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WO2017069297A1 - 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치 - Google Patents

메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치 Download PDF

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WO2017069297A1
WO2017069297A1 PCT/KR2015/011088 KR2015011088W WO2017069297A1 WO 2017069297 A1 WO2017069297 A1 WO 2017069297A1 KR 2015011088 W KR2015011088 W KR 2015011088W WO 2017069297 A1 WO2017069297 A1 WO 2017069297A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carrier
way catalyst
catalyst device
metal
carbon monoxide
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/011088
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English (en)
French (fr)
Inventor
하재어
Original Assignee
주식회사 알란텀
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 알란텀 filed Critical 주식회사 알란텀
Publication of WO2017069297A1 publication Critical patent/WO2017069297A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Ternary catalyst device including a metal carrier
  • a three-way catalyst device comprising a metal carrier.
  • a three-way catalytic converter including a noble metal catalyst is installed in the exhaust system to promote emission standards, thereby promoting hydrocarbon decomposition, carbon monoxide oxidation, and nitrogen oxide reduction.
  • Three-way catalyst refers to a catalyst that promotes the conversion of three harmful substances contained in gases emitted from internal combustion engines such as automobiles and other gasoline fuel engines into harmless gases.
  • the three hazardous substances are nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (CnHm), through the three-way catalyst nitrogen oxides (NOx) to nitrogen (N2), carbon monoxide to carbon dioxide (C02), and hydrocarbons to Converted to water (H20).
  • Ceramic materials are mainly used as a support for supporting these three-way catalysts.
  • the carrier containing the ceramic material has a large volume, a relatively low heating rate, may cause a large amount of harmful substances in the cold st art section, and a fuel drop due to a large pressure drop caused by the carrier. The efficiency can be low.
  • the ceramic carrier is low in the ability to filter fine particulate matter, it is possible to discharge the particulate matter harmful to the human body.
  • One embodiment of the present invention is to improve the harmful gas and harmful particulate matter purification performance of the three-way catalyst device comprising a metal-bearing carrier.
  • One embodiment of the present invention is to reduce the pressure loss of a three-way catalyst device including a metal carrier.
  • One embodiment of the present invention is to improve the durability and reliability of the three-way catalyst device including a metal foam carrier.
  • One embodiment of the present invention is to reduce the manufacturing cost of the three-way catalyst device comprising a metal carrier.
  • the three-way catalyst device comprising a metal carrier is a cylindrical housing, one end is connected to the suction pipe, the other end is connected to the discharge pipe, and is spaced apart from the inner peripheral surface of the cylindrical housing, precious metal catalyst Coated with a cylindrical carrier comprising a metal foam having an open cell, converting nitrogen oxides (NOx) to nitrogen (N2), converting carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (CnHm) to carbon dioxide (C02) and water (H20) to reduce the particulate matter.
  • NOx nitrogen oxides
  • N2 nitrogen
  • CO carbon monoxide
  • CnHm hydrocarbons
  • the "disc (di sk) in the form of a diaphragm (di aphragm) for sealing the adjacent end of the discharge pipe in the carrier may further include.
  • It may further include a fixing means of a mesh structure located on the inner circumferential surface of the carrier and comprises a metal material.
  • the average diameter of the pores included in the metal product may be 300 to 3000 im.
  • the metal foam may include one or more of nickel (Ni), iron (Fe), chromium (Cr), aluminum (A1), and alloys thereof.
  • the particulate matter removal efficiency of the carrier may be 20% to 9OT.
  • the precious metal catalyst may be one of platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), or a combination thereof.
  • One embodiment of the present invention can improve the purification performance of harmful gas and harmful particulate matter of the three-way catalyst device including a metal carrier, can reduce the pressure loss, improve the durability and reliability, manufacturing cost Can be reduced.
  • Figure 1 shows a typical three-way catalyst device.
  • FIG. 2 is a view illustrating an exhaust gas purification apparatus including a three-way catalyst apparatus including a metal carrier according to one embodiment.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a three-way catalyst device including a metal carrier according to one embodiment
  • FIG. 3B is a three-way catalyst device including a metal carrier according to one embodiment
  • FIG. 4 is a metal carrier according to one embodiment. SEM picture of the metal product contained in the carrier of the three-way catalyst device comprising a.
  • FIG. 5 is a graph showing a result of comparing the heating rate according to the silver flow rate of the suction gas of the three-way catalyst device including the metal carrier according to the embodiment and the heating rate according to the silver flow rate of the general three-way catalyst device.
  • FIG. 6 is a graph showing a result of comparing the pressure loss of a three-way catalyst device with a metal carrier according to the embodiment and the pressure loss of a typical three-way catalyst device.
  • FIG. 7A is a graph illustrating emissions of harmful gases immediately after a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal carrier according to embodiments is installed in an internal combustion engine
  • FIG. 7B is a view of a typical three-way catalyst device and embodiments. It is a graph showing the emissions of harmful gases after the three-way catalyst device including the metal carrier rapidly deteriorated.
  • FIG. 8A is a graph showing carbon monoxide (CO) gas emissions immediately after a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal carrier according to embodiments is installed in an internal combustion engine
  • FIG. 8B is a typical three-way catalyst device and an embodiment
  • Figure 3 is a graph showing the carbon monoxide (CO) gas emissions after the three-way catalyst device including a metal carrier according to the rapid deterioration
  • Figure 8c is a three-way catalyst comprising a common three-way catalyst device and a metal carrier according to the embodiment A graph showing cumulative carbon monoxide (CO) gas emissions over time of the device.
  • FIG. 8A is a graph showing carbon monoxide (CO) gas emissions immediately after a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal carrier according to embodiments is installed in an internal combustion engine
  • FIG. 8B is a typical three-way catalyst device and an embodiment
  • Figure 3 is a graph showing the carbon monoxide (CO) gas emissions after the three-
  • FIG. 9A is a graph illustrating hydrocarbon (CnHm) gas emissions immediately after a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal foam carrier according to the embodiments are installed in an internal combustion engine
  • FIG. 9B is a typical three-way catalyst device and an embodiment.
  • Figure 3 is a graph showing the hydrocarbon (CnHm) gas emissions after the three-way catalyst device including a metal carrier according to the rapid deterioration
  • Figure 9c is a three-way catalyst comprising a common three-way catalyst device and a metal foam carrier according to embodiments Graph showing cumulative hydrocarbon (CnHm) gas emissions over time of the device.
  • FIG. 10A is a graph showing nitrogen oxide (NOx) gas emissions immediately after a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal carrier according to embodiments is installed in an internal combustion engine
  • FIG. 10B shows a typical three-way catalyst device.
  • a three-way catalyst device including a metal carrier according to the examples is a graph showing the nitrogen oxide (NOx) gas emissions after rapid ' deterioration '
  • Figure 10c is a general three-way catalyst device and the metal carrier in the embodiments It is a graph showing the cumulative nitrogen oxide (NOx) gas emissions over time of the three-way catalytic device including.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a result of comparing a cumulative number of particles (Part i cl e Number) of particulate matter discharged from a three-way catalyst device including a general three-way catalyst device and a metal carrier according to the embodiments.
  • a typical three way catalyst device 100 includes a cylindrical housing 120 having one end connected to a suction pipe 110 and the other end connected to a discharge pipe 130. Located on the inner circumferential surface of the housing 120, and may be supported by a noble metal catalyst, a carrier 122 containing a ceramic material (ceramic).
  • the three-way catalyst device 100 induces and discharges the exhaust gas generated by being connected to an internal combustion engine such as an automobile engine to the outside.
  • the three-way catalyst device 100 is in a cold start state when the engine is started and becomes a high temperature state during operation after the start.
  • the three-way catalyst device 100 reduces the carbon monoxide (CO), hydrocarbon (CnHm), nitrogen oxides (NOx) and harmful gas emissions contained in the exhaust gas.
  • Hazardous gases such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (C n H m ), and nitrogen oxides (N0 X ) can be released in most cold start zones. Since the ceramic support 122 has a relatively large heat capacity, the temperature rise of the support may be slow, and thus the performance of reducing harmful gases may be reduced at the time of starting.
  • CO carbon monoxide
  • C n H m hydrocarbons
  • N0 X nitrogen oxides
  • the ceramic carrier 122 is a particulate particulate harmful to the human body (Particulate
  • Carrier 122 comprising a ceramic material requires a relatively large geometric specific surface area, which may cause limitations in the shape and volume of the carrier 122.
  • a three-way catalyst device including a metal foam carrier according to embodiments of the present invention will be described.
  • 2 is a view illustrating an exhaust gas purification apparatus including a three-way catalyst device including a metal carrier according to one embodiment
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a three-way catalyst device including a metal carrier according to one embodiment
  • FIG. 3B Is a perspective view of a three-way catalyst device including a metal foam carrier according to one embodiment
  • Figure 4 is a SEM photograph of a metal product included in the carrier of the three-way catalyst device including a metal carrier according to one embodiment.
  • the exhaust gas purifier 200 is a flexible pipe 210 connected to an engine, a three-way catalyst device 220 connected to a rear end of the flexible pipe, and a three-way catalyst.
  • a silencer 260 located at the rear end of the device 220.
  • the flexible pipe 210 may be connected to the engine of the vehicle, may be made of a metal or an alloy material, and may have various shapes and configurations without being limited to the shapes shown in the drawings.
  • a heating means may be included in the front end of the three-way catalyst device 220.
  • the three-way catalyst device 220 is heated by a heating means, and the harmful gases such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (C n H m ), and nitrogen oxides (N0) that can be released into the atmosphere in the cold start section are The amount can be reduced.
  • CO carbon monoxide
  • C n H m hydrocarbons
  • N0 nitrogen oxides
  • the exhaust gas purification apparatus 200 may include an additional auxiliary catalyst device in addition to the three-way catalyst device 220.
  • Cocatalysts can reduce certain harmful gases in carbon monoxide (CO), hydrocarbons (C n Hj, nitrogen oxides (N0).
  • the silencer 260 connected to the rear end of the three-way catalyst device 220 may reduce noise in the high frequency region that may occur in the engine.
  • the exhaust gas purification apparatus 200 may include a plurality of silencers.
  • the silencer 260 may reduce the noise by lowering the pressure of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine in several steps.
  • the noise method may include a plate and a reflecting plate dividing the inside of the muffler 260 into a plurality of zones, such that the exhaust gas passes through the plurality of zones and the pressure is lowered.
  • the muffler of the exhaust gas purification apparatus 200 according to the embodiment is not limited to this, and can, be designed in various ways.
  • Three-way catalyst device 220 is one end is connected to the suction pipe 230, the other end A cylindrical housing 240 connected to the discharge pipe 250, and spaced apart from the inner circumferential surface of the cylindrical housing 240, coated with a carrier carrying a noble metal catalyst, having an open cell type (open cel l type) A cylindrical carrier 244 comprising a metal foam, converting nitrogen oxides ( ⁇ to nitrogen (N2), converting carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (C n H into carbon dioxide (C0 2 ) and water ( 3 ⁇ 40).
  • x and n are any natural numbers, and m is any even number among natural numbers.
  • the exhaust gas generated in the internal combustion engine is introduced into the three-way catalyst device 220 through the suction pipe 230, and includes a cylindrical carrier 244 including a metal article coated with a catalyst material. Can be filtered through).
  • the exhaust gas passing through the carrier 244 may move to the discharge pipe 250 through a space 242 existing between the outer circumferential surface of the carrier 244 and the inner circumferential surface of the housing 240.
  • the portion facing the carrier 224 may have a constant diameter, but may have a shape in which the diameter thereof decreases toward the other end connected to the discharge pipe 250. Due to this structure, the exhaust gas can be smoothly moved to the discharge pipe 250.
  • the housing 240 is not limited thereto and may have various shapes and volumes.
  • the metal part of the carrier 244 may include a plurality of pores.
  • the metal product may be an open cell type in which pores are interconnected. Metal foams with open cells are stable, lightweight, and the interconnection shape of the pores may facilitate the passage of exhaust gas along the pores.
  • a large geometric surface area may be secured by a plurality of pores included in the metal product.
  • Metal products may include, but are not limited to, nickel (NO, iron (Fe), crumb (Cr), aluminum (Al), and alloys thereof, which are not limited to heating and cooling compared to ceramic materials. Performance can be maintained even in repeated environments.
  • the metal carrier 244 can reduce particulate matter, which is one of harmful substances. Specifically, the particulate matter is combusted when the temperature of the exhaust gas is increased to become carbon monoxide (CO), and then converted into carbon dioxide (C0 2 ) by the catalyst and may be discharged.
  • the carrier 244 containing the metal article can be reduced to fine particulate matter of 100 nm or less, which is harmful to the human body.
  • the heating rate of the carrier 244 by the exhaust gas may be further improved, and the pressure loss may be reduced.
  • the average diameter of the pores included in the metal article may be about 300 iM to about 3000 urn. Exhaust gas can smoothly pass through the carrier 244 within this range, and the harmful gas purification performance of the carrier 244 can be further improved.
  • the surface area per unit volume of the carrier 244 including the metal article may be relatively large compared to the surface area per unit volume of a general carrier.
  • the surface area per unit volume of the carrier 244 may be at least about 4.3 m 2 / L. Therefore, the pollutant purification performance for removing harmful gases can be further improved, the noble metal catalyst content can be further reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the average heating rate of the carrier 244 by the exhaust gas supplied through the intake pipe 230 may be relatively fast compared to the average heating rate of the general carrier, and may be, for example, about 50 ° C./s or more. Therefore, the amount of harmful gas emitted in the cold start section can be further reduced.
  • the pressure drop value by the carrier 244 of the three-way catalyst device 220 may be smaller than the pressure loss value of the general carrier. Thus, engine performance and durability can be further improved, fuel efficiency can be improved, and carbon dioxide emissions can be reduced.
  • the metal product of the carrier 244 may be coated with a noble metal catalyst.
  • the excitation noble metal catalyst may be one of platinum (Pt), palladium (Pel), rhodium (Rh), or a combination thereof.
  • Precious metal catalysts correspond to exhaust gas It is possible to simultaneously reduce carbon monoxide (CO), hydrocarbons (C n H, and nitrogen oxides (N0). Since the carrier 244 according to the embodiment includes a metal foam, a large surface area can be ensured, Since the toxic substance removal performance is superior to that of the carrier 122, a smaller amount of the noble metal catalyst may be required, thus reducing the manufacturing cost of the carrier 244.
  • the content of the noble metal catalyst coated on the carrier 244 may be significantly smaller than the content of the noble metal catalyst coated on the general carrier. Therefore, the harmful substance removal performance of the carrier 244 is maintained, and the manufacturing cost can be further reduced.
  • the three-way catalyst device 220 including the metal carrier according to the embodiments may further include a diaphragm in the form of a disc that seals the end adjacent to the discharge pipe in the carrier 244. have.
  • the diaphragm 246 may direct the flow of exhaust gas into the space between the outer circumferential surface of the metal product and the inner circumferential surface of the housing 240 within the carrier 244.
  • the diaphragm 246 may include a plurality of openings and may be made of an elastic material, but is not limited thereto.
  • the three-way catalyst device 220 including a metal foam carrier according to the embodiment,
  • the fastening means 248 is coupled to the inner circumferential surface of the carrier 244 and includes a mesh structure including a metal material.
  • the fixing means 248 of this mesh structure can perform the function of fixing the support 244 more firmly without disturbing the flow of the exhaust gas.
  • a three-way catalyst device 100 comprising a ceramic carrier 122 coated with a noble metal catalyst is prepared.
  • a three-way catalyst device 100 comprising a ceramic carrier having an average number of cells per 1 in 2 is used.
  • the volume of the ceramic carrier 122 is about 1.5L.
  • the ceramic carrier 122 contains palladium (Pd) and rhodium (Rh) as noble metal catalysts, The mixing ratio of palladium (Pd) and rhodium (Rh) is about 14: 1.
  • the total precious metal catalyst content is about 5.76 g / u (gram per unit) and the total coating amount of the slurry containing the precious metal catalyst is 120 g / u.
  • Example 1 Example 1
  • a three-way catalyst device 220 is prepared comprising a metal foam carrier 244 coated with a noble metal catalyst and having an open cell.
  • the metal foam carrier 244 includes an alloy of nickel (Ni), chromium (Cr), and aluminum (A1), and the average diameter of pores included in the metal product is about 1200. In addition, the volume of the metal foam carrier 244 is about 1.2L.
  • the metal carrier 244 includes palladium (Pd) and rhythm (Rh) as a noble metal catalyst, and the mixing ratio of palladium (Pd) and rhodium (Rh) is about 14: 1.
  • the content of the total noble metal catalyst is about 4.61 g / u, and the total coating amount of the slurry containing the noble metal catalyst is 120 g / u.
  • a three-way catalyst device 220 having the same conditions as in Example 1 was prepared except that the volume of the metal foam carrier 244 was about 1.05 L and the content of the noble metal catalyst was 4.03 g / u.
  • Example 3
  • the volume of the metal carrier 244 is about 0.975 L, the average diameter of pores contained in the metal product is about 800 mm 3, and the content of the noble metal catalyst is 3.74 g / u . Except that is a three-way catalyst device 220 having the same conditions as in Example 1. Three-way catalyst device according to Comparative Example 1, Example 1, Example 2, and Example 3 (100
  • the type of 220, the volume of the ceramic carrier 122, the volume of the metal carrier 244, the content of the noble metal catalyst, and the coating amount are summarized in Table 1 below.
  • the types of vehicles used in the tests were ULEV-I I, TF 2.0L, A / T,
  • Stoi chiometr ic turbo-GDI 2011MY, test site is AVL Korea.
  • the engine is a direct injection type Theta-I I Turbo GE ) I, with a displacement of 1998c, a gearbox of six-speed A / T, fuel economy of 12.8 km / L and a body weight of 1520 kg.
  • the chassis dynamometer used in the test was an AVL ZOLLNER 48 inch single roll, with a capacity of 228 kw and a maximum speed of 200 km / h.
  • the di lut ion system used in the test is AVL GMBH VT273.
  • the gas analyzers used in the tests were AVL IRD i60, AVL HFID i60 and AVL CLD i60.
  • the sampler used in the particle measurement system is AVL AMA i60 PSS, and the particle number measuring device is AVL 489 APC Advanced.
  • 5 is a graph showing a result of comparing the heating rate according to the temperature of the suction gas of the three-way catalyst device according to the embodiment and the heating rate according to the temperature of the intake gas of the general ' three-way catalyst device. 5 shows the heating rate of the three-way catalyst device 100 including the ceramic carrier 122 according to Comparative Example 1, and the heating rate of the three-way catalyst device 220 including the metal carrier 244 according to Example 1 The result of comparing is shown. In FIG.
  • the heating rate of the three way catalyst device 220 including the open-type sal type metal foam carrier 244 is faster than that of the three way catalyst device 100 including the ceramic carrier 122. can see.
  • the average heating rate of the carrier 244 by the exhaust gas supplied through the intake pipe 230 may be at least 50 " C / s.
  • the three-way catalyst device 220 can reach the activation temperature of the noble metal catalyst faster by the metal carrier 244 according to the embodiment It can be seen.
  • emissions of pollutants such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (C n HJ, nitrogen oxides (N0 X )), etc., from the exhaust gas in the cold phase, where the temperature of the exhaust gas after starting is relatively lower than the activation temperature of the noble metal catalyst. It can be seen that can be further reduced.
  • FIG. 6 is a graph showing a result of comparing the pressure loss of the three-way catalyst device and the pressure loss of a typical three-way catalyst device according to the embodiment.
  • FIG. 6 shows a result of comparing the pressure drop value of the three way catalyst device 100 according to Comparative Example 1 with the pressure loss value of the three way catalyst device 220 according to Examples 1 to 3.
  • FIG. In Figure 6 (a) is a graph of the pressure loss of the three-way catalyst device 100 of Comparative Example 1
  • (b) is a graph of the pressure loss of the three-way catalyst device 220 of Example 3
  • (c) Is a graph of the pressure loss of the three-way catalyst device 220 of Example 1
  • (d) is a graph of the pressure loss of the three-way catalyst device 220 of Example 2.
  • the pressure loss value ⁇ ⁇ of the three-way catalyst device 220 including the open-type sal-type metal foam carrier 244 according to the mass f low rate of the intake gas may be represented by the ceramic carrier ( It can be seen that the pressure loss ( ⁇ ⁇ ) value of the three-way catalyst device 100 including 12 2).
  • the engine efficiency of the internal combustion engine including the three-way catalyst device 220 according to the embodiment compared to the internal combustion engine such as a car including a general three-way catalyst device (100), It can be seen that fuel efficiency can be further improved and operating and maintenance costs can be further reduced, resulting in less carbon dioxide (co 2 ).
  • FIG. 7A is a graph showing a typical three-way catalytic device and the amount of harmful gas (mg / mi) per mile immediately after the three-way catalyst device according to the exemplary embodiments is installed in an internal combustion engine, and FIG. It is a graph showing the emissions of harmful gases after the three-way catalyst device according to the embodiments rapidly deteriorated.
  • the three-way catalyst (100, 220) is a graph showing the gas emissions after rapid deterioration at about 1050 ° C under hydrothermal conditions (hydrothermal) conditions.
  • the first bar graph from the left of the four bar graphs for each carbon monoxide, hydrocarbon, and nitrogen oxide represents the emission of the three-way catalyst device 100 according to Comparative Example 1
  • the second bar graph is Example 1
  • the third bar shows the discharge of the three-way catalyst device 220
  • the third bar graph shows the discharge of the three-way catalyst device 220 according to Example 2
  • the fourth bar graph shows the three-way catalyst device 220 according to Example 3 And emissions.
  • FIG. 8A is a graph showing carbon monoxide (CO) gas emissions per mi (mi / le) immediately after the three-way catalyst device according to the embodiment and the three-way catalyst device according to the embodiments are installed in an internal combustion engine, and FIG.
  • CO carbon monoxide
  • FIG. 8C is a graph of the three-way catalyst device according to the embodiment and the three-way catalyst device according to the embodiments. Represents cumulative carbon monoxide (CO) gas emissions It is a graph.
  • FIG. 9A is a graph showing hydrocarbon (C n H m ) gas emission (mg / mi) per mile immediately after the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments are installed in an internal combustion engine
  • FIG. 9B Is a graph showing the hydrocarbon (C n H gas emissions after rapid deterioration of the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments
  • FIG. 9C is a time of the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments. It is a graph showing the cumulative hydrocarbon (C n H gas emissions according to).
  • FIG. 10A is a graph showing nitrogen oxides (N0 X ) gas emissions (mg / mi) per mile immediately after the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments are installed in an internal combustion engine
  • FIG. 10C is a time of the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments.
  • cumulative nitrogen oxides according to ( ⁇ 0 ⁇ ) is a graph showing the emissions.
  • the three-way catalyst device 100 220 is a graph showing gas emissions after rapid deterioration at about 1050 ° C. under hydrothermal conditions.
  • the first bar graph from the left of the four bar graphs of phase 1 phase 2, phase 3, and total is Comparative Example 1 Shows the discharge of the three-way catalyst device 100 according to, the second bar graph shows the discharge of the three-way catalyst device 220 according to Example 1, the third bar graph is a three-way catalyst device 220 according to Example 2 The fourth bar graph shows the discharge amount of the three-way catalyst device 220 according to the third embodiment.
  • Phases 1 to 3 represent each section of the FRP-75 mode, which is a means for evaluating vehicle emission certification in the United States.
  • Phase 1 represents a cold start section
  • Phase 2 represents a transient interrupt section
  • Phase 3 represents a hot start section.
  • FIG. 10C (a) is a graph of cumulative gas emissions (mg / mi) of the three-way catalyst device 100 of Comparative Example 1, and (b) is a three-way catalyst device of Example 2.
  • a graph of the cumulative gas emissions of 220 and (c) is the It is a graph of the cumulative gas emissions of the three-way catalyst device 220,
  • (d) is a graph of the cumulative gas emissions of the three-way catalyst device 220 of Example 1.
  • 8C, 9C, and 10C also show the inlet temperature measured at the suction pipe 230 and the speed of the vehicle.
  • the three-way catalyst device according to Examples 1 to 3 compared to the carbon monoxide, hydrocarbon, and nitrogen oxide gas emissions per mile of the three-way catalyst device 100 according to Comparative Example 1 It can be seen that the emissions of carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides per mile of 220 are small. In addition, the gas emissions after rapid deterioration show a greater difference.
  • the carbon monoxide gas emission of the three-way catalyst device 100 according to Comparative Example 1 is about 520 mg / mi per mile in phase 1
  • the hydrocarbon gas emission is about 407 mg / mi or less in phase 1
  • nitrogen oxides are less than about 1069 mg / mi in phase 1.
  • carbon monoxide gas emissions of the three-way catalyst device 220 according to the embodiment is about 450 mg / mi or less per mile, hydrocarbon gas emissions are about 315 mg / mi or less and nitrogen oxide gas emissions are about 800 mg / mi Has the following values: From this, it can be seen that the pollutant purification performance of the three-way catalyst device 220 according to the embodiments is excellent.
  • the metal foam carrier 244 of the three-way catalyst device 220 may have a higher heating rate and a relatively large surface area than the ceramic material, it may be harmful such as carbon monoxide, hydrocarbons, or nitrogen oxides. Gas purification performance can be improved.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a result of comparing the cumulative particle number (Part number) of the particulate matter discharged from the three-way catalyst device and the three-way catalyst device according to the embodiments.
  • FIG 11 (a) is a graph of the cumulative particle number (# / mi) discharged from the three-way catalyst device 100 of Comparative Example 1, (b) is discharged from the three-way catalyst device 220 of Example 2 Is a graph of the accumulated particle number, (c) is a graph of the cumulative particle number discharged from the three-way catalyst device 220 of Example 1, (d) is discharged from the three-way catalyst device 220 of Example 3 This is a graph of cumulative particle counts. And The inl et temperature measured at the intake pipe 230 and the speed of the vehicle are indicated.
  • the number of particles discharged from the three-way catalyst device 220 according to Example 3 is reduced by about 30% compared to the number of particles emitted from the three-way catalyst device 100 of 1 in comparison at 2500 seconds. can see. This is because fine particulate matter is combusted due to the temperature of the exhaust gas and converted to carbon monoxide (CO), which is then converted to carbon dioxide (C0 2 ) by the catalyst and discharged.
  • CO carbon monoxide
  • the metal carrier 244 of the three-way catalyst device 220 can be improved dust collection performance compared to the ceramic material, thereby reducing the adverse effect on the air pollution.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치는 일단이 흡입 파이프에 연결되어 있고, 타단이 배출 파이프에 연결되어 있는 원통형 하우징, 그리고 원통형 하우징의 내주면에 이격되어 위치하고, 귀금속 촉매가 코팅되어 있으며, 개방형 셀을 갖는 메탈폼을 포함하는 원통형 담체를 포함하고, 질소산화물을 질소로 변환하고, 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 변환하며, 입자상 물질을 저감시킨다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치
【기술분야】
메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 제공된다.
【배경기술】
최근 들어， 자동차의 이용도가 증가하고 교통량이 증가함에 따라 배기가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두 되고 있고， 각국의 정부는 배기가스 규제를 위하여 배기가스 내의 유해 물질에 대한 배출 기준을 정해놓고 있으며， 이러한 배기가스 규제는 점차 강화되고 있는 추세이다. 또한， 각 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기가스 규제에 효과적으로 대응하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있는 실정이며， 신규 차량은 배기가스 배출기준에 맞추어 생산하고 있다.
특히， 자동차에서는 배기가스 배출기준을 층족시키기 위하여 귀금속 촉매를 포함하는 삼원촉매장치 (three way catalyt i c converter )가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해， 일산화탄소의 산화 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.
삼원촉매는 자동차 및 다른 가솔린 연료 엔진과 같은 내연 기관에서 배출되는 가스에 포함되어 있는 3가지 유해 물질을 무해한 가스로 변환시키는 것을 촉진하는 촉매를 의미한다. 3가지 유해 물질은 질소산화물 (NOx) , 일산화탄소 (CO) , 그리고 탄화수소 (CnHm)가 있으며， 삼원 촉매를 통하여 질소산화물 (NOx)은 질소 (N2)로， 일산화탄소는 이산화탄소 (C02)로， 탄화수소는 물 (H20)로 변환된다.
이러한 삼원촉매를 지지하는 담체 (substrate)로서 세라믹 물질이 주로 사용되고 있다. 하지만， 쎄라믹 물질을 포함하는 담체는 체적이 크고， 가열 속도가 상대적으로 낮아 넁시동 (cold st art ) 구간에서의 유해 물질의 배출량이 많을 수 있고， 담체에 의한 압력손실 (pressure drop)이 많아 연료 효율이 낮을 수 있다.
또한， 세라믹 담체는 미세한 입자상 물질을 여과하는 성능이 낮아， 인체에 유해한 입자상 물질을 배출시킬 수 있다. 【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명의 한 실시예는 메탈픔 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 유해 가스 및 유해 입자상 물질 정화 성능을 향상시키기 위한 것이다.
ᅳ 본 발명의 한 실시예는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 압력손실을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 제조비용을 갑소시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가사용될 수 있다.
【기술적 해결방법】
본 발명의 한 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치는 일단이 흡입 파이프에 연결되어 있고, 타단이 배출 파이프에 연결되어 있는 원통형 하우징， 그라고 원통형 하우징의 내주면에 이격되어 위치하고， 귀금속 촉매가 코팅되어 있으며， 개방형 셀을 갖는 메탈폼을 포함하는 원통형 담체를 포함하고， 질소산화물 (NOx)을 질소 (N2 )로 변환하고, 일산화탄소 (CO)와 탄화수소 (CnHm)를 이산화탄소 (C02 )와 물 (H20)로 변환하며， 입자상 물질을 저감시킨다.
담체에서' 배출 파이프에 인접한 끝단을 밀봉하는 디스크 (di sk) 형태의 다이어프램 (di aphragm)을 더 포함할 수 있다.
담체의 내주면에 위치하고 금속 물질을 포함하는 메쉬 (mesh) 구조의 고정수단을 더 포함할 수 있다.
메탈품에 포함된 기공의 평균 직경은 300 내지 3000 im 일 수 있다. 메탈폼은 니켈 (Ni ) , 철 (Fe ) , 크롬 (Cr ) , 알루미늄 (A1 ) , 그리고 이들의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
담체의 입자상 물질 제거 효율은 20% 내지 9OT일 수 있다.
귀금속 촉매는 백금 (Pt ) , 팔라듐 (Pd) , 로듐 (Rh) , 또는 이들의 조합 중 하나일 수 있다. 【발명의 효과】
본 발명의 한 실시예는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 유해 가스 및 유해 입자상 물질 정화 성능을 향상시킬 수 있고, 압력손실을 감소시킬 수 있으며， 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있고， 제조비용을 감소시킬 수 있다. 【도면의 간단한 설명】
도 1^ 일반적인 삼원촉매장치를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치를 포함하는 배기가스 정화장치를 나타낸다.
도 3a는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 단면도이고， 도 3b는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 도 4는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 담체에 포함된 메탈품의 SEM사진이다.
도 5는 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 흡입 가스의 은도에 따른 가열 속도와 일반적인 삼원촉매장치의 흡입 가스의 은도에 따른 가열 속도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 압력 손실과 일반적인 삼원촉매장치의 압력 손실을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 유해 가스 배출량을 나타내는 그래프이고， 도 7b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 유해 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 일산화탄소 (CO) 가스 배출량을 나타내는 그래프이고， 도 8b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 일산화탄소 (CO) 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 8c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 일산화탄소 (CO) 가스 배출량을 나타내는 그래프이다. 도 9a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 탄화수소 (CnHm) 가스 배출량을 나타내는 그래프이고， 도 9b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 탄화수소 (CnHm) 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 9c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 탄화수소 (CnHm) 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 10a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 질소 산화물 (NOx) 가스 배출량을 나타내는 그래프이고, 도 10b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치가 급속' 열화된 ' 이후의 질소 산화물 (NOx) 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 10c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 파른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 질소 산화물 (NOx) 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 11은 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치에서 배출된 입자상 물질의 누적 파티클 개수 (Part i cl e Number)를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
【발명을 실시하기 위한 형태】
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층， 막， 영역， 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편， 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층， 막， 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편， 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에 " 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서， 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함 "한다고 할 때， 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도 1은 일반적인 삼원촉매장치를 나타낸다.
도 1을 참조하면， 일반적인 삼원촉매장치 (Three Way Catalyst device, 100)는 일단이 흡입 파이프 (110)에 연결되어 있고， 타단이 배출 파이프 (130)에 연결되어 있는 원통형 하우징 (120)， 그리고 원통형 하우징 (120)의 내주면에 위치하고， 귀금속 촉매가 담지되어 있으며， 세라믹 (ceramic) 물질을 포함하는 담체 (122)를 포함할 수 있다.
삼원촉매장치 (100)는 자동차 엔진 등의 내연기관에 연결되어 발생하는 배기가스를 외부로 유도하여 배출한다. 삼원촉매장치 (100)는 엔진 시동 시에는 넁각된 넁시동 (cold start) 상태이고， 시동 후 운전 중에는 고온 상태가 된다. 삼원촉매장치 (100)는 배기가스 중에 포함된 일산화탄소 (CO), 탄화수소 (CnHm), 질소 산화물 (NOx)와 유해 가스 배출량을 감소시킨다.
일산화탄소 (CO), 탄화수소 (CnHm), 질소 산화물 (N0X) 등의 유해 가스는 냉시동 구간에 대부분 방출될 수 있다. 세라믹 지지체 (122)는 열용량이 비교적 크므로 지지체의 온도 상승이 느려 넁시동 시 유해가스 저감 성능이 떨어질 수 있다.
또한 세라믹 담체 (122)는 인체에 유해한 미세 입자상 물질 (Particulate
Matter, PM) 제거 기능을 수행할 수 없다.
세라믹 물질을 포함하는 담체 (122)는 상대적으로 큰 기하학적 비표면적을 필요로 하고， 이로 인해 담체 (122)의 형상 및 체적에 제한이 발생할 수 있다. 이하에서는， 본 발명의 실시예들에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치를 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치를 포함하는 배기가스 정화장치를 나타내고， 도 3a는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 단면도이고， 도 3b는 일 실시예에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 사시도이며， 도 4는 일 실시예에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치의 담체에 포함된 메탈품의 SEM사진이다.
도 2 내지 도 4을 참조하면， 배기가스 정화장치 (200)는 엔진에 연결되어 있는 플렉서블 ( f lexible) 파이프 (210)， 플렉서블 파이프의 후단에 연결되어 있는 삼원촉매장치 (220)， 그리고 삼원촉매장치 (220)의 후단에 위치하는 소음기 (260)를 포함한다.
플렉서블 파이프 (210)는 자동차의 엔진에 연결되어 있을 수 있고， 금속 또는 합금 재질로 이루어질 수 있으며， 도면에 표현된 형상에 제한되지 않고 다양한 형상과 체작을 가질 수 있다.
도시되지는 않았지만， 삼원촉매장치 (220)의 전단에는 가열 수단이 포함될 수 있다. 가열 수단에 의해 삼원촉매장치 (220)가 가열되어， 넁시동 (cold start ) 구간에서 대기 중으로 방출될 수 있는 일산화탄소 (CO) , 탄화수소 (CnHm) , 질소 산화물 (N0 등의 유해 가스의 양을 감소시킬 수 있다.
또한， 도시되지는 않았지만, 배기가스 정화장치 (200)는 삼원촉매장치 (220) 이외에도 추가적인 보조촉매장치를 포함할 수 있다. 보조촉매장치는 일산화탄소 (CO) , 탄화수소 (CnHj , 질소 산화물 (N0 중 특정 유해 가스를 감소시킬 수 있다.
삼원촉매장치 (220)의 후단에 연결되어 있는 소음기 (260)는 엔진에서 발생할 수 있는 고주파수 영역의 소음을 감소시킬 수 있다. 또한 배기가스 정화장치 (200)는 복수의 소음기를 포함할 수도 있다.
이러한 소음기 (260)는 내연 기관에서 배출되는 배기가스의 압력을 몇 단계로 낮추어 소음을 감쇄시킬 수 있다. 예를 들어， 소음 방식은 소음기 (260) 내부를 복수의 구역으로 나누는 판 및 반사판을 포함하여， 배기가스가 복수의 구역을 통과하면서 압력이 낮아지는 방식일 수 있다. 다만， 실시예들에 따른 배기가스 정화장치 (200)의 소음기는 이에 제한되지 않고， 다양한 방식으로 설계될 수,있다.
삼원촉매장치 (220)는 일단이 흡입 파이프 (230)에 연결되어 있고， 타단이 배출 파이프 (250)에 연결되어 있는 원통형 하우징 (240) , 그리고 원통형 하우징 (240)의 내주면에 이격되어 위치하고， 귀금속 촉매가 담지되어 있는 담체가 코팅되어 있으며， 개방형 셀 (open cel l type)을 갖는 메탈폼 (metal foam)을 포함하는 원통형 담체 (244)를 포함하고， 질소산화물 ( ^을 질소 (N2)로 변환하고， 일산화탄소 (CO)와 탄화수소 (CnH 를 이산화탄소 (C02)와 물 (¾0)로 변환한다.
본 명세서에서， x , n은 임의의 자연수이고， m은 자연수 중 임의의 짝수를 의미한다 .
배기가스가 담체 (224)를 통과하는 경우， 배기가스 중 유해물질에 해당하는 일산화탄소 (CO) 및 탄화수소 (CnH 가 물 (¾0)과 이산화탄소 (C02)로 산화되어 제거되고， 질소 산화물 ^¾)은 질소 (N2)로 환원되어 배출될 수 있다.
도 3a에 화살표로 표시된 바와 같이， 내연 기관에서 발생한 배기가스는， 흡입 파이프 (230)를 통해 삼원촉매장치 (220) 내부로 유도되고， 촉매 물질이 코팅되어 있는 메탈품을 포함하는 원통형 담체 (244)를 통과하여 여과될 수 있다. 담체 (244)를 통과한 배기가스는 담체 (244)의 외주면과 하우징 (240)의 내주면 사이에 존재하는 공간 (242)을 통해 배출 파이프 (250)로 이동할 수 있다.
하우징 (240)의 길이 방향으로의 단면을 참조하면， 담체 (224)와 마주하는 부분의 경우， 일정한 직경을 가지지만， 배출 파이프 (250)와 연결되는 타단으로 갈수록 직경이 작아지는 형태일 수 있다. 이러한 구조로 인하여 배기가스가 원활하게 배출 파이프 (250)로 이동될 수 있다. 다만， 하우징 (240)은 이에 제한되지 않고 다양한 형상 및 체적을 가질 수 있다.
도 4에서 볼 수 있듯이， 담체 (244)의 메탈품은 다수의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어， 메탈품은 기공들이 상호 연결되어 있는 개방형 셀 타입 (open cel l type)일 수 있다. 개방형 셀을 갖는 메탈폼은 안정적이며， 경량이고， 기공의 상호 연결 형상으로 인해 기공을 따라 배기가스의 통과가 용이해질 수 있다. 또한 메탈품에 포함된 다수의 기공에 의해 넓은 기하학적 표면적이 확보될 수 있다.
이러한 구조로 인하여， 유해 가스를 제거하는 오염 물질 정화 성능이 향상될 수 있고， 귀금속 촉매 함유량을 감소시킬 수 있기 때문에， 제조 원가가 절감될 수 있다. 메탈품은 니켈 (NO , 철 (Fe) , 크름 (Cr ) , 알루미늄 (Al ) , 그리고 이들의 합금 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 물질들은 세라믹 물질에 비해 가열과 냉각이 반복되는 환경 하에서도 성능을 유지할 수 있다.
또한 메탈품 담체 (244)는 유해물질 중 하나인 입자상 물질을 저감시킬 수 있다. 구체적으로 입자상 물질은 배기가스의 온도가 높아지면 연소되어 일산화탄소 (CO)가 되고， 이후 촉매에 의해 이산화탄소 (C02)로 변환되어 배출될 수 있다. 메탈품을 포함하는 담체 (244)는 인체에 유해한 100 nm 이하의 미세 입자상 물질까지 저감시킬 수 있다.
또한 메탈품의 특성으로 인해 배기가스에 의한 담체 (244)의 가열 속도가 더욱 향상될 수 있으며， 압력 손실이 감소될 수 있다.
메탈품에 포함된 기공의 평균 직경은 약 300 iM 내지 약 3000 urn 일 수 있다. 이러한 범위 내에서 배기가스가 원활하게 담체 (244)를 통과할 수 있으며, 담체 (244)의 유해 가스 정화 성능이 보다 향상될 수 있다.
또한 메탈품을 포함하는 담체 (244)의 단위 체적당 표면적은， 일반적인 담체의 단위 체적당 표면적에 비해 상대적으로 클 수 있다. 예를 들어 담체 (244)의 단위 체적당 표면적은 약 4.3 m2/L 이상일 수 있다. 따라서 유해 가스를 제거하는 오염 물질 정화 성능이 더욱 향상될 수 있고， 귀금속 촉매 함유량이 더욱 감소될 수 있으며, 제조 원가가 절감될 수 있다.
흡입 파이프 (230)를 통해 공급되는 배기가스에 의한 담체 (244)의 평균 가열 속도는， 일반적인 담체의 평균 가열 속도에 비해 상대적으로 빠를 수 있고， 예를 들어 약 50 °C /s 이상일 수 있다. 따라서， 냉시동 구간에서 대부분 배출되는 유해 가스의 배출량이 더욱 감소할 수 있다.
삼원촉매장치 (220)의 담체 (244)에 의한 압력손실 (pressure drop) 값은, 일반적인 담체의 압력손실 값에 비해 작을 수 있다. 따라서， 엔진의 성능 및 내구성이 더욱 향상될 수 있고， 연료 효율이 향상될 수 있으며， 이산화탄소 배출량이 감소될 수 있다.
담체 (244)의 메탈품에는 귀금속 촉매가 코팅되어 있을 수 있다.
여기세 귀금속 촉매는 백금 (Pt ) , 팔라듐 (Pel) , 로듐 (Rh) , 또는 이들의 조합 중 하나일 수 있다. 귀금속 촉매는 배기가스 증 유해 물질에 해당하는 일산화탄소 (CO) , 탄화수소 (CnH , 질소 산화물 (N0 를 동시에 감소시킬 수 있다. 실시예들에 따른 담체 (244)는 메탈폼을 포함하므로， 넓은 표면적이 확보될 수 있고， .이로 인해 일반적인 담체 ( 122)에 비해 유해 물질 제거 성능이 우수하므로， 보다 적은 양의 귀금속 촉매를 필요로 할 수 있다. 따라서 담체 (244)의 제조 비용이 절감될 수 있다.
예를 들어， 담체 (244)에 코팅되어 있는 귀금속 촉매의 함량은， 일반적인 담체에 코팅된 귀금속 촉매의 함량에 비해 현저하게 작을 수 있다. 따라서, 담체 (244)의 유해 물질 제거 성능이 유지되고， 제조 비용이 더욱 감소될 수 있다. 실시예들에 따른 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치 (220)는， 담체 (244)에서 상기 배출 파이프에 인접한 끝단을 밀봉하는 디스크 (di sk) 형태의 다이어프램 (di aphragm)을 더 포함할 수 있다. 다이어프램 (246)은 배기가스의 흐름을 담체 (244) 내부에서 메탈품의 외주면과 하우징 (240)의 내주면 사이의 공간으로 유도할 수 있다. 다이어프램 (246)에는 다수의 개구 (opening) 포함될 수 있고 탄성 재질로 이루어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한 실시예들에 따른 메탈폼 담체를 포함하는 삼원촉매장치 (220)는, 도
3b에 도시된 바와 같이， 담체 (244)의 내주면에 결합되어 있고， 금속 물질을 포함하는 메쉬 (mesh) 구조의 고정수단 (248)을 더 포함할 수 있다. 이러한 메쉬 구조의 고정수단 (248)은， 배기가스의 흐름에 지장을 주지 않으면서, 담체 (244)를 보다 견고하게 고정시키는 기능을 수행할 수 있다.
- 이하에서는 비교예에 따른 삼원촉매장치 ( 100)와 실시예들에 따른 삼원촉매장치 (220)의 비교 테스트를 통해 실시예들을 보다 상세히 설명한다. 다만, 실시예들은 이하의 실시예 1 내지 실시예 3에 제한되지 않는다. 비교예 1
귀금속 촉매가 코팅되어 있는 세라믹 담체 ( 122)를 포함하는 삼원촉매장치 ( 100)를 제조한다. 세라믹 담체 ( 122)의 두께 (thi ckness )가 4 mi l l i— inch 일 때， 1 in2 당 평균 셀 수가 600개인 세라믹 담체를 포함하는 삼원촉매장치 ( 100)를 사용한다. 또한 세라믹 담체 ( 122)의 체적은 약 1.5 L 이다. 세라믹 담체 ( 122)는 귀금속 촉매로서 팔라듐 (Pd)과 로듐 (Rh)을 포함하고, 팔라듐 (Pd)과 로듐 (Rh)의 흔합 비율은 약 14 : 1 이다. 총 귀금속 촉매의 함유량은 약 5.76 g/u (gram per uni t )이고， 귀금속 촉매를 포함하는 슬러리 (s lurry)의 총 코팅량은 120 g/u 이다. 실시예 1
귀금속 촉매가 코팅되어 있고 개방형 셀을 갖는 메탈폼 담체 (244)를 포함하는 삼원촉매장치 (220)를 제조한다. 메탈폼 담체 (244)는 니켈 (Ni ) , 크롬 (Cr ) , 그리고 알루미늄 (A1 )의 합금을 포함하고， 메탈품에 포함된 기공의 평균 직경은 약 1200 이다. 또한 메탈폼 담체 (244)의 체적은 약 1.2L이다. 메탈품 담체 (244)는 귀금속 촉매로서 팔라듐 (Pd)과 로듬 (Rh)을 포함하고, 팔라듐 (Pd)과 로듐 (Rh)의 흔합 비율은 약 14 : 1 이다. 총 귀금속 촉매의 함유량은 약 4.61 g/u 이고, 귀금속 촉매를 포함하는 슬러리 (s lurry)의 총 코팅량은 120 g/u 이다. 실시예 2
메탈폼 담체 (244)의 체적이 약 1.05 L 이고， 귀금속 촉매의 함유량이 4.03 g/u 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건을 갖는 삼원촉매장치 (220)를 제조한다. 실시예 3
메탈품 담체 (244)의 체적이 약 0.975 L 이고， 메탈품에 포함된 기공의 평균 직경이 약 800 卿 이며, 귀금속 촉매의 함유량아 3.74 g/u . 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건을 갖는 삼원촉매장치 (220)를 제조한다. 비교예 1， 실시예 1， 실시예 2， 그리고 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 ( 100
220)의 종류， 세라믹 담체 (122)의 체적 및 메탈품 담체 (244)의 체적， 귀금속 촉매의 함유량， 그리고 코팅량이 하기 표 1에 정리되어 있다ᅳ
[표 1]
Sample Type 담체 체적 (L) 귀금속 촉매 코팅량 (g/L) 함유량 (g/u)
비교예 1 600/4 1.5 5.76 120 실시예 1 NiCrAl 1.2 4.61 120
(1200 in)
실시예 2 NiCrAl 1.05 4.03 120
(1200 mi)
실시예 3 NiCrAl 0.975 3.74 120
(800卿) 이하에서는, 비교예 1， 실시예 1， 실시예 2， 그리고 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (100， 220)에 대하여 수행한 가열 속도 테스트， 압력 손실 테스트， 유해 가스 정화 성능 테스트에 대한 결과를 도면들을 참조하여 설명한다.
테스트에 사용된 자동차의 종류는 2011년에 제조된 ULEV-I I , TF 2.0L, A/T,
Stoi chiometr ic turbo-GDI 2011MY 이고， 테스트 장소는 AVL Korea 이다. 엔진의 종류는 직접 분사 방식의 Theta-I I Turbo GE)I이고， 배기량은 1998c , 기어 박스의 종류는 6단 A/T 이며， 연비는 12.8 km/L , 차체 중량은 1520 kg이다.
테스트에 사용된 동력계 (chassi s dynamometer)는 AVL ZOLLNER 48 inch single rol l이고, 용량은 228 kw 이며， 최대 속도는 200 km/h 이다. 또한 테스트에 사용된 희석 (di lut ion) 시스템은 AVL GMBH VT273 이다. 또한 테스트에 사용된 가스 분석기 (gas analyzer)는 AVL IRD i60 , AVL HFID i60 , AVL CLD i60 이다. 파티클 (part icle) 측정 시스템에서 사용된 샘플러 (sampler)는 AVL AMA i60 PSS 이고, 파티클 개수 측정 장치는 AVL 489 APC Advanced 이다.
도 5는 실시예에 따른 삼원촉매장치의 흡입 가스의 온도에 따른 가열 속도와 일반적인'삼원촉매장치의 흡입 가스의 온도에 따른 가열 속도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5는 비교예 1에 따른 세라믹 담체 (122)를 포함하는 삼원촉매장치 ( 100)의 가열 속도와， 실시예 1에 따른 메탈품 담체 (244)를 포함하는 삼원촉매장치 (220)의 가열 속도를 비교한 결과를 나타낸다. 도 5에서， (a)는 시간에 따른 흡입 가스의 온도 변화를 나타내고， (b)는 실시예 1의 삼원촉매장치 (220)의 메탈픔 담체 (244)에서 측정한 사간에 따른 온도 변화를 나타내며， (c)는 비교예 1의 삼원촉매장치 (100)의 세라믹 담체 (122)에서 측정한 시간에 따른 온도 변화를 나타내고， (d)는 실시예 1의 삼원촉매장치 (220)의 배출 파이프 (250)에서 측정한 시간에 따른 은도 변화를 나타내며， (e)는 비교예 1의 삼원촉매장치 ( 100)의 배출 파이프 ( 130)에서 측정한 시간에 따른 은도 변화를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 개방형 샐 타입의 메탈폼 담체 (244)를 포함하는 삼원촉매장치 (220)의 가열 속도가， 세라믹 담체 (122)를 포함하는 삼원촉매장치 ( 100)의 가열 속도보다 빠른 것을 볼 수 있다.
예를 들어， 실시예들에 따라 흡입 파이프 (230)를 통해 공급되는 배기가스에 의한 담체 (244)의 평균 가열 속도는 50 "C /s 이상일 수 있다.
이는 메탈품의 물성에 기인한 것이고， 약 50 °C /s 이상의 범위에서， 실시예에 따른 메탈품 담체 (244)에 의해 삼원촉매장치 (220)가 귀금속 촉매의 활성화 온도에 더욱 빠르게 도달할 수 있음을 알 수 있다. 또한 시동 후 배기가스의 온도가 귀금속 촉매의 활성화 온도보다 상대적으로 낮은 냉시동 구간 (cold phase)에서 배기가스의 일산화탄소 (CO) , 탄화수소 (CnHJ， 질소 산화물 (N0X) 등의 오염 물질 배출량을 더욱 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 삼원촉매장치의 압력 손실과 일반적인 삼원촉매장치의 압력 손실을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6은 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 압력 손실 (pressure drop) 값과 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)의 압력 손실 값을 비교한 결과를 나타낸다. 도 6에서 (a)는 비교예 1의 삼원촉매장치 ( 100)의 압력 손실에 대한 그래프이고， (b)는 실시예 3의 삼원촉매장치 (220)의 압력 손실에 대한 그래프이며， (c)는 실시예 1의 삼원촉매장치 (220)의 압력 손실에 대한 그래프이고， (d)는 실시예 2의 삼원촉매장치 (220)의 압력 손실에 대한 그래프이다.
도 6을 참조하면， 흡입 가스의 유량 (mass f low rate)에 따른 개방형 샐 타입의 메탈폼 담체 (244)를 포함하는 삼원촉매장치 (220)의 압력 손실 ( Δ Ρ) 값이， 세라믹 담체 ( 122)를 포함하는 삼원촉매장치 (100)의 압력 손실 ( Δ Ρ) 값보다 작은 것을 알 수 있다.
따라서， 일반적인 삼원촉매장치 ( 100)를 포함하는 자동차 등의 내연 기관에 비해 실시예에 따른 삼원촉매장치 (220)를 포함하는 내연 기관의 엔진 효율， 연료 효율이 더욱 향상될 수 있고， 운전 및 유지보수 비용이 더욱 감소될 수 았으멱 , 보다 적은 이산화탄소 (co2)를 배출할 수 있음을 알 수 있다.
도 7a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 마일 (mi le) 당 유해 가스 배출량 (mg/mi )을 나타내는 그래프이고， 도 7b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 유해 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
구체적으로， 도 7b의 경우， 삼원촉매장치 ( 100， 220)가 수열 (hydrothermal ) 조건에서 약 1050 °C에서 급속 열화된 이후의 가스 배출량을 나타낸 그래프이다. 그래프에서， 각 일산화탄소， 탄화수소， 질소 산화물에 대웅되는 네 개의 막대 그래프들 중 왼쪽에서부터 첫 번째 막대 그래프는 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 배출량을 나타내고, 두 번째 막대 그래프는 실시예 1에 따른 삼원촉매장치 (220)의 배출량을 나타내며, 세 번째 막대 그래프는 실시예 2에 따른 삼원촉매장치 (220)의 배출량을 나타내고， 네 번째 막대 그래프는 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)와 배출량을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면， 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 일산화탄소, 탄화수소， 질소 산화물 가스 배출량에 비해， 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)의 일산화탄소， 탄화수소 질소 산화물 가스 배출량이 작은 것을 볼 수 있다. 또한 급속 열화 이후의 가스 배출량은 더욱 큰 차이가 나타남을 알 수 있다.
이로부터 세라믹 담체 ( 122)에 비해 메탈픔 담체 (244)의 유해 가스 제거 성능이 우수하고， 내구성 및 신뢰성이 우수함을 알 수 있다. 실시예들에 따른 메탈품 담체 (244)는， 전술한 바와 같이， 일반적인 담체 ( 122)에 비해 상대적으로 넓은 표면적을 갖고， 빠르게 가열되기 때문에， 유해 가스 제거 성능이 향상될 수 있다ᅳ 또한 메탈품 자체 성능으로 인해 내구성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 도 8a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 마일 (mi le) 당 일산화탄소 (CO) 가스 배출량 (mg/mi )을 나타내는 그래프이고， 도 8b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 마일 당 일산화탄소 (CO) 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 8c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 일산화탄소 (CO) 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 마일 (mi le) 당 탄화수소 (CnHm) 가스 배출량 (mg/mi )을 나타내는 그래프이고， 도 9b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 탄화수소 (CnH 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 9c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 탄화수소 (CnH 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
도 10a는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 내연 기관에 설치된 직후의 마일 (mi l e) 당 질소 산화물 (N0X) 가스 배출량 (mg/mi )을 나타내는 그래프이고, 도 10b는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치가 급속 열화된 이후의 질소 산화물 (N0X) 가스 배출량을 나타내는 그래프이며， 도 10c는 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치의 시간에 따른 누적 질소 산화물 (Ν0Χ) 가스 배출량을 나타내는 그래프이다.
구체적으로， 도 8b , 도 9b , 그리고 도 10b의 경우， 삼원촉매장치 ( 100 220)가 수열 (hydrothermal ) 조건에서 약 1050 °C에서 급속 열화된 이후의 가스 배출량을 나타낸 그래프이다.
도 8a , 도 8b , 도 9a , 도 9b , 도 10a , 그리고 도 10b의 그래프들에서， phase 1 phase 2 , phase 3， 그리고 total의 네 개의 막대 그래프들 중 왼쪽에서부터 첫 번째 막대 그래프는 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 배출량을 나타내고， 두 번째 막대 그래프는 실시예 1에 따른 삼원촉매장치 (220)의 배출량을 나타내며, 세 번째 막대 그래프는 실시예 2에 따른 삼원촉매장치 (220)의 배출량을 나타내고， 네 번째 막대 그래프는 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)의 배출량을 나타낸다.
여기서， Phase 1 내지 3은， 미국에서의 자동차 배출가스 인증 평가를 위한 수단인 FRP-75 mode의 각 구간을 나타낸다. Phase 1은 넁시동 (cold start ) 구간, Phase 2는 일시적 중단 (trans ient ) 구간， Phase 3은 열시동 (hot start ) 구간을 각각 나타낸다.
도 8c , 도 9c , 그라고 도 10c에서， (a)는 비교예 1의 삼원촉매장치 ( 100)의 누적 가스 배출량 (mg/mi )에 대한 그래프이고， (b)는 실시예 2의 삼원촉매장치 (220)의 누적 가스 배출량에 대한 그래프이며 (c)는 실시예 3의 삼원촉매장치 (220)의 누적 가스 배출량에 대한 그래프이고， (d)는 실시예 1의 삼원촉매장치 (220)의 누적 가스 배출량에 대한 그래프이다. 또한 도 8c， 도 9c , 그리고 도 10c에는 흡입 파이프 (230)에서 측정된 온도 ( inlet temperature)와 자동차의 속도 (speed)가 표시되어 있다.
도 8a 내지 도 10c를 참조하면， 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 마일 (mi l e) 당 일산화탄소， 탄화수소， 질소 산화물 가스 배출량에 비해， 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)의 마일 당 일산화탄소， 탄화수소， 질소 산화물 가스 배출량이 작은 것을 볼 수 있다.. 또한 급속 열화 이후의 가스 배출량은 더욱 큰 차이가 나타남을 알 수 있다.
예를 들어， 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)의 일산화탄소 가스 배출량은 phase 1에서 1마일당 약 520 mg/mi 이고， 탄화수소 가스 배출량은 phase 1에서 약 407 mg/mi 이하이며， 질소 산화물 가스 배출량은 phase 1에서 약 1069 mg/mi 이하의 값을 갖는다.
반면， 실시예들에 따른 삼원촉매장치 (220)의 일산화탄소 가스 배출량은 1마일당 약 450 mg/mi 이하이고， 탄화수소 가스 배출량은 약 315 mg/mi 이하이며 질소 산화물 가스 배출량은 약 800 mg/mi 이하의 값을- 갖는다. 이로부터 실시예들에 따른 삼원촉매장치 (220)의 오염 물질 정화 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
실시예들에 따른 삼원촉매장치 (220)의 메탈폼 담체 (244)는 세라믹 물질에 비해 가열 속도가 우수할 수 있고, 상대적으로 넓은 표면적을 가질 수 있으므로， 일산화탄소， 탄화수소， 또는 질소 산화물과 같은 유해 가스 정화 성능이 향상될 수 있다.
도 11은 일반적인 삼원촉매장치와 실시예들에 따른 삼원촉매장치에서 배출된 입자상 물질의 누적 파티클 개수 (Part i cle Number , ΡΝ)를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11에서， (a)는 비교예 1의 삼원촉매장치 ( 100)에서 배출된 누적 파티클 개수 (#/mi )에 대한 그래프이고, (b)는 실시예 2의 삼원촉매장치 (220)에서 배출된 누적 파티클 개수에 대한 그래프이며， (c)는 실시예 1의 삼원촉매장치 (220)에서 배출된 누적 파티클 개수에 대한 그래프이고， (d)는 실시예 3의 삼원촉매장치 (220)에서 배출된 누적 파티클 개수에 대한 그래프이다. 그리고 흡입 파이프 (230)에서 측정된 온도 ( inl et temperature)와 자동차의 속도 (speed)가 표시되어 있다.
도 11올 참조하면， 비교예 1에 따른 삼원촉매장치 ( 100)에서 배출된 파티클 개수에 비해서， 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)에서 배출된 파티클 개수가 적은 것을 볼 수 있다.
예를 들어， 2500 초에서의 비교에 1의 삼원촉매장치 ( 100)에서 배출된 파티클 개수에 비해 , 실시예 3에 따른 삼원촉매장치 (220)에서 배출된 파티클 개수는 약 30% 정도 감소된 것을 볼 수 있다. - 이는 미세한 입자상 물질이 배기가스의 온도로 인해 연소되어 일산화탄소 (CO)로 변환되고， 이후 촉매에 의해 이산화탄소 (C02)로 변환되어 배출되기 때문이다.
이로부터， 실시예들에 따른 삼원촉매장치 (220)의 메탈품 담체 (244)는 세라믹 물질에 비해 집진 성능이 향상될 수 있고， 이로 인해 대기 환경 오염에 대한 악영향이 감소될 수 있다. 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당압자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
일단이 흡입 파이프에 연결되어 있고， 타단이 배출 파이프에 연결되어 있는 원통형 하우징， 그리고
상기 원통형 하우징의 내주면에 이격되어 위치하고， 귀금속 촉매가 코팅되어 있으며， 개방형 셀 (open cell type)을 갖는 메탈폼 (metal foam)을 포함하는 원통형 담체
를 포함하고， 질소산화물 (ΝΟχ)을 질소 (Ν2)로 변환하고， 일산화탄소 (CO)와 탄화수소 (CnH 를 이산화탄소 (C02)와 물 (¾0)로 변환하며， '입자상 물질 (particulate matter)을 저감시키는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
【청구항 2】
제 1항에서，
상기 담체에서 상기 배출 파이프에 인접한 끝단을 밀봉하는 디스크 (disk) 형태의 다이어프램 (diaphragm)을 더 포함하는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
【청구항 3】
제 1항에서，
상기 담체의 내주면에 위치하고 금속 물질을 포함하는 메쉬 (mesh) 구조의 고정수단을 더 포함하는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
【청구항 4】
거 U항에서,
상기 메탈품에 포함된 기공의 평균 직경은 300 urn내지 3000 im 인 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
[청구항 5】
제 4항에서，
상기 메탈품은 니켈 (Ni), 철 (Fe), 크롬 (Cr), 알루미늄 (A1), 그리고 이들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
【청구항 6】
제 1항에서，.
상기 담체의 입자상 물질 제거 효율은 20% 내지 90%인 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치 .
【청구항 7】
거 U항에서，
상기 귀금속 촉매는 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 로듐 (Rh), 또는 이들의 조합 중 하나인 메탈품 담체를 포함하는 삼원촉매장치.
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