KR101009197B1 - 배기 가스 필터 및 배기 가스 정화 방법 - Google Patents

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에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
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Abstract

본 발명은 연소 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 필터(11)에 관한 것이다. 상기 필터는 재료로 이루어지는 적어도 하나의 필터링 영역(2)을 가지는 적어도 띠형상의 필터 플라이(1)로 형성되며, 상기 필터는 유체에 의해 적어도 일부분을 통하여 유동될 수 있으며 금속 필름(4)으로 기능적으로 형성된다. 필터 플라이는 배기 가스의 가스 성분을 변환하기 위한 촉매 작용 코팅을 가지며 배기 가스로부터 입자를 걸러내는 필터링 영역을 포함한다.

Description

배기 가스 필터 및 배기 가스 정화 방법 {EXHAUST GAS FILTER AND METHOD FOR CLEANING AN EXHAUST GAS}
본 발명은 적어도 하나의 띠형 필터 층을 포함하는, 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 필터, 및 내연 기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법에 관한 것이다.
부분적으로 상당히 낮은 연료 소모로 인해서, 디젤 엔진 차량은 많은 나라에서 판매대수가 증가하고 있다. 가솔린 엔진 차량에 비해서, 디젤 엔진 차량은 상당히 감소된 이산화탄소를 배출하지만 디젤 엔진의 연소 중에 생성되는 특정 비율은 가솔린 엔진의 이산화탄소 배출량 보다 훨씬 많다. 많은 나라에서, 차량들은 대기로 배출되는 차량 배기 가스의 개별 성분의 농도에 대해 설정된 배기가스 최대 허용 기준치에 따라야 한다.
특히 디젤 엔진에 있어서 배기 가스의 정화에 대해 고려할 때, 배기 가스 중의 수산화탄소(HC) 및 일산화탄소(CO)는 예들들어, 촉매 활성면과 접촉시키는 공지의 방법에 따라 산화될 수 있다. 그러나, 산소-부화(oxygen-rich) 상태하에서 질소 산화물(NOx)의 환원은 어렵다. 예를들어, 스파크-점화 엔진의 경우에 사용되는 3방 촉매 변환기는 소정의 효율을 제공하지 못한다. 그러한 이유로, 선택적 촉매 환원(SCR) 방법이 발전되어왔다. 게다가, NOx 흡착제가 배기 가스 중의 질소 산화물을 환원시키기 위한 기초적인 시험물질로서 사용되었다.
특히 디젤 엔진의 배기 가스 중의 미립자 배출물의 환원을 위한, 세라믹 물질로 구성된 미립자 트랩도 공지되어 있다. 상기 트랩들은 통로를 가져서 정화될 배기 가스가 미립자 트랩으로 유입될 수 있게 한다. 상기 인접 통로들은 교대로 폐쇄되어서 입구측에 있는 통로로 유입되어 세락믹 벽을 통과하며 출구측에 있는 인접 통로를 통해 유출된다. 그러한 형태의 미립자 트랩은 폐쇄형 미립자 필터로서 공지되어 있으며, 이들은 발생하는 미립자 크기의 전체 범위에 대해 약 95%의 효율을 달성한다.
자동차의 배기 시스템에 있어서 필터 재생의 신뢰성이 문제가 된다. 배기 가스가 흐르는 통로의 벽에 있어서 미립자의 퇴적 증가로 인해, 압력 손실이 꾸준히 증가되어 엔진 출력의 효율에 악영향을 끼치기 때문에, 미립자 트랩를 재생시킬 필요가 있다. 트랩의 재생 방법으로는 미립자 트랩 또는 트랩 내부에 수집된 미립자를 간단히 가열하여, 미립자를 가스상의 성분으로 변환시키는 단계를 실질적으로 포함한다. 그러나, 미립자 트랩에 대한 그러한 높은 열 부하는 수명에 악영향을 끼친다.
열 측면에서 심각한 마모를 초래하는 전술한 불연속 재생을 방지하기 위해, 필터의 연속 재생 시스템(연속 재생 트랩, CRT)이 발전되어 왔다. 그러한 시스템 에 있어서, 미립자들은 200 ℃ 바로 위의 온도에서 산화되어 NO2로 변환된다. 그러한 온도 제약은 고전적인 미립자 트랩의 경우보다 훨씬 낮다. 그러한 목적에 소요되는 NO2는 미립자 트랩의 상류에 배열되는 산화 촉매에 의해 종종 발생된다. 그러나, 특별히 디젤 엔진을 사용하는 차량의 용도 측면에서 단지 배기 가스만에는 소정의 이산화질소(NO2)로 변환될 수 있는 충분한 양의 일산화질소(NO)를 함유하지 않는 문제점이 있다. 따라서, 미립자 트랩을 배기 시스템에서 연속적으로 재생하는 것은 이제까지 불가능했다.
최소 반응 온도 및 특정 잔류 시간 이외에도, 미립자를 NO2로 연속 재생하기 위해서는 충분한 질소 산화물이 필요하다. 일산화질소와 미립자들의 동적 배출과 관련한 실험으로 배기 가스중에 특히, 일산화질소가 없거나 매우 소량의 일산화질소만이 있을 때 또는 이와는 반대로 존재할 때, 미립자들이 배출된다는 것이 입증되었다. 이는 실제로 연속 재생되는 필터가 필연적으로 보상기 또는 저장기로서의 역할을 함으로써 상기 두 개의 반응 파트너가 주어진 시간에 필터 내부에 소정의 양으로 동시에 존재할 수 있게 하는데, 이때 만족되어야 할 조건 중에 하나는 최소 반응 온도이다. 게다가, 필터는 가능한한 내연기관에 가깝게 배열되어서 저온 시동 직후에 가능한한 높은 온도에 도달될 수 있게 해야 한다. 소정의 일산화질소를 제공하기 위해, 일산화탄소, 수산화탄소 및 특히, 일산화질소를 이산화질소로 변환시키는 산화 촉매가 필터의 상류에 배열되어야 한다.
높은 열 부하에 저항할 수 있는 상기 목적에 필요한 필터 재료가 독일 특허 출원 DE 101 53 283호에 공지되어 있다. 상기 문헌은 "개방 필터 시스템"으로서 지칭될 수 있는 필터 시스템을 설명하고 있다. 이러한 형태의 개방 시스템은 필터 통로를 교대로 폐쇄할 필요성을 제거한다. 통로 벽은 적어도 부분적으로 다공성인, 또는 매우 다공성인 재료로 구성되며, 개방 필터의 유통로는 내부에 미립자들을 함유하는 배기 가스를 다공성 또는 매우 다공성인 재료로 형성되는 영역쪽으로 지향시키는 분기 또는 가이드 구조물을 가진다. 미립자 필터는 실제로 미립자를 완전히 통과시키므로, 심지어 실제로 걸러지는 미립자들 보다 훨씬 큰 미립자들도 통과시키므로, 개방형 필터라 지칭된다. 그 결과, 그러한 필터는 덩어리 미립자들이 존재하더라도 작동 중에 막히지 않는다. 미립자 필터의 개방도를 측정하는 적합한 방법은 예를들어, 직경이 구형인 미립자들이 그러한 필터를 통해 여전히 흐를 수 있을 때까지 필터를 시험하는 것이다. 본 발명의 경우에 있어서, 필터는 특히 직경이 0.1 mm 이상, 바람직하게 0.2 mm 이상인 구형이 여전히 흐를 수 있을 때까지 개방된다.
그러나, 본 발명에서 설명하는 개방형 미립자 필터는 흐름 방향으로 미립자 트랩의 상류에 배열되어야 하는 산화 촉매를 절대로 필요로 하기 때문에 미립자 트랩의 저온 시동시, 즉 먼저 가열되어야 하는 산화 촉매에 의해 미립자 트랩이 상당히 천천히 가열될 때 원할한 기능을 발휘하지 못하는 문제점을 가진다.
이러한 점들을 기초로하여, 본 발명의 목적은 내연 기관의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 필터를 제공하고자 하는 것이며, 또한 내연 기관의 배기 가스 를 정화하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 여기서, 상기 필터와 상기 방법은 신속한 저온 시동 특성을 가지며 연속적인 재생 조건을 만족시킨다.
이러한 목적은 청구의 범위 제 1항에 청구된 배기 가스 필터 및 청구의 범위 제 13항에 청구된 배기 가스 정화 방법에 의해 달성된다. 이들 장점의 개발과 개선이 독립항들의 요지이다.
내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 본 발명에 따른 배기 가스 필터는 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료, 바람직하게 금속 포일로 제조되는 적어도 하나의 필터 영역을 갖춘 적어도 하나의 띠형 필터 층에 의해 형성된다. 필터 층은 배기 가스의 가스 성분을 변환시키기 위한 촉매 활성 코팅과의 적어도 하나의 접촉 영역 및 배기 가스로부터 미립자를 걸러내기 위한 필터 영역을 가진다.
환언하면, 필터 층의 접촉 영역은 특히 일산화탄소 및 수산화탄소, 그리고 이산화질소로 변화될 일산화질소를 갖는 배기 가스의 가스 성분을 산화시킨다. 따라서, 상기 접촉 영역은 일단 작동 온도에 도달하면 걸러내지는 미립자에 대해 배기 가스 필터가 연속 재생 모드로 작동되는 필터 영역을 통해 흐르는 배기 가스 내에 충분한 NO2가 존재하게 됨으로써, 필요한 NO2를 제공하기 위한 상류 산화 촉매를 형성하지 않아도 된다. 그 결과로, 엔진 근처에 배기 가스 필터를 설치하는 것이 가능해진다. 이는 실제 배기 가스 필터를 더 신속하게 가열할 수 있게 하여, 상류에 산화 촉매를 갖는 종래 기술로부터 공지된 개방형 필터 시스템에 비해서 훨씬 개선된 저온 시동 성능을 가진다.
필터 층이 가능한한, 시이트 금속 층에 인접되게 또는 배기 가스 필터를 둘러싸는 크래딩 튜브(cladding tube)에 연결되는 영역 내에 접촉 영역이 형성될 수 있는 구성이 특히 유리하다. 결합 기술에 의한 연결에는 종종 브레이징법(brazing)이 사용되나 용접이나 기타 다른 결합법도 가능하다. 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료로 필터 층이 형성되면, 다른 시이트 층 및/또는 크래딩 튜브에의 연결은 예를들어, 상기 재료들이 브레이징 재료로 피복되어 있기 때문에 상기 영역에서 매우 적은 양의 유체라도 필터 층을 통과할 수 없게 하여, 미립자의 흡착이 더 이상 발생되지 않게 하는 효과를 가진다. 따라서, 이들 영역은 배기 가스 필터의 성능에 단지 조금만 관여하게 된다. 이러한 이유로, 상기 영역에 접촉 영역을 형성하는 것이 유리하며, 그 결과 동일한 구성에 있어서 배기 가스로부터 미립자를 걸러내는 필터링 효율이 현저히 감소하지 않을 뿐더러, 별도의 산화 촉매를 설치하지 않아도 된다.
배기 가스 필터의 개선예에 따라, 접촉 영역은 적어도 부분적으로 금속 포일을 포함한다. 금속 포일로 적어도 부분적으로 접촉 영역을 형성하는 것에 의해 촉매 활성 물질, 예를들어 백금 또는 로듐과 같은 귀금속이 내부에 제공될 수 있는 공지의 방식, 예를들어 소위 워쉬코트(washcoat)의 형태로 촉매 활성 재료가 피복될 수 있기 때문에, 접촉 영역에 유리하게 간단한 코팅을 제공할 수 있다. 본 발명에 따라, 접촉 영역의 형성을 위해 미리 코팅된 필름을 사용하는 것도 가능하다.
다른 바람직한 개선예에 따라, 금속 포일이 미세 구조로 형성될 수 있다. 적합한 미세 구조의 구성에 있어서, 미세화된 금속 포일은 유통로 내부로의 흐름이 더욱 난류화되고 층류 흐름이 접경 층에 존재하지 않는 효과를 가진다. 이는 보다 큰 비율의 가스 스트림이 유체 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료 영역의 방향으로 전환되게 하는 효과를 가진다. 그 결과, 필터의 효율은 전체적으로 유리하게 개선된다. 게다가, 금속 포일에 대한 두께 대 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료의 두께의 비율에 따라, 금속 포일의 미세구조화는 접촉 영역과 필터 영역 사이의 두께를 균일하게 하는데 사용될 수 있다. 게다가, 금속 포일의 미세 파동은 배기 가스 중의 적어도 하나의 가스 성분을 변환시키기 위한 상당히 증가된 환원 영역을 제공한다.
배기 가스 필터의 또 다른 바람직한 개선예에 따라, 접촉 영역은 적어도 부분적으로 유체가 흐를 수 있는 재료로 구성된다. 이는 예를들어 배기 가스가 흐를 수 있는 재료로 전체 필터 층이 구성되므로 배기 가스 필터를 간단한 방법으로 제조할 수 있게 하며, 따라서 이는 단지 접촉 영역에서만 촉매 활성 재료가 코팅 또는 주입될 수 있게 한다.
또 다른 바람직한 개선예에 따른 배기 가스 필터는 배기 가스가 흐르는 주 흐름 방향을 가진다. 접촉 영역은 주 흐름 방향으로 보아 필터 영역의 상류에 형성된다. 이는 가스 입구측의 엣지 영역에도 특별히 접촉 영역이 형성될 수 있게 하는데, 이는 다양한 필터 층 및/또는 금속 층 및/또는 크래딩 몸체 사이의 연결을 형성하는데 종종 사용된다. 따라서, 형성되는 결합 연결 형태에 따라서 유체를 통과시킬 수 있는 재료가 예를들어, 브레이징 재료 및/또는 용접 첨가제로 피복될 수 있으므로 상기 영역에서 필터링 효과가 감소될 수 있으며 상기 영역에서 압축이 발 생할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 배기 가스 필터의 상기 개선예는 충분히 많은 양의 이산화질소가 미립자 필터링 공정의 효율에 관여하는 영역, 즉 필터 영역의 하류에서 매우 신속하게 사용될 수 있어서, 필터 영역이 저온 시동에도 매우 신속하게 CRT 모드로 작동될 수 있는 장점이 있다.
배기 가스 필터의 또 다른 바람직한 개선예에 따라, 배기 가스 필터의 가스 입구측에 있는 단부 영역, 바람직하게 배기 가스 필터의 축방향 길이의 20% 보다 적은 직선 영역, 특히 배기 가스 필터의 축방향 길이의 10% 보다 적은 직선 영역에 접촉 영역이 형성된다. 이는 필터 영역의 CRT 작동 모드에 충분히 많은 양의 이산화질소를 유리하게 제공할 수 있게 하며, 또한 이는 필터 영역의 필터링 효율에 단지 작은 영향만을 끼친다. 게다가, 가스 입구측에 접촉 영역을 형성하는 것에 의해 작동 정지를 방지하여 배기 가스의 펄스로부터 상당한 부하를 받는 가스 입구측 상의 필터 및/또는 시이트 금속 층의 엣지 영역이 프레잉(fraying)으로부터 보호됨에 따라, 배기 가스 필터의 수명이 증가된다.
배기 가스 필터의 또 다른 바람직한 개선예에 따라, 적어도 부분적으로 필터 층인 층들이 엇갈리게 형성된다. 다른 층들은 예를들어, 구조화 또는 유연한 형상의 시이트 금속 층들일 수 있다. 이는 배기 가스 필터가 필수적으로 유연한 시이트 금속 층과 구조화된 필터 층, 또는 그 밖에 필수적으로 유연한 필터 층과 구조화된 시이트 금속 층으로 형성될 때 특히 유리하다. 그러한 구성에 의해 배기 가스 필터가 유연하고 구조화된 층들로 구성된 벌집 형상체로서 형성될 수 있게 한다. 구조화된 필터 층과 유연한 시이트 금속 층, 또는 구조화된 시이트 금속 층과 유연한 필터 층으로 형성할 것인가에 대한 결정은 배기 가스 필터가 갖추어야할 요건에 따라 선택될 것이다.
배기 가스 필터의 또 다른 바람직한 개선예에 따라, 금속 포일과 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료가 결합 기술에 의해 서로 연결된다. 금속 포일과 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료가 용접, 브레이징 및/또는 리벳 이음, 바람직하게 용접 및/또는 브레이징, 특히 브레이징에 의해 연결하는 것이 특히 유리하다. 이는 금속 포일과 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료 사이의 안정한 연결을 가능하게 하여, 필터 층의 내구성에 양호한 효과를 제공한다. 이러한 연결은 금속 포일이 가스 입구측에 있는 배기 가스 필터 영역의 필터 영역 상류에 접촉 영역으로서 형성되는 경우에 특히 유리하다. 상기 금속 포일은 동시에, 내연 기관의 배기 펄스로부터의 상당한 부하 및 다른 열 응력을 받는 배기 가스 필터의 부분 영역이 작동 정지되는 것을 방지하는 역할도 한다. 이러한 배기 가스의 펄스 효과는 엔진에 특히 근접되게 설치되는 경우에 더욱 효과적이다.
배기 가스 필터의 또 다른 바람직한 개선예에 따라, 유체가 적어도 부분적으로 흐르는 재료는 금속 섬유로 제조될 수 있다. 이는 유체가 흐를 수 있는 그러한 재료가 내열성이 우수하기 때문이며, 따라서 상당히 오랜 수명기간 동안에 차량의 배기 시스템이 반복적인 열 부하에 노출될 수 있게 한다. 상기 유체가 흐를 수 있는 재료가 소결 형태의 금속 섬유로 제조되는 경우에 특히 유리하다.
본 발명의 사상 중 다른 특징에 따라, 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 방법이 제안되는데, 이 방법은 특히 본 발명에 따른 배기 가스 필터에서 수행된 다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 배기 가스의 가스 성분의 변환 및 그 배기 가스중의 미립자의 여과는 벌집 형상체에서 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 개선예에 따라, 배기 가스의 가스 성분의 변환은 배기 가스 필터를 통해 흐르는 방향에 대해 미립자 여과 장소의 상류에서 수행된다. 이는 유리하게, 배기 가스 필터의 필터 영역의 CRT 작동에 필요한 이산화질소의 공급을 가능하게 한다. 따라서, 배기 가스 필터의 상류에 별도의 산화 촉매를 제공하지 않아도 되는 장점이 있다. 이는 배기 가스 필터를 엔진에 가깝게 설치할 수 있게 함으로써, 종래 기술로부터 공지된 개방형 필터 시스템에 비해 개선된 저온 시동 성능을 제공한다.
본 발명의 방법에 따른 바람직한 개선예에 따라, 가스 미립자의 변환은 적어도 하나의 촉매, 바람직하게 귀금속 촉매에 의해 촉매변환된다. 이는 배기 가스 필터의 작동 온도를 낮게 할 수 있어서 유리하다.
본 발명은 이후, 본 발명에 따른 배기 가스 필터 및 본 발명에 따른 방법의 특히 유용하고 특히 바람직한 실시예들을 도시하는 다음 도면들에 기초하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예들에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 필터의 필터 층의 제 1 예시적 실시예에 대한 종단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 배기 가스 필터의 필터 층의 제 2 예시적 실시예에 대한 종단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 배기 가스 필터의 필터 층의 예시적 실시예에 대한 사시도이며,
도 4는 본 발명에 따른 배기 가스 필터를 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 필터를 구성하는 필터 층(1)의 제 1 실시예를 보여준다. 필터 층(1)은 필터 영역(2) 및 접촉 영역(3)을 가진다. 필터 영역(2)은 유체가 적어도 부분적으로 유동할 수 있는 재료로 형성된다. 따라서 필터 영역(2)은 다공성 또는 매우 다공성 재료로 이루어진다. 금속 섬유로 형성되는 것이 바람직하고 특히 소결 금속 섬유로 형성되는 것이 바람직하다. 필터 영역(2)은 고온 안정성(high thermal stability)을 가진다. 필터 층(1)의 전형적인 실시예에서, 접촉 영역(3)은 금속 포일(4)로서 형성된다. 접촉 영역(3)은 촉매 활성 재료로 코팅된다. 여기서 코팅이 귀금속 촉매가 도입되는 와쉬코트(washcoat)로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 접촉 영역(3)에서, 배기 가스 필터에서 정화되는 배기 가스의 하나 이상의 가스 성분의 적어도 부분적인 변환이 발생한다. 촉매 활성 코팅에 의해 촉매 작용을 하는 가스 성분 또는 성분들의 반응은 임의의 경우 NO로부터 NO2 변환을 포함하며, 더욱이 본 발명에 따라 배기 가스 필터가 연소되지 않는 탄화수소 뿐만 아니라 일산화탄소로 변환하는 것도 가능하다.
필터 영역(2)은 적어도 부분적으로 유체에 의해 관통하여 유동될 수 있다. 이러한 필터 영역(2)에서, 배기 가스에 포함되는 미립자가 여과된다. 미립자는 디 이젤 엔진의 배기 가스에서 특별히 많은 정도로 발생한다. 배기 가스 필터가 적어도 부분적으로 필터 층(1)으로 구성될 때, 다공성 필터 영역(2) 상의 및/또는 다공성 필터 영역에서 입자의 차단 및/또는 채워짐이 배기 가스에 있는 미립자의 적어도 일부가 접착된다. 이러한 효과를 구체화하기 위해, 유동하는 배기 가스의 유동 프로파일에서의 압력 차이가 충요하다. 국부적으로 대기보다 낮거나 대기보다 높은 압력 상태가 부가적으로 발생하기 때문에, 이러한 효과는 금속 포일에서 그리고 인접한 시트 금속 층(도 1에 도시안됨)에서의 미세구조화에 의해 더 강화된다. 이는 다공성 벽을 통한 여과 효과를 증가시킨다.
금속 포일(4) 및 필터 영역(2)은 연결 영역(5)에서 중복된다. 이러한 영역에서, 연결 기술에 의한 연결부는 접촉 영역(3)인, 금속 포일(4)과 필터 영역(2) 사이에 제공된다. 이러한 연결 영역(4)은 예를 들면 리벳 이음, 브레이징 또는 용접 또는 이러한 방법들 중 두 개 이상의 조합에 의해 형성될 수 있다. 브레이징의 경우, 브레이징 재료가 파우더 또는 브레이징 재료 포일로서 적용되는 다양한 브레이징 방법이 가능하다. 더욱이, 본 발명에 따라 금속 포일(4)이 미세구조물, 바람직하게는 미세-파동형부(micro-undulations)를 가지는 것이 가능하다. 이들은 한편으로는 엣지 영역에서 층류 유동을 방지하는 기능을 하지만, 다른 한편으로는 이러한 수단에 의해 필터 영역(2)과 접촉 영역(3) 사이의 높이에서의 차이를 위해 유용한 방식으로 보상하여 배기 가스 필터의 구성을 간단하게 하는 것이 가능하다. 이러한 영역은 예를 들면 15 내지 30 ㎛의 두께를 가지는 특히 얇은 포일로 이루어질 수 있으며, 및/또는 열 용량을 낮게 유지하기 위해, 저온 시동 작용(cold- starting behavior)을 개선하는 구멍을 가진다.
또한 유용하게는 연결 영역(5)을 컴팩트하게 하는 것이 추가로 가능하다. 이는 가압, 압연 또는 그 밖의 예를 들면 압연 시임 용접 방법과 같은 용접 방법의 일 부분에 의해 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 배기 가스 필터의 구성을 위한 필터 층(1)의 추가 실시예를 보여준다. 이러한 필터 층(1)은 또한 필터 영역(2) 및 접촉 영역(3)을 갖는다. 그러나, 도 1에 도시된 전형적인 실시예와의 차이로서, 접촉 영역(3)은 또한 다공성 재료로 형성되고, 이 다공성 재료는 촉매 활성 재료로 코팅되거나 주입된다. 이러한 연결부에서 특히 유용한 것은 접촉 영역(3)이 귀금속 촉매를 포함하는 와쉬코트로 주입되는 것이다. 유용하게는 요구되는 코팅 또는 와쉬코트의 양을 감소시키기 위해, 코팅 영역을 예비 처리하는 것이 가능하다. 여기서 유용하게는 접촉 영역(3)의 다공성 또는 매우 다공성 재료에 의해 흡수되는, 브레이징 재료를 구비한 예비 주입부를 예비 성형하는 것이 가능하다. 더욱이, 접촉 영역(2)은 또한 압축에 의해, 예를 들면 흡수되는 와쉬코트의 양을 감소시키도록, 가압 또는 압연으로 예비 처리할 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 필터 층(1)의 전형적인 실시예는 실시예에 의해 유연한 형상으로 표시된다. 그러나, 필터 층(1)은 또한 구조화될 수 있으며 바람직하게는 파동형상을 가질 수 있다. 본 발명에 따라, 배기 가스 필터를 형성하도록 유연한 필터 층(1)과 유연한 층(도시안됨)을 조합하는 것이 가능하다. 이는 예를 들면 나선형, S, SM 또는 소정의 다른 형상으로 예를 들면 자체적으로 공지된 벌집 형상체를 구성함으로써 발생할 수 있다. 그러나, 배기 가스 필터가 예를 들면 벌집 형상체의 형상으로, 유연한 추가 층과 구조화된 필터 층(1)을 조합함으로써 구성되는 것도 가능하다.
도 3은 구조화된 전형적인 일 실시예, 즉 파동형 필터 층(1)을 보여준다. 이러한 필터 층(1)은 제 1 접촉 영역(6), 제 2 접촉 영역(7), 제 1 필터 영역(8) 및 제 2 필터 영역(9)을 갖는다. 두 개의 접촉 영역(6, 7)에서, 적어도 소정의 배기 가스의 가스 성분이 변환된다. NO2 로의 NO의 변환은 이러한 영역에서 발생하는 것이 바람직하다. 결과적으로 발생된 NO2에 의해, CRT 모드에서 본 발명에 따른 배기 가스 필터를 작동하는 것이 가능하다. 절대적으로 최대의 NO2 성분이 제 1 접촉 영역의 단부에서 발생할 뿐만 아니라 두 개의 국부적인 최대부가 제 1 접촉 영역(6)의 단부 및 제 2 접촉 영역(7)에서 각각 발생하기 때문에, 다수의 접촉 영역(6, 7)의 구성은 축선 방향(10)으로 NO2 성분의 더욱 균일한 분배의 평균 상에 영향을 미친다. 추가의 접촉 및 필터 영역의 형성은 또한 본 발명에 따라 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 배기 가스 필터(11)를 보여준다. 이는 축선 방향으로 배기 가스 스트림(12)에 의해 관통 유동하며, 배기 가스 스트림(12)은 가스 유입 측부(13)를 통하여 배기 가스 필터(11)로 유동하며 가스 유입 측부(14)를 통하여 배기 가스 필터(11)로부터 나온다. 배기 가스 필터(11)는 벌집 형상체로서 형성된다. 상세하게 도시된 작은 영역에 도시된 바와 같이, 배기 가스 필터(11)는 유연한 층(15) 및 구조화된 층(16)으로 구성되고, 이들은 서로 교대로 배치되어 S 자 형성 방식으로 서로 꼬이게 된다. 본 발명에 따라 유연한 층(15) 및 구조화된 층(16)이 소정의 다른 방식으로 조합되는 것이, 예를 들면 나선형 또는 SM 형상, 또는 소정의 다른 형상으로 유연한 층과 구조화된 층을 감는 것이 매우 균등하게 가능하다. 유연한 층(15) 및 구조화된 층(16)은 유체가 예를 들면 배기 가스 스트림(12)이 관통하여 유동할 수 있는 통로(19)를 형성한다.
본 발명에 따라 유연한 층으로서 필터 층(1) 및 구조화된 층(16)으로서 시트 금속 층을 이용하는 것이 가능하지만, 구조화된 층(16)으로서 필터 층(1)을 그리고 유연한 층(15)으로서 시트 금속 층을 이용하는 것이 매우 균등하게 가능하다. 유연한 층(15) 및 구조화된 층(16)으로서 둘다 필터 층(1)의 적어도 부분적인 이용도 본 발명에 따라 가능하다.
가스 유입 측부(13) 상에서, 배기 가스 필터(11)는 접촉 영역(3)을 가지며, 접촉 영역에서 배기 가스 스트림(12)의 하나 이상의 가스 성분의 적어도 일부가 변환된다. 질소 산화물의 이산화 질소로의 변환, 즉 NO의 NO2 로의 변환은 바람직하게는 접촉 영역(3)에서 발생하여 CRT 작동을 위해 필요한 NO2 의 비율은 접촉 영역에서의 변환에 의해 발생한다. 벌집 형상체를 둘러싸는 파동형 층(16) 및/또는 클래딩 튜브(명확하게 도시안됨)로의 유연한 층(15)의 연결은 또한 적어도 접촉 영역에서 발생하는 것이 바람직하다. 펄스의 형태로 충돌하는 배기 가스 스트림(12)의 배기 가스에 의해 특히 큰 부하가 층(15, 16)에 가해지기 때문에, 취입에 대한 보호 없이 특히 가스 유입 측부가 증가되는 에이징으로 처리되므로, 필터 영역(2)으 로 접촉하는 금속 포일의 형상으로 접촉 영역의 형성은 또한 가스 유입 측부(13) 상의 취입에 대한 보호를 제공한다.
배기 가스 필터(11)의 축방향 길이(17)와 비교하면, 접촉 영역(3)의 선형 크기(18)는 매우 적게 선택된다. 접촉 영역(3)의 선형 크기(18)는 배기 가스 필터(11)의 축방향 길이(17)의 20% 보다 적은 것이 바람직하고 10% 보다 적은 것이 특히 바람직하다. 결론적으로, 필터 영역(2)에 대한 가스 유입 측부(13)의 영역에서 접촉 영역(3)을 형성함으로써 CRT 모드에서의 작동을 위한 충분한 NO2 를 제공하는 것이 바람직한 방식으로 가능하다. 결론적으로, 배기 가스 필터(11)의 상류부에 부가 산화 촉매를 형성하지 않고, 배기 가스 필터(11)의 매우 유용한 저온 시동 작용이 발생하는, 엔진에 근접하여 배기 가스 필터(11)를 설치하는 것이 가능하다. 더욱이, 개별 산화 촉매가 배기 가스 필터(11)의 상류부에 형성되지 않아야 하기 때문에, 제조 비용은 이러한 방식으로 절감될 수 있다.
도면 부호 리스트
1 필터 층
2 필터 영역
3 접촉 영역
4 금속 포일
5 연결 영역
6 제 1 접촉 영역
7 제 2 접촉 영역
8 제 1 필터 영역
9 제 2 필터 영역
10 축선 방향
11 배기 가스 필터
12 배기 가스 스트림
13 가스 유입 측부
14 가스 유출 측부
15 유연한 층
16 구조화 층
17 축방향 길이
18 선형 크기
19 통로

Claims (15)

  1. 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료로 제조되는 하나 이상의 필터 영역(2)을 갖춘 하나 이상의 띠형 필터 층(1)으로 형성되는, 내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터에 있어서,
    상기 하나 이상의 띠형 필터 층(1)은 상기 배기 가스의 가스 성분을 변환시키기 위한 촉매 활성 코팅을 갖춘 하나 이상의 접촉 영역(3) 및 상기 배기 가스로부터 미립자를 걸러내기 위한 하나 이상의 필터 영역(2)을 가지며,
    상기 하나 이상의 접촉 영역(3)은 금속 포일(4)을 가지며, 상기 하나 이상의 접촉 영역(3)은 상기 하나 이상의 필터 영역의 상류에 위치하고 상기 촉매 활성 코팅을 지지하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 포일(4)은 미세 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접촉 영역(3)은 유체가 흐를 수 있는 재료로 적어도 부분적으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 필터(11)는 상기 배기 가스가 흐르는 주 흐름 방향을 가지며, 상기 접촉 영역(3)은 주 흐름 방향으로 상기 필터 영역(3)의 상류에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접촉 영역(3)은 상기 배기 가스 필터(11)의 가스 입구측에 있는 단부 영역(14)에, 상기 배기 가스 필터(11)의 축방향 길이(17)의 20% 보다 적은 직선 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 필터(11)는, 적어도 부분적으로 필터 층(1)이 되는, 서로 엇갈린 층(15,16)으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배기 가스 필터(11)는 유연한 시이트-금속 층(15) 및 구조화된 필터 층(1)으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 배기 가스 필터(11)는 유연한 필터 층(1) 및 구조화된 시이트-금속 층(16)으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 포일(4) 및 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료가 결합 기술에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속 포일(4) 및 유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 재료는 용접, 브레이징 및 리벳 이음 중 하나 이상으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    유체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있는 상기 재료는 금속 섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 정화용 배기 가스 필터.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 배기 가스 필터(11)에서 내연기관의 배기 가스를 정화시키는 방법에 있어서,
    배기 가스의 가스 성분의 변환 및 상기 배기 가스로부터 미립자의 여과가 벌집 형상체에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    배기 가스 필터에서 내연기관의 배기 가스를 정화시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배기 가스의 가스 성분의 변환은 상기 배기 가스 필터(11)를 통한 주 흐름 방향에 대해 미립자를 여과시키는 장소의 상류에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    배기 가스 필터에서 내연기관의 배기 가스를 정화시키는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 성분의 미립자의 변환은 하나 이상의 귀금속 촉매에 의해 촉매변환되는 것을 특징으로 하는,
    배기 가스 필터에서 내연기관의 배기 가스를 정화시키는 방법.
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