CN102821854A - 大容量金属催化剂载体及利用其的催化转化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大容量金属催化剂载体及利用其的大容量催化转化器，把单位催化剂载体块变更成能够有效组装的形状，具有能够容易地组装多个单位催化剂载体块实现大型化的组装结构，使得能够应用于采用了多个大容量内燃机的大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等的要求大容量尾气处理的催化转化器。本发明的催化剂载体包括：多个单位催化剂载体块，其由沿长度方向形成了表面涂布有催化剂的多个中空型巢室的巢室形成体容纳于多边形支撑体并进行层叠；以及多个组装构件，其用于在上述层叠的单位催化剂载体块之间固定相互接触的相邻的一对支撑体。

Description

大容量金属催化剂载体及利用其的催化转化器
技术领域
本发明涉及大容量金属催化剂载体及利用其的催化转化器，尤其涉及一种大容量金属催化剂载体及利用其的大容量催化转化器，把单位催化剂载体块变更成能够有效组装的形状，具有能够容易地组装多个单位催化剂载体块实现大型化的组装结构，使得能够应用于采用了多个大容量内燃机的大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等的要求大容量尾气处理的催化转化器。
背景技术
一般而言，汽车及船舶利用汽油及汽油等化石燃料，使得产生驱动所需的动力，在其结构特性上，由于燃料不完全燃烧造成发生诸如一氧化碳和氮氧化物等的有害于人体的尾气，所以，在汽油等燃料的燃烧室、空气与燃料混合的进气系统及排出尾气的排气系统等燃料不完全燃烧而造成发生有害成份的车身各部分配备多种装置，使得最大限度地抵制上述尾气的发生量。
因此，为去除尾气的有害成份，在使尾气排出到外部的汽车排气管之间，附着催化转化器进行使用。催化转化器使用使尾气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化、转换成二氧化碳(CO2)及水(H2O)的氧化催化剂和分别使氮氧化物(NOx)还原为氮气(N2)的还原催化剂等，为满足反应所需的诸如温度及尾气滞留时间等的条件，在加大催化转化器的有效面积的同时，在外壳内加装使颗粒状的催化剂附着于其表面的催化剂载体。
另一方面，催化剂载体采用其结构由四角形或六角形巢室等构成的蜂巢(honey comb)结构，涂布了使尾气的有害成份引起氧化及还原反应的催化剂。
因此，经由排气管流入外壳内部的尾气与催化剂载体上涂布的催化剂进行催化反应，进入排出口。
韩国注册专利第527970号中公开了蜂巢(honey comb)结构的催化剂载体的一个示例，参照图1及图2对此进行说明。
催化剂载体(1a,1b)构成形成图1所示的四角形巢室结构或图2所示的六角形巢室结构的巢室(4a,4b)，各巢室(4a,4b)形成各个贯通部(3a,3b)。在巢室(4a,4b)与巢室通道隔壁(2a,2b)之间，涂布有包含贵金属的催化剂涂布层(例：氧化铝(Al2O3)等)。这种催化剂载体(1a,1b)借助于涂布层上涂布的催化剂，可以执行尾气的氧化或还原反应，发挥应有功能。
这种汽车用催化剂载体的目的在于，巢室结构以圆形结构的陶瓷一体型巢室结构形成，在使涂布层分布度均匀的同时，还减小巢室行间的垂直高度，使巢室密度增加，从而充分确保催化剂载体与尾气间的接触反应条件，提高催化转化器的整体尾气净化效率。
但是，这种汽车用催化剂载体是根据挤出成型工序，把陶瓷原料供应给挤出机，在模具中挤出，转换成具有蜂巢形状的剖面的连续体，因此，存在的问题是在使用多个大型发动机的大型船舶或成套设备等的需要大容量催化剂反应器的地方难以应用。
另外，如同柴油发动机用DPF(Diesel Particulate Filter)一样，使用高硬度材料，例如挤出SiC成型的降低柴油黑烟装置，存在挤出模具的寿命短、价格昂贵、需要根据量产产品种类保有多个模具的困难。
再者，韩国注册专利第527970号中公开的催化剂载体的结构与巢室结构无关，外部支撑体具有圆桶形的形状，当大容量堆积时无法容易地实现相互组装。
如上所述，以往为了制作这种大容量的催化剂载体，层叠多个由陶瓷结构构成的圆桶状的单位催化剂载体块，试图实现大容量化，但是存在制作困难的问题。
另一方面，就催化剂载体由金属构成的情形而言，一般直径在30㎝以下的情形容易制作，但制作比其更大型的，则存在困难。
特别是国际海事机构(International Maritime Organization:IMO)于1973年采纳了作为防止船舶造成海洋污染的国际公约——防止船舶污染国际公约(the InternationalConvention for the Prevention of Pollution from Ships:MARPOL)。其中，自2011年起生效的附则Ⅱ(TierⅡ)提出船舶发动机排放氮氧化物限制，要求氮氧化物(NOx)相对于现行降低20%，自2016年起生效的附则Ⅲ(TierⅢ)要求降低80%。作为参考，国际海事机构(IMO)是为了在国际上统一船舶的航道、交通规则、港口设施等而设立的联合国专门机构。因此，在使用大型发动机的大型船舶行业中，对用于净化尾气中含有的氮氧化物等的大容量催化转化器的研究如火如荼。
因此，这种催化转化器要求一种能够从小容量结构起，制作成大容量并加以提供的结构，使得能够处理采用多台大容量内燃机的大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等的大容量尾气。
发明内容
技术课题
因此，本发明的目的在于提供一种大容量金属催化剂载体及利用其的大容量催化转化器，把单位催化剂载体块变更成能够有效组装的形状，具有能够容易地组装多个单位催化剂载体块实现大型化的组装结构，使得能够应用于采用了多个大容量内燃机的大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等的要求大容量尾气处理的催化转化器。
本发明的另一目的在于提供一种大容量金属催化剂载体及利用其的催化转化器，使用因以金属薄板制作而容易制造的单位催化剂载体块进行组装，因而其制造工序单纯，能够节省制造费用。
技术方案
为实现如上目的，本发明包括：多个单位催化剂载体块，其由沿长度方向形成了表面涂布有催化剂的多个中空型巢室的巢室形成体容纳于多边形支撑体并进行层叠；以及多个组装构件，其用于在上述层叠的单位催化剂载体块之间固定相互接触的相邻的一对支撑体。
特征在于上述组装构件包括：上部主体件，其由T字形构成，在端部两侧延长形成一对支撑体容纳凸起，以便分别形成一对第1支撑体容纳槽；下部主体件，其由T字形构成，在端部两侧延长形成一对支撑体容纳凸起，以便分别形成一对第2支撑体容纳槽；以及固定手段，其用于固定上述上部及下部主体件。
上述组装构件包括：上部主体件，其在端部两侧分别延长形成一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽；下部主体件，其在端部两侧分别延长形成一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽；以及多个顶出销，其连结于沿上述各主体件的宽度方向形成的多个顶出销容纳槽，以便固定上述支撑体。
上述组装构件包括：上部主体件，其在内部面上进行切口(lancing)，以便形成供上述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，在端部两侧分别延长形成有向支撑体容纳槽一侧倾斜地配置的一对支撑体容纳凸起；以及下部主体件，其在内部面上进行切口(lancing)，以便形成供上述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，在端部两侧分别延长形成有向支撑体容纳槽一侧倾斜地配置的一对支撑体容纳凸起。
上述组装构件包括：上部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，具备在上述支撑体容纳凸起的内周面凸出形成且与支撑体加压结合的多对支撑体固定凸起；以及下部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，具备在上述支撑体容纳凸起的内周面凸出形成且与支撑体加压结合的多对支撑体固定凸起。
上述组装构件包括：上部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，在上述支撑体容纳凸起的各个外周面上沿长度方向具备加压槽；以及下部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供上述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，在上述支撑体容纳凸起的各个外周面上沿长度方向具备加压槽。
上述组装构件包括连结于相邻的支撑体的螺栓结合孔的螺栓/螺母。
上述单位催化剂载体块的上述巢室形成体包括：中心部，其把对平板和在上述平板上经波纹(corrugation)处理的波纹板进行组装的波纹板/平板组装体卷绕成圆形；以及多个棱角部，其插入上述中心部的外周面与上述多边形支撑体的各角之间。
上述棱角部对卷绕上述波纹板/平板组装体的圆环卷绕体进行成型形成。
上述单位催化剂载体块的上述巢室形成体把上述波纹板/平板组装体卷绕成上述多边形支撑体的形状。
上述单位催化剂载体块的上述巢室形成体是层叠与上述多边形支撑体的一边长度相应的分段式的上述波纹板/平板组装体，插入于上述多边形支撑体形成。
上述单位催化剂载体块的上述巢室形成体是为了具有任意的倾斜度而交替层叠分段式的上述波纹板/平板组装体后插入于上述四角形支撑体形成。
上述巢室形成体及多边形支撑体分别以六角形、四角形、三角形及五角形中的任意一种形状构成。
上述单位催化剂载体块的上述巢室成型体是在FeCrAl系耐热性合金薄板上涂布了作为催化剂金属的在由铂金、钴、镍、钯、铜、锰及纳米银构成的组中选择的1种以上的金属。
上述多个中空型巢室以在由波形、半球形、蜂巢形、三角形、以及四角形构成的组中选择的一种形状构成。
另外，本发明的催化转化器包括大容量催化剂载体及加热器，所述大容量催化剂载体包括多个单位催化剂载体块和多个组装构件，其中，所述多个单位催化剂载体块由沿长度方向形成了表面涂布有催化剂的多个中空型巢室的巢室形成体容纳于多边形支撑体并进行层叠，所述多个组装构件用于在上述层叠的单位催化剂载体块之间，使相互接触的相邻的一对支撑体固定，使上述多个单位催化剂载体块实现一体化。
上述大容量催化剂载体在上述多个单位催化剂载体块各个支撑体之间配置上述加热器并组装在一起，从而实现一体化。
上述加热器由面状加热器构成，利用绝缘材料覆盖前面及背面。
上述加热器配置于上述大容量催化剂载体的进气口侧，在尾气从上述进气口进入之前预先预热。
技术效果
因此，本发明把单位催化剂载体块变更为能够组装的形状，能够容易地组装多个单位催化剂载体块，体现大容量转化器。
在本发明中，由于是生产并组装相同形状和大小的多个单位催化剂载体块，所以其制造工序单纯，无需催化剂载体成型装置及热处理装置的大型化，能够节省制造费用。
本发明应对国际海事机构(IMO)采纳的防止船舶污染国际公约(MARPOL)的氮氧化物(NOx)限制，能够应用于使用大型发动机的大型船舶，具有提供符合国际基准的尾气净化设计的效果。
附图说明
图1及图2是显示以往的催化剂载体的立体图，
图3是关于本发明第1实施例的单位催化剂载体块的主视图，
图4是显示利用图3所示单位催化剂载体块组装的大容量催化剂载体的立体图，
图5及图6分别是显示使用本发明的第1组装构件组装2个单位催化剂载体块的立体图及其涉及的第1组装构件的放大立体图，
图7是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第2组装构件的立体图，
图8是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第3组装构件的立体图，
图9是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第4组装构件的立体图，
图10是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第5组装构件的立体图，
图11是关于本发明第2实施例的单位催化剂载体块的主视图，
图12是显示制造图11所示单位催化剂载体块的工序的工序图，
图13是显示利用图11所示单位催化剂载体块组装的大容量催化剂载体的立体图，
图14是显示本发明第3实施例的单位催化剂载体块的主视图，
图15是显示本发明第4实施例的单位催化剂载体块的主视图，
图16是显示本发明第5实施例的单位催化剂载体块的主视图，
图17是显示利用第2至第5实施例的单位催化剂载体块组装大容量催化剂载体的方法的立体图，
图18是显示本发明第1实施例的催化转化器的构成的附图，
图19是显示本发明第2实施例的催化转化器的简要结构图。
具体实施方式
通过参照附图详细叙述的后述详细说明，上述目的、特征及优点将更加明确，因此，本发明所属技术领域的技术人员将能够容易地实施本发明的技术思想。
另外，在说明本发明时，在判断认为对与本发明相关的公知技术的具体说明可能会不必要地混淆本发明要旨的情况下，省略其详细说明。
下面参照附图，详细说明本发明的优选实施例。
本发明把单位催化剂载体块制作成能够组装的形状后，容易地组装多个单位催化剂载体块，构成大容量催化转化器，以便能够应用于诸如采用多个大容量内燃机的大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等的要求大容量尾气处理的催化转化器。
特别是单位催化剂载体块为提高组装性，可以提出多种多样的多边形结构，其中对作为代表性的组装结构的六角形结构(后述第1实施例)和四角形结构(后述第2至第5实施例)进行说明。
首先对本发明的第1实施例进行说明。
图3是关于本发明第1实施例的单位催化剂载体块的主视图，图4是显示利用图3所示单位催化剂载体块组装的大容量催化剂载体的立体图。
本发明第1实施例的大容量催化剂载体(20)如图4所示，由多个单位催化剂载体块(10~10f)层叠组装构成。
单位催化剂载体块(10~10f)优选具有在层叠组装时在各个块之间未被催化剂载体填充的空间能够实现最小化的形状，在支撑体(11)内部未被各个块内部的催化剂载体填充的空间能够实现最小化、制造工序能够容易实现。
下面，对大容量催化剂载体(20)中使用的单位催化剂载体块(10~10f)进行说明。其中，只代表性地对图3中的一个单位催化剂载体块(10)进行说明。
如图3所示，单位催化剂载体块(10)包括支撑体(11)和巢室形成体(17)，巢室形成体(17)在支撑体(11)内部卷绕波纹板(12)与平板(13)相接的波纹板/平板组装体(16)形成，形成多个中空型巢室(14)。此时，在波纹板(12)和平板(13)的表面涂布有催化剂层，净化进入的尾气或去除异味。
单位催化剂载体块(10)的波纹板(12)和平板(13)使用在具有20~100μ厚度的耐热性合金薄板上涂布作为催化剂金属的例如铂金、钴、镍、钯、铜、锰及纳米银中至少一种材料，卷绕在平板(13)上进行了波纹(corrugation)处理的波纹板(12)，插入于支撑体(11)的内部。此处虽然显示的是同时应用波纹板(12)与平板(13)，但也可以只应用多个波纹板(12)。
另一方面，根据使用者的要求，为避免波纹板(12)从平板(13)上脱离，可以是焊接波纹板(12)与平板(13)接触的部分并卷绕成圆形，为了在填充于支撑体(11)内部后，在支撑体(11)的内侧，使支撑体(11)的棱角部分被填满，也可以另行制作棱角部并进行组装。另外，棱角部可以以长度互不相同的分段形态，层叠多个波纹板/平板组装体(16)构成。
另外，填充于支撑体(11)内部的巢室形成体(17)有在如图3所示的支撑体(11)内部形成的第1隐蔽型。另外，填充于支撑体(11)内部的巢室形成体(17)根据卷绕方法，卷绕成圆形，还可以制作成越向支撑体(11)外部越逐渐形成六角形的第2隐蔽型、以六角形连续卷绕的连续卷绕型，可以根据多种方法，形成多种形状的单位催化剂载体块。
不过，支撑体(11)的形状优选为单位块的组装不形成空闲空间的可层叠的多边形形状。例如，支撑体(11)的形状可以使用六角形(参照图3)、四角形(参照图11)、三角形、五角形等。进一步地，六角形、四角形、三角形等支撑体形状在单位催化剂载体块层叠组装时，在各个块的支撑体内部发生未被填充催化剂载体的空闲空间，组装工序容易。
单位催化剂载体块(10)的巢室形成体(17)根据催化剂金属的种类，例如，催化剂激活温度设置为200~600℃。此时，单位催化剂载体块(10)借助于平板(13)和波纹板(12)，沿长度方向形成多个中空型巢室(14)，在其中央部，根据需要，例如可以形成供加热器(图中未示出)的延长部插入的贯通孔(15)或省略。
多个中空型巢室(14)由波形、半球形、蜂巢形、三角形、四角形等多种形态中的一种构成。构成波纹板(12)与平板(13)的耐热性合金薄板例如可以使用FeCrAl等。作为FeCrAl系合金材料，优选使用按Fe-15Cr-5Al比例合成的Fecalloy合金或Fe-20Cr-5Al-REM(稀土金属)(其中，包含REM(Y,Hf,Zr)1%左右)。
图4中显示了组装前述多个单位催化剂载体块(10)形成大容量催化剂载体(20)的优选示例。
如图4所示，大容量催化剂载体(20)相互组装多个六角形单位催化剂载体块(10~10f)形成。各个单位催化剂载体块(10~10f)的六角面相互贴紧组装，以多层形态层叠，此时，单位催化剂载体块(10~10f)之间的结合使用后述的图5至图10所示的第1至第5组装构件(60,70,80,90,95)实现。由于这种大容量催化剂载体(20)是组装以相同大小和形状形成的多个单位催化剂载体块(10~10f)进行制作，所以还能够应用于其大小为大容量的转化器，如果根据要求的转化器的尺寸或处理容量，调节各单位催化剂载体块的个数，则能够针对具有所需截面积和表面积的多种转化器尺寸进行制作。
下面参照图5至图10，对用于组装各个单位催化剂载体块的第1至第5组装构件进行详细说明。
在以下说明中，为了说明的便利，只显示了2个单位催化剂载体块的支撑体(11,11a)。
图5及图6分别是使用本发明的第1组装构件组装2个单位催化剂载体块的立体图及其使用的第1组装构件的放大立体图。
如图3至图6所示，第1组装构件(60)为了组装而配置于各个单位催化剂载体块(10~10f)的两个支撑体(11,11a)相向的面上。
第1组装构件(60)由T字形的上部及下部主体件(63a,63b)构成，如果组装螺丝(62)，以螺丝方式组装于在一侧面上形成的多个组装孔(61)，以便上下相互贴紧，那么，则形成I字形的主体(63)。I字形的主体(63)上下侧端部的两侧面分别与主体件(63,63a)具有间隔地延长形成有支撑体容纳凸起(64,64a)，以便形成供各个支撑体(11,11a)插入结合的支撑体容纳槽(65,65a)。
首先，把下部主体件(63b)插入于支撑体(11,11a)的下侧，把上部主体件(63a)插入于支撑体(11,11a)的上侧后，把螺丝(62)连结于螺丝组装孔(61)，使上部及下部主体件(63,63a)固定，从而组装两个支撑体(11,11a)。
利用与上述相同的方法，完成第1组装构件(60)对配置于多个单位催化剂载体块(10~10f)的外部的支撑体(11,11a)其余侧面的组装后，得到大型的催化剂载体。
图7是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第2组装构件的立体图。
如图7所示，第2组装构件(70)由一对上部及下部主体件(70a,70b)构成，所述一对上部及下部主体件(70a,70b)以使相邻两个支撑体(11,11a)在上下插入结合的柱状形状构成。各主体件(70a,70b)在两侧面具有多个顶出销容纳孔(71)，借助于顶出销(72)而与支撑体(11,11a)组装。上部及下部主体件(70a,70b)具备借助于各个支撑体容纳凸起(74,74a)而形成的槽式支撑体容纳槽(73,73a)。
首先，把2个支撑体(11,11a)插入上部主体件(70a)后，把顶出销(72)结合固定于顶出销容纳孔(71)，下部主体件(70b)也与上部主体件(70b)一样地结合固定顶出销(72)。
同样地，利用与上述相同的方法，完成第2组装构件(70)对配置于多个单位催化剂载体块(10~10f)外部的支撑体(11,11a)的其余侧面的组装后，得到大型的催化剂载体。
图8是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第3组装构件的立体图。
如图8所示，第3组装构件(80)由使两个支撑体(11,11a)在上下插入结合的柱状形状的一对上部及下部主体件(80a,80b)构成，虽然与前述的第2组装构件(70)类似，但在支撑体容纳凸起(81,81a)的内部面进行切口(lancing)，向支撑体容纳槽(82,82a)侧倾斜地凸出形成。因此，支撑体(11,11a)插入支撑体容纳槽(82,82a)，完成加压结合后，既可以省略螺丝(62)组装或顶出销(72)结合作业，又可以使结合状态更加坚固。
图9是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第4组装构件的立体图。
如图9所示，第4组装构件(90)作为在第2组装构件(70)的支撑体容纳槽(92)内部形成有多个支撑体固定凸起(93)的结构，具有柱状形状的主体(90a)，在主体(90a)的一侧形成有容纳支撑体(11,11a)的一对支撑体容纳凸起(91)。结果，在一对支撑体容纳凸起(91)的内部形成有槽式支撑体容纳槽(92)。另外，沿支撑体容纳凸起(91)的内部面，形成有一对沿长度方向相向的支撑体固定凸起(93)。因此，支撑体(11,11a)插入支撑体容纳槽(92)后，借助于固定凸起(93)实现加压结合。
图10是用于组装本发明的单位催化剂载体块的第5组装构件的立体图。
如图10所示，第5组装构件(95)作为取代在第4组装构件(90)中的多个支撑体固定凸起(93)而在支撑体容纳凸起(96)的外侧面具备加压槽(99a)的结构，其具有柱状形状的主体(95a)，在主体(95a)的一侧设置间隔地形成用于分别容纳支撑体(11,11a)三个凸出的支撑体容纳凸起(96)，在支撑体容纳凸起(96)之间，形成有用于分别容纳两个支撑体(11,11a)的第1支撑体容纳槽(97)和第2支撑体容纳槽(98)。另外，在支撑体容纳凸起(96)的两侧面的下侧，沿长度方向形成有加压槽(99a)，在把支撑体(11,11a)插入第1及第2支撑体容纳槽(97,98)后，对加压槽(99a)进行压着，防止支撑体(11,11a)脱离。
第4及第5组装构件(90,95)由用于在支撑体(11,11a)的上下进行组装而连结成一对的上部主体件与下部主体件构成，但在图9及图10中，只显示出上部主体件并进行说明。
如前所述，本发明的催化剂载体使用第1至第5组装构件(60,70,80,90,95)，可以组装多个单位催化剂载体块，轻松地实现大型化。因此，在本发明中，用于去除大型食品处理装置异味的情形是与加热器结合构成大容量的催化转化器，或是与加热器组合或只利用催化剂载体，可在大型船舶或成套设备中，用作净化尾气的用途。
下面对本发明的第2至第5实施例进行说明。
图11是关于本发明第2实施例的单位催化剂载体块的主视图，图12是显示制造图11所示单位催化剂载体块的工序的工序图，图13是显示利用图11所示单位催化剂载体块组装的大容量催化剂载体的立体图。
单位催化剂载体块(100)整体上由四角形结构构成，借助波纹板(112)与平板(113)形成的四角形巢室形成体(117)由多个中空型巢室(114)以波形或半圆形构成，由于以与前述图3类似结构构成，因此省略重复的说明。
本发明第2实施例的大容量催化剂载体(120)如图13所示，由四角形状的多个单位催化剂载体块(100~100h)以四角形状层叠组装构成。下面对大容量催化剂载体(120)中使用的单位催化剂载体块(100~100h)进行说明。在此，只代表性地对图11所示的单位催化剂载体块(100)进行说明。
如图11所示，单位催化剂载体块(100)包括四角形的支撑体(111)和四角形的巢室形成体(117)，所述四角形的巢室形成体(117)在四角形支撑体(111)内部，卷绕波纹板(112)与平板(113)相接的波纹板/平板组装体(116)形成多个中空型巢室(114)。
此时，在波纹板(112)与平板(113)的表面涂布有催化剂层，净化进入的尾气或去除异味。此时，单位催化剂载体块(100)的巢室形成体(117)分为中心部(A)和棱角部(B1~B4)，所述中心部(A)剖面为圆形，卷绕平板(113)与在平板(113)上经波纹(corrugation)处理的波纹板(112)的波纹板/平板组装体(116)，插入支撑体(111)，使得以螺旋(spiral)形态接触支撑体(111)的四边；所述棱角部(B1~B4)是沿着中心部(A)的曲面，由在平板(113)上经波纹处理的波纹板(112)交替插入支撑体(111)的四角。
这种中心部(A)如图11所示，可以以连续卷绕成圆形的方式、卷绕成任意多边形且越向支撑体(111)外部越形成圆形的方式等制作。此时，中心部(A)为防止波纹板(112)与平板(113)相互脱离，可以焊接波纹板(112)与平板(113)接触的部分，卷绕成圆形。而且，棱角部(B1~B4)是以波纹板(112)与平板(113)组装的分段形态，分别把多个波纹板/平板组装体(116)插入四角形支撑体(111)的角部分。
构成巢室形成体(117)的波纹板/平板组装体(116)使用具有与第1实施例相同的材料和巢室形状者。
单位催化剂载体块(100)根据催化剂金属的种类，例如，催化剂激活温度设置为200~600℃。此时，单位催化剂载体块(100)借助于波纹板(12)和平板(113)，沿长度方向形成有多个中空型巢室(114)，在其中央部，例如，可以形成或者省略供加热器(图中未示出)的延长部插入的贯通孔(115)。不过，在初始启动时，当尾气的温度低时，为形成催化剂金属的活性温度环境而需要加热器，因此，针对安装于大容量催化转化器的情形，通过后述的图18及图19进行说明。
另一方面，棱角部(B1~B4)也可以取代在支撑体(111)的角部分分别插入分段形态的波纹板(112)与平板(113)而形成的方式，如图12所示，通过另外的既定工序，制作成棱角部分形状进行插入。
如图12所示，在(a)及(b)步骤中，针对把波纹板/平板组装体(116)卷绕成圆环形的圆环卷绕体(131)，在支撑体(111)的棱角部分，为了变形为作为类似形态的三角形模块(132)，从3个方向应用引力。此时，三角形模块(132)优选以直角三角形形成，以便容易插入支撑体(111)的顶点部分。然后，在(c)及(d)步骤中，把三角形模块(132)配置于夹具(134a,134b)，按照中心部(A)的曲率，对与三角形模块(132)的直角相向的对边进行变形，形成棱角部(B)。在此，出于说明的便利，把棱角部(B1~B4)统称为棱角部(B)。另一方面，在(e)步骤中，显示出形成中心部(A)后插入支撑体(111)的情形，在(f)步骤中，通过分别把棱角部(B1~B4)插入支撑体(111)的棱角部分，从而形成四角形的单位催化剂载体块(100)。
图13中显示出组装前述的四角形的单位催化剂载体块(100)、形成大容量催化剂载体(120)的一个优选示例。如图13所示，大容量催化剂载体(120)是相互组装多个单位催化剂载体块(100~100h)形成。各个单位催化剂载体块(100~100h)的四角面相互贴紧组装、层叠。此时，单位催化剂载体块(100~100h)的组装如后述的图17所示进行，对其的详细说明在图17中叙述。而且，单位催化剂载体块(100~100h)的组装应用前述图6至图10的应用第1至第5组装构件(60,70,80,90,95)的方式，根据前述图6至图10，所属技术的技术人员将能够很容易理解，因此，省略对其的详细说明。
图14是显示本发明第3实施例的单位催化剂载体块的主视图，图15是显示本发明第4实施例的单位催化剂载体块的主视图，图16是显示本发明第5实施例的单位催化剂载体块的主视图。
如图14至图16所示，第3至第5实施例的单位催化剂载体块(200,300,400)的各个巢室形成体(217,317,417)经过多种工序对波纹板/平板组装体(216,316,416)进行处理后插入四角形的支撑体(211,311,411)内部。此时，波纹板(212,312,412)与平板(213,313,413)相接，形成多个中空型巢室(214,314,414)。
具体而言，第3实施例的单位催化剂载体块(200)的巢室形成体(217)由波纹板/平板组装体(216)折弯成直角，卷绕成螺旋形态，插入四角形的支撑体(211)(参照图14)。另外，第4实施例的单位催化剂载体块(300)的巢室形成体(317)由与四角形支撑体(311)的一条边长度相应的波纹板/平板组装体(316)依次层叠，插入四角形的支撑体(311)(参照图15)。另外，第5实施例的单位催化剂载体块(400)的巢室形成体(417)具有任意倾斜度地由波纹板/平板组装体(416)依次层叠，插入四角形的支撑体(411)。
第3至第5实施例的单位催化剂载体块(200~400)可以象图13所示第2实施例的单位催化剂载体块(100)一样相互组装，形成大容量催化剂载体。象第2实施例的单位催化剂载体块(100~100h)的组装一样，如后述图17所示进行，对此的详细说明将参照图17。
图17是显示利用第2至第5实施例的单位催化剂载体块组装大容量催化剂载体的方法的立体图。在此，出于说明的便利，把第2至第5实施例的单位催化剂载体块(100~400)统称为单位催化剂载体块(500)，把第2至第5实施例的单位催化剂载体块(100~400)的支撑体(111~411)统称为支撑体(511a)，统称为插入第2至第5实施例的单位催化剂载体块(100~400)的支撑体(111～411)的巢室形成体(511b)。
支撑体(511a)由上下开放型的四角形状构成，在各面的上端和下端形成多个螺栓组装孔(512)。此时，支撑体(511a)的高度(h2)制作得比巢室形成体(511b)的高度(h1)高，支撑体(511a)即使容纳巢室形成体(511b)，也能通过螺栓组装孔(512)与相邻支撑体实现螺栓组装(513)。作为一个示例，支撑体(511a)具有长×宽×高(h2)为324㎜×324㎜×380㎜的大小，巢室形成体(511b)具有长×宽×高(h1)为320㎜×320㎜×280㎜的大小。
另一方面，大容量催化剂载体(520)使多个单位催化剂载体块(500~500h)的各个四角面，以通过螺栓组装孔(512)的螺栓结合方式形成。附加地，大容量催化剂载体(520)沿上下部的最外角边框，用盒子(530)密封，提高耐久性及组装性。
这种大容量催化剂载体(520)使多个单位催化剂载体块(500~500h)的各个四角面贴紧组装，因而能够把巢室形成体(511b)的填充率设置为最大，使整体的形态变形实现最小化，由于通过多个单位催化剂载体块(500~500h)各个四角面把负荷向下分散，因而稳定地保持形态，安装时，因四角形的定型化形态而能够最佳地分散配置。
另一方面，图17所示第2至第5实施例的对于单位催化剂载体块(500~500h)的支撑体(111～411)螺栓组装结构也可以应用于第1实施例的支撑体(11,11a)的组装。另外，与此相反，第1实施例的第1至第5组装构件(60,70,80,90,95)也可以应用于第2至第5实施例的对于单位催化剂载体块(500~500h)的支撑体(111～411)。
图18是显示本发明第1实施例的催化转化器的结构的附图。
本发明第1实施例的单位催化剂载体块(10)对应于图18的单位催化剂载体块(600a)，本发明的第2至第5实施例的单位催化剂载体块(100~400)应用于图18的单位催化剂块(600b)。不过，出于说明上的便利，图18的单位催化剂块(600b)显示了第4实施例的单位催化剂载体块(300)，但并非限定于此，这是所属领域的技术人员容易理解的。
图18的单位催化剂载体块(600a,600b)如前所述，可以在形成大容量催化剂载体(610,620)时，与加热器(612)结合在一起，构成催化转化器。
图18的第1实施例的催化转化器在构成大容量催化剂载体时，把加热器(612)加装于多个单位催化剂载体块(600a,600b)的支撑体(611)而构成。即，第1实施例的催化转化器形成使支撑体(611)与加热器(612)实现一体化的结构(Elected Heated Catalyticconverter:EHC)。这种加热器(612)作为加热丝或面状加热器，在前面及背面覆盖绝缘材料(613)进行保护，绝缘材料(613)可以有选择地在前面及背面应用上部及下部盖(614)。
图19是显示本发明第2实施例的催化转化器的简要构成图。
其中，本发明的第1至第5实施例的单位催化剂载体块(10,100,200,300,400)如前所述相互组装，构成图19的大容量催化剂载体(700)。此时，图19的大容量催化剂载体(700)在进气口(711)侧间隔地配置加热器(710)，构成催化转化器。其中，通过进气口(711)进入的尾气通过加热器(710)加热后，通过大容量催化剂载体(700)净化后，通过排气口(712)排出。
如图18及图19所示，催化转化器选择性地配置加热器(612,710)，在尾气温度低于催化剂活性温度的情况下，为了大容量催化剂载体(610,620,700)中的需要追加性热源的初始反应而预先预热，形成大容量催化剂载体(610,620,700)的反应环境。
以上以特定优选实施例为例，对本发明进行图示、说明，但本发明并非限定于上述实施例，在不超出本发明精神的范围内，相应发明所属技术领域的技术人员能够进行多种变更和修改。
产业利用可能性
本发明适用于在大型船舶、成套设备或大容量食品处理装置等上使用的大容量转化器的催化剂载体。

Claims (19)

1.一种大容量催化剂载体，其特征在于包括：
多个单位催化剂载体块，其由沿长度方向形成了表面涂布有催化剂的多个中空型巢室的巢室形成体容纳于多边形支撑体并进行层叠；以及
多个组装构件，其用于在所述层叠的单位催化剂载体块之间固定相互接触的相邻的一对支撑体。
2.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述组装构件包括：
上部主体件，其由T字形构成，在端部两侧延长形成一对支撑体容纳凸起，以便分别形成一对第1支撑体容纳槽；
下部主体件，其由T字形构成，在端部两侧延长形成一对支撑体容纳凸起，以便分别形成一对第2支撑体容纳槽；以及
固定手段，其用于固定所述上部及下部主体件。
3.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述组装构件包括：
上部主体件，其在端部两侧分别延长形成一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽；
下部主体件，其在端部两侧分别延长形成一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽；以及
多个顶出销，其连结于沿所述各主体件的宽度方向形成的多个顶出销容纳槽，以便固定所述支撑体。
4.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述组装构件包括：
上部主体件，其在内部面上进行切口，以便形成供所述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，在端部两侧分别延长形成有向支撑体容纳槽一侧倾斜地配置的一对支撑体容纳凸起；以及
下部主体件，其在内部面上进行切口，以便形成供所述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，在端部两侧分别延长形成有向支撑体容纳槽一侧倾斜地配置的一对支撑体容纳凸起。
5.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述组装构件包括：
上部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，具备在所述支撑体容纳凸起的内周面凸出形成且与支撑体加压结合的多对支撑体固定凸起；以及
下部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，具备在所述支撑体容纳凸起的内周面凸出形成且与支撑体加压结合的多对支撑体固定凸起。
6.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述组装构件包括：
上部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的一侧容纳的第1支撑体容纳槽，在所述支撑体容纳凸起的各个外周面上沿长度方向具备加压槽；以及
下部主体件，其在端部两侧分别延长形成有一对支撑体容纳凸起，以便形成供所述支撑体的另一侧容纳的第2支撑体容纳槽，在所述支撑体容纳凸起的各个外周面上沿长度方向具备加压槽。
7.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于：
所述组装构件包括连结于相邻的支撑体的螺栓结合孔的螺栓/螺母。
8.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于，所述单位催化剂载体块的所述巢室形成体包括：
中心部，其把对平板和在所述平板上经波纹处理的波纹板进行组装的波纹板/平板组装体卷绕成圆形；以及
多个棱角部，其插入所述中心部的外周面与所述多边形支撑体的各角之间。
9.根据权利要求8所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述棱角部是对卷绕所述波纹板/平板组装体的圆环卷绕体进行成型形成。
10.根据权利要求8所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述单位催化剂载体块的所述巢室形成体是把所述波纹板/平板组装体卷绕成所述多边形支撑体的形状。
11.根据权利要求8所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述单位催化剂载体块的所述巢室形成体是层叠与所述多边形支撑体的一边长度相应的分段式的所述波纹板/平板组装体，插入于所述多边形支撑体形成。
12.根据权利要求8所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述单位催化剂载体块的所述巢室形成体是为了具有任意的倾斜度而交替层叠分段式的所述波纹板/平板组装体后插入于所述四角形支撑体形成。
13.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述巢室形成体及多边形支撑体分别以六角形、四角形、三角形及五角形中的任意一种形状构成。
14.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述单位催化剂载体块的所述巢室成型体是在FeCrAl系耐热性合金薄板上涂布了作为催化剂金属的在由铂金、钴、镍、钯、铜、锰及纳米银构成的组中选择的1种以上的金属。
15.根据权利要求1所述的大容量催化剂载体，其特征在于：所述多个中空型巢室以在由波形、半球形、蜂巢形、三角形、以及四角形构成的组中选择的一种形状构成。
16.一种催化转化器，其特征在于：包括大容量催化剂载体及加热器，所述大容量催化剂载体包括多个单位催化剂载体块和多个组装构件，其中，所述多个单位催化剂载体块由沿长度方向形成了表面涂布有催化剂的多个中空型巢室的巢室形成体容纳于多边形支撑体并进行层叠，所述多个组装构件用于在所述层叠的单位催化剂载体块之间，使相互接触的相邻的一对支撑体固定，使所述多个单位催化剂载体块实现一体化。
17.根据要得要求16所述的催化转化器，其特征在于：所述大容量催化剂载体在所述多个单位催化剂载体块各个支撑体之间配置所述加热器并组装在一起，从而实现一体化。
18.根据权利要求17所述的催化转化器，其特征在于：所述加热器由面状加热器构成，利用绝缘材料覆盖前面及背面。
19.根据权利要求16所述的催化转化器，其特征在于：所述加热器配置于所述大容量催化剂载体的进气口侧，在尾气从所述进气口进入之前预先预热。
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