KR100545467B1

KR100545467B1 - 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재

Info

Publication number: KR100545467B1
Application number: KR1020027017273A
Authority: KR
Inventors: 마사나오 아가타
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2006-01-24
Also published as: WO2001098640A1; CN1437677A; EP1296030A1; EP1296030A4; US6960386B2; DE60109035D1; EP1296030B1; CN1259500C; DE60109035T2; JP2002004848A; KR20030015282A; US20030104189A1; JP4042305B2

Abstract

본 발명은 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 방지할 수 있고, 부착 시의 작업 환경을 양호하게 유지할 수 있는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 배기 가스 정화용 촉매 컨버터에서의 촉매 캐리어와 그 외측을 덮는 셀의 사이에 배치되는 보유 밀봉재에 있어서, 보유 밀봉재는 무기 섬유를 매트형으로 배치하여 이루어지는 매트형 재료에 0.5 내지 20중량%의 유기 바인더 또는 무기 바인더로 이루어지는 바인더를 부착하여 이루어지고, 부착 후의 충전 밀도가 O.1 내지 O.6g/cm³의 범위 내가 되도록 조정되어 있고, 또한, 매트형 재료에 부착된 바인더의 고형분의 분포 비율을 매트형 재료의 두께 방향으로 상부, 중부, 하부로 3등분하여 평가한 경우, 상부 및 하부에서의 분포 비율이 중부에 비교하여 높다.

배기가스 정화, 촉매 컨버터, 보유 밀봉재, 매트형 재료, 바인더, 셀

Description

배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재{Holding/sealing material for use in catalytic converter for clarifying gaseous emission}

본 발명은 내연 기관 등의 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터, 특히 그 보유 밀봉재에 관한 것이다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 종래부터, 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(90)는 내연 기관 등의 엔진(92)으로부터 배출되는 배기 가스를 정화하기 위해서 사용되고 있다. 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(90)는 촉매 캐리어(1)와 그 외측을 덮는 금속제의 셀(shell; 95)과, 양자 사이에 배치한 보유 밀봉재(91)를 갖고 있다. 이 보유 밀봉재(91)는 촉매 캐리어(1)와 셀(95)의 사이로부터 배기 가스가 누출되는 것을 방지할 수 있고, 촉매 캐리어(1)가 셀(95)과 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(90)를 제작함에 있어서는 촉매 캐리어(1)에 보유 밀봉재(91)를 감고, 그 권취를 한 일체품을 셀(95)의 내부에 배치한다. 그리고, 그 셀(95)의 양 끝에 각각 입구 접속부(97), 출구 접속부(98)를 용 접함으로써 결합한다. 이렇게 하여 제작한 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(90)는 엔진(92)으로부터 배출되는 배기 가스의 배관(99)의 도중에 배치된다.

그러나, 상기 종래의 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(90)의 보유 밀봉재(91)에는 이하와 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 보유 밀봉재(91)는 필라멘트로 형성된 비중이 가벼운 무기 섬유로 이루어져 있다. 그 때문에, 상기 보유 밀봉재(91)를 상기 촉매 캐리어(1) 및 셀(95)에 부착할 때는 상기 무기 섬유가 보유 밀봉재(91)의 표면으로부터 공중으로 비산될 우려가 있다. 그 때문에, 상기 부착 작업을 하는 작업장의 작업 환경을 악화시킬 가능성이 있고, 상기 부착 작업을 행할 때는 예를 들면, 작업자는 방진 마스크 등을 착용하고 작업하는 것이 필요하게 된다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 방지할 수 있고, 부착 시의 작업 환경을 양호하게 유지할 수 있는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 배기 가스 정화용 촉매 컨버터에서의 촉매 캐리어와 그 외측을 덮는 셀의 사이에 배치되는 보유 밀봉재에 있어서,

상기 보유 밀봉재는 무기 섬유를 매트(mat)형으로 배치하여 이루어지는 매트형 재료에 0.5 내지 20중량%의 유기 바인더(binder) 또는 무기 바인더로 이루어지 는 바인더를 부착하여 이루어지며, 조립 후의 충전 밀도가 O.1 내지 O.6g/cm³의 범위 내에 있도록 조정되어 있고,

또한, 상기 매트형 재료에 부착된 상기 바인더의 고형분의 분포 비율을 상기 매트형 재료의 두께 방향으로 상부, 중부, 하부로 3등분하여 평가한 경우, 상기 상부 및 하부에서의 상기 분포 비율이 상기 중부에 비하여 높은 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재이다.

본 발명에 있어서 가장 주목해야 할 것은 상기 바인더의 고형분의 분포 비율을 상기와 같이 평가한 경우, 상기 상부 및 하부로부터의 상기 분포 비율이 상기 중부에 비하여 높은 것이다.

여기서, 0.5 내지 20중량%의 바인더란, 매트형 재료 전체에 있어서의 바인더의 함유율을 나타낸다.

다음에, 본 발명의 작용 효과에 관하여 설명한다.

본 발명에 있어서는 상기 바인더의 부착은 상기 보유 밀봉재에 있어서의 표면으로 노출되는 부분인 상기 상부 및 하부에 집중적으로 행한다. 결국, 보유 밀봉재에 있어서의 외부로 노출되는 표면은 상기 바인더의 고형분으로 덮인다. 그 때문에, 필라멘트로 형성된 비중이 가벼운 무기 섬유가, 보유 밀봉재의 표면으로부터 공중으로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 보유 밀봉재를 상기 촉매 캐리어 및 셀에 장착할 수 있을 때, 무기 섬유가 거의 비산되는 일이 없기 때문에, 작업자는 방진 마스크 등을 착용하지 않더라도, 쾌적하게 작업할 수 있다. 그 때 문에, 상기 부착 작업을 하는 작업장의 작업 환경을 양호하게 유지할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 있어서의 보유 밀봉재를 촉매 캐리어 및 셀에 부착한 상태를 도시하는 사시도.

도 2a는 실시예 1에 있어서의 보유 밀봉재를 촉매 캐리어에 감기 전의 상태를 도시하는 사시도.

도 2b는 실시예 1에 있어서의 보유 밀봉재를 촉매 캐리어에 감고 있는 상태를 도시하는 사시도,

도 3은 실시예 1에 있어서의 보유 밀봉재를 촉매 캐리어에 감아 형성한 일체품을 셀에 배치하는 상태를 도시하는 사시도.

도 4는 실시예 1에 있어서의 보유 밀봉재를 부착한 배기 가스 정화용 촉매 컨버터를 엔진의 배기관의 도중에 배치한 상태를 도시하는 설명도.

도 5는 실시예 1에 있어서의 니들 펀칭(needle punching) 장치를 도시하는 설명도.

도 6은 종래 예에 있어서의 보유 밀봉재를 부착한 배기 가스 정화용 촉매 컨버터를 엔진의 배기관의 도중에 배치한 상태를 도시하는 설명도.

본 발명에 있어서, 상기 바인더의 함유율이 0.5중량% 미만인 경우는 상기 무기 섬유의 비산을 방지할 수 없게 된다. 한편, 바인더의 함유율이 20중량%를 넘는 경우는 상기 바인더에 유기 바인더를 사용할 때와 무기 바인더를 사용할 때에 따라서 결점이 다르다. 즉, 유기 바인더를 사용할 때에는 상기 보유 밀봉재를, 상기 촉매 캐리어 및 셀에 부착하여 배기 가스 정화용 촉매 컨버터로 하여 사용할 때, 바인더가 유기 가스가 되어 배기 가스에 혼합되어 배기 가스의 농도를 증가시킬 우려가 있다. 또한, 무기 바인더를 사용할 때는 보유 밀봉재의 가요성이 저하되어, 보유 밀봉재를 촉매 캐리어에 부착하는 것이 곤란하게 된다.

또한, 상기 보유 밀봉재의 부착 후의 충전 밀도가 O.1g/cm³ 미만인 경우는 보유 밀봉재를 부착한 후에, 보유 밀봉재와 촉매 캐리어 또는 보유 밀봉재와 셀의 접촉면압이 작아지고, 그것들이 축 방향으로 어긋날 우려가 있다. 한편, 충전 밀도가 O.6g/cm³를 넘는 경우는 상기 부착할 때에, 보유 밀봉재를 눌러뜨리는 양이 커져, 보유 밀봉재를 붕괴시켜, 보유 밀봉재의 내구성을 악화시킬 우려가 있다.

상기 상부, 중부, 하부에서의 상기 바인더의 고형분의 분포 비율은 상부가 35 내지 50중량%이고, 중부가 0 초과 30중량%이하이며, 하부가 35 내지 50중량%인 것이 바람직하다. 이로써, 상기 보유 밀봉재의 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

또한, 상기 상부 및 하부의 상기 분포 비율이 35중량% 미만인 경우에는 상기 보유 밀봉재의 표면에 바인더의 고형분이 충분하게 부착되지 않고, 보유 밀봉재의 무기 섬유가, 그 표면으로부터 공중으로 비산되는 것을 충분히 방지할 수 없을 우 려가 있다.

한편, 상부 또는 하부의 어느 한쪽의 상기 분포 비율이 5 O 중량%을 넘는 경우 및 상기 중부의 상기 분포 비율이 30중량%을 넘는 경우에는 바인더의 고형분의 분포가 상부 또는 하부로 치우치고, 보유 밀봉재의 무기 섬유가, 그 표면으로부터 공중으로 비산되는 것을 충분히 방지할 수 없을 우려가 있다.

상기 매트형 재료를 구성하는 상기 무기 섬유는 결정질 알루미나 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 실리카 섬유로부터 선택되는 1종 또는 2종이상의 섬유인 것이 바람직하다. 이로써, 상기 보유 밀봉재의 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

상기 보유 밀봉재는 500mm의 높이로부터 10회 낙하시키는 낙하시험을 한 후의 중량 감소율이 0.2% 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 상기 보유 밀봉재의 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또, 이 중량 감소율 α[%]은 낙하전의 보유 밀봉재의 중량을 W0로 하고, 낙하 후의 보유 밀봉재의 중량을 W로 하고, α=[(WO-W)/WO]× 100[%]로 나타나는 양이다.

이하에, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니다.

실시예 1

본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재에 관 하여, 도 1 내지 도 5를 사용하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 예에 있어서의 보유 밀봉재(2)는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(10)에 있어서, 촉매 캐리어(1)와 그 외측을 덮는 셀(95)의 사이에 배치되어 사용된다. 또한, 보유 밀봉재(2)는 무기 섬유를 매트형으로 배치하여 이루어지는 매트형 재료(21; 도 2a, 도 2b 참조)에 0.5 내지 20중량%의 유기 바인더 또는 무기 바인더로 이루어지는 바인더를 부착하여 이루어지며, 부착 후의 충전 밀도가 O.1 내지 O.6g/cm³의 범위 내가 되도록 조정되어 있다.

그리고, 상기 보유 밀봉재(2)는 상기 매트형 재료(21)에 부착된 상기 바인더의 고형분의 분포 비율을, 상기 매트형 재료(21)의 두께 방향으로 상부(211), 중부(212), 하부(213)에 3등분하여 평가한 경우, 상기 상부(211) 및 하부(213)에 있어서의 상기 분포 비율이 상기 중부(212)에 비교하여 높아지도록 하고 있다.

구체적으로는, 상기 보유 밀봉재(2)의 부착 후의 충전 밀도는 0.5g/cm³로 하고, 상기 매트형 재료(21)의 부착 전의 두께는 25mm로 하였다. 또한, 상기 바인더의 분포 비율은 상부가 45중량%로, 중부가 10중량%로, 하부가 45중량%으로 하였다.

이하에, 이것을 상세하게 설명한다.

상기 촉매 캐리어(1)에는 그 횡단면을 하니콤형(honeycomb)으로 성형한 코어디어라이트 캐리어(cordierite carrier)를 사용하였다. 이 촉매 캐리어(1)에는 그 축방향을 따라 다수의 각형(角形) 구멍(11)이 설치되어 있다. 그리고, 이 각형 구멍(11)의 사이에는 그 격벽인 다수의 하니콤벽(12)이 형성되어 있다(도 1 참조). 또한, 촉매 캐리어(1)에는 백금 또는 팔라듐을 주성분으로 하는 촉매가 담지되어 있다.

또한, 상기 매트형 재료(21)를 구성하는 상기 무기 섬유에는 열에 의해서 너무 팽창하지 않도록 고려하고 있는 무팽창성의 섬유인 결정질 알루미나 섬유를 사용하였다. 또한, 상기 바인더에는 유기 바인더인 유제 라텍스(emulsion latex)를 사용하였다.

다음에, 상기 바인더를 매트형 재료(21)에 부착하는 방법에 관해서 설명한다.

우선은 매트형 재료(21)의 표면으로부터 바인더 용액을 내뿜어, 그 표면으로부터 바인더를 침투시킨다. 그리고, 그 후 매트형 재료(21)를 건조시켜, 상기 매트형 재료(21)에 바인더의 고형분을 부착시킨다. 이렇게 하여, 바인더를 부착한다. 또, 상기 바인더의 부는 강도를 조절함으로써, 매트형 재료(21)의 상부, 중부, 하부에서의 바인더의 함유율을 조절할 수 있다.

다음에, 상기 보유 밀봉재(2)의 부착 방법에 관해서 설명한다.

우선은, 상기 매트형 재료(21)에 상기 바인더를 부착시켜, 보유 밀봉재(2)로 한다. 또한, 한편에서는 상기 촉매 캐리어(1)에 상기 촉매를 담지시켜 둔다.

다음에, 촉매 캐리어(1)에, 보유 밀봉재(2)를 그 상부(211)가 외주측이 되도록 감고(도 2a, 도 2b 참조), 그 권취를 한 일체품(20)을 셀(95)의 내부에 배치한다(도 3 참조). 이렇게 하여, 보유 밀봉재(2)를 부착하고, 셀(95)의 양 끝에 각각 입구 접속부(97)와 출구 접속부(98)를 용접함으로써 결합한다(도 4 참조).

또한, 이렇게 하여 제작한 배기 가스 정화용 촉매 컨버터(10)는 엔진(92)으 로부터 배출되는 배기 가스의 배관(99)의 도중에 배치한다.

그런데, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상기 매트형 재료(21)에는 바인더를 부착시키기 전에 니들 펀칭 처리를 실시하고 있다. 이 니들 펀칭 처리는 찌름 방향으로 왕복 운동 가능한 니들 보드(51)와, 이 처리를 하고자 하는 매트형 재료(21)의 표리 양면을 지지하는 한 쌍의 지지판(52)을 갖는 니들 펀치 장치(5)에 의해서 행하여진다.

니들 보드(51)에는 매트형 재료(21)에 찌르기 위한 다수의 니들(53)이 고정되어 있다. 니들(53)은 니들 보드 100cm²의 속에 약 500개의 밀도로 고정되어 있다. 또한, 지지판(52)에는 니들용의 통과 구멍(520)이 설치되어 있다.

그리고, 한 쌍의 지지판(52)의 사이에 매트형 재료(21)를 통과시키고, 니들 보드(51)를 왕복 운동시키면, 매트형 재료(21)에 니들(53)이 꽂히고, 매트형 재료(21)내의 무기 섬유끼리 서로 얽힘이 형성된다.

다음에, 본 예의 작용 효과에 관하여 설명한다.

본 예에 있어서는 상기 바인더의 부착은 상기 보유 밀봉재(2)에 있어서의 표면에 노출되는 부분인 상기 상부(211) 및 하부(213)에 집중적으로 행한다. 결국, 보유 밀봉재(2)에 있어서의 외부에 노출되는 표면은 상기 바인더의 고형분으로 덮인다. 그 때문에, 필라멘트로 형성된 비중이 가벼운 무기 섬유가, 보유 밀봉재(2)의 표면으로부터 공중으로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 보유 밀봉재(2)를 상기 촉매 캐리어(1) 및 셀(95)에 부착할 수 있을 때, 무기 섬유가 거의 비산되는 일이 없기 때문에, 작업자는 방진 마스크 등을 착용하지 않더라도, 쾌적하게 작업할 수 있다. 그 때문에, 상기 부착 작업을 하는 작업장의 작업 환경을 양호하게 유지할 수 있다.

또한, 니들 펀칭 처리를 한 매트형 재료(21)는 가요성이 개선되어, 상기 촉매 캐리어(1)에 용이하게 감을 수 있게 되지만, 한편으로는 매트형 재료(21)의 표면에는 굴곡되어 짧아진 무기 섬유가 잔류하는 경우가 있다. 그리고, 이 잔류한 짧은 무기 섬유는 상기 매트형 재료(21)를 부착할 때, 공중에 비산되기 쉽게 되어 있다.

따라서, 니들 펀칭 처리를 한 경우에는 상기와 같이, 매트형 재료(21)에 바인더를 부착시킴으로써 가요성이 뛰어나고, 상기 잔류한 짧은 무기 섬유가 공중으로 비산되는 것을 방지할 수 있는 보유 밀봉재(2)를 형성할 수 있다.

실시예 2

본 예에 있어서는 상기 매트형 재료(21)에 포함되는 무기 섬유의 공중으로의 비산의 어려움을 확인하기 위해서, 이하와 같은 낙하 시험을 하였다.

즉, 이 낙하 시험에서는 다른 바인더를 부착시킨 매트형 재료(21; 발명품 1, 2)및 바인더를 부착시키고 있지 않는 매트형 재료(21; 비교품)를 사용하여, 그것들을 500mm의 높이로부터 10회 낙하시킨다. 그리고, 그 낙하시킨 후의 매트형 재료(21)의 중량 감소율을 확인함으로써, 매트형 재료(21)에 있어서의 무기 섬유의 공중으로의 비산의 어려움을 평가하였다.

(발명품 1)

부착 전의 자유 상태에 있어서, 부피 밀도 0.05 g/cm³, 두께 25mm의 결정질 알루미나 섬유로 이루어지는 매트형 재료(21)에, 바인더로서 유제 라텍스를 매트형 재료(21) 전체에 대한 양으로서 1중량% 부착하였다. 또한, 이 바인더의 분포 비율은 상부가 45중량%이고, 중부가 10중량%이며, 하부가 45중량%으로 하였다. 그리고, 이 매트형 재료(21)에 상기 낙하시험을 하여, 상기 중량감소율을 측정한 바, 0.002% 이었다.

또, 이 중량 감소율α[%]는 낙하전의 매트형 재료(21)의 중량을 W0로 하고, 낙하후의 매트형 재료(21)의 중량을 W로 하고, α=[(W0-W)/W0]× 100[%]로 나타나는 양이다.

(발명품 2)

상기 발명품 1과 동일한 결정질 알루미나 섬유의 매트형 재료(21)에, 바인더로서 알루미나졸을 매트형 재료(21) 전체에 대한 양으로서 1중량% 부착하였다. 또한, 이 바인더의 분포 비율은 발명품 1과 동일하게 하였다. 그리고, 이 매트형 재료(21)에 상기 낙하 시험을 하여, 상기 중량 감소율을 측정한 바, 0.003% 이었다.

(비교품)

상기 발명품 1과 동일한 결정질 알루미나 섬유의 매트형 재료(21)에, 바인더를 부착시키지 않고서 상기 낙하시험을 하였다. 그리고, 이 경우의 상기 중량 감소율을 측정한 바, 0.312% 이었다.

이렇게 하여, 상기 낙하시험을 한 결과로부터, 상기 보유 밀봉재(2)인 매트형 재료(21)의 상부(211) 및 하부(213)에 집중하여 상기 바인더를 부착함으로써, 상기 중량 감소율을 현저하게 저감시킬 수 있음을 알았다. 그리고, 이 중량감소율은, 0.2% 이하이면, 보유 밀봉재(2)에 있어서의 무기 섬유가 공중으로 비산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있음을 알았다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 표면으로부터 무기 섬유가 비산되는 것을 방지할 수 있고, 부착 시의 작업 환경을 양호하게 유지할 수 있는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재를 제공할 수 있다.

Claims

배기 가스 정화용 촉매 컨버터에서의 촉매 캐리어와 그 외측을 덮는 셀의 사이에 배치되는 보유 밀봉재에 있어서,

상기 보유 밀봉재는 무기 섬유를 매트형으로 배치하여 이루어지는 매트형 재료에 0.5 내지 20중량%의 유기 바인더 또는 무기 바인더로 이루어지는 바인더를 부착하여 이루어지며, 조립 후의 충전 밀도가 O.1 내지 O.6g/cm³의 범위 내에 있도록 조정되어 있고,

또한, 상기 매트형 재료에 부착된 상기 바인더의 고형분의 분포 비율을 상기 매트형 재료의 두께 방향으로 상부, 중부, 하부로 3등분하여 평가한 경우, 상기 상부 및 하부에서의 상기 분포 비율이 상기 중부에 비하여 높고,

상기 상부, 중부, 하부에서의 상기 바인더의 고형분의 분포 비율은 상부가 35 내지 50중량%이고, 중부가 0 초과 30중량%이하이며, 하부가 35 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 매트형 재료를 구성하는 상기 무기 섬유는 결정질 알루미나 섬유, 알루미나-실리카 섬유, 실리카 섬유로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 섬유인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재.
제 1 항에 있어서, 상기 보유 밀봉재는 500mm의 높이로부터 10회 낙하시키는 낙하 시험을 한 후의 중량 감소율이 0.2 % 이하인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화용 촉매 컨버터의 보유 밀봉재.