KR100201730B1 - 내연기관의 배기가스의 촉매처리를 위한 촉매 컨버터 - Google Patents

내연기관의 배기가스의 촉매처리를 위한 촉매 컨버터 Download PDF

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Abstract

촉매 컨버터 (1)는 입구 (3d) 및 출구 (3e)를 가진 케이싱 (3)과 상기 케이싱 (3)내에 배열되고 배기가스 입구 표면 (7a)을 갖는 가스 침투성 촉매 소자 (7)를 갖는다. 입구 (31)의 오리피스와 대향되고, 에지로부터 일정거리 떨어지며 축 (5)과 적어도 60°또한 예로서 90°의 각도를 형성하는 가이드 표면 (15a)은 케이싱내에 존재한다. 입구 (3d)는 입구 (3d)의 오리피스 영역에서 입구 (3d)의 축 (5)을 통하는 단면에서 하우징의 내부공간을 향해 아크 형식으로 연장되는 전이 표면부 (3h)에 의해 가이드 표면 (15a)에 대향되는 카운터-표면 (3i)에 연속적으로 연결되는 원통형 또는 약간 원추형인 내면부 (3g)를 갖는 내면을 갖는다. 입구 (3d)를 통해 흐르는 배기가스는 압력 손실이 거의 없이 가이드 표면(15a)에 의해 편향될 수 있고, 소자 (7)내로 흐르며, 상기 소자의 배기가스 입구 표면 (7a)에 균일하게 분포된다.

Description

내연기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터
제1도는 중공 실린더 링으로 이루어져 있으며 내부에 배열된 케이싱과 촉매 부재를 구비하는 촉매 컨버터를 따라서 취한 단순화된 축 단면을 도시하는 도면.
제2도는 내부를 도시한 촉매 커버터를 따라서 취한 제1도의 라인 II-II 을 자른 단면을 도시하는 도면.
제3도는 단지 대척도지만, 제1도와 같은 방법으로 삽입하는 촉매 부재로부터의 절취부분을 도시하는 도면.
제4도는 다른 치수비의 기능으로서 압력 손실을 도시하는 도표.
제5도는 내지 제7도는 다른 촉매 컨버터를 관통하는 단면을 도시하는 도면.
제8도는 제7도에 도시된 촉매 컨버터의 평면도를 도시하는 도면.
제9도 및 제10도는 다른 촉매 컨버터를 관통하는 단면을 도시하는 도면.
제11도는 제10도에 따른 촉매 컨버터의 평면도.
제12도, 제13도 및 제14도는 다른 촉매 컨버터를 관통하는 축단면을 도시하는 도면.
제15도는 제14도의 촉매 컨버터의 선 XV-XV를 따른 단면도.
제16도 내지 제19도는 다른 촉매 컨버터의 축단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5,45,65,165,205,245,305,345,445 : 축
3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d : 입구
3e,43e,63e,103e,143e,163e,203e,243e,403e : 출구
4,43,63,103,143,163,203,243,303,343,363,403,443 : 케이싱
7,47,67,107,147,167,207,247,307,347,367,407,447 : 가스 투과 요소
15a,49a,75a,115a,143k,163k,215a,249a,315a,349a,369a,415a,449a : 안내 표면
3h,103h,443h : 변이 표면부
3f,103f,443f : 내부 표면
본 발명은 배기 가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터에 관한 것이다. 촉매 컨버터는 가솔린 연소 기관과 같은 내연기관에서 배기가스를 촉매 처리로 정화 및/또는 해독시키기 위해, 즉 화학 반응에 의해 오염 물질을 변환시켜 배기가스와 오염 물질을 분리시키도록 제공된다. 내연기관은, 예를들면, 승용차 또는 기타 자동차에 부속하거나 비상 동력 발생기를 구동시키기 위한 것과 같은 고정 상태에서의 작동용으로 사용된다.
자동차의 가솔린 내연기관의 배기가스를 촉매로 정화시키기 위한 종래의 촉매 컨버터는 단면이 거의 원형 또는 타원형인 측벽과, 중앙에 원통형 연결부가 각각 제공되고 상기 연결부로부터 측벽까지 다소 원추형으로 넓어지는 두 단부벽을 갖는 케이싱을 구비한다. 한 연결부는 입구로 작용하며 다른 연결부는 출구로 작용한다. 종축과 평행한 다수의 통로를 갖는 촉매 소자는 케이싱내에 설치된다. 촉매 부재는 세라믹 또는 강철로 형성된 캐리어를 가지며 적어도 하나의 귀금속을 함유하는 촉매 반응 물질로 피복된다.
상술된 형태의 종래 촉매 변환 장치의 작동시에, 촉매 변환 장치로 공급된 배기가스는, 원통형 입구의 개구를 통과한 후, 입구와 촉매부재 사이에 존재하며 원추형으로 다소 넓어지는 단부벽과 원형 또는 타원형 실린더를 형성하는 측벽의 짧은 부분에 의해 형성되는 캐비티로 유동한다. 상기 캐비티에서, 배기가스는 입구를 향하는 촉매부재의 단면을 향하는 제트를 형성한다. 상기 방식으로 배기가스를 촉매 변환기에 도입시키는 것은 상당한 난류와 큰 압력 손실을 발생시킨다. 또한, 상기 제트는 촉매부재내에서 유속과 유량을 비균질하게 하며 주면 단면 영역내에서 보다 입구 개구와 인접한 중앙 단면 영역에서 크게 한다. 종래의 촉매 변환 장치의 촉매부재내의 유동 경로가 비교적 길며 또한 대부분의 배기가스가 촉매부재의 중앙 단면 영역을 통하여 고속으로 유동하기 때문에, 종래의 촉매 변환 장치내에 큰 압력 손실을 발생시킨다. 입구와 촉매부재 사이에 그리고 종래의 촉매 변환 장치의 경우 촉매부재에 발생된 비교적 큰 압력 손실은 내연기관의 비교적 큰 동력 손실을 발생시킨다. 엔진 용량에 상응하는 체적을 갖는 촉매부재의 경우에, 촉매 변환 장치에 기인한 총압력 손실은 10KPa 정도이며, 그결과 약 2 내지 3kW 의 동력 손실이 중형 자동차의 내연기관에 발생한 수 있다.
또한 상술된 촉매부재내에서의 유량의 비균질성은 촉매부재가 주변 단면 영역내에서보다 중앙 단면 영역내에서 상당한 응력을 받게 되는 단점을 갖는다. 단면 영역에 걸쳐 균질한 유동 분포에도 불구하고 배기가스의 충분한 정화를 수행하기 위하여, 촉매부재는 균질한 유동 분포의 경우에 필요한 것보다 큰 크기로 제공되어야 한다. 그결과, 촉매는 촉매 반응층을 형성하는 고가의 귀금속으로 인하여 더욱 비싸게 된다.
영국특허공보 제 2,062,478 호는 배기가스가 입구의 오리피스와 촉매부재의 배기 공기 입구 표면 사이에서 편향되는 촉매 변환 장치를 공개하였다. 이러한 촉매 변환 장치의 케이싱은 원통형 측벽과 상기 측벽의 단부에 인접하며 측벽으로 부터 테이퍼진 원추형 단부벽을 구비한다. 케이싱의 입구와 출구는 케이싱의 축과 동축인 원통형 파이프로 각각 구성된다. 내경이 파이프의 외경과 거의 동일한 중공의 원통형인 가스 투과형 촉매부재가 케이싱내에 설치된다. 이러한 촉매 변환 장치에 있어서, 입구를 형성하는 파이프는 원형 촉매부재에 의해 폐쇄된 캐비티로 돌출하고, 상기 캐비티의 영역내에 구멍이 제공되며 그리고 출구를 향하는 촉매부재의 단면에서 종단벽에 의한 폐쇄된다. 촉매 변환 장치의 작동시에 입구를 통하여 촉매 변환 장치로 유동하는 배기가스는 종단벽에 의하여 역류되어 편향되며 상기 부재의 내부 표면에서 촉매부재로 유동한다. 그러나, 배기가스의 역류 및 편향은 난류 및 큰 압력 손실을 발생시킨다. 또한, 촉매부재내에서 비균질한 배기가스 분포를 발생시킬 수 있는 축방향 압력 성분은 촉매부재에 의해 폐쇄된 캐비티내에서 발생한다. 상술된 바와같이, 촉매부재를 통과하는 배기가스의 비균질한 분포는 촉매부재재에 발생된 압력 손실을 증가시킬 수 있다.
영국특허공보 제 2,067,487 호의 마지막 도면에 도시된 촉매 변환 장치에서, 입구를 형성하는 파이프는 원추형 단부벽중 하나의 얇은 단부에서 케이싱의 내부 공간으로 들어간다. 외부의 환형 캐비티는 케이싱의 원통형 측벽과 환형 촉매부재의 외부 측면 사이에 존재한다. 하우징의 내부 공간에서, 입구를 향하는 촉매부재의 단면상에 가이드부재가 제공된다. 가이드부재는 입구의 오리피스를 향하여 돌출하는 포인트를 가지며 케이싱축에 대하여 45° 로 경사진 원추형 가이드 표면을 형성한다, 가이드부재는 촉매 변환 장치의 사용중에 입구를 지나서 케이싱의 내부 공간으로 유동하는 배기가스를 외부 캐비티를 향하여 외향으로 편향시킨다. 그러나, 입구로부터 하우징의 내부 공간까지 비교적 고속으로 유동하는 배기가스는 입구의 오리피스 에지를 형성하는 에지에서 케이싱의 벽으로부터 분리될 수 있어서, 상기 유동은 상당한 압력 강하를 발생시킬 수 있는 난류를 형성하는 경향이 있다.
난류의 형성과 압력 손실은 또한 가이드부재와 지점에 의해 보강된다. 이미 설명한 바와같이, 촉매 컨버터에 발생된 압력 손실 또는 압력 변화도는 촉매 컨버터에 연결된 내연기관에서 성능의 손실을 야기한다.
영국특허공보 제 2,062,487 호에 공지된 촉매 컨버터의 케이싱의 원추 단부벽은 적절한 케이싱의 축에 단지 35° 내지 40° 뿐인 각도를 형성하고, 케이싱은 촉매부재의 축 치수와 비교되어 비교적 길게 된다. 이는 종종 이용 가능한 다소 적은 공간이 있을 때, 특히 자동차나 다른 차량의 배기 시스템에 장착시키는 촉매 컨버터의 경우에 불리하게 된다.
그러므로 본 발명의 목적은 공지된 촉매 컨버터의 단점을 극복하며 특히 단위 시간당 취급되어질 배출가스의 어떤 예비 결정된 양을 위해 단지 작은 압력 손실이라도 야기되며 촉매부재에서 균질적인 유동 분배를 주는 촉매를 제공하는데 그럼에도 불구하고 경제적이며 작은 용적을 가지는 촉매 컨버터를 제작하기가 가능해질 수 있다.
상기 목적은 오리피스에서 하우징의 내부 공간으로 들어가는 입구를 제공한 케이싱과, 내부 공간에 있는 축, 출구, 가스 침투 가능한 부재와 가이드면을 구비하는 배출가스, 특히 내연기관의 배출가스의 촉매 취급법을 사용한 촉매 컨버터에 의해서 발명에 따라 이루어지는데, 가이드면은 내부 공간내에 있는 입구로부터 유동하는 배출가스를 편향시키기 위하여 지시된 오리피스의 에지로부터 이격되는 거리이며, 입구는 축을 지나는 단면에 있는 오리피스의 에지쪽으로 궁형 방식으로 연장하는 전이면부를 갖춘 내부면을 구비한다.
본 발명에 따라서, 입구의 내부면은 오리피스면부로서 설계된 전이면부를 가지며 입구의 축을 지나는 단면에서 오리피스의 에지쪽으로 궁형 방식으로 연장한다. 내면부는 그러므로 내부 공간쪽으로 유동 통로를 따르며 유동 방향으로 연장한다.
입구의 오리피스의 에지는 바꾸어말하면, 오리피스가 입구 오리피스 에지에 정확하게 연장되도록 연장하는 전이면부의 다른 단부에 의해 접해질 수 있거나 전이면부의 다른 단부와 대등하게 되어질 수 있다. 다른한편, 전이면부는 입구축을 지나는 어떤 단면에서 궁형 방식으로 양호하게 연장되어야 한다.
전이면부의 상부에 있는 입구의 내부면부와 전이면부는 양호하게도 축 입구에 회전 가능하게 대칭으로 되어져 있다.
유입구로 경계진 오리피스로부터 케이싱의 내부 공간으로의 촉매 컨버터의 사용중에 흐르는 배기가스는 전달 표면 섹션으로부터 분리되어지지 않고 유입구의 오리피스에 대해 대향 위치된 안내 표면으로 편향될 수 있다. 따라서, 와류 형성은 상당하게 또는 완전하게 피해질 수 있다.
본 발명에 따르는 촉매 컨버터의 개량된 실시예에서, 유입구의 내표면은 흐름 방향으로 약간 원추적으로 연장하는 내표면 섹션 또는 순환식 원통형 내표면 섹션을 가지며, 내표면 섹션은 안내 표면으로부터 이격된 거리로 역-표면에 연속 접속된다. 본 발명에 따르는 촉매 컨버터의 특정한 개량 실시예에서, 안내 표면과 역-표면은 대체로 납작하며 유입구의 축선에 대해 직각져 있다.
그런데, 또한 축선 돌출부내의 유입구 오리피스 모서리의 안내 표면 또는 적어도 그 외측부의 섹션과 상기 섹션에 대해 대향 위치된 역-표면의 섹션도 유입구의 축선으로 90° 와는 다른 각도로 만들 수 있다. 이들 각도는 양호하게는 적어도 60° 이며 그리고 예를들면, 적어도 70° 내지 약 80° 이다. 더우기, 유입구가 있는 역-표면과 안내 표면의 정해진 섹션으로 만들어진 두 각도는 양호하게 동일하여, 역-표면과 안내 표면의 대향 위치 섹션이 유입구 축선을 통하는 섹션에서 서로 평행하게 있다.
전문 용어를 여기에서 설명하면 다음과 같다. 전술된 바와같이, 극복되는 압력 손실 또는 압력 강하 또는 다른말로 해서 배 압력은 촉매 컨버터에서 생성된다. 흐름으로 생성된 압력 손실은 무자원 비율 즉 소위 칭해지는 압력 손실계수로 표현될 수 있다는 것은 공지된 일이다. 이것은 Z 에 의해 아래에 나타나져 있으며, 촉매 컨버터의 유입구를 통해 흐르는 배기가스의 동적 압력으로 판단되는 압력 손실의 비율과 동일해야 한다. 동적 압력은 rho. Ⅴ'/2 로 주어지며, 여기서 rho 는 밀도를 지시하며, Ⅴ 는 유입구를 통해 흐르는 배기가스의 속도를 나타낸다.
그래프에 의해 도시된 실시예에서 서술된 것처럼, 배기가스의 굴절중 생성된 압력 손실의 측정 수단인 압력 손실 계수(Z)는 변화면부분의 곡률 반경의 치수와 입구 오리피스 엣지 및 대응면으로부터의 거리를 갖는, 이하, 양호하기로는 0.6 또는 0.5 가 좋다.
이하, 본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
촉매 컨버터(1)는 제1도에 도시되며 부분적으로 제2도에서는 예를들면, 스테인레스강으로 이루어진 금속 벽을 구비하는 케이싱(3)을 가지며 내부 공간을 형성하며 환경으로부터 가스가 새지 않는 후자를 밀봉한다. 케이싱(3)의 벽은 축(5)에 대하여 회전 가능하게 대칭으로 되어 있으며 축(5)과 평행하며 동축으로 된 원형 실린더 측벽(3a)을 구비하며 두단부중의 각각에서, 단부벽(3b,3c)은 축(5)에 각도, 즉 직각을 이루며 반경으로 되어 있다. 단부벽(3b,3c) 각각은 단부벽으로부터 이격되어 돌출되는 연결부에 중심점을 제공하고, 입구(3d) 또는 출구(3e)로서 제공하며 축(5)와 동축으로 되어 있다. 입구 (3d)는 원형 실린더 내부면부(3g)를 가지는 내부면(3f)을 구비한다. 후자는 단부벽(3a)의 직각이며, 평평하고 매끄러운 내면에, 축부에서 축(5)으로부터 이격되어 굴곡된 전이면에 의해 연속적으로 연결되는에, 내면은 축(5)에 대하여 반경으로 되어 있다. 내면은 카운터면(31)으로서 하기에 설계된다. 출구(3e)의 내면은 입구 (3d)의 내면과 동일하거나 일치한다. 다른한편, 케이싱은 서로 단단하게 연결된, 즉 서로 용접된 적어도 두 부재로 이루어지는 일체형부재로서 제1도에 개략적으로 도시된다.
코어는 원형이며 슬리이브형을 구비하고, 가스 침투 가능한 촉매부제(7)는 케이싱(3)에 배열되고 고정된다. 이러한 코어는 저부로서 기술 용어로 가끔 언급된다. 촉매부재는 양쪽 단부에서 평평하고, 반경인 단부면과, 내측상의 내부 원형 실린더 측면(7b)과, 외측상의 외부 원형 실린더 측면(7a)을 구비한다. 두 측면 (7a,7b)는 또한 제각기 배출가스 입구면 (7a)과 배출가스 출구면(7b)으로서 하기에 설계된다. 촉매부재 (7)는 제3도에 도시되며, 디스크(9)가 대체 순서에 따라 디스크(11)로 이어지며 서로 동축상으로 배열된 다수의 원형 디스크(9,11)을 구비한다. 디스크 각각은 프로필 또는 횡단면에서 요동하며 서로 평행한 다수의 파동을 형성한다. 축부재에 직각으로 반경 중심 평면이 어떤 디스크를 통과한다는 것을 상상해본다면, 서로 변한 중심 평면의 측면에 이격되어 돌출하는 반 파동은 디스크상의 돌출부로서 고려해볼 수 있다. 제2도 및 제3도에서, 디스크(9)의 반파동의 정점을 지나는 라인은 참조부호 9a 에 의해 설계되며 디스크(11)의 반파형의 정점을 지나는 라인은 참조부호 11a 에 의해 설계된다. 실제로 이것은 제2도에 도시한 것보다 반파동의 정점을 지나서 많은 라인이 있다는 것을 주목하여야 한다. 다양한 디스크(9)이 파동은 모두 서로 평행하게 된다. 다른 디스크(11)의 파동은 축(5)과 평행한 평면도에서 직각으로 디스크(9)의 파동을 엇갈리게 하며 서로 마찬가지로 평행하게 된다.
서로 인접한 두 디스크(9,11)는 서로를 향해 돌출하는 파동의 교차 정점에서 서로 접촉하고, 그러므로서 그들의 표면 위로 정규 분산된 거의 대다수의 포인트형 접촉부에서 접촉된다. 이들 포인트형 접촉 위치에 의해 포착되지 않는 다른 표면 영역에서, 캐비티가 촉매 소자(7)의 통로(13)를 형성하는 인접 디스크 사이에 제공된다. 통로(13)는 축(5)에 직각 방향으로 반경 방향면을 따라 위치되고 배기가스가 배기가스 출구면(7b) 및 내측측면에 다소 반경 방향에 있는 배기 입구면(7a)과 외측 측면으로부터 유동되도록 처리된다. 이미 상술된 바와같이, 그래서, 촉매 소자(7)는 통상 반경 방향으로 가스 침투 가능하다. 작동중에 촉매 소자(7)를 통해 유동하는 배기가스는 임의의 포인트에서 디스크(9,11)의 파동면을 뒤따르고, 또한 디스크가 서로 쌍으로 접촉하는 접촉 위치 주위로 유동하므로, 촉매 소자 (7)에서 배기가스의 유동 방향은 정확하게 말해서 반경 방향이 아니고 통상적인 방향일 뿐이다.
각 디스크(9,11)는 예를들어 스테인레스강으로 구성된 주름형 금속판에 의해 형성된 캐리어를 구비한다. 표면 영역을 증가하는데 이용되고 백금 및 로듐과 같은 적어도 하나의 귀금속을 포함하는 촉매 활성층으로 피복되는 알루미나 피복은 이 캐리어의 양측면에 적용된다.
캐리어를 형성하는 주름형 금속판의 두께는 약 0.04∼0.05㎜ 이다. 캐리어의 양측면에 실시된 알루미나층의 두께는 최소한 캐리어의 두께와 동일하거나 얇게 구성된다. 촉매 활성 물질로 구성된 피복층은 캐리어 및 알루미나층보다 얇다. 파동 형상으로부터 파동 형상으로 측정된 디스크의 파동 높이는 약 1~1.5㎜ 일 수도 있다.
두 단면상의 촉매 소자를 경계하는 디스크는 디스크 (9,11)보다 두껍고 판형으로 구성될 수도 있거나 주름 형상일 수도 있다. 그렇지 않으면, 촉매 소자의 단면에 배열된 디스크는 한측면만 또는 양측면에 알루미나 및 귀금속으로 피복되거나, 어느 한 측면도 귀금속 및 알루미나로 피복되지 않는 것일 수도 있다.
주름형 디스크(9,11)로부터 촉매 소자(7)는 상대적으로 디스크의 두께가 작은 경우에 충분한 강도 및 높은 안정성은 얻을 수 있도록 형성된다.
또한, 이것은 통로의 전체 체적을 전체 소자의 체적보다 상대적으로 크게 하고, 정확히 말해서 전체 소자체의 적어도 60%, 평균적으로 70% 그리고 최대 90% 까지 크게 된다. 또한 디스크의 주름 프로화일은 통로의 경계에서 대형 표면적을 제공한다.
제1도에서 우측면상의 단부면에서 촉매 소자(7)는 견고히 정지되고(이와같이 되지 않으면 그 단부면상에 주름 표면이 형성된다) 단부벽(3c)에 대향하여 완전히 기밀하거나 적어 어느정도 기밀하게 된다. 제1도에서 좌측면상의 그것의 단부면에는 촉매 소자의 외부 직경과 동일한 직경을 구비하고 금속 디스크와 같은 판형의 원주형으로 구성된 단부 가이드 소자(15)가 형성되어 있다. 케이싱(3)의 단부벽(3b)과 대면한 가이드 소자(15)의 측부는 상기 벽으로부터 멀어져서 축(5)과 직각을 이루므로써 상기 축에 대해 방사 방향인 평탄하고 부드러운 가이드면(15a)을 형성한다.
촉매 소자(7)의 디스크(9,11)는 접촉한 위치 또는 적어도 상기 위치의 일부에서 서로 소결 또는 성형 또는 납땜과 같은 동일한 방법으로 소 단단히 연결된다. 가이드 소자(7) 또한 이와 인접한 소자(7)의 디스크에 용접 또는 납땜된다. 촉매 소자(7)로부터 형성된 코어와 가이드 소자(15)를 케이싱 (3)의 벽에 조이기 위해 제2도에 도시된 것처럼 축(5) 주위로 분포되어 촉매 소자(7)를 통하여 이에 평행하게 되는 조임 소자 (7)가 제공된다. 조임 소자(17)는 예를들어 가이드 소자(15)와 단부벽(3c)에 단단히 용접되며 그 단부상에서 나사 결합되는 나사형 너트에 의해 분리 가능하여 조여진다. 또한 조임 소자는 단부벽(3b)까지 돌출하며 이에 분리 가능하게 또는 분리 불가능하게 조여진다. 단부벽(3c)에 밀접한 촉매 소자(7)의 디스크 또한 단부벽(3c)에 용접 또는 납땜된다. 가이드 소자(15)는 컴팩트한데, 즉, 조임 소자(17)에 의해 관통되며 존재할 수 있는 구멍으로부터 이격된 구멍으로부터 자유롭다.
입구(3d)는 입구 개구(21)를 형성한다. 입구 개구는 케이싱의 내측으로 개구된 오리피스와 대응면(3i)에 의해 형성된 평면에 제공되어 대응면(3i)에 의해 둘러싸인 평탄한 오리피스면 (23)을 갖는다. 가이드면(3a)에 의해 한쪽 측부상에 형성되고 대응면(3i) 및 오리피스면(23)에 의해 반대측부상에 형성되고 가이드 표면에 평행인 케이싱내측 구역은 굴절 공동(25)으로 표시된다. 후자는 입구 개구(21)를 측벽(3a)의 내면과 촉매 소자의 외면(7a)과 가이드 소자(15)의 엣지 사이에 제공된 환형의 외측 공동(27)에 연결한다. 소자(7)의 내측에는 내측의 자유 공동(29)이 있으며 그중 한 단부는 케이싱(3)의 잔류 내측 공간 특히 굴절 공동(25)으로부터 가이드 소자(15)에 의해 단단히 밀봉된다. 내측 공동(29)은 출구(3e)에 제공된 출구 개구(31)와 연결된다.
입구(3d)의 내경은 원형의 원통형 내면부(3g)의 직경과 동일하고, 또한 배기가스의 흐름 방향내의 내면부와 연속적으로 연결되는 전이 표면부(3h)의 협소 단부의 직경과 동일하다. 상기 직경은 입구의 직경(di)으로 표시된다.
더우기, 유입구 트인 구멍의 단면지대는 유입구의 순환식 원통형 내표면 섹션을 위한 단면지대로서 이하에 기술로 이해되어진다. 제1도에 도시된 축선 섹션에서, 전달 표면 섹션(3h)은 곡률 반경(r)을 갖는다. 안내 표면(15a)은, 그 대향 위치에 주어진 역-표면(31)으로부터, 오리피스 표면(23)으로부터 그리고, 그에따라 특정한 오리피스 표면보다 더 정확하게는 오리피스 표면(h)에서의 역-표면을 한정하는 오리피스 모서리로 부터의 거리(h)에 있다. 촉매 소자(7)의 외경과 안내 소자 (15)의 동일 직경은 da 로 표기되어 있다. 내부 공동부(29)의 직경인 소자(7)의 내경은 db로 표기되어있다.
전술된 바와같이, 고정 소자(17)는 단부벽(3b)과는 가능한 멀어지도록 연장할 수 있어 편향 공동부(25)를 관통한다. 만일 이러한 경우라면 편향 공동부는 완전하지는 않지만 근본적으로는 자유롭게 있다. 만일, 다른 한편으로, 고정 소자(17)가 단부벽(3c)으로부터 안내 소자(15)로만 연장하면, 공동부(25)는 완전하게 자유롭게 있게 된다. 외부 공동부(27)는 연속적이고 완전하게 소자(7)를 둘러싼 것이며 완전하게 자유롭게 있을 것이다. 그런데, 그 외측면 표면(7a)에서, 소자(7)는 도시않은 유지, 예를들면 반경 외향으로 돌출된 돌출부 및/혹은 리브에 의해, 케이싱(3)의 내부벽(3a)에 예를들면 지지 및/혹은 견고한 고정이 유지되어짐을 주목하여야만 한다. 만일 상기 유지 수단이 제공되면, 다음에 외부 공동부(27)가 부분으로만 자유롭게 되고, 어떠한 분위기하에서는 유지 수단에 의해 구획 분할되며, 그 모든 것은 편향 공동부(25)에 의해 유입구 트인 구멍(21)에 접속되어져야만 한다. 또한, 케이싱의 금속벽은 도시않은 열절연체를 가진 내측 및/혹은 외측상에 제공될 수 있음도 인식하여야만 한다.
그 사용을 위해서는 촉매성 컨버터(1)가 자동차의 가솔린 내연기관의 배기 시스템에 설치될 수 있다. 그와같은 높이에 유출구(3e)와 유입구(3d)는, 유입구 트인 구멍 및 유출구 트인 구멍과 같은 대체로 동일한 내부 직경을 갖는 파이프에 의해 접속될 것이다. 엔진과 촉매성 컨버터(1)의 동작 도중에, 배기가스는, 촉매성 컨버터(1)를 통해서 제1도와 제2도에 화살표에 의해 설명되는 방식으로 흐른다. 실제적인 배기가스는 유입구 트인 구멍(21)의 축선(5)과 거의 평행하게 흐르고, 다음에 축(5)으로부터 편향 공동부(25)를 통해서 안내 소자(15)의 모서리로 이격되는 어느 정도의 반경 방향으로 흐르도록 안내 표면(15a)에 의해 편향된다. 여기에서, 배기가스는 외부 공동부 (27)내로 흐르도록 일반적인 축선 방향으로 다시 편향된다. 그로부터, 외부 측면 표면 및/혹은 배기가스 유입 표면(7a)에 촉매 소자(7)를 유입하여 여러 통로(13)에 걸쳐 분배된다. 따라서, 두 개의 공동부(25,27)는 배기가스를 위한 확산 챔버를 함께 형성한다. 여러 통로(13)에 걸쳐 분배되는 배기가스는 일반적으로 반경내부 방향으로 그를 통해서 흐르며, 상기 배기가스는 촉매 처리로 정화 및/혹은 해독된다. 촉매 처리에서, 예를들면 일산화탄소와 탄화수소가 산화되어 즉, 공지된 방법에 의한 연소하에서, 그리고 질소의 산소는 감소된다. 즉, 질소와 산소로는 변화된다. 수집 침버로서 역할을 하는 내부 캐비터 (29)내로 여러 통로(13)로 나와 흐르는 배기가스는 그 안에 수집되고 축선 방향으로 편향되어 유출구 트인 구멍(31)으로 안내 되며, 그를 통해서 촉매 컨버터(1)는 이탈한다.
배기가스의 흐름 패쓰의 일반적인 기술 다음에는 몇몇의 상세한 기술을 기재한다. 만일 배기가스가 유입구로부터 케이싱 (3)의 작동성 내부 공간내로 흐르고 안내 표면(15a)에 의해 편향되어 편향 공동부(25)를 지나가면, 압력 손실이 발생한다.
이러한 사실은 비율 h/d1과 비율 r/d1에 종속된다. 제4도의 그래프에서 h/d1은 횡좌표를 따라 정해지고, 계수가 도입에 한정되는 편향 공동부내의 배기가스의 편향에 의해 초래된 압력 손실을 위한 압력 손실 계수는 종좌표를 따라 정해진다. 그래프는 비율 r/d1인 0.2 및 0.3 및 0.5 와 따르는 3 곡선을 갖고 있다. 그래프에 따라서, 계수(Z)는 비율 h/d1이 약 0.1 이하의 작은 값에 대하여 1 보다 크며, 따라서 압력 손실은 유입구를 통하여 흐르는 배기가스 동적 압력 보다 더크다. 비율 h/d1의 증가로서, 압력 손실 계수(Z)는 초기에 비해서 급격하게 증가하지만 0.15 과 0.2 사이에 있는 비율 h/d1의 값에서 최소치를 가지며, 다음에 다시 완만하게 증가된다. 그래프에 있는 3 곡선에 따라서, 0.2 로부터 0.5 까지의 비율 r/d1의 증가는 압력 손실 계수의 적은 감소를 초래하며, Z 의 최소값은 r/d1에 종속되고 약 0.4 내지 0.5 정도이다.
그에 따라 거리(h)는 양호하게는 약 10% 이고, 보다 양호하게는 예를들어 내직경(d1)의 적어도 15% 이다. 더우기 거리(h)는 양호하게는 25% 보다 크지 않아야 하지만 만일 필요하다면 이하에 기술되는 바로서 더 클 수도 있다. 그러면, 거리(h)는 d1의 최대 50%, 또는 최대 70% 또는 최대 100% 까지 될 수 있다. 곡률 반경(r)은 적어도 10% 또는 적어도 20% 이겠지만, 만일 공간이 허용한다면 양호하게 내직경(d1)의 50% 에 이르거나 또는 아마도 더 큰 치수를 가질수도 있을 것이며, 예로서 100% 까지 될 수 있다. h 및 r 의 상기 치수의 경우에서, 그래프에 따라서, 압력 손실 계수(Z)는 1 보다 크지 않아야 하며 약 0.4 내지 0.5 정도가 된다.
이러한 직경과 동일한 촉매 소자(7)의 외부 직경(dd)과 안내 소자(15)의 직경은 d1+2r 보다 커야만 하며 내부 직경 (d1)보다 양호하게는 적어도 3 배, 4 배 그리고 예를들면 적어도 약 5 배 더 큰 것이 좋다. 안내 표면(15a)의 에지는 축(5)으로부터 d1의 적어도 1.5 배, 2 배 또는 2.5 배 떨어진다. 측벽 (3a)의 내경은 축(5)에 직각인 단면에서 외측 공동(27)의 단면적이 입구 개구의 단면적보다 적어도 3 배, 양호하기로는 적어도 5 배 또는 10 배가 되는 양으로 촉매 소자의 외경(da)보다 큰 것이 양호하다. 외측 공동(27)에서의 배기가스 흐름 속도는 일반적으로 입구(3d)에 연결된 파이프 단면과 입구 개구(21)에서의 속도보다 작다. 외측 공동(27)에서 형성된 압력 손실은 편향 공동(25)에서 나타나는 압력 손실을 약간 증가시켜 전체 외측 공공(27)에서의 압력은 일정하게 되며 배기가스는 촉매 소자(7)의 전체 통로(13)에 걸쳐 균일하게 분쇄되는 것을 증명한다.
촉매 소자(7)의 내경(db)은 입구의 내경(di)보다 크거나 또는 적어도 di+2r의 합과 동일한 것이 양호한데 예를들어 di 보다 적어도 50%, 양호하기로는 100% 가 좋다. 배기가스가 적어도 방사 방향으로 촉매 소자(7)를 통해 흐르기 때문에 흐름 방향에 직각인 흐름 통로를 따른 소자(7)의 단면적은 외측 측면 및 배기가스 입구면(7a)의 크기와 내측 측면 및 소자(7)의 배기가스 출구면(7b)의 크기 사이에서 변화한다. 두 측면(7a,7b)의 크기는 직경(da,db')과 소자(7)의 축 치수에 의해 각각 결정된다. 소자(7)의 외측면은 입구 개구(21)의 단면적과 출구 개구(31)의 단면적보다 적어도 5 배, 예컨대 10 배 또는 20 배인 것이 양호하다. 소자(7)의 내측면은 입구 개구(21) 및 출구 개구(31)의 단면적보다 적어도 3 배, 양호하기로는 5 배 또는 10 배가 좋다.
예를들어 내경(di)에 대해 소자(7)가 제1도 및 제2도에 도시된 것과 같은 직경 즉 소자(7)의 외경(da)이 약 6 배이고 소자의 내경(db)이 3 배이고 소자(7)의 축 치수가 내경(di)과 거의 동일하다면 소자(7)의 외측면은 개구(21)의 단면적보다 24 배가 되며 소자의 내측면은 12 배가 된다. 소자(7)가 이러한 치수를 가질 때 입구 개구(21)의 단면적과 흐름의 방사 방향을 횡단하는 소자(7)의 단면적 비율은 적어도 소자(7)의 대부분에 있어서 촉매 전환기의 입구 개구의 단면적과 촉매 소자의 단면적의 비율보다 큰데 상기 도입에 따른 비용은 전형적으로 흐름 방향이 축 방향인 촉매 소자를 갖는 공지된 촉매 변환기의 경우에서 약 5 내지 15 가 된다. 상술한 바와같이 촉매 소자(7)의 통로(13)의 체적은 예컨대 촉매 소자(7)의 전체적의 70 내지 90% 이므로 통로(13)의 체적비는 촉매 소자(7)의 전체 체적에 기초하여 비교적 크다. 또한 상술한 바와같이 배기가스는 촉매 소자(7)의 전체 통로(13)에 걸쳐 균일하게 분배된다. 따라서 제1도에 도시된 비율을 갖는 본 발명에 따른 촉매 변환기의 경우 배기가스 및 촉매 소자의 흐름 속도는 축방향 흐름을 갖는 촉매 소자를 갖는 공지의 촉매 변환기의 경우보다 상당히 작게 된다.
제1도 내지 제3도를 참조로 기술된 형태의 본 발명의 따른 촉매 변환기의 경우, 배기가스가 입구로부터 편향 캐비티내로 흐를 때 나타나는 압력 손실과 입구 구멍의 오리피스와 촉매 소자(7)의 배기가스 입구 표면 (7a)의 사이에 나타나는 압력 손실은 상당히 작게 되며 공지의 촉매 변환기의 경우에는 특히 작게 된다. 더우기, 촉매 소자(7)내에 발생된 압력 손실은 비교적 작다. 단위 시간당 동일한 배기가스량과 동일한 체적의 촉매 소자에 대해 촉매 변환기에 의해 형성된 전체 압력 손실은 예컨대 축방향 흐름을 갖는 소자를 갖는 공지의 촉매 변환기에 의해 야기된 압력 손실에 비해 약 20 내지 70% 로 감소된다.
여러 통로(13)에 대한 배기가스의 균일한 분배는 소자의 외측면에서 전체 통로와 균일한 흐름율 및 흐름 밀도 즉 밀도 및 흐름 속도의 생성물로 나타난다. 흐름 밀도는 방사 흐름 통로를 따라 내측 방향에서 크게 되지만 소자(7)를 통하는 방향과 횡단인 각각의 원형의 원통 단면적에 대해 전체 단면적은 균일하게 된다. 소자(7)를 통하는 동일한 흐름은 촉매 소자의 촉매 활성 재료의 최적 이용으로 나타나므로 따라서 처리된 배기가스의 설정량에 대해 촉매 소자의 체적이 축방향 흐름을 갖는 공지의 촉매 변환기의 경우보다 작게 되게 한다. 따라서 필요한 촉매 활성 재료 즉 부식하지 않는 금속의 양은 감소되므로 본 발명에 따른 촉매 변환기는 축에 평행한 흐름 방향을 갖는 촉매 요소를 갖는 공지의 촉매 변환기보다 경제적으로 생산될 수 있다.
제5도에 도시한 촉매 컨버터(41)는 케이싱(3)과 동일하거나 유사한 케이싱(43)과 실린더 측면벽(43a), 두 단부벽(43b,43c) 제각기 입구(43d)와 출구(43e) 역할을 하는 두 연결부를 가진다. 촉매 요소(47)는 케이싱(43)의 내측 공간에 배치되며, 케이싱(43)과 요소(47)이 공동축(45)을 가지며 적어도 상기 축과 일반적으로 회전상으로 대칭이다. 요소(47)는 판형상이며 외측면과/혹은 배기가스 출입면(47a)과 내측면과/ 혹은 배기가스 출구면(47b)을 가진다. 두 측면(47a,47b)은 입구(43d)에서 출구(43e)까지 원추 외향 방향으로 경사지고 양측면은 축(45)에 대해 동일한 각을 이룬다. 편평 디스크로 구성되어 있고 편평 가이드면(49a)을 가지며 후자면(47a)과 스무드한 연결을 하는 원추형 엣지를 소유하는 가이드 요소 (49)는 입구와 직면하는 요소(47)의 단부면에 배열된다. 그렇지 않으면, 촉매 컨버터(41)는 촉매 컨버터(1)와 동일하거나 유사하며 또한 비슷한 성질을 가진다.
다시한번 제6도에 도시한 촉매 컨버터(61)는 축(65)에 일반적으로 회전상 대칭인 케이싱(63)을 가지며 케이싱(3)과 유사하게 형성되고 실린더형 측벽(63a). 두 단부벽(63b,63c), 입구(63d), 출구(63e)와 단부벽(63b)의 내면에 의해 형성된 카운터-표면(631)을 가진다. 케이싱(63)은 촉매 컨버터에 따라서, 두 개의 환형 촉매 요소, 즉 제 1 촉매 요소(67)와 제 2 촉매 요소(69)를 가지는 코어를 형성한다. 두 촉매 요소(67,69)는 각각 외부, 실린더형 측면(67a 혹은 69a), 내부 실린더형 표면 (67b 혹은 69b)는 제각기 두 편평 단부면을 가진다. 다른한편, 두 촉매 요소(67,69)는 통로를 가지므로 요소(67,69)는 촉매 요소(7)에 일반적으로 방사 방향으로 가스 침투를 시킨다. 제1요소(67)는 단부벽(63b)에 대한 그것의 단부면중 하나에 놓여진다. 요소(67)에서 떨어져 있는 제2요소 (69)의 그 단부면은 단부벽(63c)에 대향해 놓여진다. 편평, 원형, 콤팩트 디스크로 구성된 가이드 요소(75)는 단부면이 서로 직면하는 두 환형 요소(67,69)의 단부면 사이에 배치된다. 환형 요소(67)의 내측에 축 방향으로 돌출되게 배치되고 단부벽(63b)에 직면하는 가이드 요소(75)의 그 표면의 중간 영역은 가이드면(75a)으로써 역할을 한다. 두 요소 (67,69)는 단단히, 예를들어, 적어도 약간의 넓이 혹은 완전히 밀착하게 단부벽(63b,63c)과 가이드 요소(75)에 연결된다.
두 환형 촉매 요소(67,69)는, 예를들어, 동일한 외경 (da)을 가지므로, 이들 외측면(67a,69a)과 또한 가이드 요소 (75)의 엣지는 서로 편평하다. 제1요소(67)의 내경(d0)는 d1+2r 합보다 크며,d1과 r 는 촉매 컨버터(1)의 경우에서 동일한 의미이다. 더욱이, 제1요소(67)의 내경(d0)은, 예를들면, 촉매 컨버터(1)의 요소(7)의 경우에서와 마찬가지로 db에 의해 표시되는 내경인 제2요소(69) 내경보다 더크다. 직경(d0)은 내경(d1)보다 3 배, 4 배 또는 5 배이다. 따라서, 유사하게 직경 d0를 갖는 가이드 표면(75a)의 에너지 내경(d1)의 1.5 배, 2 배, 2.5 배 만큼 축(5)으로부터 이격된다. 추가로, 제1요소(67)는, 예를들어, 제2요소(69)보다 적은 축 칫수를 가진다. 따라서, 제 1 요소(67)는 제2요소(69)보다 거의 적은 체적을 가진다.
입구(63d)는 오리피스 표면(83)에서 굴절 공동(85)에 들어있는 입구 개구(81)를 형성하고 있으며, 상기 굴절 공동은 가이드 표면(75a)에 의해 한 측면에 그리고 카운터 표면(63i)과 오리피스 표면(83)에 의해 이것과 반대측면에 결합된다. 굴절 공동(85)은 더욱이 제 1 요소(67)의 내측면(67b)에 의해 에워쌓인 입구 공동을 형성한다. 양외부측면(67a,69a)에 연장하는 연속 외부 공동(87)은 케이싱의 측벽(63a)과 두 요소(67,69)와 가이드 요소(75) 사이에 존재한다. 제 2 요소(69)에 의해 에워쌓인 입구 공동(89)은 두 촉매 요소(67,69)의 통로를 경유해서 연결부에서 분리되도록 가이드 요소(75)에 의해 가스 기밀하게 해서 분리된다. 공동(89)은 더욱이 출구(63e)에 의해 형성된 출구 개구(91)와 연통한다.
촉매 컨버터(61)의 작동 동안, 배출 가스가 제6도에 도시한 화살표에 따라서, 입구 개구(81)를 통해 굴절 공동(85)내로 유동하고 여기서 방사 외향으로 굴절된다. 그런 후에, 배기가스는 내측면(67d)에 있는 제1요소(67)로 들어가고 상기 요소를 통해 외부 공동(87)도 방사 방향으로 유동한다. 이경우에, 배기가스는 제 2 요소(69)의 외측면(69a)을 향해 유동한다. 그리고 나서 배기가스는 이것을 통과하고 내부 공동(89)을 통해 방사 내향으로 유동하고 최종적으로 출구 개구(91)를 통과하고 케이싱(63)으로 유동한다.
촉매 컨버터(61)에 있어서, 제1요소(67)의 내측면 (67b)과 제2요소(69)의 외측면(69a)은 그러므로 제각기 배기가스 출입면(67b,69a)의 역할을 한다. 더욱이, 외측면(67a)과 내측면 (69a)은 제각기 배기가스 출구면(67a,69b)의 역할을 한다. 촉매 컨버터(61)에 있어서 카운터면(63i)과 오리피스 표면(83)에서부터 가이드 표면(75a)의 거리(h)는 제1촉매 요소(67)의 축 칫수와 동일하다. 이 축 칫수가 충분히 크도록 하기 위해서, h/d1비는 압력 손실 계수(Z)가 최소가 될 때의 값도다 다소커야 한다. 그러나, h/d1비는 예를들어, 심지어 1 보다 작을 수도 있으며, 예를들어 최대로 0.7 이어도 된다. 굴절 공동(85)에서 배기가스의 굴절에서 나오는 압력 손실 계수(Z)는 항상 1 보다 적으며 따라서 압력 손실은 입구 개구(81)를 통해 유동하는 배기가스의 동적 압력보다 적다. 거리(h)는 내경(d1)의 최대 50% 또는 최대 25% 일 수 있으며, h/d1비는 촉매 컨버터(1)의 경우와 같이 제4도에 도시된 곡선의 적어도 최소치이다. 또한, 배기가스는 촉매 소자속으로 유동할 때 상기 촉매 소자(67,69)의 전통로에 걸쳐 균일하게 분포된다. 배기가스가 케이싱(63)속으로 흐른 후에 우선 촉매 소자(67)속으로 흐르고, 상기 소자는 비교적 작은 체적을 가지므로 제1 촉매 소자(67) 촉매식 전환기(61)에 접속된 내연기관을 시동할 때 소정의 화학반응을 시작하기에 요구되는 온도까지 신속히 가열된다. 제1 촉매 소자(67)는 따라서 시동 단계에서의 배기가스의 촉매식 처리를 신속히 시작하기 위해서 시동용 촉매 소자로서 작용한다. 양 촉매 소자(67,69)가 시동 단계 이후의 촉매식 처리를 위해 요구되는 온도를 가지면 촉매식 처리는 상대적으로 큰 체적을 갖고 따라서 주촉매 소자로서 작용하는 제2 촉매 소자(69)에서 대부분 일어난다. 또한, 촉매 소자(61)는 촉매식 전환기(61)와 유사한 성질을 갖는다.
제7도와 제8도에 도시된 촉매식 전환기(101)는 케이싱(103)을 갖는다. 케이싱(103)은 짧고 거의 닭걀 모양, 즉, 타원형의 실린더 형태를 갖는 하나의 측벽(103a)과 두 개의 평편한 단부벽(103b,103c) 및 하나의 입구(103d)와 하나의 출구(103e)를 갖는다. 입구와 출구는 각각 일례로 제7도에서의 수직 상향 및 단부벽(103b)상에서 90° 떨어져 돌출하고 벤드를 거쳐 단부벽(103)에 평행한 자유 단부 구역으로 접속되는 구역을 갖는 만곡 접속부, 즉, 파이프 벤드를 갖는다. 일례로, 제8도에 도시된 평면도에서 단부벽(103b)으로부터 떨어져 돌출하는 입구 및 출구 구역을 측면(103)에 의해 형성된 달걀, 즉, 타원의 단축을 통해 평면에 대해 반사 대칭을 이룬다. 굽어진 입구(103d)는 축(105)을 형성하고 제7도에는 단부벽(103b)에 대한 90°각도의 구역만 보인다. 입구(103d)와 출구(103e)의 자유 단부 구역은 일례로 동일 높이이고 축과 서로 이격 대면한 개구를 갖는다. 단부벽에 직각인 원통형 구역은 확장 변이 구역을 거쳐 단부벽(103b)에 접속된다. 입구의 내면(103f)을 따라서 그 자체로서 축의 도시된 구역에 평행한 회전 대칭적 내면 구역(103g)을 갖고, 축(105)을 따르는 구역에서 회향으로 굽어지고 단부벽(103b)의 내면에 구역 (103g)을 연속 접속시키는 전이면 구역(103h)을 가지며, 내면은 상대면(103i)으로서 작용한다.
환형 촉매 소자(107)는 케이싱에 설비 고정되며 달걀, 즉, 타원형 윤곽을 갖는 외부 측면(107a) 및/또는 배기가스 입구면(107a)과, 일례로, 면(107a)과 유사한 달걀, 즉, 타원형인 내부 측면(107b) 및/또는 배기가스 출구면(107)을 갖는다. 촉매 소자(107)는 단부벽(103b, 103c)에 거의 평행하고 그 외부 측면 및/또는 그 배기가스 입구면(107a)으로부터 그 내부측면 및/또는 배기가스 출구면(107b)으로 연장하며, 일례로 파동형 디스크로부터 촉매 소자(107)로 유사하게 형성된 통로를 갖는다. 촉매 소자 (107)는 단부벽(103c)에 대해 견고히 그리고 적어도 어느 정도는 기밀적으로 가압되며 상기 단부벽으로부터 이격 대면하는 그 단부면에서 안내 소자(115)에 접속되고, 안내 소자 디스크로 구성되며 단부벽(103b)에 대면한 그 측부는 평편한 안내면 (115a)을 이룬다. 출구(103e)는 단부벽(103b)에 있는 구명을 통해 케이싱(103)의 내부 공간 속에 기밀적으로 삽입되고, 제8도에 보이는 평면도의 내부 측면(107b)에 의해 에워싸인 구역에 있는 상기 소자의 구멍에서 일례로 아치형으로 외향 확장한 전이 구역을 거쳐 안내 소자(115)에 기밀적으로 접속된다.
입구(103)에 의해 경계를 이룬 입구 개구(121)는 안내면 (115a)과 상기 안내면의 반대쪽의 상대면(103i) 사이에 있는 편향 공동(125)속으로 오리피스면(123)에서 들어가며, 상기 편향 공동은 측벽(103a)과 외부 측면(107a) 사이에 있는 외부 공동과 연통한다. 내부 측면(107b)으로 에워싸인 내부 공동(129)은 출구(103e)에 의해 경계를 이룬 출구 개구(131)와 연통한다. 가이드 표면(115a)과 카운터-표면(103i) 사이의 거리에 대한 내경(d1)의 비는 예로서 촉매 컨버터(1)의 경우와 대략 같은 크기이다. 촉매 컨버터(101)의 경우에, 가이드 표면(115a)의 에지로부터 입구(103d)의 축(105)까지의 거리는 다른 에지 점에 대해 다르다. 입구 축(105)에 가장 가까운 가이드 표면(115a)의 에지의 점은 축으로부터 입구의 내경(d1)의 1.5 배, 2 배, 또는 2.5 배 이격된다.
촉매식 전환기(1,41,61)가 일례로 자동차의 배기 시스템의 자동차 구동 방향에 평행한 축(5,45,,65)에 각각 장착될 수 있는 반면에, 촉매식 전환기(101)는 일례로 입구 실린더형 내면 구역과 이러한 내면 구역에 있는 축(105)의 구역이 구동 방향에 직각이고 거의 수직인 방식으로 자동차 배기 시스템에 장착될 수 있다. 그것만 아니면 촉매식 전환기(101)와 유사한 특성을 갖는다.
제9도에 보이는 촉매식 전환기(141)는 하나의 측벽 (143a)과 두개의 단부벽(143b,143c) 및 입구(143d) 와 출구 (143e)로 된 케이싱을 갖는다. 외부 측면 (147a)과 내부측면 (147b)을 갖는 환형 촉매 소자(147)가 케이싱내에 설비된다. 케이싱(143)의 내벽(143a)과 촉매 소자(147)는 일례로 촉매식 전환기(101)의 대응 부품과 유사한 또는 동일한 형태를 갖는다. 또한, 제9도의 단부벽(143b) 위에 배치되고 단지 부분만 도시된 출구(143e) 및 입구(143)의 그러한 부품도 또한 촉매식 전환기(101)의 것과 유사한 형태를 가질 수도 있다. 그러나, 촉매식 전환기(141)는 안내면(143k)이 단부벽(143c)의 내면에 의해 형성된 점과 소자(147)가 단부벽(143b)에 대해 안착된 점에서 다르다. 또한, 디스크로 구성되고 안내면(143k)에 대면한 그 측부가 안내면(143k)으로부터 일정 거리 이격된 평편한 상대면(149a)을 이루는 종지 소자(149)는 단부벽(143b)으로부터 이격되어 대면하는 촉매 소자(147)의 단부면에 고정된다. 또한 상기 유입구(143d)는 단부벽(143d)내의 구멍을 통해 내밀하게 케이싱(143)의 내부 공간으로 들어가며, 촉매 소자 (147)의 내부 측면(147b)으로 둘러싸인 공간을 통해 돌출하고, 종단 소자(149)내의 구멍에서 여기에 단단히 연결된다. 따라서 촉매 컨버터(141)내에서, 편향 공동(145)은 단부벽(143c)과 종단 소자(149) 사이에 존재한다. 아니면 상기 촉매 컨버터 (141)는 촉매 컨버터(101)와 유사한 방식으로 설치될 수 있다.
촉매 컨버터(141)의 작동 동안에, 배기가스는 입구로부터 편향 캐비티(105)로, 다음에는 카운터-표면(149a)의 주위로 흐른다. 카운터-표면(149a)의 에지는 입구의 내경과 비교하여 촉매 컨버터(101)의 경우와 동일한 최소 거리만큼 축으로부터 이격된다.
제10도 및 제11도에 도시된 촉매 컨버터(161)는, 그 측벽(163a)이 중공의 원형 실린더를 형성하거나 예를들어 타원이나 계란 형상 및 비대칭 형상과 같이 원에서 다소 벗어난 형상의 중공 실린더를 형성하는 케이싱(163)을 갖는다. 상기 케이싱은 측벽(163a)의 두 단부 각각에서 편평 단부벽 (163b 또는 163c)을 갖는다. 상기 단부벽(163b)에는, 상기 단부벽으로부터 돌출하고 그 자유 단부를 향해 구부러져 유입구(163d)를 형성하는 다소 편심 배치된 파이프 벤드가 제공된다. 단부벽(163b)에 보다 가까운 그 원통 부분은 유입구 축(165)의 상기 단부벽(163b)과 직각을 이루는 부분과 동축이며, 상기 축(165)에 연하는 부분에서 호 형상으로 연장 되는 변이부를 거쳐 단부벽(163b)에 연속적으로 연결된다. 측벽(163a)은 유입구 (163d)로부터 가장 먼저 주위 지점에 유출구 (163e)로서의 외향 돌출 연결부를 갖는다. 예를들어 상기 축 (165)과 동축인 환형 촉매 요소(167)가 케이싱(163)내에 설치 된다. 상기 요소(167)는 원형 단면의 원통형 외측 측면(167a), 원형 단면의 원통형 내측 측면(167b) 및, 일반적으로 편평한 두 단부면을 가지며, 상기 단부면에서는 단부벽(163b, 163c)에 단단히 고정 연결된다. 상기 소자는 또한 일반적으오 반경 방향인 통로를 구비한다. 이같은 변형된 촉매 컨버터에서 안내면(163k)은 단부벽(163c) 내면의, 돌출부내의 환형 부재 (167)에 의해 둘러싸이는 부분에 의해 상기 단부벽에 대해 수직으로 형성된다. 대향면(163i)은 단부벽(163b) 내면의, 상기 돌출부내의 환형 부재에 의해 둘러싸이는 부분에 의해 형성된다.
상기 유입구(163d)는, 상기 안내면(163k)과 대향면 (163i) 사이에 위치하여 오리피스 면(173)에서 내측면(167b)에 의해 둘러싸이는 편형공동(173) 및 내부 공동(175)으로 들어가는 유입구멍(171)을 경계 짓는다. 주물(163)의 측벽(163a)과 소자(167)의 외측 측면(167a) 사이에는, 상기 유출구에 의해 경계지어지는 유출구멍(179)과 연통하는 외부 공동(177)이 존재한다. 제11도에서 알수 있듯이, 축(165)에 대해 반경 방향으로 측정된 외부 공동(175)의 치수는 유출구(163e)와 대각선으로 대향하는 주위 지점에서 최소이며, 상기 주위 지점 으로부터 둘레를 따라 양방향으로 유출구(163e)로 점차 증가한다.
상기 촉매 컨버터(161)의 유입구(163d)와 유출구 (163e)의 자유단부 부분들은 서로로부터 돌출되며, 이에 속하는 유입구 또는 유출구의 축의 상기 부분들은 상호 평행하지만 서로에 대해 이동된다. 상기 촉매 컨버터(161)는 예를들어 유입구 및 유출구의 자유 단부 부분과 단부벽(163b, 163c)의 구동 방향에 대해 평행하도록 자동차의 배기 시스템에 설치될 수 있다. 단부벽(163b)으로부터 돌출하는 원형단면 원통형 유입구 부분의 내경(di) 및 대향면(163i)과 오리피스 면(173)으로부터 안내면(163k)의 높이(h) 또한 제10도에 h/di 는 최적치 보다는 클 것이다. 1 이하 예를들어 기껏해야 0.7 일 것이다.
촉매 컨버터(161)의 작동중에, 배기 가스는 촉매 컨버터(161)를 통해 제10도 및 제11도에 화살표로 도시된 바와 같이 유동한다. 사실 상기 배기가스는 유입구멍(171)을 통해 편향 공동(175) 내부로 이동하고, 여기서 안내면(163k)에 의해 일반적으로 축(165)에 대해 반경 방향으로 편향되어, 상기 소자(167)의 통로를 통해 외부 공동(177)으로 흘러 들어간다. 상기 통로 밖으로 흘러나온 배기가스는 그곳에서 수집되고, 적어도 그 주요부분은 유출구(179)에 도달할 때 까지 소자(167)의 외측 측면(167a)의 주변부를 따라 유동하여 그 밖으로 흘러나간다. 상기 촉매 컨버터(161)는 또한 도면을 참고로 기술된 촉매 컨버터(1) 및 기타 촉매 컨버터와 유사한 작동 특성을 갖는다.
제 12도에 도시된 촉매 컨버터(201)는 축(205)을 갖는 케이싱(203)을 구비한다. 상기 케이싱(201)의 측벽(203a)은 예를들어 원통형이며, 상기 축(205)에 대해 회전 대칭이다. 상기 케이싱(203)은 축(205)에 대해 직각으로 두 반경 방향 단부벽(203b, 203c)을 갖는데 그 하나에는 유입구(203d)가 그리고 다른 하나에는 유출구(203e)가 형성되어 있다. 촉매 컨버터(1)에서와 같이, 유입구 및 유출구 각각은 축방향 부분에서 호형상으로 연장되는 변이 표면을 거쳐 단부벽(203b, 203c)의 내면에 연속적으로 연결되는 원형단면 원통형 내면 부분을 갖는 연결부로 구성된다. 단부벽(203b)의 내면은 대향면(203i)을 형성한다.
촉매 컨버터(201)는, 케이싱(203)에 체결 고정되고 그 측면이 케이싱의 측벽(203a)에 단단히 연결되는 원통형 촉매 소자(207)를 갖는다. 상기 소자(207)은 가스가 통상 축방향으로 침투할 수 있고, 유입구와 면하는 그 단부에는 편평 단부면 및 배기가스 유입면(207a)을, 그리고 그 타단부에는 편형 단부면 및 배기가스 배출면(207b)을 갖는다. 상기 소자 (207)는 예를들어, 경계면이 촉매 활성 재료로 코팅되어 있는 축방향 통로를 갖는 공지 형태의 세라믹 또는 금속 캐리어를 가질 수 있다.
상기 케이싱의 내부 공간에 있는, 편평한 디스크로 구성되고 단부벽(203b) 및 촉매 소자로부터 이격된 곳에 있고 상기 단부벽(203b)에 대향한 측부가 편평한 가이드 면(215a)을 형성하는 가이드 소자(215)는 단부벽(203b)과 촉매 소자(207) 사이에 배열되어 있다. 중간 공간은 가이드 소자(215)의 엣지와 케이싱의 측면벽(203a) 사이에 존재한다. 상기 안내 소자(215)는 도시않은 고정 소자에 의해 케이싱의 단부벽 (203b) 및 측면벽(203a)에 고정된다. 안내 소자(275)는, 안내 소자를 고정시키기 위해 제공되고 고정 소자에 의해 관통된 몇 개의 구멍을 제외하고는, 컴팩트한데, 즉, 구멍으로부터 자유롭고, 가스에 의해 침투 불가능하다. 측벽(203a)과 안내 소자(275) 사이의 공간은 상기 고정 소자에 의해 여러 섹션으로 분할되는 환형 갭을 형성한다.
상기 입구(203d)에 의해 경계지워지는 입구 개구(221)는 상기 카운터 면(203i)과 동일한 면에 놓인 오리피스 면(223)에서, 상기 안내면(215a)과 카운터 면(203i) 사이에 존재하고 상기 안내 소자(215) 엣지 주위에서 상기 소자와 단부면 및 배기가스 입장면(207a) 사이에 존재하는 단부 공동(227)에 연결되어 있는 편향 공동(225)으로 들어간다. 상기 출구(203e) 근처에서 넓어지는 개구(231)에 연통된 단부 공동(229)은 상기 단부벽 (203e)과 단부면 및 배기가스 배출면(207b) 사이에 존재한다. 상기 카운터 면(203i)으로부터의 안내면(215a)과 상기 오리피스 (223)면으로부터의 안내면 사이의 축방향 거리와, 상기 입구 (203d)의 원통형 단면의 내부 직경 사이의 비는 촉매 컨버터의 경우에 동일한 범위일 수 있다. 상기 입구의 내경에 대한 상기 입구의 원통형 내면 구역을 상기 카운터 면(203i)에 연결하는 상기 변환면 구역의 축방향 단면에 있어서의 곡율 반경비는 상기 촉매 컨버터(1)에 대해 언급한 그 범위일 수 있다. 상기 가이드 소자(215) 및 서로로부터 상기 소자(201)의 표면 거리는 상기 면(203i, 215a) 사이의 거리보다 큰 것이 적합하다.
작동중, 편향 공동(225) 내부의 입구 개구를 관통해 흐르는 배기가스는 상기 안내면(215a)의 축(205)에 대해 반경 방향으로 편향된 후에, 안내 소자(215)의 엣지 주위에서 공동 (227)으로 흐르고 나서 상기 촉매 소자(207)를 통해 축방향으로 상기 공통(209) 내부로 그리고 그로부터 출구 개구(231)를 통해 케이싱(203) 밖으로 배출된다. 상기 촉매 컨버터(201)의 케이싱(203) 내부로 흐를 때, 상기 배기가스는 촉매 컨버터(1)의 경우와 같이, 미소한 압력 손실로 편향되고 단부면 및 배기가스 입장면(207a) 전체에 걸쳐 균일하게 공동(227)내에 분포된다.
제13도에 도시한 촉매 컨버터(241)는 예를들어, 축(245)에 대칭으로 회전하고 입구(243d) 및 출구(243e)와 함께 원통형 측면벽(253a)과 두 개의 단부벽(243b)을 갖는 케이싱 (243)을 가진다. 예를들어, 촉매 컨버터(1)와 같이, 상기 입구 및 출구는 아아크 형태로 연장하는 변환 구역에 의해 적절한 단부벽에 연결된 원통형 구역을 갖는 연결부로 구성된다. 촉매 컨버터(1)에 있어서, 상기 단부벽(243b, 243c)은 경사져 있고, 연결부의 변환 구역은 만곡 변환 구역을 경유해 외곽 단부에서 측면벽(243a)에 연결된다. 상기 단부벽(243d)의 내면은 카운터면(243i)을 형성한다. 단부면 및 배기가스 입장면(247)과 단부면 및 배기가스 배출면(247b)을 갖고 축방향으로 가스가 침투할 수 있는 촉매 소자(247)는 케이싱 내부에 배열된다. 상기 단부벽(243b)과 소자(247)사이에 배열되어 있는 안내 소자(249)는 단부벽(243b)에 대향한 가이드면 (249a)을 가진다. 상기 단부벽(243b)의 원추형 구역에 대향한 가이드면(249a) 구역은 원추형이고, 축(245)을 통하는 구역에서는 그와 대향하는 카운터면(243i)에 평행하다. 축방향 돌출부 내부의 입구 영역에 위치하는 상기 가이드면(249a)의 중심 구역은 예를들어, 원추형 구역과 연속적 연결부를 갖도록 축방향 구역에서 둥글지만, 대신에 원추형 또는 축(245)에 예를들어 상기 소자(247)쪽으로 구부려진다.
상기 입구(243d)에 의해 경계지워지는 입구 개구(251)는 오리피스 면(253)에 있는 케이싱의 내면으로 들어간다. 여기서, 상기 오리피스 면(253)은 상기 축(245)에 직각인 편평한 원형면을 의미하는 것으로 이해할 수 있고 그 엣지가 내부 입구면의 변환면의 외부 엣지에 위치하며, 이 변환면은 아아크 형태로 연장한다. 전술한 촉매 컨버터의 경우와 같이, 가이드면(249a)은 입구 개구의 외측 즉, 상기 편평한 오리피스 면(253)으로부터 이격한 측부일 수 있다. 그러나. 이 경우에 상기 가이드 면은 적어도 상기 오리피스 면(253)의 엣지 및 카운터면으로부터 이격되어야 한다. 상기 가이드면(249a)과 카운터면(243i) 사이에 존재하는 공간은 편향 공동(255)으로서의 역할을 한다. 축방향으로 편평한 가이드면(249a) 및 카운터면(243i) 특히, 이들면의 원추형 구역은 오리피스 면(253)에 대하여 30° 이하 그리고 축(245)에 대해 적어도 60° , 적어도 70° , 최대 85° 까지의 각도로 형성된다. 명료하게 하기 위해, 상기 촉매 컨버터(241) 내부의 카운터면(243i) 및 오리피스면(253)이 엣지로부터 가이드면(249a)의 거리는 통상적인 거리에 대한 정의에 따라서, 대향면 사이의 가장 짧은 연결부의 길이로 이해할 수 있으며 따라서, 이 거리는 상기 축(245)에 평행하지 않고 상기 면(249a, 243i)에 수직이다. 이러한 방법으로 측정된 거리와 입구 내경 사이의 비는 촉매 컨버터(1)의 경우에 h/d 로 나타낸 비율과 동일할 수 있다. 이와는 달리, 상기 촉매 컨버터(241)는 상기 촉매 컨버터(201)와 유사하다.
제14도 및 제15도에 부분 도시된 촉매 변환기(301)는 촉매 변환기(201)와 거의 동일하며 입구(303d)를 구비한 케이싱 (303)을 갖는다. 케이싱의 입구는 적어도 축(305)에 대해 대칭이다, 케이싱(303)은 축방향으로 가스 침투성인 촉매 소자 (307)를 함유하며 그 평탄한 단부면중 하나는 배기가스 입구면 (307a)로 작용한다. 또한 케이싱은 원형 디스크로 구성된 가이드 소자(315)와 가이드면(315a)을 갖는다. 그러나 가이드 소자(315)는 외측의 환형면 지역에 걸쳐 축(305) 주위로 분포된 다수개의 개구된 구멍(315b)을 갖는다는 점에서 촉매 변환기(201)의 가이드 소자(215)와는 상이하다. 후자는 그 직경의 입구 내경 (di)과 거의 동일하거나 큰 소형의 내측 중앙면을 감싼다. 구멍(315b)의 직경은 입구 내경(di)보다 거의 작지만 후자의 20% 이상이 된다. 구멍(315b)에 의해 점유된 표면적은 전체 가이드면(315a)의 30% 이하. 예를들어 5% 내지 25% 가 적당하다.
촉매 컨버터(301)가 사용되면, 입구(303d)를 통해 케이싱 (303)의 내부 공간으로 유동하는 배기가스가 입구의 오리피스부와 굴절 공동(325)내에서 가이드 표면(315a)에 의해 거의 방사 방향으로 굴절된다. 그리고 나서 배기가스의 큰 부분은 촉매 컨버터(201)의 경우에서 처럼, 가이드요소의 엣지 둘레를 유동해서 이것과 촉매요소(307) 사이에 존재하는 공동(327)으로 유동한다. 그러나, 배기가스의 일부가 굴절 공동(305)에서부터 홈(315b)을 통해 공동(327)호 유동하고 그러므로 촉매요소(307)의 단면적 위에 배기가스의 균일한 배분을 생성하는데 도움을 준다.
제16도에 부분적으로 도시한 촉매 컨버터(341)는 케이싱의 축(345)에 대해서 회전상으로 대칭인 입구(343d)와 단부벽(343b)과 측벽(343a)을 가지는 케이싱(343)을 가진다. 케이싱(343)은 축방향으로 가스 침투가능한 촉매요소(347)를 포함하며 편평한 배기가스 출입면(347a)을 가진다. 케이싱은 편평 디스크로 구성되는 주요 가이드요소(349)를 포함한다. 이 요소에는 가이드 표면(349a)을 형성하고 입구 내부 직경(di) 보다 작은 직경, 예를들면, 10% 내지 30% 의 직경을 가진 축(345)과 동일축에 있는 개구홀(349b)이 중앙에 제공된다. 편평 디스크로 구성되고, 가이드요소(349)와 배기 가스 출입면(347a)에서 일정한 거리에 있는 추가의 가이드 요소(351)는 가이드요소(349)와 배기가스 출입면(347a) 사이에 배치된다. 추가의 가이드요소(351)는 주요 가이드요소와 입구에 직면하는 가이드 표면(351a)를 가지며, 고정요소에 의해 고정시키는 역할을 하며 거의 채워진 어느 홈에서 분리되고 콤팩트되어 홀-퓨리(free)된다. 추가의 가이드요소(357)는 특히, 축 돌출부에 있어서 홈(349b) 뒤에 배치된 그것의 중심 영역에서 홀-퓨리이다. 축 돌출부에 있어서, 주요 가이드 요소 (349)는 전체 외주위를 따라서, 추가의 가이드요소를 지나서 돌출한다. 측벽(343a)은 예를들어, 원통형 형상이다. 그리고, 주요 가이도요소(349)와 추가의 가이드요소(351)은 원형이며, 추가의 가이드요소의 (351)의 직경은 가이드요소(349)의 직경 보다 다소적다.
입구(343d)를 통해 케이싱(343)의 내부 공간으로 유동하는 배기가스는 단부벽(343b)와 주요가이드 요소(349) 사이에 존재하는 굴절 공동과 입구 오리피스부내에서 거의 방사 방향으로 크게 굴절되고, 그리고나서, 주요 가이드 요소(349)의 엣지 둘레로 유동해서 배기가스 출입면(347a) 까지 유동한다. 그러나, 입구를 통해 유동하는 배기가스의 일부는 주요 가이드요소(349)의 중앙홀(349b)를 통해 유동하고, 그리고 나서 추가의 가이드요소(351)에 의해 거의 방사 방향으로 굴절되고 최종적으로 추가의 가이드요소(351)의 엣지 둘레에 유동하여 배기가스 출입면(347a)로 유동한다.
제17도에 부분 도시된 촉매식 전환기(361)는 케이싱 (363)을 가지며, 그 단부벽(363b)은 입구(363d)와 동심 관계로 제공된다. 케이싱은 축방향으로 가스 침투성이며 평편한 배기가스 입구면(307a)과 주 안내 소자(367)를 갖는 촉매 소자(367)를 갖는 촉매 소자 (367)를 수용한다. 안내 소자(367)는 단부벽(363b)에 대면한 안내면(367a)과 중앙의 구멍(369b)을 갖는다. 두 개의 부가적 안내 소자(371, 373)는 주 안내 소자(369)와 소자(367) 사이에 설비된다. 3개의 안내 소자는 단부벽(363b)과 서로로부터 및 배기가스 입구면(367a)으로부터 일정거리 이격된다. 주 안내 소자(369)와 부가 안내 소자(373) 사이에 있는 부가 안내 소자(371)는 중앙에 안내면(371a)과 구멍(371b)을 갖는다. 부가 안내 소자(373)는 안내면(373a)을 갖고 그 고정 작용을 하는 구멍에서 이탈해 완전히 자유롭다. 안내 소자의 상대 크기는 주 안내면으로부터 촉매 소자에 있는 가장 밀접한 부가 안내 소자로 감소한다. 구멍(369b)의 직경은 양호하게는 입구내경(di)보다 작다. 또한 구멍(371b)의 직경은 구멍(369b)의 직경보다 작다.
촉매식 전환기(361)의 작동중에 입구(363d)를 통해 케이싱(363)의 내부 공간속으로 유동하는 배기가스의 일부는 안내면(369a)에 의해 편향된다. 잔존 배기가스는 구멍 (369b)을 통해 흐른다. 이러한 배기가스의 일부는 안내 소자 (371)에 의해 편향된다. 또한, 배기가스의 또다른 일부는 구멍(371b)을 통해 흐르고 안내 소자(373)에 의해 편향된다. 제18도에 보이는 촉매식 전환기(40) 입구(403d)와 출구 (403e)를 갖는 케이싱(403)을 갖는다. 축방향으로 가스 투과성이고 평편한 배기가스 입구면(407a)과 평편한 배기가스 출구면(407b)을 갖는 환형 촉매 소자 (407)가 케이싱내에 설비된다. 촉매 소자를 거쳐 에워싸인 공동은 입구에 대면한 그 단부에서 안내 소자(415)에 의해 기밀 밀폐된다. 상기 안내 소자는 입구에 대면한 그 측부에 평편한 안내면(415a)을 갖는다. 안내면을 배기가스 입구면(407)과 같은 높이이나 배기가스 입구면(407) 보다 입구에 더욱 가깝게 배치될 수도 있다.
촉매식 전환기(401)의 작동중에 입구를 통해 케이싱 (403)의 내부의 공간속으로 흐르는 배기가스는 안내면(415a)의 반경 방향 편향에 의해 편향되며 촉매소자를 통해 축방향으로 흐른다.
제19도에 보이는 촉매식 전환기(441)는 입구 (443d)와 동심 관계인 평편한 단부벽(443b)을 갖는 케이싱 (443)을 갖는다. 그 내면(443f)은 원추형으로 묶여진 내면부 (443k)에 접촉되는 원통형 내며부(443g)를 갖는다. 그 다른 단부는 단부벽(443b)의 내면에 의해 형성된 평면의 방사 카운터 표면(2143i)에 축방향으로 넓혀진 변이 표면부(443h)에 의해 연속 연결된다. 카운터 표면(443i)에 대향된 평면의 안내면(449a)를 갖는 안내 소자(449)는 케이싱에 존재한다. 더 나아가, 일점 쇄선으로 표시된 촉매 소자(449)는 케이싱에 있으며, 예를들어 촉매 소자(7)와 유사하게 형성된다. 제19도에서, d 은 아아크형 변이 표면부(443h)의 보다 좁은 단부와 입구내면의 직경을 나타낸다. 더 나아가, di 은 원추형 내면부(443k)의 보다 좁은 단부와 원통형 내면부(443f)의 직경을 나타낸다. 촉매 변환기의 실시예에서, 내경 d 은 직경이 내경 di 과 같은 입구의 내경보다 약간크다. 제19도는 상술된 실시예에서와 같은 의미의 거리(h)에서 굴곡 반경을 보여준다. 촉매 변환기(441)에서 비율 r/di 과 h/di 은 예를들어 촉매 변환기(1)에서와 같은 범위에서 양호하다. 원추형 내면부(443k)와 축(445)에 의해 만들어진 각도는 5°이상, 양호하게는 25° 이하 예를들면 10° 내지 20° 의 범위가 바람직하다. 원추형 내면부의 길이(1)은 양호하게는 직경 di 의 100% 이상 보다 양호하게는 직경 di 의 300% 이하가 좋다. 유동 저항성은 유동 방향으로 넓혀진 원추형 내면부 (443k)에 의해 부가 감소될 수 있다. 압력손비 Z 는 0.3 내지 0.4 의 범위 예를들면 제 4도에 도시된 곡선에 대응되는 곡선의 최소치인 0.3 의 비율 r/di 일 수 있다.
비율 r/di 와 h/di 는 제19도에 도시된 촉매 변환기 (441)뿐만 아니라 제5도 내지 제 18도를 참조로 설명된 다른 촉매 변환기에서, 제1도 내지 제3도를 참조로 설명된 촉매 변환기의 경우에서와 같은 범위에 있다. 또한, 이는 안내 표면의 직경 및 다른 직경에 동일하게 적용될 수 있다.
촉매 변환기와 그 사용볍은 어떤점에서 변경될 수 있다. 예를들면, 도면을 참조로 설명된 다른 촉매 변환기의 특징이 서로 겸비될 수 있다. 촉매 변환기(1, 41, 61, 201, 241, 301, 341, 361, 401, 441)의 촉매 소자와 케이싱의 측면벽은 예를들면 촉매 변환기(201)의 경우에서와 같이 타원형의 외형을 가질 수 있다. 역으로, 촉매 변환기(101, 141)의 촉매 소자와 케이싱의 측면벽은 원형으로 형성될 수 있다. 촉매 소자와 케이싱의 측면벽은 다각형으로 형성될 수 있다.
더 나아가, 촉매 변환기(101, 141)의 경우, 제8도와 같이 입구 또는 출구의 오리피스는 한 케이싱 단부벽과 촉매 소자의 중심에 배열될 수 있으며, 내측면(107b, 147b)은 단부벽(103d, 143d)에 연결되어 이로부터 이격 돌출된 입구 또는 출구(103e, 143w) 부분의 축에 원통형으로 동축 형성될 수 있다. 촉매 변환기(141)의 입구(143d)는 구멍을 통해 통과되는 경우에 촉매 소자로 만들어질 수 있다.
예를들면, 촉매 변환기(61)는 양 촉매 소자의 내경이 동일 크기로 제조되고 양 촉매 소자의 외경이 다른 크기로 제조되도록 개조될 수 있다.
더 나아가, 촉매 변환기(1, 41)와 도면을 참조하여 상술된 다른 촉매 변환기의 직선적 입구 및 출구는 촉매 변환기(101)의 경우에서와 같이, 벤드를 가질 수 있다. 역으로, 벤드는 촉매 변환기((101, 141, 161)의 입구의 경우에서 생략될 수 있다. 이것은 예를들어 촉매 변환기에 구동 방향에 수직한 배기가스 출구로서 내연기관을 가진 자동차에 설치될 때 특히 유리하다. 촉매 변환기의 입구는 내연기관의 배기가스 출구에 대한 짧은 직선 연결부를 경유해 연결될 수 있으며, 촉매 변환기의 출구는 배기 시스템의 절연체에 뒤로 구동되는 방향에 평행한 일직선 파이프에 의해 연결될 수 있다.
더 나아가, 촉매 변환기(1, 41, 61, 101, 161)에 존재하는 카운터 표면과 안내 표면의 엣지부는 촉매 변환기(241)에 유사하게 굴곡된다. 제14도 내지19도에 도시된 촉매 컨버터의 안내 표면도 상기와 같이 된다. 카운터 표면과 안내 표면은 입구축에 수평하고 직각인 굴곡 엣지부를 제외한 주요부를 위해 필수적이다.
촉매 변환기(1)의 경우, 입구 및 출구의 기능은 교체될 수 있으므로, 제1도의 배기가스는 화살표 반대 방향으로 촉매 변환기를 통해 흐른게 된다.
안내요소(349, 369)의 경우에, 안내요소(315)의 구멍(315b)에 대응하는 구멍도 제공될 수 있다. 제13도에 도시한 원추형 안내요소(359)도 또한 안내요소(315)의 구멍과 유사하게 배치된 구멍 또는 중심구멍으로 제공될 수 있으며, 후자의 경우에 적어도 하나의 원추형 추가 안내 요소는 그후 제16도 및 제17도에 도시한 촉매 컨버터와 유사하게 제공된다.
또한 제1도 내지 제18도를 참조로 하여 설명한 모든 촉매 컨버터내의 입구와 출구도 제19도에 도시한 촉매 컨버터의 원추형 내면에 유사하게 형성된 원추형 내부 표면부로 제공된다.
서로 인접한 파형 디스크(9, 11)로부터 제 3도에 따른 촉매 소자를 형성하는 대신에, 평평한 구멍난 디스크가, 상기 2개의 디스크 사이에서 배열될 수 있다. 더 나아가, 디스크(9, 11)는 그 파동이 서로 직각은 아니지만 45° 양호하게는 60°의 각도인 다른 각도로 교차되도록 배열된다.
또한, 방사 방향으로 가스 침투가 가능한 촉매 소자의 형성에 있어서, 외부 방향으로 폭이 넓어지는 방사 파동의 링을 가진 환상 디스크를 제공할 수 있다. 평평하거나 원형 파동이 제공될 수 있는 소형이거나 가능한 구멍이 나 환상 디스크는 상기 2개의 디스크 사이에 배열될 수 있다.
더 나아가, 금속 캐이러를 가진 디스크 대신에, 방사 방향으로의 가스 침투가 가능한 촉매 소자는 방사 통로가 제공되고 세라믹 재료로 구성된 캐리어를 갖는다.
더 나아가, 화상이나 슬리브형 촉매 소자가 제공될 수 있으며, 상기 소자의 통로는 그 축에 직각이 아니고 다른 각 즉 45° 양호하게는 60° 의 각으로 만들어질 수 있는 상기 통로는 원추형 통로를 따라 이동된다.
환상 또는 슬리브형 촉매 소자의 외측면과 내측면은 원추형이므로, 이들과 결합되는 통로에 직각으로 형성되며, 그래서 축에 직각인 방사 평면에 대해 약 45° 양호하게는 60° 인 각도 즉 축에 대해 통로에 의해 만들어진 각도와 동일한 각도로 만들어진다.

Claims (11)

  1. 구멍에서 케이싱의 내부공간으로 개방되며 축(5,45,65,165,205,245, 305,24 5,445)을 가지는 입구(3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d)와 출구(3e,43e,63e,103e,143e,163e,203e,243e,403e) 가 제공된 케이싱(3,43,63,103,143,163,203,243,303,343,363,403, 443)을 포함하며, 상기 케이싱 내부 공간내에 가스 투과 촉매 요소(7,47,67,107,147,167,207,247,307,347,367,407,447)가 있고, 상기 축(5,45,64,165, 205,245,305,345,445)으로부터 상기 구멍 너머로 돌출되고, 그것에 의해서 한 간격으로 그에 대향하여 배치되고 그 구멍에서 입구(3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d)에 연결된 카운터-표면과 함께 편향 캐비티(25,85,125,155,175,225,225,325,355)가 배기가스를 편향시키도록 경계 지워지고 형성되며, 배기가스는 입구(3d,43d,63d,103d, 143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d)로부터 케이싱 내부 공간으로 흐르며, 상기 흐름을 축(5,45,65,165,205,245,305,345,445)으로부터 멀리 편향 캐비티(25,85,125,155,175,225,255,325,355)를 통해 안내하는 안내 표면이 또한 상기 케이싱 내부 공간내에 있는, 배기가스 특히 연소 기판으로부터의 배기가스를 촉매 처리하기 의한 촉매 컨버터에 있어서, 상기 안내 표면(15a,49a,75a,115a,143k,163,215a,249a,315a,349a,369a,415a,449a)과 카운터 표면(3i,63i,103i,149a,163i,203i,243i,443i)은 서로 대향으로 배치되고 축(5,45,65,165,205,245,305,345,445)에 대해 적어도 60° 의 각을 이루는 돌출부를 가지며, 상기 입구(3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d)는 축(5,45,64,165,205,245,305,345,445)을 통해 연장되는 섹션내의 구멍의 림을 향해 넓어지고, 카운터 표면(3i,63i,103i,149a,163i,243i ,443i)과 연결되며, 상기 부분에서의 곡률 반경(r)은 전이 표면부(3h, 103h, 443h)의 좁은 단부에서 입구(3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d ,343d,363d,403d,443d)의 내경(di)의 적어도 10% 에 달하는 전이 표면부(3h,103h,443h)를 가진 내부 표면(3f,103f,443f)을 갖는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 곡률 반경(r)은 상기 내경(di)의 적어도 20%인 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구멍의 림으로부터 안내 표면(15a,49a,75a,115a,143k,163k ,215a,249a,315a,349a,369a,415a,449a)의 간격(h)은 내경(di)의 적어도 10% 또한 최대 100% 에 달하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 간격(h)은 내경(di)의 적어도 15% 및 최대 25% 에 달하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안내 표면(15a,49a,75a,115a,143k,163k,215a,249a,315a,349a, 369a,415a,449a)과 카운터 표면(3i,63i,103i,149a,163i,203i,243i,443i)은 입구(3d,43d,63d,103d,143d,163d,203d,243d,303d,343d,363d,403d,443d)에 공급되는 전체 배기가스가 편향 캐비티(25,85,125,155,175,225,255325 ,355)내로 그 에지 영역까지 인도되도록 형성되고, 상기 축(5,45,65,165 ,205,245,305,345,445)으로부터의 간격은 내경(di)의 적어도 1.5 배에 달하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 축(5,45,65,165,205,245,305,345,445)으로부터의 상기 편향 캐비티의 상기 에지 영역의 간격은 내경(di)의 적어도 2.5 배에 달하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안내 표면(15a,49a,75a,115a,143k,163,215a,249a,315a,349a, 369a,415a,449a)과 카운터 표면(3i,63i,103i,149a,163i,203i,243i,443i)은 축(5,45,65,165,205,245,305,345,445)과 적어도 70° 의 각을 이루는 상호 대향 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  8. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 가이드면(15a,49a,75a,115a,143k,163k,215a,249a,315a,349a, 369a,415a,449a) 및 카운터 면(3i,63i,103i,149a,163i,203i,443i)은 편평하고 상기 일정한 축(5,45,65,165,205,245,305,345,445)에 직각인 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이싱(3,43,103,143,443)은 측면벽(3a,43a103a,143a)을 갖고 상기 소자(7,47,107,147,447)는 외곽 측면(7a,47a,107a,147a)을 가지며, 상기 소자(7,47,107,147)는 내부 공동(29,85,89,129)을 에워싸는 내부 측면(7b,47b,107b,147b)을 갖고 하나의 측면으로부터 다른 측면으로 안내하는 배기가스용 통로(13)를 가지며, 상기 편향 공동(25,125,155,455)에 연통된 외곽 공동은 상기 케이싱(3,43,103,143,443)의 측면벽(3a,43a,103a,143a)과 상기 소자(7,47,107,147,447)의 외곽 측면(7a,47a,107a,147a) 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입구 내면(3f,103f,443f)은 상기 변환면(3h,103h,443h)의 협소한 단부와 접촉하는 상기 변환면(443h)을 향해 원통형 또는 원추형으로 넓어지고 상기 일정한 축(445)에 대해 25° 이하의 각을 형성하는 내부면 구역(3g,103g,443k)을 갖는 것을 특징으로 하는 연소기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몸체(7,47,67,107,147,167,443)는 단면이 파형인 다수의 디스크(9,11)를 갖고, 상호 가장 인접한 파형 디스크(9,11)는 평면에서 상호 교차되는 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기가스의 촉매 처리를 위한 촉매 컨버터.
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