KR100953292B1 - 허니콤 구조체 및 배기 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

주상 허니콤 구조체는 실질적으로 서로 평행한 제 1 단면 및 제 2 단면, 및 제 1 단면과 제 2 단면을 잇는 외주면을 포함한다. 제 1 단면과 제 2 단면은 유사한 외주 형상을 갖는다. 제 1 단면의 최대 폭은 D1 이고, 제 2 단면의 최대 폭은 D2 이며, 제 1 단면과 제 2 단면 사이의 거리는 L 이고, 테이퍼율 (P) 이 테이퍼율 (P)(%) = (D1-D2)/(2L)×100 ···식 (1) 로 표현될 때, 상기 테이퍼율 (P) 이 0<P≤4% 를 만족한다.

Description

허니콤 구조체 및 배기 가스 처리 장치{HONEYCOMB STRUCTURAL BODY AND EXHAUST GAS TREATING APPARATUS}
본 발명은 허니콤 구조체 및 허니콤 구조체를 포함하는 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 차량, 건설 기계 등의 내연기관용 각종 배기 가스 처리 장치가 제안되어 실용화되고 있다. 대표적인 배기 가스 처리 장치는 엔진의 배기 가스 매니폴드와 소통하는 배기관을 포함한다. 배기관의 중간에는, 예컨대 금속 등으로 구성된 케이싱이 제공되고 케이싱 내부에 허니콤 구조체가 제공된다. 허니콤 구조체는 배기 가스 중의 미립자를 포획하고, 배기 가스를 정화하는 필터 (DPF:디젤 미립자 필터) 로서 또는 배기 가스 중의 유해 가스 성분을 촉매 반응으로 정화하는 촉매 담체로서 기능한다.
예를 들면, 허니콤 구조체가 DPF 로서 사용되면, 허니콤 구조체는 다공성 셀벽에 의해 분리된, 길이 방향으로 연신한 다수의 주상 (柱狀) 셀을 포함한다. 각각의 셀은 일단부가 시일재로 밀봉된다. 따라서, 허니콤 구조체 내부로 도입된 배기 가스는 허니콤 구조체로부터 배출되기 전에 반드시 셀벽을 통과한다. 따라서, 배기 가스가 셀벽을 통과할 때 배기 가스 중의 미립자를 포획할 수 있다. 허니콤 구조체가 촉매 담체로서 사용되면, 각 셀벽의 세로 표면에는 촉매 담지층 및 촉매가 제공된다. 배기 가스에 포함된 CO, HC 및 NOx 등의 유해 가스가 이 촉매에 의해 정화된다. 통상, 허니콤 구조체와 케이싱 사이에는 무기 섬유 매트로 구성된 유지 시일재가 제공된다. 이 유지 시일재는 허니콤 구조체가 케이싱과 접촉하여 파손되는 것을 방지한다 (특허 문헌 1).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 No.2005-125182
최근에, 배기 가스가 상당히 고온 및 고압화되고 있다. 따라서, 배기 가스 처리 장치의 사용시에, 허니콤 구조체는 고온에 의해 생기는 여러 가지 요인 (예컨대, 열응력, 열사이클 등) 으로 인해 파손하는 위험성이 높아지고 있다. 허니콤 구조체가 필터로서 이용된 후에, 포획된 미립자를 제거하기 위한 재생 처리가 실행된다 (예컨대, 필터를 재이용하기 위한 복원 처리). 특히 이 재생 공정 동안에, 배기 가스가 배출되는 부분의 온도가 현저하게 상승한다. 따라서, 열응력에 의해, 허니콤 구조체의 이 부분은 파손될 위험성이 지극히 높아진다.
본 발명은 상기의 1 이상의 문제점이 제거된 허니콤 구조체 및 배기 가스 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는, 고온하에서도 파손에 대해 저항력이 있는 허니콤 구조체, 및 이 허니콤 구조체를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는, 실질적으로 서로 평행한 제 1 단면과 제 2 단면, 및 제 1 단면과 제 2 단면을 연결시키는 외주면을 포함하는 주상 (柱狀) 허니콤 구조체를 제공하며, 제 1 단면 및 제 2 단면은 서로 유사한 외주 형상을 가지며, 제 1 단면의 최대 폭은 D1 이고, 제 2 단면의 최대 폭은 D2 이며, 제 1 단면과 제 2 단면 사이의 거리는 L 이고, 테이퍼율 (P) 이 테이퍼율 (P)(%) = (D1-D2)/(2L)×100 ···식 (1) 로 표현될 때, 상기 테이퍼율 (P) 이 0<P≤4% 를 만족한다.
본 발명의 일 실시형태에 따라서, 허니콤 구조체는 상기와 같이 외주 형상을 갖기 때문에, 고온 하에서도 파손에 대해 저항력이 있는 허니콤 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
첨부된 도면을 참조하여서, 본 발명의 실시형태가 설명된다.
배기 가스 중의 미립자를 포획하기 위한 디젤 미립자 필터 (DPF) 로서 이용되는 허니콤 구조체가 본 발명의 일례로서 설명된다. 그러나, 본 발명에 따른 허니톰 구조체가 이하에 설명될 바와 같이 촉매 담체로서 이용될 수 있다는 것은 종래 당업자들에게 있어 명백하다.
도 1 은 본 발명에 따른 허니콤 구조체의 일례의 개략도이다. 도 3 는 도 1 에 도시된 허니콤 구조체의 A-A 라인을 따른 단면도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 허니콤 구조체 (100) 는 두 단면 (이하에서 "제 1 단면 (160)" 과 "제 2 단면 (170)" 으로 부름) 및 두 단면을 연결하는 외주면을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 허니콤 구조체 (100) 는 일체형 세라믹 블록 (150) 및 일체형 세라믹 블록 (150) 의 2 개의 단면 (이하에서 일체형 세라믹 블록의 "제 1 단면 (159)" 및 "제 2 단면 (169)" 으로 부름) 을 제외하고, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 외주부 (측면) 의 적어도 일부에 배열된 코트층 (120) 을 포함한다. 따라서, 허니콤 구조체 (100) 의 외주면은 일체형 세라믹 블록 (150) 의 측면 및/또는 코트층 (120) 으로 형성된다. 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 은 일체형 세라믹 블록의 제 1 단면 (159) 및 제 1 단면 (160) 과 동일한 측의 코트층 (120) 의 측면으로 형성된다. 유사하게, 허니콤 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 은 일체형 세라믹 블록의 제 2 단면 (169) 과 제 2 단면 (170) 과 동일한 측의 코트층 (120) 의 측면으로 형성된다. 그러나, 코트층 (l20) 은 본 발명에 따른 허니콤 구조체 (100) 로부터 생략될 수도 있다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 일체형 세라믹 블록 (150) 에는, 제 1 단면 (159) 으로부터 제 2 단면 (169) 을 향해 연장되어 있는 다수의 셀 (1l) 이 배열된다. 셀 (11) 을 분리하는 셀벽 (13) 이 필터로서 기능한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 셀 (11) 은 일체형 세라믹 블록의 제 1 단면 (159) 또는 제 2 단면 (169) 중 한쪽에 대응하는 단부 중 하나에 시일재 (12) 에 의해 밀봉된다. 따라서, 배기 가스가 셀 (11) 중 하나 안으로 유입될 때, 배기 가스는 셀 (11) 의 다른 하나로부터 배출되기 전에 대응 셀 (11) 의 셀벽 (13) 중 하나를 반드시 통과한다.
본 발명은 허니콤 구조체 (100) 의 외주 형상이 테이퍼형이라는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 과 제 2 단면 (170) 은 유사한 형상을 갖지만, 그 크기는 다르다. 테이퍼율 (P) 은 O≤P≤4% 이다. 테이퍼율 P(%) 은 P(%)=(Dl-D2)/(2 L)×100‥식(1) 에 의해 표현되고, 여기서 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면의 최대폭은 Dl (mm), 제 2 단면의 최대 폭은 D2 (mm) 이고, 제 1 단면과 제 2 단면 사이의 거리 (즉, 허니콤 구조체 (100) 의 전체 길이 또는 X 방향의 길이) 를 L(mm) 로 한다.
본 출원에 있어서, "테이퍼(형상)" 또는 "테이퍼진" 이라는 용어는 허니콤 구조체 (100) 가 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 과 평행한 면의 단면적이 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 단조감소 (單調減少) 하는 형상 또는 그러한 형상을 갖는 것을 의미한다. 허니콤 구조체 (l00) 의 제 1 단면 (160) 과 제 2 단면 (170) 을 연결하는 외주면의 윤곽선이 직선 또는 곡선일 수 있다는 것을 유의해야 한다.
허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면의 최대 폭 (D1) 및 제 2 단면의 최대 폭 (D2) 의 측정 방법은 특별히 한정되지는 않지만, 이 최대폭들을 고정밀도로 측정하기 위해서는, 레이저 치수 측정기 (예컨대, 키엔스 사제, LS-5l20 또는 LS-5500) 등의 레이저 투광기와 레이저 수광기를 갖는 측정 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 레이저 치수 측정기가 측정에 이용될 때, 허니콤 구조체는 제 1 단면 (또는 제 2 단면) 이 투광기 및 투광기와 마주하는 수광기를 연결하는 라인을 따라 배치되도록 배열된다. 그 다음에, 레이저 빔이 제 1 단면과 평행하고, 레이저 빔이 반대편의 수광기에 의해 검출되도록 투광기로부터 허니콤 구조체의 제 1 단면을 향해 레이저 빔이 조사된다. 이 조작은 허니콤 구조체를 중심축의 주위로 360˚회전시키면서 실시된다. 따라서, 허니콤 구조체 (100) 의 제 l 단면의 최대폭 (Dl) (또는 제 2 단부의 최대폭 (D2)) 이 측정될 수 있다.
도 1 에 도시된 예에서는, 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 과 제 2 단면 (170) 이 모두 원형이며, 외주면의 윤곽선은 직선이다. 또한, 테이퍼율 (P) 은 2% 이고 제 1 단면 (160) 과 제 2 단면 (170) 의 반경 차는 3 mm 이다 (허 니콤 구조체의 전체 길이 (L) 는 150 mm 임).
특히, 본 발명에 있어서, 허니콤 구조체 (100) 는 이하의 방법 중 하나에 따라 테이퍼진 형상을 갖도록 만들어지는 것이 바람직하다.
1) 제 1 단면 (159) 으로부터 제 2 단면 (169) 을 향해 일체형 세라믹 블록 (150) 의 중심축 (도 2 의 X축) 에 수직인 면의 단면적을 연속적으로 감소시키는 것.
2) 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 코트층 (120) 의 두께를 연속적으로 감소시키는 것.
일반적으로, 1) 의 경우에, 코트층 (120) 의 두께는 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 일정한 것이 바람직하다. 그러나, 특정 경우에는, 코트층 (120) 의 두께는 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (l60) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 연속적으로 변화 (감소 또는 증가) 할 수 있다. 일반적으로, 2) 의 경우에, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 중심축 (도 2 의 X축) 에 수직인 면의 단면적은 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. 그러나, 특정 경우에는, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 중심축 (도 2의 X 축) 에 수직인 면의 단면적이 제 1 단면 (159) 로부터 제 2 단면 (169) 을 향해 연속적으로 변화 (감소 또는 증가) 할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어 중요한 것은 허니콤 구조체 (100) 의 최종 외형이며, 상기의 특징이 만족되는 한, 허니콤 구조체의 각 구성 요소 (일체형 세라믹 블록 (150) 및 코트층 (120)) 의 형상은 중요하지 않다.
도 1 및 2 에 도시된 바와 같이 테이퍼진 형상을 갖는 일체형 세라믹 블록 (150) 을 형성하는 방법의 예가 이하에 설명된다. 1) 의 경우에, 도 1 및 2 에 도시된 바와 같이 테이퍼진 형상을 갖는 일체형 세라믹 블록이 압출 성형에 의해 제작된다. 압출 성형 공정시에, 몰드 (다이) 로부터 성형체의 압출 속도가 점진적으로 증가되거나 감소된다. 따라서, 테이퍼진 형상의 일체화 세라믹 블록이 용이하게 제작될 수 있다. 즉, 압출 속도를 증가시킴으로써, 중심축에 수직인 면의 단면적이 감소될 수 있다. 반대로, 압출 속도를 감소시킴으로써, 중심 축에 대해 수직인 면의 단면적이 증가될 수 있다. 또한, 성형체의 건조 공정시에, 중심축에 대한 건조 속도를 변화시킴으로써 테이퍼진 형상의 일체화 세라믹 블록이 제작될 수도 있다.
2) 의 경우에, 즉, 허니콤 구조체 (100) 의 중심축 (X 축) 에 대해 코트층 (120) 의 두께를 변화시키는 경우에는, 먼저, 도 3 에 도시된 바와 같이 중심축 (X 축) 을 따라 실질적으로 평행한 측면을 갖는 일체형 세라믹 블록 (150) 이 제작된다. 그 다음에, 측면에서, 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 두께가 감소하도록 코트층 (120) 이 설치된다. 상기 언급된 바와 같이, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 윤곽은 반드시 중심축을 따라 실질적으로 평행할 필요는 없다는 것에 유의해야 한다. 예를 들면, 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기와는 반대로, 일체형 세라믹 블록 (150) 은 중심축 (X 축) 에 대해 수직인 면의 단면적이 제 1 단면 (159) 로부터 제 2 단면 (169) 을 향해 증가하는 형상을 가질 수 있다. 이 경우에, 외주부의 코트층 (120) 의 두께는 허니콤 구조체 (100) 의 양 단면 및 전체 길이 (L) 가 상기의 관계를 충족하도록 조정된다.
상기 예에 있어서, 허니콤 구조체 (100) 는 외주면이 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 선형으로 감소하는 테이퍼진 형상이지만, 허니콤 구조체 (100) 의 외주면의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 허니콤 구조체 (100) 의 외주면은 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같은 형상을 갖는데, 윤곽선이 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 비선형 (즉 곡선) 으로 변화한다. 도 5 및 도 6 에 도시된 형상은 코트층 (120) 의 두께 및 일체형 세라믹 블록 (150) 의 외주 형상 중의 하나 또는 양쪽 모두를 조정함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 허니콤 구조체는, 예를 들면, 차량의 배기 가스 처리 장치에 이용될 수 있다.
도 7 은 본 발명에 따른 허니콤 구조체 (100) 가 구비된 배기 가스 처리 장치 (70) 의 일례를 개략적으로 나타낸다. 도 7 에 있어서, 허니콤 구조체 (100) 는 셀 (11) 의 각 단부가 밀봉된 DPF 로서 이용된다. 도 7 에 도시된 예에서, 코트층 (120) 은 일체형 세라믹 블록 (150) 에 설치되지 않는다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 배기 가스 처리 장치 (70) 는 허니콤 구조체 (100), 허니콤 구조체 (100) 를 수용하는 금속 케이싱 (71), 및 허니콤 구조체 (100) 를 적절한 위치에서 유지하기 위해 허니콤 구조체 (100) 와 금속 케이싱 (71) 사이에 배열된 유지 시일 부재 (72) 을 주로 포함한다. 도입관 (74) 은 내연기관으로부터 배출된 배기 가스를 도입하기 위해 배기 가스 처리 장치 (70) 의 일단부 (도입부) 에 연결되어 있다. 배기 가스를 배출하기 위해 배기 가스 처 리 장치 (70) 의 다른 단부 (배출부) 와 배출관 (75) 이 연결되어 있다. 도 7 의 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 허니콤 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 이 배기 가스 처리 장치 (70) 의 배기 가스 도입측에 배열되도록 케이싱 (71) 내에 허니콤 구조체 (100) 가 제공된다. 따라서, 내연기관으로부터 배출된 배기 가스는 도입관 (74) 을 통해 케이싱 (71) 안으로 도입된다. 그 다음에, 도입관 (74) 과 마주하는 허니콤 구조체의 제 1 단면 (160) 의 옆의 개방부를 갖는 셀 (11) 을 통해 허니콤 구조체 (100) 안으로 배기 가스가 유입된다. 허니콤 구조체 (100) 안으로 유입된 배기 가스가 셀벽 (13) 을 통과한다. 배기 가스는 미립자가 셀벽 (l3) 에 의해 포집됨으로써 정화된다. 그 다음, 허니콤 구조체의 제 2 단면 (170) 의 측부에서 개방부를 갖는 셀 (11) 을 통해 배기 가스 처리 장치로부터 배기 가스가 배출되어, 최종적으로 배출관 (75) 을 통해 외부로 배출된다. 허니콤 구조체 (100) 가 촉매 담체로서 사용되면, 배기 가스가 촉매 담체의 셀벽 (11) 을 통과할 때에 CO, HC 및 NOx 등의 배기 가스 중의 유해한 성분이 제거되어서, 배기 가스가 정화된다.
상기 설명된 배기 가스가 배출되는 배기 가스 처리 장치 (70) 의 측부에서 배기 가스는 고온이 된다. 배기 가스 처리 장치 (70) 의 이 측부에의 크기, 즉, 허니콤 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 의 크기는 작아진다. 따라서, 제 2 단면 (170) 근방의 온도가 고온이 되어 열팽창이 발생하더라도, 테이퍼진 형상을 갖지 않는 종래의 허니콤 구조체에 비해, 케이싱 또는 유지 시일 부재로부터 이 부 분에 적용된 압축 응력을 억제할 수가 있다. 따라서, 고온하에서 사용하더라도 파손에 대한 저항력이 있는 허니콤 구조체를 제공하는 것이 가능하다.
도 8 은 재생 공정의 실행 동안에 일반적인 허니콤 구조체 (즉, 외주면이 테이퍼 형상을 갖지 않음) 를 갖는 배기 가스 처리 장치의 온도 변화를 나타낸다. 도 8 에 있어서, 가는 곡선은 허니콤 구조체의 입구 근처 (실질적으로 입구 단면으로부터 종방향으로 13 mm 들어간 면의 중앙부) 의 온도 변화를 나타낸다. 굵은 곡선은 허니콤 구조체의 출구 근처 (실질적으로 출구 단면으로부터 종방향으로 13 mm 들어간 면의 중앙부) 의 온도 변화를 나타낸다. 도 8 에 도시된 바와 같아, 허니콤 구조체에서 재생 공정이 실행될 때, 허니콤 구조체의 출구측은 900℃ 를 넘는 매우 높은 온도에 도달한다. 그러나, 본 발명에 따른 허니콤 구조체는 이러한 재생 공정이 실행될 때에도 출구 근처에서의 파손에 대해 저항력을 갖는다.
상기에서는, 일체 성형에 의해 제작된 일체형 세라믹 블록 (150) 을 포함하는 허니콤 구조체 (100) 을 예로 하는 본 발명의 특징을 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 다른 종류의 허니콤 구조체 (200) 에도 가능한데, 이는 접착재로 구성된 접착층 (210) 을 갖는 다수의 다공질 허니콤 유닛 (230) 을 함께 접합하여 이루어진다.
도 9 는 이러한 구성을 갖는 허니콤 구조체의 일례를 나타낸다. 이하에서는, 도 l 및 도 2 에 도시된 허니콤 구조체를 "일체형 허니콤 구조체" 로 칭한다. 이하에서는, 접착층 (210) 을 개재시켜 복수의 다공질 허니콤 유닛 (230) 을 함께 접합하여 이루어진 도 9 에 도시된 허니콤 구조체를 "접합형 허니콤 구조 체" 라고 칭한다.
도 9 에 도시된 바와 같이, 접합형 허니콤 구조체 (200) 는 실질적으로 서로 평행한 제 1 단면 (260) 과 제 2 단면 (270) 을 포함한다. 또한, 접합형 허니콤 구조체 (200) 는 세라믹 블록 (250) 및 세라믹 블록 (250) 의 양 단면을 제외하고, 세라믹 블록 (250) 의 외주부에 설치된 코트층 (220) 을 포함한다. 세라믹 블록 (250) 은 허니콤 구조체 (200) 의 제 1 단면 (260) 및 제 2 단면 (270) 에 대응하는 위치에서, 각각, 제 1 단면 (259) 및 제 2 단면 (269) 을 갖는다. 세라믹 블록 (250) 은 접착층 (210) 을 개재시킴으로써 다수의 주상 다공질 허니콤 유닛 (230) (도 9 에 도시된 예는 종횡 4 열씩, 즉 총 16 개의 다공성 허니콤 유닛 (230) 을 포함함) 을 접합시킨 후, 외주부를 소정 크기로 절단함으로써 이루어진다. 도 10 에 도시된 다공질 허니콤 유닛 (230) 은 중심축 (X 축) 을 따라 연장한 다수의 셀 (21) 을 포함하며, 셀 (21) 은 필터로서 기능하는 셀벽 (23) 에 의해 분리된다. 따라서, 상기 일체형 세라믹 블록 (150) 과 유사한, 각각의 셀 (21) 은 시일재 (22) 에 의해 일단부가 밀봉된다.
접합형 허니콤 구조체 (200) 의 외주면은 접합형 허니콤 구조체 (100) 를 테이퍼링하기 위해 상기의 방법 1) 및 2) 와 동일한 방법에 의해 테이퍼질 수 있다. 특히, 테이퍼진 형상의 접합형 허니콤 구조체는 이하의 방법에 의해 만들어질 수 있다.
1') 세라믹 블록 (250) 의 제 1 단면 (259) 에 평행한 면의 단면적을 제 1 단면 (259) 으로부터 제 2 단면 (269) 을 향해 연속적으로 감소시키는 것.
2') 코트층 (220) 의 두께를 허니콤 구조체 (200) 의 제 1 단면 (260) 으로부터 제 2 단면 (270) 을 향해 연속적으로 감소시키는 것.
도 9 에 도시된 예에서는, 접합형 허니콤 구조체 (200) 의 외주면은 방법 2') 에 의해 테이퍼지는데, 즉, 외주면의 코트층 (220) 의 두께가 제 l 단면 (260) 으로부터 제 2 단면 (270) 을 향해 선형 감소된다.
한편, 방법 1') 에 의해 세라믹 블록 (250) 을 제작하는 경우에, 적어도 일부가 테이퍼진 형상인 다공질 허니콤 유닛이 함께 조합된다. 이러한 방식으로, 테이퍼진 형상을 갖는 세라믹 블록 (250) 이 구성된다. 예를 들면, 도 10 에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 외주면을 갖지 않는 다공질 허니콤 유닛이 세라믹 블록의 중심 주위에 배열된다. 테이퍼진 외주 형상을 갖는 다공질 허니콤 유닛이 세라믹 블록의 외주면 주위에 배열된다. 따라서, 테이퍼진 외주 형상을 갖는 완성된 세라믹 블록이 만들어진다
상기 일체형 세라믹 블록 (150) 및 세라믹 블록 (250) 에 포함된 다공질 허니콤 유닛 (230) (이하, 정리하여 "세라믹 구성 요소" 라고 부름) 은, 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질화 티타늄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화 지르코늄, 탄화 티타늄, 탄화 탄탈륨, 탄화 텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 실리카, 및 티탄산 알루미늄 등의 산화물 세라믹 등으로 구성될 수 있다. 세라믹 구성 요소는 금속 실리콘과 탄화 규소의 복합재 등의 2 종 이상의 재료로 구성될 수도 있다. 금속 실리콘과 탄화규소의 복합재를 이용할 때, 금속 실리콘의 첨가량은 O 중량% ~ 45 중량% 가 바람직하다.
다공질 허니콤 유닛은 탄화 규소 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직한데, 왜냐하면, 탄화 규소 세라믹은 내열성이 높고, 기계적 특성이 뛰어나고, 열전도성이 좋기 때문이다. 다공질 허니콤 유닛은 기계적 특성과 다공질성에 의한 필터 성능을 겸비함으로써 바람직한 필터로서 기능할 수 있다. 탄화 규소 세라믹은 60 중량% 이상의 탄화 규소를 포함하는 재료를 말한다. 일체형 세라믹 블록은 열충격성이 높고 열팽창 계수가 작은 코디에라이트 또는 티탄산 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
"세라믹 구성 요소", 즉, 셀벽 (13, 23) 및 시일재 (12, 22) 는 실질적으로 동일한 재료로 구성되어 실질적으로 동일한 기공율을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 이들 구성 요소 사이의 밀착 강도를 증가시키고, 셀벽 (13, 23) 의 열팽창 계수와 시일재 (12, 22) 의 열팽창 계수를 맞추는 것이 가능하다. 따라서, 제작 또는 사용시에 시일재 (12, 22) 와 셀벽 (13, 23) 사이에 크랙 또는 틈새가 생기는 것을 방지할 수가 있다.
셀의 길이 방향으로 시일재 (12, 22) 의 길이는 특별히 한정되지는 않지만, 1 mm ~ 20 mm 가 바람직하고, 3 mm ~ 10 mm 가 보다 바람직하다.
셀벽 (13, 23) 의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 강도의 관점에서 바람직한 하한은 0.1 mm 이며, 압력 손실의 관점에서 바람직한 상한은 0.6 mm이다. 셀의 길이 방향을 따르는 셀벽 (13, 23) 의 두께는 일정할 필요는 없다. 도 2 에 도시된 바와 같이 측면을 갖는 일체형 세라믹 블록 (150) 을 예로 하여, 적어도 일부의 셀벽 (13) (특히 외주에 가까운 쪽의 셀벽) 의 두께는 도 2 와는 상이할 수 있는데, 두께는 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 서서히 감소할 수 있다. 유사하게, 다공질 허니콤 유닛이 테이퍼진 외주 형상을 가지면, 적어도 일부의 셀벽 (23) (특히 외주에 가까운 쪽의 셀벽) 의 두께는 세라믹 블록 (250) 의 제 1 단면 (259) 으로부터 제 2 단면 (269) 을 향해 서서히 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 접합형 허니콤 구조체 (200) 에 있어서, 접착층 (210) 및 코트층 (220) 은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 구성될 수 있다. 이들 층은 밀하거나 다공질일 수 있다. 그러나, 밀봉 특성을 고려하면, 이들 층은 밀한 것이 바람직하다. 접착층 (210) 및 코트층 (220) 은 어떠한 재료로도 이루어질 수 있다. 예를 들어, 접착층 및 코트층은 무기 바인더, 유기 바인더, 및 무기 섬유 및/또는 무기 입자로 구성될 수 있다.
무기 바인더의 예로는 실리카 졸, 알루미나 등이 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고 또는 2 종 이상의 바인더가 혼합되어 사용될 수도 있다. 이들 무기 바인더 중에서, 실리카 졸이 바람직하다.
유기 바인더의 예로는 폴리비닐 알코올, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 등이 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 2 종 이상의 바인더가 혼합되어 사용될 수도 있다. 이들 유기 바인더 중에서, 카르복시메틸 셀룰로오스가 바람직하다.
무기 섬유의 예로는 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 및 실리카 등의 세라믹 섬유가 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 또는 2 종 이상의 섬유 가 혼합되어 사용될 수도 있다. 이들 무기 섬유 중에서, 실리카-알루미나 섬유가 바람직하다.
무기 입자의 예로는 탄화물, 질화물 등이 있다. 구체적으로는, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 비소 등을 포함하는 무기 분말 또는 위스커가 이용될 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수 있고, 또는 2 종 이상의 무기 입자가 혼합되어 사용될 수도 있다. 이들 무기 입자 중에서, 우수한 열전도성의 관점에서 탄화 규소가 바람직하다.
통상적으로, 접착층 (210) 및 코트층 (220) 은 재료로서 상기 성분을 포함하는 페이스트를 준비하고, 이 페이스트를 소정 부분에 적용한 후, 건조시킴으로써 형성된다. 필요에 따라서, 재료로서 작용하는 페이스트에 다공-형성재가 첨가될 수 있다. 다공-형성재의 예로는 산화물계 세라믹을 주로 포함하는 미세 중공 구, 구형 아크릴 입자, 그라파이트 등인 벌룬 (baloon) 이 있다.
본 발명에 따른 허니콤 구조체 (100, 200) 에 있어서, 제 1 단면 (160, 260) (또는 제 2 단면 (170, 270)) 에 평행한 면의 단면 형상은, 상기 제 1 및 제 2 양단면의 관계 및 테이퍼율 (P) 의 범위가 충족되면 어떠한 형상일 수도 있다. 예를 들어, 허니콤 구조체의 단면 형상은 도 1 및 도 9 에 도시된 바와 같은 원형, 또는 타원형, 다각형 등일 수 있다. 상기 형상이 다각형일 때, 각 정점부는 모따기될 수 있다.
또한, 허니콤 구조체의 제 1 단면에서 보았을 때의 셀 (11, 21) 의 형상은 정방형, 직사각형, 삼각형, 육각형 및 팔각형 등의 어떠한 형상일 수도 있다. 모든 셀은 동일한 형상일 필요는 없고, 셀은 서로 상이한 형상을 가질 수 있다.
도 11 은 도 1 과는 상이한 일체형 허니콤 구조체 (101) 의 예를 도시한다. 일체형 허니콤 구조체 (101) 는 제 1 단면 (161) 및 제 2 단면 (171) 을 포함한다. 도 12 및 도 13 은 일단면에서 봤을 때, 도 9 와는 상이한 접합형 허니콤 구조체에 포함된 다공질 허니콤 유닛을 도시한다. 도 11 의 예에서, 일체형 세라믹 블록 (151) 은 2 종 이상의 셀, 즉, 팔각 단면 형상의 셀 (11a) 과 사각 단면 형상의 셀 (11b) 을 포함한다. 사각형 셀 (llb) 은 허니콤 구조체 (101) 의 제 1 단면 (161) 의 에서 밀봉되고 팔각형 셀 (11a) 은 허니콤 구조체 (101) 의 제 2 단면 (171) 에서 밀봉된다. 유사하게, 도 12 에 도시된 다공질 허니콤 유닛 (231) 은 팔각 단면 형상의 셀 (21a) 및 사각 단면 형상의 셀 (21b) 를 포함한다. 또한, 도 13 에 도시된 다공질 허니콤 유닛 (232) 은 도 12 와는 상이한, 팔각 단면 형상의 셀 (21c) 및 사각 형상의 셀 (21d) 를 포함한다. 축방향에 수직인 단면에서 봤을 때의 이들 셀의 배열체의 셀벽의 두께를 고려하면, 모든 셀 (11, 21) 이 동일한 셀 단면적을 갖는 허니콤 구조체 (예를 들면, 도 1 및 도 9 에 도시) 에 비해 상대적으로 벽의 용적이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 이 허니콤 구조체 (다른 형상의 셀을 갖는) 는 특히, 허니콤 구조체의 제 2 단면의 주변에서는, 낮은 압축 강도를 갖는다. 하지만, 본 발명에 따라서, 상기의 효과에 의해서, 이러한 허니콤 구조체 (다른 형상의 셀을 갖는) 의 경우에도 사용하는 동안에 출구측의 단부에서의 파손이 억제된다.
(일체형 허니콤 구조체의 제작 방법)
다음으로, 본 발명에 따른 일체형 허니콤 구조체가 일체형 구조체 (100) 를 예로 하여 설명된다.
우선, 상기 세라믹 재료를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용해 압출 성형이 실시되어 일체형 세라믹 블록의 주상 (즉, 외주면이 중심축방향에 대해 실질적으로 평행함) 성형체를 제작한다.
원료 페이스트의 예는, 한정되는 것은 아니지만, 제조 후에 일체형 세라믹 블록의 기공율이 40% ~ 75% 가 되는 원료 페이스트인 것이 바람직하다. 이 기공율을 얻기 위해서, 상기 세라믹을 포함하는 분말에 바인더 및 분산 용매를 첨가하는 것이 가능하다. 세라믹 분말의 입경은 특별히 제한되지는 않지만 후속 공정에서 줄어들지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 평균 입경이 0.3 ㎛ ~ 50㎛ 인 분말 100 중량부와 평균 입경이 0.1 ㎛ ~ l.0 ㎛ 인 분말 5 중량부 ~ 65 중량부의 조합이 바람직하다.
바인더의 예는 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 글리콜 등이 있다. 바인더의 배합량은 통상 100 중량부의 세라믹 분말에 대해서 1 중량부 ~ 10 중량부인 것이 바람직하다.
분산 용매의 예는 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 벤젠 등의 유기용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등이 있다. 분산 용매의 적정량은 원료 페이스트의 점도가 소정 범위 내에 있도록 배합된다.
세라믹 분말, 바인더, 및 분산 용매는 아트리터 (attritor) 와 함께 혼합되 어 니더로 충분히 혼련된 후에, 압출 성형된다.
필요에 따라 원료 페이스트에 성형 보조제가 첨가될 수 있다. 성형 보조제의 예는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌 글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누, 폴리비닐 알코올 등이 있다. 필요에 따라 원료 페이스트에 산화물계 세라믹을 포함하는 미세 중공구인 벌룬, 구형 아크릴 입자, 그라파이트 등의 기공 형성재가 첨가될 수 있다.
다음으로, 압출 성형에 의해 형성된 성형체가 건조되어 건조체가 된다. 건조 공정은 마이크로 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 실행된다. 다음으로, 건조체의 양단면에서, 소정의 셀 단부에 시일재 페이스트가 공급되어서, 각 셀이 한쪽의 단부에서 밀봉된다.
시일재 페이스트의 예는, 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 후속 공정 후에 30% ~ 70% 의 기공율을 갖는 시일재 페이스트가 바람직하다. 예를 들어, 상기에 설명된 바와 동일한 원료 페이스트가 이용될 수 있다.
다음으로, 시일재 페이스트가 충전된 건조체가 소정 조건 하에서 탈지 처리(예컨대, 200℃ ~ 500℃에서) 및 소성 처리 (예컨대, l400℃ ~ 2300℃ 에서) 되어서, 중심 축을 따라 평행한 측면을 갖는 일체형 세라믹 블록을 제작한다. 탈지 및 소성 공정의 조건은 종래의 허니콤 구조체를 제작할 때와 동일할 수 있다.
다음으로, 원료 페이스트, 시일재 페이스트, 또는 다른 다른 원료 페이스트가 일체형 세라믹 블록의 측면에 도포된 후에, 건조 고착되어서, 코트층을 형성하 게 된다.
코트층이 건조되어 고체화된 후에, 코트층을 연마하여 외주면이 테이퍼진 형상을 갖는 허니콤 구조체를 제조한다. 이 공정들을 실행함으로써 상기의 특징적인 형상을 갖는 일체형 허니콤 구조체가 제작될 수 있다.
이 제작 방법은 일례이며, 다른 방법에 의해 일체형 허니콤 구조체가 제작될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 분명하다. 예를 들면, 상기에 설명된 바와 같이, 테이퍼진 형상을 갖는 일체형 허니콤 구조체는 중심축을 따라 테이퍼진 형상의 일체형 세라믹 블록을 형성한 후에, 코트층을 일정한 두께로 도포함으로써 제작될 수 있다. 또한, 상기 제작 방법에서, 일체형 세라믹 블록의 셀의 단부를 밀봉하는 공정 및 일체형 세라믹 블록의 성형체의 소성 공정의 실행 순서는 역으로 될 수 있다.
(접합형 허니콤 구조체의 제작 방법)
접합형 허니콤 구조체 (200) 는 동일한 공정으로 제작될 수 있다.
먼저, 상기의 세라믹 재료를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형이 실행되어서 사각 주상의 허니콤 유닛 성형체가 제작된다.
다음으로, 압출 성형된 허니콤 유닛 성형체는 건조되어 허니콤 유닛 건조체가 된다. 건조 공정은 마이크로 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 실행된다. 다음으로, 허니콤 유닛 건조체의 소정 셀의 단부 안으로 소정량의 시일재 페이스트가 공급되어서, 각각의 셀이 일단부에서 밀봉된다.
다음으로, 시일재 페이스트가 공급된 허니콤 유닛 건조체는 소정 조건 하에서 탈지 처리 (예컨대, 200℃ ~ 500℃) 및 소성 처리 (예컨대, 1400℃ ~ 2300℃) 를 받아서,사각 주상 다공질 허니콤 유닛을 제작하게 된다.
다음으로, 다공질 허니콤 유닛의 측면에서, 접착층으로서 작용하는 접착층 페이스트가 균일한 두께로 도포된다. 그 다음에, 접착층 페이스트를 개재시킴으로써 다른 다공질 허니콤 유닛이 연속적으로 적층된다. 이 공정이 반복되어 원하는 크기 (예컨대, 다공질 허니콤 유닛이 종횡 4 열로 배열됨) 의 세라믹 블록이 제작된다. 상기 원료 페이스트 또는 시일재 페이스트는 접착층 페이스트로서 이용될 수 있다.
다음으로, 접착층 페이스트가 접착층이 되어 다공질 허니콤 유닛이 서로 고착되도록 이 세라믹 블록을 가열하여 접착층을 전조 및 고체화한다.
다음으로, 다이아몬드 커터가 이용되어 세라믹 블록을 원주상으로 절단하여 측면이 축방향을 따라 평행하는 원주상 세라믹 블록을 제작한다.
그 다음에, 이 세라믹 블록 (250) 의 측면에 상기 시일재 페이스트 또는 다른 코트층용 원료 페이스트를 도포한 후에 건조 공정을 실행하여 코트층을 고착시킴으로써 코트층이 형성된다.
코트층이 건조 및 고체화된 후에, 테이퍼진 형상의 허니콤 구조체를 만들기 위해 코트층이 연마된다. 이들 공정을 실행함으로써 상기의 특징적인 형상을 갖는 접합형 허니콤 구조체가 제작될 수 있다.
접합형 허니콤 구조체의 경우에, 상기에 설명된 바와 같이 각종 외주 형상의 다공질 허니콤 유닛과 함께 조합함으로써 테이퍼진 형상의 세라믹 블록이 제작될 수 있다. 또한, 상이한 형상의 허니콤 유닛 성형체로부터 다공질 허니콤 유닛을 제작한 후헤 접착층 페이스트를 개재시켜 이들을 서로 적층하여 세라믹 블록을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에, 측면 절단 공정은 생략될 수 있다.
(촉매 담체의 제작 방법)
상기의 예에서, 허니콤 구조체 (100, 200) 는 배기 가스에 포함되는 CO, HC 및 NOx 등을 정화하기 위한 촉매 담체로서 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 허니콤 구조체를 사용하여 촉매 담체의 제작 방법이 설명된다.
본 발명에 따른 허니콤 구조체를 촉매 담체로서 사용할 때, 셀의 단부를 밀봉하는 공정 대신에 귀금속으로 만들어진 촉매를 샐 안으로 제공하는 공정이 실시된다.
우선, 셀벽에 촉매 담지층이 제공된다. 촉매 담체는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 및 세리아 등의 산화 세라믹으로 이루어질 수 있다. 셀벽에 알루미나 촉매 담지층을 형성하는 방법의 예로는, 허니콤 구조체를 알루미나 분말을 포함하는 용액 중에 침지시키고, 허니콤 구조체를 용액 밖으로 끌어올린 후에, 허니콤 구조체를 가열하는 방법이 있다. 또한, 허니콤 구조체는 Ce(NO3)3 을 포함하는 용액 중에 침지되어서 촉매 담지체에 희토류원소를 함침시킬 수 있다.
다음으로, 촉매 담지층에 촉매가 제공된다. 촉매 재료는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 백금, 팔라듐, 및 로듐 등의 귀금속이 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 희토류 원소, 전이 금속 등을 포함하는 화합물은 촉매 담지층에서 담지될 수 있다. 백금 촉매를 제공하는 방법의 예로는 촉매 담지층이 제공된 "세라믹 구성 요소" 를 디니트로 디아민플라티늄 니트레이트 ([Pt(NH3)2(NO2)2]
HNO3) 에 함침시킨 후에 "세라믹 구성 요소" 를 가열하는 것이 있다.
일체형 허니콤 구조체 (100) 의 경우에는, 일체형 세라믹 블록 (150) 이 제작된 후에, 상기 공정에 의해 촉매가 제공된다. 접합형 허니콤 구조체 (200) 의 경우에, 다공질 허니콤 유닛 (230) 이 제작되면 촉매는 어느 단계에서도 제공될 수 있다.
이하의 실시예에서 본 발명의 효과를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따라서, 고온하에서도 파손에 대해 저항력이 있는 허니콤 구조체, 및 이 허니콤 구조체를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제공할 수 있다.
[실시예 1]
<접합형 허니콤 구조체의 제작>
우선, 40 중량% 의 γ알루미나 입자 (평균 입경 2㎛), 10 중량% 의 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 길이 1O㎛, 평균 섬유 길이 1OO㎛, 종횡비 1O), 및 5O중량% 의 실리카 졸 (고형물 농도 30 중량%) 이 혼합되었다. 그 다음에, 유기 바인더로서 메틸셀룰로오스 6 중량부 및 소량의 가소제와 윤활제가 100 중량부의 최 종 혼합물에 첨가되었다. 이 혼합물은 혼합 및 혼련되어 혼합 조성물을 생성하였다. 이 혼합 조성물은 압출 성형기를 이용하여 압출 성형되어서 원료 성형체를 얻었다.
다음으로, 마이크로파 건조기 및 열풍 건조기를 이용하여 원료 성형체가 충분히 건조되었고, 400℃ 의 분위기에서 2 시간 동안 유지시킴으로써 탈지되었다. 그 다음에, 800℃ 의 분위기에서 2 시간 동안 유지시킴으로써 성형체가 소성되었다. 따라서, 셀 단면 형상이 실질적으로 정방형이고, 셀 밀도가 93 셀/cm2 (6 OO cpsi), 벽 두께가 O.2 mm 인 사각 주상 (34.3 mm×34.3 mm×150 mm) 의 허니콤 유닛이 얻어졌다.
다음으로, 29 중량% 의 γ알루미나 입자 (평균 입경 2㎛), 7 중량% 의 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 길이 1O㎛, 평균 섬유 길이 1OO㎛), 34 중량% 의 실리카 졸 (고형물 농도 30 중량%), 5 중량% 의 카르복시메틸-셀룰로오스, 및 25 중량% 의 물이 서로 혼합함으로써 시일재 페이스트가 준비되었다. 소정량의 이 시일재 페이스트가 허니콤 유닛의 소정 셀의 단부 안으로 공급되어서, 각각의 셀은 단부 중 한쪽이 밀봉되었다.
다음으로, 상기 시일재 페이스트와 동일한 조성을 갖는 접착층이 이용되어서 허니콤 유닛을 함께 접합시켰다. 접착층의 두께는 1 mm 였다. 따라서, 함계 접합된 허니콤 유닛의 종횡 4 열의 세라믹 블록이 제작되었다.
다음으로, 다이아몬드 커터가 이용되어서 세라믹 블록을 원주 형상으로 절단 하였다. 최종 세라믹 블록의 제 1 단면 및 제 2 단면은 직경이 141 mm 인 원형이었다.
다음으로, 외주면에 코트층을 형성하기 위해서, 상기 접착층 페이스트가 코트층 페이스트로서 사용되었다. 이 코트층은 세라믹 블록의 측면 (즉, 절단면) 에 도포되었다. 상기 페이스트는 제 1 단면 (두께 2.0 mm) 로부터 제 2 단면 (두께 0.5 mm) 으로 두께가 서서히 감소하도록 도포되었다. 다음으로, 이것을 120℃ 에서 건조시킨 후에 700℃ 의 분위기에서 2 시간 동안 유지하여서 접착층 및 외주 코트층을 탈지시켰다. 따라서, 테이퍼진 형상의 허니콤 구조체 (제 1 단면의 직경이 143 mm, 제 2 단면의 직경이 142 mm, 길이가 150 mm 인 허니콤 구조체) 가 얻어졌다. 이 허니콤 구조체의 테이퍼율 (P) 은 약 1% 였다.
<재생 시험>
상기와 같이 제작된 허니콤 구조체를 적용한 배기 가스 처리 장치를 이용하여 재생 시험을 실시하였다. 배기 가스 처리 장치에서, 허니콤 구조체의 외주에 무기 섬유 매트 (두께 6 mm) 가 감겼다. 매트가 감긴 허니콤 구조체가 금속 케이싱 (내경 150 mm×길이 190 mm) 내에 배치되었다. 허니콤 구조체는, 제 1 단면이 배기 가스 처리 장치의 입구측에 대응하도록 배기 가스 처리 장치 내에 설치되었다.
재생 시험은, 엔진 (2 리터 직접 분사식 엔진) 의 배기관의 유입 측에 배치된 배기 가스 처리 장치로 이하와 같이 실시되었다. 우선, 엔진은 회전수 2000 rpm, 토크 100 Nm 로 9 시간 동안 작동되었고, 허니콤 구조체는 약 18.8 g/L 의 매 연을 포집하였다. 다음으로, 허니콤 구조체에 포획된 매연을 연소시키기 위해서, 엔진의 작동 방법이 분사 후 방식으로 전환되었다. 엔진은, 분사 후 개시 후에 1 분이 지났을 때 허니콤 구조체의 입구 온도가 약 600℃ 가 되도록 작동되었다. 매연이 연소된 후에, 엔진이 정지되었고, 배기 가스 처리 장치로부터 허니콤 구조체가 회수되어서, 허니콤 구조체의 파손 여부가 확인되었다.
시험의 실시 후에, 허니콤 구조체의 제 2 단면 주위에서 허니콤 구조체는 파손되지 않은 것이 확인되었다.
[실시예 2]
실시예 1 와 동일한 방법에 의해 접합형 허니콤 구조체가 제작되어 배기 가스 처리 장치에 배치되었다. 그러나, 실시예 2 에서는, 제 1 단면 (두께 5.0 mm) 으로부터 제 2 단면 (두께 0.5 mm) 으로 두께가 서서히 감소하도록 코트층 페이스트가 도포되었다. 따라서, 최종 허니콤 구조체의 테이퍼율 (P) 은 3% 였다.
실시예 1 과 동일한 방법에 의해 이 허니콤 구조체를 구비한 배기 가스 처리 장치로 재생 시험이 실시되었다. 시험을 실시한 후에, 허니콤 구조체의 제 2 단면 주위에서 허니콤 구조체는 파손되지 않은 것이 확인되었다.
[실시예 3]
실시예 1 과 동일한 방법에 의해 접합형 허니콤 구조체가 제작되어 배기 가스 처리 장치에 배치되었다. 그러나, 이 실시예 3에서는, 제 l 단면 (두께 6.5 mm) 으로부터 제 2 단면 (두께 0.5 mm) 으로 두께가 서서히 감소하도록 코트층 페 이스트가 도포되었다. 따라서, 최종 허니콤 구조체의 테이퍼율 (P) 은 4% 였다.
실시예 1 과 동일한 방법에 의해 이 허니콤 구조체가 구비된 배기 가스 처리 장치로 재생 시험이 실시되었다. 시험이 실시된 후에, 허니콤 구조체의 제 2 단면 근방에서 허니콤 구조체는 파손되지 않은 것이 확인되었다.
[비교예 1]
실시예 1 과 동일한 방법에 의해 접합형 허니콤 구조체가 제작되어 배기 가스 처리 장치에 배치되었다. 그러나, 비교예 1 에서는, 제 1 단면 (두께 0.5 mm) 으로부터 제 2 단면 (두께 0.5 mm) 으로 두께가 실질적으로 일정하도록 코팅층 페이스트가 도포되었다. 따라서, 최종 허니콤 구조체의 테이퍼율 (P) 은 O% 이다.
실시예 1 과 동일한 방법에 의해 이 허니콤 구조체가 구비된 배기 가스 처리 장치가 이용되어 재생 시험이 실시되었다. 시험을 실시한 후에, 허니콤 구조체의 제 2 단면 근방에서 허니콤 구조체가 파손된 것이 확인되었다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 주상 허니콤 구조체는 실질적으로 서로 평행한 제 1 단면 및 제 2 단면, 및 제 1 단면과 제 2 단면을 잇는 외주면을 포함한다. 제 1 단면과 제 2 단면은 유사한 외주 형상을 갖는다. 제 1 단면의 최대 폭은 D1 이고, 제 2 단면의 최대 폭은 D2 이며, 제 1 단면과 제 2 단면 사이의 거리는 L 이고, 테이퍼율 (P) 이 테이퍼율 (P)(%) = (D1-D2)/(2L)×100 ···식 (1) 로 표현될 때, 상기 테이퍼율 (P) 이 0<P≤4% 를 만족한다.
외주면의 윤곽은 직선 또는 곡선 또는 직선과 곡선의 조합일 수 있다.
제 l 단면에 평행한 허니콤 구조체의 단면적은 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 단조 감소하도록 구성될 수 있다.
허니콤 구조체의 제 1 단면 및 제 2 단면은 모두 원형일 수 있다.
허니콤 구조체의 외주면은 외주면에 도포된 코트층을 가질 수 있다.
코트층의 두께는 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 실질적으로 일정하다. 대안으로서, 코트층의 두께는 제1 단면으로부터 제 2 단면으로 감소할 수 있다.
허니콤 구조체는 제 1 단면으로부터 제 2 단면으로 관통하는 다수의 관통 셀을 더포함할 수 있으며, 관통 셀은 분리 벽에 의해 분리된다.
다수의 관통 셀의 적어도 일부는 제 l 단면에 평행한 면의 단면적이 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 감소하도록 구성될 수 있다.
관통 셀은 제 1 단면에서 보았을 때 2 종 이상의 형상으로 제공될 수 있다.
각각의 관통 셀은 단부의 한쪽이 밀봉될 수 있다. 대안으로서, 벽에 촉매가 제공될 수 있다.
벽의 두께는 0.1 mm ~ 0.6 mm 의 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 허니콤 구조체는 다수의 주상 허니콤 유닛, 및 허니콤 유닛과 함께 접합하도록 구성된 접착층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 배기 가스가 도입되는 도입부, 배기 가스가 배출되는 배출부, 및 도입부와 배출부 사이에 제공된 상기에 설명된 허니콤 구조체를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제공한다. 허니콤 구조체는 제 1 단면이 배기 가스가 도입되는 도입부와 마주하도록 제공된다.
본 발명은 구체적으로 설명된 실시형태로 제한되지 않으며, 본 발명의 영역에서 벗어나지 않는 한 변경 및 변형될 수 있다.
도 1 은 몬 발명에 따른 일체형 허니콤 구조체의 예의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 허니콤 구조체의 A-A 라인을 따른 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 다른 일체형 허니콤 구조체의 개략도로서, 중앙축 (X 축) 에 평행한 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 또 다른 일체형 허니콤 구조체의 개략도로서, 중앙축 (X 축) 에 평행한 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 다른 허니콤 구조체의 측면도의 일례이다.
도 6 은 본 발명에 따른 다른 허니콤 구조체의 측면도의 일례이다.
도 7 은 본 발명에 따른 허니콤 구조체를 구비한 배기 가스 처리 장치의 일례의 개략 단면도이다.
도 8 은 재생 공정시에 입구 및 출구에서 일반적인 허니콤 구조체의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 본 발명에 따른 접합형 허니콤 구조체의 일례의 개략 사시도이다.
도 10 은 접합형 허니콤 구조체에 포함된 다공성 허니콤 유닛의 일례의 개략 단면도이다.
도 11 은 2 종류의 단면 형상의 셀을 갖는 일체형 허니콤 구조체를 도시한다.
도 12 는 일단면에서 봤을 때 2 종류의 단면 형상을 갖는 다공성 허니콤 유닛을 도시한다.
도 13 은 일단면에서 봤을 때 2 종류의 단면 형상의 셀을 갖는 다른 다공성 허니콤 유닛을 도시한다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11: 셀
13: 셀벽
100: 허니콤 구조체
120: 코트층
150: 일체형 세라믹 블록
159, 160: 제 1 단면
169, 170: 제 2 단면

Claims (13)

  1. 서로 평행한 제 1 단면과 제 2 단면, 및
    제 1 단면과 제 2 단면을 연결시키는 외주면을 포함하는 주상 (柱狀) 허니콤 구조체로서,
    제 1 단면 및 제 2 단면은 서로 유사한 외주 형상을 가지며,
    제 1 단면의 최대 폭은 D1 이고, 제 2 단면의 최대 폭은 D2 이며, 제 1 단면과 제 2 단면 사이의 거리는 L 이고, 테이퍼율 (P) 이 테이퍼율 (P)(%) = (D1-D2)/(2L)×100 ···식 (1) 로 표현될 때,
    상기 테이퍼율 (P) 이 0<P≤4% 를 만족하는 주상 허니콤 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서, 외주면의 윤곽은 직선 또는 곡선 또는 직선과 곡선의 조합을 포함하고,
    제 1 단면에 평행한 허니콤 구조체의 단면적은 제 1 단면에서 제 2 단면을 향해 단조감소 (單調減少) 하는 주상 허니콤 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 단면과 제 2 단면은 모두 원형인 주상 허니콤 구조체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 외주면은 그 표면에 제공된 코트층을 포함하는 주상 허니콤 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 코트층의 두께는 제 1 단면에서 제 2 단면까지 일정한 주상 허니콤 구조체.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 코트층의 두께는 제 1 단면에서 제 2 단면으로 감소하는 주상 허니콤 구조체.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 단면에서 제 2 단면으로 허니콤 구조체를 관통하며 벽에 의해 분할되어 있는 다수의 관통형 셀을 더 포함하며,
    다수의 관통형 셀의 일부 또는 전부는 제 1 단면에 평행한 그 관통형 셀의 단면적이 제 1 단면에서부터 제 2 단면을 향해 감소하도록 되어 있는 주상 허니콤 구조체.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 관통형 셀은 제 1 단면에서 볼 때 둘 이상의 상이한 형상으로 제공되는 주상 허니콤 구조체.
  9. 제 7 항에 있어서, 관통형 셀은 각 단부 중 하나에서 밀봉되는 주상 허니콤 구조체.
  10. 제 7 항에 있어서, 촉매가 벽에 제공되는 주상 허니콤 구조체.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 벽의 두께가 0.1 mm ~ 0.6 mm 인 주상 허니콤 구조체.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    다수의 주상 허니콤 유닛, 및
    상기 허니콤 유닛을 함께 결합시키도록 되어 있는 접착층을 더 포함하는 주상 허니콤 구조체.
  13. 배기 가스가 도입되는 도입부,
    배기 가스가 배출되는 배출부, 및
    도입부와 배출부 사이에 배치되는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 허니콤 구조체를 포함하며,
    상기 허니콤 구조체는 제 1 단면이 배기 가스가 도입되는 도입부와 마주하도록 제공되는 배기 가스 처리 장치.
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