KR100484689B1 - 열교환 장치 및 대기의 촉매적 처리 방법 - Google Patents

열교환 장치 및 대기의 촉매적 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장치의 열교환 특성은 유지하면서 열교환 장치의 표면을 촉매적으로 활성화시키는 방법 및 그에 의해 얻어진 열교환 장치에 관한 것이다.

Description

열교환 장치 및 대기의 촉매적 처리 방법 {Heat Exchange Device and Method of Catalytically Treating the Atmosphere}
본 발명은 저온 대기 정화 방법, 보다 구체적으로는 자동차의 라디에이터와 같은 열교환기의 외부 표면을 열교환기의 기능에 역효과를 미치지 않으면서 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시킬 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
오염 물질 억제에 관한 문헌에 개시된 일반적 접근 방식은 환경으로 유입되는 폐기물 스트림을 반응적으로 정화시키는 것이다. 1종 이상의 오염 물질이 너무 많이 검출되거나 배출되는 경우에, 오염 물질의 근원에 초점이 맞추어져 왔다. 대부분의 경우에 가스상 스트림을 처리하여 오염 물질이 대기로 유입되기 전에 감소시키는 것이다.
대기를 한정된 공간으로 유도하여 그 내부의 바람직하지 않은 성분을 제거하는 것이 개시되어 왔다. 그러나, 이미 환경에 존재하는 오염 물질을 처리하는 노력은 거의 없었고, 따라서 환경은 그의 자정 시스템에 의해 정화되도록 방치되어 왔다.
환경을 사전 정화시키는 것을 개시하는 문헌이 공지되어 있다. 미국 특허 제3,738,088호에는 비히클을 이동식 정화 장치에서와 같이 비히클을 사용하여 주위 공기로부터 오염 물질을 정화시키는 공기 여과 어셈블리가 개시되어 있다. 다양한 요소가 비히클과 함께 사용되어 비히클이 환경중에 작동될 때 주위 공기를 정화시키는 것으로 개시되어 있다. 특히, 공기 스트림 속도를 조절하여 공기를 여러 필터 수단으로 유도하는 배관 시스템이 개시되어 있다. 필터 수단은 필터 및 전자 침전기를 포함할 수 있다. 촉매된 포스트필터는 일산화탄소, 불연소 탄화수소, 산화질소 및(또는) 산화황과 같은 비미립자성 또는 에어로졸 오염물을 처리하는데 유용한 것으로 개시되어 있다.
또 다른 방법은 미국 특허 제5,147,429호에 개시되어 있다. 이동식 배출 공기 정화 스테이션이 개시되어 있다. 특히, 이 특허는 공기 회수용 기구(氣球)를 특징으로 한다. 이 기구에는 다수의 상이한 유형의 공기 정화 장치가 내장되어 있다. 개시된 공기 정화 장치는 습윤 스크러버, 여과 기계 및 싸이클론 분무 스크러버를 포함한다.
대기를 사전에 정화시키는 것으로 개시된 장치가 갖는 난점은 이 장치가 신규 추가의 장비를 필요로 한다는 것이다. 미국 특허 제3,738,088호에 개시되어 있는 개선된 비히클조차도 배관 및 촉매적 필터를 포함할 수 있는 필터를 필요로 한다.
대기를 사전 처리하는 장치와 관련된 난점에 대응하여, 본 출원인은 각각의 내용이 본 명세서에 포함되는 1995년 3월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/410,445호, 1996년 1월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/589,182호 및 1996년 1월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/589,030호에서 이동식 비히클을 사용하여 대기를 처리하는 방법에 관련된 장치를 개시하였다. 바람직한 실시 태양에서, 냉각 시스템 (예를 들면, 라디에이터)의 일부는 촉매 또는 흡착 조성물로 코팅된다. 부가적으로, 냉각 시스템과 연계되어 있는 팬은 공기가 라디에이터와 유효하게 접촉하도록 유인 또는 흡인할 수 있다. 이어서, 오존 및(또는) 일산화탄소와 같은 공기중에 함유된 오염 물질을 비(非)오염 화합물 (예를 들면, 산소 기체 및 이산화탄소)로 전환시킨다.
또한, 본 출원인은 본 명세서에 참고 문헌으로서 포함되는 1995년 3월 29일자로 출원된 계류중인 미국 특허 출원 제08/412,525호를 갖고 있으며, 여기에는 정차중인 자동차, 광고 게시판, 공기 정화 장치 등과 같은 정지 상태의 물체를 촉매 조성물과 함께 사용하여 대기를 사전 처리하는 장치 및 방법이 개시되어 있다.
촉매 조성물을 자동차의 라디에이터와 같은 열교환 장치의 표면에 사용하는 것은 장치의 열교환 특성에 역효과를 미칠 수 있다는 문제점이 있다. 예를 들면, 촉매 조성물이 단열재로서 작용함으로써 라디에이터의 열발산 능력을 감소시킬 수 있다.
따라서, 공기 처리용 열교환 장치를 사용하여 이에 역효과는 미치지 않으면서 오염 물질을 제거하는 것이 공해 감소 기술 분야에 있어서의 중요한 진보일 것이다. 이러한 문제점이 효과적이고 비용 효율적인 방법으로 극복될 수 있다면 당 기술 분야의 추가의 진보일 것이다.
<발명의 요약>
본 발명은 일반적으로는 오염 물질을 제거하기 위해 대기를 처리하는 방법에 관한 것이다. 자동차의 라디에이터와 같은 열교환 장치를 그의 열교환 특성에 역효과를 미치지 않으면서 그의 외부 표면이 대기중의 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시키도록 처리된다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 수행할 수 있는 열교환 장치를 포함한다.
본 명세서에서 용어 "대기"는 지구를 둘러싸고 있는 공기 덩어리로서 정의된다. 용어 "주위 공기"는 열교환 장치의 외부 표면으로 유인되거나 강제적으로 유인되는 대기를 의미한다. 이는 우발적으로 가열되거나 가열 수단에 의해 가열된 공기를 포함한다.
본 발명에 따라, 열교환 장치의 표면에는 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 유효하게 전환시킬 수 있는 물질이 제공되어야 한다. 따라서, 열교환 장치의 표면은 탄화수소, 일산화탄소 및 오존과 같은 오염 물질을 산소, 이산화탄소 및 수증기와 같은 무해한 화합물로 전환시킬 수 있어야 한다.
일반적으로, 본 발명은 열교환 장치의 외부 표면을 처리하여 표면이 오염 물질을 촉매적으로 전환시킬 수 있도록 하는 단계를 포함하는, 오염 물질이 무해한 화합물로 전환되도록 대기를 촉매적으로 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면으로서, 열교환 장치의 외부 표면을 비천(卑賤) 금속 촉매, 귀금속 촉매 또는 이들의 조합과 같은 촉매적으로 활성인 물질로 제조하거나 외부 표면에 이를 제공한다. 본 명세서에 사용된 용어 "비천 금속 촉매" 및 "귀금속 촉매"는 비천 금속 및 귀금속 자체뿐만 아니라, 이들을 함유하는 화합물, 예를 들면, 귀금속의 염, 비천 금속의 염 및 산화물을 포함한다. 이어서, 표면을 처리하여 그의 표면적을 증가시킨다. 표면 처리는 열교환 장치를 산과 접촉시켜 목적하는 촉매 반응을 촉진시키는 매우 큰 표면적의 "움푹 패인 (pitted)" 표면을 제공하는 단계를 포함한다. 처리된 외부 표면은 임의로는 촉매 조성물을 처리된 표면의 일부에 도포함으로써 촉매 금속을 추가로 수용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 태양에 있어서, 외부 표면을 촉매 조성물로 코팅한다. 그러나, 열교환 장치의 열교환 능력이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 촉매 조성물을 열교환 장치의 전체 외부 표면보다 좁은 면적에 코팅하고(하거나), 열교환 작용에 직접 관여하지 않는 열교환 장치의 표면에 코팅한다.
열교환 장치는 상이한 온도를 갖는 유체들 (기체 및 액체)을 접촉시켜 두 유체가 근접하여 열교환이 일어나도록 작용하는 임의의 장치이다. 본 명세서에 단지 예시의 목적으로 자동차의 라디에이터를 대표적인 예로서 사용한다. 열교환 장치는 공기 정화 장치 등에서 발견되며, 그와 유사한 장치가 본 발명에 사용하기에 적절하다.
자연풍 또는 팬 등과 같은 공기 유인 장치를 사용하여 주위 공기를 열교환 장치상으로 유인하여 주위 공기가 열교환 장치의 그의 촉매 표면과 유효하게 접촉하도록 한다. 예를 들면, 팬을 터널내에 위치시키거나, 공기 정화 시스템의 일부로서 또는 바람직하게는 전술한 바와 같이 자동차내 통상의 냉각 시스템의 일부로서 위치시킬 수 있다. 팬은 대체로 전지, 바람직하게는 자동차에 사용되는 통상의 12 볼트 전지, 태양광 패널 등과 같은 동력원에 의해 작동한다. 본 발명의 추가의 일면으로, 촉매 조성물을 열교환 장치의 열교환 표면의 일부 및(또는) 비(非)열교환 표면상에 코팅하는 경우에는, 염, 먼지, 오일 등과 같은 오염 물질을 통한 오염 및 조기 노화로부터 촉매 조성물을 보호하도록 다공성 보호 코팅을 제공하는 것이 바람직하다.
유사한 부호가 유사한 부분을 나타내는 하기 도면은 본 발명의 예시적인 실시 태양이며, 출원의 일부를 형성하는 청구의 범위에 청구된 바와 같은 본 발명을 제한하는 것으로 의도되어서는 않된다.
도 1은 그릴, 공기 정화 응축기, 라디에이터, 팬 및 엔진을 나타내는 트럭의 단면도이다.
도 2는 자동차 라디에이터의 투시도이다.
도 3은 라디에이터의 확대 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시 태양에 따라 촉매 조성물로 코팅된 라디에이터의 일련의 주름판의 부분 전면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 태양에 따른 촉매 조성물로 코팅된 라디에이터의 일련의 주름판의 부분 전면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 촉매 조성물로 코팅된 라디에이터의 후면을 나타내는 라디에이터의 후면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 촉매 조성물로 코팅된 핀(fin)을 갖는 라디에이터의 부분 투시도이다.
도 8은 표면적이 증가되도록 처리된 표면을 갖는 라디에이터의 주름판의 부분 전면도이다.
본 발명은 열교환 장치의 표면을 주위 공기중에 함유된 오염 물질을 무해한 화합물로 쉽게 전환시키도록 처리하는 방법에 관한 것이다. 열교환 장치의 열교환 장치 표면은 표면 자체가 촉매적으로 활성인 금속으로 제조되거나 표면에 그러한 활성 물질이 제공되거나, 또는 촉매 조성물이 열교환 장치의 표면에 도포되는 경우에 촉매적으로 될 수 있다. 촉매 조성물이 열교환기의 외부 표면에 도포되는 경우에는, 단지 그의 일부만을 피복하고(피복하거나) 비열교환 표면에만 도포되어 열교환 장치의 열교환 특성의 저하를 방지한다. 특히, 본 발명은 탄화수소, 오존 및 일산화탄소를 산소, 이산화탄소 및 수증기와 같은 무해한 화합물로 전환시키는데 사용된다.
대기 접촉 표면은 라디에이터와 같은 열교환 장치의 외부 표면이다. 그를 통한 주위 공기의 흐름이 있는 임의의 열교환 장치를 본 발명에 따라 처리할 수 있다. 본 발명에 특히 중요한 것은 열교환 장치의 외부 표면을 장치의 열교환 작용에 역효과를 미치지 않으면서 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시킬 수 있도록 만드는 것이다.
본 발명의 일면에 따라, 열교환 장치 (예를 들면, 라디에이터)의 외부 표면을 촉매 조성물로 부분 코팅한다. 특히, 외부 표면의 약 1 내지 99 %, 바람직하게는 약 25 내지 75 %를 촉매 조성물로 덮는다. 목적하는 부분 코팅을 제공하기 위해, 코팅되지 않는 부분을 테이프로 덮거나 테플론과 같은 물질을 함유하는 코팅재로 덮을 수 있다. 유용하고 바람직한 촉매 조성물은 1종 이상의 비천 금속 촉매 및(또는) 1종 이상의 귀금속 촉매를 포함한다. 비천 금속의 양 및 귀금속의 양을 변화시킬 수 있으며, 대기중에 함유된 오염 물질에 맞출 수 있다. 통상적으로, 비천 금속 촉매는 촉매 조성물 총중량을 기준으로 약 0.05 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 2.0 중량%의 양으로 존재한다. 귀금속의 양은 촉매 조성물 총중량을 기준으로 20 중량% 이하, 바람직하게는 약 0.5 내지 10 중량%의 범위이다.
촉매 조성물에 사용될 수 있는 비천 금속은 오존을 산소로, 또한(또는) 일산화탄소를 이산화탄소로 유효하게 전환시킬 수 있는 비천 금속을 모두 포함한다. 바람직한 비천 금속에는 철, 구리, 크롬, 아연, 망간, 이를 함유하는 화합물 및 그의 배합물이 포함된다. 대체로, 비천 금속은 옥시드 형태로 사용된다.
귀금속은 엔진 배기 가스의 처리를 위한 촉매로 통상적으로 사용되는 것들로부터 선택된다. 바람직한 귀금속은 백금, 팔라듐 및 이들의 혼합물이다. 백금이 귀금속 중 가장 바람직하다. 바람직한 촉매 조성물에 있어서, 대체로 귀금속은 비천 금속 촉매의 표면에 분산된다. 이는 주위 공기중의 오염 물질을 무해한 부산물로 신속하게 전환시킴을 보장하도록 귀금속 촉매의 50 % 이상을 비천 금속 촉매의 표면에 또는 이에 근접하게 위치시키는 것을 의미한다.
또한, 촉매 조성물에는 바람직하게는 큰 표면적을 갖는 적절한 지지체 물질이 제공된다. 바람직한 물질은 세리아, 알루미나, 티타니아, 실리카, 지르코니아 및 이들의 혼합물과 같은 내화성 산화물이고, 알루미나가 가장 바람직한 내화성 산화물 지지체이다. 내화성 산화물 지지체는 큰 표면적을 가져서 주어진 단위 면적내에서 촉매 물질의 양을 최대화하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 내화성 산화물 지지체에 관계된 용어 "큰 표면적"은 지지체의 표면적이 100 ㎡/g 이상, 바람직하게는 약 100 내지 300 ㎡/g 범위임을 의미한다.
전술한 바와 같이, 비천 금속 촉매의 양 및 귀금속 촉매의 양을 광범위하게 변화시킬 수 있다. 바람직한 촉매 조성물에 있어서, 비천 금속 촉매에 대한 귀금속 촉매의 중량% 비율은 1:1 이상이다. 비천 금속 촉매에 대한 귀금속 촉매의 바람직한 중량비는 약 8:1 내지 12:1의 범위이다.
비천 금속 및 귀금속의 그의 표면에서의 조합은 저온에서 작용하는 촉매 조성물을 제공하여 일산화탄소 및 오존을 무해한 부산물로 유효하게 전환시킨다.
촉매 조성물을 침지 및(또는) 분무 기술에 의해 라디에이터 표면에 도포할 수 있다. 본 발명에 따라, 촉매 조성물을 라디에이터의 전체 열교환 표면보다 좁은 면적, 바람직하게는 라디에이터 표면의 약 25 내지 75 %를 코팅할 수 있다.
전술한 바와 같이, 대기 접촉 표면 중 코팅하지 않을 표면적은 표면에 촉매 조성물의 침착을 방지하는 물질로 덮을 수 있다. 그러한 물질에는 통상의 테이프 (예를 들면, 마스킹 테이프) 및 테플론 또는 촉매 조성물에 의한 접착에 내성이 있는 다른 물질을 함유하는 것과 같은 코팅 물질이 포함된다.
커버 물질을 대기 접촉 표면에 도포한 다음, 코팅할 영역에 촉매 조성물을 도포한다. 코팅하지 않을 면적에 부착된 임의의 촉매 조성물은 예를 들면, 커버 물질을 제거함으로써 제거할 수 있다.
촉매 조성물을 도포하는 양식은 촉매 조성물이 열교환 장치의 전체 열교환 표면보다 좁은 면적을 덮는 한, 실질적으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 촉매 조성물을 열교환 장치의 길이를 따라 연장되는 이격된 열의 형태로 도포할 수 있다. 다른 방법으로는, 촉매 조성물을 열교환 장치의 반대 측면의 일부에 도포할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면으로, 촉매 조성물을 열교환 장치의 비열교환 표면에 도포할 수 있다. "비열교환 표면"은 이러한 표면이 각각의 유체들 사이의 열교환에 관여하지 않음을 의미한다. 상기 표면에 도포하는 경우에, 명백하게 장치의 열교환 특성과는 방해되지 않는다. 따라서, 목적하는 경우에 비촉매 표면을 최대한으로 촉매 조성물로 코팅할 수 있다. 열교환기의 비촉매 표면의 예로는 교환기를 통과하는 열교환 유체와 접촉하지 않는 열교환기의 후면 또는 배면 및 연장부 (예를 들면, 핀 등)를 들 수 있다.
열교환 장치의 열교환 표면은 표면 자체가 촉매적으로 활성인 물질 (예를 들면, 비천 금속 단독, 또는 소량의 귀금속과 함께)로 제조되거나 표면에 그러한 활성 물질이 제공되는 경우에 촉매적으로 될 수 있다. 유효한 촉매 표면을 제공하기 위하여, 바람직하게는 전형적인 열교환 장치의 표면적을 증가시킨다. 이는 열교환 장치를 산으로 처리하여 "움푹 패인" 외부 표면을 제공하여 수행될 수 있다. 따라서, 처리된 열교환 장치는 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시키는 유효한 계를 제공할 수 있다. 이 실시 태양에서 촉매 조성물을 열교환 표면에는 도포하지 않기 때문에, 산처리는 열교환 장치의 전체 표면 또는 단지 일부에만 수행될 수 있다.
라디에이터의 비촉매 표면은 비천 금속을 그 단독으로 또는 귀금속과 함께 라디에이터 표면에 도포함으로써 촉매적으로 될 수 있다. 촉매 금속은 금속을 증발시키고, 증발된 금속을 라디에이터 표면에 침착시켜 도포할 수 있다.
그러나, 몇몇 경우에 있어서, 촉매 조성물을 움푹 패인 표면에 가하여 전환율을 증가시키는 것이 바람직함을 이해해야 한다. 전술한 바와 같은 동일 유형의 촉매 조성물을 사용할 수 있다. 이 경우에 있어서, 열교환 특성의 저하를 방지하도록 열교환 장치의 열교환 표면 전체가 피복되지 않도록 해야 한다.
본 발명의 작동에 있어서, 공기를 자연풍 또는 팬과 같은 공기 유입 장치에 의해 촉매 표면 상으로 강제 유인되도록 한다. 육로용 차량에 있어서는, 열교환 표면이 바람직하게는 라디에이터의 열교환 표면이다. 그러나, 공기 정화 응축기 등의 다른 열교환 장치를 유사한 방법으로 처리할 수 있음을 이해해야 한다.
가장 바람직한 본 발명의 실시 태양에 있어서, 대기 접촉 표면은 라디에이터의 적절한 표면이다. 라디에이터 표면을 본 명세서에 전술된 바와 같이 처리하여 라디에이터의 열교환 특성을 저하시키지 않으면서 대기로부터 오염 물질을 쉽게 제거할 수 있다.
본 발명은 수반된 도 1 내지 8을 참고로 하여 당 기술 분야의 숙련인들에게 더욱 이해될 것이다. 본 발명을 임의의 유형의 열교환 장치, 및 열교환 및 비열 교환 표면 모두에 사용할 수 있다. 본 발명에서 특히 중요한 것은 열교환 장치의 열교환 특성이 유지된다는 것이다. 주위 공기가 열교환 장치의 촉매 표면을 둘러싸고 있으므로 탄화수소, 오존 및(또는) 일산화탄소를 촉매적으로 반응시켜 산소, 이산화탄소 및 수증기와 같은 무해한 부산물을 생성시킨다.
당 기술 분야의 숙련인들은 열교환기가 차량과 연관되어 있는 경우에, 임의의 적절한 차량을 사용할 수 있음을 알게될 것이다. 차량에는 자동차, 트럭, 기차, 보우트, 배, 비행기, 기구, 벌룬 등이 포함된다. 바람직하게는, 자동차에서의 대기 접촉 표면은 냉각 시스템 팬에 근접하게 위치된 자동차 전면부에 위치된 표면이다. 유용한 접촉 표면에는 라디에이터 공기 정화 응축기 등의 외부 표면이 포함되며, 이들은 모두 차량의 하우징내에 위치하며 지지된다.
도 1은 라디에이터 또는 공기 정화 응축기가 대기 접촉 표면을 포함하는 다양한 차량 부품을 포함하는 트럭 (10)을 개략적으로 도시한다. 이 차량에는 그릴 (12), 공기 정화 응축기 (14), 라디에이터 (16) 및 라디에이터 팬 (18)이 포함된다. 다른 차량 부품을 트럭에서 볼 수 있다.
도 1 및 2를 참고하자면, 바람직한 대기 접촉 표면은 공기 정화 응축기 (14)의 전면부 (13) 및 측면부 (15), 라디에이터 (16)의 전면부 (17) 및 측면부 (19)를 포함한다. 이러한 표면은 트럭의 하우징 (24)내에 위치한다. 전형적으로, 이들은 트럭의 후드내 트럭의 전방 (26) 및 엔진 (28) 사이에 위치한다. 공기 정화 응축기 (14) 및 라디에이터 (16)는 하우징 (24)에 의해서 또는 하우스내의 프레임 (도시되지 않음)에 의해 직접 또는 간접적으로 지지될 수 있다.
도 2는 라디에이터-공기 정화 응축기 어셈블리의 개략도이다. 자동차는 하우징 (30)을 포함한다. 하우징 (30)의 전방에 지지되어 있는 그릴 (12)을 갖는 자동차의 최전방 말단 (32)이 있다. 공기 정화 응축기 (14), 라디에이터 (16) 및 라디에이터 팬 (18)을 하우징 (30)내에 위치시킬 수 있다.
공기 정화 응축기 (14) 및 라디에이터 (16)의 표면을 본 발명에 따라 처리하여 장치의 열교환 특성에 위해한 영향을 미치지 않으면서 촉매 표면을 제공할 수 있다. 가장 바람직한 대기 접촉 표면은 라디에이터 (16)의 외부 표면이다. 대표적인 라디에이터는 전면 및 후면을 가지며, 그 사이에 다수의 라디에이터 주름판을 갖는 편평한 튜브가 이격되어 있다. 보다 구체적으로 도 3을 언급하면, 제1 유체 흐름을 위한 이격된 튜브 (40), 그들 사이의 제1 유체 흐름을 가로지르는 제2 유체 흐름을 위한 통로 (44)로 규정되는 일련의 주름판 (42)을 포함하는 라디에이터 (18)이 도시되어 있다. 부동액과 같은 제1 유체를 공급원 (도시되지 않음)으로부터 입구 (46)를 통하여 튜브 (40)로 공급한다. 부동액은 유입구 (46)를 통해 비교적 낮은 온도에서 라디에이터 (18)로 유입되어, 종국에는 배출구 (48)를 통하여 라디에이터로부터 배출된다. 공기와 같은 제2 유체가 통로 (44)를 통과하고, 이때 튜브 (40)를 통과하는 제1 유체와의 사이에 열교환이 일어난다.
본 발명에 따라, 라디에이터 (18)의 주름판 (42)의 표면을 처리하여 라디에이터의 열교환 특성을 방해하지 않는 촉매 표면을 제공할 수 있다. 본 발명의 한 실시 태양에 있어서, 촉매 조성물을 이격된 열 중의 주름판 (42) 상에 코팅할 수 있다. 도 4는 구체적으로, 주름판 (42)이 하나 걸러씩 대기로부터 오염 물질을 제거하기 위한 촉매 조성물로 코팅되어 있는 본 발명의 한 실시태양을 나타내고 있다. 도 4에서 구체적으로 나타낸 바와 같이, 표면 (42a), (42c), (42e), (42g) 및 (42i)는 촉매 조성물로 코팅되어 있는 반면에, 표면 (42b), (42d), (42f), (42h) 및 (42j)는 그렇지 않다. 결과적으로, 라디에이터 (18)은 오염 물질을 무해한 화합물로 전환시킬 수 있는 촉매 표면을 제공하는 동시에, 노출되고 코팅되지 않은 표면을 통해 유효한 방식으로 열교환 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 태양에서, 촉매 코팅을 주름 표면 전체에 하되, 단지 그의 일부에만 도포한다. 도 5를 참조하면, 각각의 판 (42)을 그의 표면의 일부에만 코팅하여 촉매 표면 (42j) 및 비촉매 표면 (42k)을 제공한다. 이 실시 태양에 있어서, 각각의 주름판은 오염 물질을 무해한 화합물로 전환시키기 위한 촉매 표면을 제공하는 한편, 라디에이터가 주름판 전체를 통해 열교환 기능을 수행할 수 있게 한다.
본 발명에 따라서, 라디에이터 또는 다른 열교환 장치의 비열교환 표면을 장치의 열교환 특성을 방해하지 않으면서 촉매 조성물로 코팅할 수 있다. 특히, 라디에이터의 비열교환 표면을 촉매 조성물로 코팅할 수 있고(있거나) 비열교환 연장부를 열교환 장치에 부가하고 촉매 조성물로 코팅할 수 있다.
도 6은 후면 (52)이 촉매 조성물로 코팅되어 있는 주름판 (42) 및 하우징 (50)을 포함하는 라디에이터를 도시하고 있다. 후면 (52)은 그와 접촉하여 통과하는 주위 공기가 냉각 유체에 의해 이미 냉각되었기 때문에 비열교환 표면이며, 따라서 열교환은 라디에이터의 후방 말단에서 일어나지 않는다.
도 7에 나타낸 본 발명의 또 다른 실시 태양에 있어서, 라디에이터에는 비열교환 표면인 적어도 하나의 돌출부 (60) (예를 들면, 핀), 바람직하게는 다수의 돌출부가 제공된다. 핀 (60)을 촉매 조성물로 통상의 방법 (예를 들면, 분무)으로 코팅한다. 주위 공기와 접촉시에, 열교환 표면으로부터 전도를 통해 가열된 핀의 표면은 공기내에 함유된 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면으로, 라디에이터의 표면을 처리하여 촉매 조성물로 코팅하지 않은채 촉매 표면을 제공할 수 있다. 탄화수소, 일산화탄소 및(또는) 오존을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시킬 수 있는 금속으로 제조한 라디에이터를 본 실시 태양에 사용할 수 있다. 적절한 촉매 표면을 제공하기 위하여, 라디에이터의 표면적을 증가시키는 것이 필수적이다. 이는 라디에이터의 표면을 거칠게 하는 임의의 방법으로 수행할 수 있다. 도 8을 언급하자면, 라디에이터의 외부 표면을 처리하는 바람직한 방법은 산과 반응하여 거친 표면을 생성시킬 수 있는 금속을 산과 접촉시키는 것이다. 표면의 거칠음은 라디에이터의 표면적을 현저히 증가시키는 일련의 이격된 패인 부분 또는 함몰부 (70)를 제공하여 오염 물질 전환 반응을 위한 충분한 수의 촉매 부위를 제공한다.
금속을 처리하는데 사용할 수 있는 산은 염산, 황산, 인산 등과 같은 무기산을 포함한다. 아세트산, 포름산 등과 같은 유기산도 사용할 수 있다.
산을 침지, 분무, 브러슁 등에 의해 라디에이터에 사용할 수 있다. 사용되는 산의 양 및 처리 시간은 당 기술 분야의 통상의 기술 범위내이고, 라디에이터의 열교환 특성은 손상시키기 않으면서 라디에이터의 표면적을 현저하게 증가시키는데 충분한 범위이다.
전술된 각각의 실시 태양에 있어서, 다공성 보호 코팅을 촉매 표면에 제공할 수 있다. 보호 코팅은 100 ℃ 이하의 온도에서 안정하며 화학 물질, 염, 먼지 및 촉매 조성물에 위해한 영향을 미칠 수 있는 다른 오염 물질에 대해 내성인 보호 물질을 함유한다. 이 기준을 만족시키는 플라스틱 물질은 공지되어 있고, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 (예를 들면, 테플론) 등을 포함한다. 폴리테트라플루오로에틸렌이 보호 코팅에 가장 바람직한 물질이다.
보호 코팅은 침지 및 분무 기술에 의해 도포할 수 있다. 바람직한 도포 방법은 비(非)할로겐 함유 에어로졸 분무를 이용하는 것이다.

Claims (30)

  1. 열교환 장치의 외부 표면을 1종 이상의 비천 금속 촉매(base metal catayst), 1종 이상의 귀금속 촉매 및 이들의 조합으로 처리하여 상기 표면이 열교환 장치의 열교환 특성에 위해한 영향을 미치지 않으면서 오염 물질을 촉매적으로 전환시킬 수 있게 하는 것을 포함하는, 대기의 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 처리하여 전환시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 외부 표면이 1종 이상의 촉매 활성 금속을 포함하며, 열교환 장치의 외부 표면적을 증가시키는 것을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 열교환 장치의 외부 표면을 외부 표면의 일부를 거칠게 하는데 충분한 양의 산으로 처리하는 것을 포함하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 산이 염산, 황산, 인산 및 유기산으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 열교환 장치의 처리된 외부 표면의 일부에 촉매 금속을 침착시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 열교환 장치상에 촉매 금속을 침착시키는 것이 금속을 증발시키고, 상기 금속을 열교환 장치의 외부 표면상에 침착시키는 것을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 촉매 조성물을 열교환 장치 외부 표면적의 일부에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 촉매 조성물을 열교환 장치 외부 표면적의 1 내지 99 %에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 촉매 조성물을 열교환 장치 외부 표면의 25 내지 75 %에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 비천 금속, 귀금속, 이들의 화합물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 촉매 성분을 함유하는 촉매 조성물의 코팅을 열교환 장치 외부 표면의 일부에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 촉매 조성물이 촉매 조성물 총중량을 기준으로 0.05 내지 5.0 중량%의 비천 금속 촉매 및 20 중량% 이하의 귀금속 촉매를 함유하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 귀금속 촉매의 50 % 이상이 비천 금속 촉매의 표면상에 또는 그에 근접하게 위치하는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 촉매 조성물을 열교환 장치에 이격된 열의 형태로 도포하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제8항에 있어서, 열교환 장치가 다수의 주름을 포함하고, 상기 방법이 촉매 조성물을 각 주름의 일부에 도포하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 비천 금속 촉매에 대한 귀금속 촉매의 중량% 비가 1:1 이상인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 열교환 장치가 비(非)열교환 외부 표면을 포함하며, 비열교환 표면의 일부를 촉매 조성물로 처리하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 보호 코팅을 열교환 장치의 외부 표면에 도포하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 보호 코팅이 100 ℃ 이하의 온도에서 안정하며, 처리 단계에 위해한 영향을 미칠 수 있는 오염 물질에 내성인 1종 이상의 보호 물질을 함유하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 보호 물질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 보호 물질을 열교환 장치의 외부 표면상으로 에어로졸로서 분무하는 것을 포함하는 방법.
  22. 열교환 장치의 열교환 특성에 위해한 영향을 미치지 않으면서, 주위 대기 중의 오염 물질을 무해한 화합물로 촉매적으로 전환시키도록 그의 일부가 1종 이상의 비천 금속 촉매, 1종 이상의 귀금속 촉매 및 이들의 조합으로 처리된 외부 표면을 포함하는 열교환 장치.
  23. 제22항에 있어서, 산 처리된 외부 표면을 포함하는 열교환 장치.
  24. 제22항에 있어서, 열교환 외부 표면을 포함하고, 상기 열교환 외부 표면의 일부가 촉매 조성물로 코팅된 열교환 장치.
  25. 제22항에 있어서, 비열교환 외부 표면을 포함하고, 상기 비열교환 외부 표면의 일부가 촉매 조성물로 코팅된 열교환 장치.
  26. 제24항에 있어서, 열교환 외부 표면이 다수의 이격된 열의 형태로 촉매 조성물로 코팅된 열교환 장치.
  27. 제24항에 있어서, 다수의 주름을 포함하며, 각 주름의 일부가 상기 촉매 조성물로 코팅된 열교환 장치.
  28. 제22항에 있어서, 외부 표면상에 보호 코팅을 추가로 포함하는 열교환 장치.
  29. 제28항에 있어서, 보호 코팅이 100 ℃ 이하의 온도에서 안정하며, 상기 표면 촉매 조성물에 위해한 영항을 미칠 수 있는 오염 물질에 대해 내성인 보호 물질 1종 이상을 함유하는 열교환 장치.
  30. 제29항에 있어서, 보호 물질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 열교환 장치.
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