KR100518111B1 - 촉매 컨버터 및 디젤 미립자 필터 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 셀 내로의 촉매 유지체의 장착 작업이 쉽고 쿠션성이 뛰어난 촉매 유지체용 유지 밀봉재를 갖는 촉매 컨버터, 및 금속 셀 내로의 디젤 미립자 필터의 장착 작업이 용이하고 쿠션성이 뛰어난 유지 밀봉재를 갖는 디젤 미립자 필터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 촉매 유지체와, 그 바깥쪽을 덮는 금속 셀과, 촉매 유지체와 금속 셀과의 사이에 배치되는 유지 밀봉재로 구성되는 촉매 컨버터에 있어서, 유지 밀봉재는 1OO㎠ 중에 5O 내지 30OO개의 밀도로 니들 펀칭 처리된 무기질 섬유 매트로 이루어지고, 또한 유기질의 함유량이 0 보다 크고 2 중량% 이하를 가지며, 0.15 내지 0.45g/㎤의 충전 밀도에서 3OO 내지 1OOO℃ 사이로 가열하였을 때에 5 내지 500kPa의 면압을 발생시킨다. 이 유지 밀봉재는 디젤 미립자 필터 유지용 유지 밀봉재에 사용할 수도 있다.

Description

촉매 컨버터 및 디젤 미립자 필터 시스템{Catalyst converter and diesel particulate filter system}
본 발명은 배기 가스 정화 장치에 관한 것이며, 특히 촉매 컨버터에 있어서의 촉매 유지체를 유지(최초 출원서에서는 '保持'를 모두 "보유"라고 기재하고 있었음)하기 위한 유지 밀봉재 및 디젤 미립자 필터 시스템에 있어서의 디젤 미립자 필터를 유지하기 위한 유지 밀봉재에 관한 것이다.
자동차 엔진의 배기 시스템에는 배기 가스 성분을 정화하기 위한 배기 가스 정화 장치가 설치되어 있다. 배기 가스 정화 장치로서는 촉매 컨버터, 디젤 미립자 필터(이하, DP 필터라고도 한다) 시스템 등이 있다.
촉매 컨버터는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 성분(탄화수소, 일산화탄소, 산화질소 등)을 정화한다. 촉매 컨버터는 배기 가스 성분을 정화하는 촉매를 유지한 세라믹제 촉매 유지체와, 이것을 수용하는 금속 셀로 이루어진다. 촉매 유지체와 금속 셀 사이에는 촉매 유지체를 유지하기 위한 유지 밀봉재가 설치되어 있다. 촉매 유지체는 유지 밀봉재를 감은 상태로, 금속 셀 내에 장착된다. 금속 셀과 세라믹제 촉매 유지체는 열 팽창 계수가 다르기 때문에, 고온 시에 열 팽창차가 생긴다. 이 때문에, 열 팽창차를 흡수할 수 있는 쿠션성이 있는 유지 밀봉재의 개발이 기대되고 있다.
또한, DP 필터 시스템은 디젤 엔진으로부터 배출되는 디젤 미립자를 포획하여, 배기 가스를 정화하는 장치이다. DP 필터 시스템은 디젤 미립자를 포획하기 위한 세라믹제 DP 필터와, 이것을 수용하는 금속 셀로 이루어진다. DP 필터와 금속 셀 사이에는 DP 필터를 유지하기 위한 유지 밀봉재가 개재되어 있다. DP 필터는 유지 밀봉재를 감은 상태에서 금속 셀 내에 장착된다. 금속 셀과 세라믹제 DP 필터는 열 팽창 계수가 다르기 때문에, 고온 시에 열 팽창차가 생긴다. 이 때문에, 상기 촉매 컨버터와 마찬가지로, 열 팽창차를 흡수할 수 있는 쿠션성이 있는 유지 밀봉재의 개발이 기대되고 있다.
여기서, 상기 촉매 유지체의 유지 밀봉재 및 상기 DP 필터의 유지 밀봉재는 어느 것이나 쿠션성을 가지며, 양이 많다. 그 때문에, 금속 셀 내에 장착할 때의 유지 밀봉재의 장착 작업성이 좋지 않다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점에 비추어, 금속 셀 내로의 촉매 유지체의 장착 작업이 쉽고 쿠션성에 뛰어난 촉매 유지체용 유지 밀봉재를 갖는 촉매 컨버터 및 금속 셀 내로의 DP 필터의 장착 작업이 용이하고 쿠션성이 뛰어난 유지 밀봉재를 갖는 디젤 미립자 필터 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 실시예 1의 촉매 컨버터의 단면도.
도 2는 실시예 1의 촉매 컨버터 및 실시예 4의 DP 필터 시스템의 설치 위치를 도시하는 설명도.
도 3은 실시예 1에 있어서의 니들 펀치 장치의 설명도.
도 4a 내지 도 4c는 실시예 1에 있어서의 촉매 컨버터의 제조 방법을 도시하는 설명도.
도 5는 실시예 4의 촉매 컨버터의 단면도.
제 1 발명은 촉매 유지체와, 상기 촉매 유지체 바깥쪽을 덮는 금속 셀과, 상기 촉매 유지체와 상기 금속 셀과의 사이에 배치되는 유지 밀봉재로 구성되는 촉매 컨버터에 있어서,
상기 유지 밀봉재는 1OO㎠ 중에 5O 내지 3OO0개의 밀도로 니들 펀칭 처리된 무기질 섬유 매트로 이루어지며,
또한 유기질의 함유량이 0 보다 크고 또한 2 중량% 이하이고,
0.15 내지 0.45g/㎤의 충전 밀도에 있어서 300 내지 1000℃ 사이로 가열하였을 때에, 5 내지 500kPa의 면압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터이다.
제 1 발명에 있어서, 유지 밀봉재에 있어서의 유기 성분의 함유량은 0 보다 크고 또한 2 중량% 이하이다. 유기 성분은 유지 밀봉재의 바인더로서 작용하며, 유지 밀봉재로부터 섬유의 비산을 억제한다. 또한, 유지 밀봉재의 부피성을 어느 정도 억제한다. 따라서, 촉매 유지체와 함께 금속 셀 내에 장착할 때의 유지 밀봉재의 장착성이 개선된다.
한편, 2중량%를 넘는 경우에는 배기 가스 성분 감량화를 위해 금속 셀에 수용후 베이킹하여 유기 성분을 소실하는 공정이 필요하여, 제조 공정수가 복잡하게 된다.
또한, 유지 밀봉재 중의 유기 성분 함유량이 0, 즉 유기 성분을 포함하지 않을 경우에는 유지 밀봉재로부터 섬유가 비산하여 버린다. 그 때문에, 촉매 유지체와 함께 금속 셀에 장착할 때의 작업성이 방해받는다.
무기질 섬유 매트에는 니들 펀칭 처리가 실시되고 있기 때문에, 섬유들끼리의 얽힘이 많아져 강성력이 높게 된다. 그 때문에, 유지 밀봉재의 촉매 유지체를 유지하는 힘이 크다. 또한, 유지 밀봉재의 부피성을 억제하여, 촉매 유지체와 함께 금속 셀 내에 장착할 때의 유지 밀봉재의 장착성이 개선된다.
이상과 같이, 제 1 발명에 의하면, 금속 셀 내로의 촉매 유지체의 장착 작업이 용이하며 쿠션성이 뛰어난 촉매 유지체용 유지 밀봉재를 사용한 촉매 컨버터를 제공할 수 있다.
제 2 발명은 디젤 미립자 필터와, 상기 디젤 미립자 필터의 바깥쪽을 덮는 금속 셀과, 상기 디젤 미립자 필터와 상기 금속 셀과의 사이에 배치되는 유지 밀봉재로 구성되는 디젤 미립자 필터 시스템에 있어서,
상기 유지 밀봉재는 1OO㎠ 중에 5O 내지 3OOO개의 밀도로 니들 펀칭 처리된 무기질 섬유 매트로 이루어지며,
또한 유기질의 함유량이 0 보다 크고 또한 2 중량% 이하이고,
0.15 내지 0.55g/㎤의 충전 밀도에 있어서 300 내지 500℃ 사이로 가열하였을 때에 5 내지 1000kPa의 면압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 필터 시스템이다.
제 2 발명에 있어서, 유지 밀봉재는 유기 성분의 함유량이 0 보다 크고 또한 2 중량% 이하이다. 유기 성분은 유지 밀봉재의 바인더로서 작용하며, 유지 밀봉재의 부피성을 어느 정도 억제한다. 따라서, DP 필터와 함께 금속 셀 내에 장착할 때의 유지 밀봉재의 장착성이 개선된다.
또한, 상기 특정 함유량의 유기 성분에서는 유지 밀봉재의 섬유 비산을 방지할 수 있다.
한편, 2중량%를 넘을 경우에는 배기 가스량 감소화를 위해 금속 셀내 수용후 베이킹하여 유기 성분을 소실시키는 공정이 필요하여, 제조 공정수가 복잡화된다.
또한, 유지 밀봉재 중의 유기 성분 함유량이 O, 즉 유기 성분을 포함하지 않을 경우에는 유지 밀봉재로부터 섬유가 비산하여, DP 필터와 함께 금속 셀에 장착할 때의 작업 환경이 악화된다.
무기질 섬유 매트에는 니들 펀칭 처리가 실시되고 있기 때문에, 섬유들끼리의 얽힘이 많아져 강성력이 높게 된다. 그 때문에, 유지 밀봉재의 DP 필터를 유지하는 힘이 크다. 또한, 유지 밀봉재의 부피성을 억제하여, 촉매 유지체와 함께 금속 셀 내에 장착할 때의 유지 밀봉재의 장착성이 개선된다.
이상과 같이, 제 2 발명에 의하면, 금속 셀 내로의 DP 필터의 장착 작업이 쉽고 쿠션성이 뛰어난 유지 밀봉재를 갖는 디젤 미립자 필터 시스템을 제공할 수 있다.
제 1 발명에 있어서, 상기 유지 밀봉재에 있어서의 유기 성분의 함유량은 0보다 크고 또한 1 중량% 이하인 것이 바람직하다. 1중량%를 넘을 경우에는 배기 가스 규제치를 클리어하기 위해 금속 셀에 수용후 베이킹하여 유기 성분을 소실하는 공정이 필요하게 될 우려가 있다.
상기 유지 밀봉재에 포함되는 유기 성분으로서는 바인더로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면 에멀젼 라텍스(emulsion latex) 등이 있다.
무기질 섬유 매트에 유기 성분을 첨가하는 방법으로서는, 침지법, 스프레이법, 롤 코팅법 등이 있다.
상기 유지 밀봉재는 적어도 알루미나 또는 실리카를 포함하는 무기질 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 이로써, 내열성이 향상된다.
상기 유지 밀봉재는 알루미나를 70중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이로써, 내열성이 향상한다. 또한, 고온 시의 탄성력이 높아지고, 금속 셀과 촉매 유지체와의 열 팽창차를 흡수할 수 있으며, 촉매 유지체를 유지하는 힘이 높아진다. 따라서, 촉매 유지체의 흔들림(shaking)을 방지할 수 있고, 진동음의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 950 내지 1000℃의 고온 하에서도, 이들 성질을 충분히 발휘할 수 있으며, 최근의 내연 기관의 고온화 경향에 충분히 대응할 수 있다.
상기 무기질 섬유 매트로의 니들 펀칭 처리는 1OO㎠ 중에 50 내지 3000개의 밀도의 니들 자국이 형성되도록 행하여지고 있다. 50개 미만인 경우에는 유지 밀봉재의 양이 많고, 촉매 유지체와 함께 금속 셀 내에 장착할 수 없는 경우가 있다. 3000개를 넘을 경우에는 촉매 유지체의 유지 성능이 저하하여, 촉매 유지체의 어긋남이 발생할 우려가 있다.
제 1 발명에 있어서, 금속 셀내에 있어서의 유지 밀봉재의 충전 밀도는 0.15 내지 O.45g/㎤인 것이 바람직하다. O.15g/㎤ 미만인 경우에는 촉매 유지체를 유지하는 힘이 저하할 우려가 있고, 0.45g/㎤를 넘을 경우에는 촉매 유지체를 파괴할 우려가 있다.
상기 금속 셀내에 충전한 상기 유지 밀봉재는 0.15 내지 0.45g/㎤의 충전 밀도에 있어서, 3OO 내지 1OOO℃로 가열하였을 때에 5kPa 내지 500kPa의 면압을 발생시킨다. 이로써, 촉매 유지체를 유지하는 힘이 증가하여, 촉매 유지체를 흔들림 없이 안정되게 유지할 수 있다. 5kPa 미만인 경우에는 촉매 유지체를 유지하는 힘이 저하할 우려가 있다. 500kPa를 넘을 경우에는 촉매 유지체를 파괴할 우려가 있다.
면압을 측정하는 온도가 300 내지 1000℃인 것은 촉매 유지체는 실제로 차량에 탑재 시에 이 온도에 노출되기 때문이다.
제 1 발명에 있어서, 상기 금속 셀은 압입 구조인 것이 바람직하다. 압입 구조란 금속 셀이 그 속에 촉매 유지체를 배치함에 있어서, 유지 밀봉재에 의해 피복된 촉매 유지체를 금속 셀 중에 가압력에 의해 가압되는 형태인 것을 말한다. 이러한 금속 셀의 구체적인 형상은 예를 들면, 통형상이다. 상기 압입 구조에 의하면, 장착 후에 촉매 유지체의 흔들림을 방지할 수 있다.
상기 금속 셀은 클램 셀(clamshell) 구조인 것이 바람직하다. 클램 셀 구조는 예를 들면, 2분할된 셀 부재로 이루어지며, 그 중에 유지 밀봉재에 의해 피복된 촉매 유지체를 장착하고, 그 후 셀 부재의 이음매를 용접, 접착제 등에 의해 접합하여 이루어지는 구조가 있다. 이러한 구조에 의하면, 금속 셀 내로의 촉매 유지체 장착이 용이하다.
상기 금속 셀은 권취 구조인 것이 바람직하다. 권취 구조란 유지 밀봉재에 의해 피복된 촉매 유지체를 준비하고, 그 주위에 금속 박판을 감음으로써 금속 셀을 형성하는 형태인 것이다. 이러한 구조에 의하면, 촉매 유지체의 형상을 막론하고, 용이하게 금속 셀 내로 장착할 수 있다.
다음에, 제 2 발명에 있어서, 상기 유지 밀봉재에 있어서의 유기 성분의 함유량은 0 보다 크고 또한 1 중량% 이하인 것이 바람직하다. 1중량%를 넘을 경우에는 배기 가스 규제치를 클리어하기 위해 금속 셀내 수용후 베이킹하여 유기 성분을 소실하는 공정이 필요하게 될 우려가 있다.
유지 밀봉재에 포함되는 유기 성분으로서는 바인더로서의 기능을 갖는 것이면 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면 에멀젼 라텍스, 폴리비닐알코올 등이 있다.
무기질 섬유 매트에 유기 성분을 첨가하기 위한 방법으로서는, 침지법, 스프레이법, 롤 코팅법 등이 있다.
상기 무기질 섬유 매트는 적어도 알루미나 또는 실리카를 포함하는 무기질 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 이로써, 내열성이 향상한다.
상기 유지 밀봉재는 알루미나를 70중량% 이상 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이로써, 내열성이 향상한다. 또한, 고온 시의 탄성력이 높아지고, 금속 셀과 DP 필터와의 열 팽창차를 흡수할 수 있으며, DP 필터를 유지하는 힘이 높아진다. 따라서, DP 필터의 흔들림을 방지할 수 있고, 진동음 증대를 억제할 수 있다. 또한, 500℃의 고온 하에서도, 이들 성질을 충분히 발휘할 수 있으며, 최근의 내연 기관의 고온화 경향에 충분히 대응할 수 있다.
상기 무기질 섬유 매트에는 1OO㎠ 중에 5O 내지 3OOO개의 밀도로 니들 펀칭 처리가 되어 있다. 50개 미만에서는 유지 밀봉재가 양이 많아 촉매 유지체와 함께 금속 셀 내에 장착할 수 없는 경우가 있다. 3000개를 넘는 경우에는 촉매 유지체의 유지 성능이 저하하여, 촉매 유지체의 어긋남이 발생할 우려가 있다.
금속 셀 내에 있어서의 유지 밀봉재의 충전 밀도는 0.15 내지 0.55g/㎤인 것이 바람직하다. 0.15g/㎤ 미만인 경우에는 DP 필터를 유지하는 힘이 저하할 우려가 있고, O.55g/㎤를 넘을 경우에는 DP 필터를 파괴할 우려가 있다.
상기 금속 셀 내에 충전한 유지 밀봉재는 0.15 내지 0.55g/㎤의 충전 밀도에 있어서, 3OO 내지 5OO℃로 가열하였을 때에 5kPa 내지 1000kPa의 면압을 발생시킨다. 이로써, DP 필터를 유지하는 힘이 증가하여, DP 필터를 흔들림 없이 안정되게 유지할 수 있다. 5kPa 미만인 경우에는 DP 필터를 유지하는 힘이 저하할 우려가 있다. 1000kPa를 넘을 경우에는 DP 필터가 파괴할 우려가 있다.
면압을 측정하는 온도가 300 내지 500℃인 것은 DP 필터가 실제로 차량에 탑재 시에 상기 온도에 노출되기 때문이다.
상기 금속 셀은 압입 구조인 것이 바람직하다. 압입 구조란 예를 들면, 금속 셀이 그 속에 DP 필터를 배치함에 있어서, 유지 밀봉재에 의해 피복된 DP 필터를 금속 셀 속에 가압력에 의해 압입하는 형태의 것이다. 이러한 금속 셀의 구체적인 형상은 예를 들면, 통형상이다.
상기 압입 구조에 의하면 장착 후에 촉매 유지체의 흔들림을 방지할 수 있다.
상기 금속 셀은 클램 셀 구조인 것이 바람직하다. 클램 셀 구조는 예를 들면, 2분할된 셀 부재로 이루어지며, 그 속에 유지 밀봉재에 의해 피복된 촉매 유지체를 장착하고, 그 후 셀 부재의 이음매를 용접, 접착제 등에 의해 접합하여 이루어지는 구조가 있다. 이러한 구조에 의하면, 금속 셀 내로의 촉매 유지체 장착이 용이하다.
상기 금속 셀은 권취 구조인 것이 바람직하다. 권취 구조는 예를 들면, 유지 밀봉재에 의해 피복된 DP 필터를 준비하고, 그 주위에 금속 박판을 감음으로써 금속 셀을 형성하는 형태의 것이다. 이러한 구조에 의하면, 촉매 유지체의 형상을 막론하고, 용이하게 금속 셀 내로 장착할 수 있다.
이하에, 실시예를 들어 제 1, 제 2 발명을 더욱 상술하지만, 제 1, 제 2 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
제 1 발명의 실시형태에 관한 촉매 컨버터에 대해서, 도 1 내지 도 4를 사용하여 설명한다.
본 예의 촉매 컨버터(5)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 배기 가스 성분을 정화하는 촉매를 유지한 촉매 유지체(3)와, 촉매 유지체(3)의 측면을 피복하는 금속 셀(2)과, 촉매 유지체(3)와 금속 셀(2)과의 사이에 배치된 무기질 섬유 매트로 이루어지는 유지 밀봉재(1)로 이루어진다. 유지 밀봉재(1)에 있어서의 유기 성분의 함유량은 0 내지 8중량%이다. 유지 밀봉재(1)를 구성하고 있는 무기질 섬유 매트는 70중량%의 알루미나와, 30중량%의 실리카로 이루어지며, 니들 펀칭 처리가 실시되고 있다. 금속 셀(2) 내에 있어서의 유지 밀봉재(1)의 충전 밀도는 O.35g/㎤이다.
촉매 컨버터(5)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 자동차의 차체(92)의 바닥부에 있어서, 엔진(9)의 배기 파이프(91) 도중에 설치되어 있다.
촉매 유지체는 세라믹의 일종인 코디어라이트(cordierite)제이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 촉매 유지체(3)는 배기 파이프(91)의 상류측 및 하류측이 개구한 다수의 개구 셀(30)의 집합체로 이루어지는 하니컴(honeycomb) 구조체이다. 개구 셀(30)의 셀벽에는 미세 구멍이 다수 개구하고 있으며, 거기에는 배기 가스 성분을 정화하는 촉매(예를 들면, 백금, 로듐 등)가 부착하고 있다. 따라서, 배기 가스가 개구 셀(30)을 통과할 때에, 배기 가스에 포함되어 있는 배기 가스 성분은 셀벽 내에 유지되어 있는 촉매 작용에 의해 정화된다.
다음에, 본 실시예의 촉매 컨버터의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 무기질 섬유는 70중량%의 알루미나와 30중량%의 실리카로 이루어지며, 웹(web)을 형성한다. 웹에 니들 펀치 장치를 사용하여 니들 펀칭 처리를 실시한다. 니들 펀치 장치는 도 3에 도시하는 바와 같이, 뚫는 방향으로 왕복 운동 가능한 니들 보드(51)와, 웹(10)의 표리 양면을 지지하는 한 쌍의 지지판(52)을 갖는다.
니들 보드(51)에는 웹(10)에 구멍을 뚫기 위한 다수의 니들(53)이 고정되어 있다. 니들(53)은 니들 보드 1O0㎠ 중에 500개의 밀도로 고정되어 있다. 또한, 지지판(52)에는 니들용 통과 구멍(520)이 설치되어 있다. 한 쌍의 지지판(52) 사이에 웹(10)을 통과시킴과 동시에 니들 보드(51)를 왕복 운동시키면, 니들(53)이 웹(10)내로 관통되어, 웹(10) 내의 섬유들 사이에 얽힘이 형성된다. 이로써, 니들 자국이 1OO㎠ 중에 5OO개 존재하는 무기질 섬유 매트가 형성된다.
다음에, 무기질 섬유 매트에 침지법에 의해 유기 성분을 함침시킨다. 무기질 섬유 매트 중의 유기 성분의 함침량은 1.5중량%로 한다. 유기 성분으로서는 에멀젼 라텍스를 사용한다. 이것에 의해, 유지 밀봉재를 얻는다.
다음에, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 유지 밀봉재(1)에 절단 가공을 하여, 긴 바디로 함과 동시에, 그 양단에 촉매 유지체(3)의 외주를 권회하였을 때에 서로 결합하는 오목부(11)와 볼록부(12)를 형성한다.
다음에, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 유지 밀봉재(1)에 의해 촉매 유지체(3)를 권회하여, 오목부(11)와 볼록부(12)를 결합시킨다.
다음에, 원통형의 금속 셀(2) 속에 유지 밀봉재(1)를 권회시킨 촉매 유지체(3)를 장착한다.
이상에 의해, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 촉매 컨버터(5)가 얻어진다.
유지 밀봉재의 면압을 측정함에 있어서는 1000℃가 되도록 30분간 승온하여, 100O℃를 10분간 유지하였다. 10분간의 유지는 유지 밀봉재의 온도가 100O℃가 되도록 하였다. 측정 지그 등의 열 팽창을 미리 측정하여 보정 후 10분간 유지한 후의 하중(압축 하중)을 측정하였다. 유지 밀봉재의 샘플 사이즈는 25mm×25mm로 하였다.
이러한 방법에 의해 측정한 결과, 유지 밀봉재의 면압은 11OkPa였다.
다음에, 촉매 컨버터를 실제로 차량에 탑재하여, 주행 시험을 하였다. 그 결과, 주행 시의 진동에 의해서도, 촉매 유지체는 흔들리지 않고, 안정되게 유지되고 있었다. 배기 가스 정화 장치로서의 촉매 컨버터로부터의 진동음도 거의 없었다.
이것으로부터, 유지 밀봉재는 고온 하에서, 촉매 유지체를 유지하는 힘을 발휘할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 예에 있어서는, 유지 밀봉재에 소량의 유기 성분이 포함되어 있다. 유기 성분은 유지 밀봉재의 바인더로서 작용하여, 유지 밀봉재의 부피성을 어느 정도 억제한다. 따라서, 유지 밀봉재를 권회한 촉매 유지체의 금속 셀 내로의 장착성이 개선된다.
또한, 상기와 같은 유지 밀봉재 중의 유기 성분이 소량이기 때문에, 가열 시에 발생하는 연소 가스가 배기 가스 성분량을 악화시키는 일이 없다.
실시예 2
제 1 발명에 관한 본 예의 촉매 컨버터에 있어서는 촉매 유지체의 외경 130mm, 길이 100mm의 하니컴형 코디어라이트제 모노리스체(monolith body)를 사용하였다. 이 촉매 유지체는 그 축 방향을 따라 다수의 각형 구멍이 설치되어 있으며, 각 구멍 사이에는 백금 등의 촉매 성분을 유지한 다공질 격벽이 배치하고 있다.
또한, 금속 셀은 SUS304로 이루어지며, 클램 셀 구조를 갖는다.본 예의 촉매 컨버터를 제조함에 있어서는 실시예 1과 마찬가지로 촉매 유지체의 표면에 유지 밀봉재를 권회하고, 이어서 이것을 2분할된 셀 부재 중에 장착하여, 셀 부재를 닫아 용접에 의해 원통체의 금속 셀로 하였다.
그 밖의 점은 실시예 1과 동일하다. 본 예에 있어서도, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시예 3
제 1 발명에 관한 본 예의 촉매 컨버터에 있어서는 금속 셀이 권취 구조이다.
촉매 유지체의 표면에 유지 밀봉재를 권회한 후, 그 표면에 판 두께 1.5mm, 폭 141mm, 길이 120mm의 얇은 금속판을 복수 회 감았다.
그 밖의 점은 실시예 1과 동일하다. 본 실시예에 있어서도, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실험예 1
제 1 발명에 관한 본 예에 있어서는, 촉매 유지체용 유지 밀봉재 중의 유기 성분의 함유량, 니들 자국(trace)의 밀도, 무기질 섬유 매트의 충전 밀도를 바꾸어, 유지 밀봉재의 면압, 조립성, 촉매 유지체의 균열, 어긋남의 유무를 측정하고, 또한, 배기 가스 시험을 행하였다. 이들 결과를 표 1에 도시하였다.
유지 밀봉재의 면압을 측정함에 있어서는 실시예 1에 있어서의 면압 측정 방법을 사용하였다.
촉매 유지체의 균열 평가는 균열이 생긴 경우를 ×, 생기지 않은 경우를 ○로 하였다.
촉매 유지체의 어긋남 평가는 어긋남이 생긴 경우를 ×, 생기지 않은 경우를 ○로 하였다.
배기 가스 시험은 촉매 컨버터의 상류측 및 하류측에 배치한 산소 센서에 의한 배기 가스 제어에 대한 이상 유무를 평가하였다. 무기질 섬유 매트 중의 유기 성분이 많으면 배기 가스 제어에 이상이 생겨, 유해 가스가 배출되어버린다. 따라서, 배기 가스 제어에 이상이 생긴 경우를 ×, 이상이 생기지 않은 경우를 ○로 하였다.
측정 결과, 표 1로부터 분명히 알 수 있듯이, 무기질 섬유 매트에 유기 성분이 O.1 내지 2중량% 포함되어 있고, 또한 1OO㎠ 중에 5O 내지 3000개의 밀도로 니들 펀칭 처리가 되어 있으며, 또한 충전 밀도가 0.15 내지 0.45g/㎤인 경우에는, 조립성이 양호하고, 또한 유지 밀봉재 고유의 배기 가스도 발생하지 않았다.
한편, 표 1에는 도시되어 있지 않지만, 유기 성분이 O인 경우에는 유지 밀봉재의 섬유가 비산하여, 조립성이 악화되었다.
실시예 4
제 2 발명의 실시예에 관한 DP 필터 시스템에 대해서, 도 5를 사용하여 설명한다.
본 예의 DP 필터 시스템(4)은 도 5에 도시하는 바와 같이, 디젤 미립자를 포획하기 위한 DP 필터(6)와, DP 필터(6)의 측면을 피복하는 금속 셀(8)과, DP 필터(6)와 금속 셀(8)과의 사이에 배치된 무기질 섬유 매트로 이루어지는 유지 밀봉재(7)로 이루어진다.
유지 밀봉재(7)에 있어서의 유기 성분의 함유량은 1중량%이다. 유지 밀봉재(7)를 구성하고 있는 무기질 섬유 매트는 70중량%의 알루미나와, 30중량%의 실리카로 이루어지며, 니들 펀칭 처리가 실시되고 있다. 금속 셀(8) 내에 있어서의 유지 밀봉재(7)의 충전 밀도는 0.35g/㎤이다.
DP 필터 시스템(5)은 도 2에 도시하는 바와 같이, 자동차 차체(92)의 바닥부에 있어서, 디젤 엔진(9)의 배기 파이프(91) 도중에 설치되어 있다.
DP 필터는 세라믹의 일종인 코디에라이트제이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, DP 필터(6)는 배기 파이프(91)의 상류측 또는 하류측의 한 쪽이 개구하고, 다른 쪽이 폐색된 다수의 셀의 집합체로 이루어지는 하니컴 구조체이다. DP 필터(6)는 상류측 개구 셀(61)로부터 하류측 개구 셀(62)로, 다공성 셀벽을 통하여 배기 가스를 통과시킨다. 이 때에, 배기 가스에 포함되는 디젤 미립자가 셀벽에 의해 포집되어, 배기 가스는 정화된다.
포집된 디젤 미립자는 도시하지 않은 착화 장치에 의해 소실된다.
다음에, 본 예의 DP 필터 시스템의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 실시예 1과 동일한 방법 및 조건으로, 유지 밀봉재를 제조한다. 단, 무기질 섬유 매트 중의 유기 성분의 함침량은 1중량%로 한다.
다음에, 실시예 1과 동일하게, 도 4에 도시하는 방법으로, 유지 밀봉재(7)를 소정 형상으로 절단 가공하고, 이 유지 밀봉재(7)를 권회시킨 DP 필터(6)를 원통형의 금속 셀(8) 속에 장착한다. 이상에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 DP 필터 시스템(5)이 얻어진다.
유지 밀봉재의 면압을 측정함에 있어서는, 500℃가 되도록 30분간 승온하여, 500℃를 10분간 유지하였다. 10분간의 유지는 유지 밀봉재의 온도가 500℃가 되도록 하였다. 측정 지그 등의 열 팽창을 미리 측정하여 보정 후 10분간 유지한 후의 하중(압축 하중)을 측정하였다. 유지 밀봉재의 샘플 사이즈는 25mm×25mm로 하였다.
이러한 방법에 의해 측정한 결과, 유지 밀봉재의 면압은 180kPa였다.
금속 셀 내에 있어서의 유지 밀봉재의 충전 밀도는 O.35g/㎤로 하고, 두께는 6mm로 하였다.
또한, 실시예 1과 동일한 방법으로써, 상기 DP 필터 및 유지 밀봉재를 장착한 DP 필터 시스템의 주행 시험을 행하였다. 그 결과, 주행 시의 진동에 의해서도, DP 필터는 흔들리지 않고, 안정되게 유지되고 있었다. 또한, 배기 가스 정화 장치로서의 DP 필터 시스템으로부터의 진동음도 거의 없었다.
이것으로부터, 유지 밀봉재는 고온 하에서 DP 필터를 유지하는 힘을 발휘할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 예에 있어서는 유지 밀봉재에 소량의 유기 성분이 포함되어 있다. 유기 성분은 유지 밀봉재의 바인더로서 작용하고, 유지 밀봉재의 부피성을 어느 정도 억제한다. 따라서, 유지 밀봉재를 권회한 DP 필터의 금속 셀 내로의 장착성이 개선된다.
또한, 상기와 같은 유지 밀봉재 중의 유기 성분이 소량이기 때문에, 유지 밀봉재의 쿠션성을 유지할 수 있으며, DP 필터를 유지하는 힘에도 뛰어나다.
실험예 2
제 2 발명에 관한 본 예에 있어서는 DP 필터 유지용 유지 밀봉재 중의 유기 성분의 함유량, 니들 자국의 밀도, 무기질 섬유 매트의 충전 밀도를 바꾸어, 유지 밀봉재의 면압, 조립성, DP 필터의 균열, 어긋남의 유무를 측정하고, 또한 배기 가스 시험을 행하였다. 유지 밀봉재의 면압을 측정함에 있어서는, 상기 실시예 4에 있어서의 방법을 채용하였다. 그 밖의 측정은 실험예 1과 동일하게 행하였다. 그 결과는 표 2에 도시하였다.
측정 결과, 표 2로부터 분명하듯이, 무기질 섬유 매트에 유기 성분이 O.1 내지 2중량% 포함되어 있으며, 또한 1O0㎠ 중에 50 내지 3O00개의 밀도로 니들 펀칭 처리가 되어 있으며, 또한 충전 밀도가 0.15 내지 0.55g/㎤ 나아가서는 O.15 내지 O.45g/㎤인 경우에는, 조립성이 양호하고, 또한 유지 밀봉재 고유의 배기 가스도 발생하지 않았다.
한편, 표 2에는 도시되어 있지 않지만, 유기 성분이 0인 경우에는 유지 밀봉재의 섬유가 비산하여, 조립성이 악화되었다.
상기와 같이, 본 발명에 의하면, 금속 셀 내로의 촉매 유지체의 장착 작업이 용이하고 쿠션성이 뛰어난 촉매 유지체용 유지 밀봉재를 갖는 촉매 컨버터 및 금속 셀 내로의 DP 필터의 장착 작업이 쉽고 쿠션성이 뛰어난 유지 밀봉재를 갖는 디젤 미립자 필터 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 촉매 유지체와, 상기 촉매 유지체의 바깥쪽을 덮는 금속 셀과, 상기 촉매 유지체와 상기 금속 셀과의 사이에 배치되는 유지 밀봉재로 구성되는 촉매 컨버터에 있어서,
    상기 유지 밀봉재는 100㎠ 중에 50 내지 300O개의 밀도로 니들 펀칭 처리된 무기질 섬유 매트로 이루어지는 동시에, 상기 무기질 섬유 매트는 적어도 알루미나 또는 실리카를 포함하는 무기질 섬유로 이루어지고,
    또한, 상기 무기질 섬유 매트에 첨가한 유기질의 함유량이 0 보다 크고 또한 2중량% 이하이며,
    0.15 내지 0.45g/㎤의 충전 밀도에 있어서 300 내지 1000℃ 사이로 가열하였을 때에 5 내지 500kPa의 면압이 발생하는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 압입 구조인 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 클램 셀 구조인 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 권취 구조인 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  6. 디젤 미립자 필터와, 상기 디젤 미립자 필터의 바깥쪽을 덮는 금속 셀과, 상기 디젤 미립자 필터와 상기 금속 셀과의 사이에 배치되는 유지 밀봉재로 구성되는 디젤 미립자 필터 시스템에 있어서,
    상기 유지 밀봉재는 100㎠ 중에 50 내지 3000개의 밀도로 니들 펀칭 처리된 무기질 섬유 매트로 이루어지는 동시에, 상기 무기질 섬유 매트는 적어도 알루미나 또는 실리카를 포함하는 무기질 섬유로 이루어지고,
    또한, 상기 무기질 섬유 매트에 첨가한 유기질의 함유량이 0 보다 크고 또한 2중량% 이하이며,
    0.15 내지 0.55g/㎤의 충전밀도에 있어서 300 내지 500℃의 사이로 가열하였을 때에 5 내지 1000kPa의 면압이 발생하는 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 필터 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 압입 구조인 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 필터 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 클램 셀 구조인 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 필터 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 셀은 권취 구조인 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 필터 시스템.
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