KR20190110466A - 배기 가스의 정화를 위한 가열 정화 요소 및 그러한 정화 요소를 포함하는 정화 장치 - Google Patents

배기 가스의 정화를 위한 가열 정화 요소 및 그러한 정화 요소를 포함하는 정화 장치 Download PDF

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Abstract

이 배기 가스 정화 부재는, 중심축(C1) 상에 센터링되는 환형 기재(30), 기재(30)의 외부 원통면(38)에 접하여 있는 주변 전극, 및 기재(30)의 내부 원통면(36)에 접하여 있는 중심 전극을 포함한다. 기재(30)는 전기 전도성 재료로 구성되고 복수의 교차벽(46, 48)을 포함하며, 교차벽은 기재(30)의 하류면 및 상류면에서 각각 드러나는 종방향 셀(50)을 교차벽들 사이에 획정한다. 이들 교차벽(46, 48)은 촉매 조성물로 덮여 있고, 각각의 교차벽은 외부 원통면(38)을 획정하는 기재(30)의 외부 원통벽(44)으로부터 내부 원통면(36)을 획정하는 기재(30)의 내부 원통벽(42)으로 연장된다.

Description

배기 가스의 정화를 위한 가열 정화 요소 및 그러한 정화 요소를 포함하는 정화 장치{HEATING PURIFICATION ELEMENT FOR PURIFICATION OF EXHAUST GAS AND PURIFICATION DEVICE COMPRISING SUCH A PURIFICATION ELEMENT}
본 발명은, 차량의 배기 가스를 정화하기 위한 정화 부재로서, 중심축 상에 센터링되는 환형 기재를 포함하고, 기재는, 기재의 제1 축방향 단부를 획정하는 상류면, 기재의 제2 축방향 단부를 획정하는 하류면, 중심축 상에 센터링되고 중심축을 향해 배향된 내부 원통면, 및 중심축 상에 센터링되고 중심축의 반대측으로 배향된 외부 원통면을 가지며, 기재는 내부 원통면을 획정하는 내부 원통벽 및 외부 원통면을 획정하는 외부 원통벽을 포함하고, 상기 내부 원통벽 및 외부 원통벽 각각은 중심축 상에 센터링되며, 기재는 전기 전도성 재료로 제조되고 기재의 상류면 및 하류면에서 각각 드러나는 종방향 셀을 사이에 획정하는 복수의 교차벽을 포함하며, 상기 교차벽은 촉매 조성물로 덮여 있고, 정화 부재는 기재의 외부 원통면에 접하여 있는 원통형 주변 전극, 및 기재의 내부 원통면에 접하여 있는 원통형 중심 전극을 더 포함하는 유형의 정화 부재에 관한 것이다.
본 발명은 또한 그러한 정화 부재를 포함하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
열 엔진이 장착된 차량의 배기 라인은 통상적으로 NOx, CO 및 탄화수소를 N2, CO2 및 H2O로 변환시킬 수 있는 촉매 정화 부재를 포함한다. 그러한 부재는 촉매 물질이 최소 온도에 있을 때에만 효과적이다.
엔진이 여전히 차가워서 생성된 배기 가스가 정화 부재가 활성화되기에 충분한 온도로 촉매 물질을 가열하기에 불충분한 온도에 있는 경우, 차량을 시동할 때에 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하기 위해, 비교적 낮은 전기 저항을 갖는 재료로 정화 부재의 기재를 만들고, 엔진을 시동할 때 또는 엔진을 시동하기 전이라도 이 기재에서 강한 전류를 순환시켜, 기재, 그리고 이 방식에서 기재 위에 퇴적된 촉매 물질을 신속히 가열하는 것이 제안되었다. 그러한 정화 부재는 미국 특허 제8,715,579호로부터 공지되어 있다.
그러나, 공지된 해법은 완전히 만족스럽지 못하다. 사실상, 전력은 일반적으로 기재 내에서 불균일하게 분포되어, 한편으로는 전기적으로 가열된 후에도 정화 부재의 불균일한 가열을 야기하고, 그 결과 저하된 성능 수준을 유지하며, 다른 한편으로는 차등 팽창에 의해 상기 기재의 파손을 유발한다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 배기 가스 정화 부재가 그 최적의 성능을 달성하는 데에 필요한 시간을 단축시키는 것이다. 다른 목적은 상기 정화 부재가 전기적으로 가열될 때에 그러한 정화 부재 내의 온도를 균질화하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전술한 유형의 정화 부재에 관한 것으로서, 각각의 교차벽은 외부 원통벽으로부터 내부 원통벽으로 연장된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 정화 부재는 또한 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합(들)에 따라 고려되는 아래의 특징들 중 하나 이상을 갖는다.
-교차벽은 중심축 상에 센터링된 복수의 등전위 원 상에 배치된 교차점에서 교차하며, 각각의 등전위 원은 각각의 교차벽을 교차벽의 교차점에서 다른 교차벽과 교차시키고;
-교차벽은 제1 벽 및 제2 벽을 포함하고 특히 제1 벽 및 제2 벽으로 이루어지고, 각각의 제1 벽은 제1 원주 측면 상에서 오목하고 각각의 제2 벽은 제1 원주 측면의 반대측인 제2 원주 측면 상에서 오목하며;
-각각의 제1 벽은 임의의 다른 제1 벽과 교차하지 않고 각각의 제2 벽은 임의의 다른 제2 벽과 교차하지 않으며, 각각의 제1 벽은 복수의 제2 벽과 교차하고 각각의 제2 벽은 복수의 제1 벽과 교차하고;
-제1 벽들은 서로 실질적으로 평행하고, 제2 벽들은 서로 실질적으로 평행하며;
-각각의 교차벽은 선형 반경 방향 단면을 갖고;
-반경 방향 단면은 전체적으로 변곡점이 없으며;
-교차벽은 중심축 둘레에서 원주 방향으로 반복하는 패턴을 형성하며, 상기 패턴은 10회 이상, 바람직하게는 20회 이상, 그리고 더욱 더 바람직하게는 50회 이상 반복되고;
-기재는 압출에 의해 또는 적층 제조에 의해 형성되며;
-주변 전극은 주변 전극 둘레에 분포된 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부를 갖고, 각각의 반경 방향 돌출부는 주변 전극으로부터 중심축의 반대 방향으로 돌출되며;
-기재는 적어도 부분적으로 실리콘 카바이드로 형성되고;
각각의 전극은 금속, 특히 구리, 스테인리스강 등의 강철, 니켈 크롬 합금, 철 크롬 알루미늄 합금 또는 인코넬®로 제조되며;
-각각의 교차벽은 기재의 상류면으로부터 하류면으로 감소하는 두께를 갖는다.
본 발명은 또한 전원 및 위에서 한정된 정화 부재를 포함하는 정화 장치에 관한 것으로서, 중심 전극은 전원의 제1 단자에 전기적으로 연결되며, 주변 전극은 전원의 제2 단자에 또는 접지에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 정화 장치는 또한 단독으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합(들)에 따라 고려되는 아래의 특징들 중 하나 이상을 갖는다.
-정화 장치는 전기 전도성 재료로 제조되는 인클로저를 포함하고, 상기 인클로저는 배기 가스를 기재의 상류면으로 그리고 기재의 하류면의 출구에서 안내하기 위한 도관을 획정하며, 정화 부재는 주변 전극이 인클로저와 전기적으로 접촉하도록 상기 인클로저 내에 장착된다.
-주변 전극은 절연층에 의해 인클로저로부터 이격되어 있고;
정화 장치는 중심 전극을 전원의 제1 단자에 전기적으로 연결하는 전기 커넥터를 포함하고, 상기 전기 커넥터는 상기 인클로저로부터 전기적으로 절연되면서 인클로저를 통해 연장되며;
-정화 부재는 제1 정화 부재를 포함하고, 정화 장치는 제1 정화 부재로부터 하류에 배치된 제2 정화 부재를 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 단지 예로서 제공되고 첨부 도면을 참조하여 행해지는 다음의 설명을 읽으면 알게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치를 통합한 자동차 배기 라인의 단순화된 개략도이고,
도 2는 도 1의 배기 라인의 정화 장치의 일부의 단면도이며,
도 3은 도 2의 정화 장치의 정화 부재 및 전기 커넥터의 분해 사시도이고,
도 4는 도 3의 정화 부재의 기재의 정면도이며,
도 5는 도 4의 V 마킹된 상세 부분의 도면이다.
도 1에 도시된 배기 라인(1)은 차량, 통상적으로 열 엔진(3)이 장착된 차량에 탑재되도록 의도된다. 이 차량은 통상적으로 자동차, 예를 들어 승용차 또는 트럭이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배기 라인(1)은 열 엔진(3)의 연소 챔버를 빠져나가는 배기 가스를 포획하는 매니폴드(5), 및 배기 가스를 대기 중으로 방출할 수 있게 하는 노즐(7)을 포함한다. 배기 라인(1)은 또한 노즐(7)로부터 나오는 배기 가스가 상기 정화 장치(9)에 의해 정화되도록 매니폴드(5)와 노즐(7) 사이에 유체 연통하게 삽입된 배기 가스 정화 장치(9)를 포함한다.
정화 장치(9)는 적어도 하나의 배기 가스 정화 부재(10, 11)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 정화 장치(9)는 배기 가스가 정화 부재(10)를 관통하게 하는 상류면(12) 및 배기 가스가 정화 부재(10, 11)를 빠져나가게 하는 하류면(14)을 갖는 제1 배기 가스 정화 부재(10)를 포함한다.
본 설명에서, 상류 및 하류는 배기 라인(1)에서 배기 가스의 일반적인 순환 방향에 대해 이해될 것이다.
제1 정화 부재(10)는 상류면(12)을 하류면(14)에 연결하는 중심축(C1)을 갖는다.
도시된 예에서, 정화 장치(9)는 또한 배기 가스가 제2 정화 부재(11)를 관통하게 하는 상류면(13) 및 배기 가스가 제2 정화 부재(11)를 빠져나가게 하는 하류면(15)을 갖는 제2 배기 가스 정화 부재(11)를 포함한다.
제2 정화 부재(11)는 상류면(13)을 하류면(15)에 연결하는 중심축(C2)을 갖는다.
여기서, 제1 정화 부재(10)와 제2 정화 부재(11)는 서로 동축 상에 배치되고, 제2 정화 부재(11)는 제1 정화 부재(10)의 바로 하류에 배치된다. "바로 하류에 배치된다"는 것은 제2 정화 부재(11)가, 상기 하류면(14)으로부터 50 mm 미만의 거리를 두고 제1 정화 부재(10)의 하류면(14)에 대향하여 배치된 상류면(13)을 갖는다는 것을 의미한다.
대안으로, 제2 정화 부재(11)는 제1 정화 부재(10)와 동축 상에 배치되지 않고, 제1 정화 부재(10)에 비해 더 하류측에, 예를 들어 제1 정화 부재(20)로부터 20 cm보다 큰 거리를 두고 차량 아래에 배치된다.
제1 정화 부재(10) 및 제2 정화 부재(11)는, 예를 들어 SCR 촉매, 3원 촉매, 산화 촉매, SCRF 입자 필터 및 NOx 트랩 중에서 선택된 2개의 별개의 요소로 구성된다.
바람직하게는, 제1 정화 부재(10) 및 제2 정화 부재(11)는 2개의 3원 촉매이다. 이들 2개의 촉매는 상이한 귀금속으로 함침될 수 있다.
정화 장치(9)는 또한 정화 부재(10, 11)가 내부에 배치되는 인클로저(16), 및 각각의 정화 부재(10, 11)와 인클로저(16) 사이에 삽입된 유지층(18)을 포함한다.
인클로저(16)는 전기 전도성 재료로 제조된다.
인클로저(16)는 매니 폴드(5)에 유체 연결되는 배기 가스 입구(20)(도 1) 및 노즐(7)에 유체 연결되는 배기 가스 출구(22)를 갖는다. 인클로저는 상기 배기 가스가 그 경로 상에서 정화 부재(10, 11)를 가로지르도록 배기 가스 입구(20)로부터 배기 가스 출구(22)로 배기 가스를 안내하는 데에 적합하다. 이를 위해, 인클로저는 배기 가스를 배기 가스 입구(20)로부터 정화 부재(10)의 상류면(12)으로, 제1 정화 부재(10)의 하류면(14)의 출구에서 제2 정화 부재(11)의 상류면(12)으로, 제1 정화 부재(10)의 하류면(15)의 출구에서 제2 정화 부재(11)의 상류면(13)으로, 그리고 제2 정화 부재(11)의 하류면(15)의 출구에서 배기 가스 출구(22)로 안내하기 위한 파이프를 획정한다.
유지층(18)은 전기 절연 재료로 제조된다.
도 3을 참조하면, 제1 정화 부재(10)는 제1 정화 부재(10)의 중심축(C1) 상에 센터링된 환형 기재(30)를 포함한다.
상기 기재(30)는 특히 단일체이다. 기재는 바람직하게는 압출 또는 적층 제조(additive manufacturing)에 의해 형성된다.
기재(30)는 기재(30)의 제1 축방향 단부를 획정하는 실질적으로 편평한 제1 반경 방향 면(32)을 갖는다. 이 제1 반경 방향 면(32)은 정화 부재(10)의 상류면(12)을 구성한다. 따라서, 이 제1 반경 방향 면(32)은 기재(30)의 상류면에 대응한다.
기재(30)는 또한 기재(30)의 제2 축방향 단부를 획정하는 실질적으로 편평한 제2 반경 방향 면(34)을 갖는다. 이 제2 반경 방향 면(34)은 정화 부재(10)의 하류면(14)을 구성한다. 따라서,이 제2 반경 방향 면(34)은 기재(30)의 하류면에 대응한다.
기재(30)는 또한 중심축(C1) 상에 센터링되고 중심축(C1)을 향해 배향된 내부 원통면(36), 및 중심축(C1) 상에 센터링되고 중심축(C1)으로부터 멀어지게 배향된 외부 원통면(38)을 갖는다. 여기서, 이들 원통면(36, 38)은 각각 회전 원통형이다.
내부 원통면(36)은 외부 원통면(38)의 직경의 33%보다 작은 직경을 갖는다.
기재(30)는 원통축(C1) 상에 각각 센터링된 내부 원통벽(42) 및 외부 원통벽(44)을 포함한다. 내부 원통벽(42)은 내부 원통면(36)을 획정한다. 외부 원통벽(44)은 외부 원통면(38)을 획정한다.
각각의 원통벽(40, 42)은 중실형이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 기재(30)는 또한 복수의 교차벽(46, 48)을 포함하고, 교차벽은 기재(30)의 하류면(32) 및 상류면(34)에서 각각 드러나는 종방향 셀(50)을 교차벽들 사이에 획정한다. 부재(10)가 그 배기 가스 정화 기능을 수행할 수 있도록, 각 교차벽(46, 48)은 촉매 조성물(도시 생략)에 의해 덮여 있다.
각각의 교차벽(46, 48)은 선형 반경 방향 단면을 갖는다. 바꿔 말해서, 중심축(C1)에 직교하는 평면에서 취한 각 교차벽(46, 48)의 단면은 선의 형상을 갖는다.
이 선은 전체적으로 변곡점(inflection poin)을 갖지 않고, 즉, 선은 전체적으로 직선형이거나, 전체적으로 결코 반전되지 않는 곡률을 갖는 곡선형이다. 바꿔 말해서, 상기 외부 원통면(38)의 직경의 1%보다 큰 거리만큼 서로 이격된 상기 선의 임의의 쌍의 점들의 경우, 상기 쌍의 점들 사이에 위치한 영역 외측에 위치된 선의 부분들은 상기 점들을 연결하는 선과 동일한 측에 위치되거나 또는 상기 선과 실질적으로 정렬된다.
각각의 교차벽(46, 48)은 또한 중실형이다.
각 교차벽(46, 48)은 하류면(32)으로부터 기재(30)의 상류면(34)까지 일정한 두께를 갖는다.
대안으로, 각각의 교차벽(46, 48)은 하류면(32)으로부터 기재(30)의 상류면(34)까지 감소하는 두께를 갖는다.
본 발명에 따르면, 각각의 교차벽(46, 48)은 내부 원통벽(42) 옆의 제1 단부(52)로부터 외부 원통벽(44) 옆의 제2 단부(54)까지 연장된다. 따라서, 각각의 교차벽(46, 48)은 외부 원통벽(44)으로부터 내부 원통벽(42)까지 연장된다.
교차벽(46, 48)은 중심축(C1) 상에 센터링된 복수의 동심원(L) 상에 배치된 교차점(56)에서 교차하며, 각각의 동심원(L)은 각각의 교차벽(46, 48)을 상기 교차벽(46, 48)의 교차점(56)에서 다른 교차벽(46, 48)과 교차시킨다.
교차벽(46, 48)은 제1 벽(46)과 제2 벽(48)으로 구성된다. 상기 제1 벽(46) 중 하나와 상기 제2 벽(48) 중 하나는 가시성을 향상시키도록 도 4에서 굵은 선으로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 벽(46)은 전체적으로 제1 원주 측면 상에 제1 오목 아치를 형성한다. 이 제1 아치는 중심축(C1)에 평행한 모선(generatrix)에 의해 획정된다. 도시된 예에서, 각각의 제1 아치는 반시계 방향으로 오목하다.
각각의 제1 아치의 곡선 반경은 외부 원통면(38)으로부터 내부 원통면(36)으로 감소된다.
제1 벽들(46)은 서로 실질적으로 평행하다. 따라서, 각각의 제1 벽(46)은 임의의 다른 제1 벽(46)과 교차하지 않는다. 그러나, 각각의 제1 벽(46)은 복수의 제2 벽(48)과 교차한다.
각각의 제2 벽(48)은 국부적으로 제2 원주 측면 상에 제2 오목 아치를 형성한다. 이 제2 아치는 중심축(C1)에 평행한 모선에 의해 획정된다. 도시된 예에서, 각각의 제2 아치는 시계 방향으로 오목하다.
각각의 제2 아치의 곡선 반경은 외부 원통면(38)으로부터 내부 원통면(36)으로 감소된다.
제2 벽(48)은 서로 실질적으로 평행하다. 따라서, 각각의 제2 벽(48)은 임의의 다른 제2 벽(48)과 교차하지 않는다. 그러나, 각각의 제2 벽(48)은 복수의 제1 벽(46)과 교차한다.
따라서, 각각의 교차점(56)은 제1 벽(46)과 제2 벽(48) 사이의 교차점으로 구성된다. 이 제1 벽(46) 및 제2 벽(48)의 쌍은 각각의 교차점(56)에 대해 특정되며, 바꿔 말해서, 제1 벽(46) 및 제2 벽(46, 48)의 각각의 쌍의 경우, 상기 제1 벽(46) 및 제2 벽(48)은 교차될 때에 단 1회 교차한다.
제1 벽(46) 및 제2 벽(48)은 중심축(C1) 둘레에서 원주 방향으로 반복하는 패턴을 형성하며, 상기 패턴은 10회 이상, 바람직하게는 20회 이상 반복된다. 도시된 예에서, 이 패턴은 50회 이상 반복된다.
제1 및 제2 벽(46, 48)의 두께, 종방향 셀(50)의 개수, 기재(30)의 직경 및 높이, 뿐만 아니라 촉매 물질의 물성은 제1 정화 부재(10)에 의해 구성된 정화 부재의 유형, 엔진(3)의 유형, 및 상기 엔진(3)의 제어의 함수로서 결정된다.
도 3으로 돌아가서, 정화 부재(10)는 또한 기재(30)의 외부 원통면(38)에 접하여 있는 원통형 주변 전극(60), 및 기재(30)의 내부 원통면(36)에 접하여 있는 원통형 중심 전극(62)을 포함한다.
주변 전극(60)은 기재(30)의 외부 원통면(38)과 긴밀하게 결합하고, 바꿔 말해서, 주변 전극(60)은 실질적으로 그 전체 표면에 걸쳐서 기재(30)의 외부 원통면(38)과 전기 접촉한다. 이를 위해, 기재(30)는 통상적으로 주변 전극(60) 내에 스냅 끼워맞춤되거나 캐스팅 또는 전기 전도성 접착제에 의해 결합된다.
주변 전극(60)은 금속, 통상적으로 구리, 스테인리스강 등의 강철, 니켈 크롬 합금, 철 크롬 알루미늄 합금 또는 인코넬®로 제조된다. 주변 전극은 특히 자체 권취된 시트로부터 형성된다.
주변 전극(60)은 인클로저(16)와 전기적으로 접촉하면서 유지층(18)에 의해 인클로저(16)로부터 이격된다. 이를 위해, 주변 전극(60)은 주변 전극(60) 둘레에 분포된 복수의 전기 전도성 반경 방향 돌출부(64)를 갖는다.
도시된 예에서, 3개의 반경 방향 돌출부(64)가 있다.
각각의 반경 방향 돌출부(64)는 주변 전극(60)으로부터 중심축(C1)의 반대 방향으로 돌출된다. 돌출부는 유리하게는, 도시된 바와 같이, 특히 상류 방향으로 만곡된 설형부(tongue)의 형태이고, 전극(60)으로부터 가장 멀리 떨어진 그 원위 단부에, 인클로저(16)의 상보적인 리세스(도시 생략) 내로 삽입되기에 적합한 반경 방향 부분(66)을 갖는다.
따라서, 반경 방향 돌출부(64)는, 주변 전극(60)과 인클로저(16) 사이에 전기 접촉을 생성하면서, 인클로저(16) 내에 정화 부재(10)를 유지하기에 적합하다.
각각의 반경 방향 돌출부(64)는 바람직하게는 주변 전극(60)과 일체형이다. 이를 위해, 각각의 반경 방향 돌출부(64)는 통상적으로, 도시된 바와 같이, 주변 전극(60)을 형성하는 시트와 동일한 시트로부터 취한 스탬핑된 시트 단부에 의해 형성된다.
중심 전극(62)은 기재(30)의 내부 원통면(36)과 긴밀하게 결합하고, 바꿔 말해서, 중심 전극(62)은 실질적으로 그 전체 표면에 걸쳐 기재(30)의 내부 원통면(36)과 전기 접촉한다. 이를 위해, 중심 전극(62)은 통상적으로 기재(30) 내에 스냅 끼워맞춤되거나 캐스팅 또는 전기 전도성 접착제에 의해 결합된다.
중심 전극(62)은 금속, 통상적으로 구리, 스테인리스강 등의 강철, 니켈 크롬 합금, 철 크롬 알루미늄 합금 또는 인코넬®로 제조된다. 중심 전극은 특히 자체 권취된 시트로부터 형성된다.
도 1로 돌아가서, 정화 장치(9)는 또한 정화 부재(10)에 전기를 공급하기 위한 제1 단자(72A) 및 제2 단자(72B)를 갖는 전원(70)을 포함한다.
제1 단자(72A)는 인클로저(16)로부터 전기적으로 절연되면서 인클로저(16)를 통해 연장되는 전기 커넥터(74)(도 3)를 통해 정화 부재(10)의 중심 전극(62)에 전기적으로 연결된다.
도 3을 참조하면, 전기 커넥터(74)는 커넥터 콘(76), 전도성 로드(78), 절연 링(80), 및 지지 링(81)을 포함한다.
커넥터 콘(76)은 전기 전도성 재료로 구성된다. 커넥터 콘은 중심 전극(62)에 끼워 맞춰지는 광폭 베이스(82), 및 로드(78)에 연결된 협폭 정점(83)을 포함한다.
로드(78)는 콘(76)에 연결하기 위한 제1 단부(84) 및 제1 단자(72A)에 연결하기 위한 반대쪽 제2 단부(85)를 갖는다. 제1 단부(84)는 커넥터 콘(76)의 정점(83)에 맞물린다. 제2 단부(85)는 인클로저(16) 외측으로 연장된다.
로드(78)는 유리하게는 가요성이다. 따라서, 정화 장치(9)의 조립이 보다 용이해지고 기재(30)의 재료 내의 힘이 제어된다.
절연 링(80)은 전기 절연 재료, 예를 들어 세라믹으로 제조된다. 절연 링은 로드(78)가 통과하는 통로(87)를 획정한다. 절연 링은 차례로 지지 링(81) 내에 수용된다.
지지 링(81)은 절연 링(80)과 동심으로 절연 링(80) 둘레에 배치된다. 지지 링은 인클로저(16) 내에 배치된 관통 오리피스(88)(도 2)를 통해 연장된다.
도 1로 돌아가서, 제2 단자(72B)는 통상적으로 인클로저(16) 상에 용접된 나사식 로드에 의해 형성된 전기적 연결을 사용하여 인클로저(16)에 전기적으로 연결된다. 대안으로(도시 생략), 인클로저(16)는 동일한 유형의 전기적 연결을 사용하여 접지에 전기적으로 연결된다.
따라서, 정화 부재(10)의 주변 전극(60)은 전원(72)의 제2 단자(72B)에 또는 접지에 전기적으로 연결된다.
따라서, 교차벽(46, 48) 각각의 제1 단부(52)는 전원(70)의 제1 단자(72A)에 전기적으로 연결되고, 교차벽(46, 48) 각각의 제2 단부(48)는 전원(70)의 제2 단자(72B)에 또는 접지에 전기적으로 연결된다. 그 결과, 전원(70)이 활성화될 때에, 각각의 교차벽(46, 48)의 제1 단부(52)와 제2 단부(54) 사이에 전위차가 존재한다. 이 전위차는 전원(70)의 단자(72A, 72B) 사이의 전위차에 따라 좌우된다.
기재(30)는 각각의 교차벽(46, 48)이 제1 단부(52)와 제2 단부(54) 사이에 인가된 전위차의 효과 하에 150 내지 1300℃, 바람직하게는 200 내지 1000℃, 더욱 바람직하게는 300 내지 600℃의 온도로 가열될 수 있기에 적합하다. 기재(30)는 또한 배기 가스가 있는 곳에서 산화를 견디는 데에 적합하다.
이를 위해, 기재(30)는 내화학성 및 전기 전도성 재료로 제조된다. 특히, 기재(30)는 적어도 부분적으로 실리콘 카바이드로 형성되고, 특히 실리콘 카바이드로 구성된다. 대안으로, 기재(30)는 실리콘으로 함침된 실리콘 카바이드, 또는 그라핀-도핑된 코디어라이트(graphene-doped cordierite)로 제조된다.
기재(30)를 구성하는 재료의 저항은, 전원(70)의 특성, 기재(30)의 체적, 교차벽(46, 48)의 두께, 촉매 물질의 활성화 온도, 및 원하는 시동 속도에 기초하여 결정된다.
따라서, 교차벽(46, 48)이 교차하는 동심원(L)은 등전위 선 또는 원을 형성한다. 전술한 교차벽(46, 48)의 특정 배열은 기재(30) 내의 전류의 비교적 균일한 분포를 허용한다.
전원(70)은, 예를 들어 차량의 전기 배터리, 또는 수퍼 커패시터 장치로 구성되는 전기 에너지원(90)을 더 포함한다.
전기 에너지원(90)은 바람직하게는 정화 부재(10) 근처에 위치 결정된다. 따라서, 전원 케이블의 단면을 증가시키면서 전원 케이블의 길이를 감소시키고, 이러한 방식으로 이들 케이블의 전력 손실을 줄일 수 있다.
전기 에너지원(90)은 통상적으로 차량에 따라 전압(예를 들어, 12 또는 48 볼트) 하에서 직류 또는 재단 전류(choppy current)를 제공하는 데에 적합하다. 이 전류가 직류일 때에, 전기 에너지원(90)은 바람직하게는 제2 단자(72B)보다 제1 단자(72A)에 더 큰 전위를 제공하는 데에 적합하다.
전원(70)은 또한 기재(30)에 전기를 공급하는 것을 제어하도록 구성된 제어기(93)를 포함한다.
예를 들어, 제어기(93)는 프로세서 및 프로세서와 연관된 메모리에 의해 형성된 정보 처리 유닛을 포함한다. 대안으로, 제어기(93)는 FPGA(Field-Programmable Gate Array), 또는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 전용 집적 회로 등의 프로그램 가능한 로직 구성요소의 형태로 제조된다.
제어기(93)는 특히 전원(70)에 의해 기재(30)에 제공되는 전압 및 전류를 선택하여 소비된 가열 출력 및/또는 소비된 전력 및/또는 기재(30)의 온도를 예정된 범위 내에 유지하도록 구성된다.
제어기(93)는 펄스 폭 변조(PWM; pulse width modulation) 또는 고밀도 직류에 의한 가열을 제어한다.
전원(70)은 또한 기재(30)에 전력을 공급하는 전류의 세기 및 기재(30)의 단자를 가로지르는 전압을 취득하기 위한 부재(94)를 포함한다.
이 취득 부재(94)는 임의의 적절한 유형이다.
예를 들어, 취득 부재(94)는 전류를 측정하기 위한 센서(95) 및 전압을 측정하기 위한 센서(97)를 포함한다. 대안으로, 전류 및 전압의 세기는 제어기(93)에서 복원된 정보로부터 계산에 의해 얻어진다.
제어기(93)는 유리하게는 기재(74)의 온도를 제어하고, 기재(30)의 적절한 동작을 모니터링하며, 기재(30)에 더 이상 전기가 공급되지 않을 때에 배기 가스의 온도를 결정하고, 기재(30)에 더 이상 전기가 공급되지 않으면, 정화 부재(10)를 통한 배기 가스 유량을 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 제어기(93)는 통상적으로 FR 17 53059호에 기술된 제어 프로그램을 수행하도록 구성된다.
전술한 발명 때문에, 열화를 우려하지 않고, 정화 부재(10)의 신속하고 균일한 온도 상승을 얻을 수 있다. 그 결과, 정화 부재(10)가 최적의 성능에 도달하는 데에 필요한 시간이 단축된다. 예열의 경우, 엔진 시동 전 대기 시간이 단축된다.
더욱이, 정화 부재(10)는 정화 부재를 통과하는 배기 가스를 가열하고 배기 가스를 통과하는 제1 오염 물질의 발열 에너지를 방출하여, 대류에 의해, 바로 하류에 배치된 제2 정화 부재(11)를 또한 가열할 수 있게 한다. 그 결과, 제2 정화 부재(11)가 최적의 성능에 도달하는 데에 필요한 시간이 단축된다.
또한, 전술한 본 발명은, 기존의 배기 라인에 쉽게 적응할 수 있고 이 적응은 배기 라인의 나머지 부분에 대한 수정없이 단순히 정화 장치를 정화 장치(9)로 교체하는 것을 필요로 하기 때문에 매우 다목적이다.

Claims (11)

  1. 차량의 배기 가스를 정화하기 위한 정화 부재(10)로서,
    환형이고 중심축(C1) 상에 센터링되는 기재(30)를 포함하고, 기재는, 기재(30)의 제1 축방향 단부를 획정하는 상류면(32), 기재(30)의 제2 축방향 단부를 획정하는 하류면(34), 중심축(C1) 상에 센터링되고 중심축(C1)을 향해 배향된 내부 원통면(36), 및 중심축(C1) 상에 센터링되고 중심축(C1)의 반대측으로 배향된 외부 원통면(38)을 가지며, 상기 기재(30)는 내부 원통면(36)을 획정하는 내부 원통벽(42) 및 외부 원통면(38)을 획정하는 외부 원통벽(44)을 포함하고, 상기 내부 원통벽(42) 및 외부 원통벽(44) 각각은 중심축(C1) 상에 센터링되며, 기재(30)는 전기 전도성 재료로 제조되고 기재(30)의 상류면(32) 및 하류면(34)에서 각각 드러나는 종방향 셀(50)을 사이에 획정하는 복수의 교차벽(46, 48)을 포함하며, 상기 교차벽(46, 48)은 촉매 조성물로 덮여 있고, 정화 부재(10)는 기재(30)의 외부 원통면(38)에 접하여 있는 원통형 주변 전극(60), 및 기재(30)의 내부 원통면(36)에 접하여 있는 원통형 중심 전극(62)을 더 포함하며,
    각각의 교차벽(46, 48)은 외부 원통벽(44)으로부터 내부 원통벽(42)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 정화 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교차벽(46, 48)은 중심축(C1) 상에 센터링된 복수의 등전위 원(L) 상에 배치된 교차점(56)에서 교차하며, 각각의 등전위 원(L)은 각각의 교차벽(46, 48)을 상기 교차벽(46, 48)의 교차점(56)에서 다른 교차벽(46, 48)과 교차시키는 것인 정화 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 교차벽(46, 48)은 제1 벽(46) 및 제2 벽(48)을 포함하고 특히 제1 벽(46) 및 제2 벽(48)으로 이루어지고, 각각의 제1 벽(46)은 제1 원주 측면 상에서 오목하고 각각의 제2 벽(48)은 제1 원주 측면의 반대측인 제2 원주 측면 상에서 오목한 것인 정화 부재.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 제1 벽(46)은 임의의 다른 제1 벽(46)과 교차하지 않고 각각의 제2 벽(48)은 임의의 다른 제2 벽(48)과 교차하지 않으며, 각각의 제1 벽(46)은 복수의 제2 벽(48)과 교차하고 각각의 제2 벽(48)은 복수의 제1 벽(46)과 교차하는 것인 정화 부재.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 기재(30)는 적어도 부분적으로 실리콘 카바이드로 형성되는 것인 정화 부재.
  6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    각각의 전극(60, 62)은 금속으로 이루어지는 것인 정화 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 전극(60, 62)은 구리, 강철, 스테인리스강, 니켈 크롬 합금, 철 크롬 알루미늄 합금 및 인코넬®로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 금속으로 이루어지는 것인 정화 부재.
  8. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
    각각의 교차벽(46, 48)은 기재(30)의 상류면(32)으로부터 하류면(34)으로 감소하는 두께를 갖는 것인 정화 부재.
  9. 정화 장치(9)로서,
    전원(70) 및 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 정화 부재(10)를 포함하고,
    중심 전극(62)은 전원(70)의 제1 단자(72A)에 전기적으로 연결되며, 주변 전극(60)은 전원(70)의 제2 단자(72B)에 또는 접지에 전기적으로 연결되는 것인 정화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    전기 전도성 재료로 제조되는 인클로저(16)를 포함하고, 상기 인클로저(16)는 배기 가스를 기재(30)의 상류면(32)으로 그리고 기재(30)의 하류면(34)의 출구에서 안내하기 위한 도관을 획정하며, 상기 정화 부재(9)는 주변 전극(60)이 인클로저(16)와 전기적으로 접촉하도록 상기 인클로저(16) 내에 장착되는 것인 정화 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 주변 전극(60)은 절연층(18)에 의해 상기 인클로저(16)로부터 이격되어 있는 것인 정화 장치.
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