JP5527546B2 - 触媒担体、これを用いた排気ガス浄化用担体コンバーター及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、最近、アパート居住者または老弱者の便宜のために各家庭の台所に配置される家庭用食物処理装置が開発され、広く普及されている実情である。このような家庭用食物ゴミ処理装置は食物ゴミを脱水、破砕、高温乾燥、発酵、分解などの手順を経ながら体積を最小限に縮小して排出するようにする。
従来の脱臭装置は微生物を用いた微生物脱臭方法、活性炭を用いた活性炭吸着方法及び酸化触媒を用いた酸化触媒燃焼方法などが用いられている。
酸化触媒を用いる脱臭方法は、触媒がコーティングされた多数の中空型セル構造を持つハニーコーム担体に排出ガスを通過させることによって悪臭を除去する。この時、触媒が悪臭を誘発する物質と効果的に反応できるように脱臭装置にヒーターを備えて触媒担体を触媒活性温度で加熱させるようになる。このような触媒を用いた脱臭方法は半永久的に使うことができ、処理速度が高くて処理容量の大きいところに適用することができる。
従来の間接加熱方式の脱臭装置1は、図1に示したように、入口12と出口16を両側端に備えて内部に排気ガスが通過する流路11を持つ円筒形ハウジング10の入口側にヒーター16を配置して、該ヒーター16の後端の表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セル構造を持つハニーコーム担体18が配置された構造を持っている。
このような従来の脱臭装置1はヒーター16により触媒がコーティングされた多数の中空型セル構造を持つハニーコーム担体18を触媒活性温度、例えば300〜450度で加熱した状態で悪臭を含んだ排気ガスが触媒がコーティングされたハニーコーム担体の多数の中空型セルを通過しながら触媒と燃焼反応して脱臭が行われた排気ガスを出口14に排出する。
しかし、このように、触媒がコーティングされた担体の前端にヒーターが配置されている場合、担体の後端は触媒活性温度に到達できなくて、効果的な脱臭が行われないという問題点があって、もし担体の後端が十分な触媒活性温度に到達する程度にヒーターを加熱する場合、不必要な電力消費が増加するという問題点が発生する。
前記したように、ハニーコーム構造の触媒担体に間接加熱方式のヒーターを用いる脱臭装置は、触媒がコーティングされた表面積が大きくて流入される排気ガスを予め加熱し得るという長所があるが、流速が速い場合、触媒との接触時間が充分ではなくて酸化(分解)されないか、またはエネルギーの効率が落ちるという問題点があって、螺旋形の板または部分開放部のあるディスク型担体に直接加熱方式のヒーターを用いた脱臭装置は構造が簡単で通気抵抗が低い代りに触媒がコーティングされた担体の表面積が小さくて流入される排気ガスを予め加熱し得ないという短所がある。
したがって、前記したようにハニーコーム担体構造を持つ従来の間接加熱方式または直接加熱方式の脱臭装置は、脱臭室に導入されるガスを触媒活性温度である300〜450度の高い温度で加熱するようになると、触媒反応の後に室内に排出される排出ガスの温度が高くなるため、これを50度以下の温度に下げることが必須的に要求される。
一方、従来の脱臭装置は、ハニーコーム構造の触媒担体が金属薄板から成っていて、ヒーターとの組み立てが行われた後に脱臭室を形成するハウジングの内部にろう付けなどの方式で組み立てされている。したがって、必要によって触媒担体を交換または再生することが難しい構造を持っている。
車両のエンジンをかける初期には、排気ガスの温度が、担体コンバーターで触媒反応が行われるのに十分な温度を持つことができないため、別途のヒーターを備えるか、または触媒担体を触媒活性温度で迅速に加熱するためにエンジンにコンバーターを近く位置させるか、または2つ以上の担体を近接させたCCC(Close Coupled Catalytic Converter)等の多様な方法が試みられている。
また、本発明は、ヒーターを触媒担体に埋め立てて設置することによってヒーターと触媒担体の間の接触面積を最大化すると同時に触媒担体の全部分を均一に触媒活性温度で加熱し、熱伝達効率の上昇と触媒反応効率を上げて、消費電力の最小化、排出ガス温度を下げるための外気混入のためのサクションモーターの消費電力を低め得る排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒーターを触媒担体に埋め立てて設置することによって、熱伝達効率を図り、低容量ヒーターを使用し得る排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを目的とする。
また、本発明は、ヒーターの巻線部の大きさと配置を適切に設定し、ハウジングの内部に配置することによってヒーターから発生する熱が排気ガスに効果的に伝達される流路を実現して脱臭及び浄化効率を上げて電力消耗の最適化を図り得るハイブリッド型ヒーターを備えた排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを目的とする。
かつ、本発明は、担体の表面のすべての触媒と均一な反応が行われるように排出ガスを後端の触媒担体の各セルに均一に分散させるためのディストリビューターを備えた排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、セルとセルの間を連通する連通孔を備えることによって、排気ガスが触媒担体の中空型セルを通過する時、反応触媒との接触面積と反応時間を増大し得る触媒担体及びこれを用いた排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを目的とする。
この場合、前記ヒーターの巻線部の断面は円筒、四角筒、三角筒のうち何れか一つの形態から成ることを特徴とする。
さらに、前記担体コンバーターが食物処理装置に適用される時に鉛直方向に設置され、前記担体組立体はハウジングの内部に着脱可能に組み立てされ、前記ハウジングの内周部に担体組立体が重力によって移動することを阻止するための環状突条または多数の小型突条を含むことが好ましい。
また、前記ハウジングは鉛直方向に設置されて流入口が下側に配置されることが好ましい。
本発明の排気ガス浄化用担体コンバーターは、前記排気ガスが導入されるハウジングの入口側に配置され、ハウジングの内部に導入された排気ガスを分散させて後端に位置した触媒担体の全体に均一に供給するためのディストリビューターをさらに含み得ることを特徴とする。
この場合、前記ディストリビューターはハニーコーム形状の多数の中空型セルを含み、中央部に前記ヒーターの下側方向電源端子が貫通されて結合されることを特徴とする。
この場合、前記担体組立体はろう付けや拡散接合方式でハウジングの内部に固定されることを特徴とする。
さらに、前記一対の電源端子が中央の貫通穴を通して外部に引き出されてハウジングの内部をシーリングするために上部及び下部キャップをハウジングの上側及び下側端部にそれぞれ結合する段階をさらに含むことが好ましい。
また、本発明は、被処理排気ガスが導入される導入管と浄化された排気ガスを排出する排気管がそれぞれ両側端の近くの入口及び出口に連結され、両側端部に両側端部をシーリングするための下部キャップ及び上部キャップを備えて内部に被処理排気ガスが通過する流路を持つハウジングと、前記流路の入口側に配置されて流路に導入された被処理排気ガスを加熱するために予め設定された直径を持つ巻線部と、該巻線部の中央から軸方向に沿って線形状で延長された第1及び第2直線部を備えて、前記第1直線部がハウジングの下部キャップの外側に延長され、第2直線部がハウジングの上部キャップの外側に延長されるヒーターと、該ヒーターの後端に間隔を置いて配置され、中央部に前記ヒーターの直線部が挿入固定されてヒーターの熱伝達が行われ、その外周に表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された構造を持ち、各セルを通過する被処理排気ガスを浄化するための触媒担体を含む排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを特徴とする。
また、前記ヒーターはハウジングの下部キャップの外部に延長された一側端部に一対の電源端子が配置されたカートリッジヒーターから成り得ることを特徴とする。
前記ヒーターの巻線部はその内径が入口の内径と同一であるか、または40%小さい範囲に設定され、巻線部の外径はハウジングの内径より少なく1/2より大きく設定されることが好ましい。
前記担体コンバーターが食物処理装置に適用される場合、ハウジングは鉛直方向に設置され、入口が下側に配置されることが好ましい。
また、本発明は、入口と出口を両側端に備えて内部に被処理排気ガスが通過する流路を持つハウジングと、前記流路の入口側に配置されて流路に導入された被処理排気ガスを加熱するために予め設定された直径を持つ巻線部と、該巻線部の中央から軸方向に沿って線形状で延長された直線部が一体で形成されるヒーターと、該ヒーターの後端に間隔を置いて配置され、中央部に前記ヒーターの直線部が挿入固定されてヒーターの熱伝達が行われ、その外周に表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された構造を持ち、各セルを通過する被処理排気ガスを浄化するための触媒担体を含む排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを特徴とする。
前記平板と波板はそれぞれ20〜100μmの厚さを持つことが好ましい。
また、本発明は、被処理排気ガスが導入される流入口と処理された排気ガスが排出される流出口を両側端の近くに備えるハウジングと、該ハウジングの内部に配置され、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されて排気ガスを浄化する触媒担体を含み、該触媒担体は平板にコルゲーション処理された波板を積層したのを螺旋形で巻線した積層体であって、前記波板に電源が印加される排気ガス浄化用担体コンバーターを提供することを特徴とする。
また、前記触媒担体は隣接した中空型セルと連通する多数の連通孔を含み、これら連通孔からセルの内部に向かって突出される突出部をさらに含むことが好ましい。
また、適正な温度で高効率で触媒担体を加熱して排気ガスを処理するから、触媒処理されたガスの温度も高くないということによって、室内に排出される排気ガスの温度を下げるための外気導入用サクションモーターの駆動を最小化して消費電力を減少し得るという効果がある。
さらに、本発明においては、直接加熱方式と間接加熱方式とを混合したハイブリッド型ヒーターを使って触媒担体の全領域を均一に触媒活性温度で加熱することによって、悪臭を含んだ排気ガスが触媒がコーティングされた多数の中空型セルを通過する時、触媒との効果的な反応を通して脱臭反応効率を上げ得るという効果がある。また、この場合、ヒーターの大きさを適切に設定してハウジングの内部に配置することによって、ヒーターから発生する熱を排気ガスに効果的に熱伝達が行われる流路を実現し、脱臭及び浄化効率を上げて電力消耗の最適化を図り得るという効果がある。
まず、以下の説明においては、本発明による排気ガス浄化用担体コンバーターが食物ゴミ処理装置の排気ガス悪臭除去用脱臭装置として使われる場合の例を挙げて説明する。しかし、本発明による排気ガス浄化用担体コンバーターは車両の燃焼時に発生する有害ガスを含む排気ガスを浄化するのにも有用に用いることができる。
添付された図2は本発明による排気ガス浄化用担体コンバーターの内部構造を示した構成図である。図3a及び図3bはそれぞれ図2のX-X’線断面図である。
前記ヒーター37は、例えば、電熱線を金属管に入れて、マグネシウム粉末や酸化アルミニウム粉末と共に密封して製造された発熱体としてシース(sheath)ヒーターを使って製作することができて、また、これと類似の機能を示す他の発熱体を使うこともできる。
すなわち、前記ヒーター37の巻線部37aの内径(D1)が入口35の内径(D2)より小さく設定されないと、前記ハウジング30の入口35に流入された排気ガスの流れが矢印で表わしたように巻線部37aの内部を通過する流れ(A1)と外部を通過する流れ(A2)とに分類することができなく、また、巻線部37aの内径(D1)が入口35の内径(D2)より40%未満に小さく設定される場合、前記巻線部37aから発生する熱量が少なくなることになって触媒担体を触媒活性温度で加熱するのにかかる電力消耗の最適化を図ることができなくなる。
このようにヒーター37の巻線部37aの大きさを設定するのは、ヒーター37に電源が供給される時に巻線部37aから発熱される熱が内側だけではなく外側にも発散されるから、これを効果的に排気ガス及び触媒担体38を加熱するのに活用するためである。
さらに、前記ヒーター37の巻線部37aはハウジング30の入口35と触媒担体38とそれぞれ間隔を置いて配置され、触媒担体38とハウジング30の出口36の間にも予め設定された間隔を置いて配置されることが好ましい。
前記触媒担体38は、触媒金属の種類によって例えば200〜600度で触媒活性温度が設定される。
この場合、触媒担体38は平板38cと波板38bにより多数のセル40が長手方向に形成され、その中央部にはヒーター37の巻線部37aから線形状で延長された直線部37bが挿入される貫通穴38dが形成されている。前記触媒担体38のセル40は波板38bの形状により半球型または三角形から成ることができる。
また、前記触媒担体380は他のハニーコーム構造として、図3bに示したように、セラミックから成る多数の中空型セル42が四角形、六角形または円形から成り、その表面に触媒層がコーティングされた担体380bが円筒形ケース380aに内蔵され、中央部にヒーターの直線部37bが挿入される貫通穴が形成された構造を使うことができる。
さらに、前記ハニーコーム形状の触媒担体380は図3aの実施例のように金属体を使って製作することもできる。
この場合、窒素酸化物(Nox)の場合は、ロジウム(Rh)のような還元触媒を利用して還元反応を通して質素(N2)と酸素(O2)に分解させた排気ガスが出口36を通して排出されるようになる。
前記した本発明による担体コンバーターの脱臭性能を調べてみるために、図2及び図3aに示したようなハニーコーム構造の金属担体に白金(Pt)を触媒として使ってコーティングし、間接加熱と直接加熱のハイブリッド方式のヒーターを採用した本発明の実施例を準備して400gの食物試料を使って悪臭を悪臭測定機でOMX−SR(SHINYEI社製作)を使って測定した結果、0〜2程度のレベルが測定され、触媒が活性化された以後には「0」レベルに測定された。すなわち、排気ガスから実質的な悪臭が検出されなかった。
また、スパイラル形状の金属板に白金(Pt)とパラジウム(Pd)を触媒として使ってコーティングし、中央挿入カートリッジヒーターを採用した比較例2を準備した後、前記実施例のような条件で悪臭を測定した結果、7〜8範囲のレベルが測定された。
前記したように、本発明においては、直接加熱方式と間接加熱方式とを混合したハイブリッド型ヒーター37を使ってハニーコーム構造の触媒担体38の全領域を均一に触媒活性温度で加熱することによって、悪臭を含んだ排気ガスが、触媒がコーティングされた多数の中空型セルを通過する時に触媒との効果的な反応によって完璧な脱臭が行われる。
添付された図4は、本発明の第2実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの内部構造を示した構成図である。図5は、本発明の第3実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの内部構造を示した構成図である。
これら上部キャップ33と下部キャップ34は、その中央部が前記ハウジング30の上、下端に挿入される直径で突出形成された円板から成り、真ん中にヒーター37が固定される固定孔33a、34aが形成される。このような上部キャップ33と下部キャップ34はハウジング30の上下部にそれぞれ挿入設置されて前記ハウジング30をシーリングし、またヒーター37の両端部を固定する役割をする。
一般的に、前記排気ガス浄化用担体コンバーター3aは入口35または出口36と連結された排気ラインに設置されたブロワーまたは他の適切な空気吸入/排出装置によって排気ガスが担体コンバーター3aを通して流れるように設計されている。
したがって、前記ヒーター37に対する電源供給は一側電源端子37cと他側電源端子37dの間に印加される。
図5に図示された本発明の第3実施例によるヒーター370は巻線部37aと直線部37bの構造が第2実施例と同一であるが、電熱線と連結された一対の電源端子37c、37dが一側に配置された平端子形態のカートリッジ(cartridge)ヒーターを使う。
前記したカートリッジヒーターは電熱線が高純度マグネシウムコアの表面に自動巻線機によって精密な間隔で巻線され、コアの表面に巻線された電熱線は金属チューブの真ん中に高熱用電気絶縁体である高純度の酸化マグネシウムによって精巧に充填されて高圧力圧縮機によって金属チューブに圧縮されて一体で製作される。
本発明の第2及び第3実施例に使われるヒーター37、370の巻線部37aは、前記した第1実施例と同一にその内径(D1)が入口35の内径(D2)と同一であるか、または40%小さい範囲に設定することができて、巻線部37aの外径(D3)はハウジング30の内径(D4)より小さくて1/2より大きく設定されることが好ましい。
前記ヒーター37、370の巻線部37aの大きさをこのように設定する理由は、ヒーター37に電源が供給される時に巻線部37aから発熱される熱が内側だけでなく外側にも発散されるから、これを効果的に排気ガス及び触媒担体38を加熱するのに活用するためである。
さらに、前記ヒーター37、370の巻線部37aはハウジング30の入口35と触媒担体38とそれぞれ間隔を置いて配置され、触媒担体38とハウジング30の出口36の間にも予め設定された間隔を置いて配置されることが好ましい。
図6は、本発明の第4実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの構成を示した断面図、図7a〜図7cは、それぞれ本発明の第4実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターにおいて、ヒーターと触媒担体とが結合された姿を示した側面図、正面図及び斜視図である。図8は、本発明の第4実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターにおいて、ヒーターと触媒担体を組み立てる方法を説明するための図面である。
前記ハウジング30には、内部にヒーター60と触媒担体50を収容し得る円筒形空間が用意される。また、前記ハウジング30には、排気ガスが流入される導入管22と触媒担体50を経ながら流入された排気ガスの悪臭を脱臭した排気ガスを排出する排気管24がそれぞれ両側端の近くの入口35及び出口36に連結されている。
また、前記ハウジング30は上側及び下側端部にはそれぞれ上部及び下部キャップ33、34が圧入結合されていて、その中央にはヒーター60の両電源端子61、62をそれぞれ引き出すための貫通穴33a、34aが形成されている。
前記ヒーター60は、金属管の内部に発熱体が内蔵されたシースヒーターを発熱体として使って中間に内部空間を持つコイル形態で巻線された巻線部63を備えて、コイル形態は円筒形が好ましい。
しかし、前記巻線部63の巻線形態は必ず円筒形である必要はなく、例えば、三角形または四角形などの断面を持つか、または流出口に至るほど漸進的に内部空間が縮小される円錐台形状の断面を持つように多様な形態で捲取することもある。このような形態は特別に限定されるのではなく、前記ヒーター60に所定の内部空間を形成し得るなら、如何なる形態にも変形し得ることは当然である。
しかし、前記内側触媒担体51と外側触媒担体52が金属薄膜から成る場合、円筒形状で巻線されて製作されても、ある程度の弾性的な変形を行うことができる。したがって、前記巻線部63の形態を四角筒形状で製作して内側触媒担体51と外側触媒担体52をこれに対応する形状で成形する場合、前記ヒーター60と担体51、52の間の接触面積を極大化させることができる。
また、前記ヒーター60の発熱体材料は、シースヒーターの以外にこれと同等の機能を持つ他の種類のヒーターを使うことも可能である。
また、前記ヒーター60は電熱線と連結された一対の電源端子61、62が一側に配置された平端子形態のカートリッジヒーターを使って構成することも可能である。
前記触媒担体50は内側触媒担体51と外側触媒担体52を含む。すなわち、前記内側触媒担体51はヒーター60で円筒形巻線部63の内側に配置される円柱形態の触媒担体であり、前記外側触媒担体52はヒーター60巻線部63の外側を囲むように配置される円筒形態の触媒担体である。このために、前記内側触媒担体51は、前記ヒーター60の巻線部63の内側に挿入されるように該巻線部63の内側直径と同一であるか、または小さい外側直径を持つように形成される。
また、前記内側触媒担体51はハニーコーム形態の多数のセル50aから成り、円柱の長手方向に流体移動通路が形成されるようにする。また、前記外側触媒担体52は円筒の長手方向に流体移動通路が形成されたハニーコーム形態の多数のセル50aから成ることが好ましい。
前記触媒担体51、52は触媒金属の種類によって触媒活性温度例えば、200〜600度に設定される。前記触媒担体51、52のセル50aは波板50cの形状によって半球型または三角形から成ることができる。ここで、前記内側触媒担体51及び外側触媒担体52は上述したハニーコーム形態だけでなく多様な形態を持つことができる。
また、前記触媒担体51、52は他のハニーコーム構造としてセラミックから成る多数の中空型セルが四角形または円形から成ることができる。
また、結果的には最小限のエネルギーで適正な温度で前記触媒担体50を加熱して排気ガスを処理するようになるから、前記ハウジング30の出口36に排出される排気ガスの全体エネルギーも低くなる。これに伴って排気ガスの温度を下げるための外気導入用サクションモーターの駆動を最小化することができる。
次は、上述したような排気ガス浄化用担体コンバーターを製造する過程に対して図8を参照して説明する。
また、前記触媒担体50において、前記内側触媒担体51は耐熱性合金薄板に触媒金属をコーティングした材料を使って、前記平板50bにコルゲーション処理された波板50cを接触部ごとにろう付け(または、拡散接合)したのを巻線して円柱形態で成形し、前記外側触媒担体52は平板50bにコルゲーション処理された波板50cを接触部ごとにろう付け(または、拡散接合)したのを巻線して円筒形態で成形し、各セル50aが例えば、ハニーコーム構造を成している。
図8の左側に示したように、それぞれの部品が準備されると、前記ヒーター60巻線部63の内側に内側触媒担体51を挿入し、前記ヒーター60巻線部63の外側に外側触媒担体52を挟むことによって図8の右側に示したようなヒーター60と触媒担体50との組み立てを完成する。
次いで、前記触媒担体50とヒーター60とが組み立てされた担体組立体54をハウジング30に挿入し、前記担体組立体54とハウジング30の間がろう付けによって固定される。
前記したように、本発明の排気ガス浄化用担体コンバーターは各部品を単純に組み立てることによって組み立てが完成され、組み立てされたコンバーターは従来に比べて約1/2程度の長さで小型化が可能で、多様なデザインに応用が可能であるという利点がある。
一方、図9は、本発明の第5実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの構成を示した断面図で、図10は、本発明の第6実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの構成を示した正面図である。
第5及び第6実施例の担体コンバーターは、それぞれ排気ガスが導入されるハウジング30の入口側にディストリビューター57が追加で備えられているという点で第4実施例と差がある。
前記したディストリビューター57は、後端の触媒担体50と同一にハウジングの長手方向に流路を形成するように多数のセルがハニーコーム構造で形成されるが、各セルの表面には触媒がコーティングされるか、またはコーティングされていないものすべてを使うことができる。
この場合、前記ディストリビューター57は、ハニーコーム構造から成る多数のセルを50〜1200cpsi(cell per square inch)範囲に設定し、長さは1〜100mm範囲に設定することができる。
前記第5及び第6実施例で触媒担体50とヒーター60の結合構造は第4実施例と同一であるから、これに対しは説明を省略する。
一方、前記第5及び第6実施例においては、前記担体組立体54をハウジング30の内部に組み立てる時、第4実施例で採用しているろう付け固定方式の代りに着脱可能な結合構造で結合されている。前記第5及び第6実施例の間に触媒担体50とヒーター60の結合構造は互いに同一で、単に後述する触媒担体50の支持構造のみの差がある。
また、前記触媒担体50とヒーター60が組み立てされた担体組立体54をハウジング30に挿入して組み立てる時、前記担体組立体54とハウジング30の間にセラミックシートまたはマットのような絶縁シートを挿入して組み立てることによって、前記ヒーター60がハウジングの内部に組み立てされた位置を維持及び断熱するようにする。
また、前記担体組立体54をハウジング30に挿入して組み立てる時、絶縁シートを挿入して組み立てることによって、前記ヒーター60がハウジングの内部に組み立てされた位置を維持及び断熱することができる。
前記第5及び第6実施例において、前記担体組立体54を着脱可能にハウジング30に組み立てる構造は第4実施例にも同一の方式で適用することができる。また、後述する第7実施例の触媒担体を支持する時にも同一の方式で適用することができる。
第7実施例において、触媒担体38は各セルの表面に触媒がコーティングされた担体が円柱形態の単一体から成り、ヒーター37は円筒形巻線部37aと直線部37bから成っている。
また、前記第4実施例において、前記ヒーター37の円筒形巻線部37aはハウジング30の入口側に配置され、ヒーターの直線部37bは間隔を置いて順次的に配置されたディストリビューター57と触媒担体38の中央部に結合されている。
したがって、前記ヒーター37はその直線部37bが前記触媒担体38の中央部に挿入固定されて触媒担体38に対する直接加熱が行われ、前記ハウジング30の入口側に配置された円筒形巻線部37aによる間接加熱が行われている。
図12は、本発明の第8実施例による排気ガス浄化用担体コンバーターの構成を示した断面図である。図13は、図12に図示された第8実施例による担体コンバーターの一例を示した斜視図である。図14は、図12に図示された第8実施例による担体コンバーターの他の例を示した斜視図である。図15は、図14に図示された担体コンバーターの要部拡大断面図である。図16は、第8実施例による担体コンバーターに渦流形成用インペラを付加した構造を示した断面図である。
該触媒担体70は、例えば、金属材質から成り、流路方向に貫通され、外壁72で区画された多数の中空型セル71から形成され、表面に反応触媒70aがコーティングされている。また、前記セル71の外壁72には区画されたそれぞれのセル71を連通する連通孔73が外壁72の各面ごとに多数個形成される。
また、前記触媒担体70は、図13に示したように、例えば、6角形状のセル71が多数形成されるハニーコーム構造を持つことができて、多数の外壁72を通して多数の中空型セル71で区画されて前記ハウジング30内に流入された流体を通過させる如何なるセル構造も使用可能である。
また、前記セル71はハウジング30の形状と、用途によってセラミック担体から成る場合、3角形、4角形、6角形、円形、波形などの多様な形で形成することができて、その大きさ及び外壁72の厚さは設計する時に用途に合うように決定することが好ましい。
また、前記触媒担体70は、図14に示したように、金属板から成る場合、ピークと溝が反復される連続した波形で屈曲されるコルゲーション(corrugation)処理されると同時に、連通孔73が多数開いている波板75と、該波板75を区分すると同時に前記連通孔73が多数開いている平板76を多数積層して形成することもできる。
前記平板76の連通孔73は波板75のピークと溝内に位置するように開けられ、各ピークと溝の内部に形成される多数のセル71を均一に連通させることが好ましい。
前記触媒担体70のセル71は波板75のピークと溝の内部に形成され、各セル71は連通孔73を通して連通される。この場合、前記触媒担体70のセル71は波板75の形状によって半球型または三角形から成ることができる。
前記流体は、前記したように触媒担体70内で一部循環した後、触媒担体70を通過しながら触媒担体70の表面にコーティングされた反応触媒70aと接触する時間及び面積が増大することで、反応効果が増大する。
また、前記連通孔73にはセル71の内部に向かって突出される突出部74が形成されることが好ましい。
さらに、前記突出部74はバリ(burr)構造で形成することが好ましい。前記バリは前記セル71の外壁72を破りながら前記連通孔73を開ける時に突出されて形成されるもので、端部が不規則的で、かつ荒く形成されセル71を通過する流体の流れを不規則的に阻害して渦流を形成することによって、前記触媒担体70の内部で循環する流体の量を一層増大させるようになる。
一方、前記ハウジング30内には前記触媒担体70を通過する流体を触媒活性温度(LOT、Light-off Temperature)まで加熱する電気ヒーター30が装着される。該ヒーター30は前記ハウジング30内に通過する流体の温度が低い場合に備えられるもので、高温の流体が通過するハウジング30の内部には備えなくても関係ない。
また、前記ヒーター30は図示していないが、前記触媒担体70の外壁72内に挿入される電熱線を含み、該電熱線の熱によって触媒担体70を加熱することもできる。
さらに、前記ヒーター30は電気電源の供給を受けて発熱する面上発熱金属板で前記波板75を形成することによって代替することができて、前記波板75は自体から発熱されて平板75に熱を伝達することによって前記触媒担体70を通過する流体を加熱するのである。
前記ヒーター30は前記した構造の以外に触媒担体70に一体化されて該触媒担体70を加熱する如何なる構造も使用可能である。
前記ハウジング30を通過する流体は、前記触媒担体70を通過しながら接触面積の広い触媒担体70により均一に加熱されて触媒活性温度まで迅速に加熱され、加熱された後直ちに反応触媒70aと反応するようになる。
一方、前記ハウジング30は、図16に示したように、内部に流体、すなわち排気ガスが流入される入口側に流体の流れを渦流に変形させるインペラ40が装着されている。
流体は前記インペラ40により渦流で流れて触媒担体70を通過して該触媒担体70内で連通孔73を通して各セル71を循環するようになるから、前記触媒担体70内で反応触媒70aと接触する時間及び面積が増大し、これによって反応効果が増大するようになる。
前記第1キャップ34の流体導入管22aはハウジング30の内部に流体を流入させるが、傾斜した方向に流入させることによって渦流に変形させて、インペラ40の回転による加圧作用によって一層円滑に流体の流入を案内する。
流体排気管24aは、前記触媒担体70を通過した流体の流れ方向に傾斜するように備えられ、ハウジング30内で渦流で流れる流体を円滑に排出する。
前記本発明の第8実施例による排気ガス浄化用担体コンバーター3gは、表面に反応触媒70aとして燃焼触媒がコーティングされた触媒担体70に排気ガスを通過させながら排気ガスに含まれた悪臭成分(例えば、アンモニア、硫化水素、メチルメルカプタン(methyl mercaptan))を燃焼させることによって、分解させて悪臭を除去する。触媒担体70に排気ガスを通過させると、該触媒担体70内で連通孔73を通して各セル71で循環しながら脱臭触媒と接触する時間及び面積が増大して優秀な脱臭効果を得ることができる。
一方、本発明による排気ガス浄化用担体コンバーターは、食物ゴミ処理装置から発生する排出ガスの悪臭除去用として使用し得るだけでなく、自動車の内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための装置にも使うことができる。
また、前記した排気ガス浄化用担体コンバーターの以外にも、燃料電池改質装置(reformer)のような触媒との接触を通して得ようとする反応を得る如何なる触媒反応装置にも適用が可能である。
本発明による排気ガス浄化用担体コンバーターにおいては、電気方式ヒーターを採用するから、エンジンの始動と同時に触媒担体を迅速に加熱することができて、エンジンから排出される有害ガスを含む排気ガスが担体コンバーターを通過する時、触媒と効果的な酸化反応が行われて有害物質を消滅させることができる。
Claims (27)
- 内部に空間を持つように巻線された巻線部とこれから両側に直線形態で延長された一対の電源端子を備えたヒーターと、
前記ヒーターの巻線部の内周部に挿入されて表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された内側触媒担体と、
前記ヒーター巻線部の外周部に結合され、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された外側触媒担体と、
被 処理排気ガスが導入される流入口と処理された排気ガスが排出される流出口を両側端の近くに備えて、 前記ヒーターの巻線部の内/外部に 前記内側及び外側触媒担体が組み立てされた担体組立体が内部に組み立てされるハウジングを含むことを特徴とする排気ガス浄化用担体コンバーター。 - 前記ヒーターの巻線部の断面は円筒、四角柱、三角柱のうち何れか一つの形態から成ることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記内側触媒担体及び前記外側触媒担体の多数の中空型セルはハニーコーム、半円形または三角形の形態であることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記担体コンバーターが食物処理装置に適用される時、鉛直方向に設置され、
前記担体組立体はハウジングの内部に着脱可能に組み立てされて、前記ハウジングの内周部に担体組立体が重力によって移動することを阻止するための環状突条または多数の小型突条を含むことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。 - 前記内側及び外側触媒担体はそれぞれ隣接した中空型セルと連通する多数の連通孔を含むことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記連通孔からセルの内部に向かって突出される突出部をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記排気ガスが導入されるハウジングの入口側に配置され、ハウジングの内部に導入された排気ガスを分散させて後端に位置した触媒担体の全体に均一に供給するためのディストリビューターをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ディストリビューターはハニーコーム形状の多数の中空型セルを含み、中央部に前記ヒーターの下側方向電源端子が貫通されて結合されたことを特徴とする請求項7に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記触媒担体は平板にコルゲーション処理された波板を積層したのを螺旋形で巻線した積層体であって、前記平板と波板はFeCrAl系合金薄板に触媒金属がコーティングされたことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記平板と波板はそれぞれ20〜100μmの厚さを持つことを特徴とする請求項9に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 内部に空間を持つように巻線された巻線部とこれから両側に直線形態で延長された一対の電源端子を備えたヒーターを準備する段階と、
前記ヒーター巻線部の内部に各中空型セルの表面に触媒がコーティングされた内側触媒担体を挿入する段階と、
前記ヒーター巻線部の外周部に各中空型セルの表面に触媒がコーティングされた外側触媒担体を結合させる段階と、
前記ヒーター巻線部の内/外部に内側及び外側触媒担体が組み立てされた担体組立体を両側端の近くに被処理排気ガスが導入される流入口と処理された排気ガスが排出される流出口を備えたハウジングの内部に組み立てる段階を含むことを特徴とする排気ガス浄化用担体コンバーターの製造方法。 - 前記担体組立体はろう付けまたは拡散接合方式でハウジングの内部に固定されることを特徴とする請求項11に記載の排気ガス浄化用担体コンバーターの製造方法。
- 前記担体組立体が重力によって下方向に移動することを阻止するためにハウジングの内周部に環状突条または多数の突条を形成し、前記担体組立体はが重力によって下方に移動するのを防ぐ段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の排気ガス浄化用担体コンバーターの製造方法。
- 前記一対の電源端子が中央の貫通穴を通して外部に引き出され、ハウジングの内部をシーリングするために上部及び下部キャップをハウジングの上側及び下側端部にそれぞれ結合する段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の排気ガス浄化用担体コンバーターの製造方法。
- 被処理排気ガスが導入される流入口と処理された排気ガスが排出される流出口を両側端の近くに備えるハウジングと、
前記ハウジングの流入口の近くに配置され、内部に空間を持つように巻線された巻線部とこれから前記ハウジングの外部に直線形態で延長された第1及び第2直線部を備えたヒーターと、
前記ヒーターの後端に配置されて中央部に前記ヒーターの第1直線部が貫通されて結合され、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されて排気ガスを浄化する触媒担体と、
前記ヒーターの巻線部と触媒担体の間に配置され、ハウジングの内部に導入された排気ガスを分散させて後端に位置した触媒担体の全体に均一に供給するためのディストリビューターを含むことを特徴とする排気ガス浄化用担体コンバーター。 - 前記ディストリビューターはハニーコーム形状の多数の中空型セルを含み、中央部に前記ヒーターの第2直線部が貫通されて結合されたことを特徴とする請求項15に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 被処理排気ガスが導入される導入管と浄化された排気ガスを排出する排気管がそれぞれ両側端の近くの入口及び出口に連結され、両側端部に両側端部をシーリングするための下部キャップ及び上部キャップを備えて内部に被処理排気ガスが通過する流路を持つハウジングと、
前記流路の入口側に配置され、流路に導入された被処理排気ガスを加熱するために予め設定された直径を持つ巻線部と、該巻線部の中央から軸方向に沿って線形状で延長された第1及び第2直線部を備えて、前記第1直線部がハウジングの下部キャップの外側に延長され、第2直線部がハウジングの上部キャップの外側に延長されるヒーターと、
該ヒーターの後端に間隔を置いて配置され、中央部に前記ヒーターの直線部が挿入固定されてヒーターの熱伝達が行われ、その外周に表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された構造を持ち、各セルを通過する被処理排気ガスを浄化するための触媒担体を含むことを特徴とする排気ガス浄化用担体コンバーター。 - 前記ヒーターは、ハウジングの下部キャップ及び上部キャップの外部に延長された一側端部及び他側端部にそれぞれ電源端子が形成されたシースヒーターから成ることを特徴とする請求項17に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ヒーターは、ハウジングの下部キャップの外部に延長された一側端部に一対の電源端子が配置されたカートリッジヒーターから成ることを特徴とする請求項17に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ヒーターの巻線部はその内径が入口の内径と同一であるか、または40%小さい範囲に設定され、巻線部の外径はハウジングの内径の少なくとも1/2より大きく設定されることを特徴とする請求項17に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ヒーターの巻線部とハウジングの入口の間及び触媒担体とハウジングの出口の間はそれぞれ間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項17に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ハウジングは鉛直方向に設置され、入口が下側に配置されることを特徴とする請求項17に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 入口と出口をそれぞれ両側端に備えて内部に被処理排気ガスが通過する流路を持つハウジングと、
前記流路の入口側に配置され、流路に導入された被処理排気ガスを加熱するために予め設定された直径を持つ巻線部と、該巻線部の中央から軸方向に沿って線形状で延長された直線部が一体で形成されるヒーターと、
該ヒーターの後端に間隔を置いて配置され、中央部に前記ヒーターの直線部が挿入固定されてヒーターの熱伝達が行われ、その外周に表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成された構造を持ち、各セルを通過する被処理排気ガスを浄化するための触媒担体を含むことを特徴とする排気ガス浄化用担体コンバーター。 - 前記ヒーターの巻線部とハウジングの入口の間及び触媒担体とハウジングの出口の間はそれぞれ間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項23に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記ヒーターの巻線部はその内径が入口の内径と同一であるか、または40%小さい範囲に設定され、巻線部の外径はハウジングの内径の少なくとも1/2より大きく設定されることを特徴とする請求項23に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記触媒担体は平板にコルゲーション処理された波板を積層したのを螺旋形で巻線した積層体から成り、前記平板と波板はFeCrAl系合金薄板に触媒金属がコーティングされたことを特徴とする請求項23に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
- 前記平板と波板はそれぞれ20〜100μmの厚さを持つことを特徴とする請求項26に記載の排気ガス浄化用担体コンバーター。
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