JP2013523443A - 大容量金属触媒担体及びこれを利用した触媒コンバーター - Google Patents

Abstract

本発明は多数の大容量内燃機関を収容した大型船舶やプラント物または、大容量食物処理装置などの大容量排気ガス処理が要求される触媒コンバータに適用し得るように単位触媒担体ブロックを効果的に組み立て可能な形状に変更して多数の単位触媒担体ブロックを容易に組み立てて大型化できる組立構造を持つ大容量金属触媒担体およびこれを利用した大容量触媒コンバータに関するものである。
本発明の触媒担体は、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されたセル形成体が多角形支持体に収容されて積層される多数の単位触媒担体ブロックと；上記積層された単位触媒担体ブロックの間に相互接触する隣接した一対の支持体を固定させるための多数の組立部材と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は大容量金属触媒担体及びこれを利用した触媒コンバーターに係るもので、より詳しくは、多数の大容量内燃機関を収容した大型船舶やプラント物または大容量食物処理装置などの大容量排気ガス処理が要求される触媒コンバーターに適用し得るように単位触媒担体ブロックを効果的に組み立て可能な形状に変更して多数の単位触媒担体ブロックを容易に組み立てて大型化し得る組立構造を持つ大容量金属触媒担体及びこれを利用した大容量触媒コンバーターに関するものである。

一般的に、自動車及び船舶はガソリンなどの化石燃料を利用して駆動に必要な動力を発生させるようになっていることから、その構造的な特性上、燃料の不完全燃焼による一酸化炭素と窒素酸化物などのような人体に有害な排気ガスが発生するため、ガソリンなどの燃料が燃焼する燃焼室と、空気と燃料が混合される吸気系及び排気ガスが排出される排気系など、燃料の不完全燃焼による有害性分が発生する車体の各部分に多様な装置を備えて上記排気ガスの発生量を最大限抑制するようになっている。
したがって、排気ガスの有害性分を除去するために排気ガスを外部に排出させる自動車の排気管の間に触媒コンバーターを付着して使用している。触媒コンバーターは排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化させて二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に変換する酸化触媒と、質素化合物（ＮＯ_ｘ）を質素（Ｎ_２）にそれぞれ環円させる環円触媒などが使われていて、反応に必要な温度及び排気ガスの滞留時間などのような要件を満たすために触媒コンバーターの有効面積を大きくすると共に、その表面に粒子状の触媒を付着させた触媒担体がハウジング内に装着されている。

一方、触媒担体はその構造が四角形または六角形セルから成るハニカム（ｈｏｎｅｙ ｃｏｍｂ）構造から成っていて、排気ガスの有害性分が酸化及び環円反応を起こすようにする触媒がコーティングされている。
したがって、排気管を経由してハウジングの内部に流入される排気ガスは触媒担体にコーティングされた触媒と触媒反応をしながら流出口に進行するようになる。
ハニカム（ｈｏｎｅｙ ｃｏｍｂ）構造の触媒担体の一例が韓国登録特許第５２７９７０号に開示されていて、これを図１及び図２を参考にして説明する。

触媒担体（１ａ、１ｂ）は図１に図示された四角形のセル構造または図２に図示された六角形のセル構造を形成するセル（４ａ、４ｂ）を構成し、これらセル（４ａ、４ｂ）はそれぞれ貫通部（３ａ、３ｂ）を形成する。各セル（４ａ、４ｂ）と各セル通路隔壁（２ａ、２ｂ）の間には貴金属を含めた触媒コーティング層（例：アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等）がコーティングされている。このような触媒担体１ａ、１ｂはコーティング層にコーティングされた触媒によって排気ガスの酸化または環円反応を遂行して本来の機能を発揮することができる。
このような自動車用触媒担体はセル構造を円形構造であるセラミック一体型セル構造で形成してコーティング層の分布度を均一にする一方、セルの行間の垂直の高さも小さくしてセル密度を増大させることによって、触媒担体と排気ガス間の接触反応条件を充分に確保して触媒コンバーターの全体的な排気ガスの浄化効率を向上させる目的で提案されたものである。

しかし、このような自動車用触媒担体はセラミック原料を押出機に供給して金型から押し出してハニカム形状の断面を持った連続体に変換する押出成形工程によって製作されるから、多数の大型エンジンを使う大型船舶やプラント物などの大容量触媒反応器が必要なところには適用しにくいという問題点がある。
また、ディーゼルエンジン用ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）のように高硬度の素材、例えば、ＳｉＣを押出して成形するディーゼル媒煙低減装置は押出金型の寿命が短くて高価で、量産製品の種類によって多数の金型を保有しなければならないという難しさがある。
かつ、韓国登録特許第５２７９７０号に開示された触媒担体はセル構造に関係なく外部支持体が円筒形の形状を持っていて、大容量で集積する時に相互の組み立てが簡単に行われることができない構造である。

上記したように、従来にはこのような大容量の触媒担体を製作するためにセラミック構造から成る円筒形状の単位触媒担体ブロックを多数個積層して大容量化を図っていたが、製作が難しいという問題点がある。
一方、触媒担体が金属から成る場合、一般的に直径が３０ｃｍ以下である場合は簡単に製作されるが、これより大型で製作することは難しい。
特に、国際海事機構（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：ＩＭＯ）では、１９７３年に船舶からの海洋汚染防止に関する国際協約として、国際海洋汚染防止協約（ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｈｉｐｓ：ＭＡＲＰＯＬ）を採択した。ここでは窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を２０１１年から始まる付属書ＩＩ（ＴｉｅｒＩＩ）で現行対比２０％を低減し、２０１６年から始まる付属書ＩＩＩ（ＴｉｅｒＩＩＩ）で８０％を低減する船舶エンジン排出窒素酸化物規制プログラムに対して言及している。参考として国際海事機構（ＩＭＯ）は船舶の航路、交通規則、港湾施設などを国際的に統一するために設置されたＵＮ専門機構である。これによって、大型エンジンを使う大型船舶業界では排気ガスの中に含まれた窒素酸化物などを浄化するための大容量触媒コンバーターに対する研究が活発に進行している実情である。
したがって、このような触媒コンバーターは多数の大容量内燃機関を収容した大型船舶やプラント物または大容量食物処理装置などの大容量排気ガスを処理することができるように、小容量構造から大容量に製作されて提供し得る構造が要求される。

したがって、本発明の目的は、多数の大容量内燃機関を収容した大型船舶やプラント物または大容量食物処理装置などの大容量排気ガス処理が要求される触媒コンバーターに適用し得るように単位触媒担体ブロックを効果的に組み立て可能な形状に変更して多数の単位触媒担体ブロックを容易に組み立てて大型化し得る組立構造を持つ大容量金属触媒担体及びこれを利用した大容量触媒コンバーターを提供することにある。
本発明の他の目的は、金属薄板で製作することによって製造が容易な単位触媒担体ブロックを使用して組み立てるから、その製造工程が単純で製造費用の削減が可能な大容量金属触媒担体及びこれを利用した触媒コンバーターを提供することにある。

このような目的を達成するための本発明は、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されたセル形成体が多角形の支持体に収容されて積層される多数の単位触媒担体ブロックと；該積層された単位触媒担体ブロックの間に相互接触する隣接した一対の支持体と、を固定させるための多数の組立部材を含むことを特徴とする。
上記組立部材はＴ字形状から成って端部の両側にそれぞれ一対の第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が延長形成された上部本体ピースと；Ｔ字形状から成って端部の両側にそれぞれ一対の第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が延長形成された下部本体ピースと；上記上部及び下部本体ピースを固定させるための固定手段と、を含むことを特徴とする。

上記組立部材は上記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される上部本体ピースと；上記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される下部本体ピースと；上記支持体を固定するように上記各本体ピースの幅方向に沿って形成された多数の突き出しピン（ｅｊｅｃｔｏｒ ｐｉｎ）収容溝に締結される多数の突き出しピンと、を含むことを特徴とする。
上記組立部材は、上記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように内部面にランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）を与えて支持体収容溝側に傾斜するように配置された一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される上部本体ピースと；上記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように内部面にランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）を与えて支持体収容溝側に傾斜するように配置された一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される下部本体ピースと、を含むことを特徴とする。
上記組立部材は、上記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて上記支持体収容突条の内周面に突出形成され、支持体と圧搾結合される複数対の支持体固定突条を備える上部本体ピースと；上記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて上記支持体収容突条の内周面に突出形成され、支持体と圧搾結合される複数対の支持体固定突条を備える下部本体ピースと、を含むことを特徴とする。

上記組立部材は、上記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて上記支持体収容突条のそれぞれの外周面に長手方向に沿って圧搾溝を備える上部本体ピースと；上記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて上記支持体収容突条のそれぞれの外周面に長手方向に沿って圧搾溝を備える下部本体ピースと、を含むことを特徴とする。
上記組立部材は、隣接した支持体のボルト結合ホールに締結されるボルト／ナットを含むことを特徴とする。
上記単位触媒担体ブロックの上記セル形成体は、平板と該平板にコルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）処理された波板を組み立てた波板／平板組立体を円形で巻線した中心部と；該中心部の外周面と上記多角形支持体の各隅の間に挿入される多数の隅部と；を含むことを特徴とする。
上記隅部は上記波板／平板組立体を巻線した環円巻線体を成形して形成することを特徴とする。

上記単位触媒担体ブロックの上記セル形成体は上記波板／平板組立体を上記多角形支持体の形状で巻線することを特徴とする。
上記単位触媒担体ブロックの上記セル形成体は、上記多角形支持体の一辺の長さに該当するセグメントタイプの上記波板／平板組立体を積層して上記多角形支持体に挿入して形成することを特徴とする。
上記単位触媒担体ブロックの上記セル形成体はセグメントタイプの上記波板／平板組立体を任意の傾斜度を持つように交代で積層して上記四角形支持体に挿入して形成することを特徴とする。
上記セル形成体及び多角形支持体はそれぞれ六角形、四角形、三角形及び五角形の中で何れか一つの形状から成ることを特徴とする。
上記単位触媒担体ブロックの上記セル成形体はＦｅＣｒＡｌ系耐熱性合金薄板に触媒金属として、白金、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、マンガン及びナノシルバーから成る群から選択された何れか一つ以上の金属がコーティングされたことを特徴とする。

上記多数個の中空型セルは、波形、半球形、ハニカム、三角形、及び四角形から成る群から選択された何れか一つの形状から成ることを特徴とする。
また、本発明の触媒コンバーターは、表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されたセル形成体が多角形支持体に収容されて積層される多数の単位触媒担体ブロックと、これら積層された単位触媒担体ブロックの間に相互接触する隣接した一対の支持体を固定させて上記多数の単位触媒担体ブロックを一体化するための多数の組立部材を含む大容量触媒担体と；ヒーターと；を含む。
上記大容量触媒担体は、上記多数の単位触媒担体ブロックそれぞれの支持体の間に上記ヒーターを配置して共に組み立てることによって一体化することを特徴とする。
上記ヒーターは面状（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｙｐｅ）ヒーターから成り、前面及び背面を絶縁材でカバーすることを特徴とする。
上記ヒーターは上記大容量触媒担体の吸気口側に配置されて該吸気口から排気ガスが引入される前に予熱されることを特徴とする。

したがって、本発明は単位触媒担体ブロックを組み立て可能な形状に変更して多数の単位触媒担体ブロックを容易に組み立てて大容量コンバーターを実現することができる。
本発明においては、同一の形と大きさの多数の単位触媒担体ブロックを生産して組み立てるから、その製造工程が単純で触媒担体の成形装置及び熱処理装置の大型化が必要なくなり製造費用の削減が可能である。
本発明は国際海事機構（ＩＭＯ）により採択された国際海洋汚染防止協約（ＭＡＲＰＯＬ）の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）規制プログラムに対応して大型エンジンを使う大型船舶に適用されて国際基準に適合した排気ガス浄化施設を提供し得るという効果がある。

従来の触媒担体を示した斜視図である。 従来の触媒担体を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。 図３の単位触媒担体ブロックを利用して組み立てられた大容量触媒担体を示した斜視図である。 それぞれ本発明による第１組立部材を使用して二つの単位触媒担体ブロックを組み立てたものを示した斜視図及びこれに使用された第１組立部材を示した拡大斜視図である。 それぞれ本発明による第１組立部材を使用して二つの単位触媒担体ブロックを組み立てたものを示した斜視図及びこれに使用された第１組立部材を示した拡大斜視図である。 本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第２組立部材を示した斜視図である。 本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第３組立部材を示した斜視図である。 本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第４組立部材を示した斜視図である。 本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第５組立部材を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。 図１１の単位触媒担体ブロックを製造する工程を示した工程図である。 図１１の単位触媒担体ブロックを利用して組み立てられた大容量触媒担体を示した斜視図である。 本発明の第３実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。 本発明の第４実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。 本発明の第５実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。 第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロックを利用して大容量触媒担体を組み立てる方法を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による触媒コンバーターの構成を示した図である。 本発明の第２実施形態による触媒コンバーターを示した概略構成図である。

上述した目的、特徴及び長所は添付された図面を参照にして詳細に後述されている詳細な説明を通じてより明確になり、それによって本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が本発明の技術的な思想を容易に実施できるはずである。
また、本発明を説明することにおいて、本発明に関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁すと判断される場合にその詳細な説明を省略することにする。
以下、添付された図面を参照にして本発明による好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明は多数の大容量内燃機関を収容した大型船舶、プラント物または大容量食物処理装置などのように大容量排気ガス処理が要求される触媒コンバーターに適用し得るように単位触媒担体ブロックを組み立て可能な形状で製作した後、多数の単位触媒担体ブロックを容易に組み立てて大容量触媒コンバーターを構成する。
特に、単位触媒担体ブロックは組立性を向上するために多様な多角形構造で提案することができるし、ここでは代表的な組立構造として六角形構造（後述する第１実施形態）と四角形構造（後述する第２乃至第５実施形態）に対して説明する。

まず、本発明の第１実施形態に対して説明する。
図３は本発明の第１実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図で、図４は図３の単位触媒担体ブロックを利用して組み立てられた大容量触媒担体を示した斜視図である。
本発明の第１実施形態による大容量触媒担体２０は、図４に図示されたように多数の単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）が積層組み立てられて構成される。
単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）は積層組み立てられた場合、各ブロックの間に触媒担体が満たされなかった空間が最小化される形状を持つことと、各ブロック内部の触媒担体が支持体１１の内部に満たされなかった空間が最小化され、製造工程が簡単に行われることが好ましい。

以下、大容量触媒担体２０に使用される単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）に対して説明する。ここでは代表的に図３で一つの単位触媒担体ブロック１０に対してのみ説明する。
図３を参考にすると、単位触媒担体ブロック１０は支持体１１とセル形成体１７を含んで、該セル形成体１７は支持体１１の内部に波板１２と平板１３とが互いに接した波板／平板組立体１６が巻線されて形成され、多数の中空型セル１４を形成する。この時、波板１２と平板１３の表面には触媒層がコーティングされて流入された排気ガスが浄化されたり悪臭が除去される。
単位触媒担体ブロック１０の波板１２と平板１３は２０〜１００μｍの厚さを持つ耐熱性合金薄板に触媒金属として、例えば、白金、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、マンガン及びナノシルバーの中で少なくとも何れか一つをコーティングした材料を使用して、平板１３にコルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）処理された波板１２を巻線して支持体１１の内部に挿入される。ここでは波板１２と平板１３を同時に適用したのを示したが、多数個の波板１２にのみ適用することもできる。

一方、使用者の要求によって波板１２が平板１３から離脱されることを避けるために波板１２が平板１３と接触する部分を溶接して円形で巻線して支持体１１の内部に満たした後、該支持体１１の内側に支持体１１の隅の部分が満たされるように別途に隅部を製作して組み立てることもできる。また、隅部は長さが互いに異なるセグメント形態で多数の波板／平板組立体１６を積層して構成することができる。
また、前記支持体１１の内部に満たされるセル形成体１７は図３に図示されたような支持体１１の内部で成形する第１マスキング型がある。また、支持体１１の内部に満たされるセル形成体１７は巻線方法に従って円形で巻線して支持体１１の外部に行くほど漸次的に六角形で成形する第２マスキング型、六角形状で連続的に巻線する連続巻取型でも製作可能で、多様な方法によって多様な形状の単位触媒担体ブロックを成形することができる。
ただし、前記支持体１１の形状は単位ブロックの組み立てが空いた空間を作らないで積層可能な多角形形状であることが好ましい。例えば、前記支持体１１の形状は六角形（図３参照）、四角形（図１１参照）、三角形、五角形などを使うことができる。さらに、六角形、四角形、三角形などの支持体形状は単位触媒担体ブロックが積層組み立てられた場合、各ブロックの支持体の内部に触媒担体が満たされなかった空いた空間が発生し、組立工程が容易である。

単位触媒担体ブロック１０のセル形成体１７は触媒金属の種類によって例えば、２００〜６００℃で触媒活性温度が設定される。この場合、前記単位触媒担体ブロック１０は平板１３と波板１２により多数の中空型セル１４が長手方向に形成され、その中央部には必要によって、例えば、ヒーター（図示せず）の延長部が挿入される貫通孔１５を形成したり省略することができる。
多数の中空型セル１４は波形、半球形、ハニカム、三角形、四角形などの多様な形態の中で何れか一つから成る。波板１２と平板１３を成す耐熱性合金薄板は例えば、ＦｅＣｒＡｌなどが使用されることができる。ＦｅＣｒＡｌ系合金材料としては、Ｆｅ−１５Ｃｒ−５Ａｌ割合で合成されたペカルロイ合金またはＦｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ−ＲＥＭ（希土類金属）（ここで、ＲＥＭ（Ｙ、Ｈｆ、Ｚｒ）１％程度を含む）を使うことが好ましい。
前述した多数の単位触媒担体ブロック１０を組み立てて大容量触媒担体２０を成形した好ましい一例を図４に図示する。

図４を参考にすると、大容量触媒担体２０は六角形の単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）多数個を互いに組み立てて成形する。それぞれの単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）は六角面が互いに密着組み立てられて束形態で積層され、この時、単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）の間の結合は後述する図５乃至図１０に図示された第１乃至第５組立部材（６０、７０、８０、９０、９５）を使用して実現される。このような大容量触媒担体２０は同一の大きさと形で成形された多数の単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）を組み立てて製作されるから、その大きさが大容量であるコンバーターにも適用することができるし、要求されるコンバーターのサイズまたは処理容量によって各単位触媒担体ブロックの個数を調節すれば所望する断面積と表面的を持つ多様なコンバーターサイズに対応して製作が可能である。

以下、図５乃至図１０を参考にしてそれぞれの単位触媒担体ブロックを組み立てるための第１乃至第５組立部材に対して詳細に説明する。
下記の説明では説明の便宜のために二つの単位触媒担体ブロックの支持体（１１、１１ａ）にのみ図示する。
図５及び図６はそれぞれ本発明による第１組立部材を使用して二つの単位触媒担体ブロックを組み立てたのを示した斜視図及びこれに対して使用された第１組立部材を示した拡大斜視図である。
図３乃至図６を参考にすると、第１組立部材６０はそれぞれの単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）の二つの支持体（１１、１１ａ）が互いに対向する面に組み立てのために配置される。
前記第１組立部材６０はＴ字形状の上部及び下部本体ピース（６３ａ、６３ｂ）で構成されて、上下に互いに密着されるように一側面に形成された多数の組立ホール６１に組立螺子６２を使用して組み立てられればＩ字形状の本体６３が成形される。Ｉ字形状の本体６３は上下側端部の両側面それぞれの支持体（１１、１１ａ）がはめられて結合される支持体収容溝（６５、６５ａ）を形成するようにそれぞれ支持体収容溝（６４、６４ａ）が本体ピース（６３、６３ａ）と間隔を置いて延長形成されている。

まず、前記支持体（１１、１１ａ）の下側に下部本体ピース６３ｂをはめ込んで、前記支持体（１１、１１ａ）の上側に上部本体ピース６３ａをはめ込んだ後、螺子６２を螺子組立ホール６１に締結して上部及び下部本体ピース（６３、６３ａ）を固定させることによって二つの支持体（１１、１１ａ）を組み立てる。
上記と同一の方法で多数の単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）の外部に配置された支持体（１１、１１ａ）の残りの側面に対する第１組立部材６０の組み立てが完了すれば大型の触媒担体が得られる。

図７は本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第２組立部材を示した斜視図である。
図７を参考にすると、第２組立部材７０は隣接した二つの支持体（１１、１１ａ）を上下ではめて結合させる棒状から成る一対の上部及び下部本体ピース（７０ａ、７０ｂ）で構成される。各本体ピース（７０ａ、７０ｂ）は両側面に多数の突き出しピン収容孔７１を持って突き出しピン７２によって支持体（１１、１１ａ）と組み立てられる。上部及び下部本体ピース（７０ａ、７０ｂ）はそれぞれ支持体収容突条（７４、７４ａ）により形成されたトレンチ型支持体収容溝（７３、７３ａ）を備える。

まず、上部本体ピース７０ａに二つの支持体（１１、１１ａ）を挿入した後、突き出しピン収容孔７１に突き出しピン７２を結合して固定し、下部本体ピース７０ｂも上部本体ピース７０ｂと同一に突き出しピン７２を結合して固定する。
同じく、上記と同一の方法で多数の単位触媒担体ブロック（１０〜１０ｆ）の外部に配置された支持体（１１、１１ａ）の残りの側面に対する第２組立部材７０の組み立てを完了すれば大型の触媒担体が得られる。

図８は本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第３組立部材を示した斜視図である。
図８を参考にすると、第３組立部材８０は二つの支持体（１１、１１ａ）を上下ではめて結合させる棒状の一対の上部及び下部本体ピース（８０ａ、８０ｂ）で構成され、前述した第２組立部材７０と類似しているが、支持体収容突条（８１、８１ａ）の内部面にランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）を与えて支持体収容溝（８２、８２ａ）側に傾斜するように突出して形成される。したがって、前記支持体（１１、１１ａ）が支持体収容溝（８２、８２ａ）に挿入されて圧搾結合が行われれば、螺子６２組み立てまたは突き出しピン７２結合作業を省略しながらも結合状態をより堅固にすることができる。

図９は、本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第４組立部材を示した斜視図である。
図９を参考にすると、第４組立部材９０は第２組立部材７０の支持体収容溝９２の内部に多数の支持体固定突条９３が形成された構造であって、棒状の本体９０ａを持って該本体９０ａの一方側に支持体（１１、１１ａ）を収容する一対の支持体収容突条９１が形成される。その結果、一対の支持体収容突条９１の内部にトレンチ型支持体収容溝９２が形成される。また、前記支持体収容突条９１の内部面に沿って長手方向に対向する一対の支持体固定突条９３が多数個形成されている。したがって、前記支持体（１１、１１ａ）が前記支持体収容溝９２に挿入されると前記固定突条９３によって圧搾結合が行われる。

図１０は、本発明による単位触媒担体ブロックを組み立てるための第５組立部材を示した斜視図である。
図１０を参考にすると、前記第５組立部材９５は第４組立部材９０で多数の支持体固定突条９３の代わりに支持体収容突条９６の外側面に圧搾溝９９ａを備えた構造であって、棒状の本体９５ａを持って該本体９５ａの一方側に支持体（１１、１１ａ）をそれぞれ収容するための三つの突出した支持体収容突条９６が間隔を置いて形成され、該支持体収容突条９６の間には二つの支持体（１１、１１ａ）をそれぞれ収容するための第１支持体収容溝９７と第２支持体収容溝９８が形成される。また、前記支持体収容突条９６の両側面の下側には圧搾溝９９ａが長手方向に沿って形成されていて、前記第１及び第２支持体収容溝９７、９８に支持体（１１、１１ａ）を挿入した後、前記圧搾溝９９ａを圧搾して前記支持体（１１、１１ａ）が離脱することを防止する。

前記第４及び第５組立部材９０、９５は前記支持体（１１、１１ａ）の上下で組み立てられて一対で締結されるための上部本体ピースと下部本体ピースから成るものであるが、図９及び図１０では上部本体ピースに対してのみ図示して説明した。
前述したように、本発明の触媒担体は第１乃至第５組立部材（６０、７０、８０、９０、９５）を使用して多数の単位触媒担体ブロックを組み立てて容易に大型化することができる。したがって、本発明では大型食物処理装置の悪臭を除去するのに使用される場合、ヒーターと結合して大容量の触媒コンバーターを構成するか、またはヒーターと組み合わせたり触媒担体だけで大型船舶やプラント物に排気ガスを浄化する用途で活用することができる。

次に、本発明の第２乃至第５実施形態に対して説明する。
図１１は本発明の第２実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図で、図１２は図１１の単位触媒担体ブロックを製造する工程を示した工程図、図１３は図１１の単位触媒担体ブロックを利用して組み立てられた大容量触媒担体を示した斜視図である。
単位触媒担体ブロック１００は全体的に四角形構造から成り、波板１１２と平板１１３によって形成された四角形セル形成体１１７は多数の中空型セル１１４が波形または半円形で形成されていて、前述した図３と類似の構造から成るから重複する説明は省略する。

本発明の第２実施形態による大容量触媒担体１２０は、図１３に図示されたように、四角形状の多数の単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）が四角形状で積層組み立てられて構成される。以下、前記大容量触媒担体１２０に使用される単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）に対して説明する。ここでは代表的に図１１の単位触媒担体ブロック１００に対してのみ説明する。
図１１を参考にすると、単位触媒担体ブロック１００は四角形の支持体１１１と、該四角形の支持体１１１の内部に波板１１２と平板１１３とが互いに接した波板／平板組立体１１６を巻線して多数の中空型セル１１４を形成する四角形のセル形成体１１７と、を含む。
この時、前記波板１１２と平板１１３の表面には触媒層がコーティングされて流入された排気ガスが浄化されたり悪臭が除去される。この時、単位触媒担体ブロック１００のセル形成体１１７は平板１１３と、該平板１１３にコルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）処理された波板１１２の波板／平板組立体１１６を巻線して支持体１１１にスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）形態で支持体１１１の四辺に接するように挿入された断面が円形である中心部（Ａ）、該中心部（Ａ）の曲面に沿って平板１１３にコルゲーション処理された波板１１２が交代で支持体１１１の四つの隅に挿入された隅部（Ｂ１〜Ｂ４）に区分される。

このような中心部（Ａ）は図１１のように円形で継続して巻線する方式、任意の多角形で巻線して支持体１１１の外部に行くほど円形で成形する方式などで製作することができる。この時、中心部（Ａ）は波板１１２と平板１１３とが互いに離脱することを防止するために、波板１１２と平板１１３が接触する部分を溶接して円形で巻線することができる。かつ、隅部（Ｂ１〜Ｂ４）は四角形支持体１１１の隅の部分に波板１１２と平板１１３が組み立てられたセグメント形態で多数の波板／平板組立体１１６をそれぞれ挿入する。
セル形成体１１７を構成する波板／平板組立体１１６は第１実施形態と同一の材料とセル形状を持つものを使う。

単位触媒担体ブロック１００は触媒金属の種類によって例えば、２００〜６００℃で触媒活性温度が設定される。この場合、前記単位触媒担体ブロック１００は波板１２と平板１１３により多数の中空型セル１１４が長手方向に形成され、その中央部には例えば、ヒーター（図示せず）の延長部が挿入される貫通孔１１５を形成したり省略することができる。ただし、ヒーターは初期動作時に排気ガスの温度が低い場合、触媒金属の活性温度環境を形成するために必要であり、それにより大容量触媒コンバーターに設置される場合に対して後述する図１８及び図１９を用いて説明することにする。
一方、前記隅部（Ｂ１〜Ｂ４）は支持体１１１の隅の部分にセグメント形態の波板１１２と平板１１３をそれぞれ挿入して形成する代わりに、図１２のように別途に所定の工程を通じて隅の部分形状で製作して挿入することもできる。

図１２を参照すると、（ａ）及び（ｂ）段階では波板／平板組立体１１６を環円型で巻線した環円巻線体１３１に対して支持体１１１の隅の部分に類似の形態である三角形モジュール１３２に変形するために３方向で引力を適用する。この時、該三角形モジュール１３２は前記支持体１１１の頂点の部分に挿入されるのに容易なように直角三角形で形成することが好ましい。以後、（ｃ）及び（ｄ）段階では三角形モジュール１３２をジグ（１３４ａ、１３４ｂ）に配置し、中心部（Ａ）の曲率によって三角形モジュール１３２の直角に対向する対辺を変形して隅部（Ｂ）を形成する。ここでは説明の便宜上隅部（Ｂ１〜Ｂ４）を通称して隅部（Ｂ）という。一方、（ｅ）段階では中心部（Ａ）を形成した後に支持体１１１に挿入したものを示して、（ｆ）段階では前記支持体１１１の隅の部分に隅部（Ｂ１〜Ｂ４）をそれぞれ挿入することによって、四角形の単位触媒担体ブロック１００を形成する。

前述した四角形の単位触媒担体ブロック１００を組み立てて大容量触媒担体１２０を成形した好ましい一例を図１３に図示する。図１３を参考にすると、大容量触媒担体１２０は多数の単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）を互いに組み立てて成形する。それぞれの単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）は四角面が互いに密着組み立てられて積層される。この時、単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）の組み立ては後述する図１７のように行われ、それに対する詳しい説明は図１７で後述する。また、単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）の組み立ては前述した図６乃至図１０の第１乃至第５組立部材（６０、７０、８０、９０、９５）を適用した方式を適用することができるし、それに対する詳しい説明は前述した図６乃至図１０によって当業者なら容易に理解するであろうことから省略することにする。
図１４は本発明の第３実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図で、図１５は本発明の第４実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図で、図１６は本発明の第５実施形態による単位触媒担体ブロックを示した正面図である。
図１４乃至図１６に図示されたように、第３乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（２００、３００、４００）のそれぞれのセル形成体（２１７、３１７、４１７）は、四角形の支持体（２１１、３１１、４１１）の内部に波板／平板組立体（２１６、３１６、４１６）が多様な工程で処理されて挿入される。この時、波板（２１２、３１２、４１２）と平板（２１３、３１３、４１３）とが互いに接して多数の中空型セル（２１４、３１４、４１４）が形成される。

具体的に、第３実施形態による単位触媒担体ブロック２００のセル形成体２１７は波板／平板組立体２１６が直角に曲げられてスパイラル形態で巻線されて四角形の支持体２１１に挿入される（図１４参照）。また、第４実施形態による単位触媒担体ブロック３００のセル形成体３１７は四角形の支持体３１１の一辺の長さに該当する波板／平板組立体３１６が順次的に積層されて四角形の支持体３１１に挿入される（図１５参照）。また、第５実施形態による単位触媒担体ブロック４００のセル形成体４１７は、任意の傾斜度を持つように波板／平板組立体４１６が順次的に積層されて四角形の支持体４１１に挿入される。
第３乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック２００〜４００は図１３に図示された第２実施形態による単位触媒担体ブロック１００のように互いに組み立てて大容量触媒担体を成形することができる。これに対する詳しい説明は第２実施形態による単位触媒担体ブロック（１００〜１００ｈ）の組み立てのように後述する図１７のように行われ、図１７を参照することにする。

図１７は第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロックを利用して大容量触媒担体を組み立てる方法を示した斜視図である。ここでは説明の便宜上第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（１００〜４００）を通称して単位触媒担体ブロック５００とし、第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（１００〜４００）の支持体（１１１〜４１１）を通称して支持体５１１ａとし、第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（１００〜４００）の支持体（１１１〜４１１）に挿入されるセル形成体５１１ｂという。
前記支持体５１１ａは上下開放型の四角形状から成り、各面の上端と下端に多数のボルト組立ホールを５１２を形成する。この時、前記支持体５１１ａの高さ（ｈ２）はセル形成体５１１ｂの高さ（ｈ１）より高く製作されて、前記支持体５１１ａは前記セル形成体５１１ｂを収容してもボルト組立ホールを５１２を通じて隣接の支持体とのボルト組立５１３が可能である。一例として、前記支持体５１１ａは横×縦×高さ（ｈ２）が３２４ｍｍ×３２４ｍｍ×３８０ｍｍの大きさを持ち、前記セル形成体５１１ｂは横×縦×高さ（ｈ１）が３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×２８０ｍｍの大きさを持つ。

一方、大容量触媒担体５２０は多数の単位触媒担体ブロック（５００〜５００ｈ）それぞれの四角面を密着させてボルト組立ホールを５１２によるボルト結合で形成される。付加的に、前記大容量触媒担体５２０は上下部の最外角の枠に沿ってケース５３０でシーリングして耐久性及び組立性を高めることもできる。
このような大容量触媒担体５２０は多数の単位触媒担体ブロック（５００〜５００ｈ）それぞれの四角面を密着させて組み立てるから、セル形成体５１１ｂの曲線因子（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を最大で設定することができて、全体的な形態変形を最小化し、多数の単位触媒担体ブロック（５００〜５００ｈ）それぞれの四角面を通じて荷重を下へ分散するから安全的に形態を維持し、設置時に四角形の定形化された形態によって最適で分散配置することができる。
一方、図１７に図示された第２乃至第５実施形態の単位触媒担体ブロック（５００〜５００ｈ）に対する支持体（１１１〜４１１）のボルト組立構造は、第１実施形態の支持体（１１、１１ａ）の組み立てにも適用することができる。また、これとは反対に第１実施形態の第１乃至第５組立部材（６０、７０、８０、９０、９５）は第２乃至第５実施形態の単位触媒担体ブロック（５００〜５００ｈ）に対する支持体（１１１〜４１１）に適用することもできる。

図１８は本発明の第１実施形態による触媒コンバーターの構成を示した図面である。
本発明の第１実施形態による単位触媒担体ブロック１０は図１８の単位触媒担体ブロック６００ａに対応し、本発明の第２乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（１００〜４００）は図１８の単位触媒ブロック６００ｂに対応する。ただし、説明の便宜上図１８の単位触媒ブロック６００ｂは第４実施形態による単位触媒担体ブロック３００を示したが、これに限定されないことを当業者なら容易に理解できるはずである。
図１８の単位触媒担体ブロック（６００ａ、６００ｂ）は前述したように大容量触媒担体（６１０、６２０）を成形する時に前記ヒーター６１２を共に結合して触媒コンバーターを構成することができる。

図１８の第１実施形態による触媒コンバーターは、大容量触媒担体を構成する時に多数の単位触媒担体ブロック（６００ａ、６００ｂ）の支持体６１１にヒーター６１２を装着して構成する。すなわち、第１実施形態による触媒コンバーターは支持体６１１とヒーター６１２とを一体化させた構造（Ｅｌｅｃｔｅｄ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＥＨＣ）を形成する。このようなヒーター６１２はフィラメントまたは面状（Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｙｐｅ）ヒーターであって、前面及び背面に絶縁材６１３がカバーされて保護され、該絶縁材６１３は選択的に前面及び背面に上部及び下部カバー６１４を適用することができる。
図１９は本発明の第２実施形態による触媒コンバーターを示した概略構成図である。
ここで、本発明の第１乃至第５実施形態による単位触媒担体ブロック（１０、１００、２００、３００、４００）は前述したように互いに組み立てて図１９の大容量触媒担体７００を構成する。この時、図１９の大容量触媒担体７００は吸入口７１１側にヒーター７１０を離隔配置して触媒コンバーターを構成する。ここで、前記吸入口７１１を通じて引入された排気ガスはヒーター７１０を通じて加熱された後、大容量触媒担体７００を通じて浄化されて排気口７１２を通じて排出される。

図１８及び図１９のように触媒コンバーターは選択的にヒーター６１２、７１０を配置し、排気ガスの温度が触媒活性温度より低い場合に大容量触媒担体（６１０、６２０、７００）での反応に追加的な熱元が必要な初期反応のために予め予熱させて大容量触媒担体（６１０、６２０、７００）の反応環境を形成する。
以上では本発明を特定の好ましい実施形態を例をあげて説明したが、本発明は、実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的な思想を逸脱しない範囲内で多様に変形及び変更が可能である。

本発明は大型船舶、プラント物または大容量食物処理装置などに使用される大容量コンバーターの触媒担体に適用することができる。

Claims (19)

1. 表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されたセル形成体が多角形支持体に収容されて積層される多数の単位触媒担体ブロックと；
   該積層された単位触媒担体ブロックの間に相互接触する隣接した一対の支持体を固定させるための多数の組立部材と、を含むことを特徴とする大容量触媒担体。
2. 前記組立部材は、
   Ｔ字形状から成って端部の両側にそれぞれ一対の第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が延長形成された上部本体ピースと；
   Ｔ字形状から成って端部の両側にそれぞれ一対の第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が延長形成された下部本体ピースと；
   前記上部及び下部本体ピースを固定させるための固定手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
3. 前記組立部材は、
   前記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される上部本体ピースと；
   前記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される下部本体ピースと；
   前記支持体を固定するように前記各本体ピースの幅方向に沿って形成された多数の突き出しピン収容溝に締結される多数の突き出しピンと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
4. 前記組立部材は、
   前記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように内部面にランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）を与えて支持体収容溝側に傾斜するように配置された一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される上部本体ピースと；
   前記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように内部面にランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）を与えて支持体収容溝側に傾斜するように配置された一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成される下部本体ピースと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
5. 前記組立部材は、
   前記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて前記支持体収容突条の内周面に突出形成され、支持体と圧搾結合される複数対の支持体固定突条を備える上部本体ピースと；
   前記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて前記支持体収容突条の内周面に突出形成され、支持体と圧搾結合される複数対の支持体固定突条を備える下部本体ピースと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
6. 前記組立部材は、
   前記支持体の一方側が収容される第１支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて前記支持体収容突条のそれぞれの外周面に長手方向に沿って圧搾溝を備える上部本体ピースと；
   前記支持体の他方側が収容される第２支持体収容溝を形成するように一対の支持体収容突条が端部の両側にそれぞれ延長形成されて前記支持体収容突条のそれぞれの外周面に長手方向に沿って圧搾溝を備える下部本体ピースと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
7. 前記組立部材は隣接した支持体のボルト結合ホールに締結されるボルト／ナットを含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
8. 前記単位触媒担体ブロックの前記セル形成体は、
   平板と該平板にコルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）処理された波板を組み立てた波板／平板組立体を円形で巻線した中心部と；
   前記中心部の外周面と前記多角形支持体の各隅の間に挿入される多数の隅部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
9. 前記隅部は、前記波板／平板組立体を巻線した環円巻線体を成形して形成することを特徴とする請求項８に記載の大容量触媒担体。
10. 前記単位触媒担体ブロックの前記セル形成体は前記波板／平板組立体を前記多角形支持体の形状で巻線することを特徴とする請求項８に記載の大容量触媒担体。
11. 前記単位触媒担体ブロックの前記セル形成体は前記多角形支持体の一辺の長さに該当するセグメントタイプの前記波板／平板組立体を積層して前記多角形支持体に挿入して形成することを特徴とする請求項８に記載の大容量触媒担体。
12. 前記単位触媒担体ブロックの前記セル形成体はセグメントタイプの前記波板／平板組立体を任意の傾斜度を持つように交代で積層して前記四角形支持体に挿入して形成することを特徴とする請求項８に記載の大容量触媒担体。
13. 前記セル形成体及び多角形支持体はそれぞれ六角形、四角形、三角形及び五角形の中で何れか一つの形状から成ることを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
14. 前記単位触媒担体ブロックの前記セル成形体はＦｅＣｒＡｌ系耐熱性合金薄板に触媒金属として、白金、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、マンガン及びナノシルバーから成る群から選択された何れか一つ以上の金属がコーティングされたことを特徴とする請求項１に記載の大容量触媒担体。
15. 前記多数個の中空型セルは波形、半球形、ハニカム、三角形、及び四角形から成る群から選択された何れか一つの形状から成ることを特徴とする請求項に１記載の大容量触媒担体。
16. 表面に触媒がコーティングされた多数の中空型セルが長手方向に形成されたセル形成体が多角形支持体に収容されて積層される多数の単位触媒担体ブロックと、これら積層された単位触媒担体ブロックの間に相互接触する隣接した一対の支持体を固定させて前記多数の単位触媒担体ブロックを一体化するための多数の組立部材を含む大容量触媒担体と；ヒーターと；を含むことを特徴とする触媒コンバーター。
17. 前記大容量触媒担体は、前記多数の単位触媒担体ブロックそれぞれの支持体の間に前記ヒーターを配置して共に組み立てることによって一体化することを特徴とする請求項１６に記載の触媒コンバーター。
18. 前記ヒーターは面状ヒーターから成り、前面及び背面を絶縁材でカバーすることを特徴とする請求項１７に記載の触媒コンバーター。
19. 前記ヒーターは前記大容量触媒担体の吸気口側に配置されて該吸気口から排気ガスが引入される前に予熱されることを特徴とする請求項１６に記載の触媒コンバーター。