KR20140090167A - 디젤 산화 촉매 및 엔진 배기 가스의 처리 방법 - Google Patents

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존 씨. 기블
춘 타이
제프리 에이. 후버
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맥 트럭스 인코포레이팃드
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Abstract

디젤 산화 촉매는 입구 면, 출구 면, 및 입구 면으로부터 출구 면으로 확장하는 적어도 하나의 채널을 포함하며, 채널은 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함한다. 엔진 배기 가스를 처리하는 방법이 또한 제공된다.

Description

디젤 산화 촉매 및 엔진 배기 가스의 처리 방법{DIESEL OXIDATION CATALYST AND METHOD OF TREATING ENGINE EXHAUST GAS}
본 발명은 일반적으로 디젤 산화 촉매(DOC) 및 엔진 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 디젤 산화 촉매의 입구 면(inlet side)으로부터 채널의 제 2의, 촉매화 부(catalized portion)로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함하는 적어도 하나의 채널을 포함하는 디젤 산화 촉매에 관한 것이다.
디젤 산화 촉매는 검댕과 탄화수소 입자들에 의해 막힘의 대상이 된다. 이러한 입자들은 디젤 산화 촉매의 촉매화된 입구 단부에서 수집하는 경향이 있다. 본 발명의 발명자들은 디젤 산화 촉매의 촉매화된 입구 단부에서의 막힘이 특히 문제가 많을 수 있으며 그 이유가 디젤 산화 촉매의 채널들의 입구 단부에서의 클로그(clog) 상에 작용하는 벡터가 입자를 제거하는데 어렵게 만들 수 있는 클로그 입자의 가장 큰 면에 수직인 경향이 있기 때문이라는 것을 인식하였다.
본 발명의 발명자들은 입자들이 가능하다면, 입구 단부로부터 멀리 떨어져 위치되는, 디젤 산화 촉매의 채널들 내부에 더 모이도록 하기 위하여 디젤 산화 촉매의 입구 단부에서 막힘의 방지를 용이하게 하는 디젤 산화 촉매의 제공의 바람직한 상황을 확인하였다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 디젤 산화 촉매는 입구 면, 출구 면, 및 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 적어도 하나의 채널을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 엔진 배기 가스를 처리하는 방법은 엔진으로부터 디젤 산화 촉매의 채널 내로 가스 배기를 도입하는 단계를 포함하는데, 상기 채널은 디젤 산화 촉매의 입구 면으로부터 출구 면으로 확장하며, 상기 채널은 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함한다.
본 발명의 특징들과 장점들은 도면들과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 더 발 이해될 것이며, 도면에서 같은 참조 번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 사시도이다.
도 2a는 도 2b에 도시된 디젤 산화 촉매의 상면도의 섹션 2A-2A에서 절단된 본 발명의 일 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 부분 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 채널의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 채널의 측단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 채널의 측단면도이고, 도 5b는 채널의 제 1 부에서 촉매의 불활성화 후에 도 5b의 채널의 측단면도이다.
도 6a는 디젤 산화 촉매의 채널 내의 클로그를 도시한 본 발명의 일 양상에 따른 디젤 산화 촉매의 측단면도이며,
도 6b는 디젤 산화 촉매의 채널 내의 클로그를 도시한 종래 기술에 따른 디젤 산화 촉매의 측단면도이다.
본 발명의 일 양상에 따른 디젤 산화 촉매(21)가 도 1에 도시된다. 디젤 산화 촉매는 입구 면(23), 출구 면(25), 및 입구 면으로부터 출구 면으로 확장하는 적어도 하나의 채널(27), 일반적으로 복수의 채널을 포함한다. 채널(27)은 입구 면(23)으로부터 제 2의, 촉매화 부(31)로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부(29)를 포함한다. 복수의 채널(27)이 제공될 때, 일반적으로 모든 채널은 제 1의, 비-촉매화 부와 제 2의, 촉매화 부를 가질 것이다. 제 2 부(31)는 통상적으로 제 1 부(29)로부터 채널의 길이를 통하여, 즉, 채널(27)의 출구 면(25)으로 확장한다. 채널(27)의 제 1 부(29)는 통상적으로 제 2 부(31)보다 짧다. 채널(27)의 제 1 부(29)가 비-촉매화되기 때문에, 검댕 및 탄화수소 증착물들은 채널의 촉매화된 제 2 부(31)에 의해 채널 내부에 깊이 위치되려 할 것이다.
적어도 부분적으로 디젤 산화 촉매의 입구 면(23)에서 복수의 채널(27)의 제 1 단부들(33)이 입구 표면(35)을 정의한다. 도 2a에 도시된 것과 같이, 채널들(27)의 제 1 단부들(33)을 정의하는 모서리들이 모두 동일한 평면 내에 종료될 필요가 없다는 점에서 입구 표면(33)은 비-평면일 수 있다. 따라서, 채널들(27)의 일부는 채널들의 나머지와 다른 길이일 수 있다. 비-평면 입구 표면(35)은 도 2b에 도시된 입구 표면의 주요 부(main part, 41) 아래에 배치되는 오목부(depression)의 등심원들(37) 및 라인들(39)과 같이, 그 안에 형성되는 비-임의(non-random) 패턴을 갖는 것과 같이 비-평면일 수 있다. 비-평면 입구 표면(35)은 디젤 산화 촉매를 주조할 때 형성되거나 또는 평면 표면의 기계 가공에 의한 것과 같은, 어떤 적절한 방법으로 형성될 수 있다.
각각 제 1의, 비-촉매화 부(29)와 제 2의, 촉매화 부(31)를 갖는, 복수의 채널이 존재할 때, 복수의 채널 각각을 위하여, 제 1 부는 입구 표면(35)이 비-평면이 아닌 한, 대개는 입구 면으로부터 제 2 부로 실질적으로 동일한 거리를 확장하는데, 이 경우에 있어서 제 1 부는 모든 채널들에 있어서 동일한 길이가 아닐 것이다. 제 2 부는 대개는 모든 채널에 대하여 동일한 길이일 것인데 그 이유는 출구 면(25)의 표면이 대개는 평면이기 때문이다.
디젤 산화 촉매는 어떤 적절한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 것과 같이, 디젤 산화 촉매는 채널(27')을 정의하는 기판(43') 및, 채널의 제 2 부에서 기판에서 적용되는 촉매(45')를 포함할 수 있다. 도 3의 실시 예에서, 채널(27)의 제 1 부(29')에 촉매가 제공되지 않거나, 또는 기판(43')으로부터 촉매가 제거된다. 예를 들면, 촉매(45')는 기판을 촉매로 워시-코팅(wash-coating)하고 촉매 내의 기판을 드리핑(dripping)하는 것 중 적어도 하나에 의해 기판(45')에 적용될 수 있다. 채널(27')의 제 1 부(29')는 채널의 제 2 부(31') 상에 촉매만 존재하도록 하기 위하여 워시-코팅되지 않거나 촉매 내에 드리핑되지 않는다. 대안으로서, 제 1 부(29') 상의 촉매는 예를 들면, 기계적으로 또는 화학적으로 제거될 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 채널(27")은 촉매(45")가 채널의 제 1 부(29")에서 기판(43") 상에 부착될 수 없는 코팅(47")을 가질 수 있으며, 촉매는 채널의 제 2 부(31")에 부착될 수 있다. 대안으로서, 디젤 산화 촉매는 도 5a에 도시된 것과 같이 기판(43")의 모든 표면에 걸쳐 촉매(45'")를 제공함으로써 만들어질 수 있으며, 채널(27'")의 제 1 부(29'")는 그 후에 촉매를 불활성화함으로써 비-촉매화될 수 있는데 따라서 도 5b에 도시된 것과 같이 불활성화된 촉매(45a'")는 채널의 제 1 부에 존재하고 활성화된 촉매(45b'")는 채널의 제 2 부(31'")에 존재한다.
도 6a에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 양상에 따른 엔진 배기 가스를 처리하는 방법에 있어서, 가스는 엔진으로부터 디젤 산화 촉매(21)의 채널(27) 내로 배기된다. 채널(27)은 디젤 산화 촉매(21)의 입구 면(23)으로부터 출구 면(25)으로 확장하고 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부(31)로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부(29)를 포함한다.
이론에 얽매이지 않고, 본 발명은 디젤 산화 촉매의 채널들 내의 클로그들의 방지를 용이하게 하는 것으로 생각되는데, 그 이유는 도 6a에 도시된 것과 같이, 채널의 입구 단부에서와 반대인 것과 같이, 만일 클로깅이 채널(27) 내부에 더 멀리 시작하면, 클로그(53)는 채널 내의 배기 가스의 국부 공간 속도를 증가시키고, 클로그의 분해를 용이하게 하려 할 것이기 때문이다. 게다가, 만일 국부 배기 가스 속도 자체가 클로그(53)를 배출하는데 충분하지 않으면, 채널(27) 내의 압력은 주요 배기 흐름이 다른 채널들을 통과할 때까지 상승하려고 할 것이다. 일단 모든 채널(27)이 플러그되면, 국부 압력은 상승할 것이고 속도는 감소할 것이다. 클로그들(53)은 실질적으로 주 클로그 표면과 수직이고 채널(27)의 벽으로부터 멀리 떼어 놓는 경향이 있는 클로그 상의 전단력을 부과하는 압력 벡터(P)에 저항할 것이다. 또한, 만일 클로그가 채널의 내부의 동일한 지점에서 발생하면, 채널을 형성하는 막의 본질은 대개는 채널의 개방 부가 여전히 기능을 하는 것과 같을 수 있으며, 따라서 감소된 효율이 존재할 것이나, 기능성은 유지될 것이다.
이와 대조적으로, 도 6b에 도시된 것과 같이, 만일 클로그(53)가 일반적으로 종래의 디젤 산화 촉매들에서 발생하는 것과 같이, 디젤 산화 촉매(121)의 입구 면(123)에서 촉매화된 입구 표면(135) 상에 형성되면, 증가된 압력이 채널(27) 자체에 대항하여 클로그를 밀 것이다. 검사(testing)는 클로그(53)가 바람직하게는 시스템 손상의 지점에 대하여 클로그의 주 표면에 수직인 압력 벡터(P)를 갖는 이러한 압력에 저항할 수 있다는 것을 시사한다.
본 발명의 적용에서, "포함하는(including)"과 같은 용어들은 사용은 개방 확장형이고 "포함하는(comprising)"과 같은 용어들과 동일한 의미를 갖는 것으로 의도되며 다른 구조, 재료, 또는 행동들의 존재를 배제하지 않는다. 유사하게, "can" 또는 "may"와 같은 용어들의 사용은 개방 확장형이고 구조, 재료, 또는 행동들이 필수적이라는 것을 반영하는 것으로 의도되며, 그러한 용어들의 사용 불능은 구조, 재료, 또는 행동이 필수적이라는 것을 반영하는 것으로 의도되지 않는다. 구조, 재료, 또는 행동이 현재 필수적인 것으로 고려되는 정도까지, 그것들은 그와 같이 식별된다.
바람직한 실시 예들에 따라 본 발명이 도해되고 설명되었으나, 청구항들에 제시된 것과 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형들과 변경들이 만들어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
21 : 디젤 산화 촉매
23 : 입구 면
25 : 출구 면
27, 27' : 채널
29, 29' : 제 1의, 비-촉매화 부
31, 31' : 제 2의, 촉매화 부
33 : 채널의 제 1 단부
35 : 비-평면 입구 표면
41 : 입구 표면의 주요 부
43' : 기판
45' : 촉매
47" : 코팅
53 : 클로그
121 : 디젤 산화 촉매
123 : 디젤 산화 촉매의 입구 면
135 : 촉매화된 입구 표면

Claims (20)

  1. 입구 면;
    출구 면; 및
    상기 입구 면으로부터 상기 출구 면으로 확장하는 적어도 하나의 체널;을 포함하며, 상기 채널은 상기 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입구 면으로부터 상기 출구 면으로 확장하는 복수의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 디젤 산화 촉매의 상기 입구 면에서 상기 복수의 채널의 제 1 단부들은 적어도 부분적으로 입구 표면을 정의하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 입구 표면은 비-평면인 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 비-평면 입구 표면은 상기 디젤 산화 촉매를 주조할 때 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 비-평면 입구 표면은 표면을 기계 가공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 복수의 채널의 상기 제 1 단부들은 비-임의 패턴에 따라 함입되거나 함입되지 않는 것 중의 하나인 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 채널은 모두 동일한 길이가 아닌 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 채널 각각은 상기 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복수의 채널 각각을 위하여, 상기 제 1 부는 상기 입구 면으로부터 상기 제 2 부로 실질적으로 동일한 거리를 확장하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 채널을 정의하는 기판 및, 상기 채널의 상기 제 2 부에서, 상기 기판에 적용되는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 채널의 상기 제 1 부에서 상기 기판 상에 부착할 수 없는 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 채널의 상기 제 1 부는 상기 채널의 상기 제 1 부에서 상기 기판에 상기 촉매를 제공하고 그 후에 상기 촉매를 불활성화함으로써 비-촉매화되는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 채널의 상기 제 1 부는 상기 채널의 상기 제 1 부에서 상기 기판에 상기 촉매를 제공하고 그 후에 상기 촉매를 제거함으로써 비-촉매화되는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 촉매는 상기 기판을 워시-코팅하는 것과 상기 촉매 내의 상기 기판을 드리핑하는 것 중의 하나에 의해 상기 기판에 적용되는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 채널의 상기 제 1 부는 워시-코팅되거나 또는 상기 촉매 내에 드리핑되지 않는 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 채널의 상기 제 1 부는 상기 채널의 상기 제 2 부보다 짧은 것을 특징으로 하는 디젤 산화 촉매.
  18. 엔진으로부터 디젤 산화 촉매의 채널 내로 배기되는 가스를 도입하는 단계를 포함하며, 상기 채널은 디젤 산화 촉매의 입구 면으로부터 출구 면으로 확장하고 상기 채널은 상기 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 가스를 처리하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 디젤 산화 촉매는 상기 입구 면으로부터 상기 출구 면으로 확장하는 복수의 채널을 포함하고, 상기 복수의 채널 각각은 상기 입구 면으로부터 제 2의, 촉매화 부로 확장하는 제 1의, 비-촉매화 부를 포함하며, 상기 방법은 상기 배기된 가스를 상기 각각의 복수의 채널 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 가스를 처리하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 복수의 채널 중 적어도 일부가 상기 채널들의 세로 축들에 비-수직이며, 실질적으로 상기 채널들의 상기 세로 축들에 평행인 방향으로 상기 배기 가스를 도입하도록 하기 위하여 상기 디젤 산화 촉매의 상기 입구 면에서 상기 복수의 채널의 제 1 단부들은 적어도 부분적으로 입구 표면을 정의하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기 가스를 처리하는 방법.
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