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Filters and Substrates

세라믹 담체와 필터

세라믹 담체와 필터

세라믹 담체와 필터의 원리

세라믹 담체와 필터의 원리

숨을 들이쉬고 내쉬어 보세요. 성인의 하루 호흡량은 약 3,000 갤런(12,000 리터)으로 유조차 한대의 분량입니다. 만약, 유해한 가스와 해로운 매연물질이 가득한 세상에 산다고 생각해 보세요. 갑자기 숨을 쉬는 것이 그다지 좋게 생각되지 않을 것입니다. 

바로 이곳이 코닝의 기술이 필요한 부분입니다. 코닝의 세라믹 담체미립자 필터가 자동차 및 트럭이 매연 기관에서 뿜어내는 유해 물질을 제거해 보다 깨끗한 공기를 만드는데 기여하고 있다는 사실을 안다면, 여러분은 보다 안심하고 숨을 쉴 수 있게 될 것입니다.

세라믹 담체와 필터는 매연저감 시스템의 핵심 부품입니다. 매연저감 시스템은 자동차 및 트럭의 엔진 하단에 위치해 엔진을 배기가스 배출구로 연결하는 장치입니다. 엔진이 가솔린 및 디젤 연료를 태울 때 배기가스는 질소산화물, 탄화 수소, 일산화탄소 및 미립자와 같은 유해한 물질을 배출합니다. 배기가스가 시스템을 이동하면서, 코닝의 세라믹 담체와 필터를 통과하는 순간 마법이 일어납니다.  

코닝은 승용 및 트럭부터 중장비와 농기계에 이르기까지 모든 사이즈의 가솔린 및 디젤 엔진을 위한 담체와 필터를 생산합니다. 디젤 연료를 사용하는 자동차의 경우, 담체는 기체의 오염물질을 필터는 미립자 오염물질을 걸러내는 역할을 합니다. 현재까지 가솔린 엔진을 사용하는 자동차의 경우에는 기체의 오염물질을 걸러내기 위해 담체만을 사용하고 있지만, 향후 보다 강화되는 환경규제에서는 미립자 필터 또한 사용될 것으로 예상되고 있습니다. 

세라믹 담체와 필터는 고온 및 급격한 온도 변화를 견뎌내기 위해 고온의 저팽창 소재를 이용하여 생산됩니다. 압출 방식(extrusion process)을 이용하여 생산되는 필터와 담체는 벽면에 기공이 있는 수천 개의 채널 구조로 되어 있습니다. 압출된 담체는 고온 소성 과정을 거친 후 최종 사이즈로 커팅 됩니다.     

담체와 필터 모두 한가지 사이즈로는 사용이 불가합니다. 코닝은 엔진 및 자동차 제조사들과 함께 각각의 시스템에 적합한 사이즈, 형태 및 소재 등을 제공하기 위해 지속적으로 협업하고 있습니다.  

담체의 원리

담체와 필터 모두 벌집 형태를 띤 수천 개의 작은 채널 구조로 설계되었습니다. 이러한 채널 구조는 촉매작용을 위한 매우 넓은 내부 표면적을 제공합니다. 수천 개의 채널이 모두 오픈 되어 있는 담체와 달리 필터는 하나 건너 하나가 막혀있는 채널 구조를 통해 배기가스는 벽면의 기공을 통해 배출되고 미립자는 막힌 채널을 통해 채집하는 방식으로 설계되었습니다. 담체를 살펴보면, 작은 채널들이 모두 뚫려있는 것을 확인하실 수 있는 반면 필터의 경우 하나 건너 하나가 막혀 있는 구조라 다른 한 면을 볼 수 없습니다.  

담체와 필터의 또 다른 큰 차이는 기능에 있습니다. 담체의 경우, 유해한 배기가스를 무해한 가스 형태로 변화시키는 역할을 하기에 대부분이 눈에 보이지 않습니다. 반면 필터는 눈에 보이는 그을음 같은 오염물질을 걸러내는 역할을 합니다. 

담체는 높은 표면적의 촉매 물질을 사용하여 코팅이 되는데, 이는 작은 화학실험실과 같은 기능을 수행하게 됩니다. 질소산화물과 일산화탄소와 같은 유해한 물질이 고온 촉매작용을 거치게 되면, 무해한 질소와 물 그리고 보다 덜 유해한 이산화탄소로 변하게 됩니다. 필터의 경우에도 촉매 물질을 통과하면서 주입구 벽면에 미립자 물질을 포집하게 됩니다. 이렇게 포집된 미립자 물질은 주기적으로 비워줘야 하는데, 공기 필터나 진공청소기의 먼지통과 달리, 필터의 경우는 우리가 눈치채지 못하는 매우 정교한 '자동 클리닝' 시스템을 통해 이러한 작업이 이루어집니다.     

신성장 기회

필터와 담체가 젼 세계적으로 보다 깨끗한 공기를 만들기 위해 큰 기여를 하고 있는 반면 아직도 혁신이 필요한 곳은 많습니다. 대기 환경법은 보다 엄격해지고 있으며, 차량 기술 또한 이러한 요구 조건을 맞추기 위해 발전을 거듭하고 있습니다. 코닝은 이러한 내외부적 요인을 성장의 기회로 보고 있습니다. 좋은 예로, 담체가 촉매를 작동시키기 위해선 특정 온도가 요구되는데 즉 다르게 말하자면, 특정 온도에 도달하기 전에는 유해한 배기가스를 무해한 물질로 변화시키지 못 한다는 것입니다. 배기가스는 담체를 가동하기 위해선 가열을 해야 하며 이러한 문제는 종종 시동을 걸자마자 초기 몇 분에서의 높은 배기가스 배출을 초래합니다. immediately. The exhaust has to heat up to activate the substrate, which can sometimes lead to high emission rates in the initial minutes after a car is started.

이러한 '저온 시동' 배기가스는 주행 중 발생하는 가장 유해한 배기가스로 코닝은 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 작동 온도에 빠르게 도달하여 저온 시동 시 배기가스 배출 성능을 개선하는 차세대 담체 FLORA™ substrates를 개발하였습니다. 

담체와 필터는 우리 생활에 막대한 영향력을 미칩니다. 코닝의 필터는 우리가 숨쉬는 공기 중에서 매초 20조개의 미립자 물질을 제거하고 있습니다. 자동차와 트럭 내부에 장착되어 우리 눈에 쉽게 보이지 않아 그 영향력을 간과하기 쉽지만, 담체와 필터가 없는 세상은 상상하기 어렵습니다. 오늘도 코닝은 인류를 위한 보다 깨끗한 공기를 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.