KR101427912B1

KR101427912B1 - 촉매여과필터

Info

Publication number: KR101427912B1
Application number: KR1020080107792A
Authority: KR
Inventors: 서정민
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2014-08-11
Also published as: KR20100048568A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 촉매여과필터는, 배출가스가 통과하는 복수 개의 채널들을 형성하는 격벽, 상기 채널들의 입구측 또는 출구측을 교대로 폐쇄하는 플러그, 및 상기 채널의 내측 표면에 코팅되는 코팅층을 포함하여 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질을 필터링하되, 상기 코팅층은, 상기 입자상 물질과 상기 격벽이 직접적으로 반응하는 것을 방지하기 위해서 상기 격벽의 적어도 일부에 코팅되는 프로텍트코팅층, 및 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질과 반응하는 금속 성분을 포함하는 촉매코팅층을 포함한다.

따라서, 촉매여과필터의 채널 내측에 형성된 프로텍트코팅층은 높은 온도에서 격벽을 구성하는 코디어라이트 성분을 보호하여 그 내구성을 향상시키고, 프로텍트코팅층은 에쉬와 코디어라이트가 직접적으로 반응하는 것을 방지하여 촉매여과필터의 손상을 늦추며, 프로텍트코팅층을 형성하는 워시코트의 입자가 작고 점도가 낮아서 격벽 표면에 형성된 미세기공에 용이하기 침투되어 격벽의 손상을 효과적으로 방지한다.

CPF, 촉매여과필터, 프로텍트코팅, 촉매코팅, 채널, 격벽

Description

촉매여과필터{CARTALYZED PATICULATE FILTER}

본 발명은 촉매여과필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키도록 채널의 내측 표면에 촉매가 코팅된 촉매여과필터에 관한 것이다.

배출가스 규제가 강화되면서, 디젤엔진에는 촉매여과필터(CPF: Catalyzed Particulate Filter)와 같은 후처리 장치가 장착되고 있으며, 메이저 카 메이커들은 저가의 후처리 장치를 개발하기 위해서 노력하고 있다.

고가의 실리콘 카바이드 재질(SiC)과 이보다 저가인 알루미늄 티타네이트(AT)가 개발되어 양산되고 있고, 최근에는 더 저가인 코디어라이트 재질의 후처리 장치가 개발되고 있다.

도 1은 일반적인 촉매여과필터의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 일반적인 사용 기간에 따른 촉매여과필터의 부분 단면도이다.

도 1을 참조하면, 촉매여과필터(100)는 원통 모양을 갖고 있고, 그 내부에는 여러 개의 격벽(105)이 격자로 배열되고, 상기 격벽(105)에 의해서 입구측(120)에서 출구측(125)으로 여러 개의 채널(110)이 형성된다.

또한, 상기 채널(110)의 입구측(120)은 교대로 플러그(115)로 폐쇄되고, 상기 출구측(125)도 교대로 플로그로 폐쇄된다.

상기 촉매여과필터(100)는 코디어라이트 재질로 만들어지는데, 상기 촉매여과필터(100)의 온도가 섭씨 1400도 이상이거나 엔진에서 배출된 에쉬(예를 들어, oil ash)가 축적되어 있는 상태에서 그 온도가 섭씨 1100도 이상일 때 상기 코디어라이트 성분이 소실되는 문제점이 있다.

도 2는 높은 온도와 내부에 축적된 에쉬와 접촉하는 코디어라이트가 분해되어 상기 격벽(105)에 소실부(200)가 형성되는 과정을 보여준다.

도시한 바와 같이, 상기 촉매여과필터(100)의 상기 격벽(105)이 손상되면 필터로써의 기능을 급격하게 상실하여 배기가스의 정화효율도 급격히 저하된다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 높은 온도에서 에쉬와 접촉하는 부분이 소실되는 것을 방지하여 그 내구성을 향상시킨 촉매여과필터를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 촉매여과필터는, 배출가스가 통과하는 복수 개의 채널들을 형성하는 격벽, 상기 채널들의 입구측 또는 출구측을 교대로 폐쇄하는 플러그, 및 상기 채널의 내측 표면에 코팅되는 코팅층;을 포함하여 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질을 필터링하되, 상기 코팅층은, 상기 격벽의 표면 일부에 코팅되는 프로텍트코팅층, 및 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질과 반응하는 금속 성분을 포함하는 촉매코팅층을 포함하고, 상기 프로텍트코팅층은 상기 채널의 후단부 내측면에 형성되고, 상기 촉매코팅층은 상기 후단부를 제외한 상기 채널의 내측면의 전단부에 형성되고, 상기 격벽에 형성된 미세기공의 내측 표면을 덮을 수 있도록 상기 프로텍트코팅층의 원료 입자는 상기 촉매코팅층의 원료입자보다 작게 형성된다.
상기 프로텍트코팅층은 상기 채널의 내측면 후단부에 형성되고, 상기 촉매코팅층은 상기 채널의 내측면 전단부에 형성되는 것이 바람직하다.

삭제

상기 프로텍트코팅층 위에 상기 촉매코팅층이 형성되고, 상기 격벽에 형성된 미세기공의 내측 표면을 덮을 수 있도록 상기 프로텍트코팅층의 원료 입자는 상기 촉매코팅층의 원료입자보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 프로텍트코팅층을 형성하기 위한 워시코트의 점도는 상기 촉매코팅층을 형성하기 위한 워시코트의 점도보다 낮아서 상기 격벽의 표면에 형성된 미세기공에 침투되어 형성됨으로써 상기 격벽의 소실을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 프로텍트코팅층은 온도분포가 높은 부분에 형성되고, 상기 격벽은 코디어라이트 성분을 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 촉매여과필터에 의하면, 촉매여과필터의 채널 내측에 형성된 프로텍트코팅층은 높은 온도에서 격벽을 구성하는 코디어라이트 성분을 보호하여 그 내구성을 향상시킨다.

또한, 프로텍트코팅층은 에쉬와 코디어라이트가 직접적으로 반응하는 것을 방지하여 촉매여과필터의 손상을 늦춘다.

또한, 프로텍트코팅층을 형성하는 워시코트의 입자가 작고 점도가 낮아서 격벽 표면에 형성된 미세기공에 용이하기 침투되어 격벽의 손상을 효과적으로 방지한다.

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

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매여과필터의 부분 상세 단면도로써, 촉매여과필터를 형성하는 격벽의 표면부를 상세하게 도시한다.

상기 촉매여과필터의 격벽(105)은 코디어라이트(Cordierite) 성분을 포함하고 있으며, 상기 격벽(105)의 표면과 상기 격벽(104)의 표면에 형성된 미세기공의 내측 표면은 프로텍트코팅층(300)으로 덮인다.

상기 프로텍트코팅층(300)은 에쉬(ash)가 직접적으로 상기 격벽(105)의 표면에 부착되는 것을 방지하여, 상기 코디어라이트 성분과 상기 에쉬가 반응하는 것을 미연에 방지한다.

따라서, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 격벽이 반응하여 소실되는 것을 방지하여, 상기 격벽(105)에 형성된 미세기공이 확장되는 속도를 늦춰 상기 촉매여과필터의 내구성을 전체적으로 향상시킨다.

상기 프로텍트코팅층(300)을 형성하는 입자의 크기가 작고 점도가 낮아서, 상기 격벽(105)의 미세기공의 내측 공간으로 효과적으로 침투된다.

아울러, 상기 격벽(105)에 형성된 미세기공 내측 표면을 덮을 수 있도록 상 기 프로텍트코팅층(300)의 원료 입자는 상기 미세기공의 입구폭 및 상기 촉매코팅층(305)의 원료 입자보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

반면에, 상기 촉매코팅층(305)을 형성하는 입자는 배기가스를 투과시키기 위해 입자의 크기가 커서 상기 격벽(105)에 형성된 미세기공 내측으로 침투되지 않는다.

상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 촉매여과필터에서 특정 부분에만 적용될 수 있고, 아울러 상기 촉매코팅층(305)도 선택적으로 적용될 수 있다. 다음 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 프로텍트코팅층(300)과 상기 촉매코팅층(305)의 구조에 관해서는 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매여과필터의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 촉매여과필터(100)는 좌측에서 우측으로 배기가스가 통과하도록 상기 격벽(105)에 의해서 여러 개의 채널이 형성되고, 상기 채널 일부는 입구 방향으로 개방되어 있고, 다른 일부는 출구 방향으로 개방되어 있다.

즉, 상기 채널의 입/출구는 교대로 플러그(405)에 의해서 폐쇄되는 구조로 되어 있고, 상기 격벽(105, cell wall)에 형성된 미세기공을 통하여 배기가스가 투과하는 특징을 가지고 있다.

따라서, 에쉬를 포함하는 입자상 물질(405, PM: Particular Matters)들이 상기 채널 후단부(400)의 상기 격벽(105) 표면에 포집되고, 배기가스 일부는 코팅된 촉매에 의해서 산화되어 무해한 물질로 전환되며, 나머지 가스는 배출된다.

도시한 바와 같이, 상기 채널의 내측 격벽(105) 표면에는 코팅층이 형성되 고, 상기 코팅층은 프로텍트코팅층(300)과 촉매코팅층(305)을 포함한다.

상기 촉매코팅층(305)에는 산화촉매 또는 환원촉매가 포함되어 있어서, 배기가스에 포함된 유해성분들을 산화 또는 환원시키는 기능을 주로 한다.

아울러, 상기 프로텍트코팅층(300)은 에쉬 또는 입자상물질이 상기 격벽(105)의 코디어라이트 성분과 반응하는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 프로텍트코팅층(300)에도 산화촉매 또는 환원촉매가 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 촉매여과필터(100)의 채널을 형성하는 상기 격벽(105)에는 코디어라이트 성분을 포함되어 있으며, 상기 코디어라이트는 높은 온도에서 에쉬 또는 입자상 물질과 반응하여 소실되는 문제점이 있다.

그러나, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 격벽(105)의 코디어라이트 성분과 에쉬가 직접적으로 반응하는 것을 미연에 방지한다.

도 4를 참조하면, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 격벽(105)의 후단부(400) 내측면에 형성되고, 상기 촉매코팅층(305)은 상기 격벽(105)의 내측면 전체적으로 형성된다.

아울러, 상기 프로텍트코팅층(300)이 상기 격벽(105) 표면에 먼저 형성되고, 그 위로 상기 촉매코팅층(305)이 형성될 수 있다.

상기 촉매여과필터(100)의 온도분포를 고려하면, 상기 후단부(400)의 온도가 높다. 따라서, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 후단부(400)에 형성되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매여과필터의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 격벽(105)의 상기 후단부(400) 내측면에 형성되고, 상기 촉매코팅층(305)은 상기 프로텍트코팅층(300)이 형성된 상기 후단부(400)를 제외하고 전체적으로 형성된다.

전술한 바와 같이, 상기 촉매여과필터(100)의 온도분포를 고려하면, 상기 후단부(400)의 온도가 높아, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 후단부(400)에 형성되는 것이 바람직하다.

도 3를 다시 참조하면, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 에쉬(405)와 반응을 최소화하기 위해서 상기 격벽(105)의 표면에 침투되고, 그 위로 상기 촉매코팅층(305)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 프로텍트코팅층(300)이 미세기공 깊이 침투되도록 입자는 작고 점도는 낮은 것이 바람직하다.

아울러, 상기 촉매코팅층(305)을 형성하는 워시코트는 상대적으로 입자가 크거나 점도가 높아서, 상기 격벽(105)의 외측면에만 형성되어 배기가스를 용이하게 통과시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 격벽(105)의 코디어라이트 성분을 보호하기 위해서 상기 격벽(105) 내부 미세기공에 침투되어 형성되기 때문에 상기 격벽(105)을 통과하는 배기가스의 배압을 증가시킬 수 있다.

따라서, 상기 프로텍트코팅층(300)은 상기 촉매여과필터(100)의 일부분만 형성되는 것이 바람직하다.

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

도 1은 일반적인 촉매여과필터의 부분 절개 사시도이다.

도 2는 일반적인 사용 기간에 따른 촉매여과필터의 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 촉매여과필터의 부분 상세 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 촉매여과필터

105: 격벽

110: 채널

115: 플러그

120: 입구측

125: 출구측

300: 프로텍트코팅층

305: 촉매코팅층

400: 후단부

405: 에쉬

Claims

배출가스가 통과하는 복수 개의 채널들을 형성하는 격벽;

상기 채널들의 입구측 또는 출구측을 교대로 폐쇄하는 플러그; 및

상기 채널의 내측 표면에 코팅되는 코팅층;을 포함하여 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질을 필터링하되, 상기 코팅층은,

상기 격벽의 표면 일부에 코팅되는 프로텍트코팅층; 및

상기 배출가스에 포함된 입자상 물질과 반응하는 금속 성분을 포함하는 촉매코팅층;을 포함하고,

상기 프로텍트코팅층은 상기 채널의 후단부 내측면에 형성되고,

상기 촉매코팅층은 상기 채널의 내측면의 전단부에 형성되고,

상기 격벽에 형성된 미세기공의 내측 표면을 덮을 수 있도록 상기 프로텍트코팅층의 원료 입자는 상기 촉매코팅층의 원료입자보다 작게 형성되는 촉매여과필터.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,

상기 프로텍트코팅층 위에 상기 촉매코팅층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매여과필터.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 프로텍트코팅층을 형성하기 위한 워시코트의 점도는 상기 촉매코팅층을 형성하기 위한 워시코트의 점도보다 낮아서 상기 격벽의 표면에 형성된 미세기공에 침투되어 형성됨으로써 상기 격벽의 소실을 방지하는 촉매여과필터.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 격벽은 코디어라이트 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매여과필터.
제1 항에 있어서,

상기 프로텍트코팅층은 상기 입자상 물질과 상기 격벽이 반응하는 것을 방지하기 위해서 상기 격벽의 표면 일부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 촉매여과필터.