KR100915971B1 - 와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스촉매 정화장치 - Google Patents

와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스촉매 정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속적인 와이어 군으로 형성되는 3차원 다공성 구조체를 촉매 지지체로 활용하여 유기물의 연소 후 발생하는 유해 성분의 기체를 정화하는 연소가스 촉매 정화장치에 관한 것으로, 표면에 촉매가 도포된 와이어로 구성된 3차원 다공성 경량 구조체와 이를 둘러싼 케이싱과 연소가스의 입구와 출구로 구성되며, 기체의 흐름에 대한 저항이 작으면서도 정화 효율이 우수하고 가볍고 대량 생산이 용이하다.
본 발명에 따른 연소가스 촉매 정화장치는, 필요에 따라 저온에서의 정화 효율을 높일 목적으로 와이어에 전기를 공급하여 저항열을 발생하는 장치가 추가될 수 있으며, 내연기관의 배출가스 후처리, 각종 연소장치의 정화에 활용될 수 있다.
연소가스 촉매 정화장치, 촉매 지지체, 3차원 다공성 구조체, 전극, 연소가스 가열부, 연소가스 정화부

Description

와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스 촉매 정화장치{CATALYTIC CONVERTER SYSTEM FOR EXHAUST GAS BY USING THREE-DIMENSIONAL CELLULAR STRUCTURES FABRICATED OF WIRES}
본 발명은 차량의 내연기관 또는 각종 연소장치 등의 연소가스 등에 포함된 유해 물질을 정화하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속적인 와이어 군으로 형성되는 주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체를 촉매 지지체로 활용하여 유기물의 연소 후 발생하는 기체를 정화하는 장치에 관한 것이다.
차량의 내연기관의 배기 시스템을 예로 들면, 배기 시스템은 내연기관의 각 실린더에 연결되는 배기 매니폴드, 배기관, 정화장치, 소음기 등을 포함한다.
배기 매니폴드는 내연기관의 각 실린더에 연결되어 각 실린더로부터 배기되는 연소가스를 모으게 되고, 배기관은 배기 매니폴드에 연결되어 연소가스를 자동차의 외부로 배출시킨다.
내연기관의 각 실린더에서 나오는 연소가스 중에는 입자상 물질과 질소 산화물(NOx), 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO) 등의 유해 성분이 포함되어 있으며, 이러한 연소가스의 정화를 위하여 내연기관에 연결된 배기관의 도중에 정화장치가 설 치되어 있다. 그리고 정화장치의 하류 측에는 연소가스가 배출될 때 발생되는 소음을 저감시키기 위한 소음기가 설치된다.
이와 같은 내연기관 또는 각종 연소 장치로부터 배출되는 연소가스를 정화하기 위한 장치로는, 통상, 물리적으로 입자상 물질을 걸러내는 장치와 인체에 유해한 불완전 연소가스를 촉매 화학적 반응법으로 CO2, H2O 및 N2 등의 무해한 기체로 변환하는 두 가지가 있다. 따라서 무게나 체적 대비 표면적이 큰 다공성 물질의 표면에 촉매 역할을 하는 물질을 도포하여 연소가스가 흐르는 유로에 배치하여 입자상 물질의 제거와 유해 물질의 화학적 변환을 유도한다.
21세기에 들어 새로운 다공성 물질로서 주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체가 소개되고 있다(H. N. G. Wadley, N. A. Fleck, A. G. Evans, 2003, Composite Science and Technology, Vol.63, pp.2331~2343). 정밀한 수학적/역학적 계산을 통해 최적의 강도 및 강성도를 갖도록 설계된 트러스 구조를 갖기 때문에 기계적 물성이 우수하다. 도 1은 이 경량 구조체에 사용되는 대표적인 트러스 형태인 피라미드, 옥테트 및 카고메 트러스 구조를 나타내고 있다. 이 중 카고메 트러스는 피라미드 트러스와 옥테트 트러스에 비하여 방향에 따른 구조의 강성의 변화가 적고 좌굴에 대한 저항성, 좌굴 후 변형의 안정성, 에너지 흡수 능력 등이 우수하다고 알려져 있다(S. Hyun, A. M. Karlsson, S. Torquato, A. G. Evans, 2003, Int. J. of Solids and Structures, Vol.40, pp.6989~6998).
주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체는 기계적 강도뿐만 아니 라 유체 유동에 대한 마찰 손실이 작으면서 열전달 특성은 우수한 것으로 알려져 있다(J. Tian, T. Kim, t. J. Lu, H. P. Hodson, D. T. Queheillalt, D. J. Sypeck and H. N. G. Wadley, 2004, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol.47, pp.3171~3186)
주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체를 연소가스 정화장치 용도의 다공성 물질로 사용하기 위해서는 가능한 한 셀 크기가 작고 다층 구조를 가져야 한다. 그러나 주기적인 트러스 구조를 갖는 개방형 경량 구조체의 통상적인 제조 방법은 단층의 트러스 구조에 적합하며 다층 구조를 제조하기 위해서는 단층 구조를 적층한 후 접합하는 방법에 의존하고 있어 강도나 제조비용 면에서 불리하다(H. N. G. Wadley, N. A. Fleck, A. G. Evans, 2003, Composite Science and Technology, Vol.63, pp.2331~2343).
한편, 와이어는 대량 생산, 가공 및 고강도의 실현이 용이하다. 피아노선이 좋은 예이다. 최근에 이에 착안하여 와이어를 소재로 하여 주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체를 제작하는 방법이 제안되었다. 대한민국 특허 제10-0566729호와 제10-0708483호는 와이어를 소재로 다층 구조의 주기적인 다공성 재료를 제작하는 방법에 관한 것이다. 도 2와 도 3은 각각 위 특허에 의한 주기적인 트러스 구조를 갖는 3차원 다공성 구조체의 형상을 나타내고 있다.
기존 배출가스 정화장치에 사용되는 다공질 물질로는 코디에라이트(cordierite) 세라믹 재료를 사용하며, 그 구조는 도 4에 도시된 바와 같이 삼각, 사각, 육각 등의 형태가 있다(S. T. Gulati, SAE paper No. 2000-01-0493). 이 코디에라이트 재료는 금속성 재료보다 무거우면서 열전도율이 떨어지고, 내열 및 내충격에 취약하며, 마모성도 가지고 있으며, 배기의 흐름 압력 손실도 커 엔진의 동력 손실을 초래하는 단점이 있다.
자동차용 촉매 정화장치로 사용되는 금속성 지지체로는 독일의 에미텍(EMITEC Co.)사에서 개발한 다양한 형태(W. Maus et al., Flow Improved Efficiency by New Cell Structures in Metallic Substrates, SAE paper No. 950788)가 있다. 이는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 주로 강판을 구부리거나 강판에 구멍이나 특이한 무늬를 넣어 유로를 변경한 형태를 취하고 있다. 이와 같이 금속 지지체로 이용한 촉매 장치의 경우 코디에라이트 세라믹 지지체에 비하여 강도도 우수하고 열전도도가 향상되며, 지지체의 내구성도 향상된다. 그러나, 알루미나와 귀금속 촉매를 코팅하기 위해서는 금속의 표면을 산처리와 같은 전처리를 해야만 코팅이 가능한 불편함이 있다.
전기 히터를 이용하여 자동차 냉시동(cold start) 시의 배출가스 정화 효율을 제고하는 방법은 미국의 코닝(Corning)사(L. E. Hampton et al., SAE paper No. 960345)와 일본의 엔지케이(NGK)사(Y. Shimasaki et al., SAE paper No. 971031)에서 개발되었다. (위 장치에 사용되는 저항체 소재는 합금(Alloy), 압출 허니콤(extruded honeycomb), 440 셀(cell)/in2, 저항은 0.36 옴, 도 6 참조.) 그러나 소비 전력이 높아 자동차에서 별도의 축전지를 사용해야 되는 어려움이 있고, 내구성 및 높은 제조 단가에 문제가 되어 지금은 사용하지 않고 있다.
전술한 바와 같은 기존 정화장치의 문제점을 해결하고자 본 발명에서는, 연속적인 와이어 군으로 형성되는 3차원 다공성 경량 구조체를 촉매 지지체로 활용하여 기체의 흐름에 대한 저항이 적으면서도 정화 효율이 우수하고 가볍고 대량 생산이 용이한 연소가스 촉매 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 기재된 발명은 「연소가스의 입구와 출구를 구비하는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부에 수납되고 촉매가 도포된 촉매 지지체(120)를 포함하며, 상기 촉매 지지체(120)는 와이어를 이용하여 제조된 주기적인 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체인 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.」를 제공한다.
청구항 2에 기재된 발명은 「제1항에 있어서, 상기 촉매는 감마 상 알루미나와, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)을 포함한 귀금속 입자 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.」를 제공한다.
청구항 3에 기재된 발명은 「제1항에 있어서, 상기 와이어는 산화되면 표면에 산화알루미늄을 형성하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.」를 제공한다.
청구항 4에 기재된 발명은 「제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소가스 촉매 정화장치는: 상기 케이싱(110)을 관통하여 삽입된 전극(130); 및 상기 전극(130)과 연결되며 상기 촉매 지지체(120)에 접속되는 전극판(132);을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기체 촉매 정화장치.」를 제공한다.
청구항 5에 기재된 발명은 「제4항에 있어서, 상기 연소가스 촉매 정화장치는: 상기 케이싱(110)과 상기 전극(130) 및 상기 전극판(132) 사이를 절연하는 절연체(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.」를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 6에 기재된 발명은 「연소가스 촉매 정화장치에 있어서, 연소가스의 입구와 출구를 구비하는 제1 케이싱(210a)과, 상기 제1 케이싱(210a) 내에 수납되고 와이어로 구성된 제1 3차원 다공성 구조체(220a)와, 상기 케이싱(210a)을 관통하여 삽입된 전극(230)과, 상기 전극(230)과 연결되며 상기 제1 3차원 다공성 구조체(220a)에 접속되는 전극판과, 상기 제1 케이싱(210a)과 상기 전극(230) 및 상기 전극판 사이를 절연하는 절연체를 구비한 연소가스 가열부(200a); 및 상기 제1 케이싱(210a)의 출구에 입구가 연결되고 정화 가스를 출구로 배출하는 제2 케이싱(210b)과, 상기 제2 케이싱(210b) 내에 수납되고 와이어로 구성된 제2 3차원 다공성 구조체(220b)를 구비한 연소가스 정화부(200b);를 포함하며, 상기 와이어는 산화되면 표면에 산화알루미늄을 형성하는 합금 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.」를 제공한다.
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본 발명에 따라 와이어를 이용하여 제조된 주기적인 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체는 기체의 흐름에 대한 저항이 적으므로 이로 인한 동력 손실이 적으면서도 열전달 및 연소가스 정화 효율이 우수하여 이상적인 촉매 지지체이다. 또한 주기적인 트러스 구조를 가지고 있어 가볍고 무게에 비해 강도가 높다. 원 소재인 와이어는 결함이 없고 높은 강도를 얻기가 쉽고, 이것으로 주기적인 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체를 제조 시 다루기 편하여 대량 생산에 용이하다. 특히, 옥테트(Octet)와 카고메(Kagome) 트러스와 유사한 구조의 3차원 다공성 구조체는 그 무게 대비 강도가 특히 우수하다. 따라서 이것을 촉매 지지체로 사용할 경우 연소가스 촉매 정화장치를 보호하는 케이싱에 두꺼운 소재를 사용할 필요가 없어 전체 장치의 무게와 제조비용을 더욱 줄일 수 있게 된다. 또한 금속 와이어는 단면적이나 길이 합금 성분을 조절하여 전기 저항체를 만드는 것이 용이하므로 본 발명에 의한 와이어를 이용하여 제조된 3차원 다공성 구조체에 전기를 가하여 가열함으로써 초기 연소 시 다량 배출되는 미연소 가스의 정화 효율을 높이는 데도 유리하다.
이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 연소가스 촉매 정화장치(100)의 바람직한 실시예의 구조도이다. 연소가스 촉매 정화장치(100)는, 내연기관 또는 각종 연소장치(도면에 도시 생략)의 연소가스를 배출하는 배기관에 설치되며, 케이싱(110)과, 케이싱(110) 내부에 수납되고 촉매가 도포된 촉매 지지체(120)를 포함한다.
케이싱(110)은 배기관으로부터 연소가스가 유입되는 입구(112)와 정화 후에 가스가 배출되는 출구(114)를 구비하며, 연소가스의 유동 방향에 대한 횡단면이 사각형, 원형, 타원형 등이 되도록 구성될 수 있다.
촉매 지지체(120)는 와이어를 이용하여 제조된 주직적인 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체로 이루어지며, 예를 들면 대한민국 특허 제10-0566729호, 제10-0708483호 등에 기재되어 있는 3차원 다공성 구조체가 촉매 지지체(120)로 사용될 수 있다.
대한민국 특허 제10-0566729호에 의한 구조체는 와이어를 별도의 성형 없이 직선 상태를 유지하므로 조립이 용이하며, 대한민국 특허 제10-0708483호에 의한 구조체는 와이어끼리 서로 간섭하여 일단 조립한 후에는 별도의 고정구(fixture) 없이도 그 형태를 유지할 수 있는 장점이 있으며 각각 옥테트(Octet)와 카고메(Kagome) 트러스와 유사한 구조를 가지므로 그 무게 대비 강도가 특히 우수하다.
따라서, 옥테트 또는 카고메 트러스형의 3차원 다공성 구조체를 촉매 지지체(120)로 사용할 경우, 연소가스 촉매 정화장치를 보호하는 케이싱(110)에 두꺼운 소재를 사용할 필요가 없어 전체 장치의 무게와 제조 비용을 더욱 줄일 수 있게 된다.
또한, 와이어를 이용하여 제조한 3차원 다공성 구조체는 기체의 흐름에 대한 저항이 적고 따라서 이로 인한 동력 손실이 적으면서도 열전달 및 연소가스 정화 효율이 우수하다는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 와이어로 이루어진 촉매 지지체(120)는 옥테트 또는 카고메 트러스와 같은 특정 트러스 형식의 구조체에 한정되는 것은 아니라는 점을 용이하게 이해할 수 있다.
촉매 지지체(120)에 도포된 촉매는, 감마 상 알루미나(γ-alumina) 및 백금, 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)과 같은 귀금속 입자를 포함한다. 촉매 지지체(120) 상에 촉매를 도포하기 위해서는, 비표면적인 큰 감마 상 알루미나(γ-alumina) 미립자와 귀금속 입자를 딥코팅(dip coating)과 같은 방법으로 촉매 지지체(120) 상에 코팅한 후에 소성하며, 귀금속 입자의 함량은 촉매 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.
와이어로는 고온에서 강도와 내구성을 가지면서 표면에 산화알루미늄 박막을 형성시키는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 철-크롬-알루미늄-이트륨 합금인 페크랄로이(Fecralloy)의 경우 1000℃ 이상의 온도에서 수 시간 노출되 면 1 마이크로미터 이상의 산화알루미늄 박막이 형성된다. 산화알루미늄 박막에 감마 알루미나와 촉매 백금을 코팅하면 견고히 잘 붙는 성질을 가지고 있다. 따라서 내구성이 강한 촉매 정화장치를 형성할 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따른 연소가스 촉매 정화장치(100)는, 케이싱(110) 및 촉매 지지체(120)와 더불어, 촉매 지지체(120)를 가열하기 위한 가열 수단을 또한 포함한다.
본 발명에 있어서는, 촉매 지지체(120)를 전기 저항체의 와이어로 구성할 수 있으므로, 도 7에 예시되어 있는 바와 같이, 촉매 지지체(120)에 접속되어 통전 가능하도록 하는 전극(130)을 가열 수단으로 채용할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 기존의 전기 히터 촉매 정화장치와 유사하게 촉매 지지체(120)의 양단에 전극(130)을 설치하여 높은 전압(교류 혹은 직류 양쪽 다 사용 가능)을 가함으로써, 단시간에 촉매를 활성 온도 이상으로 올릴 수 있는 특징을 가지고 있다.
도 7에 있어서는, 연소가스의 흐름에 대한 횡단면이 대략 사각형인 케이싱(110)의 상하면의 중앙 근방을 관통하여 전극(130)이 삽입되고, 상기 전극(130)은 촉매 지지체(120)의 상단과 하단에 각각 접속하는 전극판(132)을 구비하는 실시예가 예시되어 있으나, 본 발명이 이러한 구체적인 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다양한 형상의 케이싱(110) 및 촉매 지지체(120)에 전압을 가하여 발열시키는 다양한 구성이 가능하다는 점을 용이하게 이해할 수 있다.
촉매 지지체(120)를 전극(130)에 접속시키는 실시예에 있어서는, 케이 싱(110)과 전극(130)을 절연하기 위한 전기 절연체(140)를 또한 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 와이어 소재의 3차원 다공성 구조체 자체가 열용량이 적고, 열전도도가 높아 연소가스의 열을 이용하여 짧은 시간에 촉매 온도를 상승시킬 수 있고, 별도 전원 공급이 없는 경우에는, 본 발명의 3차원 다공성 구조체 정화장치를 배출원에 접근하여 부착함으로써, 배출원의 연소 온도를 이용하여 이 3차원 다공성 구조체 정화장치의 온도를 높일 수 있어 배출가스의 정화 효율을 얻을 수 있는 두 가지 특징을 동시에 가진 연소가스 촉매 정화장치이다.
이와 달리, 연소가스의 가열과 정화 기능을 분리하여 연소가스 배출원과 정화장치 사이에 별도의 가열 장치를 둘 수도 있다. 이 또한 와이어로 제조된 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체를 사용하는 것이 유리하다. 왜냐하면 가볍고 튼튼할 뿐 아니라 마찰이 적고 열전달 효율이 우수하기 때문이다. 도 8는 본 발명의 변형 실시예에 따라 가열과 정화 기능이 분리된 연소가스 촉매 정화장치(200)의 개략도이다.
도 8에 예시된 실시예에서, 연소가스 촉매 정화장치(200)는 연소가스 가열부(200a)와 연소가스 정화부(200b)를 포함한다.
연소가스 가열부(200a)는 연소가스의 입구와 출구를 구비하는 제1 케이싱(210a)과, 제1 케이싱(210a) 내에 수납되고 와이어로 구성된 제1 3차원 다공성 구조체(220a)와, 제1 3차원 다공성 구조체(220a)에 접속되어 통전 가능하도록 하는 전극(230)을 포함하며, 연소가스 정화부(200b)는 제1 케이싱(210a)의 출구에 연결 된 입구와 정화 가스의 출구를 구비하는 제2 케이싱(210b)과, 제2 케이싱(210b) 내에 수납되고 와이어로 구성된 촉매 지지체로서의 제2 3차원 다공성 구조체(220b)를 포함함으로써, 가열과 정화 기능을 분리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 촉매 정화를 위한 3차원 다공성 구조체 촉매 정화장치는 일정 크기의 다단으로 구성할 수도 있다. 그리고 3차원 다공성 구조체 촉매 정화장치는 수요처의 요구에 응하여 1단에서부터 다단으로 자유롭게 구성할 수 있는 특징이 있다. 3차원 다공성 구조체의 흐름에 수직방향의 단면 모양도 사각형뿐만 아니라, 원형, 타원형 혹은 이형 등 어떠한 형태도 선택할 수 있다.
<연소 기체 정화 효율의 실시예>
도 9는 연소 기체 일례로 프로판과 일산화탄소가 본 발명의 연소가스 촉매 정화장치에서 이론 공기비로 촉매 온도에 따라 반응할 때의 정화율 성능을 나타내고 있다.
촉매는 본 발명 3차원 와이어 소재 지지체를 고온에서 산화시켜 표면에 알루미나를 형성하여, 3 wt% 백금(Pt)과 감마-알루미나(Al2O3)를 산화 알루미나에 딥코팅(dip coating) 하여 만든다.
성능 평가를 위해 사용한 모의 연소 기체는 프로판(C3H8) 900ppm, 일산화탄소(CO) 900ppm과 일산화질소(NO) 600ppm으로 구성되어 있다. 이 때 연소가스 촉매 정화장치에 공급하는 총유량은 2 L/분이다. 이 반응 조건은 이론 공기비이다.
성능 평가 결과 250℃에서 95%의 프로판 정화율을 보이고 있으며, 일산화탄 소는 산소가 충분하지 않아 반응이 좀 느려, 400℃에서 90%의 정화율를 나타내고 있다.
도 10은 연소 기체 일례로 프로판과 일산화탄소가 본 발명의 연소가스 촉매 정화장치에서 희박한 공기비(1.6)로 촉매 온도에 따라 반응할 때의 정화율 성능을 나타내고 있다. 이 결과는 도 9와 동일한 반응 조건이며, 연소가스 중 산소 농도를 높여 희박한 공기비(1.6) 상태로 한 점이 다르다.
성능 평가 결과 200℃에서 배기 중 산소가 충분하여 95% 이상의 일산화탄소 정화율을 보이고 있으며, 프로판은 반응 속도가 느려, 600℃에서 90%의 정화율을 나타내고 있다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명을 목적으로 할 뿐이고, 당업자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경과 수정을 가할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 3차원 다공성 경량 구조체에 사용되는 대표적인 트러스 형태인 피라미드, 옥테트 및 카고메 트러스 구조에 대한 사시도이다.
도 2는 대한민국 특허 제10-0566729호에 의한 와이어를 소재로 형성된 옥테트 트러스와 유사한 다층 구조의 주기적인 다공성 경량 구조체에 대한 사시도이다.
도 3은 대한민국 특허 제10-0708483호에 의한 와이어를 소재로 형성된 카고메 트러스와 유사한 다층 구조의 주기적인 다공성 경량 구조체에 대한 사시도이다.
도 4는 종래의 자동차용 촉매 지지체의 형상의 예시도이다.
도 5는 강판을 이용한 종래의 자동차용 촉매 정화장치의 예시도이다.
도 6은 전기 히터를 이용한 종래의 자동차 배출가스 정화장치의 부분 절단 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연소가스 촉매 정화장치의 구조도이다.
도 8은 본 발명에 따라 가열과 정화 기능이 분리된 연소가스 촉매 정화장치의 개략도이다.
도 9는 연소가스 촉매 정화장치의 이론 공기비에서의 프로판과 일산화탄소의 촉매 온도에 따른 정화율를 나타내는 도면이다.
도 10은 연소가스 촉매 정화장치의 공기비 1.6(희박 연소)에서의 프로판과 일산화탄소의 촉매 온도에 따른 정화율을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 연소가스 촉매 정화장치 110: 케이싱
112: 입구 114: 출구
120: 촉매 지지체 130: 전극
132: 전극판 140: 전기 절연체
200: 연소가스 촉매 정화장치 200a: 연소가스 가열부
200b: 연소가스 정화부 210a: 제1 케이싱
210b: 제2 케이싱 220a: 제1 3차원 다공성 구조체
220b: 제2 3차원 다공성 구조체 230: 전극

Claims (6)

  1. 연소가스의 입구와 출구를 구비하는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부에 수납되고 촉매가 도포된 촉매 지지체(120)를 포함하며,
    상기 촉매 지지체(120)는 와이어를 이용하여 제조된 주기적인 트러스 구조의 3차원 다공성 구조체인 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는 감마 상 알루미나와, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh)을 포함한 귀금속 입자 중에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 산화되면 표면에 산화알루미늄을 형성하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소가스 촉매 정화장치는:
    상기 케이싱(110)을 관통하여 삽입된 전극(130); 및
    상기 전극(130)과 연결되며 상기 촉매 지지체(120)에 접속되는 전극판(132);을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기체 촉매 정화장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연소가스 촉매 정화장치는:
    상기 케이싱(110)과 상기 전극(130) 및 상기 전극판(132) 사이를 절연하는 절연체(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.
  6. 연소가스 촉매 정화장치에 있어서,
    연소가스의 입구와 출구를 구비하는 제1 케이싱(210a)과, 상기 제1 케이싱(210a) 내에 수납되고 와이어로 구성된 제1 3차원 다공성 구조체(220a)와, 상기 케이싱(210a)을 관통하여 삽입된 전극(230)과, 상기 전극(230)과 연결되며 상기 제1 3차원 다공성 구조체(220a)에 접속되는 전극판과, 상기 제1 케이싱(210a)과 상기 전극(230) 및 상기 전극판 사이를 절연하는 절연체를 구비한 연소가스 가열부(200a); 및
    상기 제1 케이싱(210a)의 출구에 입구가 연결되고 정화 가스를 출구로 배출하는 제2 케이싱(210b)과, 상기 제2 케이싱(210b) 내에 수납되고 와이어로 구성된 제2 3차원 다공성 구조체(220b)를 구비한 연소가스 정화부(200b);를 포함하며,
    상기 와이어는 산화되면 표면에 산화알루미늄을 형성하는 합금 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연소가스 촉매 정화장치.
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