KR200484177Y1 - 촉매 컨버터 - Google Patents

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KR200484177Y1 KR2020150008374U KR20150008374U KR200484177Y1 KR 200484177 Y1 KR200484177 Y1 KR 200484177Y1 KR 2020150008374 U KR2020150008374 U KR 2020150008374U KR 20150008374 U KR20150008374 U KR 20150008374U KR 200484177 Y1 KR200484177 Y1 KR 200484177Y1
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점보마우 테크놀로지 코., 엘티디.
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Abstract

본 고안에 의해 제공되는 촉매 컨버터는 제1케이스, 제1허니콤 담체, 제1케이스와 연결되는 다수의 제2케이스들 및 제2허니콤 담체들을 포함한다. 제1허니콤 담체는 다수의 제1금속시트들 및 제1촉매층을 포함하고, 제1금속시트들은 제1케이스 내에 배치됨으로써 제1케이스 내에 다수의 제1채널들을 형성하며, 제1촉매층은 제1금속시트들 상에 형성된다. 각각의 제2허니콤 담체들은 제1허니콤 담체와 유사한 구조를 갖는다. 제1촉매층 및 제2촉매층의 재료는 백금, 팔라듐 및 로듐을 포함한다. 배기 가스는 제1촉매층 및 제2촉매층에 의해 산화 환원 반응을 거쳐 높은 온도에서 연소됨으로써, 디젤 엔진에서 나온 유해 성분들이 방출되는 것을 감소시킨다.

Description

촉매 컨버터 {CATALYTIC CONVERTER}
본 고안은 촉매 컨버터, 더욱 자세하게는 디젤 엔진용 촉매 컨버터에 관한 것이다.
엔진은 발전기, 항공기, 자동차 및 오토바이 등과 같은 다양한 차량에 사용되는 일반적이고 현대적인 동력 장치이다. 예컨대, 디젤 자동차를 타게 되면 디젤 엔진이 동력원이 된다. 디젤 엔진 내에서 디젤 연료가 연소됨에 따라 열과 가스를 생산함으로써, 디젤 자동차를 구동시키도록 구성된다.
디젤 연료의 불완전 연소가 발생할 경우, 일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물과 함께 2.5 마이크로 미터 미만의 입자 크기를 갖는 부유 입자 물질(suspended particulate matter)이 방출되게 된다. 이러한 혼합물로 구성된 배기 가스는 가시성 및 공기 품질을 악화시키는 한편, 악취와 함께 인간의 호흡기 계통을 위협하게 된다. 또한 배기 가스에 장기간 노출될 경우 알레르기, 천식 및 폐기종의 발생 증가를 불러올 수 있다.
불완전 연소에 의해 발생되는 문제점들의 완화를 위해, 일반적으로 디젤 엔진과 배기관 사이에 미립자 필터(particulate filter)를 설치한다. 배기 가스의 성분들은 배기 가스 방출을 감소시키기 위한 필터에 흡착된다. 그러나, 일정 기간이 경과한 후에는 필터에 많은 양의 애쉬(ash)들이 축적되게 된다. 축적된 애쉬들이 소거되지 않을 경우, 이들은 배기 가스의 방출을 저해함으로써, 엔진 효율의 저하와 함께 디젤 엔진의 연료 소모량을 증가를 불러올 수 있다.
흡착에 의해 배기 가스의 방출이 감소되는 단점을 극복하기 위해, 본 고안에서는 전술한 문제점들을 미연에 방지하거나 완화할 수 있는 촉매 컨버터를 제공한다.
본 고안의 목적은 상술된 문제점들을 극복하기 위해, 450℃ 이상의 높은 온도에서 배기 가스를 정화 및 연소시킴으로써 배기 가스 내 유해 성분의 배출을 감소시키기 위한 것이다.
본 고안에 따라 제공되는 촉매 컨버터는 제1케이스; 제1케이스 내에 배치되는 제1허니콤 담체(honeycomb carrier); 제1케이스에 연결되는 다수의 제2케이스들; 및 제2케이스들에 각각 배치되는 다수의 제2허니콤 담체;를 포함한다. 제1허니콤 담체는 다수의 제1금속시트들 및 제1촉매층을 갖는다. 제1금속시트들은 제1케이스 내에 배치되며 서로 연결됨으로써 제1케이스 내에 다수의 제1채널들을 형성하고, 제1촉매층은 제1금속시트들의 표면 상에 형성되도록 구성된다. 각각의 제2허니콤 담체는 다수의 제2금속시트들 및 제2촉매층을 갖는다. 제2금속시트들은 제2케이스 내에 배치되며 서로 연결됨으로써 제2케이스 내에 다수의 제2채널들을 형성하고, 제2촉매층들은 각각의 제2금속시트들의 표면상에 형성된다. 제1촉매층 및 제2촉매층들의 재료는 백금, 팔라듐 및 로듐을 포함한다. 제1 촉매층의 로듐의 양은 제1 촉매층의 백금의 양 또는 팔라듐의 양보다 많고, 각각의 제2 촉매층의 팔라듐의 양은 각각의 제2 촉매층의 백금의 양 또는 로듐의 양보다 많다.
촉매 컨버터를 디젤 엔진에 사용할 경우, 모든 촉매층들이 배기 가스의 산화 환원 반응을 촉진함으로써, 디젤엔진에서 배출되는 배기 가스 내에 포함된 많은 양의 유해 성분들을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 제1허니콤 담체의 셀 밀도는 제2허니콤 담체의 셀 밀도보다 작도록 구성된다.
바람직하게는, 제1허니콤 담체의 셀 밀도는 200 cpsi(cells per square inch) 내지 300 cpsi 범위이고, 제2허니콤 담체의 셀 밀도는 600 cpsi 내지 800 cpsi 범위이다. 상기와 같은 셀 밀도를 갖는 제1 및 제2허니콤 담체의 구성에 의해, 제1허니콤 담체가 디젤 엔진에 배압을 생성하지 않음으로써, 배기 가스의 방출에 영향을 미치지 않도록 구성된다.
바람직하게는, 제1촉매층의 함유 요소는 백금이나 팔라듐보다 로듐이 더욱 많도록 구성된다.
바람직하게는, 제2촉매층들의 함유 요소는 백금이나 로듐보다 팔라듐이 더욱 많도록 구성된다.
바람직하게는, 제1금속시트는 철-크롬-알루미늄 합금 포일을 기본 구조로 사용하고, 니켈 포일을 납땜재로 사용하는 한편, 제2금속시트도 또한 철-크롬-알루미늄 합금 포일을 기본 구조로 사용하고, 니켈 포일을 납땜재로 사용한다.
바람직하게는, 제1허니콤 담체는 제1케이스에 배치되는 제1중공 실린더를 포함하며, 제1금속시트들은 제1중공 실린더 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 제1중공 실린더 내에 제1채널들을 형성하도록 구성된다. 각각의 제2허니콤 담체는 제2케이스에 배치되는 제2중공 실린더를 포함하며, 각각의 제2허니콤 담체의 제2금속시트들은 제2중공 실린더 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 각각의 제2중공 실린더 내에 제2채널들을 형성하도록 구성된다.
바람직하게는, 제1케이스 및 제2케이스는 제1연결관을 통해 서로 연결된다.
바람직하게는, 제2케이스의 수는 제2허니콤 담체의 수에 대응되는데, 2, 4 또는 6과 같이 짝수일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제2케이스 또는 제2허니콤 담체의 수는 디젤 자동차의 출력(마력)에 따라 달라질 수 있다.
본 고안의 다른 목적들, 이점 및 고유 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 고안에 따라 상술된 문제점들을 극복가능한, 즉 450℃ 이상의 높은 온도에서 배기 가스를 정화 및 연소시킴으로써 배기 가스 중의 유해 성분의 배출량을 감소시킬 수 있는 촉매 컨버터가 제공된다.
도 1은 본 고안에 따른 촉매 컨버터의 개략도이다;
도 2는 본 고안에 따른 촉매 컨버터의 제1허니콤 담체에 대한 개략도이다;
도 3은 본 고안에 따른 촉매 컨버터의 사시도이다;
도 4는 촉매 컨버터가 디젤 엔진과 배기관에 연결된 상태를 도시하는 개략도이다.
도 1 내지 도 3에, 본 고안에 따른 대표적인 예의 촉매 컨버터가 도시되어 있다. 촉매 컨버터(1)는 제1케이스(10), 제1허니콤 담체(20), 제1연결관(30), 두개의 제2케이스(40), 두개의 제2허니콤 담체(50) 및 제2연결관(60)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 제1케이스(10)는 상부 개구(11) 및 상부 개구(11)와 대향하고 있는 하부 개구를 포함한다. 상부 개구(11)와 하부 개구는 연결되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1허니콤 담체(20)는 제1케이스 내에 배치되며, 제1중공 실린더(21), 다수의 제1금속시트들(22) 및 제1촉매층(도시되지 않음)을 포함한다. 제1중공 실린더(21)는 제1케이스(10) 내에 배치되며, 스테인리스 강(SUS#430)으로 제조된다. 제1금속시트들(22)은 철-크롬-알루미늄 합금 포일을 기본 구조로 사용하고, 니켈 포일을 납땜재로 사용하는 한편, 제1중공 실린더(21) 내에 배치되고 서로 연결됨으로써, 제1중공 실린더(21) 내에 제1채널들(23)을 형성하도록 구성된다. 제1채널들(23)은 제1케이스(10)의 상부 개구(11) 및 하부 개구와 연통되어 있다. 제1허니콤 담체(20)는 300 cpsi(cells per square inch)의 셀 밀도를 갖는다. 제1촉매층은 제1금속시트들(22)의 표면 상에 코팅되며, 백금, 팔라듐 및 로듐으로 제조되는데, 로듐의 양이 백금 또는 팔라듐의 양보다 많도록 구성된다. 더욱 자세하게는, 백금, 팔라듐 및 로듐의 분량 비율은 각각 2:1:5이다.
도 1을 참조하면, 제1연결관(30)은 이중 출력 파이프로서 한개의 입구와 두개의 출구를 갖는데, 양 출구와 입구는 연통되어 있다. 제1연결관(30)의 입구는 제1케이스(10)의 하부 개구와 단단히 접합됨으로써, 제1연결관(30)이 상부 개구(11) 및 제1허니콤 담체(20)의 제1채널들(23)과 연통하도록 구성된다.
도 1을 참조하면, 제2케이스들(40) 중 한쪽은 제1연결관(30)의 한쪽 출구에 단단히 접합되고, 제2케이스들(40) 중 다른 한쪽은 제1연결관(30)의 다른쪽 출구에 단단히 접합되도록 구성된다. 상기 구성에 의해, 제1케이스(10)와 두개의 제2케이스(40)가 연통하게 된다.
도 3을 참조하면, 제2허니콤 담체(50)는 제2케이스들(40) 내에 각각 배치된다. 각각의 제2허니콤 담체(50)의 구조는 도 2에 도시된 제1허니콤 담체(20)의 구조와 유사하다. 즉, 각각의 제2허니콤 담체(50)는 제2중공 실린더, 다수의 제2금속시트들 및 제2촉매층을 포함한다. 제2중공 실린더는 제2케이스들(40) 내에 각각 배치되며, 스테인리스 강(SUS#430)으로 제조된다. 마찬가지로, 제2금속시트들도 철-크롬-알루미늄 합금 포일을 기본 구조로 사용하고, 니켈 포일을 납땜재로 사용한다. 제2허니콤 담체(50)의 제2금속시트들은 그에 대응되는 제2중공 실린더 내에 배치되고 서로 연결됨으로써, 그에 대응되는 제2케이스(40) 내에 제2채널들을 형성하도록 구성된다. 제2허니콤 담체(50)의 제2채널들은 제1연결관(30)을 통해 제1케이스(10) 내에 배치된 제1허니콤 담체(20)의 제1채널들(23)과 연통되도록 구성된다. 제2허니콤 담체(50)는 800 cpsi의 셀 밀도를 갖는다. 제2촉매층은 제2금속시트들의 표면 상에 코팅되며, 역시 백금, 팔라듐 및 로듐으로 제조되나, 팔라듐의 양이 백금 또는 로듐의 양보다 많도록 구성된다. 더욱 자세하게는, 백금, 팔라듐 및 로듐의 분량 비율은 각각 1:35:1이다.
도 1을 참조하면, 제2연결관(60)은 이중 입력 파이프로서 두개의 입구와 한개의 출구를 갖는데, 양 입구와 출구는 연통되어 있다. 제2연결관(60)의 입구들은 제1연결관(30)의 반대쪽에 있는 제2케이스들(40)의 개구들과 단단히 접합됨으로써, 제2연결관(60)이 제2케이스들(40), 제1연결관(30) 및 제1케이스(10)와 연통하도록 구성된다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 촉매 컨버터(1)는 상부 개구(11)에 의해 디젤 엔진(80)과 연결되며, 제2연결관(60)의 출구는 배기관(90)과 연결되도록 구성된다. 디젤 엔진(80)이 디젤 연료를 완전 연소하기에 충분치 않는 산소 가스로 구동될 경우, 디젤 엔진(80)으로부터 배출된 배기 가스는 상부 개구(11)를 통해 제1케이스(10)로 들어간 다음, 제1허니콤 담체(20)의 제1채널들(23), 제1연결관(30), 제2허니콤 담체들(50)의 제2채널들 및 제2연결관(60)을 순차적으로 통과한 후, 최종적으로 배기관(90)을 거쳐 공기중으로 유출된다.
배기 가스가 제1허니콤 담체(20)의 제1채널들(23)을 통과할 때, 로듐 함량이 더 많은 제1촉매층에 의해, 일산화물, 탄화수소 및 질소 산화물의 산화 환원 반응을 촉진시키도록 구성된다. 디젤 엔진(80)으로부터 생성된 고온 조건에 의해, 제1허니콤 담체(20) 내의 온도는 450℃ 이상으로 상승하여, 통과하는 배기 가스를 재연소시키는 한편 제1촉매층과 반응하여 입자 크기를 감소시킴으로써, 연소된 배기 가스가 제1연결관(30)을 통해 제2케이스들(40) 내로 들어가도록 구성된다.
연소 후의 배기 가스가 아직도 큰 입자 물질들을 포함하여 제2허니콤 담체들(50)의 제2채널들을 통과할 수 없는 경우, 큰 입자 물질들은 제1연결관(30)에 남아, 이들의 크기가 요구되는 크기로 감소될 때까지 고온 조건하에서 반복 연소된다. 연소된 배기 가스가 제2허니콤 담체(50)의 제2채널들을 통과할 때, 팔라듐 함량이 더 많은 제2촉매층에 의해 연소를 촉진시킴으로써, 이러한 입자 물질들이 제2채널들 내에서 완전 연소되도록 구성된다.
촉매 컨버터(1)의 효과에 의해, 디젤 엔진(80)으로부터 배출된 배기 가스 내에 함유된 유해 성분들은 질소 가스, 산소 가스, 이산화탄소 및 물과 같은 무해 성분으로 전환된 다음, 배기관(90)으로부터 배출된다. 따라서 대기 오염에 대한 문제가 해소될 수 있다.
제1허니콤 담체(20)의 셀 밀도가 제2허니콤 담체(40)의 셀 밀도보다 작기 때문에, 제1허니콤 담체(20)와 디젤 엔진(80) 사이의 영역에서 배기 가스의 이동을 저해할 수 있는 배압이 발생하지 않도록 구성된다.
상술한 내용에서 본 고안의 다양한 특징과 장점들이 본 고안의 세부 구조 및 기능들과 함께 설명되었을지라도, 상기 개시 내용들은 단지 예시일 뿐이며, 넓고 일반적인 의미의 용어들로 표시되고 첨부된 특허 청구 범위가 표현되는 전체 범위까지, 본 고안의 원리 내에서 특히 구성품의 형상, 크기 및 배치 등에서 세부적인 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1케이스;
    다수의 제1 금속 시트들 및 제1 촉매층을 포함하는 제1 허니콤 담체(honeycomb carrier)로서, 제1 금속 시트들은 제1 케이스 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 제1 케이스 내에 다수의 제1 채널들을 형성하며, 제1 촉매층은 제1 금속 시트들의 표면상에 형성되고, 제1 촉매층의 재료는 백금, 팔라듐 및 로듐을 포함하며, 제1 촉매층의 로듐의 양은 제1 촉매층의 백금의 양 또는 팔라듐의 양보다 많은, 제1 허니콤 담체;
    제1 케이스와 연결되는 다수의 제2 케이스들; 및
    제2 케이스들 내에 각각 배치되고 다수의 제2 금속 시트들 및 제2 촉매층을 각각 포함하는 제2 허니콤 담체들로서, 제2 금속 시트들은 제2 케이스 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 상기 제2 케이스 내에 다수의 제2 채널들을 형성하고, 제2 촉매층은 제2 금속시트들의 표면상에 형성되며, 제2 촉매층의 재료는 백금, 팔라듐 및 로듐을 포함하고, 각각의 제2 촉매층의 팔라듐의 양은 각각의 제2 촉매층의 백금의 양 또는 로듐의 양보다 많은, 제2 허니콤 담체들을 포함하는 촉매 컨버터(catalytic converter).
  2. 제 1항에 있어서,
    제1 허니콤 담체의 셀 밀도는 제2 허니콤 담체들 각각의 셀 밀도보다 작은
    촉매 컨버터.
  3. 제 2항에 있어서,
    제1 허니콤 담체의 셀 밀도는 200 cpsi(cells per square inch) 내지 300 cpsi의 범위이고, 제2 허니콤 담체들 각각의 셀 밀도는 600 cpsi 내지 800 cpsi의 범위인
    촉매 컨버터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 허니콤 담체는 제1 케이스 내에 배치되는 제1중공 실린더를 포함하며, 제1 금속 시트들은 제1 중공 실린더 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 제1 중공 실린더 내에 제1 채널들을 형성하고, 제2 허니콤 담체들 각각은 제2케이스 내에 배치되는 제2 중공 실린더를 포함하며, 제2 허니콤 담체들 각각의 제2 금속시트들은 상기 제2 중공 실린더 내에 배치되고 서로 연결됨으로써 각각의 제2 중공 실린더 내에 제2 채널들을 형성하는
    촉매 컨버터.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 케이스와 제2 케이스는 제1 연결관에 의해 연결되는
    촉매 컨버터.
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JP2011226421A (ja) * 2010-04-21 2011-11-10 Mitsubishi Motors Corp 排ガス浄化装置
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