KR101382307B1 - 촉매유닛, 촉매유닛의 제조방법, 및 촉매유닛을 구비한 배기가스정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛은, 전면에서 후면으로 배기가스가 통과하는 채널들이 형성되는 담체, 및 상기 전면의 중심부를 제외한 가장자리 부분에 형성된 채널의 입구를 폐쇄하는 플러그들를 포함하고, 상기 플러그가 형성된 채널들은 촉매층이 형성되지 않고, 나머지 오픈된 채널들을 따라서 촉매층이 형성될 수 있다.
따라서, 배기가스의 흐름(유동)이 적은 데드존에 대응하는 부분에 형성되는 채널은 플러그로 폐쇄함으로써, 그 내부에 촉매코팅층을 형성하지 않는다. 따라서, 촉매성분에 대한 비용을 줄일 수 있고, 배기가스유동이 적은 부분만 폐쇄함으로써 배기가스 정화율은 일정하게 유지할 수 있다.

Description

촉매유닛, 촉매유닛의 제조방법, 및 촉매유닛을 구비한 배기가스정화장치{CATALYST UNIT}

본 발명은 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키도록 배기가스 유동특성에 따라서 촉매성분을 포함하여 배기가스에 포함된 유해물질을 효율적으로 저감시키는 촉매유닛에 관한 것이다.

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 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 담체가 월 플로우 타입(wall flow type), 즉 CO나 HC 등이 담체 셀의 입구를 통해 들어오면 그 라인 출구를 통해 그대로 빠져나가는 형식의 담체인 경우에만 다양한 이종 농도의 촉매 코팅이 가능하다.

한편, 촉매유닛을 제작할 때, 배기가스의 유동특성과 상관없이 담체 전체에 귀금속을 코팅하고 있는데, 이는 배기가스의 유동에 따라서 귀금속을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 배기가스의 유동특성에 따라서 특정 부위에 귀금속을 코팅하지 않음으로써 귀금속의 사용양을 줄여서 제작비용을 낮출 수 있는 촉매유닛을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 촉매유닛은, 전면에서 후면으로 배기가스가 통과하는 채널들이 형성되는 담체, 및 상기 전면의 중심부를 제외한 가장자리 부분에 형성된 채널의 입구를 폐쇄하는 플러그들를 포함하고, 상기 플러그가 형성된 채널들은 촉매층이 형성되지 않고, 나머지 오픈된 채널들을 따라서 촉매층이 형성될 수 있다.

그 입구에 상기 플러그가 형성되지 않은 상기 오픈된 채널들은 그 입구와 출구가 각각 개방되어, 배기가스가 그 입구로 유입되고, 그 출구로 배출될 수 있다.

상기 플러그에 의해서 입구가 폐쇄된 상기 채널은, 그 출구도 다른 플러그로 폐쇄될 수 있다.

본 발명에 따른 촉매유닛의 제조방법은, 전면에서 후면으로 채널들이 형성되는 담체를 압출하는 단계, 상기 담체의 전면에서 가장자리 채널을 플러그로 플러깅하는 단계, 및 상기 플러그로 플러깅되지 않은 오픈된 채널을 따라서 촉매를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 촉매를 코팅하는 단계에서, 상기 담체의 전면을 촉매용액(워시코트)에 담그고, 상기 오픈된 채널을 통해서, 상기 담체의 후면에서 상기 촉매용액을 흡입하여 상기 촉매용액을 상기 오픈된 채널 내부에 코팅할 수 있다.

본 발명에 따른 배기가스 정화장치는, 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인 중간에 배치되고, 상기 배기라인과 인접하여 그 직경이 커지도록 컨버터콘부가 형성된 컨버터하우징, 상기 컨버터하우징 내부에 장착되어, 배기가스의 유해물질을 저감시키는 촉매유닛을 포함하고, 상기 촉매유닛에서, 상기 컨버터콘부와 대응하는 부분에 형성된 채널들의 입구가 플러그에 의해서 폐쇄되며, 상기 폐쇄된 채널들은 촉매층이 형성되지 않고, 나머지 오픈된 채널들을 따라서 촉매층이 형성될 수 있다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 촉매유닛에서, 배기가스의 흐름(유동)이 적은 데드존에 대응하는 부분에 형성되는 채널은 플러그로 폐쇄함으로써, 그 내부에 촉매코팅층을 형성하지 않는다.

따라서, 촉매성분에 대한 비용을 줄일 수 있고, 배기가스유동이 적은 부분만 폐쇄함으로써 배기가스 정화율은 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛에 촉매를 코팅하는 방법을 보여주는 개략적인 측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 장착된 상태를 개략적으로 보여주는 개략적인 측 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 촉매유닛(100)의 전면에는 채널들이 형성되는데, 상기 채널들은 오픈된 채널(110)들과 폐쇄된 채널(120)들를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 촉매유닛(100)은 담체라고 부를 수 있다.

즉, 상기 촉매유닛(100)의 둘레를 따라서 가장자리부분에 형성된 채널들은 플러그로 폐쇄되어 상기 폐쇄된 채널(120)들을 형성하고, 중심부에는 오픈된 채널(110)들로 구성된다.

상기 폐쇄된 채널(120)들은 상기 플러그(122)로 그 입구 또는 출구가 폐쇄되고, 그 내부에는 촉매코팅층이 형성되지 않는다. 그러나, 상기 오픈된 채널(110)들의 내부에는 도시한 바와 같이, 촉매코팅층(114)이 형성된다.

상기 촉매유닛(100)에서 배기가스는 중심부인 상기 오픈된 채널(110)들을 통해서 이동하고, 상기 촉매유닛(100)의 가장자리 부분은 배기가스가 거의 흐르지 않는다. 따라서, 배기가스가 거의 흐르지 않는 가장자리 부분은 상기 플러그(122)로 폐쇄하고, 그 내부에는 촉매층을 형성하지 않음으로써, 불필요한 촉매의 낭비를 줄인다.

상기 오픈된 채널(110)들은 그 입구와 출구가 개방된 플로우쓰루(flow through) 방식이고, 상기 촉매유닛(100)은 코디어라이트 재질로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 제조방법을 보여주는 순서도이다.

도 2를 참조하면, S200에서 촉매유닛(100)(이하, 담체)을 압출한다. 여기서, 담체(100)의 전면과 후면으로 오픈된 채널들이 동시에 형성된다.

상기 담체가 압출되어 제작된 후에, S210에서, 담체의 전면에서 가장자리 채널의 입구를 상기 플러그(122)로 플러깅하여 폐쇄한다.

플러깅이 완료되면, S220에서, 상기 플러그(122)로 플링깅되지 않은 상기 오픈된 채널(110)들 내부에 촉매코팅층(114)을 형성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛에 촉매를 코팅하는 방법을 보여주는 개략적인 측 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 촉매유닛(100)의 전면 또는 후면에서 가장자리 채널들을 상기 플러그(122)로 폐쇄한 상태에서, 상기 촉매유닛(100)의 전면을 촉매용액(300)(워시코트)에 담근다.

그리고, 상기 촉매유닛(100)의 후면에서 흡입기(310)를 이용하여 상기 오픈된 채널(110)들을 통해서 상기 촉매용액(300)을 흡입하여, 상기 오픈된 채널(110)들 내측면에 상기 촉매코팅층(114)을 형성한다.

따라서, 상기 플러그(122)로 폐쇄된 가장자리의 상기 폐쇄된 채널(120)들 내부에는 촉매코팅층이 형성되지 않아서, 촉매성분이 저감되어 생산비용이 절감된다. 아울러, 상기 촉매유닛(100)의 전면에서 중심부를 제외한 가장자리부는 배기가스가 거의 흐르지 않기 때문에, 정화율은 거의 감소하지 않는다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촉매유닛의 장착된 상태를 개략적으로 보여주는 개략적인 측 단면도이다.

도 4를 참조하면, 배기라인에는 컨버터하우징(430)이 배치되고, 상기 컨버터하우징(430) 내부에 상기 촉매유닛(100)(담체)이 배치된다.

도시한 바와 같이, 상기 배기라인(400)과 인접하여 상기 컨버터하우징(430)에는 그 내부 직경이 커지는 컨버터콘부(420)가 형성되고, 상기 촉매유닛(100)의 가장자리부는 상기 컨버터콘부(420)에 의해서 일부 지지되는 구조를 갖는다.

따라서, 상기 촉매유닛(100)에서 상기 컨버터콘부(420)와 대응하는 부분에는 배기가스가 거의 흐르지 않는 데드존(410)(dead zone)이 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 데드존(410)에 대응하는 담체(100)의 가장자리에 형성된 채널의 입구 또는 출구를 상기 플러그(122)로 폐쇄함으로써, 그 내부에는 촉매성분을 형성하지 않는다. 따라서, 배기가스의 정화율을 저하시키지 않으면서, 촉매성분을 효율적으로 사용할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 촉매유닛(담체)
110: 오픈된 채널
114: 촉매코팅층
120: 폐쇄된 채널
122: 플러그
300: 촉매용액(워시코트)
310: 흡입기
400: 배기라인
410: 데드존(dead zone)
420: 컨버터콘부
430: 컨버터하우징

Claims (3)

1. 전면에서 후면으로 배기가스가 통과하는 채널들이 형성되는 담체; 및
   상기 전면의 중심부를 제외한 가장자리 부분에 형성된 채널의 입구로 삽입되어 고정됨으로써 폐쇄하는 플러그들; 를 포함하고,
   상기 플러그가 형성된 채널들은 촉매층이 형성되지 않고, 나머지 오픈된 채널들을 따라서 촉매층이 형성되고,
   그 입구에 상기 플러그가 형성되지 않은 상기 오픈된 채널들은 그 입구와 출구가 각각 개방되어, 배기가스가 그 입구로 유입되고, 그 출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 촉매유닛.
2. 제1항에서,
   상기 플러그에 의해서 입구가 폐쇄된 상기 채널은, 그 출구도 다른 플러그로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 촉매유닛.
3. 배기가스가 통과하는 배기라인;
   상기 배기라인 중간에 배치되고, 상기 배기라인과 인접하여 그 직경이 커지도록 컨버터콘부가 형성된 컨버터하우징;
   상기 컨버터하우징 내부에 장착되어, 배기가스의 유해물질을 저감시키는 촉매유닛을 포함하고,
   상기 촉매유닛에서, 상기 컨버터콘부와 대응하는 부분에 형성된 채널들의 입구는 이에 삽입되어 고정된 플러그에 의해서 폐쇄되며, 상기 폐쇄된 채널들은 촉매층이 형성되지 않고, 나머지 오픈된 채널들을 따라서 촉매층이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.

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