KR20000014086A

KR20000014086A - Catalyst converter

Info

Publication number: KR20000014086A
Application number: KR1019980033296A
Authority: KR
Inventors: 수브라마니안 무단; 파탄왈 프라데에프; 큼마르 말호트라 라빈더; 라그후나드 라제 니란냔
Original assignee: 디레에프 바수데오 데쉬판데; 인디안 오일 코퍼레이션 리미티드
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-03-06
Also published as: KR100540189B1

Abstract

PURPOSE: A catalyst converter is provided to use it with a tail pipe or an exhaust pipe of a vehicle, which can be profitably used for a vehicle such as a motorcycle and a moped. CONSTITUTION: The catalyst converter is composed of:a chamber having an injecting unit arranged on an end of the chamber to introduce exhaust gas where pollutants are collected and an exhaust unit arranged on the opposite side of the chamber to exhaust the washed exhaust gas, and having a first and a second area partitioned between the injecting unit and the exhaust unit by separating the injecting unit from the exhaust unit; a first and a second cone arranged horizontally by separating each other in the chamber to partition the first and the second area; and a catalytic stand making the introduced exhaust gas into the chamber flow radially through itself.

Description

Catalytic converter

본 발명은 촉매 전환장치(catalytic converter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 촉매대를 통하여 배기 가스 또는 방출 가스를 원심방향 (radial)으로 유동시키는 촉매 전환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a catalytic converter. In particular, the present invention relates to a catalytic converter for flowing exhaust gas or discharge gas in a radial direction through a catalyst bed.

자동차의 배기관 또는 미관 (tail pipe)에 연결되어 있는 촉매 전환장치는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 그러한 전환장치 중 하나는 세라믹 펠릿(pellet)이 배치되어 있는 챔버 또는 하우징을 포함한다. 세라믹 펠릿은 백금, 팔라듐 및(또는) 로듐과 같은 귀금속이 주입되어 있다. 배기 가스는 촉매대내에서 수직으로 유동한다. 상기와 같은 공지된 구조물과 관련된 단점은 전환장치가 컴팩트하지 않으며 공간 요구조건이 상당하다는 것이다. 다른 단점은 세라믹 펠릿의 항구적인 손상 또는 파괴이다. 다른 단점은 펠릿이 고갈된다는 것이다. 상기와 같은 펠릿을 대체시킬 수도 있지만, 대체 전환장치의 작동 비용을 추가시킨다.Catalytic converters connected to the exhaust pipe or tail pipe of a motor vehicle are known in the art. One such switching device includes a chamber or housing in which ceramic pellets are disposed. Ceramic pellets are infused with precious metals such as platinum, palladium and / or rhodium. The exhaust gas flows vertically in the catalyst stage. A disadvantage associated with such known structures is that the switching device is not compact and the space requirements are considerable. Another disadvantage is the permanent damage or destruction of the ceramic pellets. Another disadvantage is that the pellet is depleted. It is also possible to replace such pellets, but this adds to the operating cost of the alternate converter.

상기 언급한 단점을 극복하기 위하여, 백금, 팔라듐 및(또는) 로듐으로부터 선택된 귀금속이 주입된 벌집 구조를 갖는 촉매 전환장치를 제공하는 것이 공지된 바 있다. 상기와 같은 전환장치의 장점은 크기가 컴팩트하다는 것이다. 그러나, 상기 공지된 구조물과 관련된 단점은 비용이 상당하다는 것이다. 다른 단점은 재사용할 수 없다는 것이다. 또다른 단점은 배압이다.In order to overcome the above mentioned disadvantages, it has been known to provide a catalytic converter having a honeycomb structure infused with a noble metal selected from platinum, palladium and / or rhodium. The advantage of such a conversion device is that it is compact in size. However, a disadvantage associated with such known structures is that the costs are considerable. Another drawback is that it cannot be reused. Another disadvantage is back pressure.

미국 특허 제3,879,949호에는 컨테이너내에 2개가 함께 수직으로 배열된 촉매대를 포함하는 촉매 전환장치가 기술되어 있다. 배기 가스중 일부는 상기 각각의 대를 통하여 유동한다. 뜨거운 배기 가스가 촉매대를 감싸게 됨으로써 촉매대가 신속하게 가열되며, 또한 촉매대로부터 배출된 뜨거운 배기 가스가 컨테이너의 외부면을 따라 유동하도록 한다.U. S. Patent No. 3,879, 949 describes a catalytic converter comprising a catalyst bed arranged vertically together in a container. Some of the exhaust gas flows through the respective stages. The hot exhaust gas encloses the catalyst stage so that the catalyst stage heats up quickly and also allows the hot exhaust gas discharged from the catalyst stage to flow along the outer surface of the container.

PCT 공개 번호 WO 96/12097에는 2-스트로크 가솔린 엔진으로부터 HC 및 CO 배출량을 감소시키는 방법이 기술되어 있다. 백금군 금속 화합물을 엔진의 실린더에 가하면 연료의 연소에 의해 활성 산화 촉매로서 작용한다. 백금군 금속 화합물은 윤활유 또는 연료에 가할 수 있다.PCT Publication No. WO 96/12097 describes a method for reducing HC and CO emissions from a two-stroke gasoline engine. When a platinum group metal compound is added to the cylinder of an engine, it acts as an active oxidation catalyst by combustion of a fuel. The platinum group metal compound may be added to the lubricant or fuel.

본 발명의 목적은 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치의 개선된 구조물을 제안하는 것이다.It is an object of the present invention to propose an improved structure of a catalytic converter for use with an aesthetic or exhaust pipe of an automobile.

본 발명의 다른 목적은 컴팩트하며 모터사이클 및 모페드와 같은 차량에 유리하게 사용할 수 있는, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.Another object of the present invention is to propose a catalytic converter for use with aesthetics or exhaust pipes of automobiles, which are compact and can be advantageously used in vehicles such as motorcycles and mopeds.

본 발명의 또다른 목적은 배기 가스 또는 방출 가스가 촉매대를 통하여 원심방향으로 유동하는, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.It is another object of the present invention to propose a catalytic converter for use with an aesthetic or exhaust pipe of an automobile, in which exhaust gas or discharge gas flows centrifugally through a catalyst bed.

본 발명의 다른 목적은 가스와 촉매제의 접촉 표면적이 증가된, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.Another object of the present invention is to propose a catalytic converter for use with an aesthetic or exhaust pipe of an automobile, in which the contact surface area of gas and catalyst is increased.

본 발명에 따르면,According to the invention,

i) 공해물질이 포집되어 있는 배기 가스를 도입시키기위한 주입부, 세정된 배기 가스를 배출시키기위한 배출부를 가지며, 상기 주입부는 챔버의 한쪽 말단에 배치되어 있고, 배출부는 챔버의 반대편에 배치되어 있으며, 상기 주입부가 상기 배출부로부터 이격되어 있어 이 사이에 제1 및 제2 영역이 구획되어 있는 챔버;i) an inlet for introducing exhaust gas in which pollutants are collected, an outlet for discharging the cleaned exhaust gas, the inlet being disposed at one end of the chamber, the outlet being disposed opposite the chamber; A chamber in which the injection portion is spaced apart from the discharge portion and the first and second regions are defined therebetween;

ii) 제1 및 제2 영역이 구획되도록 상기 챔버내에서 서로 이격되어 수평한 관계로 배치되어 있는 제1 및 제2 콘;ii) first and second cones arranged in a horizontal relationship spaced apart from each other in the chamber such that the first and second regions are defined;

iii) 상기 제1 및 제2 콘 사이에 구획된 공간에 배치되어 있으며 상기 주입부를 통하여 챔버내로 도입된 배기 가스가 촉매대를 통하여 원심방향으로 유동하도록하는 촉매대;iii) a catalyst stage disposed in a space partitioned between the first and second cones to allow exhaust gas introduced into the chamber through the injection section to flow in a centrifugal direction through the catalyst stage;

iv) 배출부가 제공되어 있는 디퓨저 구획을 갖는 제2 영역;iv) a second region having a diffuser compartment provided with an outlet;

v) 제1 콘에서 상기 디퓨저 구획까지 연장되어 있으며, 챔버내로 도입된 배출 가스의 제트 효과를 감소시키는 원추형 부재를 포함하는, 엔진의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치가 제공된다.v) A catalytic converter is provided for use with an aesthetic or exhaust pipe of an engine, which extends from the first cone to the diffuser compartment and comprises a conical member that reduces the jet effect of the exhaust gases introduced into the chamber.

도면 1은 본 발명의 촉매 전환장치의 평면도이다.1 is a plan view of the catalytic converter of the present invention.

본 발명은 스파크 점화식 내부 연소 엔진용 원심방향 유동 원추형 촉매 전환장치에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 전환장치는 산화, 환원 또는 둘의 혼합 방법을 사용하여 이산화탄소, 수증기 및 산화질소와 같은 덜 유해한 생성물로 전환시키는 방법으로 일산화탄소, 비연소 탄화수소 및 아질소 산화물과 같은 유해 배기 가스를 저하시키기위한 촉매로서 펠릿/비드를 사용한다. 원추형 디자인은 컴팩트한 사이즈로 소형 차량의 소음기내의 장착이 용이하도록 하면서도 촉매에 대한 접촉 면적을 크게 한다.The present invention relates to a centrifugal flow cone catalytic converter for spark ignition internal combustion engines. The catalytic converter of the present invention reduces the harmful exhaust gases such as carbon monoxide, non-combustible hydrocarbons and nitrous oxide by converting to less harmful products such as carbon dioxide, water vapor and nitrogen oxide using oxidation, reduction or a mixture of the two. Pellets / beads are used as catalyst to make them. The conical design makes the compact area easy to mount in the muffler while increasing the contact area with the catalyst.

본 발명의 촉매 전환장치의 명백한 장점 중 하나는 컴팩트하여서 지금까지 공간 부족으로 인하여 촉매 전환장치를 장착할 수 없었던, 모터사이클 및 스쿠터와 같은 차량에 사용할 수 있는 구조를 갖는다는 것이다.One of the obvious advantages of the catalytic converter of the present invention is that it has a structure that can be used in vehicles such as motorcycles and scooters, which are compact and have not been able to be equipped with catalyst converters until now due to lack of space.

본 발명의 목적 및 장점은 첨부되는 도면과 관련하여 숙독시 기술 내용으로부터 더욱 자명해질 것이다.The objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following description when read in conjunction with the accompanying drawings.

도면 1에서, 촉매 전환장치 9는 콘 10과 12를 통하여 제2 영역 B로부터 분리된 제1 영역 A를 갖는 챔버 8을 포함한다.In FIG. 1, the catalytic converter 9 comprises a chamber 8 having a first zone A separated from the second zone B via cones 10 and 12.

상세하게 설명하면, 본 발명의 촉매 전환장치 9는 상기 챔버 8의 제1 영역 A에 제공되어 있는 제1 또는 내부 콘 10을 포함한다. 본 전환장치는 촉매대 23에 대해 이들 사이에 공간을 구획하도록 제1 콘 10으로부터 이격된 제2 콘 12를 포함한다. 그러나, 촉매대 23의 활성부는 콘 10과 12 사이에 구획된 공간의 전체 길이를 따라 연장되어 있지는 않다. 사실 폐쇄부 15는 불활성 폐쇄 영역 39를 구획하도록 촉매대 23의 한쪽 말단에 근접하여 있다. 번호 11은 불활성 영역 39의 길이를 나타낸다.Specifically, the catalytic converter 9 of the present invention comprises a first or inner cone 10 provided in the first region A of the chamber 8. The diverter includes a second cone 12 spaced from the first cone 10 to partition the space therebetween with respect to the catalyst stage 23. However, the active portion of the catalyst zone 23 does not extend along the entire length of the space partitioned between cones 10 and 12. In fact, the closure 15 is proximate one end of the catalyst stage 23 to define the inert closure region 39. Number 11 represents the length of the inactive region 39.

촉매 전환장치 9의 주입부 또는 전단부는 다수의 이격된 개구부 19를 갖고 있는 내부벽 18을 갖는다. 배출 또는 배기 가스는 개구부 19를 통하여 챔버 8로 들어가게 된다.The injection or front end of the catalytic converter 9 has an inner wall 18 having a plurality of spaced openings 19. Exhaust or exhaust gas enters chamber 8 through opening 19.

도면 1에 나타낸 바와 같이, 내부 또는 제1 콘 10은 영역 13을 구획하도록 제2 영역 B로 연장되어 있다. 영역 13내의 콘 10의 벽표면은 배기 가스가 영역 B로 유동되는 것을 방지하기 위하여 밀폐된 표면을 갖는다. 몇몇 명백한 장점은 첫째로 영역 13의 존재 및 둘째로 영역 B내에 영역 13이 위치하고 있다는 것과 관련있다. 상기와 같은 장점 중 하나는 영역 13이 촉매대 23을 통한 배기 가스의 유동 패턴을 방해하지 않는다는 것이다. 배기 가스가 영역 A로 도입될 때, 가스는 대략 250 ℃의 온도를 갖지만, 촉매대에 접촉시 대략 1000 ℃로 상승된다. 상기와 같이 심각한 상태의 온도 상승과 배기 가스중에 포집되어 있는 공해물질의 효과적인 제거를 위하여, 촉매대를 통과하는 가스의 유동이 균일한 것이 바람직하며, 이는 영역 13과 폐쇄 영역 39에 의해 용이하게 된다. 영역 13에 의해 제공되는 다른 장점은 가스 유동 패턴에 있어서의 변화가 무시할 정도라는 것이다. 유동 패턴에 있어서 실질적인 변화는 촉매대의 안정성과 성능에 영향을 줄 수 있으며, 특히 가스의 분포가 균질하지 않을 경우 그러하다. 또한, 영역 13의 벽이 경사지게 되면서 한점으로 모아지게 됨에 따라, 가스 스트림이 작용함으로써 벽에 가해지는 힘이 직선벽과 비교하여 감소된다. 또한 다른 고려되어야하는 인자는 배압이다. 영역 13이 전면 18로부터 멀리 위치하기 때문에, 엔진에 배압이 작용하지 않는다.As shown in FIG. 1, the inner or first cone 10 extends into the second region B to partition the region 13. The wall surface of cone 10 in zone 13 has a closed surface to prevent exhaust gas from flowing into zone B. Some obvious advantages relate firstly to the presence of zone 13 and secondly to the location of zone 13 in zone B. One such advantage is that zone 13 does not interfere with the flow pattern of the exhaust gas through catalyst bed 23. When the exhaust gas is introduced into zone A, the gas has a temperature of approximately 250 ° C., but rises to approximately 1000 ° C. upon contact with the catalyst bed. In order to achieve such a severe temperature rise and effective removal of pollutants trapped in the exhaust gas, it is preferable that the flow of gas through the catalyst stage is uniform, which is facilitated by the region 13 and the closed region 39. . Another advantage provided by zone 13 is that the change in gas flow pattern is negligible. Substantial changes in the flow pattern can affect the stability and performance of the catalyst bed, especially if the distribution of gases is not homogeneous. In addition, as the wall of region 13 is inclined and collected at one point, the force applied to the wall by the action of the gas stream is reduced compared to the straight wall. Another factor that should also be considered is back pressure. Since zone 13 is located far from front 18, no back pressure is applied to the engine.

제1 콘 10과 제2 콘 12는 각각 다수의 이격된 개구부 6과 7을 갖는다. 그러나, 개구부 6과 7은 서로 비틀린 관계로 제공된다. 또한, 개구부 6의 피치는 개구부 7의 피치와 상이하다. 따라서, 배기 가스는 화살표 37로 나타낸 바와 같이 촉매대 23에 들어가 화살표 38로 나타낸 바와 같은 방식으로 개구부 7을 통하여 배출된다. 상기와 같은 개구부 6과 7을 제공하는 방식은 촉매대 23내에서의 가스의 접촉 기간을 증가시킨다. 콘 10과 12는 동시에 배기 가스가 원심방향으로 유동되도록 한다.The first cone 10 and the second cone 12 each have a plurality of spaced apart openings 6 and 7. However, openings 6 and 7 are provided in a twisted relationship with each other. In addition, the pitch of the opening part 6 is different from the pitch of the opening part 7. Therefore, the exhaust gas enters the catalyst stage 23 as indicated by arrow 37 and is discharged through the opening 7 in the manner as indicated by arrow 38. Providing such openings 6 and 7 increases the contact period of the gas in the catalyst zone 23. Cones 10 and 12 simultaneously allow the exhaust gas to flow in the centrifugal direction.

전면 18은 촉매대 23 중으로 촉매를 도입시키기 위한 공급 주입관 34에 연결된 개구부 33을 갖는다.Front face 18 has openings 33 connected to feed inlet tube 34 for introducing catalyst into catalyst stage 23.

촉매 전환장치의 측벽 22는 용접 이음부 21에 의해 전면벽 18에 용접되어 있다. 유사하게, 스트립 17은 용접 이음부 54를 통하여 제2 콘 12에 용접되어 있다. 스트립 17은 전면 지지체 24 및 배면 지지체 31에 대한 전면 말단에 고정되어 있다. 스트립 17은 촉매대 23내에 공간 41 내지 44를 구획한다. 배면 지지체 31은 촉매 공급 영역 40을 구획한다.The side wall 22 of the catalytic converter is welded to the front wall 18 by a weld seam 21. Similarly, strip 17 is welded to second cone 12 through weld seam 54. The strip 17 is fixed to the front end to the front support 24 and the rear support 31. Strip 17 partitions spaces 41 to 44 within catalyst bed 23. The back support 31 partitions the catalyst feed zone 40.

내부 콘 10과 외부 콘 12는 용접 이음부 45에서 스트립 14에 용접되어 있다.The inner cone 10 and the outer cone 12 are welded to strip 14 at the weld seam 45.

영역 B는 배출부 47로 모이게 되는 경사진 벽 46을 갖는 디퓨저 29에 구획되어 있다. 디퓨저 29는 전환장치의 구성원으로서 주입 말단에서 챔버 8의 직경에 대응하는 직경을 갖는다. 디퓨저 29는 용접 이음부 30을 통하여 벽 22에 용접되어 있다.Zone B is partitioned in diffuser 29 with an inclined wall 46 that collects into outlet 47. The diffuser 29 is a member of the diverter and has a diameter corresponding to the diameter of the chamber 8 at the injection end. The diffuser 29 is welded to the wall 22 through the weld seam 30.

가스의 1차 팽창은 챔버 48에서 일어나 가스가 팽창함에 따라 가스의 온도가 떨어진다. 2차 팽창은 디퓨저 29중의 방출부 및 배출부 47에서 일어난다.The primary expansion of the gas occurs in chamber 48 and as the gas expands the temperature of the gas drops. Secondary expansion occurs at the outlet and outlet 47 in the diffuser 29.

본 발명의 촉매 전환장치는 원추형 디자인의 컴팩트한 사이즈로, 지금까지 공간 부족으로 인하여 촉매 전환장치를 장착할 수 없었던, 모터사이클 및 스쿠터와 같은 소형 차량의 소음기내 장착이 용이하다.The catalytic converter of the present invention has a compact size with a conical design and is easy to mount in a silencer of small vehicles such as motorcycles and scooters, which has not been able to be equipped with a catalytic converter due to lack of space until now.

Claims

i) an inlet for introducing exhaust gas in which pollutants are collected, an outlet for discharging the cleaned exhaust gas, the inlet being disposed at one end of the chamber, the outlet being disposed opposite the chamber; A chamber in which the injection portion is spaced apart from the discharge portion and the first and second regions are defined therebetween;

ii) first and second cones arranged in a horizontal relationship spaced apart from each other in the chamber such that the first and second regions are defined;

iii) a catalyst stage disposed in a space partitioned between the first and second cones to allow exhaust gas introduced into the chamber through the injection section to flow in a centrifugal direction through the catalyst stage;

iv) said second region having a diffuser compartment provided with an outlet;

v) Catalytic converter for use with the aesthetic or exhaust pipe of the engine, extending from the first cone to the diffuser compartment and including a conical member that reduces the jet effect of the exhaust gases introduced into the chamber.

2. The catalytic converter of claim 1, wherein a plurality of spaced apart holes in the first and second cones are arranged in a relationship in which the holes in the first cone are twisted with respect to the holes.

3. The catalytic converter of claim 2 wherein the pitch of the holes of the first cone is different from the pitch of the holes of the second cone.

4. The catalytic converter of claim 3 wherein said aperture is provided along only a portion of the length of said cone to have an active catalyst zone in the cone.

5. The catalytic converter of claim 4 wherein the wall surfaces of the first and second cones, except for the active catalyst zone, are enclosed to partition a catalyst reservoir.

2. The catalytic converter of claim 1 wherein the conical member is spaced apart from the outlet of the chamber.

The catalytic converter of claim 1, wherein the diffuser chamber has a wall that converges to one point.

2. The catalytic converter of claim 1 wherein said catalyst stage has a strip defining a plurality of spaces.