KR100540189B1 - 촉매 전환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2-스트로크 엔진을 갖는 자동차에서 유리하게 사용될 수 있는 간편한 촉매 전환장치에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 전환장치는 챔버 내에 배치되어 있는 제1 및 제2 콘(cone)을 갖는 챔버를 포함한다. 상기 콘들은 이격되어 있고 그 사이의 촉매대 (catalyst bed)를 구획하도록 배치되어 있다. 챔버는 디퓨저까지 연장되어 있다.

Description

촉매전환장치{A CATALYTIC CONVERTER}

본 발명은 촉매 전환장치(catalytic converter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 촉매대를 통하여 배기 가스 또는 방출 가스를 원심방향 (radial)으로 흐르게 하는 촉매 전환장치에 관한 것이다.

자동차의 배기관 또는 미관 (tail pipe)에 연결되어 있는 촉매 전환장치는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 그러한 전환장치 중 하나는 세라믹 펠릿(pellet)이 배치되어 있는 챔버 또는 하우징을 포함한다. 세라믹 펠릿은 백금, 팔라듐 및 (또는) 로듐과 같은 귀금속이 주입되어 있다. 배기 가스는 촉매대 내에서 수직으로 흐른다. 상기와 같은 공지된 구조물과 관련된 단점은 전환장치가 컴팩트하지 않으며 공간 요구조건이 상당하다는 것이다. 다른 단점은 세라믹 펠릿의 항구적인 손상 또는 파괴이다. 다른 단점은 펠릿이 고갈된다는 것이다. 상기와 같은 펠릿을 대체시킬 수도 있지만, 대체 전환장치의 작동 비용을 추가시킨다.

상기 언급한 단점을 극복하기 위하여, 백금, 팔라듐 및(또는) 로듐으로부터 선택된 귀금속이 주입된 벌집 구조를 갖는 촉매 전환장치를 제공하는 것이 공지된 바 있다. 상기와 같은 전환장치의 장점은 크기가 컴팩트하다는 것이다. 그러나, 상기 공지된 구조물과 관련된 단점은 비용이 상당하다는 것이다. 다른 단점은 재사용할 수 없다는 것이다. 또 다른 단점은 배압(back pressure)이다.

미국 특허 제3,879,949호에는 컨테이너 내에 2개가 함께 수직으로 배열된 촉매대를 포함하는 촉매 전환장치가 기술되어 있다. 배기 가스 중 일부는 상기 각각의 대를 통하여 흐른다. 뜨거운 배기 가스가 촉매대를 감싸게 됨으로써 촉매대가 신속하게 가열되며, 또한 촉매대로부터 배출된 뜨거운 배기 가스가 컨테이너의 외부면을 따라 흐르도록 한다.

PCT 공개 번호 WO 96/12097에는 2-스트로크 가솔린 엔진으로부터 HC 및 CO 배출량을 감소시키는 방법이 기술되어 있다. 백금군 금속 화합물을 엔진의 실린더에 가하면 연료의 연소에 의해 활성 산화 촉매로서 작용한다. 백금군 금속 화합물은 윤활유 또는 연료에 가할 수 있다.

본 발명의 목적은 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기 위한 촉매 전환장치의 개선된 구조물을 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컴팩트하며 모터사이클 및 모페드(moped)와 같은 차량에 유리하게 사용할 수 있는, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배기 가스 또는 방출 가스가 촉매대를 통하여 원심방향으로 유동하는, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기 위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가스와 촉매제의 접촉 표면적이 증가된, 자동차의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기위한 촉매 전환장치를 제안하는 것이다.

본 발명에 따르면,

i) 공해물질이 포집되어 있는 배기 가스를 도입시키기 위한 주입부, 세정된 배기 가스를 배출시키기 위한 배출부를 가지며, 상기 주입부는 챔버의 한쪽 말단에 배치되어 있고, 배출부는 챔버의 반대편에 배치되어 있으며, 상기 주입부가 상기 배출부로부터 이격되어 있어 이 사이에 제1 및 제2 영역이 구획되어 있는 챔버;

ii) 제1 및 제2 영역이 구획되도록 상기 챔버 내에서 서로 이격되어 수평한 관계로 배치되어 있는 제1 및 제2 콘;

iii) 상기 제1 및 제2 콘 사이에 구획된 공간에 배치되어 있으며 상기 주입부를 통하여 챔버 내로 도입된 배기 가스가 촉매대를 통하여 원심방향으로 흐르도록 하는 촉매대;

iv) 배출부가 제공되어 있는 디퓨저 구획을 갖는 제2 영역;

v) 제1 콘에서 상기 디퓨저 구획까지 연장되어 있으며, 챔버 내로 도입된 배출 가스의 제트 효과를 감소시키는 원추형 부재를 포함하는, 엔진의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기 위한 촉매 전환장치가 제공된다.

본 발명은 스파크 점화식 내부 연소 엔진용 원심방향 유동 원추형 촉매 전환장치에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 전환장치는 산화, 환원 또는 둘의 혼합 방법을 사용하여 이산화탄소, 수증기 및 산화질소와 같은 덜 유해한 생성물로 전환시키는 방법으로 일산화탄소, 비연소 탄화수소 및 아질소 산화물과 같은 유해 배기 가스를 저하시키기 위한 촉매로서 펠릿/비드를 사용한다. 원추형 디자인은 컴팩트한 사이즈로 소형 차량의 소음기 내의 장착이 용이하도록 하면서도 촉매에 대한 접촉 면적을 크게 한다.

본 발명의 촉매 전환장치의 명백한 장점 중 하나는 컴팩트하여서 지금까지 공간 부족으로 인하여 촉매 전환장치를 장착할 수 없었던, 모터사이클 및 스쿠터와 같은 차량에 사용할 수 있는 구조를 갖는다는 것이다.

본 발명의 목적 및 장점은 첨부되는 도면과 관련하여 숙독시 기술 내용으로부터 더욱 자명해질 것이다.

도면 1에서, 촉매 전환장치 9는 콘 10과 12를 통하여 제2 영역 B로부터 분리된 제1 영역 A를 갖는 챔버 8을 포함한다.

상세하게 설명하면, 본 발명의 촉매 전환장치 9는 상기 챔버 8의 제1 영역 A에 제공되어 있는 제1 또는 내부 콘 10을 포함한다. 본 전환장치는 촉매대 23에 대해 이들 사이에 공간을 구획하도록 제1 콘 10으로부터 이격된 제2 콘 12를 포함한다. 그러나, 촉매대 23의 활성부는 콘 10과 12 사이에 구획된 공간의 전체 길이를 따라 연장되어 있지는 않다. 사실 폐쇄부 15는 불활성 폐쇄 영역 39를 구획하도록 촉매대 23의 한쪽 말단에 근접하여 있다. 번호 11은 불활성 영역 39의 길이를 나타낸다.

촉매 전환장치 9의 주입부 또는 전단부는 다수의 이격된 개구부 19를 갖고 있는 내부벽 18을 갖는다. 배출 또는 배기 가스는 개구부 19를 통하여 챔버 8로 들어가게 된다.

도면 1에 나타낸 바와 같이, 내부 또는 제1 콘 10은 영역 13을 구획하도록 제2 영역 B로 연장되어 있다. 영역 13내의 콘 10의 벽표면은 배기 가스가 영역 B로 흐르는 것을 방지하기 위하여 밀폐된 표면을 갖는다. 몇몇 명백한 장점은 첫째로 영역 13의 존재 및 둘째로 영역 B내에 영역 13이 위치하고 있다는 것과 관련있다. 상기와 같은 장점 중 하나는 영역 13이 촉매대 23을 통한 배기 가스의 흐름 패턴을 방해하지 않는다는 것이다. 배기 가스가 영역 A로 도입될 때, 가스는 대략 250 ℃의 온도를 갖지만, 촉매대에 접촉시 대략 1000 ℃로 상승된다. 상기와 같이 심각한 상태의 온도 상승과 배기 가스 중에 포집되어 있는 공해물질의 효과적인 제거를 위하여, 촉매대를 통과하는 가스의 흐름이 균일한 것이 바람직하며, 이는 영역 13과 폐쇄 영역 39에 의해 용이하게 된다. 영역 13에 의해 제공되는 다른 장점은 가스 흐름 패턴에 있어서의 변화가 무시할 정도라는 것이다. 흐름 패턴에 있어서 실질적인 변화는 촉매대의 안정성과 성능에 영향을 줄 수 있으며, 특히 가스의 분포가 균질하지 않을 경우 그러하다. 또한, 영역 13의 벽이 경사지게 되면서 한점으로 모아지게 됨에 따라, 가스 스트림이 작용함으로써 벽에 가해지는 힘이 직선벽과 비교하여 감소된다. 또한 다른 고려되어야하는 인자는 배압이다. 영역 13이 전면 18로부터 멀리 위치하기 때문에, 엔진에 배압이 작용하지 않는다.

제1 콘 10과 제2 콘 12는 각각 다수의 이격된 개구부 6과 7을 갖는다. 그러나, 개구부 6과 7은 서로 비틀린 관계로 제공된다. 또한, 개구부 6의 피치는 개구부 7의 피치와 상이하다. 따라서, 배기 가스는 화살표 37로 나타낸 바와 같이 촉매대 23에 들어가 화살표 38로 나타낸 바와 같은 방식으로 개구부 7을 통하여 배출된다. 상기와 같은 개구부 6과 7을 제공하는 방식은 촉매대 23내에서의 가스의 접촉 기간을 증가시킨다. 콘 10과 12는 동시에 배기 가스가 원심방향으로 흐르도록 한다.

전면 18은 촉매대 23 중으로 촉매를 도입시키기 위한 공급 주입관 34에 연결된 개구부 33을 갖는다.

촉매 전환장치의 측벽 22는 용접 이음부 21에 의해 전면벽 18에 용접되어 있다. 유사하게, 스트립 17은 용접 이음부 54를 통하여 제2 콘 12에 용접되어 있다. 스트립 17은 전면 지지체 24 및 배면 지지체 31에 대한 전면 말단에 고정되어 있다. 스트립 17은 촉매대 23내에 공간 41 내지 44를 구획한다. 배면 지지체 31은 촉매 공급 영역 40을 구획한다.

내부 콘 10과 외부 콘 12는 용접 이음부 45에서 스트립 14에 용접되어 있다.

영역 B는 배출부 47로 모이게 되는 경사진 벽 46을 갖는 디퓨저 29에 구획되어 있다. 디퓨저 29는 전환장치의 구성원으로서 주입 말단에서 챔버 8의 직경에 대응하는 직경을 갖는다. 디퓨저 29는 용접 이음부 30을 통하여 벽 22에 용접되어 있다.

가스의 1차 팽창은 챔버 48에서 일어나 가스가 팽창함에 따라 가스의 온도가 떨어진다. 2차 팽창은 디퓨저 29중의 방출부 및 배출부 47에서 일어난다.

본 발명의 촉매 전환장치는 원추형 디자인의 컴팩트한 사이즈로, 지금까지 공간 부족으로 인하여 촉매 전환장치를 장착할 수 없었던, 모터사이클 및 스쿠터와 같은 소형 차량의 소음기 내 장착이 용이하다.

도면 1은 본 발명의 촉매 전환장치의 평면도이다.

Claims (8)

1. i) 공해물질이 포집되어 있는 배기 가스를 도입시키기 위한 주입부, 세정된 배기 가스를 배출시키기 위한 배출부를 가지며, 상기 주입부는 챔버의 한쪽 말단에 배치되어 있고, 배출부는 챔버의 반대편에 배치되어 있으며, 상기 주입부가 상기 배출부로부터 이격되어 있어 이 사이에 제1 및 제2 영역이 구획되어 있는 챔버;

   ii) 제1 및 제2 영역이 구획되도록 상기 챔버 내에서 서로 이격되어 수평한 관계로 배치되어 있는 제1 및 제2 콘;

   iii) 상기 제1 및 제2 콘 사이에 구획된 공간에 배치되어 있으며 상기 주입부를 통하여 챔버 내로 도입된 배기 가스가 촉매대를 통하여 원심방향으로 흐르도록 하는 촉매대;

   iv) 배출부가 제공되어 있는 디퓨저 구획을 갖는 상기 제2 영역;

   v) 제1 콘에서 상기 디퓨저 구획까지 연장되어 있으며, 챔버 내로 도입된 배출 가스의 제트 효과를 감소시키는 원추형 부재를 포함하는, 엔진의 미관 또는 배기관과 함께 사용하기 위한 촉매 전환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘에 다수의 이격된 구멍이 제1 콘 중의 구멍이 상기 제2 콘이 구멍에 대해 비틀린 관계로 배치되어 있는 촉매 전환장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 콘의 구멍의 피치가 상기 제2 콘의 구멍의 피치와 상이한 촉매 전환장치.
4. 제3항에 있어서, 콘 내에 활성 촉매대를 갖도록 상기 구멍이 상기 콘의 길이의 일부만을 따라 제공되어 있는 촉매 전환장치.
5. 제4항에 있어서, 활성 촉매대를 제외한 상기 제1 및 제2 콘의 벽 표면이 촉매 저장부를 구획하도록 밀폐되어 있는 촉매 전환장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 원추형 부재가 상기 챔버의 배출부로부터 떨어져 이격되어 있는 촉매 전환장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 디퓨저 구획이 배출구를 향하여 모이는 벽을 갖는 촉매 전환장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 촉매대가 다수의 공간을 구획하는 스트립을 갖는 촉매 전환장치.