KR100885667B1 - 촉매 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스를 정화하는 촉매 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2 이상의 촉매를 가지는 촉매 컨버터에 관한 것이다.

본 발명에 의한 촉매 컨버터는 원통부, 상기 원통부의 일측 외주면에 일체로 형성된 하나 이상의 보강성형부, 상기 보강성형부의 전방 및 후방 영역의 내경에 형성된 2 이상의 촉매 장착부, 및 상기 원통부의 양단부에 일체로 형성된 콘성형부를 가진 하우징; 및 상기 하우징의 각 촉매 장착부에 개별적으로 장착되고, 외주면에 지지매트가 감겨진 2 이상의 촉매;를 포함하고, 상기 보강성형부의 내경과 상기 촉매 장착부들의 내경은 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 한다.

촉매, 컨버터, 하우징, 보강성형, 콘, 스피닝

Description

촉매 컨버터{A CATALYTIC CONVERTER}

본 발명은 배기가스를 정화하는 촉매 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2 이상의 촉매를 가지는 촉매 컨버터에 관한 것이다.

널리 주지된 바와 같이, 차량의 배기시스템은 차량의 플로어 하부면에 배치되어 기관에서 발생하는 각종 배기가스의 소음 및 불순물 등을 제거하여 외부로 배출하는 장치로서, 엔진의 실린더헤드 등에 연결된 배기매니폴드와, 엔진으로부터 토출되는 배기가스에 유동저항을 부여하여 소음을 감소시키는 하나 이상의 소음기와, 배기가스 중의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물을 산화 및 환원작용에 의해 인체에 해가 없는 이산화탄소, 물, 질소 및 산소 등으로 전환시키는 촉매컨버터 등을 포함한다.

한편, 촉매컨버터는 하우징 및 이 하우징 내에 장착되는 촉매를 포함하고, 촉매의 외주면에는 지지매트가 감겨짐으로써 촉매를 지지한다. 특히, 지지매트는 내열 섬유재로 구성되며, 촉매와 하우징 사이에 개재되어 미정화된 배기가스가 촉매와 하우징 사이로 빠져나감을 방지하는 밀봉성을 확보하기 위한 역할을 함과 더불어, 촉매의 탄력적인 지지, 촉매와 하우징 사이의 단열 등의 역할을 수행한다. 이에 촉매 컨버터의 성능을 장시간 유지하기 위해서는 지지매트의 역할이 매우 중요하다.

최근에는 배기가스 정화효율을 더욱 향상시키기 위하여 2 이상의 촉매가 내장된 촉매 컨버터에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

한편, 도 3은 종래기술에 따른 촉매 컨버터를 예시한 측면도이다. 도 3의 촉매 컨버터는 2 이상의 촉매(2)를 내장하는 하우징(1)을 포함하고, 이 하우징(1)은 상부 셀(1a) 및 하부 셀(1b)로 구성된 클램셀(clamshell) 구조로 이루어지고, 이 클램셀 구조는 상부 셀(1a) 및 하부 셀(1b)의 서로 접촉하는 가장자리(1c, 1d)가 서로 용접됨으로써 성형된다.

그리고, 이러한 클램셀 구조의 하우징(1)은 상부 셀(1a) 및 하부 셀(1b)이 용접 결합되는 구조로 인해 촉매(2)를 감싸는 원주방향의 진원도가 불균일하고, 상부 셀 및 하부 셀의 용접 결합부분에서 틈새가 발생하며, 이러한 불규일한 진원도 및 용접 결합부분의 틈새에 의해 배기가스의 누설이 발생한다. 이렇게 누설되는 배기가스의 누설에 의해 촉매(2)를 감싸는 지지매트(2a)가 침식(erosion)될 수 있는 단점이 있었다. 이에 따라, 상부 셀 및 하부 셀은 촉매(2)의 단부에 인접하는 부분에 거의 수직에 가까운 단턱(1e)을 형성시킴으로써 지지매트가 배기가스와 접촉하는 것을 방지하도록 구성된다.

즉, 종래의 클램셀 구조의 하우징은 상부 셀(1a) 및 하부 셀(1b)의 각 단턱(1e)이 거의 수직에 가깝게 성형되어야 함에 따라 그 가공이 매우 어려울 뿐만 아니라, 급격한 소성변형에 의해 높은 가공경화가 발생할 수 있다.

특히, 상부 셀(1a) 및 하부 셀(1b) 각각은 프레스 금형에서 성형됨에 따라 그 요철 또는 단턱 구조 등과 같은 성형부에서 급격한 소성변형이 일어나 높은 가공경화가 발생할 뿐만 아니라 소재의 두께가 불균일해지고, 이로 인해 그 내구성이 저하되는 단점이 있었다.

또한, 종래의 클램셀 구조의 하우징(1)은 그 가장자리 부분이 용접됨에 따라 여분의 모재 등이 소요될 뿐만 아니라 그 밀봉성을 높이기 위하여 고도로 숙련된 작업자가 요구된다. 이로 인해, 제조단가 및 중량 등이 높은 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 균일하고 정밀한 진원도의 하우징에 의해 지지매트의 침식을 방지함과 더불어, 그 내구성이 향상된 촉매 컨버터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이음매가 없는 구조를 적용함으로써 용접작업이 필요하지 않고, 이에 고도의 숙련된 작업자가 요구되지 않으며, 또한 그 제조공정이 단순화되어 제조원가를 대폭 절감할 수 있는 촉매 컨버터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예는,

원통부, 상기 원통부의 일측 외주면에 일체로 형성된 하나 이상의 보강성형부, 상기 보강성형부의 전방 및 후방 영역의 내경에 형성된 2 이상의 촉매 장착부, 및 상기 원통부의 양단부에 일체로 형성된 콘성형부를 가진 하우징; 및

상기 하우징의 각 촉매 장착부에 개별적으로 장착되고, 외주면에 지지매트가 감겨진 2 이상의 촉매;를 포함하고,

상기 보강성형부의 내경과 상기 촉매 장착부들의 내경은 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 콘성형부는 상기 원통부의 양단부가 스피닝공법에 의해 가공됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 촉매 장착부들의 내경은 외주면에 지지매트가 감긴 촉매의 외경에 대응한다.

상기 촉매들은 서로 다른 외경을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 보강성형부와 원통부 사이의 연결부, 상기 콘성형부와 원통부 사이의 단턱부들은 완만한 경사도를 가진다. 특히, 이 경사도는 30~60°범위가 바람직할 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 균일하고 정밀한 진원도의 하우징을 적용함으로써 배기가스가 지지매트와 접촉함이 차단되어 지지매트의 침식을 방지할 수 있고, 또한 하우징측에 소성변형을 유발하지 않는 구조를 적용함으로써 미세스 응력 등이 대폭 감소하여 그 내구성이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 이음매가 없는 구조를 적용함으로써 용접작업이 필요하지 않고, 이에 고도의 숙련된 작업자가 요구되지 않으며, 또한 그 제조공정이 단순화되어 제조원가를 대폭 절감할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 컨버터를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 촉매 컨버터(100)는 하우징(110), 및 하우징(110) 내에 장착되는 2 이상의 촉매(210, 220)를 포함한다.

하우징(110)은 원통부(10)를 포함하고, 이 원통부(10)의 일측에는 하나 이상의 보강성형부(11)가 평탄한 원주면 구조로 형성된다.

이 보강성형부(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 원통부(10)의 내경보다 작은 내경을 가지는 축관 구조로 이루어질 수도 있고, 이와 달리 원통부(10)의 내경보다 큰 내경을 가지는 확관 구조로 이루어질 수도 있다. 이에, 보강성형부(11)는 소정각도로 경사진 연결부(11a)를 매개로 원통부(10)에 일체로 형성되고, 이 보강성형부(11)의 내경은 원통부(10)의 내경 보다 작거나 큰 치수로 형성된다. 한편, 보강성형부(11)는 그 내경이 축관 또는 확관되는 구조에 의해 촉매 컨버터(100)의 하우징(110)의 전체 강성을 보강하는 역할을 한다.

보강성형부(11)를 기준으로 원통부(10)의 전방 및 후방 영역에는 촉매(210, 220)가 장착되는 2 이상의 촉매 장착부(12, 13)가 형성될 수 있고, 이 촉매 장착부(12, 13)는 그 내경이 각 촉매의 외경에 대응하는 치수로 축관 내지 확관 공정 등을 통해 가공될 수 있다. 즉, 각 촉매(210, 220)의 외경이 서로 다를 경우 각 촉매 장착부(12, 13)는 그 내경들이 서로 다르게 형성될 수 있다. 여기서, 촉매(210, 220)의 외경은 "촉매(210, 220)의 외주면에 감긴 지지매트(211, 221)를 포함한 외경"을 의미한다. 이에, 각 촉매(210, 220)는 그 지지매트(211, 221)들이 각 촉매 장착부(12, 13)의 내경면에 밀착되어 장착된다.

그리고, 원통부(10)의 양단부에는 콘성형부(10a, 10b)가 형성되고, 이 콘성 형부(10a, 10b)의 내부공간은 배기가스가 통과하는 배기통로의 역할을 한다. 그리고, 콘성형부(10a, 10b)는 스피닝 공정 등을 통해 원통부(10)의 양단부에 일체로 형성된다.

이와 같이, 본 발명의 하우징(100)은 보강성형부(11)가 축관 내지 확관 공정 등을 통해 원통부(10)측에 일체로 형성되고, 보강성형부(11)를 기준으로 촉매 장착부(12, 13)가 축관 내지 확관 공정 등을 통해 원통부(10)측에 일체로 형성되며, 콘성형부(10a, 10b)가 스피닝 공정을 통해 원통부(10)에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 본 발명의 하우징(110)은 보강성형부(11)의 연결부(11a), 콘성형부(10a, 10b)와 원통부(10) 사이의 단턱부(10c, 10d)들의 경사가 매우 완만한 구조로 예컨대, 30~60°범위로 형성됨으로써, 그 소성변형이 급격하게 일어나지 않아 하우징(110)의 내구성이 향상될 수 있는 장점이 있다.

또한, 보강성형부(11)의 어느 일측에는 온도 측정용 센서, 산소농도측정용 센서 등이 장착될 수 있는 센서보스(16)가 형성될 수 있다.

그리고, 원통부(10)의 각 콘성형부(10a, 10b)측에는 장착용 플랜지(15, 16)가 용접 등에 의해 결합되어 있다. 또한, 하우징(110)의 외측에는 외부에서 발생하는 열로부터 하우징(110)을 보호하는 외장커버(미도시)가 장착될 수도 있다.

각 촉매(210, 220)는 앞서 언급한 바와 같이, 그 외주면에 지지매트(211, 221)가 감겨진 구조이다.

한편, 촉매(210, 220)는 백금 등과 같은 정화촉매를 담지한 원기둥 형상의 코디어라이트 모노리스(codierite monorith) 등과 같이 다양한 종류의 촉매가 이용될 수 있다. 그리고, 촉매(210, 220)는 그 내부에 축방향으로 연장된 허니콤 구조의 통로를 가질 수도 있다.

그리고, 지지매트(211, 221)는 실리카 알루미나계 세라믹 화이버, 미팽창 질석, 바인더, 무기섬유 및 그 혼합물질, 또는 이들의 조합 등에 의해 시트 형상으로 성형될 수 있다. 이 지지매트(211, 221)는 촉매(210, 220)를 원통부(10)의 촉매 장착부(12, 13) 내에 지지함과 더불어, 촉매(210, 220)와 원통부(10) 사이에서 배기가스가 누설됨을 방지하는 역할을 한다.

이와 같이, 본 발명은 단일의 원통부재(10)를 이용함에 따라 그 진원도가 보장된 상태에서, 콘성형부(10a, 10b)를 스피닝가공에 의해 형성하고, 보강성형부(11) 내지 촉매 장착부(12, 13)를 축관 내지 확관 가공 등을 통해 형성함으로써 이음매가 없는 완벽한 밀봉상태의 하우징(110)을 구현할 수 있다. 이에 따라, 배기가스의 외부 누설을 확실하게 차단할 뿐만 아니라 배기가스가 촉매(210, 220)의 지지매트(211, 221)측으로 누설될 가능성을 확실하게 차단할 수 있으므로, 촉매(210, 220)의 지지매트(211, 221)와 인접하는 단턱부(10c, 10d)를 완만한 경사도(30~60°)로 가공할 수 있다.

또한, 본 발명은 콘성형부(10a, 10b)에 인접한 단턱부(10c, 10d), 보강성형부(11)의 연결부(11a) 등의 경사도가 완만함에 따라, 종래의 클램셀 구조와 달리 급격한 소성변형이 발생하지 않으므로 미세스응력(MISES STRESS)이 종래에 비해 70% 이하로 대폭 감소될 수 있고, 이에 의해 그 내구성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 촉매 컨버터의 제조방법을 도시한 공정도이다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 컨버터의 제조공정을 단계별로 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 촉매 컨버터를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10: 원통부 11: 보강성형부

12, 13: 촉매 장착부 100: 촉매 컨버터

110: 하우징 210, 220: 촉매

Claims (5)

1. 원통부, 상기 원통부의 전방 및 후방 영역에 서로 다른 내경을 가지도록 일체로 형성된 2 이상의 촉매 장착부, 상기 2 이상의 촉매 장착부 사이에 일체로 형성된 하나 이상의 보강성형부, 및 상기 원통부의 양단부에 일체로 형성된 콘성형부를 가진 하우징; 및

   상기 하우징의 각 촉매 장착부 내에 밀착되어 장착되고, 외주면에 지지매트가 감겨진 2 이상의 촉매;를 포함하고,

   상기 보강성형부의 내경과 상기 촉매 장착부들의 내경은 서로 다르게 형성되며, 상기 콘성형부는 상기 원통부의 양단부가 스피닝공법에 의해 가공됨으로써 일체로 형성되고,

   상기 보강성형부와 원통부 사이의 연결부, 상기 콘성형부와 원통부 사이의 단턱부들은 30~60°의 경사도를 가지는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 촉매 장착부들의 내경은 외주면에 지지매트가 감긴 촉매의 외경에 대응하는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
4. 삭제
5. 삭제

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