KR100213818B1 - 차량용 촉매기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 배기가스 정화용 촉매기에 관한 것으로, 배기가스 중의 NO_X의 활성을 향상시키므로써, 차량 특히 NO_X가스의 배출이 심한 희박 연소 자동차의 배기가스를 저감시키는 것을 목적으로 하며, 이를 위해, 본 발명은, 내부에는 배기가스가 통과할 수 있는 격자 형상의 통로가 형성되는 기부로서의 담체와, 이러한 담체의 통로 내면상에 코팅되어 배기가스를 정화시키는 촉매층을 포함하는 배기가스 정화를 위한 차량용 촉매기에 있어서, 담체의 관통홀 내면상에는 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질이 먼저 도포되어 중간층을 형성된 후에, 다시 중간층의 상부에 와시코트 물질과 혼합된 제올라이트 촉매물질로 이루어지는 촉매층이 이중으로 도포되는 것을 특징으로 하는 차량용 촉매기를 제공한다.

Description

차량용 촉매기

본 발명은 자동차용 촉매기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 희박 연소 차량용 엔진에서 배출되는 배기가스의 정화 효율을 향상시키기 위해 촉매에 도포되는 촉매층을 이중으로 제공하는 차량용 촉매기에 관한 것이다.

최근 들어서, 자동차의 배출가스로 인한 대기 오염을 방지하는 것이 환경 위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.

자동차의 배출가스는 배기 파이프로 배출되는 배기가스, 엔진의 크랭크케이스에서 배출되는 블로바이 가스, 및 연료탱크나 기화기 등에서 증발되는 연료증발 가스가 있다. 이 중에서 배기가스는 연료가 실린더 안에서 연소된 다음, 배기 파이프를 통해 외부로 배출된다. 배기가스의 성분은 대부분이 인체에 무해한 수증기(H₂O), 질소(N₂), 탄산가스(CO₂)등이나, 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NO_X)등의 유해한 물질도 포함되어 있다.

배기가스내의 유해성분을 제거하기 위한 방안으로, 종래 공지된 것으로는 엔진에서 배출된 배기가스가, 배기 매니폴드 후방의 배기 파이프에 장착된 산화 또는 환원 촉매로 통과되도록 하므로서, 유해성분이 감소 및 제거되도록 한 촉매기 방식이 있다. 이러한 촉매기 방식은 배기가스 속의 CO와 HC를 산화시켜 무해한 CO₂와 H₂O로 만드는 산화 촉매기와, 배기가스 속의 NO_X를 환원시켜 해가 없는 N₂와 CO₂로 만드는 환원 촉매기와, 배기가스 속의 CO, HC, NO_X를 동시에 하나의 촉매로 산화 또는 환원시키는 3원 촉매기가 있다.

이와 같이 촉매기는 금속제 하우징과 상기 금속제 하우징 내에 들어 있는 촉매로 구성되며, 상기 촉매는 골격부로서의 담체와, 그 담체 위에 도포된 세라믹의 중간층(혹은 wash-coat), 그리고 그 중간층 위에 도포된 촉매층으로 이루어 진다. 또한, 담체에는 세라믹 일체형(ceramic monolith)과 금속 일체형(metal monolith)이 많이 사용된다.

도 1에는 종래의 일체형 담체로 형성된 촉매(1)의 구조가 도시되어 있다.

상기 촉매기는 상술된 바와 같이, 외부의 하우징과, 내부의 촉매(1)로 구성되어 있으며, 상기 촉매(1)와 하우징의 내측부 사이에는 차체의 주행 충격으로부터 촉매(1)을 보호하기 위한 완충재가 제공되는 경우도 있다. 또한, 상기 하우징의 양쪽 측면부에는 일정한 발산 각도로 형성되어 깔때기 형상의 확산부를 갖는 배기가스 입구 및 출구가 형성되어 있으며, 상기 촉매(1)는 그물 형상의 격자구조로 이루어진 담체(2)와 촉매층으로 구성된다. 도 2에는 도 1에 도시된 촉매(1)의 확대도로서, 도시된 바와 같이, 격자구조로 형성된 담체(2)의 내부에는 다수의 관통홀(3)이 형성되어 배기가스의 통로로서 사용되고, 이러한 관통홀(3)의 내측면상에는 촉매층(4)이 도포되어 배기가스가 관통홀(3)을 통과하면서, 촉매층(4)과 배기가스가 반응하면서 정화가 이루어 지게 된다.

한편, 종래의 촉매기 구조는 촉매층(4)을 구성하는 Cu-ZSM-5와 pt-ZSM-5등의 제올라이트 촉매물질과 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질과 섞어 허니콤(honeycomb)형태의 합성물질로 만들어 코이얼라이트 모노리스형 담체(2)의 통로 내부에 코팅시키게 되어 있으나, 제올라이트 물질이 상기 코이얼라이트 모노리스형 담체(2)에 코팅이 잘 안되므로 상용화될 수 있는 촉매를 제조하기 위하여 제올라이트 함량이 제한되어, NO_X의 활성이 낮게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상기 배기가스 정화용 촉매기를 개선하여 NO_X의 활성을 향상시키므로써, 차량 특히 NO_X가스의 배출이 심한 희박 연소 자동차의 배기가스를 저감시키는 것을 목적으로 한다.

제1도는 종래의 배기가스 정화용 촉매기의 구조를 보인 사시도.

제2도는 제1도에 도시된 촉매의 부분 확대도.

제3도는 본 발명에 따른 촉매기의 부분 확대도.

제4도 내지 제7도는 본 발명에 따른 촉매기와 종래의 촉매기의 배기가스 정화상태를 비교하기 위한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 촉매기 2 : 담체

3 : 관통홀 4, 6 : 촉매층

5 : 중간층

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내부에는 배기가스가 통과할 수 있는 격자 형상의 통로가 형성되는 기부로서의 담체와, 이러한 담체의 통로 내면상에 코팅되어 배기가스를 정화시키는 촉매층을 포함하는 배기가스 정화를 위한 차량용 촉매기에 있어서, 담체의 관통홀 내면상에는 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질이 먼저 도포되어 중간층을 형성된 후에, 다시 중간층의 상부에 와시코트 물질과 혼합된 제올라이트 촉매물질로 이루어지는 촉매층이 이중으로 도포되는 것을 특징으로 하는 차량용 촉매기를 제공한다.

또한, 상기 촉매층은 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 Cu-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 촉매층은 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 pt-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합되는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 양호한 실시예를 보다 상세하게 설명하며, 본 실시예에서는 종래 기술에서 인용된 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고 있다.

여기서, 도 3은 본 발명에 따른 촉매기의 부분 확대도이고, 도 4내지 도 7은 본 발명에 따른 촉매기와 종래의 촉매기의 배기가스 정화상태를 비교하기 위한 그래프이다.

본 발명에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 담체(2)의 관통홀(3) 내면상에 코팅되는 기존의 혼합 촉매층을 대신하여 제올라이트 촉매 물질과 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질을 분할하여 각기 별도의 층으로 도포된다.

즉, 담체(2)의 관통홀(3) 내면상에는 담체(2)와의 접착력이 우수한 와시코트 물질을 먼저 도포하여 중간층(5)을 형성시킨 후에, 다시 중간층(5)의 상부에 일정 비율로 와시코트 물질과 혼합된 Cu-ZSM-5와 pt-ZSM-5등의 제올라이트 촉매물질로 이루어지는 촉매층(6)을 도포시키게 되므로써 NO_X의 활성을 도모하게 된다.

다음으로, 도 4내지 도 7은 본 발명에 따른 촉매기와 종래의 촉매기의 배기가스 정화상태를 비교하기 위한 그래프로서, 도 4는 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질과 20 ∼ 30 중량%의 Cu-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합된 종래의 혼합 촉매층의 배기가스 활성 상태를 나타내는 것이고, 도 5는 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질과 20 ∼ 30 중량%의 pt-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합된 종래의 혼합 촉매층의 배기가스 활성 상태를 나타내는 것이며, 도 6은 중간층(5)으로서 γ-Al₂O₃와 촉매층(6)으로서 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 Cu-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합된 복층 촉매의 배기가스 활성 상태를 나타내고, 도 7은 중간층(5)으로서γ-Al₂O₃와 촉매층(6)으로서 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 pt-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합된 복층 촉매의 배기가스 활성 상태를 나타낸다.

이러한 그래프에서 보는 바와 같이, 우선 도 4의 단층 촉매층과 도 6의 복층 촉매층의 경우, 도 6에서 NO_X의 활성이 향상되었고, NO_X의 활성이 높은 촉매 온도 영역이 도 4에 비하여 넓어 졌음을 알 수 있다. 또한 도 7의 경우도 도 5에 비하여 NO_X의 활성이 향상됨을 알 수 있다.

이상에서 설명된 실시예를 통하여, 본 발명에 의한 차량용 촉매기에 의하면, 담 체의 배기가스 통로용 관통홀의 내부에 도포되는 촉매층을 복층으로 구성하여 하부의 중간층을 와시코트 물질 만으로 형성시키므로써 제올라이트 촉매물질의 접착력을 향상시키게 되고, 또한 제올라이트 촉매물질의 혼합비율을 증대시키므로써 NO_X의 활성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

한편 본 발명의 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 내부에는 배기가스 통과할 수 있는 격자 형상의 통로가 형성되는 기부로서의 담체와, 이러한 담체의 통로 내면상에 코팅되어 배기가스를 정화시키는 촉매층을 포함하는 배기가스 정화를 위한 차량용 촉매기에 있어서, 담체의 관통홀 내면상에는 γ-Al₂O₃를 주성분으로 하는 와시코트 물질이 먼저 도포되어 중간층을 형성된 후에, 다시 중간층의 상부에 와시코트 물질과 혼합된 제올라이트 촉매물질로 이루어지는 촉매층이 이중으로 도포되는 것을 특징으로 하는 차량용 촉매기.
2. 제1항에 있어서, 상기 촉매층은 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 Cu-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 차량용 촉매기.
3. 제1항에 있어서, 상기 촉매층은 γ-Al₂O₃과 50 ∼ 75 중량%의 pt-ZSM-5 제올라이트 촉매물질이 혼합되는 것을 특징으로 하는 차량용 촉매기.

Images