KR19980016362A - 자동차의 배기가스정화용촉매 - Google Patents
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Abstract
다공성의 세라믹 담체와 같이 유효 면적을 늘이고, 셀간의 가스 확산을 발생시켜 배기가스의 정화 효율을 높이며, 세라믹의 중간층과의 접착력을 높이므로서, 금속제 담체의 문제점을 해소한다. 이를 위하여, 본 발명의 금속제 담체(17)는 불특정 다수개의 구멍(15)이 천공된 평판(11)에 불특정 다수개의 구멍(15)이 천공된 파형판(13)이 번갈아 부착되고, 이들이 다시 원통상으로 말려진 구조로 이루어진다. 금속제 담체(17)의 표면에는 다공성의 세라믹 중간층(23)과 촉매층(25)이 도포된다.
Description
본 발명은 자동차용 촉매기(catalytic converter)의 다공성 금속제 담체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엔진에서 배출된 배기가스의 유해성분을 산화, 환원시켜 감소시키기 위해, 배기 파이프에 설치되는 촉매기의 금속제 담체에 관한 것이다.
최근 들어서, 자동차의 배출가스로 인한 대기 오염을 방지하는 것이 환경 위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.
자동차의 배출가스는 배기 파이프로 배출되는 배기가스, 엔진의 크랭크케이스에서 배출되는 블로바이 가스, 및 연료탱크나 기화기 등에서 증발되는 연료증발 가스가 있다.
이 중에서 배기가스는 연료가 실린더 안에서 연소된 다음, 배기 파이프를 통해 외부로 배출된다. 배기가스의 성분은 대부분이 인체에 무해한 수증기(), 질소(), 탄산가스() 등이나, 일산화탄소(), 탄화수소(), 질소산화물() 등의 유해한 물질도 포함되어 있다.
배기가스내의 유해성분을 제거하기 위한 방안으로, 종래 공지된 것으로는 엔진에서 배출된 배기가스가, 배기 매니폴드 후방의 배기 파이프에 장착된 산화 또는 환원 촉매로 통과되도록 하므로서, 유해성분이 감소 및 제거되도록 한 촉매기 방식이 있다.
이러한 촉매기 방식은 배기가스 속의와를 산화시켜 무해한와로 만드는 산화 촉매기와, 배기가스 속의를 환원시켜 해가 없는와로 만드는 환원 촉매기와, 배기가스 속의,,를 동시에 하나의 촉매로 산화 또는 환원시키는 3원 촉매기가 있다.
이와 같은 촉매기는 금속제 하우징 속에 들어 있는 담체, 그 담체 위에 도포된 세라믹의 중간층(혹은 wash-coat), 그리고 그 중간층 위에 도포된 촉매층으로 구성된다.
담체는 촉매기의 골격으로 세라믹 일체형(ceramic monolith)과 금속 일체형(metal monolith)이 많이 사용된다.
여기서, 금속제 담체의 종래 공지된 구조가 도 1 및 도 2에 잘 나타나 있다. 도면은 금속 하우징 속에 들어 있는 담체의 종단면도이다.
금속제 담체(1)는 내열, 내부식성의 평판(3)에 파형판(5)이 납땝으로 용접되고, 다시 둥그런 원통상으로 말려진 구조로 이루어진다. 물론, 담체(1)의 표면에는 다공성의 세라믹 중간층(7)과 촉매층(9)이 적층된다.
앞에서 언급된 구조를 갖는 금속제 담체는 150∼300㎛의 벽 두께를 갖는 세라믹 담체에 비해, 50∼70㎛의 박판으로 만들어져 배압이 적고, 출력 손실이 줄어드는 장점이 있다. 또, 열전도율이 높기 때문에 작동온도에 도달되는 시간이 단축되며, 배기가스의 정화 효율이 높은 장점이 있다. 내열성 및 내구성이 뛰어난 장점이 있다.
반면, 배기가스가 통과되는 무수한 통로(통상 1㎠당 65개)를 갖는 세라믹 담체에 비해, 표면적이 적으며 셀간의 가스 확산이 발생되지 않는 문제점이 있다. 또한, 재질상의 차이로 인해 세라믹의 중간층과의 접착력이 약한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 본 발명은 금속제 담체의 장점을 살리면서, 세라믹 담체에 비해 부족한 문제점을 보완하기 위한 목적에서 안출된 것으로, 배기가스가 접촉되는 유효 면적과 배기가스의 확산을 늘이고, 세라믹의 중간층과의 접착력을 향상시킨 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체를 제공한다.
도 1은 일반적인 자동차용 촉매기의 금속제 담체를 보인 정단면도.
도 2는 도 1의 금속제 담체의 일부를 확대 도시한 정단면도.
도 3은 본 발명의 금속제 담체를 구성하는 평판과 파형판을 보인 확대 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체를 보인 측단면도.
도 5는 도 4의 금속제 담체에 중간층과 촉매층이 도포된 상태를 보인 측단면도.
도 6은 본 발명의 작용 상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11-평판 13-파형판
15-구멍 17-담체
21-촉매기 23-중간층
25-촉매층
상술한 목적에 따라, 본 발명은 다음과 같은 수단으로 실현되는 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체를 제안한다.
즉, 본 발명의 금속제 담체는 불특정 다수개의 구멍이 천공된 평판에 불특정 다수개의 구멍이 천공된 파형판이 번갈아 부착되고, 이들이 다시 원통상으로 말려진 구조로 이루어진 것을 기술적 구성으로 한다.
이러한 금속제 담체의 표면에는 다공성의 세라믹 중간층과 촉매층이 도포된다.
따라서, 본 발명의 금속제 담체는 천공된 구멍에 의해 표면적이 증대되며, 그 구멍을 통해 배기가스가 이웃하는 셀로 확산되므로서 정화 효율이 증대된다.
또한, 금속제 담체의 표면에 워시 코팅(wash coating)되는 세라믹의 중간층이 구멍을 통해 직접 연결되므로서, 중간층의 소성시 물리적이고 화학적으로 접착된다.
이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 일 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
[실시예]
도 3은 본 실시예에 관련된 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체를 구성하는 평판과 파형판을 보인 확대 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 관련된 금속제 담체를 보인 측단면도이다.
도면에서의 설명 부호 (11)은 내열, 내부식성을 갖는 스테인레스 스틸인 금속제 평판, (13)은 내열, 내부식성을 갖는 스테인레스 스틸인 금속제 파형판을 지칭한다.
금속제의 평판(11)과 파형판(13)은 모두 50∼70㎛의 박판으로 제조되며, 불특정 다수개의 구멍(15)이 천공된다.
이 경우에, 구멍(15)의 크기나 수(數)는 본 발명의 기술사상에 의해 한정되지 않는다. 다만, 본 출원인에 의한 다수에 걸친 측정의 결과로서, 구멍(15)의 직경은 평판(11) 및 파형판(13)의 두께의 절반 보다 작은 크기(대략 25∼35㎛)로 형성되고, 인접된 구멍과의 간격이 대략 1㎜로 형성되는 것이, 본 발명을 실현하기 위해 바람직하다.
이와 같이 형성된 평판(11)과 파형판(13)은 번갈아 부착되고, 다시 원통상으로 말려져 본 실시예에 의한 담체(17)의 구조를 이루어게 된다. 도면에서의 설명 부호 (19)는 촉매기의 외부 구조를 이루는 금속제 하우징을 지칭한다.
금속제 담체(17)의 표면에는 세라믹의 중간층과 실제 촉매층이 적층되어, 도 5에 도시된 바와 같이 평판(11) 및 파형판(13)의 구멍(15)이 채워져 육안으로 보이지 않게 되므로서, 촉매기(21)로서 완성된다.
금속제 담체(17)의 표면에 중간층과 촉매층이 적층된 상태의 확대도가 도 6에 잘 나타나 있다.
금속제 담체(17)의 표면에 형성된 다공성의 세라믹 중간층(23)은 촉매기의 유효면적을 확대하기 위해 워시 코팅된다. 이 경우, 중간층(23)은 대략 10∼20㎛의 두께로 코팅되며, 평판(11) 및 파형판(13)의 구멍(15)으로 채워져, 서로 반대쪽의 중간층과 직접적으로 연결된다. 이렇게 코팅된 중간층(23)은 소성 단계에서 굳어져, 물리적이고 화학적으로 서로 견고하게 접착된다.
중간층(23)의 표면에는 실제의 촉매층(25)이 도포된다. 촉매로서는 통상 백금()과 팔라듐() 혹은 로디움()이 사용된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 금속제 담체 및 촉매기의 작용은 후술하는 바와 같다. 금속제 담체(17)의 셀로 통과되는 배기가스(E)는 평판(11) 및 파형판(13)에 형성된 구멍(15)을 통해, 인접된 셀로 이동 및 확산되므로서, 유해 가스 성분의 정화 효율을 높이게 된다.
평판(11) 및 파형판(13)에 코팅된 중간층(23)은 구멍(15)을 통해 양면이 직접 연결되므로서, 금속제와의 재질상의 차이로 인한 떨이짐을 방지하게 된다.
평판(11) 및 파형판(13)에 천공된 구멍(15)은 담체(17)의 유효 면적을 더욱 넓혀, 배기가스의 정화 효율을 높이도록 작용한다.
이상에서 설명된 실시예를 통하여, 본 발명에 의한 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체는 종래의 금속제 담체의 장점을 살리면서, 세라믹 담체에 비해 부족한 문제점을 보완하므로서, 새로운 개념의 촉매기를 만들 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면 배기가스를 담체에 형성된 구멍을 통해 인접된 셀로 이동 및 확산시키고, 담체의 유효 면적을 확대하므로서, 유해 가스 성분의 정화 효율을 높이는 효과를 얻게 된다.
또한, 담체와 중간층의 접착력을 높여 내구성 및 내충격성을 증진시키는 효과를 얻게 된다.
물론, 본 발명의 다공성 금속제 담체는 앞에서 언급된 세라믹 담체에 비해 배압이 적고, 출력이 향상되는 효과가 있다. 또, 열전도율이 높기 때문에 작동온도에 도달되는 시간이 단축되어 작동시간이 길어지며, 내열성 및 내구성이 뛰어난 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (1)
- 불특정 다수개의 구멍이 천공된 평판에 불특정 다수개의 구멍이 천공된 파형판이 번갈아 부착되며, 이들이 원통상으로 말려져 형성되고; 그 평판 및 파형판의 표면에 코팅되는 중간층이 상기 구멍을 통해 서로 연결되는 구성을 특징으로 하는 자동차용 촉매기의 다공성 금속제 담체.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |