KR20030096888A - 자동차용 촉매 에이징 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 촉매 에이징 시험장치에 관한 것으로서, 대기정화 라디에이터의 오존 활성을 실차 에이징(aging)상태와 동일한 조건으로 구현할 수 있는 고속 에이징 장치를 개발하여 촉매의 저항과 코팅층의 두께 및 오존 활성 간의 상관 관계 분석을 위해 차량에서 코팅층의 두께가 감소하는 것과 유사하게 코팅층의 마모를 촉진시킴으로써, 오존 정화 효율을 평가할 수 있는 촉매 에이징 시험 시간을 단축시켜 촉매의 성능변화를 빠른 시간 내에 알 수 있고, 그로 인해 시험 코스트를 저감시킬 수 있는 자동차용 촉매 에이징 시험장치에 관한 것이다.

Description

자동차용 촉매 에이징 시험장치{Device for aging catalyst for automobile}

본 발명은 자동차용 촉매 에이징 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대기정화 라디에이터의 오존 활성을 실차 에이징(aging)상태와 동일한 조건으로 구현할 수 있는 고속 에이징 장치를 개발하여 촉매의 저항과 코팅층의 두께 및 오존 활성 간의 상관 관계 분석을 위해 차량에서 코팅층의 두께가 감소하는 것과 유사하게 코팅층의 마모를 촉진시킴으로써, 오존 정화 효율을 평가할 수 있는 촉매 에이징 시험 시간을 단축시켜 촉매의 성능변화를 빠른 시간내에 알 수 있고, 그로 인해 시험 코스트를 저감시킬 수 있는 자동차용 촉매 에이징 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대기정화용 라디에이터는 오존저감 촉매를 로봇이 스프레이 분사방식으로 상기 라디에이터에 코팅하는 것으로서, 오존저감 촉매가 코팅된 라디에이터는 주행 중, 라디에이터에 유입되는 공기 중의 오존을 산소로 분해시켜 대기중의 오존을 정화시킴으로써, 대기를 정화하는 바, 상기 대기정화용 라디에이터는 현재 배기 규제인 SULEV 인증 시, 대기중의 오존 정화 정도에 따라, NMOG CREDIT부여를 미국 CARB 및 EPA에서 검토 중이다.

상기 라디에이터에 코팅된 오존저감 촉매는 실차 운행 시, 시간에 따라 바람, 먼지, 모래 등에 의해서 차츰 코팅층이 벗겨져 코팅층의 두께가 감소하고, 상기 코팅층의 두께가 감소함에 따라 오존정화 효율이 감소하게 되어 있다.

미국 CARB 및 EPA에서 NMOG CREDIT를 부여할 시, 코팅 초기 및 150,000 마일 운행 후의 오존 정화 효율을 측정하여 그때의 오존 정화 효율을 기준으로 NMOGCREDIT를 부여하도록 되어 있다.

또한, 대기정화 라디에이터가 정상적으로 대기중의 오존을 저감하고 있는지, 아닌지를 판단하여 계기판에 표시해주는 장치인 OBD(On-Board Diagonostics)시스템 장착을 의무화하여 NMOG CREDIT를 부여하도록 되어 있는 바, 상기 OBD시스템은 차량의 파워 트레인 시스템(power train system) 중, 배출가스에 영향을 주는 각종 부품 및 시스템에 대한 자기고장 진단시스템으로서, 부품이 고장 또는 비 정상 작동으로 배기가스가 규제치의 일정 수준을 초과하는 결함 발생 시, 사전 경고로 대기오염을 억제할 수 있는 것으로서, 사전 경고는 차량의 계기판에 점등하여 운전자에게 알려주게 된다.

한편, 이와 같은 OBD시스템은 촉매 코팅층의 저항을 측정하는 시스템으로, 상기 촉매 코팅층의 저항을 측정하면 코팅층의 두께를 판단할 수 있고, 코팅층의 두께를 판단하면, 오존 정화율을 예측할 수 있으므로 대기정화 라디에이터의 정상작동 여부도 판단이 가능하게 된다.

이러한 촉매 코팅층의 저항 측정방법은 라디에이터에 코팅하는 것과 같이, PCB 기판에 오존저감 촉매를 코팅하여 저항을 측정하는 바, 상기 라디에이터와 PCB 기판에 코팅한 오존저감촉매의 코팅층의 두께는 시간이 지남에 따라 동일하게 줄어들게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅층의 두께가 일정이하가 되면 저항이 급속히 증가하게 되어 오존정화능력이 떨어지게 되므로 결과적으로, 오존 정화율을 예측 가능하게 되어 대기정화 라디에이터의 정상작동 여부를 판단할 수 있게 된다.

한편, 이러한 NMOG CREDIT 획득을 위한 기본 요건 중, 하나인 실차상태에서150,000 마일을 운행한 후, 오존 정화 효율을 평가하는 것은 너무 많은 개발 비용 및 시간이 필요한 문제점이 있다.

따라서, 오존 저감 물질이 코팅된 라디에이터를 실차상태와 비슷하거나, 또는 더 가혹한 조건에서 코팅층이 제거되도록 하는 장치의 개발이 불가피한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 대기정화 라디에이터의 오존 활성을 실차 에이징(aging)상태와 동일한 조건으로 구현할 수 있는 고속 에이징 장치를 개발하여 촉매의 저항과 코팅층의 두께 및 오존 활성 간의 상관 관계 분석을 위해 차량에서 코팅층의 두께가 감소하는 것과 유사하게 코팅층의 마모를 촉진시킴으로써, 오존 정화 효율을 평가할 수 있는 촉매 에이징 시험 시간을 단축시켜 촉매의 성능변화를 빠른 시간내에 알 수 있고, 그로 인해 시험 코스트를 저감시킬 수 있는 자동차용 촉매 에이징 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치로 에이징한 후, 오존 활성의 변화를 나타내는 그래프

도 3은 유속 6m/s로 10시간씩 에이징한 후, 코팅층의 두께 및 활성을 측정한 그래프

도 4는 촉매의 저항 및 코팅층 두께의 상관관계를 나타내는 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 촉매 에이징 시험장치 11 : 흡입구

12 : 배출구 13 : 진공 펌프

13a : 임펠러 14 : 챔버

15 : 호스 16 : 라디에이터 시편

17 : 유속 측정수단

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치는 흡입구(11)와 배출구(12)를 구비한 진공 펌프(13)와;

상기 진공 펌프(13)를 포함하면서 미세파우더가 수용가능한 챔버(14)와;

상기 진공 펌프(13)의 상기 배출구(12)와 연결되는 동시에 상기 챔버(14)와 연결되며, 내부에는 라디에이터 시편(16)이 내장되고, 그 전방에 유속 측정수단(17)이 장착된 호스(15)로 이루어져서, 진공 펌프(13)의 작동에 의한 미세파우더의 유동을 이용하여 상기 라디에이터 시편(16)의 코팅층을 강제 파손시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 배출구(12)의 단면적비는 5 : 1 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유속 측정수단(17)은 공기가 센서를 지나가면서 상기 센서의 온도를 떨어뜨리는 정도를 감지해 유속으로 변형시키는 계측장치인 열선 풍속계(hot wire anemometer)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 진공 펌프(13)는 유속의 증감 및 일정치 유지를 위해 출력을 가변시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치로 에이징한 후, 오존 활성의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 3은 유속 6m/s로 10시간씩 에이징한 후, 코팅층의 두께 및 활성을 측정한 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 촉매의 저항과 코팅층의 두께 및 오존 활성간의상관관계 분석을 위해 차량에서 코팅층의 두께가 감소하는 것과 동일하게 코팅층의 마모를 촉진시킬 수 있는 촉매 에이징 시험장치(10)에 관한 것이다.

상기 촉매 에이징 시험장치(10)의 필요조건으로는 일정한 조건 즉, 유속 및 입자가 유지되어야 하고, 오랜시간 동안 에이징(aging)되어야 하므로 연속적이어야 하며, 일정 조건을 측정할 수 있어야 하고, 실차 조건과 동일한 상태이어야 한다.

이러한 필요조건을 갖는 촉매 에이징 시험장치(10)는 흡입구(11)와 배출구(12)를 구비한 진공 펌프(13)가 사각형상의 챔버(14) 내에 설치되어 있으며, 호스(15)가 상기 배출구(12)와 연결되는 동시에 상기 챔버(14)와 연결되어 챔버(14)에서 배출구(12)로 배출된 미세파우더가 다시 챔버(14)로 유입되어 순환할 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 호스(15)에는 라디에이터 시편(16)이 내장되고, 그 전방에는 유속 측정수단(17)이 장착되어 있어서, 진공 펌프(13)의 출력 증감에 따라 상기 라디에이터 시편(16)을 통과하는, 미세파우더가 포함된 공기의 속도를 측정할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 배출구(12)의 단면적은 흡입구(11)의 단면적보다 작은 크기로 되어 있으며, 그 단면적비는 5 : 1 로서, 베르누이 원리에 의해 배출되는 미세파우더가 포함된 공기의 유속을 빠르게 한다.

상기 유속 측정수단(17)은 열선 풍속계(hot wire anemometer)로 공기가 센서를 지나가면서 상기 센서의 온도를 떨어뜨리는 정도를 감지해 유속으로 변형시키는 계측장치로서, 항상 일정한 유속하에서 에이징이 가능하도록 되어 있다.

다음에는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 작동원리에 대해 설명하기로 한다.

진공 펌프(13)를 펌핑시켜, 챔버(14) 내에 있는 미세파우더(20㎛의 알루미나)를 상기 진공 펌프(13)의 흡입구(11)로 흡입한 후, 진공 펌프(13) 내부를 통과시키고, 배출구(12)로 배출시킨다.

이때, 배출구(12)의 단면적이 흡입구(11)의 단면적보다 작아서 미세파우더가 포함된 공기의 유속이 빠르게 된다.

상기 배출구(12)에서 배출된 미세파우더가 포함된 공기는 라디에이터 시편(16)을 통과하여 라디에이터 시편(16)에 코팅되어 있는 촉매의 코팅층을 마모시킨다.

이때, 강제적으로, 상기 코팅층을 마모되도록 하여 오존 활성을 고속으로 감소시키게 되며, 상기 챔버(14) 내에서 미세파우더가 포함된 공기가 순환되므로 연속적으로 에이징을 할 수 있게 되어 단시간에 촉매의 노화를 촉진시킬 수 있다.

또한, 라디에이터 시편(16) 전방에 유속 측정수단(17)을 장착하여 상기 라디에이터 시편(16)을 통과하는 미세파우더가 포함된 공기의 속도를 측정할 수 있으며, 진공 펌프(13)의 유속의 증감 및 일정치 유지를 위해 상기 진공 펌프(13)의 출력을 가변시킬 수 있도록 되어 있다.

따라서, 반복적인 시험으로 소정 거리를 운행한 효과를 얻을 수 있고, 또 반복되는 시간이 더 경과되면 그 이상의 거리를 운행한 후의 촉매 상태와 동일한 상태의 촉매를 얻을 수 있다.

도 2는 고속 에이징 장치로 에이징한 후, 오존 활성의 변화를 나타낸 것으로서, 오존 활성 평가 시험조건으로서, 20시간동안 20㎛의 알루미나를 분말로 사용한 경우, 온도 75°, 유속 5mile/h, 노점 15도, 오존 농도 250ppb로서 정화율은 초기 250ppb의 농도가 라디에이터 시편을 통과하여 줄어든 농도를 백분율로 나타낸 것이다.

또한, 도 3은 유속 6m/s로 10시간씩 에이징한 후, 촉매의 저항과 코팅층의 두께 및 활성을 측정한 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 촉매 에이징 시험장치는 차량을 수개월에서 수년동안 운행하지 않고도 짧은 시간내에 동일한 촉매의 노화정도를 알 수 있으므로 그로 인해 시험 코스트를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 흡입구(11)와 배출구(12)를 구비한 진공 펌프(13)와;

   상기 진공 펌프(13)를 포함하면서 미세파우더가 수용가능한 챔버(14)와;

   상기 진공 펌프(13)의 상기 배출구(12)와 연결되는 동시에 상기 챔버(14)와 연결되며, 내부에는 라디에이터 시편(16)이 내장되고, 그 전방에 유속 측정수단(17)이 장착된 호스(15)로 이루어져서, 진공 펌프(13)의 작동에 의한 미세파우더의 유동을 이용하여 상기 라디에이터 시편(16)의 코팅층을 강제 파손시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 촉매 에이징 시험장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배출구(12)의 단면적비는 5 : 1 인 것을 특징으로 하는 자동차용 촉매 에이징 시험장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 유속 측정수단(17)은 공기가 센서를 지나가면서 상기 센서의 온도를 떨어뜨리는 정도를 감지해 유속으로 변형시키는 계측장치인 열선 풍속계(hot wire anemometer)인 것을 특징으로 하는 자동차용 촉매 에이징 시험장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 진공 펌프(13)는 유속의 증감 및 일정치 유지를 위해 출력을 가변시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 촉매 에이징 시험장치.