KR101445134B1 - 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제 및 상기 촉매제를 이용한 배출가스 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관 배출가스 저감용 촉매제 및 상기 촉매제를 이용한 배출가스 저감장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 육, 해, 등 운송차량에서 내연기관 엔진에서의 연소시 발생하는 유해가스들을 안정된 기체로 화학적 변환시키는 촉진작용과 내열성이 우수한 촉매제 및 상기 촉매제를 이용하여 고온에서도 뛰어난 성능을 발휘하는 내연기관의 배출가스 저감장치에 관한 것이다.
본 발명의 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제는 운모 4∼6중량%, 게르마늄 80∼90중량%, 실리카(규사) 6∼14중량% 비율로 혼합된 광석을 미세 크기로 분쇄한 후, 상기 분쇄된 광석입자를 코팅액에 혼합하여 형성되며, 상기 코팅액은 메톡시 실란(Methoxy Silane) 40 중량%, 콜로이드 실리카(Colloidal Silica) 30 중량%, 정제수 30 중량 % 로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

내연기관의 배출가스 저감용 촉매제 및 상기 촉매제를 이용한 배출가스 저감장치{Internal combustion engine discharge gas reduction catalyzer and discharge gas reduction device using said the catalyzer}
본 발명은 내연기관 배출가스 저감용 촉매제 및 상기 촉매제를 이용한 배출가스 저감장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 육, 해, 공의 모든 영역에 사용되는 운송차량에서 내연기관 엔진에서의 연소시 발생하는 유해가스들을 안정된 기체로 화학적 변환시키는 촉진작용과 내열성이 우수한 촉매제 및 상기 촉매제를 이용하여 고온에서도 뛰어난 성능을 발휘하는 내연기관의 배출가스 저감장치에 관한 것이다.
날로 증가하는 운송수단과 산업 폐기물 처리로 발생하는 산화물은 오염물질로 둔갑하여 경화처리에 많은 어려움에 직면해 있고, 환경파괴는 심각한 지경에 이르고 있다. 이러한 현실을 감안하여 다양한 많은 방법으로 배출가스 중 유해성분을 저감시키는 방법이 강구되고 있으나 아직까지 만족할만한 성과를 거두지 못하는 실정이다.
유독성 가스와 냄새를 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 산소(O2) 등 안정적인 이상기체로 바꾸기 위해서는 높은 활성화 에너지를 필요로 하므로, 800~1,000℃ 이상으로 가열하여야 분해가 가능하다.
물자의 운송용으로 사용하는 이륜 구동차(모터사이클 포함), 자동차, 배, 가스(기름 포함) 보일러 등은 물론이고, 기타 폐기물에서 배출하는 유독성 가스는 환경에 미치는 영향이 과도하여 인체에 미치는 악영향을 해소하기가 매우 어려운 실정이다.
유독성 가스 성분을 저감시키기 위한 종래의 방식의 장. 담점은 한국특허등록 제10-0908454(2009.07.13.)호에 기술되어 있는바, 이에 대한 내용을 기술하면 다음과 같다.
먼저, 촉매를 담체에 부착시키기 위하여 700℃ ~ 1,000℃의 매우 높은 온도로 가열하여 부착시키는데도 불구하고 높은 활성화 효율을 기대하기 어렵다.
또한, 150℃ ~ 200℃의 온도에서 소결 접착시키는 방식은 코팅과정이 단순하고, 코팅시 요구되는 온도가 크게 낮아진다는 장점이 있으나, 촉매 코팅체 내의 촉매성분만의 실질비율이 25% 정도를 넘지 못하는 한계가 있다.
또한, 포함되는 경화제(실란)의 내열성이 좋지 않아서 소성온도를 높일 수가 없게 되어, 결과적으로 촉매 코팅체의 내열성이 좋지 못하며, 500℃ 이상에서는 견디지 못하는 단점이 있다.
본 발명에서는 이와 같은 단점을 해소하고, 배출되는 유해가스에 포함된 유해성분을 획기적으로 줄여 이상적인 배출가스 기체로 변환시키는데 목적이 있다.
따라서 본 발명의 과제는, 불완전 연소로 배출되는 유해가스뿐만이 아니라, 배출구로 배출되는 유해한 가스를 무해한 기체로 변환시키도록 촉진시키는 작용을 발휘하며, 이와 동시에 내열성이 우수한 촉매제를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 촉매제를 이용하여 촉매제가 함유된 물질이 표면부에 코팅됨에 의해 배출가스의 배출되는 위치에 장착될 시 통과된 배출가스에 포함된 유해성분이 제거되어 무해한 이상 배출가스가 되도록 하는 내연기관의 배출가스 저감장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치에 도포되는 배출가스 저감용 촉매제는, 운모 4∼6중량%, 게르마늄 80∼90중량%, 실리카(규사) 6∼14중량% 비율로 혼합된 광석을 미세 크기로 분쇄한 후, 상기 분쇄된 광석입자를 코팅액에 혼합하여 형성되며, 상기 코팅액은 메톡시 실란(Methoxy Silane) 40 중량%, 콜로이드 실리카(Colloidal Silica) 30 중량%, 정제수 30 중량% 로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 구성 중 분쇄된 광석의 입자는 8,000메쉬 ∼9,000메쉬의 크기로 형성되도록 한다.
본 발명의 상기 콜로이드 실리카는 10∼20nm 의 입자크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치는 본 발명의 청구항 1의 촉매제가 표면부상에 도포됨에 의해 제조된다.
또한, 상기 내연기관의 배출가스 저감장치에 도포된 배출가스 저감용 촉매제는 상기 내연기관의 배출가스 저감장치에 코팅된 후, 코팅된 촉매제가 그늘에서 12시간 이상 자연건조되고, 1,000℃∼1200℃의 온도에서 열처리되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치상에 상기 촉매제가 코팅되는 과정은 배출가스 저감장치가 액상의 촉매제 내에 침지됨에 의해 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따른 내연기관의 배출가스 저감장치는, 원기둥 형상의 본체부와, 상기 본체부 내측에 길이 방향으로 형성되며 상기 촉매제가 도포된 다수개의 배기구멍을 포함하는 구조를 이룬다.
본 발명의 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제가 표면부상에 도포된 내연기관의 배출가스 저감장치에 따르면, 배출가스의 배출에 따라 일정 온도로 가열된 상태하에서 다량의 원적외선이 조사되어 나와 배출가스 중에 포함된 유해성분을 소멸시키는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치에는 사용 후 일정기간의 경과 후에도 유해성 성분의 균이 성장이 이루어지지 않는 살균 기능을 발휘한다.
아울러, 1,500℃ 이상의 고온에서도 내부 망을 비롯한 장치 부품의 변형이 없어 사용수명이 긴 장점을 갖는다.
도 1과 도 2는 내연기관의 일종인 모터사이클에 장착된 배출가스 저감장치의 형상을 도시한 도면임.
이하에서는 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제 및 상기 촉매제가 코팅된 내연기관의 배출가스 저감장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제를 형성하기 위한 성분과, 상기 각 성분을 혼합한 후 촉매제를 형성하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 배출가스 저감용 촉매제를 형성하기 위한 성분으로는, 운모와 게르마늄 및 실리카로 형성되며, 상기 혼합된 광석을 미세크기로 분쇄한다.
예컨대, 상기의 광석 구성에 있어서, 운모는 4∼6중량%, 게르마늄은 80∼90중량%, 실리카(규사)는 6∼14중량%의 비율로 혼합하는 것이 바람직하고, 혼합된 광석은 미세 크기로 분쇄한 다음, 아래 기술되는 코팅액에 혼합하여 형성한다.
이때, 상기 분쇄된 광석의 입자는 8,000메쉬 ∼9,000메쉬의 크기로 형성되게 하는 것이 좋다.
상기 분쇄된 광석 입자가 혼합되는 코팅액은 메톡시 실란(Methoxy Silane) 40 중량%, 콜로이드 실리카(Colloidal Silica) 30 중량%, 정제수 30 중량% 로 이루어진다.
이때, 상기 콜리이드 실리카는 입자 크기가 10∼20nm 의 범위 안에 있는 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅액을 형성하는 상기의 성분 중, 물이나 알코올에 안정하게 분산된 나노 입자의 콜로이드 실리카는 알콕시 실란들과 '졸-겔' 프로세스로 유리질에 가까운 유, 무기혼성 복합재료의 합성이 가능하다. 이런 세라믹 복합 재료들은 코팅막의 경도, 내후성, 후막 코팅성, 내열성 등이 우수하여 표면 개발 및 보호용의 코팅제 또는 바인더 소재로 이용될 수 있다.
나노 세라믹 코팅제는 솔-겔 프로세스(Sol-Gel Process)로 올가노-알콕시 실란(Organo-Alkoxy Silane) RSI(OR')3 을 가수분해에 의해서 제조한 세라믹계 수용성 코팅제이다.
가수분해물 RSi(OR')n 을 콜로이드 실리카와 축, 중합반응 시키면 실록산 분자가 거대화된 가교 결합으로 탈수 축, 중합하여 고경도의 피막이 형성되어 금속, 비철금속 등에 밀착되어 탁월한 내구력과 내오염성을 발휘한다.
또한, 실리카의 나노 파티클(nano particle)은 네거티브 차지(negative charge)를 갖는 비결정성 형태로 그의 나노-솔(Nano-sol)은 물에 잘 분산되어 있으며, 이들 입자간의 전하의 균형에 따라서 응집, 겔화, 고점도화가 진행된다.
상기와 같은 성분조합으로 이루어지는 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제를 이용하여 내연기관의 배출가스 저감장치를 형성하는 것에 대해 이하에서 설명하기로 한다.
먼저, 앞서 설명한 본 발명의 상기 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제를 상기 배출가스 내의 유해성분 저감장치에 코팅한다.
상기 촉매제의 코팅은 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치를 액상의 촉매제 내에 침지시켜 코팅이 이루어지도록 한다.
이 후 코팅된 촉매제를 그늘에서 12시간 이상 자연건조시키고, 1,000℃∼1200℃의 온도에서 열처리하여 코팅된 촉매제가 장치 표면에 고착되도록 한다.
한편, 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치는 내연기관에 있어서, 배출가스가 배출되는 위치에 장착되는 부품으로서, 내연기관의 종류에 따라 그 형상과 크기는 다양하게 변할 수 있다.
예컨대, 도 1과 도 2는 내연기관의 일종인 모터사이클에 장착된 배출가스 저감장치의 형상을 도시한 도면으로, 도 2의 경우는 용량이 도 1에 비해 큰 모터사이클에 장착되는 배출가스 저감장치이다.
도시된 바와 같이, 모터사이클에 장착되는 배출가스 저감장치(10,50)의 경우 원기둥 형상의 본체부와, 상기 본체부 내측에 길이 방향으로 형성되며 상기 촉매제가 도포된 적어도 한 개 이상인 다수개의 배기구멍으로 이루어진 필터망(20,30)을 포함하는 구조를 이룬다.
즉, 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치는 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제가 코팅된 것으로서, 상기 촉매제가 가진 특성에 의해 다양한 기능을 발휘하게 된다.
예컨대, 본 발명의 배출가스 저감장치가 소정 내연기관의 배기가스 배출부의 위치에 장착된 상태에서, 배출가스의 배출에 따라 일정 온도로 가열되면, 다량의 원적외선이 조사되어 나오고, 이 적외선에 의해 배출가스 중에 포함된 유해성분이 모두 연소되어 소멸되게 된다.
이러한 자체 정화기능에 의해 배기가스 배출부에 장착되어 사용된 이후 일정기간이 경과된 후에도 유해성 성분의 균이 성장이 이루어지지 않는 특성을 갖는다.
이와 함께 1,500℃ 이상의 고온에서도 내부 망을 비롯한 배출가스 저감장치 부품의 변형이 전혀 발생되지 않아 사용수명에 있어서도 큰 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 상기한 내연기관의 배출가스 저감장치는 이륜 구동차(모터사이클 포함)걍, 자동차, 배, 가스(기름 포함) 보일러 중 임의의 어느 하나의 수단에 장착될 수 있다.
또한, 상기한 본 발명의 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치의 특성은 한국 원적외선 응용 평가연구원에 의뢰하여 수령한 시험성적서에 기재되어 있는 내용으로서, 시험성적서의 내용을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 내연기관의 배출가스 저감장치의 시료에 대한 음이온 방출 시험에서, 측정된 음이온수는 5,080ION/cc 였다. 이때 적용된 시험조건으로는 전하입자 측정장치를 이용하여 실내온도 25℃, 습도 46%, 대기중 음이온수 104/cc 였다.
다음, 본 발명의 내연기관의 배출가스 저감장치의 시료로 원적외선 방사 방열판을 대상으로 항곰팡이 시험을 실시한 결과, 1주후 부터 4주 후의 경과시에도 시료상에 어떠한 항곰팡이 균의 성장을 인지할 수 없는 결과를 확인하였다.
상기한 시험결과를 통해 본 발명에 따른 내연기관의 배출가스 저감장치의 배출가스에 포함된 유해성분을 소멸시키는 기능을 구비함을 확인할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
10, 50 : 배출가스 저감장치
20, 30 : 필터망

Claims (8)

  1. 운모 4∼6중량%, 게르마늄 80∼90중량%, 실리카(규사) 6∼14중량% 비율로 혼합된 광석을 미세 크기로 분쇄한 후, 상기 분쇄된 광석입자를 코팅액에 혼합하여 형성되며,
    상기 코팅액은 메톡시 실란(Methoxy Silane) 40 중량%, 콜로이드 실리카(Colloidal Silica) 30 중량%, 정제수 30 중량 % 로 이루어지는 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분쇄된 광석의 입자는 8,000메쉬 ∼9,000메쉬의 크기로 형성되는 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 콜로이드 실리카는 10∼20nm 의 입자크기를 갖는 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제.
  4. 상기 청구항 1의 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제가 표면부상에 도포된 내연기관의 배출가스 저감장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 내연기관의 배출가스 저감용 촉매제가 상기 내연기관의 배출가스 저감장치에 코팅된 후, 코팅된 촉매제가 그늘에서 12시간 이상 자연건조되고, 1,000℃∼1200℃의 온도에서 열처리된 내연기관의 배출가스 저감장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 촉매제의 코팅은 상기 내연기관의 배출가스 저감장치가 액상의 촉매제 내에 침지됨에 의해 이루어지는 내연기관의 배출가스 저감장치.
  7. 청구항 4 내지 6 중 임의의 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관의 배출가스 저감장치는 원기둥 형상의 본체부와, 상기 본체부 내측에 길이 방향으로 형성되며 상기 배출가스 저감용 촉매제가 도포된 적어도 한개 이상의 배기구멍을 포함하는 내연기관의 배출가스 저감장치.
  8. 청구항 4 내지 6 중 임의의 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관의 배출가스 저감장치는 이륜 구동차(모터사이클 포함), 자동차, 배, 가스(기름 포함) 보일러 중 임의의 어느 하나의 수단에 장착되는 내연기관의 배출가스 저감장치.
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