KR100716369B1 - 디젤매연촉매여과필터의 제조방법 - Google Patents

디젤매연촉매여과필터의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100716369B1
KR100716369B1 KR1020050107333A KR20050107333A KR100716369B1 KR 100716369 B1 KR100716369 B1 KR 100716369B1 KR 1020050107333 A KR1020050107333 A KR 1020050107333A KR 20050107333 A KR20050107333 A KR 20050107333A KR 100716369 B1 KR100716369 B1 KR 100716369B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
filter
segments
cross
coating
Prior art date
Application number
KR1020050107333A
Other languages
English (en)
Inventor
권충일
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020050107333A priority Critical patent/KR100716369B1/ko
Priority to US11/497,933 priority patent/US20070107227A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100716369B1 publication Critical patent/KR100716369B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19—Catalysts containing parts with different compositions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/28—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by using adhesive material, e.g. cement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/496—Multiperforated metal article making
    • Y10T29/49604—Filter

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

본 발명은 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에 관한 것으로서, 필터 단면상에서 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포 등에 따라 분할한 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기(full size)의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하고, 이후 각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 딥핑(dipping)의 방법으로 코팅한 뒤 건조하며, 이어 촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하게 됨으로써, 필터 단면상의 각 위치별로 최적의 촉매 및 농도를 가지는 필터를 제조할 수 있게 되고, 이와 같은 촉매의 최적 배치를 통해 배기가스의 정화율 향상 및 원가 절감의 효과를 거둘 수 있는 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에 관한 것이다.
자동차, 배기가스 정화, 필터, 세그먼트, 촉매, 이종 농도, 개별 코팅, 경사 코팅

Description

디젤매연촉매여과필터의 제조방법{Method for manufacturing diesel catalyzed particulate filter}
도 1은 일반 월 플로우 타입(wall flow type) 담체의 셀 구조를 도시한 단면도,
도 2a와 도 2b는 일반적인 디젤매연촉매여과필터의 셀 구조를 나타낸 도면,
도 3은 종래의 필터를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 디젤매연촉매여과필터의 제조과정을 나타낸 도면,
도 5는 기존의 디젤매연촉매여과필터와 본 발명에 의해 제조된 디젤매연촉매여과필터를 대상으로 배기가스 정화율을 평가한 결과를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 필터 11 : 세그먼트
13 : 용기 14 : 촉매용액
본 발명은 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필터 단면상에서 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포 등에 따라 분할한 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기(full size)의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하고, 이후 각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 딥핑(dipping)의 방법으로 코팅한 뒤 건조하며, 이어 촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하는 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 배기가스는 엔진에서 혼합기 연소에 의해 생성되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말한다.
이러한 배기가스에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등 인체에 유해한 물질이 다량 포함되어 있다.
따라서 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.
자동차에서 배기가스를 정화하기 위하여 주로 쓰이는 장치가 삼원촉매(three way catalyst)를 사용한 촉매컨버터인데, 이는 배기 파이프 도중에 장착되며, 차량에 따라 배기가스 배출량이 다르기 때문에 촉매의 사양은 다르다.
상기 삼원촉매는 배기가스의 유해성분인 일산화탄소, 질소산화물 및 탄화수소계 화합물과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거하는 촉매를 의미하며, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계의 삼원촉매가 이용된다.
한편, 유해 배기가스의 배출이 상대적으로 많은 디젤 차량의 경우, 연비, 출력면에서 우수함에도 불구하고 가솔린 차량과는 달리 배기가스 내에 질소산화물과 입자상물질(Particulate Matter,PM)이 상당히 많이 함유되어 있다.
이와 같이 디젤 차량에 있어서는 공기가 대부분의 운전조건에서 충분한 상태로 연소되기 때문에 일산화탄소와 탄화수소는 가솔린 차량에 비해 아주 적게 배출되나, 질소산화물과 입자상물질이 많이 배출된다.
최근 입자상물질은 대기를 오염시키는 가장 주된 원인으로 규명되었고, 인체에도 많은 해를 입히는 것으로 판명되고 있다.
따라서, 디젤 차량의 배기가스 저감기술은 질소산화물과 매연(soot)을 포함하는 입자상물질의 저감에 중점을 두어 연구되고 있다.
최근 디젤 차량의 배출기준 강화에 대응하기 위하여 후처리기술로 디젤매연여과필터의 연구가 매우 활발히 진행되고 있으며, 이 디젤매연여과필터를 실제 차량에 적용하기 위해서는 아직 연구되어야 할 부분이 많다.
디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)에 백금(Pt)을 사용하고 이와 별도로 디젤매연여과필터(Diesel Particulate Filter,DPF)를 사용하는 구조(DOC+DPF,CPF)가 최근 유럽의 자동차 메이커에서 개발되어 양산됨으로써, 많은 신뢰도 향상과 매출을 올리고 있는 상황에 있다.
그리고, 촉매를 코팅한 구조의 디젤매연여과필터, 즉 디젤매연촉매여과필터(Diesel Catalyzed Particulate Filter)가 개발된 바 있다.
한편, 기존 코디어라이트 담체에 이종 농도의 촉매를 코팅하는 방식으로는 여러 가지 방법들이 알려져 있으며, 이미 많은 선행기술들이 있다.
예를 들면, 코디어라이트 담체를 서로 다른 농도의 촉매용액에 담갔다가 빼는 방식(dipping)이 있고, 담체의 일측 단부를 촉매용액에 담가서 세운 뒤 반대쪽 타측 단부 위에서 흡입기를 이용해 진공압을 걸어 촉매용액을 흡입하고 이어 담체를 거꾸로 세워 타측 단부를 농도가 상이한 촉매용액에 담근 뒤 다시 그 반대쪽 일측 단부 위에서 진공압을 걸어 촉매용액을 흡입하는 방식이 있다.
그러나, 이러한 방법은 담체(1)가 도 1에 나타낸 바와 같은 월 플로우 타입(wall flow type), 즉 CO나 HC 등이 담체 셀(2)의 입구를 통해 들어오면 그 라인 출구를 통해 그대로 빠져나가는 형식의 담체인 경우에만 다양한 이종 농도의 촉매 코팅이 가능하다.
반면, 디젤매연촉매여과필터의 경우 기존의 코디어라이트 담체와는 다른 구조를 가지고 있다.
즉, 도 2a와 도 2b에 나타낸 바와 같이 매연(soot)을 여과시키기 위해 각 셀(12)의 한쪽은 열려있고 그 반대쪽은 닫혀있는 구조로 되어 있어 매연은 벽에 걸려 여과되고 가스성분만 통과하는 구조를 가지고 있다.
그리고, 필터(10)에 매연을 포집하였다가 일정량의 매연이 쌓이게 되면 배기가스의 온도를 높여 태워주게 되며, 이때 쌓여있던 매연이 연소되면서 필터 내에는 700℃ 이상, 높게는 1200℃ 이상의 온도를 나타낸다.
따라서, 이러한 온도를 견디기 위해 필터의 재질로는 고온 내구성이 강한 탄 화규소(SiC) 재질을 사용하게 된다.
그런데, 이러한 SiC 재질의 필터는 열팽창률이 높아 코디어라이트 담체와 같이 처음부터 실물 크기(full size)로 제작할 경우, 즉 전체를 처음부터 일체형으로 성형 제작할 경우 열팽창으로 인해 깨질 가능성이 매우 높다.
따라서, SiC 재질의 필터(10)의 경우는 도 3에 나타낸 바와 같이 각각의 세그먼트(11)를 우선 제작한 후, 각 세그먼트(11)를 접착수단인 시멘트로 접착시켜 차량에 장착되는 실물 크기의 필터(10)로 제조하게 된다.
하지만, 이러한 디젤매연촉매여과필터는 도 2a와 도 2b와 같은 구조적 특성(각 셀의 한쪽이 막혀 있음) 때문에, 일반 코디어라이트 담체에 촉매를 코팅하는 것과는 달리, 필터 일부를 촉매용액에 담근 후 반대쪽 위에서 진공을 걸어 촉매용액을 흡입하는 방식으로는 촉매 코팅이 불가능하다.
즉, 압력이 많이 걸리고 또한 균일하게 압력이 걸리지 않으므로 흡입방식으로는 촉매 코팅이 불가능하며, 세그먼트들이 조합된 실물 크기의 필터 상태에서 단지 딥핑(dipping)의 방법으로만 촉매 코팅이 가능하다.
그리고, 농도가 상이한 촉매를 코팅하고자 할 경우에도 마찬가지로 흡입기를 사용해서는 서로 다른 농도의 촉매를 코팅할 수 없으며, 단지 딥핑의 방법으로만 이종 농도의 코팅이 가능하다.
그러나, 이러한 코팅 방법으로는 필터의 길이방향으로만 이종 농도의 코팅이 가능하고, 필터의 단면상으로 농도 구배를 두는 촉매의 코팅은 불가능하다.
상기와 같이 이종 농도의 촉매 코팅이 필요한 이유를 설명하면, 일반 코디어 라이트 담체와 마찬가지로 필터의 경우에도 단면상의 각 위치에 따라 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포가 매우 상이하다.
따라서, 배기가스 정화율 향상 및 원가 절감 등을 위한 촉매의 최적화를 위해서는 필터의 단면상으로도 촉매의 농도 구배를 두어 코팅할 필요가 있는 것이다.
종래에는 배기가스 유동 및 온도분포에 상관없이 필터 단면에 대하여 일정한 양의 촉매를 균일하게 코팅하였으며, 이에 균일 코팅 필터의 일정부분은 배기가스를 많이 정화하지만 다른 일부분은 배기가스를 거의 정화하지 않는 문제를 가지고 있었다.
또한, 배기가스의 통과 유량이 필터 단면의 각 부분마다 상이하여 사용되는 촉매의 농도를 달리할 필요가 있음에도 불구하고, 단면상으로 균일한 농도의 촉매가 사용되기 때문에 촉매의 과다한 소모가 불가피하고 필터의 제조원가가 높아질 수밖에 없었다.
따라서, 배기가스 유동 및 온도분포에 따라 필터 단면상의 농도 구배를 주어 촉매를 코팅할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 필터 단면상에서 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포 등에 따라 분할한 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기(full size)의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하고, 이후 각 세그먼트별로 촉매의 농 도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 딥핑(dipping)의 방법으로 코팅한 뒤 건조하며, 이어 촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하게 됨으로써, 필터 단면상의 각 위치별로 최적의 촉매 및 농도를 가지는 필터를 제조할 수 있게 되고, 이와 같은 촉매의 최적 배치를 통해 배기가스의 정화율 향상 및 원가 절감의 효과를 거둘 수 있는 디젤매연촉매여과필터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 촉매를 코팅시켜 디젤매연촉매여과필터를 제조하는 방법에 있어서,
(a)필터 단면상에서 분할된 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하는 단계와;
(b)각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 코팅한 후 건조하는 단계와;
(c)촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜서 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 (b)단계의 촉매용액 코팅 과정에서, 각 세그먼트를 미리 정해진 촉매 농도 또는 종류의 촉매용액이 채워진 용기에 담갔다 빼내는 딥핑의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 디젤매연촉매여과필터의 제조과정을 나타낸 도면이다.
이에 도시한 바와 같이, 조합할 경우 차량에 장착되는 실물 크기(full size)의 필터(10)를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트(11)를 제작한다.
통상적인 형상 및 크기의 완전한 필터(10)를 차량의 종류 및 배기량에 따라 대략 16 ~ 20개의 세그먼트(11)로 구성할 수 있으며, 필요한 수 및 형상, 구조의 세그먼트를 미리 성형 제조한다.
여기서, 각 세그먼트의 제조방법은 종래와 동일하며, 각 세그먼트에서 셀 구조는 도 2a와 도 2b에 나타낸 바와 같다.
이와 같이 각각의 세그먼트(11)를 제작한 후에는 각 세그먼트 별로 촉매를 코팅한다.
이때 촉매의 코팅방법으로는 세그먼트의 구조적인 특성, 즉 매연(soot)을 여과시키기 위해 각 셀마다 한쪽은 열려있고 반대쪽은 닫혀있는 특성을 고려하여 딥핑(dipping)의 코팅방법을 이용한다.
상기와 같은 필터의 구조적인 특성으로 인해 반대쪽에서 진공압을 걸어주어 흡입하는 방법은 이용이 불가능하다..
그리고, 각 세그먼트(11)의 코팅시에는 엔진 운전시 배기 매니폴드의 형상 등 여러 요인에 의해 필터 단면의 각 부분별로 달라지는 배기가스 유동 및 온도분포를 적절히 고려하여 해당 부분별로 위치되는 세그먼트의 촉매 농도 또는 종류를 달리하여 코팅한다.
즉, 필요한 촉매의 농도 수 또는 종류에 맞추어 용기(13)를 구비하고, 각 용기마다 촉매 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액(14)을 채운 다음, 각 세그먼트(11)를 요구되는 촉매 농도 또는 종류의 촉매용액이 담긴 용기 안에 담갔다 빼는 방법으로 각각 개별 코팅한다.
이와 같이 필터 단면상의 각 부분에 위치하게 되는 세그먼트(11)들을 부분별로 미리 정해진 해당 촉매 농도 또는 종류의 촉매용액에 딥핑하는 방법으로 코팅함으로써, 추후 세그먼트를 실물 크기로 조합하는 경우 단면상에 부분별로 상이한 촉매 농도 또는 종류를 갖는 하나의 필터(10)를 제조할 수 있게 된다.
상기와 같이 촉매용액을 코팅함에 있어서, 배기가스의 유동 및 온도분포에 따라서 각 세그먼트에 모두 상이한 촉매용액을 코팅할 수도 있고, 일부는 같은 촉매용액을 코팅할 수도 있다.
예컨대, 하나의 필터가 16개의 세그먼트로 조합된다고 할 때, 16개의 세그먼트에 모두 농도가 다른 촉매용액을 코팅할 수도 있고, 또는 2개 혹은 4개 정도씩을 묶어서 묶음 내에서는 같은 농도의 촉매용액을 코팅하되, 다른 묶음끼리는 촉매 농도를 달리하여 코팅할 수 있다.
상기와 같이 코팅이 완료되면 코팅된 각 세그먼트(11)를 약 150℃ 부근에서 건조시킨다.
이후 건조가 끝나면 세그먼트(11)들을 탄화규소 및 실리카 등으로 이루어진 시멘트 접착제를 이용해 조합해가면서 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터(10)를 제작하는데, 이때 세그먼트가 미리 정해진 위치에 조합될 수 있도록 한다.
이후 촉매와 접착제인 시멘트를 완제품으로 만들기 위하여 500 ~ 550℃로 소성하여 완성한다.
이때 촉매의 열화를 방지하기 위해서 600℃ 이하로 온도를 제어한다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에서는 필터 단면상에서 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포 등에 따라 분할한 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기(full size)의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하고, 이후 각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 딥핑(dipping)의 방법으로 코팅한 뒤 건조하며, 이어 촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하게 됨으로써, 필터 단면상의 각 위치별로 최적의 촉매 및 농도를 가지는 필터를 제조할 수 있게 되고, 이와 같은 촉매의 최적 배치를 통해 배기가스의 정화율 향상 및 원가 절감의 효과를 거둘 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 따라 디젤매연촉매여과필터를 제조할 때에 필터 단면상의 농도구배는 배기가스 유동분포나 온도분포에 따라 다양하게 적용할 수 있다.
도 5는 종래의 디젤매연촉매여과필터(필터 전체에 단일 촉매 및 농도로 코팅함, 균일 코팅)와 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 디젤매연촉매여과필터(경사 코팅)를 대상으로 하여 디젤엔진이 탑재된 차량을 이용해 배기가스 정화율을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
여기서, 종래의 디젤매연촉매여과필터는 전체 필터에 대해 백금 귀금속 함량 1.06g/L를 균일 코팅하여 제조한 것이며, 본 발명의 디젤매연촉매여과필터는 중앙 4개의 세그먼트에 대해 각각 1.5g/L의 백금 귀금속 코팅을 하고 나머지 세그먼트에 대해서는 각각 백금 귀금속 0.82g/L를 코팅하여 제조한 것이다(경사 코팅).
그 결과를 살펴보면, 본 발명에 의해 제조된 디젤매연촉매여과필터에서 CO와 HC의 저감능력이 크게 향상됨을 알 수 있으며, 이는 엔진 운전시 필터 단면상의 배기가스 유동 및 온도분포를 고려한 촉매 배치의 최적화에 따른 것으로 판단된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤매연촉매여과필터의 제조방법에 의하면, 필터 단면상에서 엔진 운전시의 배기가스 유동 및 온도분포 등에 따라 분할한 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기(full size)의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하고, 이후 각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 딥핑(dipping)의 방법으로 코팅한 뒤 건조하며, 이어 촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하게 됨으로써, 필터 단면상의 각 위치별로 최적의 촉매 및 농도를 가지는 필터를 제조할 수 있게 되고, 이와 같은 촉매의 최적 배치를 통해 배기가스의 정화율 향상 및 원가 절감의 효과를 거둘 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 촉매를 코팅시켜 디젤매연촉매여과필터를 제조하는 방법에 있어서,
    (a)필터 단면상에서 분할된 각 부분의 단면 형태를 가지면서 상호 조합할 경우에 실물 크기의 필터를 구성할 수 있는 복수개의 세그먼트들을 제작하는 단계와;
    (b)각 세그먼트별로 촉매의 농도 또는 종류가 상이한 촉매용액을 코팅한 후 건조하는 단계와;
    (c)촉매가 코팅된 세그먼트들을 접착수단을 이용해 세그먼트들끼리 접착시켜서 실물 크기의 필터로 조합한 후 소성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤매연촉매여과필터의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (b)단계의 촉매용액 코팅 과정에서, 각 세그먼트를 미리 정해진 촉매 농도 또는 종류의 촉매용액이 채워진 용기에 담갔다 빼내는 딥핑의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 디젤매연촉매여과필터의 제조방법.
KR1020050107333A 2005-11-10 2005-11-10 디젤매연촉매여과필터의 제조방법 KR100716369B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050107333A KR100716369B1 (ko) 2005-11-10 2005-11-10 디젤매연촉매여과필터의 제조방법
US11/497,933 US20070107227A1 (en) 2005-11-10 2006-08-01 Method for manufacturing catalyzed diesel particulate filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050107333A KR100716369B1 (ko) 2005-11-10 2005-11-10 디젤매연촉매여과필터의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100716369B1 true KR100716369B1 (ko) 2007-05-11

Family

ID=38039240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050107333A KR100716369B1 (ko) 2005-11-10 2005-11-10 디젤매연촉매여과필터의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20070107227A1 (ko)
KR (1) KR100716369B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101491209B1 (ko) 2012-08-30 2015-02-06 현대자동차주식회사 디젤 입자상 물질 제거용 필터 및 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11746061B2 (en) 2018-05-04 2023-09-05 Corning Incorporated Outlet-coated ceramic honeycomb bodies and methods of manufacturing same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005094867A (ja) * 2003-09-16 2005-04-07 Aisin Aw Co Ltd 車両を駆動するモータの制御装置
JP2005109449A (ja) * 2003-09-11 2005-04-21 Yamaha Corp 磁気センサ及びその製造方法
JP2006055432A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Shimadzu Corp 医用画像診断システム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4091072A (en) * 1976-06-19 1978-05-23 Union Oil Company Of California Exhaust gas conversion process and catalyst
US5062911A (en) * 1989-12-21 1991-11-05 Corning Incorporated Preparation of ceramic honeycomb structure having selectively sealed channels
JP2935327B2 (ja) * 1992-06-29 1999-08-16 三菱電機株式会社 内燃機関の二次空気供給装置及びその気体加熱装置
FI94455C (fi) * 1992-08-28 1995-09-11 Kemira Oy Katalysaattori ja sen valmistusmenetelmä
US5519191A (en) * 1992-10-30 1996-05-21 Corning Incorporated Fluid heater utilizing laminar heating element having conductive layer bonded to flexible ceramic foil substrate
US5487865A (en) * 1993-04-08 1996-01-30 Corning Incorporated Method of making complex shaped metal bodies
US5774779A (en) * 1996-11-06 1998-06-30 Materials And Electrochemical Research (Mer) Corporation Multi-channel structures and processes for making such structures
US6239821B1 (en) * 1997-07-15 2001-05-29 Silverbrook Research Pty Ltd Direct firing thermal bend actuator ink jet printing mechanism
US20020128151A1 (en) * 1998-05-01 2002-09-12 Michael P. Galligan Catalyst members having electric arc sprayed substrates and methods of making the same
US6306335B1 (en) * 1999-08-27 2001-10-23 The Dow Chemical Company Mullite bodies and methods of forming mullite bodies
EP1113518B1 (en) * 1999-12-27 2013-07-10 Corning Incorporated Solid oxide electrolyte, fuel cell module and manufacturing method
US20060166053A1 (en) * 2001-11-21 2006-07-27 Badding Michael E Solid oxide fuel cell assembly with replaceable stack and packet modules
US20030096147A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Badding Michael E. Solid oxide fuel cell stack and packet designs
US7276295B2 (en) * 2002-01-16 2007-10-02 Overland Mangold Gmbh Metal foil with an embossed structure for use in the purification of exhaust gas and a tool and method for its production
US7314678B2 (en) * 2003-08-25 2008-01-01 Corning Incorporated Solid oxide fuel cell device with a component having a protective coatings and a method for making such
US7803494B2 (en) * 2005-09-23 2010-09-28 Corning Incorporated Stress reducing mounting for electrolyte sheet assembly in a solid oxide fuel cell
US7211232B1 (en) * 2005-11-07 2007-05-01 Geo2 Technologies, Inc. Refractory exhaust filtering method and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005109449A (ja) * 2003-09-11 2005-04-21 Yamaha Corp 磁気センサ及びその製造方法
JP2005094867A (ja) * 2003-09-16 2005-04-07 Aisin Aw Co Ltd 車両を駆動するモータの制御装置
JP2006055432A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Shimadzu Corp 医用画像診断システム

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
한국공개특허 2001-7000282
한국공개특허 2005-109449
한국공개특허 2005-94867
한국공개특허 2006-55432

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101491209B1 (ko) 2012-08-30 2015-02-06 현대자동차주식회사 디젤 입자상 물질 제거용 필터 및 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20070107227A1 (en) 2007-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9169753B2 (en) Diesel engine and a catalysed filter therefor
CN102159807B (zh) 用于稀燃内燃发动机的排气系统
KR102149735B1 (ko) 근접-장착식 scr 시스템
KR102292153B1 (ko) 3원 촉매 변환기
EP1952884B1 (en) Catalyst for exhaust-gas purification
CN102057139B (zh) 排放气体净化装置及排放气体净化系统
KR101631149B1 (ko) 암모니아 분해 모듈을 가지는 디젤엔진 배기가스 배출장치
JP4507901B2 (ja) 排気ガス浄化システム及びその排気ガス浄化方法
US20100205936A1 (en) Exhaust gas-purifying apparatus and exhaust gas-purifying method
US20060251548A1 (en) Exhaust aftertreatment device
CN105188925A (zh) 选择性催化还原催化剂系统
US20120247088A1 (en) Exhaust gas after-treatment system
Cavataio et al. Cu/zeolite SCR on high porosity filters: laboratory and engine performance evaluations
US10107162B2 (en) Catalyst subassembly, device comprising same for purifying exhaust gases from an internal combustion engine, modular system for the subassembly, and method for manufacturing the subassembly
JP2017006904A (ja) 車両ポジティブ点火内燃機関用排気システム
US7560079B2 (en) Exhaust gas-purifying apparatus
KR100716369B1 (ko) 디젤매연촉매여과필터의 제조방법
KR101261949B1 (ko) 촉매유닛
KR100738131B1 (ko) 디젤매연촉매여과필터의 촉매 코팅 방법
KR100506780B1 (ko) 자동차용 삼원촉매 시스템과 그 제조방법
KR20120126990A (ko) 촉매유닛, 촉매유닛의 제조방법, 및 촉매유닛을 구비한 배기가스정화장치
US9009967B2 (en) Composite catalyst substrate
JP3345927B2 (ja) デイーゼルエンジン排気の浄化方法
KR20120139419A (ko) 촉매유닛 및 이의 제조방법
CN1806099A (zh) NOx吸收剂再生气体的处理

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110502

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee