KR20030048173A - 촉매 담체의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매 담체의 성능이 향상되도록 하기 위해 촉매 담체의 표면에 다수의 불규칙한 기포가 형성된 촉매 담체의 구조에 관한 것으로,

캔의 내부에 배기가스가 통과될 수 있도록 허니컴 형상의 채널이 주기적으로 형성되고, 채널을 이루는 망체의 벽면에 세라믹으로 도표된 세라믹층이 형성되며, 상기 세라믹측의 외벽에는 귀금속으로 도포된 촉매층이 형성되어, 배기가스를 정화하기 위한 촉매 담체에 있어서,

상기한 세라믹층에 미세한 다수의 기포가 불규칙적으로 형성되고, 불규칙면인 세라믹층의 외측벽에 촉매층이 형성되도록 하므로서 촉매의 유용면적이 확대되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

촉매 담체의 구조{Apparatus of catalytic substrate}

본 발명은 촉매 담체의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 담체의 성능이 향상되도록 하기 위해 촉매 담체의 표면에 다수의 불규칙한 기포가 형성된 촉매 담체의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매변환기(Catalytic converter)로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 배기파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기한 촉매변환기는 매연여과장치(DTF, Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배출가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다. 그리고 상기한 촉매변환기 내부에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하기 위한 촉매 담체가 형성된다.

상기와 같은 촉매 담체의 종류에는 그 구성상의 특징에 따라서 펠릿형, 세라믹 허니컴형, 금속 와이어형 등이 있다.

우선, 펠릿형 담체는 세라믹으로 된 다수의 작은 구슬을 금형으로 찍어서 캔 속에 넣어 그 사이로 배기가스가 통과되도록 구성된다. 이와 같은 펠릿형 촉매 담체는 허니컴형 담체에 비하여 배기가스의 압력이 많이 걸리게 되므로 최근에는 거의 사용되지 않고 있다.

그리고 세라믹 허니컴형 담체는 그 재질은 내열성이 높은 마그네슘-알미늄 실리케이트가 주성분이고, 그 형상은 수천개의 벌집형 통로가 형성되어 그 사이로 배기가스가 통과되도록 구성된다. 그런데 상기한 세라믹 허니컴형 담체는 진동이나 충격에 약하기 때문에 캔과 담체 사이에는 금속섬유 등과 같은 탄성물질의 패드가 형성된다. 이 탄성물질의 패드는 자동차 운전 중 담체와 캔의 팽창계수를 보상해주며 기계적 응력을 흡수하게 된다. 이와 같은 세라믹 허니컴형은 최근 가장 많이 사용되고 있는 촉매 담체의 형식이다.

그리고 금속와이어 담체는 0.5mm~1mm 정도의 가는 내열, 내부식성의 철선으로 원통형으로 감거나 짠 그물망의 띠를 감아서 만든 것으로, 그 표면에 촉매 물질을 도포하여 그곳으로 배기가스가 통과되도록 구성되는 것이다. 따라서 세라믹 담체에 비해 작동온도에 도달하는 시간이 상당히 단축되고, 열전도율이 높기 때문에 용융위험이 적다. 또한 금속와이어 담체는 배압의 감소, 단위 체적당 표면적의 증대, 높은 열전도율, 낮은 비열 등의 장점이 있다. 그러나 가격이 비싸고, 고온 부식의 위험이 있으며, 정지 출발을 반복하는 경우엔 낮은 비열 때문에 촉매가 쉽게 냉각된다는 등의 단점이 있다.

도 2는 일반적인 세라믹 허니컴형 촉매 담체를 도시한 것으로서, 촉매 변환기(10)의 하우징(11) 내측에 촉매 담체(20)가 형성되고, 상기 촉매 담체(20)와 하우징(11) 사이에는 탄성물질인 패드(12)가 형성된다. 특히, 상기한 촉매 담체(20)는 원통형의 캔(21) 내부에는 주기적으로 막혀 있는 다수의 채널(22)이 마련되도록 금속이나 파이버 재질로 망체(23)가 형성되는데, 상기 망체(23)는 다수의 원주가 형성되고 각 원주와 원주 사이의 틈이 지그재그로 연결된 형상으로 이루어진다. 그리고 상기한 망체(23)의 벽에는 세라믹층(24)이 도포되며, 상기 세라믹층(24)의 외측에는 귀금속인 촉매층(25)이 도포된다.

따라서 각 채널(22) 입구로 들어온 배기가스는 채널(22)을 통과하면서 상기한 촉매층(25)에 입자상 물질이 포집되고, 포집된 입자상 물질은 재생과정을 거쳐 산화되거나 환원되어진다.

그러나, 상기와 같이 형성되는 세라믹 허니컴형 촉매 담체의 경우는 패드로써 충격흡수를 어느정도 방지한다 하더라도 실제 차량의 운행 중에 연성은 작고, 경고가 큰 재질의 특성 때문에 작은 충격에도 파손되는 경우가 많다. 또한 세라믹담체부위가 파손되는 경우에 차량 운행 중 캔과 부딪치는 소음 때문에 대개의 운전자들은 촉매 전체를 교환해서 사용하게 되는데, 담체 파손이 배기가스 정화능력을 떨어뜨리는 것이 아님에도 이 때문에 값비싼 귀금속 성분의 촉매 담체를 교환하는 것은 자원절약 측면에서 손실이 아닐 수 없다. 또한, 파손된 담체 자체가 배기가스 정화방향의 방향성을 잃어버려 파손된 경우 정화능력이 떨어질 수도 있다. 그리고 담체 셀의 단면적은 증가시키면서 뼈대가 되는 망체의 두께는 줄이는 것이 촉매 담체의 성능을 높이기 위한 기술적인 과제임에도 불구하고 담체 셀의 단면적을 향상시키는 데에는 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 촉매 담체의 성능이 향상되도록 하기 위해 촉매 담체의 표면에 다수의 불규칙한 기포가 형성된 촉매 담체의 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

캔의 내부에 배기가스가 통과될 수 있도록 허니컴 형상의 채널이 주기적으로 형성되고, 채널을 이루는 망체의 벽면에 세라믹으로 도표된 세라믹층이 형성되며, 상기 세라믹측의 외벽에는 귀금속으로 도포된 촉매층이 형성되어, 배기가스를 정화하기 위한 촉매 담체에 있어서,

상기한 세라믹층에 미세한 다수의 기포가 불규칙적으로 형성되고, 불규칙면인 세라믹층의 외측벽에 촉매층이 형성되도록 하므로서 촉매의 유용면적이 확대되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 촉매 담체의 촉매층을 확대도시한 도면.

도 2는 일반적인 세라믹 허니컴형 촉매 담체를 도시한 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 촉매 변환기 11 : 하우징

12 : 패드 30 : 촉매 담체

31 : 캔 32 : 채널

33 : 망체 34 : 세라믹층

35 : 기포 36 : 촉매층

본 발명에 따른 촉매 담체의 구성과 작용을 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 촉매 담체의 촉매층을 확대도시한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성된 촉매 담체를 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래 기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.

상기한 촉매 담체(30)는 종래와 같이 촉매 변환기(10)의 하우징(11) 내에 수용되고, 상기 하우징(11)과 촉매 담체(30) 간에는 충격완화를 위한 패드(12)가 형성된다.

상기한 촉매 담체(30)는 종래와 같이 원통형의 캔(31)으로 케이스가 형성되고, 상기한 캔(31)의 내부에는 배기가스가 통과되는 다수의 채널(32)이 허니컴 형상으로 형성된다.

즉, 상기한 채널(32)이 이루어지도록 종래와 같이 캔(31) 내부에 금속 재질이나 파이버 재질로 다수의 원주가 일정간격으로 형성되고, 원주 사이의 간격에는 지그재그 형상으로 연결되어 망체(33)가 형성된다.

그리고 상기한 채널(31)을 이루는 망체(32)의 벽면에는 종래와 같이 세라믹층(34)이 형성되는데, 본 발명에 의한 세라믹층(34)의 표면 및 단면에는 종래와는 달리 다수의 기포(35)가 미세한 크기로 불규칙적으로 형성된다. 따라서 세라믹층(34)의 표면은 종래의 경우처럼 매끄러운 형상을 하는 것이 아니라 도면에서와 같이 울퉁불퉁하게 불규칙면으로 형성된다.

상기와 같이 세라믹층(34)에 기포를 형성하는 방법은 기계적인 교반에 의한 발포법, 반응생성가스 이용법, 발포제 이용법, 가용성 물질제거 방법, 스프레이에 의한 방법, 초미세 발포공정 등이 이용될 수 있는데, 그 중에서도 불규칙적이고 미세한 기포가 형성되도록 하기 위해서는 초미세 발포공정을 이용하는 것이 바람직하다. 참고로 상기한 초미세 발포공정의 특징은 단위부피 내에 일반적인 기포보다 훨씬 작은 기포를 강제적으로 생성시켜서 재료의 중량은 가볍게 하고 강성은 유지시키는데 있다.

그리고 상기와 같이 불규칙적인 면으로 형성된 세라믹층(34)에는 백금, 라듐, 파라듐 등의 귀금속을 얇게 입힌 촉매층(36)이 형성된다.

이상과 같이 형성된 촉매 담체의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진의 연소실에서 발생된 배기가스는 배기계를 통해 상기한 촉매변환기(10)로 유입되고, 촉매변환기(10) 내에 수용된 촉매 담체(30)에 의해 유해성분이 산화 및 환원되어진다.

이 과정에서 본 발명에 의한 촉매 담체(30)의 경우는 촉매층(36)에 다수의 기포(35)가 불규칙적으로 형성되어 그 표면적이 종래에 비해서 훨씬 증대되므로서, 촉매 유용면적이 증대로 이어져 촉매 성능이 크게 향상되어진다.

그리고 세라믹층(34) 및 촉매층(36)의 내충격성이 증대되므로서 촉매 담체(30)의 전반적인 수명이 연장되는 효과가 있게 되며, 촉매 활성화 온도에 도달하는 시간이 단축되므로서 냉시동시 발생하는 유해 배기가스의 저감 효과가 있게된다.

따라서 본 발명에 의한 촉매 담체는 세라믹층에 불규칙적이고 미세한 다수의 기포가 형성되어 촉매층의 단면적 크기가 종래에 비해 훨씬 크게 형성되므로서 촉매 성능이 크게 향상될 뿐만 아니라, 촉매의 내충격성을 향상시키게 되어 촉매 담체의 수명이 연장되며, 촉매 활성화 온도에 도달하는 시간이 단축되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 캔의 내부에 배기가스가 통과될 수 있도록 허니컴 형상의 채널이 주기적으로 형성되고, 채널을 이루는 망체의 벽면에 세라믹으로 도표된 세라믹층이 형성되며, 상기 세라믹측의 외벽에는 귀금속으로 도포된 촉매층이 형성되어, 배기가스를 정화하기 위한 촉매 담체에 있어서,

   상기한 세라믹층(34)에 미세한 다수의 기포(35)가 불규칙적으로 형성되고, 불규칙면인 세라믹층(34)의 외측벽에 촉매층(36)이 형성되도록 하므로서 촉매의 유용면적이 확대되도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 담체의 구조.