KR100507709B1

KR100507709B1 - 소형 엔진으로부터 배기가스 흐름을 정화시키기 위한 금속촉매 지지체

Info

Publication number: KR100507709B1
Application number: KR10-1999-7011600A
Authority: KR
Inventors: 롤프 브뤽크; 카르스텐 크루제; 요한 체에트너
Original assignee: 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2005-08-10
Also published as: EP0988109A1; KR20010013591A; JP4163759B2; CN1259061A; TW355191B; CN1112254C; EP0988109B1; DE59806451D1; ID24477A; RU2199391C2; WO1998056503A1; JP2002503143A; DE19724289A1

Abstract

본 발명은 특히 소형 엔진에서 사용하기에 적합하도록 설계된 배기 가스 흐름(2) 정화용 금속 촉매 지지체(1)에 관한 것이다. 상기 촉매 지지체(1)는 길이방향 축(10) 및 이의 측면에 다수의 유체 흐름 경로(6,7)를 갖는다. 본 발명에 따르면, 유체 흐름 경로(6,7)는 배기 가스 흐름(2)이 촉매 지지체(1)내로 유입될 때 길이방향 축(10)에 대하여 수직인 하나 이상의 성분을 수용하고, 제 2 편향 후에 배기 가스 흐름중의 적어도 일부 흐름(6)이 길이방향 축의 방향으로 정렬되는 성분을 갖는 유체 유출면(4)을 통해 유출되는 방식으로 편향되는 방식으로 형상화된다.

Description

소형 엔진으로부터 배기 가스 흐름을 정화시키기 위한 금속 촉매 지지체 {METALLIC CATALYST SUPPORT FOR PURIFYING AN EXHAUST GAS CURRENT, ESPECIALLY OF A SMALL ENGINE}

본 발명은 내부에 길이방향 축(10)과 다수의 유체 흐름 경로(6,7)를 가지며, 특히 소형 엔진으로부터의 배기 가스 흐름(2)을 정화시키기 위한 금속 촉매 지지체(1)로서, 유체 흐름 경로(6,7)가, 배기 가스 흐름(2)이 촉매 지지체(1)의 흡입시에 촉매 지지체(1)내로 전부 편향되어 촉매 지지체(1)가 길이방향 축(10)에 대하여 수직으로 배향되는 하나 이상의 흐름 성분을 수용하며, 배기 가스 흐름(2) 중의 일부 또는 전부(6)가 다시 한번 편향된 후에 유체 유출면(4)을 통해 길이방향 축(10) 방향으로 하나 이상의 성분으로 유출되는 형태를 갖는 금속 촉매 지지체에 관한 것이다.

이러한 종류의 금속 촉매 지지체는 공지되어 있다. 원리상, 내연기관의 배기 가스 흐름을 정화시키는데 사용되는 금속 촉매 지지체는 축방향 촉매 전환기와 반경방향 촉매 전환기에서 상이하다.

예를 들어 미국특허 제 4,842,954호에 기술된 바와 같은 공지된 설계의 축방향 촉매 전환기는 감겨져 팩 모양의 벌집 구조를 형성하는 평탄한 및 파형의 호일 또는 시이트의 교대층을 갖는다. 이들 축방향 촉매 전환기는 일반적으로 외부 케이스를 가지며, 가스는 이를 통해 축방향으로 흐르고, 이들의 가장 흔한 설계 형태는 원통형이고, 배기 가스 흐름은 흡입단부에서 그 곳에 공급되고 출구 단부에서 다시 배출된다. 파형 호일 또는 시이트의 파형성형부들 사이에 배열되어 있는 개개의 흐름 통로는 서로로부터 분리되어 촉매 지지체에서는 순수하게 축방향 흐름만 존재하게 된다. 이러한 종류의 촉매 전환기의 효율을 증대시키기 위해, 파형성형부에 의해 형성된 흐름 통로의 일부가 예를 들어 EP 0 152 560 B1에 기술된 바와 같이 흐름 통로의 길이방향 범위와 관련하여 측방향 배열 관계로 배열되는 배열에 의해 흐름 통로에서 흐름 난류를 증가시키려는 연구가 수행되었다. 팩 모양의 층 구조에 의해, 배기 가스 흐름은 길이방향으로는 확실하게 방해를 받지만, 반경방향으로의 흐름 성분은 실질적으로 존재하지 않는다. 예를 들어 한 손으로 켜는 톱, 잔디 깎는 기계 등과 같은 소형 엔진을 갖추고 있는 장비의 경우에, 축방향 촉매 전환기에 대한 공간이 항상 존재하는 것은 아니다. 결과적으로, 축방향 촉매 전환기의 사용에 의해 배기 가스 라인의 크기의 원하지 않는 증가가 발생할 것이다.

반경방향 촉매 전환기는 예를 들어 WO 96/09893호에 공지되어 있다. 촉매 지지체를 나타내는 공지된 벌집체는 서로에 대하여 지탱하고 있는 디스크로 만들어지며, 여기에 배기 가스 흐름이 반경방향으로 통과하는 통로가 형성된다. 디스크형 구조인 이러한 벌집체의 단부는 밀폐된다. 명백하게는, 이러한 종류의 반경방향 촉매 전환기는 이들의 설치 길이를 감소시키는 것을 가능하게 하지만, 벌집 구조에 의해 형성된 통로를 통한 배기 가스 흐름을 위한 흐름 경로는, 배기 가스 흐름이 촉매 전환기로부터 반경방향으로 배출될 때, 실제 촉매 지지체가 설치되는 배기 가스 시스템의 하우징의 외부 치수가 어느 경우에든 상당히 크기 때문에 이들의 길이에 의해 제한을 받는다. 따라서, 이러한 종류의 촉매 전환기의 효율을 증대시키기 위해, 보다 긴 흐름 경로가 또한 필요로 된다. 그러나, 보다 긴 반경방향 흐름 경로는 특히 소형 엔진을 갖추고 있는 장비와 관련하여 그러하듯이 소형화에 대한 요건과 일치하지 않는다. 이러한 점에 있어서, 내연 기관을 갖추고 있는 작동 장치 및 도구와 연결하여 촉매 전환기를 사용하는 것이 건강 및 환경의 관점에서 볼 때 상당히 의미가 있다는 점에 주목해야 할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 소형 엔진으로부터의 배기 가스 흐름을 정화시키는데 특히 적합하며, 구조적으로 작은 크기이고 소형이며, 높은 정화 능력 및 정화 효율을 갖지만 생산하는데 단순하고 저렴하며, 하우징내 공간과 관련하여 상이한 조건에 잘 구성될 수 있는 촉매 지지체를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 이러한 목적은 흐름 경로(6,7)가, 배기 가스 흐름의 각 부분 흐름(16)이 유체 유출면(4)의 각각의 양 단부(4.1)로부터 흘러 나오는 형태를 갖는 금속 촉매 지지체에 의해 달성된다. 바람직한 개선점은 종속청구항에 규정되어 있다.

본 발명에 따르면, 특히 소형 엔진으로부터의 배기 가스 흐름을 정화시키기 위한 금속 촉매 지지체는 내부에 길이방향 축 및 다수의 유체 흐름 경로를 갖는다. 이러한 배열에서, 유체 흐름 경로는 배기 가스 흐름이 흡입시에 촉매 지지체 내에서 전반적으로 편향되어 촉매 지지체의 길이방향 축에 대하여 수직으로 배향되는 하나 이상의 흐름 성분을 촉매 지지체가 수용하도록 배열된다. 이것은 배기 가스 흐름이 촉매 지지체내로 유입될 때 전반적으로 편향되므로 길이방향 축에 대하여 수직인 흐름 성분이 전반적으로 촉매 지지체로 분배됨을 의미한다. 그런 다음, 배기 가스 흐름 중의 적어도 일부는 유체 흐름 경로와 관련하여 적합한 설계 형태에 의해 다시 편향되는데, 특히 배기 가스 흐름 중의 적어도 일부가 길이방향 축 방향으로 유체 유출면을 통해 하나 이상의 흐름 성분을 갖고 촉매 지지체로부터 유출되도록 된다.

반경방향 촉매 전환기 및 축방향 촉매 전환기의 장점은 배기 가스 흐름이 촉매 지지체내로 통과할 때 수직 흐름 성분을 수용한다는 사실, 즉, 촉매 지지체가 적어도 상기 영역에서 반경방향 촉매 전환기 형태라는 사실 및, 또한, 배기 가스 흐름중의 적어도 일부의 부분 흐름이 적합한 형태의 유체 흐름 경로의 결과로서 다시 한번 편향되어 배기 가스 흐름중의 부분 흐름이 길이방향 축 방향으로 배향되는 하나 이상의 흐름 성분을 갖는 방식으로, 즉, 상기 영역에서 촉매 지지체가 축방향 촉매 전환기로서 작용한다는 사실에 의해 조합된다. 따라서, 이러한 장점은 고도로 치밀화된 작은 구조적 크기, 높은 정화 능역 및 고수준의 정화 효율을 가지며, 생산 비용이 저렴한 금속 촉매 지지체를 제공한다. 이에 의해, 작업 장치 또는 기구의 비용과 이들의 치수를 증가시키지 않으면서 소형 엔진이 장착되는 작업 장치 또는 기구에 단기간 작동을 포함하는 환경에 특히 효과적이며 생태학 및 건강에 있어 증가된 요건을 만족시키는 촉매 전환기를 설치할 수 있다. 본 발명에 따른 촉매 지지체는 또한 이의 치수에 관해 주어진 설치 조건에 용이하게 구성된다.

바람직한 구체예에 따르면, 금속 촉매 지지체는 길이방향 축을 둘러싸고 촉매 지지체상의 유체 유입면에 의해 규정되는 내부 중공 영역을 갖는다. 배기 가스 흐름은 길이방향 축 주위에 배치되는 이러한 중공 영역을 통해 촉매 지지체의 내부로 공급되고, 유체 유입면을 통해 촉매 지지체내 유체 흐름 경로로 통과한다. 유체 유입면은 흐름 방향에서 볼 때 대략적으로 깔대기 형태, 즉, 원뿔 형태로 점점 좁아지는 형태이며, 이것은 반경방향 촉매 전환기의 경우에 균일한 흐름 분포의 관점에서 볼 때 매우 유리하다.

또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 배기 가스 흐름은 유체 유입면으로 통과한 후에, 안쪽으로부터 반경방향 외측으로 흐른 후, 배기 가스 흐름 중의 적어도 일부는 유체 유출면을 통해 단부로 축방향으로 유출된다. 이것은 유체 유출면이 촉매 지지체의 단부들과 또한 이들의 나머지 외부 표면 둘 모두에 의해 형성됨을 의미한다. 배기 가스 흐름이 흐름 경로에 있어서 반경방향으로 먼저 안내되지만, 그 다음 유체 유출면을 통해 단부에서 유출되도록 촉매 지지체에서 적합하게 편향된 흐름 경로에 의해 축방향으로 안내되는 방식의 촉매 지지체 내부에 있어서의 흐름 경로 형태는 본 발명에 따른 촉매 지지체의 내부 길이에 있어서 흐름 경로가 증가되도록 촉매 지지체의 길이방향 축에 대하여 수직으로, 즉, 반경방향으로 순수한 반경방향 촉매 전환기에 대해서는 필요로 되는 비교적 큰 치수를 감소시킬 수 있게 한다. 또한, 지류가 많은 흐름 경로는 동시에 낮은 압력 강하와 함께 촉매 전환기의 효율을 증대시킨다. 수반된 각각의 설계 형태에 따라, 소음 약화 특성이 부가적으로 우수하게 될 수 있다.

또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 흐름 경로는 배기 가스 흐름이 양 단부에서 각각의 부분 흐름을 갖도록 유체 유출면으로부터 유출하는 경로이다. 이러한 구체예에서, 촉매 지지체 내부에서의 흐름 경로는 중심 영역으로부터 길이방향 축에 수직인 방향으로부터 상응하는 변화 후에 유체 유출면의 단부에 대하여 반대 방향으로 통과된다. 바람직하게는, 배기 가스 흐름은 동일한 크기의 부분 흐름을 갖고 두 개의 단부에서 유출된다.

바람직하게는, 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 흐름 경로는 촉매 지지체로 공급되는 전체 배기 가스 흐름 및 축방향으로 배출되는 부분 흐름의 차이로부터 생성되는 잔류 배기 가스 흐름이 유체 유출면으로부터 반경방향으로 외부로 흘러 나오는 경로이다. 따라서, 이러한 구체예에서, 촉매 지지체 내부에서 촉매 지지체는 배기 가스 흐름을 유체 유출면의 하나 또는 양 단부로 공급되는 제시된 부분 흐름과 잔류 외부 유출면에 반경방향으로 공급되는 잔류 배기 가스 흐름으로 분할시키는 흐름 경로를 갖는다.

바람직한 구체예에 따르면, 촉매 지지체는 에지가 칼라 유사 또는 깔때기 유사 형태로 형상화되는 다수의 홀을 갖는 호일 또는 시이트를 갖는다. 호일 또는 시이트에 다수의 홀을 생성시킬 때, 통상의 드릴링 또는 보링에 의해 형성되는 것이 아니라, 홀의 실제 영역으로부터 제거되는 호일 또는 시이트의 물질이 끌어당겨져 딥-드로잉(deep-drawing) 방법에 상응하는 방식으로 돌출된 에지부가 형성되게 하는 방법에 의해 생성된다. 바람직하게는, 상호 포개져 배치되어 팩을 형성하고 에지부가 스페이서를 형성하는 호일 또는 시이트를 다룰 때, 칼라와 유사한 형태를 지니며 호일 또는 시이트로부터 떨어져 면해있는 상기 에지부는 호일 또는 시이트가 상호 포개져 배치될 때 에지부가 호일 또는 시이트의 표면으로부터 가장 멀리 떨어진 영역으로만 공간을 규정하며, 반면에 중간 흐름 공간이 나머지 에지부와 그 위에 배치되는 호일 또는 시이트 사이에 형성되는 그러한 형태를 이룬다. 내부로부터 반경방향으로 촉매 지지체로 공급되는 배기 가스 흐름, 즉, 이들 흐름중의 일부는 중간 흐름 공간을 통해 축방향으로 통과된다.

상기 배열은 배기 가스가 촉매 지지체를 통해 흐를 때 보다 긴 흐름 경로를 제공하며, 상기 보다 긴 흐름 경로는 호일 또는 시이트 표면상에 적합하게 배치되는 촉매와의 보다 강한 촉매 반응을 보장한다.

또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 촉매 지지체는 스트립 유사 형태를 지니며 개구가 제공되는 호일 또는 시이트를 포함한다. 호일 또는 시이트는 공간적으로 떨어져 있는 연결부에서 함께 고정 연결된다. 이와 관련하여, 연결부는 아교접착, 납땜 또는 용접과 같은 방법에 의해 공지된 방법으로 생성될 수 있다. 스트립 유사 형태를 지니는 이러한 종류의 호일 또는 시이트를 포함하는 팩 모양의 벌집체가 펼쳐질 때, 이러한 벌집체는 한편으로는 단지 반경방향으로만 흐름 통로를 가지며, 다른 한편으로는 개구로 인해 적어도 축방향 흐름 성분을 갖는 흐름 통로를 구비한 벌집 구조를 제공한다. 팩을 형성하는 호일 또는 시이트는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있으며, 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 호일 또는 시이트를 연결하는 연결부는 교번적으로 상호 변위 관계로 배열된다. 바람직하게는, 호일 또는 시이트의 폭에 대하여 바람직하게 뻗어있는 연결부는 라인 유사 형태를 지닌다. 라인 유사 형태의 연결부는 특히 이러한 종류의 라미네이트 호일 또는 시이트 팩 구조가 실질적으로 원통형의 중공체를 구성하도록 형상화될 때 그 역할을 하는 고도의 신장성을 허용한다.

그러나, 또한 연결부는 호일 또는 시이트의 폭 전체에 걸쳐 경사진 상태로 신장될 수 있다. 이러한 배열은 호일 또는 시이트 팩 구조가 펼쳐질 때 경사진 상태로 신장되는 흐름 통로를 제공한다. 이렇게 경사져 신장되는 흐름 통로는 반경방향 흐름 성분 및 축방향 흐름 성분 둘 모두 갖는다.

또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 스트립 형태의 호일 또는 시이트의 연결부는 면적 형태를 이룬다. 영역을 덮는 연결부의 경우에, 스트레칭 작동시에 호일 또는 시이트 팩에 의해 수행될 수 있는 힘은 라인 형태를 지닌 연결부의 경우에서 보다 더 크다. 바람직하게는, 연결부는 실질적으로 삼각형 또는 사다리꼴 형태이다. 이러한 형태는 호일 또는 시이트 팩이 감겨져 실질적으로 원통형의 중공체를 형성할 때 중공체의 외부 원주면에서 일어나는 만곡을 피할 수 있다는 장점을 갖는다.

바람직하게는, 호일 또는 시이트 연결부는 아교접착되거나, 납땜되어지거나 용접되며, 바람직하게는 초음속 용접에 의해 용접된다.

또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 금속 촉매 지지체에는 파형성형부를 제공하며 파형성형부로부터 돌출되는 다수의 구조를 갖는 하나 이상의 호일 또는 시이트가 제공된다. 이러한 구조는 실질적으로 촉매 지지체의 길이방향 축 방향으로 신장되고 이에 대하여 수직으로는 관통 흐름 횡단면을 형성한다. 이는 촉매 지지체의 길이방향 축을 횡단하는 방향 및 길이방향 축의 방향 모두로의 흐름 방향을 제공할 수 있다. 파형성형부로부터 상응하게 돌출되는 구조를 갖는 이러한 종류의 파형의 호일 또는 시이트의 촉매 지지체는 길이방향 흐름 성분을 갖는 촉매 지지체라 언급되기도 한다. 바람직하게는, 상기 구조는 규칙적으로 배열되고, 촉매 지지체의 길이방향으로 신장되는 파형성형부에 대하여 변위 관계로 배치된다. 이들 구조는 열교환기에 사용되는 난류 셀과 유사하다.

더욱 더 다른 바람직한 구체예에 따르면, 촉매 지지체는 다중의 상호 포갬 관계로 배치되어 팩 유사 구조를 형성하는 인장된 금속으로 제작된다. 팩과 같은 형태에서 또는 감음으로써 수행될 수 있는 인장된 금속의 여러 층이 다중 배열로 상호 포갬 관계로 배치된다는 사실은 길이방향 축에 대하여 수직 방향으로 및 길이방향 축과 공동축으로 흐름 통로를 갖는 팩 유사 구조를 제공한다. 이러한 경우는 특히 공지되어 있는 바와 같이 실제적으로 인장된 후에 인장된 금속이 더 이상 완전하게 평탄화되지 않는 경우이다. 결과로서, 인장된 금속의 다수 층이 다른 하나 위에 다른 하나가 배열되며, 배기 가스 흐름을 위한 적어도 축방향 흐름 성분을 보장하는 흐름 경로를 규정하는 중간 공간이 형성된다.

더욱 더 바람직한 구체예에 따르면, 금속 촉매 지지체는 방향이 교대로 바뀌면서 서로 포갬 관계로 배치되어 팩 유사 구조를 형성하는 와이어를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 경우에 릴 유사 또는 서로 엇갈린 실뭉치 유사 촉매 지지체가 규칙적으로 배열된 흐름 통로를 갖는 팩 유사 구조 형태로 생성되도록 와이어가 상호 포갬 관계로 실질적으로 규칙적으로 배치된다. 와이어가 방향이 교대로 바뀌면서 상호 포갬 관계로 종종 배열되어 팩과 유사한 엇갈린 배열을 이룬다는 사실은 촉매 지지체의 내부에서 축방향으로 유도되거나 배기 가스 흐름에 대하여 적어도 축방향 흐름 성분을 보장하는 흐름 경로 뿐만 아니라 반경방향으로 유도되거나 배기 가스 흐름에 대하여 적어도 반경방향 흐름 성분을 보장하는 흐름 경로를 생성시킨다.

본 발명에 기술된 바람직한 구체예에 따른 촉매 지지체는 한편으로는 촉매 지지체의 내부에서 배기 가스 흐름의 흐름 경로가 주어진 구조적 크기를 가지면서 길이에 있어 증가되는 한 반경방향 촉매 전환기 및 또한 축방향 촉매 전환기 둘 모두의 장점을 겸하고, 또한 이러한 촉매 지지체는 축방향 촉매 전환기의 경우에 필요로 되는 케이싱 및 반경방향 촉매 전환기의 경우에 필요로 되는 단부 커버링 부재가 더 이상 필요치 않다는 장점을 갖는다. 이러한 장점에 의해 생산 비용은 감소되고 본 발명에 따른 촉매 지지체는 소형 엔진의 배기 시스템에서 사용하기에 특히 적합하게 된다.

본 발명에 따른 벌집체는 다수의 상이한 흐름 경로가 존재하기 때문에 코팅이 상이한 방향으로부터 침지 또는 스프레이에 의해 적용될 수 있으므로 워시코트 및/또는 촉매적 활성 코팅에 있어 특히 단순한 방식으로 제공될 수 있음에 주목해야 한다. 과량의 코팅 물질의 제거는 예를 들어 길이방향 축을 중심으로 촉매 지지체를 회전시킴으로써 매우 한정되고 획일적인 방식으로 달성될 수 있다.

본 발명의 추가의 장점 및 가능한 용도는 첨부 도면을 참조한 구체예에 의해 이하에 더욱 더 상세하게 기술된다.

도면의 간단한 설명

도 1은 흐름 경로를 도시하는 배기 라인 하우징내의 본 발명에 따른 촉매 전환기의 배열을 도시하는 도면이다.

도 2a는 본 발명에 따른 구체예의 구조를 도시하는 부분 단면도이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 구조를 도시하는 측면도이면서 부분 단면도이다.

도 3은 벌집 구조 형태의 본 발명의 추가의 구체예를 도시하는 도면이다.

도 4a는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 스트립 모양의 호일 또는 시이트 사이에 있는 선 형태의 연결부를 도시하는 도면이다.

도 4b는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 스트립 모양의 호일 또는 시이트 사이에 있는 선 형태의 경사진 배열 연결부를 도시하는 도면이다.

도 4c는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 스트립 모양의 호일 또는 시이트 사이에 있는 영역 연결부를 도시하는 도면이다.

도 4d는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 스트립 모양의 호일 또는 시이트 사이에 있는 삼각형 연결부를 도시하는 도면이다.

도 4e는 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 스트립 모양의 호일 또는 시이트 사이에 있는 사다리꼴 연결부를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 구체예를 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 더욱 또 다른 구체예를 도시하는 도면이다.

삭제

도 1은 본 발명에 따른 촉매 전환기의 배열 및 흐름 경로를 도시하고 있다. 촉매 지지체(1)는 배기 가스 흐름(2)이 배기 가스 도관 또는 라인(11)에 의해 촉매 지지체(1)의 내부 중공 영역(3)으로 공급되는 방식으로 배기 시스템 하우징(8)내에 배열된다. 배기 가스 흐름(2)과 관련하여 하류 단부(9)인 내부 중공 영역(3)의 단부는 배기 가스 흐름(2)이 유체 흡입면(5)을 통해 내부 중공 영역(3)으로부터 당해 촉매 지지체(1)내로 통과될 때 반경방향으로 편향되도록 밀폐된다. 촉매 지지체(1)내의 흐름 경로는 배기 가스 흐름(2)이 먼저 반경방향으로 통과된 후, 가스 흐름 중의 일부(6)가 교대로 편향되어 촉매 지지체(1)의 단부(4.1)들을 통해 실질적으로 축방향으로 유출되도록 배열된다. 단부(4.1)들 및 외부 원주 표면(4.2)은 함께 유체 유출면(4)을 형성한다. 유체 유출면의 단부(4.1)들을 통해 유출되지 않은 배기 가스 흐름(2)의 일부는 잔류 배기 가스 흐름(7) 형태로 유체 유출면(4.2)을 통해 반경방향으로 유출된다. 촉매 지지체(1)는 길이방향 축(10)을 갖는다. 배기 가스 흐름(2)은 길이방향 축(10)의 방향으로 배기 가스 라인(11)을 통해 촉매 지지체(1)의 내부(3)로 안내된다. 원칙적으로, 관통 흐름 방향은 설치 조건이 필요한 경우에 역방향이 되도록 선택될 수 있으며, 이 경우에는 가장 큰 압력 강하가 흡입면 대신에 유출구에서 일어난다는 사실에 유의해야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 촉매 지지체의 구조의 제 1 구체예를 도시하고 있다. 본 발명에 따른 촉매 지지체의 구조의 토대를 이루는 원리는 내부 중공 영역(3)으로부터의 적합한 편향 후에 배기 가스 흐름이 흐름 경로(6)에서 길이방향 축(10)에 대해 원주방향으로 흐른다는 것과, 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)과 공동 축 관계로 배향되는 흐름 경로(7)를 허용하는 흐름 횡단면이 제공된다는 것이다.

도 2a는 서로에 대하여 일정 간격으로 배열되어 있는 두 개의 인접한 호일 또는 시이트(12,13)를 도시하는 부분 단면도이다. 호일 또는 시이트(12,13)는 공간적으로 서로 변위된 관계로 배열되어 있는 적합한 홀(14)을 갖는다. 호일 또는 시이트(12,13)의 홀(14)은 호일 또는 시이트(12,13)의 물질이 홀(14)의 영역내에서 제거되지 않지만 호일 또는 시이트(12,13)로부터 돌출되어 있는 칼라(15)를 구성하도록 형상화되는 방식으로 공지된 방법에 의해 생성된다. 상기 칼라(15)는 홀(14)의 가장자리 둘레에 실질적으로 원통형 부분을 형성하며, 반면에 인접한 호일 또는 시이트(13)를 향해 면해있는, 칼라 모양의 에지 부분의 말단 에지부는 관련된 각각의 생산 과정에 따라서 다소 불규칙적으로 선택된 형태일 수 있다. 칼라는 호일 또는 시이트 표면으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 이러한 에지부의 지점이 호일 또는 시이트(12,13) 사이의 공간을 형성하는 가라비 모양의 에지부 또는 파형 에지부를 갖는다. 가라비형 또는 파형 상부 에지부에 의해, 중간 흐름 공간(16)이 인접한 호일 또는 시이트(13)와 대응하는 상부 에지부 사이에 형성된다.

원통형 칼라 부분에서 유동하는 배기 가스 부분 흐름은 이와 같이 편향되고 길이방향 축에 대한 수직 흐름 방향으로부터 이에 대한 공동 축방향으로 또는 이의 역으로 흐름 방향이 변경된다. 이것은 배기 가스 흐름이 촉매 지지체(1)내로 통과될 때 전체적으로 편향되는 배기 가스 흐름이, 다시 한번 또는 다수 차례 편향된 후, 유체 유출면(4.1)을 통해 길이방향 축(10) 방향으로 적어도 부분 흐름(6)에 의해 유출됨을 보장한다. 도 2b는 도 2a에 도시된 구체예의 측면도이면서 보다 특히 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 금속 촉매 지지체(1)의 또 다른 구체예를 도시하고 있다. 이러한 종류의 촉매 지지체(1)의 기본 요소는 초기에는 실질적으로 블록 모양의 형태인 기본 요소가 펼쳐지거나 먼방향으로 잡아 끌릴 때 그 결과로서 영역에 걸쳐 평평하거나 퍼져있는 벌집 구조 요소가 되게 하는 방식으로 나란한 관계로 배열되고 상응하는 연결부(17, 19, 20, 21)에서 고정되게 연결되는 다수의 스트립 모양의 호일 또는 시이트(12,13)로 구성된다. 한편, 벌집 구조 요소를 갖는 개개의 벌집은 흐름 통로를 나타내며, 스트립 모양의 시이트 또는 호일(12,13)에서 제공되고 인접한 호일 또는 시이트와 동일한 정합 관계로 배열되어 있는 개구는 벌집 구조 요소의 벌집들에 의해 형성된 흐름 통로에 수직인 흐름 통로를 형성한다.

초기에 평평한 벌집 구조 요소가 바아 주위에 배치되는 촉매 지지체(1)를 생성시키기 위해, 이의 축이 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)을 형성한다. 이로 인해 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)으로부터 반경방향으로 외부로 연장되며 폭이 증가하고 유체 유출면(4.2)을 통해 촉매 지지체(1)의 내부 중공 영역(3)으로부터 반경방향으로 먼방향으로 잔류 배기 가스 흐름(7)을 운반하는 흐름 경로가 형성된다. 벌집 구조는 또한 원뿔형 또는 점점 작아지는 바아 주위에 배치될 수 있는데, 이 경우에 스트립 모양의 호일 또는 시이트 및/또는 호일들 사이의 연결부의 모양은 적당히 맞추어질 수 있다.

배기 가스 흐름(2)은 개구(18)를 통해 편향되어 배기 가스 흐름(2) 중의 일부(6)가 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)과 공동축 방향으로 편향된다. 벌집 구조 요소의 개개의 벌집(25)을 횡방향으로 상호 연결하는 개구(18)는 길다란 형상, 실질적으로는 직사각 형상이다. 그러나, 개구(18)의 형상이 직사각형 이외의 형상일 수도 있다. 마찬가지로, 개구(18)의 에지부가 도 2를 참조하여 기술된 바와 같이 칼라 모양의 에지부를 갖는 것도 가능한데, 이 경우에 그러한 종류의 칼라 모양의 에지부는 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)과 공동축 방향으로 흐름 안내 효과를 개선시키는 역할을 한다.

도 4a는 스트립 모양의 호일 또는 시이트(12)의 정면도이다. 스트립 모양의 호일 또는 시이트(12)는 선 형태의 연결부(17)를 갖는데, 연결부에서 호일 또는 시이트(12)가 아교접착, 납땜 또는 용접, 바람직하게는 초음파 용접과 같은 공지된 방법에 의해 인접한 호일 또는 시이트(13)에 고정 연결된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 라인 연결부는 경사지게 배열된다. 이러한 경우에, 호일 팩이 따로 끌려질 때 생성되는 흐름 통로(25)는 축방향 및 반경방향 흐름 성분 둘 모두를 갖는다.

도 4c에서, 연결부는 직사각형 영역 형태의 연결부(19)를 형성한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 벌집 구조 요소를 연결부(17)와 평평한 형태로 감을 때, 이상적인 원통형 형상으로부터 배럴과 같은 차이가 이러한 방식으로 형성된 실질적으로 회전 대칭 촉매 지지체(1)의 외부 원주면에서 형성되기 때문에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 연결부는 삼각형 영역 형태의 연결부(20)이다. 바아 주위에 도 3에 도시된 바와 같이 평평한 벌집 구조 요소를 감거나 배치할 때 또는 벌집 구조 요소를 실질적으로 회전 대칭 형상으로 되게 할 때, 회전 대칭 형상은 외부 표면에서 실질적으로 원통형이다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 이들 연결부는 또한 사다리꼴 영역 형태의 연결부(21)일 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 구체예를 도시하고 있다. 도시된 요소는 호일 또는 시이트(12,13)의, 상호 인접 관계로 배열된 층의 구조를 도해하는 본 발명의 구체예의 일부를 나타낸다. 호일 또는 시이트의 횡단면 형상은 파형 형태를 이루는데, 파형성형부(22)의 길이방향에서 변위부(23)는 길이방향으로 연장되는 파형성형부(22)에 대하여 측면 구조로서 변위됨으로써, 측면 흐름 개구가 형성된다. 이러한 종류의 호일 팩이 감겨질 때, 그리고 나서 반경방향 유입 흐름이 일어나는 경우에, 촉매 지지체(1)의 내부(3)로부터 공급되는 배기 가스 흐름(2)은 촉매 전환기내로 반경방향으로 도입되고 거기에서 다시 한번 축방향으로 흐름 중의 일부(6) 형태로 전환되며, 여기에서 촉매 지지체(1)의 단부에서 유체 유출면(4.1)으로부터 이와 같이 유출될 수 있다. 이와 대조적으로, 잔류 배기 가스 흐름(7)은 유체 유출면(4.1)을 통해 반경방향으로, 즉, 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)에 대하여 횡방향으로 흘러 나올 수 있다.

도 6은 원통형 형태이며 서로 포개질 수 있는 관계로 와이어를 다중으로 감음으로써 형성되는 중공 촉매 지지체(1)의 원리를 도시하고 있는데, 여기에서 와이어는 와인딩-온(winding-on) 과정에서 이의 와인딩-온 방향이 변한다. 이것은 단부 유체 유출면(4.1) 및 내부 중공 영역(3)을 갖는 릴 모양의 촉매 지지체(1)를 형성한다. 와이어가 감길 때 와이어(24)의 방향에 있어서의 변화는 촉매 지지체(1)의 길이방향 축(10)에 대하여 수직으로 배향되고 촉매 지지체의 길이방향 축에 대하여 공동축으로 배향되어, 촉매 지지체(1)로 공급되는 배기 가스 흐름(2) 중의 일부(6)가 반경방향으로 유입될 때 반경방향으로 편향되고, 배기 가스 흐름 중의 적어도 일부 흐름이 다시 한번 편향된 후, 단부 유체 유출면(4.1)을 통해 길이방향 축(10)과 공동축 관계로 유출된다.

바람직하게는, 촉매 지지체에 사용되는 호일 또는 시이트 또는 이러한 목적으로 사용되는 팽창된 금속 또는 이러한 목적으로 사용되는 와이어(24)는 생성 이전에 촉매 활성 물질로 이미 코팅된다.

본 발명은 다른 설치 조건에 용이하게 구성될 수 있으며 배기 가스중의 유해 성분을 상당히 감소시킬 수 있는, 소형 엔진으로부터의 배기 가스에 대한 저비용의 촉매 전환기를 제공한다.

도면 부호에 대한 설명

1 촉매 지지체

2 배기 가스 흐름

3 내부 중공 영역

4 유체 유출면

4.1 촉매 지지체의 단부

4.2 촉매 지지체의 외부 원주면

5 유체 흡입면

6 부분 흐름, 흐름 경로

7 잔류 배기 가스 흐름, 흐름 경로

8 배기 가스 시스템 하우징

9 하류 단부

10 촉매 지지체의 길이방향 축

11 배기 가스 라인

12 호일 또는 시이트

13 호일 또는 시이트

14 구멍

15 칼라

16 중간 흐름 공간

17 연결부, 라인 모양의 연결부

18 개구

19 연결부, 직사각형 영역의 연결부

20 연결부, 삼각형 영역의 연결부

21 연결부, 사다리꼴 영역의 연결부

22 파형성형부

23 변위부, 구조

24 와이어

25 벌집, 흐름 통로

Claims

내부에 길이방향 축(10)과 다수의 유체 흐름 경로(6,7)를 가지며, 배기 가스 흐름(2)을 정화시키기 위한 금속 촉매 지지체(1)로서, 상기 배기 가스 흐름(2)이 그 흡입시에 상기 촉매 지지체(1) 내에서 전부 편향되어 상기 촉매 지지체(1)가 상기 길이방향 축(10)에 대하여 수직으로 배향되는 하나 이상의 흐름 성분을 수용하며, 상기 배기 가스 흐름(2) 중의 일부 또는 전부(6)가 다시 한번 편향된 후에 유체 유출면(4)을 통해 상기 길이방향 축(10) 방향으로 하나 이상의 성분으로 유출되는 형태의 상기 유체 흐름 경로(6,7)를 갖는 금속 촉매 지지체에 있어서,

상기 흐름 경로(6,7)가, 상기 배기 가스 흐름의 각 부분 흐름(6)이 상기 유체 유출면(4)의 각각의 양 단부(4.1)로부터 흘러 나오는 형태를 가짐을 특징으로 하는,

금속 촉매 지지체.
제 1항에 있어서, 상기 길이방향 축(10)을 둘러싸고 유체 흡입면(5)에 의해 규정되는 내부 중공 영역(3)을 가짐을 특징으로 하는,

금속 촉매 지지체.
제 1항에 있어서, 상기 흐름 경로(6,7)가, 상기 배기 가스 흐름이 유체 흡입면내로 통과된 후에 반경방향으로 외부로 흘러 나온 후, 흐름 중의 일부 또는 전부(6)가 상기 유체 유출면(4)을 통해 단부에서 축방향으로 유출되는 형태를 가짐을 특징으로 하는,

금속 촉매 지지체.
제 3항에 있어서, 상기 흐름 경로(6,7)가, 상기 배기 가스 흐름(2)과 축방향으로 흘러 나오는 상기 부분 흐름(6)의 차로 생성되는 잔류 배기 가스 흐름(7)이 상기 흐름 유출면(4)의 외부 반경방향으로 흘러 나오는 형태를 가짐을 특징으로 하는,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 에지부(15)가 칼라 모양의 형태로 형상화되어 있는 다수의 홀(14)을 갖는 호일 또는 시이트(12,13)를 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 5항에 있어서, 호일 또는 시이트(12,13)가 서로 포개지도록 배치되는 경우에 상기 에지부(15)가 스페이서를 형성하며, 상기 호일 또는 시이트(12)로부터 멀리 떨어져 면해있는 이의 에지부(15)는 상기 호일 또는 시이트(12,13)가 서로 포개지도록 배치될 때 중간 흐름 공간(16)이 상기 에지(15)와 그 위에 배치된 상기 호일 또는 시이트(13) 사이에 형성되는 형태를 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 개구(18)를 갖고 스트립 형태이며, 일정한 간격의 연결부(17,19,20,21)에서 함께 고정 연결되어 스트레칭시에 반경방향 및 축방향 흐름 성분을 갖는 흐름 통로(18,25)를 갖는 벌집 구조를 생성시키는 호일 또는 시이트(12,13)를 가지며, 다른 하나 뒤에 다른 하나가 배열되어 있는 상기 호일 또는 시이트(12,13)의 연결부가 교대로 서로 변위 관계에 있는,

금속 촉매 지지체.
제 7항에 있어서, 상기 연결부(17)가 호일 또는 시이트(12)의 폭에 대하여 라인 형태인,

금속 촉매 지지체.
제 8항에 있어서, 상기 연결부(17)가 상기 호일 또는 시이트(12)의 폭에 걸쳐 경사져 연장되는,

금속 촉매 지지체.
제 7항에 있어서, 상기 연결부(19,20,21)가 영역 형태인,

금속 촉매 지지체.
제 10항에 있어서, 상기 연결부가 삼각형 형태(20) 또는 사다리꼴 형태(21)인,

금속 촉매 지지체.
제 7항에 있어서, 상기 호일 또는 시이트(12,13)의 상기 연결부(17,19,20,21)가 아교접착되거나, 납땜되거나, 용접되는,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 파형(22)을 가지며, 상기 파형(22)으로부터 돌출되고 상기 길이방향 축(10) 방향으로 연장되며 이들과 수직 관계에 있는 관통 횡단면을 형성하는 다수의 구조(23)를 갖는 하나 이상의 호일 또는 시이트(12)를 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 13항에 있어서, 상기 구조(23)가 규칙적으로 배열되고 상호 변위된 형태를 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 다수회 상호 포개진 관계로 배열되어 팩 모양의 구조를 형성하는 팽창된 금속을 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 방향이 교대로 변화되게 상호 포개진 관계로 배열되어 팩 모양의 구조를 형성하는 와이어(24)를 갖는,

금속 촉매 지지체.
제 16항에 있어서, 상기 와이어(24)가 규칙적으로 상호 포개진 관계로 배열되는,

금속 촉매 지지체.
제 16항에 있어서, 상기 팩 모양의 구조가 서로 엇갈린 어셈블리 형태인,

금속 촉매 지지체.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 유체 흡입면(5)이 상기 중공체의 내부 표면이며, 유체 유출면(4)이 상기 중공체의 하나 이상의 단부(4.1)를 포함하는 원통형의 중공체 형태인,

금속 촉매 지지체.
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