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KR100225093B1 - 필터 또는 촉매체 및 그 제조방법 - Google Patents

필터 또는 촉매체 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100225093B1
KR100225093B1 KR1019920004578A KR920004578A KR100225093B1 KR 100225093 B1 KR100225093 B1 KR 100225093B1 KR 1019920004578 A KR1019920004578 A KR 1019920004578A KR 920004578 A KR920004578 A KR 920004578A KR 100225093 B1 KR100225093 B1 KR 100225093B1
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게르하르트 피쉐르
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Abstract

디젤엔진 등의 내연기관 엔진에서 배출되는 폐가스중의 유해성분을 제거하기 위하여 하나이상의 금속와이어 또는 금속섬유의 층을 만들고, 또한 소결재는 분상, 입상, 섬유편상 또는 섬유칩상으로 되어 그물눈 또는 격자실 속으로 들어가서 와이어 또는 섬유체위에서 소결되며, 또한 이 섬유체의 편직물은 능직으로 짜여진 와이어섬유(1)의 형태로되고 소결재(4)는 그물눈 또는 격자실(5)속으로 들어가서 와이어 또는 섬유체(2, 3)와 같이 소결되도록 한 필터 또는 촉매체.

Description

필터 또는 촉매체 및 그 제조방법
제1도는 본 발명상의 편직물의 평면도.
제2도는 본 발명상의 특허청구범위 제1항에 따라 된 편직물의 횡단면도.
제3도는 제1도의 편직물의 종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 능직으로 짠 와이어섬유 2 : 날실 와이어
3 : 씨실 와이어 4 : 소결재
5 : 격자실 또는 그물눈
본 발명은 디젤엔진을 포함한 내연기관으로부터 나오는 폐가스에 함유된 유해성분을 제거하기 위한 필터 또는 촉매체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
특히 본 발명상의 필터는 하나이상의 금속와이어가 구성된 금속섬유층으로 이루어지고 분상, 입상, 섬유상, 섬유편의 형태 등으로 된 소결재료를 입도조정 하여서 만든 필터 또는 촉매체(filter or catalyst body) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
증래의 필터 또는 촉매체는 예컨데 독일 특허공보 DE-OS 39 08 581 호에 기재되어 있는 바와 같다.
이 경우, 다층의 짜여지거나 핀성된 섬유가 기재(base material)로 사용되고, 와이어 섬유도 여러 다층에 걸쳐 서로의 머리부위에 납작하게 이어 위치된다.
종래의 필터의 주되는 한가지를 간단히 설명히면, 모터로 구동되는 차량내부의 내연기관에서 매연 또는 검댕이(soot), 일산화탄소, 이산화탄소, 질산화물 등 폐가스로부터 유해 ·유독성분을 제거하는데 있긴 하나, 구면체(sphere)로 되어 있어 지금까지 이로 인해 발생되는 필터 또는 촉매체의 실제 응용상의 문제점이 해결되지 않고 있는데, 그 이유는 일례를 들면 필터나 촉매체 그 자체가 비교적 불균일하고 특히 불규직적으로 형성된 평직된 경우에 더욱 그리하다. 이러한 경우에는 필터체에 대한 열전달과 열전도도 또한 제한된다. 이에 따라 열이 항상 균일하게 방사되지 않으므로 국부적으로 과열된 위험이 있고, 따라서 균일한 매연의 연소가 보장되지 않는다. 또 한가지 공지의 필터나 촉매체가 가지는 문제점은 기계적 안정성이 결여되어 있다는 점이다. 그 결과 내연기판에서의 폐가스흐름에 사용될 때 부하가 걸린다는 문제에 봉착한다. 특히 온도가 높다든가 압력맥동(pressure pulsation)이 심하다든가 할 때에는 그로 인해 종래의 구면체 이용으로는 필터나 촉매체는 더 이상 경제적으로, 효을적으로 쓸 수가 없다.
따라서 본 발명의 목적은 종래의 필터 또는 촉매체를 개량하여 내연기관에서 나오는 폐가스로부터 유해한 성분을 제거하기에 알맞고 특히 열구배와 열전도도가 향상되도록한 필터 또는 촉매체를 제공하는데 있다.
상술한 문제점들은 본 발명상의 편직(woven fabric)을 능직으로 된 와이어섬유(twilled wire fabric)의 형태로 하고, 소결재가 그물눈(mesh)슥으로 들어가게 하며, 이를 소결되도록 하면 해결할 수 있다.
놀라운 것은 능직의 와이어섬유는 특히 구면체의 이용에 적합하다는 점이다. 능직의 편성에서는 씨실몸체(weft body)에서 날실을 세우거나 또는 날실몸체(warp body)에서 날실을 낮추거나 하여 이 편성을 반복하는 것만이 마름모, 즉 능직으로 짜여질 수 있다. 능직의 와이어섬유의 와이어나 섬유는 직물에서 보다 규칙적으로 배열되고 그 그물눈은 매우 균일하고도 비교적 크다. 이는 소결재가 각개 그물눈속으로 별 어려움없이 들어갈수 있다는 것을 뜻하는데, 소결후에도 실질적으로 균일한 섬유직믈을 부여하므로, 직물에 보다 개선된 열전달과 균일한 열전도도 및 직물상에서의 균일한 열구배가 얻어진다. 이는 특히 내연기판의 폐가스흐름에서 적용될 때 잇점을 가진다. 특히 내연기관에서 높은 온도차이나 높은 압력차이가 발생할 때 이러한 효과를 거둘 수 있다. 따라서 직물은 빨리 가열되어야 하고 또한 가능하면 균일하게 가열되어야 하며, 특히 찬 냉간시동작업(cold-start operation)에서는 더욱 그리하다. 이렇게 되므로써 필터나 촉매체로서 사용할 때에는 보다 효과적이다. 그리나 과부하와 과열작업은 동시에 피하여야 한다. 이는 균일하고도 신속한 열분포가 이루어져야 하기 때문이다. 이는 놀랍게도 본 발명상의 직물에 의해서만 얻어질 수 있다.
능직의 와이어섬유가 가져다주는 또 하나의 잇점은 가볍다는 점과 비교적 작은 그물눈폭(mesh width)으로도 비교적 두꺼운 와이어를 사용할 수 있다는 점이다.
정상적인 직물에 비하여 소결재료가 물어가는 소결공정은, 그리고 서로 집촉하여 연결되는 와이어가 들어가는 소결공정은 직물의 내부에서 접촉되는 집촉점을 넘어 열구배를 매우 개선시키는 결과를 가져다준다. 이에 따른 안정성 또한 동시에 개선된다.
소결재료가 개선된 방법으로 깔리도록 한 공간적 구조를 위 능직의 와이어섬유는 가져다준다. 동시에 직물은 뻣뻣하고 팽팽하기 되며 높은 온도에서조차 뻣뻣한 상태로 남게 된다.
소결이 끝나면 필터나 촉매체는 어렵지 않게 소정의 최종형태로 만들어져서 설치하거나 필요한 공간에 알맞게 넣어지도록 맞추어진다.
실제적으로는 대개 4-샤프트 또는 5-샤프트 능직의 와이어셤유(4-shaft of 5-shaft twilled wire fabric)가 소결재료로 가장 적합함을 알게 되었다. 특히 5-샤프트 능직의 와이어인 경우에 그리한데, 이는 모든 5번째 와이어만이 날실 또는 씨실속으로 묶여지기 때문이다. 규칙상 종래의 와이어섬유는 길다란형의 그물눈 섬유(oblong mesh fabric)로 짜여지고 와이어 두께는 날실 또는 씨실방향에서 같은 직경을 가지도록 선택되는 잇점이있다.
실제적으로 와이어 직경에 대한 그물눈의 폭을 대략 1 : 1 로 하는 것이 매우 적합함을 알게 되었다. 이러한 류의 본 발명상의 변직물은 온도분포와 열분산에 있어서 매우 균일하도록 균일성을 부여하고 아울러 동시에 냉간시동작업 시에도 매우 빠른 가열효과를 가져다 준다.
대체적으로 그물눈의 폭이나 직경은 통상 0.15∼0.30㎜정도가, 특히 0.20㎜가가장 적합한 것임을 알게 되었다.
본 발명상의 특징은 편직물의 와이어나 섬유가 편직물 두께가 대략 편직물의 와이어나 섬유직경의 대략 2.5배가 되도록 약간 구부러지도록 한다는데 있다. 이렇게 하변 층상, 그리고 소결재에까지도 보다 나은 공간을 가진 조직을 가져다 주게 된다.
강절와이어는 대략 20% 닉켈과 25% 크롬을 함유하는데 이는 와이어로서는 매우 적합한 재료임이 증명되고 있다.
본 발명상의 특징을 더 소개하면, 편직물의 와이어나 섬유가 또한 촉매적으로 활성을 가진 코팅재(catalytically active coating material)로도 공급가능하다는 점이다. 이와 같이 촉매재는 예컨데 와이어 또는 섬유상으로 된 편직물을 그 입구단부에 이용할 수 있으므로 편직물을 매연이나 검댕이 필터용으로 사용할 경우에는 매연이나 검댕이 연소에 필요한 점화온도가 낮아진다. 이러한 목적으로 예컨데 철, 망간, 몰리브덴 등의 금속 또는 바나듐 5산화물과 같은 금속산화물을 촉매재로 사용한다.
폐가스로부터 일산화탄소, 질산산화물 또는 이산화탄소와 같은 유해성분을 제거하기 위해서는 예컨데 로듐, 백금, 팔라듐과 같은 촉매를 가진 편직물이 출구단부에서 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 상기 필터나 촉매체를 단층 또는 다층의 것으로 설계할 수 있고, 다층설계인 경우 소결재가 들어가는 그물눈속으로 여러겹의 편직물이 통상 소겨러과정에서 서로 결합되도록 된다.
본 발명상의 또 하나의 특징은 편직물이 일측에는 평활한 표면과 다른측에는 거친 표면으로 짜여져 있는 것을 들 수 있다. 이렇게 하면 편직물은 거친면이 그 공급단부(feed end)에서 배열되도록 하는 방법으로 배열가능하다. 이렇게 하면 넓은 표면에서 낮은 부압(counterpressure)이 평활한 출구단부에 의해 만들어지는 동안 검댕이나 매연과 같은 유해성분을 분리하거나 변화너시킬 수 있게 된다. 내연기관에서의 동력손실은 이렇게 하므로써 최소화 가능하다.
한쪽이 평활하고 다른쪽은 거친 표면으로 하면 도 한가지 좋은 점은 필요하다면 압력 손실이나 압력감소를 거친 입구와 출구단부를 가진 각개층의 대응결합으로 다층으로 설계되는 필터 또는 촉매체에 의하여 서로 다른 방법으로 조절할 수 있다.
이와같이 하면, 예컨데 거친 외부를 가진 편직물을 사용하여 거친 필터가 주어지게 된다.
본 발명에 의하여 필터 또는 촉매체의 제조과정에서 소결제는 와이어 또는 섬유 및 소재가 함께 소결된 후에 바인더(binder)룰 통하여 능직 와이어섬유의 그물눈속으로 들어가게 된다.
본 발명상의 특징적 방법에 있어, 바인더는 소결재를 균일한 분포를 가진 그물눈 속으로 넣는데 사용된다. 이 바인더는 소결재가 균일하게 분포되도록 하는 필터역할을 할수 있다. 또한 이 바인더는 확산되고 로울링되며 또는 균일하게 빨라져서 습윤공정에서 그 속에 분포되는 재료와 같이 직물의 그물눈속으로 들어간다. 소결재는 또한 열전도를 증가시키기 위하여 와이어 또는 섬유의 꼭대기와 밑바닥에 접촉된다.
이러한 관계로 아무것도 남기는 것없이 계속적인 소결공정으로 증발해 버리는 바인더가 사용되는 것에 주목할 필요가 있다.
필요하다면 능직으로 짠 편직물 대신, 또한 비단짜는 것과 같은 편직물을 사용할 수도 있고 소결공정에 들어가기 전에 더욱 접촉점이 적게 나타나도록 할 수도 있다. 비단짜는 식의 편직은 능직형태로서는 특수한 예에 속한다.
본 발명을 첨부도면을 이용하여 일실시예로서 보다 상세하고도 구체적으로 설명하고저 한다.
본 발명상의 편직물은 제2도 및 제3도에서 도시된 바와 같이 5-샤프트 능직 와이어섬유체(5-shaft twilled wire fabric)1로 되고 다수의 날실와이어(warp wire)2와 씨실와이어(weft wire)3으로 구성되어 있다. 본명한 것은 5개의 와이어는 모두 날실과 씨실속으로 묶여진다는 것이다. 즉 5번쩌 와이어가 서로 대응되는 날실 또는 씨실속으로 묶여진다는 것이다. 또한 분명한 것은 그물눈의 폭은 최소한 대략 각 와이어의 직경과 거의 같다는 점이다. 와이어대신, 두께에 따라 섬유(fibres)를 사용할 수도 있다.
닉켈 20%, 크롬 25%, 나머지는 철과 극소량의 망간과 몰리브덴으로 구성되는 강은 와이어에 대한 재료로 사용가능하고 예컨데 재료 14841로 알려져 있는 재료를 쓰기도 한다.
높은 온도에 견디는 분상 또는 입상으르 된 내고온성 소결재 4는 바인더에 분포되어 편직물 1속으로 들어간다. 이 덩어리들은 예컨데 편직물 1의 그물눈 5속으로 주걱같은 것에 의해 확산된다. 금속, 세라믹재, 플라스틱재 또는 이들의 혼합물은 소결재로서 사용가능하다. 그러나 통상 강절 및 강절합금이 소결재로서 자주 사용된다. 촉매성을 만들기 위하여, 재료 예컨데 강절합금은 촉매성을 가지고 일반적으로 예컨데 백금, 로듐, 바나듐과 같은 성분들을 피복시키거나 또는 첨가하여 사용한다. 소결재도 물론 와이어 2의 꼭대기 및 밑바닥부에 그물눈 5사이에서만 이에 대신하여 접속된다.
제2도 및 제3도를 부면 와이어 2·3이 약간 휘어서 커브져 있음을 쉽게 알 수 있다. 즉, 편직물 1은 서로의 꼭대기에 놓이는 날실 및 씨실와이어의 직경의 2배가 넘는두께를 가진다. 이 커브는 다만 도면상에서는 일정한 정도로만 나타나 있지만, 실제로는 직경의 반정도로도 가능하여 편직물1/2.5의 총 두께를 부여한다.
편직물 1은 편직이 일면은 평활한 면, 다른면은 거친면을 가지도록 설계되어 있다.

Claims (14)

  1. 디젤엔진 등 내연기관으로부터 배출되는 폐가스로부터 유해성분을 제거하기 위해 금속와이어가 포함된 와이어섬유층으로 되는 하나이상의 층을 가진 편직물과 소결재로 구성되는 필터 또는 촉매체에 있어서, 상기 소결재는 분상, 입상, 섬유상편, 섬유상칩의 형태로 되어 그물눈(mesh)속으로 들어가서 와이어섬유(2, 3)위에서 소결되며, 상기 편직물(woven fabric)은 능직의 와이어편직물(twilled wire fabric)(1)형태로 되고,상기 소결재(4)는 그물눈(5)속으로 들어가서 와이어섬유(2, 3)와 같이 소걸되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체(filter or catalyst body).
  2. 제1항에 있어서, 상기 편직물(1)은 4-샤프트 또는 5-샤프트의 능직으로 된 와이어섬유체(twilled wire fabric)로 되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소결재는 세라믹, 플라스틱, 금속, 특히 강철 또는 강철합금이거나 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 와이어섬유(2, 3)는 날실 및 씨실방향으로 동일직경을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물은 그물눈폭과 와이어 직경의 상대적 비율이 대략 1 : 1에 가깝게 되도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 그물눈의 폭 또는 와이어 직경은 모두 0.15∼0.30㎜, 통상 0.20㎜로 되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  7. 제1항, 제2항 또는 제6항에 있어서, 상기 편직물(1)은 이 편직물의 두께가 편직물의 와이어섬유(2, 3)직경의 대략 2.5배가 되도록 약간 휘어 구부러져 있게 되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이어섬유는 대략 20% 닉켈, 25% 크롬을 함유하는 강철와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물(1)은 일측으로는 평활한 표면을,다른측으로는 거친 표면을 가지도륵 설계되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물(1)은 다층으로 서로 결합되어 하나의 몸체를 형성하는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물의 제1층은 그 외부가 거친 표면을 가지도록 되는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물(1)은 폐가스성분, 특히 매연 또는 검댕이의 점화온도를 낮추는 촉매로 입구단부(feed end)에서 피복되어 있는 것을 특징으로하는 필터 또는 촉매체.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편직물(1)은 일산화탄소, 이산화탄소, 탄화물, 질소산화물과 같은 유해성분을 제거하기 위하여 촉매코팅을 가진 출구로 구비하는것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체.
  14. 디젤엔진 등의 내연기관에서 배출되는 폐가스로부터 유해성분을 제거하기 위하여 금속와이어섬유층을 하나 이상의 섬유층으로 하고 분상, 입상, 섬유핀상, 섬유집상으로되는 소결재를 그물눈속으로 넣으며, 다음 상술한 특허청구범위 제1항 내지 제13항에 기숙된 와이어 또는 섬유직물을 동시에 소결하므로써 필터 또는 촉매체를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 소결재(4)는 바인더(binder)롤 거쳐 능직으로 짠 와이어섬유직물(twi1led wire fabric)의 형태로 그물눈(5)속에 넣어지고 그 후에 상기 와이어섬유(2, 3) 및 소결재(4)가 같이 소결되도륵 하는 것을 특징으로 하는 필터 또는 촉매체의 제조방법.
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