일[0.0254 내지 0.0762 cm 두께(0.001 내지 0.003 inch 두께)]을 이용하여 브레이징함으로써, 관형 본체 내의 보유가 가장 빈번하게 달성된다. 최종적인 조립체는 다음에 수소로(hydrogen furnace)에서 브레이징 포일을 용융하고 관형 하우징에 내부면에 박편 금속 스트립의 자유 단부를 고정하기에 충분한 온도로 가열된다.

코넬리슨(Cornelison) 등에게 허여된 1987년 12월 8일자의 미국 특허 제4,711,009호에 개시된 바와 같은 방법에서는 스트립들을 소정 길이로 절단하기 전에 박편 금속 스트립 재료의 표면을 연속적으로 코팅하는 것이 가장 편리하고 경제적인 것으로 알려져 왔다. 이러한 방법에 의해, 스트립들은 내화 금속 산화물 및 촉매를 이용하여 코팅된다. 이러한 내화 금속 산화물로서는 예를 들어 알루미나, 알루미나/산화세륨 혼합물, 이산화티탄, 이산화티탄/알루미나 혼합물, 이산화티탄/산화세륨 혼합물, 실리카, 지르코니아, 또는 지올라이트 등이 있다. 상기 촉매로서는 예를 들어 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 인듐 및 상기 금속의 2개 이상의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 귀금속 촉매가 있다. 상기 코넬리슨 등의 방법에서와 같이 미리 도포된 코팅을 이용하여 비교적 높은 약 3542 ℃(2000。F)의 브레이징 온도로 코어에 영향을 주는 것은, 코팅 및 촉매에 해로운 것으로 판명되었다. 또한, 고온은 일부 포일에 큰 입자 성장을 야기하여 피로 파괴를 발생시켰다.

그 다음에, 유도 히터의 코일 내에 전체 조립체를 배치함으로써 코어가 적절히 브레이징될 수 있음이 알려졌다. 이를 통해, 단지 하우징, 브레이징 포일 및 박편 금속 스트립의 자유 단부들만이 가열되고, 벌집형 코어의 주 본체가 코팅, 촉매 또는 포일에 해롭지 않은 온도에서 남아 있게 된다.

다음의 특허들이 참조될 수 있다. : 1979년 5월 1일 자의 제4,152,302호, 1981년 6월 16일 자의 제4,273,681호, 1981년 8월 4일 자의 제4,282,186호, 1983년 5월 3일 자의 제4,381,590호, 1983년 8월 30일 자의 제4,400,860호, 1985년 5월 28일 자의 제4,519,120호, 1985년 6월 11일 자의 제4,521,947호, 1987년 3월 3일 자의 4,647,435호 및 1987년 5월 12일 자의 제4,665,051호, - 이상의 특허는 논네만(Nonnemann)에게 허여된 특허로서, 상기 특허에서는 벌집 형태의 브레이징된 주름진 그리고 평평한 박편 금속 스트립을 개시하고 있음 -, 1991년 12월 10일 자 휘텐베르거(Whittenberger)에 허여된 제5,070,694호, 1988년 4월 25일의 우선일을 주장하면서 1989년 11월 2일에 각각 출원된 PCT 공개 번호 제WO 89/10470호(EP 제412,086호) 및 제WO 89/10471호(EP 제412,086호). 상기 국제 공개 번호들은 이격된 디스크를 직렬로 배치하거나 중간층을 전기 절연함으로써 장치의 내부 저항을 증가시키는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 또 다른 국제 PCT 공보는 1989년 4월 21일의 우선일을 주장하면서 1990년 4월 9일에 공개된 제WO 9012951호로서, 상기 공보는 절연 판들의 체결 층들을 형성함으로써 축방향 강도를 개선시키고자 하고 있다. 축방향 강도의 개선을 개시하는 또 다른 특허로서 카나니안(Kannanian) 등에게 허여된 제5,055,275호를 참조할 수 있다. 1991년 1월 31일로 우선일을 주장하고 1992년 1월 29일에 출원된 국제 PCT 공개 번호 제92/13636호가 참조될 수 있다. 상기 출원은 유체가 복수의 채널을 통해 유동될 수 있는 축을 따라 형성된 벌집형 본체에 관한 것이다. 벌집형 본체는 상호 이격 관계로 배열된 적어도 2개의 디스크를 갖고 있다. 본 명세서에 의하면, 디스크들이 함께 연결되고 상호 지지된 축 가까이에 적어도 하나의 바아 형태의 지지부가 있다. 본 발명은 인가된 전류 또는 관통하는 배기 가스를 통해 신속히 가열되는 제1 디스크의 설계를 가능하게 한다. 벌집형 본체는 내연 기관의 배기 시스템에서 촉매에 대한 지지부 역할을 한다. 또한, 1991년 1월 31일에 출원되고 1992년 8월 6일에 공개된 독일 특허 출원 제4,102,890호를 참조할 수 있다. 상기 출원은 나선형으로 감겨진 주름진 및 평평한 스트립 결합물을 개시하며, 상기 출원에서는 평평한 스트립들이 슬롯 및 관통부를 수용하고 전기 가열된다. 평평한 스트립들은 선단 및 후단 모서리부 사이에 브리지를 포함한다. 그러한 스트립의 그룹들은 절연 수단에 의해 분리된다. 코어에는 절연 수단에 의해 분리된 한 쌍의 원형 보유 세그먼트가 제공된다. 또한, 마우스(Maus) 등에 허여된 1992년 4월 7일 자의 미국 특허 제5,102,743호를 참조할 수 있다. 상기 특허는 자켓 튜브를 포함하는 원형, 계란형 또는 타원형 단면의 벌집형 촉매 캐리어와, 자켓 튜브 내의 상이한 방향으로 함께 감겨진 적어도 부분적으로 구성된 시트 금속 층들의 스택을 개시한다. 스택은 소정의 길이와 폭을 갖는다. 적어도 하나의 시트 금속 층들은 치수들 중 하나의 적어도 일부에 있어서 나머지 층들보다 더 큰 두께를 갖는다. 그러한 적어도 하나의 층은 두꺼운 금속으로 형성되거나 혹은 접촉 방식의 동일한 구성의 다수의 금속 시트들로 구성된다.

종래 장치들에 있어서의 일반적인 문제점은 핫 쉐이크 테스트(Hot Shake Test) 및 핫 사이클링 테스트(Hot Cycling Test)로 알려진 엄격한 자동차 산업 내구성 테스트에 통과될 수 없다는 것이다.

핫 쉐이크 테스트는 가동중인 내연 기관으로부터의 배기 가스가 장치를 동시에 통과하는 상태에서 800 내지 950 ℃(1472 내지 1742。F) 사이의 고온에서 수직 자세로 상기 장치를 진동(100 내지 200 Hertz 및 28 내지 60 G 관성 하중)시키는 진동 시험을 포함한다. 예를 들어 5 내지 200 시간의 소정 시간까지 촉매 장치의 코어가 삽입되거나 또는 포일 편(foil leaves)의 선단 또는 상류 모서리의 분리 또는 접힘이 표시된다면, 상기 장치는 시험에 실패하게 된다.

핫 사이클링 테스트는 800 내지 950 ℃(1472 내지 1742。F)에서 유동된 배기 가스를 이용하여 수행되고 300 시간 동안 매 15 내지 20 분마다 한번씩 120 내지 150 ℃로 순환된다. 코어의 삽입 또는 박편 금속 포일 스트립의 선단 모서리의 분리 작업은 실패로 고려된다.

핫 쉐이크 테스트 및 핫 사이클링 테스트는 이후에 핫 테스트(Hot Tests)로 명명되고 통과되기에 매우 어려운 것으로 판명되었다. 성공적인 장치를 제공하기 위한 다수의 노력들은 여러가지 이유로 인해 너무 고가이거나 비효율적인 것으로 판명되었다. 본 발명의 구성은 이러한 핫 테스트를 통과하게 될 것이다.

다음의 설명에서, 페라이트계 스테인레스강에 대해 참조해 본다. 내연 기관 분야에서 특히 이용하기 위한 적절한 페라이트계 스테인레스강은 아겐(Aggen)에게 허여된 1983년 11월 8일 자의 미국 특허 제4,414,023호에 개시되어 있다. 본문에서 이용되는 특정한 페라이트계 스테인레스강 합금은 20%의 크롬, 5%의 알루미늄, 세륨, 란탄, 네오디뮴, 이트륨, 프라세오디뮴 또는 그러한 희토류 금속 중 2개 이상의 혼합물로부터 선택된 0.002% 내지 0.05%의 적어도 하나의 희토류 금속, 잔부의 철 및 미량의 강철 제조 불순물을 함유한다. 선행한 분석의 페라이트계 스테인레스강은 Alfa IV의 상표로서 알러게니 루드룸 스틸 캄파니(Allegheny Ludlum Steel Co.)로부터 상업적으로 입수 가능하다.

본문에서 특히 이용되는 또 다른 금속 합금은 하이네스(Haynes) 214 합금으로서 또한 상업적으로 이용된다. 이러한 합금 및 다른 니켈철 합금들은 허천로더(herchenroeder) 등에 허여된 1987년 6월 9일 자의 미국 특허 제4,671,931호에 개시되어 있다. 이러한 합금은 높은 내산화성을 특징으로 한다. 본문에 이용되는 합금의 특정 실시예는 75%의 니켈, 16%의 크롬, 4.5%의 알루미늄, 3%의 철, 이트륨을 제외한 선택적인 미량의 하나 이상의 희토류 금속, 0.05%의 탄소 및 강철 제조 불순물을 함유한다. 또한 본문에서 이용되는 하이네스 230 합금은 22%의 크롬, 14%의 텅스텐, 2%의 몰리브덴, 0.10%의 탄소, 미량의 란탄, 잔부의 니켈을 함유하는 조성을 갖는다. 페라이트계 스테인레스강 및 하이네스 합금 214 및 230은 고온 저항성, 내산화성(또는 내식성)의 금속 합금의 예로서, 상기 금속 합금은 변환기 본체에서 이용되는 박편 금속 스트립을 제조하는 데 적절하게 이용될 수 있고, 특히 EHC부에서 이용되는 일체식 히터 스트립을 제조하는 데 적절하게 이용될 수 있다. 적절한 금속들은 높은(high) 온도에 견딜 수 있어야 하는 데, 즉 연장된 주기에 걸쳐서 약 900 내지 1200 ℃(1652 내지 2012。F) 범위의 온도에서 견뎌내야 한다.

또 다른 고온 저항성, 내산화성 금속 합금들이 공지되어 있고 본문에 이용될 수 있다. 대부분의 응용 분야에 있어서, 특히 자동차 분야에 있어서, 이러한 합금들은 박편(thin) 금속 스트립으로 이용되는 데, 즉 약 0.00254 cm 내지 0.00508 cm(0.001 내지 0.002 inch)의 두께를 갖고, 양호하게는 약 0.00381 cm 내지 0.00762 cm(0.0015 내지 0.003 inch)의 두께를 갖는다.

다음의 설명에서, 섬유 세라믹 매트, 직조(woven) 세라믹 테이프, 직물, 또는 절연물을 참조해 볼 수 있다. 소만(Sowman)에게 허여된 1974년 3월 5일자의 미국 특허 제3,795,524호와 하치(Hatch)에게 허여된 1975년 10월 28일 자의 미국 특허 제3,916,057호를 참조해 볼 수 있는 데, 상기 특허들에서는 본문에 이용될 수 있는 테이프 및 매트를 제조하는 데 유용한 섬유의 형성 방법 및 제조 방법이 개시되어 있다. 그러한 하나의 직조 세라믹 섬유 재료는 NEXTEL 312 직조 테이프의 상표로서 3-M 캄파니로부터 현재 유통되고 있고, 박편 금속 스트립 또는 그 그룹의 절연용으로 유용하게 이용된다. 세라믹 섬유 매트는 INTERAM의 상표로서 3-M 캄파니로부터 또한 상업적으로 통용되고 있다. 대부분의 목적을 위해서는, 예를 들어 미국 특허 제4,711,009호에 기재된 코넬리슨 등의 방법에 의해 도포된 금속 스트립의 표면 상의 내화 금속 산화물의 코팅 절연 층이 바람직하다.

본 발명은 촉매를 손상하지 않고 금속 촉매 변환기 본체를 브레이징(brazing)하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.

도1은 본 발명의 방법을 도시하는 플로우 시트이다.

도2는 중심부에서 분쇄되어졌고 관형 자켓 또는 하우징으로 삽입하도록 벌집형 본체를 형성하기 위해 나선형으로 또는 S자로 감겨지기 전의 박편 금속 시트의 스택의 단부도이다.

도3은 용융 온도로 가열하기 전에 하우징과 벌집형 코어 사이의 적소에 배치된 하우징과 브레이징 금속 포일 내에 보유된 S자로 감겨진 벌집형 코어를 도시하는 본 발명에 의한 변환기 본체의 단부도이다.

도4는 변환기 본체를 통한 가스 유동의 방향을 도시하는 본 발명에 의한 변환기 본체의 측면도이다.

도5는 상기 방법을 조작하기에 양호한 온도 대 시간의 프로파일이다.

간략하게 설명하면, 본 발명은 적어도 부분적으로 코팅되고 촉매화된 제1 금속 본체를 제2 금속 본체에 부착하는 방법에 관한 것으로서, 내화 금속 산화물의 코팅과, 상기 제2 금속에 부착되는 적어도 하나의 코팅되지 않은 접합 영역을 갖고 상부에 지지된 촉매를 구비한 적어도 하나의 제1 금속 본체를 제공하는 단계와, 상기 제2 금속에 부착되는 상기 접합 영역에 용융성 브레이징 금속을 도포하는 단계와, 조립체를 제공하기 위해 상대 운동에 대항하여 상기 제1 및 제2 금속 본체를 보유하는 단계와, 상기 조립체를 유도 히터의 코일 내에 배치하는 단계와, 상기 접합 영역의 온도를 상기 브레이징 금속을 용융하기에 충분한 온도로 상승시키기 위해 상기 유도 히터에 전력을 인가하는 단계와, 상기 제1 금속 본체를 상기 제2 금속 본체에 부착하기 위해 상기 조립체를 냉각하는 단계를 포함하고 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 주위 하우징 또는 자켓 튜브에 박편 금속 스트립의 자유 단부를 브레이징하는 방법이다. 본 발명의 주요 특징은 미리 코팅된 코팅층 및 촉매가 3812 ℃(2150。F) 정도의 높은 브레이징 온도에 의해 해로운 영향을 받지 않는 다는 것이다. 브레이징 금속은 예를 들어 약 0.00254 cm 내지 0.00508 cm(0.001 내지 0.002 inch) 두께의 페이스트 또는 박편 포일로 이용될 수 있고, 3812 ℃(2150。F)에서 용융되는 MBF 80 브레이징 포일로서 얼라이드 시그널(Allied Signal)사로부터 현재 상업적으로 유통되고 있다. 브레이징 금속의 포일 형태가 바람직하다.

본 방법의 양호한 실시예에서, 가열 프로파일이 특히 중요하다. 전형적인 프로파일은 도5에 도시되어 있고 아래에 설명된다.

도1을 참조하면, 본 발명의 방법의 플로우 시트가 도시된다. 본 방법에 공급된 박편 금속 스트립은 전술한 바와 같은 스테인레스강으로서, 예를 들어 미국 특허 제4,711,009호에 개시된 방법에 의해 코팅된다. 주요 코팅은 전술한 바와 같은 내화 금속 산화물로서, 그 위에 촉매, 특히 전술한 바와 같은 귀금속 촉매가 중첩된다. 본 방법에서 제1 주요 단계는 브레이징 영역 또는 접합 영역에서 코팅 및 촉매를 제거하는 것으로서, 그러한 영역에서 코팅이 브레이징의 무결성을 저해할 것이기 때문이다. 다음 단계는 도2에 도시된 방식으로 복수의 평평한 박편 금속 스트립과 주름진 박편 금속 스트립을 적층하는 것이다. 주름진 박편 금속 스트립의 중심부가 아직 평평하게 되지 않으면, 스택(stack)은 중심부를 평평하게 하도록 적절한 조(jaw)들 사이에서 분쇄될 수 있다. 스택을 형성하는 층들의 중심부는 예를 들어 브레이징 페이스트 또는 용접을 이용하여 브레이징될 수 있다. 이러한 것은 스택을 S자로 감는 것을 용이하게 하고 상기 영역에서 층들의 축방향 운동을 방지하는 견고한 중심 포스트를 제공한다.

다음의 주요 단계는 견고한 중심 포스트를 파지하고 시계 또는 반시계 방향으로 중심 포스트를 회전시킴으로써 스택을 S자로 감아, S자로 된 벌집형 본체를 형성하는 단계이다.

그 다음 단계는 S자로 감겨진 벌집형 본체를 상업적으로 이용될 수 있고 약 3812 ℃(2150。F)에서 용융되는 박편[0.00254 내지 0.00508 mm(0.001 내지 0.003 inch]브레이징 포일로 감싸는 단계이다. 그 이후에, 감싸여진 벌집형 본체는 관형 자켓 또는 하우징으로 삽입되고 하우징의 내부벽에 대항하여 팽창될 수 있다. 이러한 것은 개재된 매우 얇은 브레이징 금속 포일에 의해 분리된 하우징의 내부면에 매우 근접한 박편 금속 층의 깨끗한 또는 코팅된 자유 말단부를 가져오게 된다.

이제, 본 장치는 브레이징 포일을 용융하고 하우징의 내부면에 박편 금속 스트립의 말단부를 고정하기 위한 유도 가열의 준비가 이루어진다. 이러한 조작을 수행하기 위해, 벌집형 본체는 유도 히터의 코일 내에 배치된다. 유도 히터는 바람직하게는 벌집형 본체보다 직경면에서 다소 큰 중공형 수냉 구리 코일로서, 그 직경은 예를 들어 0.1587 내지 0.635 cm(1/16 내지 1/4 inch)이다. 구리 코일은 밀봉 가능한 챔버 내에 배치된다. 아르곤 가스는 공기 챔버를 정화하는 데 이용될 수 있고, 챔버 내의 압력은 완전한 진공 상태에 가깝다. 아르곤 가스는 진공 펌프를 이용하여 소정 압력으로 채워진다.

적외선 센서에 의해 감지된 벌집형 본체의 외부층의 온도가 예를 들어 약 40초간의 소정 시간을 거쳐서 약 3362 ℃(1900。F)로 급등 또는 상승되고, 이러한 온도에서 약 15초 동안 유지되며, 그 다음에 추가적인 15초 간의 시간에 걸쳐, 온도가 브레이징 포일의 용융 온도로 상승된다. 용융 온도의 도달시에, 전력은 즉시 단절되고, 마무리 가공된 벌집형 본체가 챔버로부터 제거되고 실온으로 냉각될 수 있다.

도2는 스택(120)을 도시하는 단부도로서, 스택(120)은 벌집형 본체를 강화하기 위해 내부에 중심 위치한 보강 웨브(123)를 갖고 평평한 박편 금속 스트립(124)과 주름진 박편 금속 스트립(122)이 교대로 배열되어 구성된다. 데이비드 토마스 쉘러(David Thomas Sheller)가 1995년 1월 10에 출원하고 발명의 명칭이 다세포형 변환기용 보강 웨브(Reinforcing Web for Multicellular Converter)이며 공동 소유로서 계류중인 미국 특허 출원 번호 제08/370,886호가 유용한 벌집형 본체 구성의 세부 사항들에 대해 본문에서 참조로서 구체화하여 설명되고 있다. 스택의 상부 및 하부에서 평평한 스트립(124)은 절반 길이의 평평한 스트립(124)으로서, 이러한 스트립은 끝에서 2번째의(penultimate) 주름진 스트립들이 스택을 나선형으로 감음으로써 상호 접촉될 때에 상부 주름진 스트립(122)의 좌측 단부와 하부 주름진 스트립(122)의 우측 단부의 절첩 삽입(nesting)을 방지하기 위한 목적으로 이용됨을 주지하여야 한다. 개개의 스트립(122, 124, 126)은 전술된 바와 같은 내고온성 및 내산화성 합금으로 구성되어야 한다. 주름진 박편 금속 스트립(122) 각각은 평평한 중심부(127)를 갖고, 평평한 박편 금속 스트립(126, 124)의 각각은 평평한 중심부(128)를 갖거나 또는 절반 길이의 평평한 스트립용에 대해 스택(120)의 중심에 위치한 평평한 단부(128)를 갖는다. 그룹 또는 스택(120)은 평평한 중심부(127, 128)에 모여지고, 예를 들어 스태플링 또는 리벳팅과 같은 기계적 수단에 의해, 또는 분기(bifurcated) 핀에 의해, 혹은 브레이징 또는 용접에 의한 용융 금속에 의해 함께 연결된다. 적층 스트립(122, 124, 126)의 평평한 중심부(127, 128)는 도2에 도시된 바와 같이 바람직하게는 약 0.4763 내지 2.54 cm(3/16 내지 1 inch)의 폭을 갖는다. 임의의 코팅을 세척하여 제거한 후에, 다세포 벌집형 변환기 코어 본체가 나선형으로 혹은 S자로 감겨지는 견고한 중심 부재(130)를 형성하도록 층들이 함께 접합될 수 있게 하기 위해서는, 바람직하게는 이러한 영역에 적절한 브레이징 페이스트가 도포된다. 바람직하게는 층(122, 124, 126)들이 중(heavy) 하중(1 스퀘어 inch 당 1 내지 5톤) 하에서 적절한 다이를 이용하여 함께 분쇄된다. 중심 영역(130)에서 모든 층들을 함께 브레이징 또는 용접하기 위해 열이 가해질 수도 있다. 이러한 것은 핀 또는 로드를 이용할 필요 없이 중심에서 스택(120)을 일체화한다. 본 발명의 목적을 위해서, 내화 금속 산화물 및 귀금속 촉매의 코팅을 도포하는 코넬리슨 등의 미국 특허 제4,711,009호에 도시된 바와 같은 방법에 의해 주름진 박편 금속 시트와 평평한 박편 금속 시트들이 예비 처리된다. 내화 금속 산화물은 바람직하게는 워시코트(washcoat)로서 적용되고, 편리하게는 수용액 매질에서 75%의 감마알루미나 및 25%의 산화세륨의 혼합물이다. 스택(120)의 각각의 단부에는 단부 평탄 층(124)을 갖는 6 내지 12 또는 그 이상의 층(122, 126)이 있을 수 있다. 코팅은 그릿 블래스팅 또는 회전식 와이어 브러싱에 의해 중심부(127, 128)에서 제거되어져야 한다. 또한, 예를 들어 도3에서의 하우징(22)과 같은 하우징에 박편 금속 스트립의 브레이징을 가능하게 하고 접합 영역을 한정하도록, 코팅은 약 0.3175 cm 내지 0.8458 cm(1/8 내지 1/3 inch)로서 박편 금속 시트 또는 스트립(122, 124, 126)의 말단부에서 제거되어져야 한다. 도2에 도시된 바와 같이, 개개의 박편 금속 스트립(122, 126)은 각각의 중심부(127, 128)를 통해 각각 주름진 박편 금속 스트립(122)의 한 자유 단부(132) 혹은 말단부(132)로부터 다른 자유 단부(134) 혹은 말단부(134)로 연속적으로 형성되어 있고, 그리고 평평한 박편 금속 스트립(126)의 한 자유 단부(136) 혹은 말단부(136)로부터 다른 자유 단부(138) 혹은 말단부(138)로 연속적으로 형성되어 있다. 스트립은 일반적으로 약 10.16 cm 내지 60.96 cm(4 내지 24 inch)의 길이와 약 2.54 cm 내지 20.32 cm(1 내지 8 inch)의 폭으로 형성된다.

박편 금속 스트립 또는 층들을 충분히 코팅하고 코팅 및 촉매의 접합 영역을 세척하는 대신에, 그 중심부 및/또는 말단부가 접합 영역에서의 코팅의 도포를 방지하기 위해 덮여질 수도 있다.

도2의 적층식 박편 금속 스트립의 그룹은 팽창되고 풀려진 상태로 도시되어 있다. 도2의 스택은 분기 핀(도시되지 않음)의 레그와 같은 적절한 레그 또는 조오를 이용하여 중심부에서 파지되고, 예를 들어 박편 금속 스트립이 나선형으로 혹은 S자로 견고하게 감겨질 때까지 시계 방향으로 회전됨으로써, 스택(120)의 외측 상의 절반 스트립(124)과 함께 박편 금속 스트립(122, 126)이 그 전체 길이를 따라 접촉 관계를 이루게 된다. 감김 단계, 브레이징 포일로서 감싸는 단계 및 관형 하우징(22)(도3)에서의 삽입 단계 이후에, 레그 또는 조오(또는 분기 핀)가 제거된다. 스트립(122, 126)의 길이가 동일하다면, 최종 형상은 원형이 될 것이다. 스트립(122, 126)의 길이가 상이하거나 혹은 평평한 부분이 스트립 길이의 중심으로부터 변위된다면, 그 때에 본 기술 분야에 숙련된 사람이라면 알 수 있는 바와 같이 임의의 계란형 또는 타원 형상이 달성될 수 있을 것이다.

도3을 참조하면, 다세포 벌집형 본체(10)를 형성하는 복수의 주름진 박편 금속 스트립(14, 20) 및 평평한 박편 금속 스트립(16, 18)과 함께 S자로 감겨진 보강 웨브(12)를 구비한 다세포 벌집형 변환기 본체(10)가 도시되어 있다. S자로 감겨진 스트립(예를 들어, 14, 16, 18, 20)은 견고하게 감겨져서 보유 하우징(22) 또는 선반(mantel, 22) 내에 보유되며, 그러한 보유 하우징은 바람직하게는 관형 스테인레스강 부재이다. 또한, 도3에서는 용융되기 전에 박편 금속 스트립의 말단부들과 하우징(22) 사이에 배치된 브레이징 금속 포일 층(21)이 도시되어 있다. 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 보강 웨브(12)의 중심부(24)는 평평하게 이루어져 있다.

도4는 입구 또는 상류 단부(117)로부터 출구 또는 벌집형 코어(115)의 하류 단부(119)로의 가스 또는 유체의 유동 방향을 도시하는 코어 본체(114)의 측면도이다.

도5는 본 발명에서 유용하게 이용되는 양호한 온도/시간의 프로파일을 도시하고 있다. 유도 코일이 적절한 전력 제어 하에서 여기화될 때, 온도는 약 40초의 주기에 걸쳐 약 3362 ℃(1900。F)의 수준으로 상승되거나 급등되며, 상기 온도에서 브레이징 포일과 박편 금속 스트립 또는 층들의 말단부가 하우징의 결합 내부면과 합치되게 성장할 수 있도록 약 15초 동안 유지된다. 그 다음에, 약 15초의 주기에 걸쳐 브레이징 포일을 용융하고 부품들을 함께 접합하기에 충분한 3812 ℃(2150。F)의 온도로 상승되거나 혹은 급등된다. 이 시점에서 전력은 바로 차단되고 장치가 냉각될 수 있다. 단지 벌집형 본체의 최외각 부분만이 가열되기 때문에, 촉매 및 이를 지지하는 코팅은 브레이징 방법에 의해 불리한 영향을 받지 않게 된다.

Claims (27)

1. 적어도 부분적으로 코팅되고 촉매화된 제1 금속 본체를 제2 금속 본체에 부착하는 방법에 있어서,

   (a) 내화 금속 산화물의 코팅과, 상기 제2 금속에 부착되는 적어도 하나의 코팅되지 않은 접합 영역을 갖고 상부에 지지된 촉매를 구비한 적어도 하나의 제1 금속 본체를 제공하는 단계와,

   (b) 상기 제2 금속에 부착되는 상기 접합 영역에 용융성 브레이징 금속을 도포하는 단계와,

   (c) 조립체를 제공하기 위해 상대 운동에 대항하여 상기 제1 및 제2 금속 본체를 보유하는 단계와,

   (d) 상기 조립체를 유도 히터의 코일 내에 배치하는 단계와,

   (e) 상기 접합 영역의 온도를 상기 브레이징 금속을 용융하기에 충분한 온도로 상승시키기 위해 상기 유도 히터에 전력을 인가하는 단계와,

   (f) 상기 제1 금속 본체를 상기 제2 금속 본체에 부착하기 위해 상기 조립체를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 금속 본체에 부착되는 접합 영역으로부터 상기 제1 금속 본체 상의 상기 코팅 및 촉매를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 내화 금속 산화물은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 내화 금속 산화물은 알루미나 및 산화세륨의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 내화 금속 산화물은 75%의 알루미나와 25%의 산화세륨의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 내화 금속 산화물은 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 촉매는 귀금속 촉매인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 귀금속 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐, 인듐, 루테늄 및 상기 금속들의 2개 이상의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속 본체는 주름진 박편 금속 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속 본체는 평평한 박편 금속 스트립과 교대로 적층되고 다세포 벌집형 본체를 형성하도록 S자로 감겨진 복수의 주름진 박편 금속 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 주름진 박편 금속 스트립과 평평한 박편 금속 스트립은 말단부를 구비하고, 상기 말단부는 접합 영역을 한정하기 위해 코팅과 그로부터 제거된 촉매를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 제2 금속 본체는 상대 운동에 대항하여 상기 제1 및 제2 금속 본체를 보유하는 관형 금속 하우징인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 유도 히터는 밀봉 가능한 챔버 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 챔버를 밀봉하는 단계와, 상기 밀봉 가능한 챔버 내의 가스를 비활성 가스로 대체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 챔버를 밀봉하는 단계와, 상기 밀봉 가능한 챔버 내에 진공을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 비활성 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 전력을 인가하는 단계는 소정 시간동안 소정의 중간 수준으로 접합 영역의 온도를 급등시키는 단계와, 이어서 그 온도를 용융 온도로 급등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 소정의 중간 수준은 약 3362 ℃(1900。F)인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 용융 온도는 약 3812 ℃(2150。F)인 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제17항에 있어서, 소정 시간은 약 30초 내지 50초인 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제17항에 있어서, 10 내지 30초 동안 상기 소정의 중간 온도에서 조립체를 보유하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제17항에 있어서, 상기 용융 온도에 도달된 때에 즉시 전력 인가를 종결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제1항에 있어서, 브레이징 금속은 브레이징 금속 포일인 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제1항에 있어서, 브레이징 금속은 브레이징 금속 페이스트인 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 금속부는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 스테인레스강은 페라이트계 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제25항에 있어서, 스테인레스강은 니켈 및 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.