KR940006761Y1

KR940006761Y1 - 배기가스 정화장치

Info

Publication number: KR940006761Y1
Application number: KR2019940015748U
Authority: KR
Inventors: 유조 히다찌; 하루오 세리자와
Original assignee: 우스이 고꾸사이 산교 가부시끼가이샤; 우스이 유따로
Priority date: 1989-05-08
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1994-09-28

Abstract

내용 없음.

Description

배기가스 정화장치

제1도는 본 고안의 첫번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 사시도.

제2도는 첫번째 실시예의 배기가스 정화장치의 정면도.

제3도는 첫번째 실시예의 배기가스 정화장치의 축 단면도.

제4도는 본 고안의 두번째 실시예에 다른 배기가스 정화장치의 사시도.

제5도는 두번째 실시예의 배기가스 정화장치의 정면도.

제6도는 본 고안의 세번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 사시도.

제7도는 세번째 실시예의 배기가스 정화장치의 축 단면도.

제8도는 본 고안의 네번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 축 단면도.

제9도는 본 고안의 다섯번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 축 단면도.

제10도는 본 고안의 여섯번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 정면도.

제11도는 본 고안의 일곱번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 정면도.

제12도는 본 고안의 여덟번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 축 단면도.

제13도는 본 고안의 아홉번째 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 축 단면도.

본 고안은 배기가스 정화 촉매를 담지하기 위한 금속제 허니코움 코어체로 구성된 배기가스 정화장치에 관한 것이다. 자동차로부터 배기가스를 정화하는 수단으로서, 배기가스 정화장치는 통상 배기관의 중간위치에 설치된다.

특히, 본 고안은 배기가스가 많은 량의 HC(하이드 카본)을 포함하고 발열 반응이 배기가스와 정화촉매 사잉에서 갑자기 발생하며, 또는 시동장치(프리히터)가 상기 종류의 배기가스 정화장치의 활성화에 있어서 촉매층에 대해 적당한 조건의 온도를 요구하는 특별한 구조를 가지는 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

상기의 종류의 배기가스 정화정치는 종래에 다음과 같은 방법으로 제조되었다. 즉, 내열성 강철판으로 만들어진 평판상 밴드와 비슷한 강철판 물결 또는 곡선 모양으로 형성하므로써 얻어진 파판상 밴드가 접촉관계로 서로 포개지고 다층 와선형으로 서로 감겨지며, 그것에 의하여 배기가스가 그곳을 통하여 흐르도록 축방향으로 다수의 망상-패턴 가스 흐름 통로를 갖는 허니코움상 다층 복합체(이하, "허니코움 코어체 (honeycomb core body)"라 함)가 형성된다.

허니코움 코어체와 금속 케이싱은 그들이 배기가스의 고온에 기인한 열챙창과 응력, 촉매에 의하여 유도된 배기가스의 발열 반응 및 자동차 주행시 진동을 극복할 수 있도록 브레이징(brazing)또는 용접에 의하여 서로 견고하게 결합된다. 물론, 허니코움 코어체를 구성하는 평판상과 파판상 밴드는 여러가지 적당한 방법중의 어느 한 방법에 의하여 그들 사이의 접촉 영역에서 서로 견고하게 결합될 수 있다.

그러나 최근에, 금속제 허니코움 코어체를 수납하여 견고하게 고정시키는데 적당한 금속 케이싱이 없이, 즉 종래의 코디어라이트(cordierite)세라믹 캐리어를 갖는 가격 경재의 시점으로 부터 금속제 허니코움 코어체만을 가지는 배기가스 정화장치를 구성하는 추세이다. 이러한 금속 케이싱을 사용하지 않으면은 금속 케이싱에 금속제 허니코움 코어체를 삽입하고 그들을 서로 결합하기 위한 비용 즉, 소위 캐닝 코스트 (canning cost)라 불리는 비용의 감소가 성취되고, 그것에 의하여 실질적으로 비용면에서 장점을 가져온다.

종래의 배기가스 정화장치는 허니코움 코어체만으로 구성되는 배기가스 정화장치 또는 허니코움 코어체와 금속케이싱으로 구성되는 배기가스 정화장치는 이 허니코움 코어체의 구조 때문에 다음같은 사용 목적에 대해 부적당하다.

종래의 허니코움 코에체는, 예를 들면, 평판상 밴와 파판상 밴드가 다층으로 중심으로 부터 치밀하게 감겨지기 때문에 다음에 서술되는 이와같은 사용목적을 위해 또 다른 개선점을 필요로 한다.

(i) 모토 사이클들의 경우에서 관찰되는 바와같이, 높은 CH 농도의 배기가스를 정화하고자 할때, 배기가스의 유속분포가 허니코움 코어체의 중심부(즉, 감겨진 중심부)에서 가장 높다. 그러므로, 이 중심부는 Pt 또는 Pd의 등의 배기가스 정환 촉매에 의하여 유도된 배기가스의 촉매 발열 반응에 기인한 비정상(abnormal)고온으로 노출되고, 그것에 의하여 열응력이 생겨나고 장치 자체의 내구도가 상당히 저하된다. 공지된 바와같이, 이 종류의 배기가스 정화장치 내부의 온도는 일반적으로 700℃∼800℃범위에 있다. 그러나, 이 온도는 HC가 고농도에서 방전되는 1200℃만큼 높은 온도로 상승될 수도 있다.

(ii)이 종류의 허니코움 코어체를 활성화 할때, 배기가스의 온도는 많은 경우에서 촉매 반응에 최적한 온도레벨로 되어 있는 일이 많다. 가열 수단은 최적 온도에 대하여 촉매 영역까지 가열하기 위해 사용될 수 있다. 몇가지 경우에서, 상술된 배기가스의 촉매 발열 반응에 의하여 생겨난 열열 효과적으로 사용하기 위하여, 추가된 배기가스 정화장치가 프리히터(Preheater)로서 사용된다. 그러나, 상술된 종래의 허니코움 코어체의 사용은 실질적으로 압력 손실을 가져오고, 결과적으로 엔진의 출력이 감소된다.

허니코움 코어체의 압력 손실(흐름에 대한 저항)을 개선하기 위하여 망상-패턴 공기 흐름 통로가 확대되고 조잡하게 된다면, 허니코움 코어체의 내구도를 자감소시키기에 허니코움 코어체의 내구도가 불충분하다.

종래의 배기가스 정화장치의 상술된 단점을 해결하기 위하여, 본 고안자들은 허니코움 코어체의 구조에 대하여 대규모 연구를 실행하였다. 결과적으로, 이 종류의 금속제 허니코움 코어체는 허니코움 코어체의 감겨진 중심축을 따라 소정의 외부 직경의 개방된 원통형 중공부가 형성하므로써 임의의 새로운 분야에서 사용될 수 있다는 것을 발견하여, 본 고안을 완성하기에 이르렀다.

본 고안의 하나의 관점에서, 허니코움 코어체(1)로 구성된 배기가스 정화장치가 제공되고, 상기 허니코움 코어체(1)은 박육 금속판으로 만들어진 평판상 밴드(11)와 다른 박육 금속 판으로 부터 만들어진 파판상 밴드(12)를 접촉관계로 서로 포개고, 다음 평판상 밴드와 파판상 밴드를 다층 와선형으로 서로 포개어 감음으로써 형성되어, 축방향으로 다수의 망상-패턴 가스 흐름 통로(13)를 갖는 배기가스 정화 촉매를 담지하기 위한 허니코움 코어체로된 배기가스 정화장치에 있어서, 허니코움 코어체(1)가 감겨진 중심축을 따라 다음의 관계을 만족하는 외부 직경의 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치가 제공되어 있다.

여기서1 : 허니코움 코어체의 외부직경,2 : 개방된 원통형 중공부의 외부직경, 감겨진 중심축을 따라 개방된 원통형 중공부를 형성하는 것은, 본 고안에 따른 배기가스 정화장치가 높은 HC함유의 정화 배기가스에 있어서 그의 중심주위의 이상 고온으로 가열되는 것으로 부터 방지되고, 배기가스 흐름에 대한 작은 저항때문에 결합된 내부 엔진의 출력이 감소되지는 않으며, 배기가스의 흐름에 대한 작은 저항 때문에 배기가스 정화 장치가 프리히터등으로서 사용될 수 있는 이러한 우수한 장점을 가져온다.

이제, 본 고안의 기술적인 특징과 바람직한 실시예가 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 고안은 도면에 의해 설명된 것들로만 제한되지는 않는다.

본 고안에서, 금속제 허니코움 코어체는 제1도에 도시된 바와같고 종래의 방법으로 제조된다.

허니코움 코어체(1)는 평판상 밴드(11)와 파판상 밴드(12)를 접촉 관계로 서로 포개고, 다음 평판상 밴드로 형성된 최외주벽을 갖는 다층 와선형으로 이들을 함께 감음으로써 형성된다. 평판상 밴드(11)는 약 0.03-0.1㎜의 두께를 가지며 내열성 강철판으로 형성되는 한편, 파판상 밴드(12)는 후술되는 바와 같이 특징 파형으로 비슷한 강철판을 물결모양으로 하여 얻어진다. 다층 와선형으로 감음으로써, 배기가스에 대한 흐름통로로서 제공되는 다수의 망상-패턴 가스 흐름통로(13)가 자동적으로 형성된다.

평판상 밴드(11)로서, 0.04-0.1㎜의 두께를 가지는 판이 사용되고 크롬 강철(크롬 함유 : 13-25% 또는 Fe-Cr20%-A15% 등의 내열성 스테인레스 강철 또는 산화방지를 개선하기 위하여 전자의 스테인레스 강철에 Ce 또는 Y등의 회토금속을 추가하므로써 형성된 내열성 스테인레스 강철로 만들어진다. 파판상 밴드(12)로서, 비슷한 스테인레스 강철판이 후에 서술되는 특정 파형으로, 예를들면, 형성 기어를 사이에 동일한 것을 공급하므로써 물결모양으로 만들어진 후에 사용된다. A1₂O₃가 열처리에 의하여 밴드의 표면위에 위스커로서 형성되고 배기가스 정화 촉매를 생산하기에 적절한 아래층을 견고하게 유지하기 위하여 제공되기 때문에 각 밴드로서 A1-함유 스테인레스 강철판의 사용이 바람직하고, 상기 아래층은 "와시코트(wash coat)"라 불린다.

본 고안의 실질적인 면에서 유용한 허니코움 코어체(1)가 감겨진 중심축을 따라 소정의 외부직경의 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는다.

배기가스의 흐름에 대하여 낮은 저항을 가지는 망상-패턴공기 흐름 통로(13)의 개구가 조잡하게 되는 것을 관찰할 수 있다. 조잡한 개구가 허니코움 코어체(1)의 강도를 감소시키기 때문에, 하나이상의 보강 부재를 사용하는 것은 이러한 실시예에 대하여 중요하다. 위에서 예를든 보강 부재들 중에서, 원통형 보강 부재는 평판상밴드(11)과 파판상 밴드(12)가 다층 복합체로 감겨질때, 감기위한 가이드 또는 중심으로서 제공될 수 있다. 그러므로, 이와같은 보강부재를 사용하는 것이 바람직하다.

평판상 밴드(11)와 파판상 밴드(12)를 다충 복합 체로 감음으로써 제조되고 감겨진 중심축을 따라 빈 공간(14)을 정의하는 허니코움 코어체가 그 자체로서 배기가스 정화장치로 사용될 수 있다.

이 경우에 평판상 밴드의 끝부분이 금속 케이싱 대신에 허니코움 코어체 1의 최외주변에서 바람직한 배수로 감겨질 수 있다. 대신에, 허니코움 코어체(1)는 제1도에 도시된 배기가스 정화장치를 제공하기 위해 분리된 원통형 금속 케이싱에 고정되고 그 안에 끼워진다.

본 고안에서, 고열과 부식 방지성을 가지는 허니코움 코어체(1)과 비슷한 내열성 강철 또는 물질이 허니코움 코어체(1)이 고정되게 워지는 금속 케이싱(2)의 물질로서 사용될 수 있다. 더우기, 내 부층의 금속 물질보다 높은 열과 부식 방지성을 가지는 금속 물질로 만들어지는 왼부층을 같는 이중층물질을 사용하고 특히, 내부층으로서 페라틱(ferritic)스테인레스 강철과 외부층으로서 어스테니틱(austenitic)스테인레스 강철로 만들어진 클래드 강철을 적용하는 것이 가능하다.

이제, 본 고안의 배기가스 정화장치의 기본 요소인 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는 금속제 허니코움 코어체(1)가 첨부된 도면에 의거하여 보다 더 상세히 설명한다.

(1) 제1-3도는 중공부(14)를 정의하는, 본 고안의 첫번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 설명한다.

첫번째 실시예에서는 평판상 밴드(11)와 파판상 밴드(12)가 사용된다. 평판상 밴드(11)은 0.04㎜의 두께를 가지는 Fe-Cr20%-A15%-Ce0.02%형의 내열성 강철로 만들어진 강철판으로 형성된다. 파판상 밴드(12)는 형성기어들 사이에 비슷한 강철판을 공급하므로써 형성되고, 305㎜의 리지(ridge)대 리지의 피치와 1.8㎜의 리지높이를 갖는다.

평판상 밴드(11) dhk 파판상 밴드(12)가 접촉관계로 서로 포개진다.

30㎜의 외부직경을 가지는 틈이 있는 굴대를 사용하여, 이렇게 포개진 평판상 밴드(11)dhk 파판상 밴드(12)가 서로 와성형으로 갑자기 갑겨지고, 50㎜의 외부직경을 가지는 다수의 망상패턴 공기흐름 로를 갖는 허니코움 코어체(1)가 제조된다. 그후, 굴대는 허니코움 코어체(1)의 감겨지는 중심축을 따라 30㎜의 외부직경을 가지는 원통형의 빈공간을 형성하기 위하여 당겨진다.

허니코움 코어체(1)의 약 50㎜의 내부직경을 가지는 금속케이싱에 끼워지고 내열성 강철판(JIS G4305 SUS310)으로 만들어진다. 허니코움 코어체의 양끝부분과 그의 이웃하는 부분(양끝으로 부터 안쪽으로 10MM)이 니켈-베이스 브레이징 물질의 슬러리(slurry)에 감긴다. 슬러리가 건조된 후에, 열 처리는 허니코움 코어체와 금속 케이싱이 브레이징에 의하여 서로 고정되도록 진공로에서 실행된다.

(ii)제4-5도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 두번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 설명한다. 두번째 실시예에서, 허니코움 코어체(1)는 평판상 밴드(11)와 파판상 밴드(12)를 다층 복합체로 한번 감음으로써 제조된다.

(iii)제6-7도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 세번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 나타낸다. 세번째 실시예에서, 허니코움 코어체(1)의 주변벽이 허니코움 코어체(1)의 전체축 길이를 따라 확장하는 원통(3)에 의하여 지지된다.

(iv)제8도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 네번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 도시한 것이다. 네번째 실시예는 상술된 세번째 실시예(제6-7도)의 변경예이다.

(v)제9도는 중공부 14를 갖는 본 고안에 다섯번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)을 설명한다. 다섯번째 실시예는 상술된 세번째 실시예 (제6-7도)의 변경예이다. 원통(3)은 허니코움 코어체(1)의 전체축 길이를 따라 확장하지 않는다. 원통(3)은 적당히 짧은 길이를 가지며 중공부(14)의 길이 중심부에 배치된다.

(vi)제10도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 여섯번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 나타낸다. 여섯번째 실시예에서, 십자형의 보강리브(4)가 허니코움 코어체(1)의 내주벽을 지지한다. 보강리브(4)의 배치가 제7-9도에 도시된 원통(3)의 배치와 비슷한 방법으로 이루어질 수 있다.

(vii)제11도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 일곱번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)을 설명한다. 일곱번째 실시예에서, 허니코움 코어체(1)가 금속 케이싱(2)에 고정되고, 허니코움 코어체(1)의 내부 주변벽은 금속제원통(3)에 의하여 지지되며, 보강리브(41)는 금속 케이싱(2)과 원통 (3)사이에 배치된다.

(viii)제12도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 여덟번째 실시예에 따른 허니코움 코에체(1)를 각각 도시한다. 여덟번째 실시예에서, 동일한 외부 직경의 개방된 원통형 중공부(14)의 중심축을 따라 갖는 허니코움 코어체들(1)이 금속 케이싱(2)내에 소망의 간격으로 배치된다. 각 허니코움 코어체들(1)의 내부벽들이 빈 공간(14)과 동일한 외부 직경을 가지는 공동 금속제 원통(3)에 의하여 지지되고, 금속 케이싱(2)의 축을 따라 확장된다. 더우기, 여덟번째 실시예의 변경예로서, 홀들(31)은 배기가스의 흐름이 배기가스의 정활효율을 개선하기 위하여 조잡한 흐름으로 변화되도록 도면에 도시한 바와 같이 각 허니코움 코어체 사이에 위치에서 금속제 원통(3)의 벽을 통하여 뚫어진다. 물론, 도면이 홀들(31)만을 간단히 나타내었다 할지라도, 방열공(louver)등이 조잡함을 보다 강하게 하기 위하여 랜싱(lancing)등에 의하여 또한 형성될 수 있다.

(ⅸ)제13도는 중공부(14)를 갖는 본 고안의 아홉번째 실시예에 따른 허니코움 코어체(1)를 설명한다. 다른 직경을 가지는 개방된 원통형 중공부(14)를 감겨진 중심축을 따라 갖는 복수의 허니코움 코어체들(1)이 금속 케이싱(2)내에 소망의 간격으로 배치된다. 더우기, 허니코움 코어체들(1)의 내주벽이 그 대응하는 금속제 원통(3)에 의하여 지지된다. 아홉번째 실시예에서, 각 개방된 원통형 중공부(14)의 외부 직경은 배기가스의 소정의 압력손실, 배기가스의 소망의 정화정도등을 고려하여 결정될 수 있다.

Claims

박육 금속판으로 만들어진 평판상 밴드(11)와 다른 박육 금속판으로 부터 만들어진 파판상 밴드(12)를 접촉하게 서로 포개고 나서, 이렇게 포개진 평판상 밴드와 파판상 밴드를 다층 와선형으로 서로 감음으로써 형성되어, 축방향으로 다수의 망상-패턴 가스 흐름 통로(13)을 갖는 배기가스 정화촉매를 담지하기 위한 허니코움 코어체(1)로 구성된 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 허니코움 코어체(1)가 감겨진 중심축을 따라 다음 관계식

여기서1 : 허니코움 코어체의 외부직경,2 : 개방된 원통형 중공부의 외부직경을 만족하는 외부 직경을 갖는 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제1항에 있어서, 원통형의 금속 케이싱(2)을 더 포함하고, 허니코움 코어체가 적어도 한번 감겨지며, 허니코움 코어체의 최외주면이 원통형 금속 케이싱(2)의 내벽에 접합되는 장치.
제1항에 있어서, 허니코움 코어체(1)의 내주벽이 금속제 원통(3)으로 지지되는 장치.
제3항에 있어서, 금속제 원통(3)이 허니코움 코어체(1)의 감겨진 중심축의 방향으로 적어도 허니코움 코어체(1)의 일부를 따라 확장되는 장치.
제1항에 있어서, 허니코움 코어체(1)의 내주벽이 적어도 하나의 금속제 보강리브(4)에 의하여 지지되는 장치.
제5항에 있어서, 금속제 보강리브(4)가 허니코움 코어체(1)의 감겨진 중심축의 방향으로 적어도 허니코움 코어체(1)의 일부를 따라 확장하는 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 금속제 보강 리브(4)가 허니코움 코어체(1)의 감겨진 중심축의 방향으로 적어도 허니코움 코어제(1)의 일부를 따라 확장하는 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 허니코움 코어체가 고정되는 금속 케이싱(2)를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 허니코움 코어체(1)가 금속 케이싱(2)에 고정되고, 허니코움 코어체(1)의 내주벽이 금속제 원통(3)에 의하여 지지되며, 적어도 하나의 보강리브(41)가 금속 케이싱(2)과 금속제 원통(3)사이에 배치되는 장치.
제1항에 있어서, 그의 감겨진 중심축을 따라 동일한 외부직경(2)의 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는 복수의 허니코움 코어체(1)가 금속 케이싱(2)에서 소망의 간격으로 배치되고, 각 허니코움 코어체의 내주벽이금속 케이싱의 축을 따라 확장하는 하나의 금속제 원통(3)에 의하여 지지되는 장치.
제10항에 있어서, 금속제 원통(3)이 허니코움 코어체(1)중 적어도 두개의 인접한 허니코움 코어체들 사이에서 적어도 하나의 통공(31)을 갖는 장치.
제1항에 있어서, 그의 감겨진 중심축을 따라 다른 외부직경(2)의 개방된 원통형 중공부(14)를 갖는 복수의 허니코움 코어체(1)이 금속 케이싱(2)에서 소망의 간격으로 배치되고, 각 허니코움 코어체들의 내주벽이 대응하는 금속제 원통(3)에 의하여 지지되는 장치.