JP2022541790A - 触媒用コーティング組成物を含む触媒反応装置およびコーティング方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、触媒用コーティング組成物を含む触媒反応装置および前記コーティング組成物のコーティング方法であって、タングステン１～１５重量部、バナジウム１～１５重量部、チタン３５～５５重量部および酸素３０～４５重量部を含むコーティング組成物が塗布される触媒部を含む。本発明によれば、特定の温度環境で触媒反応効率が低下することを防止できるので、汎用性を最大化できる。【選択図】図１

Description

本発明は、触媒用コーティング組成物を含む触媒反応装置およびコーティング方法に関する。より詳細には、低温および高温環境で高い触媒反応効率を有するコーティング組成物が塗布された触媒反応装置および前記コーティング組成物のコーティング方法に関する。

一般的に、室内空気中のダスト、細菌、その他汚染物質などの除去のための目的または産業現場で発生する窒素酸化物などの発生を最小化するための目的でフィルター用触媒を使用している。上記のような触媒は、空気中に含まれた水、酸素などを活性化させて、吸着した汚染物質を分解、除去することによって空気を浄化して、環境汚染を防止する。特に、バナジウム／チタン触媒の場合、窒素酸化物が還元剤であるアンモニアと選択的に反応して、窒素および水に分解されることから、多く使用されている。しかしながら、上記のような触媒は、低温環境で活性化しにくいため、触媒変換効率が低下する問題点を有する。

韓国特許登録第１０－１０９５２２９号公報（２０１１．１２．０９．登録）

本発明の技術的課題は、より高い効率の触媒反応を誘導することにある。

また、本発明は、高温環境だけでなく、低温環境でも容易な活性化をもたらして、容易な触媒反応を実施することを目的とする。

このために、本発明は、触媒用コーティング組成物を含む触媒反応装置および前記コーティング組成物のコーティング方法であって、タングステン１～１５重量部、バナジウム１～１５重量部、チタン３５～５５重量部および酸素３０～４５重量部を含むコーティング組成物が塗布される触媒部を含む。

本発明によれば、特定の温度環境で触媒反応効率が低下することを防止できるので、汎用性を最大化できる。

本発明の第１実施形態に係る触媒反応装置を全体的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る胴体部を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る胴体部を示す斜視図である。 図３による胴体部の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る胴体部を示す斜視図である。 図５による胴体部の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 図７による第１触媒部および第２触媒部の断面図である。 図７による第１触媒部および第２触媒部が分離されたことを示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 図１１による第１触媒部および第２触媒部が分離されたことを示す図である。 図１１による第１触媒部および第２触媒部の拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 図１４による第１触媒部および第２触媒部が分離されたことを示す図である。 図１４による第１触媒部および第２触媒部の拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 図１７による第１触媒部および第２触媒部が分離されたことを示す図である。 図１７による第１触媒部および第２触媒部の拡大図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 図２０による第１触媒部および第２触媒部が分離されたことを示す図である。 図２０による第１触媒部および第２触媒部の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る触媒反応装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るベンディング段階（Ｓ１）を示す図である。 本発明の第２－１実施形態に係るガイド部形成段階を示す図である。 本発明の第２－１実施形態に係る側壁およびガイド部を示す図である。 本発明の第２－１実施形態に係る本体を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る第１触媒部および第２触媒部を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る触媒部を示す図である。 本発明の第２－１実施形態に係る触媒部および第１溝を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る積層段階（Ｓ５）および蓋体結合段階を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。 本発明の第２－２実施形態に係るガイド部形成段階を示す図である。 本発明の第２－２実施形態に係る積層段階（Ｓ５）および蓋体結合段階を示す図である。 本発明の第２－２実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る第２基板を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る触媒部形成段階を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る触媒用コーティング組成物および触媒部を示す断面拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る触媒反応装置を全体的に示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る第１触媒部を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る第１凹凸パターン部１１１および第２凹凸パターン部１１２を示す断面拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る第１凹凸パターン部１１１および第２凹凸パターン部１１２の各構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第２触媒部を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第２触媒部の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る複数個の触媒部が上下方向に積層されることを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第１触媒部と上側方向に位置するさらに他の第２触媒部とが互いに結着されることを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る第１触媒部と第２触媒部とが互いに結着されることを示す図である。 本発明の一実施形態に係る触媒部および従来の触媒に対する窒素酸化物転換率を比較する図である。

タングステン１～１５重量部、バナジウム１～１５重量部、チタン３５～５５重量部および酸素３０～４５重量部を含むコーティング組成物が塗布される触媒部を含む触媒反応装置。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で具現され得、以下で開示される実施形態に限定されない。また、図面において本発明を明確に開示するために、本発明と関係ない部分を省略し、図面において同一または同様の符号は、同じまたは同様の構成要素を示す。

本発明の目的および効果は、下記の説明によって自然に理解されたり、より明確になり得、下記の記載だけで本発明の目的および効果が限定されるわけではない。

本発明の目的、特徴および長所は、以下の詳細な説明を通じてより明確になるだろう。
また、本発明を説明するに際して、本発明に関連した公知の技術に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略することとする。

本発明を詳細に説明するに先立って、「上側方向」は、図面において上側方向を意味し、「下側方向」は、図面において下側方向を意味する。側面方向は、図面の左側方向または右側方向を意味する。「第１方向ｄ１」は、胴体部１０の開口された面の方向から胴体部１０の内部に向かう方向であって、胴体部１０の前方から後方に向かう方向を意味する。また、「第２方向ｄ２」は、「第１方向ｄ１」と直交し、かつ、胴体部１０の一側面から他側面を見る方向を指し、かつ、図１の右上側方向を意味する。また、「流体」は、本発明による触媒反応装置の内部に投入されて、後述する第１触媒部２１および第２触媒部２２により触媒反応して、窒素酸化物などの不純物成分および汚染物質が除去および還元される主体を意味する。しかも、「外側方向」は、胴体部１０を基準として外部に向かう方向を意味し、「内側方向」は、胴体部１０の外部から内部に向かう方向であって、「外側方向」の反対方向を意味する。

以下、添付の図面を参照して本発明による実施形態を詳細に説明することとする。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る触媒反応装置を全体的に示す図である。

本発明の第１実施形態に係る触媒反応装置は、第１方向ｄ１への面が開口して、流体に対する触媒反応を起こすための空間を提供する胴体部１０と、前記胴体部１０の内部に位置し、流体と触媒反応を起こす触媒部２０と、を含み、前記触媒部２０は、第１触媒部２１と、前記第１触媒部２１の下側方向に位置する第２触媒部２２と、を含む。

触媒部２０は、流体との触媒反応を起こすための構成であって、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選ばれる１種以上の金属を含んでもよい。

より詳細には、前記触媒部２０の成分比（元素比）は、パラジウム（Ｐｄ）０．１～０．５：モリブデン（Ｍｏ）０．３～１：ニオブ（Ｎｂ）２～５：ジルコニウム（Ｚｒ）０．５～３：ビスマス（Ｂｉ）０．３～２：タングステン（Ｗ）０．３～１．５：バナジウム（Ｖ）３～８：チタン（Ｔｉ）８０～９０でありうる。

本発明のさらに他の実施形態に係る触媒部２０の成分比（元素比）は、タングステン（Ｗ）０．２～１．７：鉄（Ｆｅ）３０～８６：クロム（Ｃｒ）５～１９：バナジウム（Ｖ）３～８：およびチタン（Ｔｉ）２５～９０でありうる。

一方、後述するが触媒部２０は、第１触媒部２１および第２触媒部２２を含み、前記第１触媒部２１および第２触媒部２２は、スポット溶接またはろう付け（Ｂｒａｚｉｎｇ）を通して互いに当接するように備えられ、胴体部１０の内部に位置し得る。これは、第１触媒部２１および第２触媒部２２の破損を最小化しつつ、より堅固な胴体部内保持を可能にする効果を有する。すなわち、スポット溶接またはろう付けを通した第１触媒部２１および第２触媒部２２の接合過程で、第１触媒部２１および第２触媒部２２の強度を維持しながらも、熱応力による反り、熱変形および損傷などを防止できる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る胴体部１０を示す斜視図である。

胴体部１０は、流体の触媒反応のための空間を提供する構成である。このために、胴体部１０は、第１方向ｄ１への面が開口する筐体形態からなる。詳細には、胴体部１０は、上面が開口して、後述する第１触媒部２１および第２触媒部２２が挿入される。胴体部１０が備えられることによって、内部に位置する流体が第１触媒部２１および第２触媒部２２と当接する時間をさらに増加させて触媒性能を最大化できる。また、胴体部１０は、図２に示されたように、第１触媒部２１および第２触媒部２２を固定するために、表面がなめらかな方形フレーム形態を有し、表面が平たく備えられた板形状に形成されたり、胴体部１０の表面が特定形態にパターン化されて備えられることもできる（図３～図６参照）。

図３は、本発明のさらに他の実施形態に係る胴体部１０'を示す斜視図であり、図４は、図３による胴体部１０'の断面図であり、図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る胴体部１０''を示す斜視図であり、図６は、図５による胴体部１０''の断面図である。図３～図６は、胴体部の様々な実施形態を全部説明するために表現する図であって、本発明の一実施形態に係る胴体部１０と本発明のさらに他の実施形態に係る二つのタイプの胴体部１０'、１０''を順次に説明する。

前述したように、胴体部１０'、１０''は、表面が特定形態にパターン化されて備えられる。詳細には、図３および図４を参照すると、胴体部１０'の表面は、第２方向ｄ２を基準として見たとき、ウェーブ状の断面を有するように形成されてもよい。詳細には、第１方向ｄ１に向かう胴体部１０'の断面は、所定の第１曲率を有するようにラウンディング処理された形状に形成されてもよい。これを通じて、胴体部１０'の内部に位置する第１触媒部２１の上端と点接触することができるので、より堅固な第１触媒部２１と胴体部１０'間の構造を樹立できる。また、胴体部１０'と第１触媒部２１とが互いに面接触する場合、流体が胴体部１０'の内部で触媒反応を起こすことにあたって、胴体部１０'の内部での滞留期間を増加させることができるので、触媒性能を最大化する効果を有する。

図５および図６を参照すると、胴体部１０''の表面は、第２方向ｄ２を基準として見るとき、凹凸形状、方形などを有するように形成されてもよい。詳細には、胴体部１０''の表面には、胴体部１０の前面から第１方向ｄ１に沿って凹凸形状または方形などに形成されるパターン部１０１が胴体部１０''の表面から外側方向および内側方向に突出形成されて備えられる。すなわち、胴体部１０''の表面には、胴体部１０''の表面を基準として外側方向に突出するパターン部１０１および内側方向に突出するパターン部１０１が繰り返されるようにパターン化されて、第１方向ｄ１に向かって形成されることによって、第２方向ｄ２での断面は、板形状からなる。ここで、胴体部１０''の表面から内側方向に向かって反復配列されて備えられるパターン部１０１の場合、胴体部１０''の表面の下側方向に位置する第１触媒部２１の上端と当接したり、離隔するように備えられる。胴体部１０''と第１触媒部２１の上端が当接する場合、触媒反応過程で第１触媒部２１と胴体部１０間のより堅固な固定が可能であり、胴体部１０''と第１触媒部２１の上端とが互いに離隔する場合、第１触媒部２１と胴体部１０''の間で流体が循環しながら、触媒反応するための経路を獲得することができるので、触媒性能を顕著に高める効果を有する。

上記のような胴体部１０'、１０''の表面構成を通じてより堅固な第１触媒部２１および第２触媒部２２の固定および触媒性能を顕著に高める効果を有する。また、上記のような胴体部１０'、１０''は、厚さを減らすことができるので、軽量化が可能になる効果を有し得る。また、本発明の一実施形態に係る胴体部１０と比較したとき、本発明のさらに他の実施形態に係る胴体部１０'、１０''は、第１方向に向かって加えられる外力に対してさらに大きい耐久性を有する。したがって、胴体部の厚さを減らしながらも、引張強度などの減少を防止することができるので、胴体部の生産に必要なコストを減らすことができ、生産性を最大化することができる。一方、上記のように表面が平たく備えられるか、ウェーブ状の断面または四角の断面形状を有する胴体部１０'、１０''は、後述する本発明の一実施形態およびさらに他の実施形態に全部適用可能である。

図７は、本発明の第１実施形態に係る第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａを示す図であり、図８は、図７による第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａの断面図であり、図９は、図７による第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａが分離されたことを示す図である。ここで、後述する第１触媒部２１ａの下側方向には、水平方向に形成される板形状の第２触媒部２２ａが位置し得る。

触媒部２０は、流体と当接することによって触媒反応を起こして、流体内含有された窒素酸化物などの不純物質および有害物質を除去および還元する構成である。このために、触媒部２０は、胴体部１０の内部に位置し、第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａに区分される。また、第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａは、一つのグループを成し、前記グループは、上下方向に複数個配列されて、胴体部１０の内部に位置する。

第１触媒部２１ａは、第１方向ｄ１を基準としてウェーブ状の断面を有するように備えられる。詳細には、第１触媒部２１ａは、胴体部１０の前面から後面に向かう第１方向ｄ１から見るとき、波形の断面形状を有する。すなわち、第１触媒部２１ａは、第１方向ｄ１を基準として所定の第２曲率を有し、ラウンディング処理されることによって、頂部および谷部の高さが均一な波形の断面形状を有し、上記のような断面を有する第１触媒部２１ａは、第１方向ｄ１に沿って延びて形成される。

第２触媒部２２ａは、前述した第１触媒部２１ａを支持すると同時に、より高い触媒性能を誘導するために構成される。このために、第２触媒部２２ａは、第１触媒部２１ａの下側方向に位置し、板形状に形成され、上面および下面が上側方向に位置する第１触媒部２１ａの下端および下側方向に配置されたさらに他の第１触媒部２１ａの上端とそれぞれ当接するように備えられる。詳細には、第２触媒部２２ａの上面は、上側方向に位置する第１触媒部２１ａの下端である谷部と当接し、第２触媒部２２ａの下面は、下側方向に位置するさらに他の第１触媒部２１ａの上端である頂部と当接する。ここで、第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａは、互いに当接するように位置し、かつ、点接触を成すか、または面接触を成すように配置されてもよい。詳細には、第１触媒部２１ａと第２触媒部２２ａとが互いに点接触を成す場合、前記第１触媒部２１ａと第２触媒部２２ａの間に位置する流体に容易な触媒反応を起こすことができる。また、第１触媒部２１ａと第２触媒部２２ａとが互いに面接触を成す場合、より堅固な第１触媒部２１ａと第２触媒部２２ａ間の固定が可能である。

図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ａ'および第２触媒部２２ａ'の断面図である。

図１０による第１触媒部２１ａ'の場合、前述した実施形態と比較したとき、断面形状が変形されて備えられる。詳細には、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ａ'は、第１方向ｄ１を基準として凹凸、台形または方形の断面を有する。詳細には、第１方向ｄ１から見るとき、第１触媒部２１ａ'の断面は、上側方向に向かって凸状となる凹凸、台形または方形を有することによって、第１触媒部２１ａ'は、第１方向ｄ１を基準として見るとき、段差付き形状を有し、このような断面形状を有する第１触媒部２１ａ'は、第１方向ｄ１に沿って伸張形成される。これを通じて、第１触媒部２１ａ'が流体と当接する面積が増加して、触媒性能を増加させることができる。また、上記のような第１触媒部２１ａ'と板形状の第２触媒部２２ａ'とが互いに当接することによって、より堅固な固定状態を維持すると同時に、流体との接触面積を広げることができるので、触媒反応効率を最大化できる。

図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''を示す図であり、図１２は、図１１による第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''が分離されたことを示す図であり、図１３は、図１１による第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''の拡大図である。

図１１～図１３による第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''の場合、図７～図９による第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''と比較したとき、第２方向ｄ２への断面形状が異なるように形成される。詳細には、第１触媒部２１ａ''は、第２方向ｄ２を基準としてウェーブ状の断面を有し得る。詳細には、第１触媒部２１ａ''は、第１方向ｄ１から見るとき、ウェーブ状の断面を有すると同時に、第１方向ｄ１と直交する第２方向ｄ２から見る断面も、波形形状を有するように形成されてもよい。これによって、第１触媒部２１ａ''が第１方向ｄ１または第２方向ｄ２から見たとき、一般的な平板状からなるものと比較して、流体とさらに多くの接触を成すことができるので、触媒反応に対する効率を最大化でき、平板状の第１触媒部２１ａ''と比較したとき、厚さを減らしても、より堅固な形態を維持できるので、軽量化が可能である。一方、図１１～図１３による第１触媒部２１ａ''の下側方向には、第２触媒部２２ａ''が備えられ、前記第２触媒部２２ａ''の場合、板形状からなるか、または、第２方向ｄ２を基準として波形の断面形状を有するように備えられる。第２触媒部２２ａ''が板形状からなる場合、より堅固な第１触媒部２１ａ''と第２触媒部２２ａ''間の固定が可能である。

また、第２触媒部２２ａ''が第２方向ｄ２を基準として見るとき、ウェーブ状の断面形状を有する場合（図１２および図１３参照）、第１触媒部２１ａ''と第２触媒部２２ａ''間の接触面積が減少する。これに対応して、第１触媒部２１ａ''および第２触媒部２２ａ''が流体と当接することができる面積が増加する。したがって、流体が触媒反応するための面積および接触する時間を増加させることができるので、究極的な触媒性能増加を誘導できる。

図１４は、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂを示す図であり、図１５は、図１４による第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂが分離されたことを示す図であり、図１６は、図１４による第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂの拡大図である。図１４～図１６において後述する凸輪部２０１の構成は、第１触媒部２１ｂに限定されず、第２触媒部２２ｂの表面にも備えられて、同一に採択可能である。しかも、後述する凸輪部２０１、陽刻部２０２、凸部２０３および凹部２０４の構成は、図７～図１０による第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａの表面に備えられる。すなわち、凸輪部２０１、陽刻部２０２、凸部２０３および凹部２０４は、第１方向ｄ１を基準として見るとき、ウェーブ、波形、四角、台形などの断面形状を有する第１触媒部２１ｂおよび板形状の第２触媒部２２ｂに備えられる。ただし、上記のような第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂの第２方向ｄ２を基準として見るときの断面は、図７～図１０のように板形状からなるか、または、図１１～図１３のように波形形状を有するように備えられてもよい。

図１４～図１６による第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂは、図７および図８と関連して前述した第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａと、図１０による第１触媒部２１ａ'および第２触媒部２２ａ'と同様に、第１方向ｄ１への断面を維持した状態で第１方向ｄ１に伸張形成され、かつ、表面に凸輪部２０１がさらに備えられる。

凸輪部２０１は、流体とのより容易な接触のために備えられる構成である。このために、凸輪部２０１は、第１触媒部２１ｂまたは第２触媒部２２ｂの上面または下面に備えられる。また、凸輪部２０１は、第１触媒部２１ｂまたは第２触媒部２２ｂの表面から半球形状に陰刻または陽刻形成される。ここで、凸輪部２０１の形状は、半球形状に限定されず、四角錐が陰刻された形状、三角錐が陰刻または陽刻された形状などに多様に形成されてもよい。また、凸輪部２０１が第１触媒部２１ｂの上面または下面に全部備えられる場合、第１触媒部２１ｂの上端である頂部および下端である谷部には、第１触媒部２１ｂが位置しなくてもよい。これは、第１触媒部２１ｂの過度な厚さ減少による破損をあらかじめ防止するためである。一方、上記のような凸輪部２０１の配置は、図１７と関連して後述する陽刻部２０２にも同一に採択可能である。

また、凸輪部２０１は、複数個からなり、かつ、第１触媒部２１ｂまたは第２触媒部２２ｂの表面から規則的な配列を有するように形成されてもよい。この場合、胴体部１０内部の流体にとってさらに多くの面接触を成すことができ、胴体部１０の内部に位置する流体を対象に均一な触媒反応を起こすことができるので、窒素酸化物などの有害物質の一括除去および還元が可能である。上記のような凸輪部２０１の配置は、図１７と関連して後述する陽刻部２０２にも同一に採択可能である。

しかも、凸輪部２０１は、複数個からなり、かつ、第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂの表面上で不規則的なパターンで形成されてもよい。これによって、胴体部１０の内部に位置する流体が第１触媒部２１ｂおよび第２触媒部２２ｂと当接して触媒反応を有する時間がさらに長くなるので、より確実な流体の触媒反応を通した有害物質除去および還元が可能である。一方、上記のような凸輪部２０１の配置は、図１７において後述する陽刻部２０２にも同一に採択可能である。

図１７は、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃを示す図であり、図１８は、図１７による第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃが分離されたことを示す図であり、図１９は、図１７による第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃの拡大図である。

陽刻部２０２は、前述した凸輪部２０１と同様に、触媒反応を最大化するための構成である。このために、陽刻部２０２は、第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの上面または下面に複数個からなる。また、陽刻部２０２は、パンチなどの開口手段を用いて第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃを反復開口（ｔａｎｇｅｄ）させた形状に形成されることもできる。詳細には、前記開口手段が第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの上側方向から下側方向に向かって力を加えて反復開口を実施する場合、陽刻部２０２は、第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの下面から下側方向に突出した形状を有する。その一方で、前記開口手段が第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの下側方向から上側方向に向かって加圧および開口を行う場合、陽刻部２０２は、第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの上面から上側方向に突出して形成される。また、陽刻部２０２が第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃの上面および下面に全部備えられる場合、第１触媒部２１ｃの頂部の上側方向および谷部の下側方向には、陽刻部２０２が備えられなくてもよい。これは、第１触媒部２１ｃおよび第２触媒部２２ｃが前記陽刻部２０２によって点接触または面接触しないことをあらかじめ防止するためである。

より好ましい実施形態において、陽刻部２０２は、複数個からなり、かつ、第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの表面上で規則的な配列を有するように形成されてもよい。これは、胴体部１０の内部に位置する流体を対象としてより均一な触媒反応を誘導する効果を有する。

より好ましいさらに他の実施形態において、複数個からなる陽刻部２０２は、第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃの表面上で不規則な配列を有し得る。これは、胴体部１０の内部に位置する流体が第１触媒部２１ｃまたは第２触媒部２２ｃと当接する時間をさらに増加させて触媒性能を高める効果を導き出す。

図２０は、本発明のさらに他の実施形態に係る第１触媒部２１ｄおよび第２触媒部２２ｄを示す図であり、図２１は、図２０による第１触媒部２１ｄおよび第２触媒部２２ｄが分離されたことを示す図であり、図２２は、図２０による第１触媒部２１ｄおよび第２触媒部２２ｄの拡大図である。凸部２０３および凹部２０４の構成は、第１触媒部２１ｄの表面だけでなく、下側方向に位置する第２触媒部２２ｄの表面にも備えられる。凸部２０３および凹部２０４は、図１４～図１９と関連して前述した凸輪部２０１および陽刻部２０２と同じ目的で備えられる。詳細には、凸部２０３および凹部２０４は、胴体部１０内部の流体に対する触媒性能を高めるために備えられる。このために、凸部２０３および凹部２０４は、第１触媒部２１ｄまたは第２触媒部２２ｄの表面上に備えられる。ここで、凸部２０３は、第１触媒部２１ｄまたは第２触媒部２２ｄの上面および下面から上側方向および下側方向に突出形成され、凹部２０４は、第１触媒部２１ｄまたは第２触媒部２２ｄの上面および下面に陰刻形成される。しかも、凸部２０３および凹部２０４は、複数個からなり、かつ、交互に反復配列されて備えられ、前記凸部２０３および凹部２０４は、凹凸形状、台形形状などに多様な断面形状を有し得る。これによって、第１触媒部２１ｄまたは第２触媒部２２ｄの表面は、凸部２０３の高さおよび凹部２０４の高さの合計に相当する段差が形成されて、碁盤配列の表面を有する。これを通じて、胴体部１０の内部で第１触媒部２１ｄまたは第２触媒部２２ｄと当接する流体の係留時間を高めて、触媒反応をさらに容易に導き出すことができる。

本発明の一連の構成を通じて、第１触媒部２１と第２触媒部２２間の点接触または面接触を通じてより堅固な支持が可能であり、特定の断面形態の第１触媒部２１および第２触媒部２２が備えられることによって、流体の移動間の第１触媒部２１および第２触媒部２２の破損を防止することができる。また、本発明による胴体部１０を通じて、従来技術と比べて、フレームの厚さを薄く製作することができ、触媒性能を増加させて効率を上げることができる。

［第２実施形態］
図２３は、本発明の第２実施形態に係る触媒反応装置を示す図である。

本発明による触媒反応装置は、胴体部１０および触媒部２０を含む。

胴体部１０は、触媒部２０が結合されて、触媒部２０を固定させる構成である。このような胴体部１０は、板材が円形、楕円形または多角形のフレーム形状になるようにベンディングされて備えられる。本発明の属する分野における通常の知識を有する者は、胴体部１０の形態を触媒反応装置の実施環境によって容易に変更できることは当然である[奥野1]。以下、本説明では、方形の胴体部１０を含む触媒反応装置であることを基準として説明する。詳細には、本発明による胴体部１０は、本体１１および蓋体１２を含んでもよい。

本体１１は、触媒部２０が積層されるための空間を提供する構成である。詳細には、本体１１は、板材がベンディングされて両端に側壁１１１を形成することによって「⊂」形状からなる。これによって、本体１１内部の底面から両側壁１１１に沿って触媒部２０が積層され得る。

蓋体１２は、本体１１の上端に結合されることによって、触媒部２０を固定させるための構成である。詳細には、蓋体１２は、板形状からなり、両側端が前記側壁１１１の上端にそれぞれ結合されることによって、本体１１内部の空間を制限する。すなわち、本体１１および蓋体１２で形成された方形構造の胴体部１０の内部に触媒部２０が積層されて固定される。

触媒部２０は、前記胴体部１０の内部に形成されて流体と当接触する構成である。詳細には、触媒部２０は、胴体部１０の内部に積層され、断面がメッシュ形状からなり、流体が通過する。好ましくは、触媒部２０は、幅が胴体部１０の内部幅と同一に備えられ、胴体部１０内部の底面から蓋体１２の位置まで積層されることによって、胴体部１０内部の空間を残すことなく、満たすように備えられる。

胴体部１０および触媒部２０は、流体と反応するための触媒が含まれた材質からなるか、表面に触媒がコーティングされていてもよい。触媒部２０の断面がメッシュ形状からなるので、流体と接触面積が最大化されて反応率が向上する。

また、触媒部２０の積層をガイドするためにガイド部１１２を含んでもよい。詳細には、胴体部１０の内部に触媒部２０の積層方向に沿って少なくとも一つ以上のガイド部１１２が形成されて、触媒部２０の積層をガイドする。

本発明の第２－１実施形態によれば、ガイド部１１２は、本体１１内部の前記側壁１１１に形成され、かつ、触媒部２０の積層方向に沿って前記側壁１１１の内側方向に所定の高さの分だけ突出して備えられる第１ガイド１１２ａでありうる。

このようなガイド部１１２が備えられて、触媒部２０の積層をガイドすることによって、触媒反応装置の製造が容易であり、それだけでなく、完成された触媒反応装置から触媒部２０が離脱することを防止する効果がある。

好ましくは、触媒部２０には、ガイド部１１２に対応する溝部２０１が備えられる。前記第２－１実施形態によれば、ガイド部１１２は、胴体部１０の内部側壁１１１から所定の高さの分だけ突出しているので、溝部２０１は、少なくともガイド部１１２が突出した前記所定の高さの分だけ陰刻されて備えられることが好ましい。

このような触媒反応装置を製造するための方法は、ベンディング段階（Ｓ１）、ガイド部形成段階（Ｓ２）、触媒部形成段階（Ｓ３）、溝部形成段階（Ｓ４）、積層段階（Ｓ５）および蓋体結合段階（Ｓ６）を含む（図２４参照）。

ベンディング段階（Ｓ１）は、板材をベンディングして触媒部２０が積層されるための空間を具備する本体１１を形成する段階である。このために、ベンディング段階（Ｓ１）で、板材が３分割されて、両側方向が中央部分と直交するようにベンディングされて側壁１１１が形成されることによって、本体１１は、「⊂」字形状に形成される（図２５参照）。

ガイド部形成段階（Ｓ２）は、ベンディング段階（Ｓ１）後に実施される段階であって、触媒部２０の積層をガイドし、固定させるためのガイド部１１２を形成するために備えられる。このために、本体１１に形成された側壁１１１が別途の加工手段を通じて加工されることによってガイド部１１２が形成される。

図２６は、本発明の第２－１実施形態に係るガイド部形成段階（Ｓ２）を示す図である。図２６は、本体１１の一側壁１１１を上側から見たことを基準として図示された。本発明の一実施形態によれば、ガイド部１１２は、側壁１１１がプレス加工されることによって形成されてもよい。詳細には、側壁１１１の内側面には、ガイド部１１２が突出する高さの分だけ陰刻された第１プレスｐ１が接触して側壁１１１を支持し、側壁１１１の外側面には、一面が前記第１プレスｐ１が陰刻された形態および側壁１１１の厚さに対応するように突出した第２プレスｐ２が側壁１１１を加圧する。すなわち、側壁１１１の一部が内側方向に突出するようにプレス加工されることによって、ガイド部１１２が形成される（図２７および図２８参照）。

触媒部形成段階（Ｓ３）は、前記胴体部１０の内部に積層される触媒部２０を形成する段階である。図２９を参照すると、断面がメッシュ形状の触媒部２０を製造するために、触媒部２０は、第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａが結合されて備えられる。

詳細には、触媒部形成段階（Ｓ３）は、断面がウェーブまたはジグザグ（ｚｉｇ－ｚａｇ）形状である第１触媒部２１ａおよび板形状である第２触媒部２２ａを接合して触媒部２０を形成する触媒部接合段階（Ｓ３１１）と、前記触媒部２０を前記胴体部１０内部のサイズに合うように切断する段階（Ｓ３１２）と、を含んでもよい。

第１触媒部２１ａは、触媒部２０の断面がメッシュ形状からなるようにするための構成である。本発明の一実施形態によれば、第１触媒部２１ａは、断面がウェーブまたはジグザグ（ｚｉｇ－ｚａｇ）形状である所定厚さの板からなる。このような第１触媒部２１ａは、プレス加工を通じて製造できる。

第２触媒部２２ａは、第１触媒部２１ａを支持するための構成である。詳細には、第２触媒部２２ａは、平たい板状からなり、第１触媒部２１ａと結合される。詳細には、第１触媒部２１ａのウェーブまたはジグザグ形状の各端部が第２触媒部２２ａの一面に接合される（Ｓ３１１段階）。

第１触媒部２１ａおよび第２触媒部２２ａが接合された後、胴体部１０の内部のサイズに合うように切断されることによって触媒部２０が製造される（Ｓ３１２段階、図３０参照）。

好ましい実施形態において、前記触媒部接合段階は、前記第１触媒部２１ａと前記第２触媒部２２ａとが互いに当接する面のうちあらかじめ指定された所定の位置にＳｐｏｔ－Ｗｅｌｄｉｎｇ技法で接合（ｗ１）することができる。本発明による触媒反応装置は、同じ形状の触媒部２０が胴体部１０の内部に積層される方式であるから、切断前の触媒部２０は、長さの制限がないベルト形態で製造されることによって、各触媒部２０が所定の長さに切断されるように製造できる（図２９および図３０参照）。したがって、切断前の触媒部２０は、コンベヤーなどの手段を通じて持続的に生産でき、Ｓｐｏｔ－Ｗｅｌｄｉｎｇ技法および切断によって迅速に多量の触媒部２０を生産することが可能になる。すなわち、触媒反応装置の大量生産が容易になり、生産コストが節約される効果がある。

溝部形成段階（Ｓ４）は、触媒部２０の製造段階後に実施される段階であって、前述したガイド部形成段階（Ｓ２）を通じて形成されたガイド部１１２に対応する溝部２０１を形成する段階である。上記した本発明の第２－１実施形態に係る第１ガイド１１２ａは、本体１１内部の側壁１１１に形成されるので、溝部２０１は、これに対応するように触媒部２０の両側端が穿孔されることによって形成される第１溝２０１ａでありうる。図３１は、本発明の第２－１実施形態に係る触媒部２０を上側から見たことを基準として図示した。図３１に示されたように、本発明の第２－１実施形態に係る第１溝２０１ａは、触媒部２０の両側端が第１ガイド１１２ａが突出した形態に対応する陰刻された形態で形成される。

図３２は、本発明の第２－１実施形態に係る積層段階（Ｓ５）および蓋体結合段階（Ｓ６）を示す図である。

積層段階（Ｓ５）は、胴体部１０の内側方向に触媒部２０を配置する段階であって、詳細には、「⊂」字状に形成された本体１１に形成されたガイド部１１２と触媒部２０に形成された溝部２０１とが互いに当接するように挿入されることによって、触媒部２０が胴体部１０の内部に順次に挿入して積層される。

蓋体結合段階（Ｓ６）は、積層段階（Ｓ５）後に実施される段階であって、胴体部１０の内側方向に複数個の触媒部２０が挿入された後、別に備えられて、「一」字状または「⊂」字状の断面形状を有する蓋体１２を側壁１１１の各上端に接合（ｗ２）させる（図３３参照）。

図３４は、本発明の第２－２実施形態に係るガイド部形成段階を示す図である。

本発明の第２－２実施形態において、ガイド部１１２は、前記本体１１の底面から前記触媒部２０の積層方向に沿って前記蓋体１２まで連結される柱形状の第２ガイド１１２ｂでありうる。同様に、溝部２０１は、これに対応するように穿孔されることによって形成される第２溝２０１ｂでありうる。本説明では、第２ガイド１１２ｂは、断面が円形の柱形状であることを基準として図示した。

一方、好ましくは、第２ガイド１１２ｂが本体１１の底面に形成されうるように、本体１１の底面には第１穿孔部１１３が備えられる。詳細には、本体１１の底面には、第２ガイド１１２ｂの断面形状と一致する形状に第１穿孔部１１３が備えられ、第２ガイド１１２ｂが第１穿孔部１１３に挿入および接合される。第１穿孔部１１３が備えられることによって、第２ガイド１１２ｂが本体１１に接合される位置を精密に調節可能であるから、第２ガイド１１２ｂの位置の誤差による触媒部２０の積層に発生する問題を防止することができる。また、第１穿孔部１１３が備えられることによって、本体１１の外側から第２ガイド１１２ｂを本体１１と接合させることができるので、接合作業のツールまたは作業者に対する側壁１１１による干渉が防止される。

図３５は、本発明の第２－２実施形態に係る積層段階（Ｓ５）および蓋体結合段階（Ｓ６）を示す図である。

図３５に示されたように、本発明の第２－２実施形態によれば、触媒部２０の側端に形成される第１溝２０１ａとは異なって、第２溝２０１ｂは、触媒部２０を上下に貫通することが分かる。

また、蓋体１２には、第２穿孔部１２３が備えられる。詳細には、蓋体１２には、第２ガイド１１２ｂの断面形状と一致する形状に第２穿孔部１２３が備えられ、蓋体１２が側壁１１１に結合されると同時に、第２ガイド１１２ｂが第２穿孔部１２３に挿入される。第２穿孔部１２３が備えられることによって、第２ガイド１１２ｂが本体１１に接合される位置を精密に調節可能なので、第２ガイド１１２ｂの位置の誤差による触媒部２０の積層に発生する問題を防止できる。また、第２穿孔部１２３が備えられることによって、本体１１の外側から第２ガイド１１２ｂを蓋体１２と接合させることができるので、接合作業のツールまたは作業者に対する触媒部２０および側壁１１１による干渉が防止される（図３６参照）。

前記第２－１実施形態および第２－２実施形態に係るガイド部１１２は、断面が円形、半円、楕円形、半楕円、多角形、半多角形のうちいずれか一つからなり、これは、本発明について通常の知識を有する当業者なら容易に変更可能である。

本発明の他の実施形態において、触媒部は、第１触媒部２１ｅおよび第２触媒部２２ｅを含む触媒部２０ｅでありうる。図３７を参照すると、第１触媒部２１ｅは、断面がウェーブ状またはジグザグ（ｚｉｇ－ｚａｇ）形状を有する第１区間ｓｅｃ１および断面が一字形状を有する第２区間ｓｅｃ２が反復配列され、反復される各前記第２区間ｓｅｃ２がベンディングされてジグザグ形状に形成されることによって、前記第１区間ｓｅｃ１が同一線上に位置するように備えられる。図３８を参照すると、第２触媒部２２ｅは、それぞれ前記第１触媒部２１ｅの互いに当接する第１区間ｓｅｃ１の間に挿入される。図３９は、本発明の第１触媒部２１ｅおよび第２触媒部２２ｅを含む実施形態を示す図である。

このために、前記触媒部形成段階（Ｓ３）は、断面がウェーブ状またはジグザグ（ｚｉｇ－ｚａｇ）形状を有する第１区間ｓｅｃ１および断面が一字形状を有する第２区間ｓｅｃ２が反復配列される第１触媒部２１ｅを形成する段階と、前記第１触媒部２１ｅの前記第２区間ｓｅｃ２をベンディングしてジグザグ（ｚｉｇ－ｚａｇ）形状に形成する段階と、板形状の第２触媒部２２ｅをそれぞれ前記第１触媒部２１ｅの互いに当接する第１区間ｓｅｃ１の間に挿入する段階と、を含んでもよい。

本発明のさらに他の実施形態において、複数の触媒部を積層する代わりに、単一触媒部２０ｆが巻き取られて胴体部１０の中に挿入される巻き取り段階を含んでもよい。

巻き取り段階は、前述した触媒部を前記フレーム内部のサイズに合うように切断する段階（Ｓ３１２）の代わりに行われ得る段階であって、前記ベルト形態の切断前に触媒部を胴体部１０内部空間の形態に合うように巻き取る（図４０参照）。本説明では、方形の胴体部１０の形態に合わせて巻き取られたことを基準として図示したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する当業者が、胴体部１０の他の実施形態に対応するように巻き取る形態を容易に変更可能である。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を詳細に説明するに先立って、「第１触媒部の上端」は、波形の断面形状を有する第１触媒部の山部を意味し、「第１触媒部の下端」は、前記第１触媒部の谷部を意味する。

また、本発明において記述される「山部」は、本発明による構成が開示されるとき、表面から外部に向かって突出する部分を意味し、「谷部」は、前記「山部」と比較したとき、表面から陰刻されて見られるように形成されることによって、内側方向に向かって凹状に形成される部分を意味する。すなわち、後述するが、第１触媒部２１は、第２方向ｄ２に沿って山Ｕおよび谷Ｄが形成される波動形態を有するように備えられることによって、第１方向ｄ１から見たとき、波形形状の断面を有する。

また、「支持体」は、流体の触媒反応が実施される空間を提供する構成であって、複数個の触媒部が上下方向に積層された状態で収納され得、このために、支持体は、第１方向への一面が開口するように備えられる。しかしながら、前記支持体の形態は、これに限定されず、上面が開口するなど多様な形態および触媒部の多様な収納方式を使用できるように備えられる。

図４１は、本発明の一実施形態に係る触媒用コーティング組成物を示す断面拡大図である。本発明による触媒用コーティング組成物は、後述する第１触媒部２１および第２触媒部の表面にコーティングされる（図４１の参照符号「ｃ」参照）。詳細には、触媒用コーティング組成物は、鉄、クロムからなる第１触媒部２１および第２触媒部２２に塗布され、チタンを含み、タングステンおよびバナジウムの中から選ばれる１種以上をさらに含む。これによって、前記触媒用コーティング組成物を含む第１触媒部２１および第２触媒部２２は、鉄、クロム、タングステン、バナジウムおよびチタンから構成される。詳細には、バナジウムは、３００℃未満の低い温度環境で窒素酸化物をより容易に除去し、タングステンは、３００℃以上の高い温度環境でより容易な窒素酸化物の除去が可能である。また、本発明による第１触媒部および第２触媒部は、鉄およびクロムからなることによって、従来の触媒と比べて耐久性を最大化する効果を有する。第１触媒部２１および第２触媒部２２を構成するチタンの場合、窒素酸化物との反応のための表面積を増加させると同時に、バナジウムおよびタングステンを含むコーティング組成物が意図せずに除去されることを防止する役割を行う。しかも、鉄およびクロムは、熱反応速度が大きいため、高温の流体の供給を受ける場合、より迅速に窒素酸化物を除去できるので、同じ時間と比べて窒素酸化物の除去効率が最大化される効果を有する。上記のような触媒用コーティング組成物が塗布されることによって、本発明による第１触媒部２１および第２触媒部２２は、低温および高温に制限されずに、迅速な触媒反応および堅固な支持を達成でき、従来の触媒と比べて顕著な触媒反応効果および安全性を有し得る。

実施形態
本発明による第１触媒部２１および第２触媒部２２は、複数個の組成物で表面がコーティングされて形成されてもよい。詳細には、第１触媒部２１および第２触媒部の表面は、タングステン、バナジウムおよびチタンなどの混合体でコーティングされるように備えられ、このようなコーティング組成物に関するより詳細な重量部は、下記表１に示された通りである。

第１触媒部２１および第２触媒部２２にコーティングされるコーティング組成物は、タングステン１～１５重量部、バナジウム１～１５重量部、チタン３５～５５重量部および酸素３０～４５重量部からなる。また、上記のようなコーティング組成物が塗布された第１触媒部２１および第２触媒部２２は、鉄およびクロムなどの金属材質からなり、従来の触媒と比べてより堅固な支持体への積層および保持が可能である。ここで、タングステン、バナジウムおよびチタンは、流体と当接して触媒反応を起こす材質であるところ、流体の活性化エネルギーを低減するので、より容易な触媒反応を誘導できる。また、コーティング組成物には、前述したチタン、タングステンおよびバナジウムが酸化物形態からなることによって、酸素が多量含まれる。また、上記のようなコーティング組成物、鉄およびクロムから構成される第１触媒部２１および第２触媒部２２は、流体との触媒反応過程で変色せず、酸素が含まれていて、腐食に強いため、前記第１触媒部２１および第２触媒部２２の交換周期が増加することによって、究極的な触媒反応効率を最大化できる。より好ましい実施形態において、コーティング組成物は、炭素（ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニオブ（Ｎｂ）のうち少なくとも二つ以上を含んでもよい。

上記のような実施形態を通じて、３００℃未満で使用される第１触媒部２１および第２触媒部２２がより活発な触媒反応を起こすことを誘導できる。詳細には、３００℃未満の触媒反応環境では、バナジウムの触媒反応活性度が高いため、タングステンの重量部よりバナジウムの重量部がさらに大きい。このように本発明の第１触媒部２１および第２触媒部２２は、触媒反応を実施する温度に対応してさらに高い反応性を有する組成物が比較的大きい組成比を有するため、一般的な触媒と比較したとき、さらに大きい触媒変換効率を有し得る。

本発明のより好ましい実施形態において、本発明によるコーティング組成物が塗布された第１触媒部２１および第２触媒部２２にはコバルトをさらに含んでもよい。詳細には、コーティング組成物は、コバルト０．１～５重量部をさらに含んでもよい。これは、第１触媒部２１および第２触媒部２２の耐腐食性および強度を最大化することによって、前記第１触媒部２１および第２触媒部２２の交換周期が長くなるようにして、究極的な触媒反応効率の最大化を誘導できる。

しかも、本発明によるコーティング方法は、前述したコーティング組成物で第１触媒部２１および第２触媒部２２をコーティングすることであって、前記コーティング組成物は、タングステンおよびバナジウムの中から選ばれる１種以上を含み、タングステンは、１～１５重量部、バナジウムは、１～１５重量部で含まれる。

実験１
実験１は、触媒反応環境が変わるにつれて発生する触媒反応効率の変化を測定するための実験である。このために、２００℃～４５０℃以上の高温環境で実験を実施し、これに対する転換率を測定した結果は、下記表２に示された通りである。

実験１を通じて、３５０℃未満では、温度が増加するほど転換率が増加するが、３５０℃以上の環境では、温度が増加するほど次第に触媒効率が低下することが分かった。すなわち、３５０℃での転換率が最も大きいことを確認できる。

しかも、本発明によるコーティング組成物による触媒変換効率は、同じ組成のコーティング組成物が塗布された第１触媒部２１および第２触媒部２２を通過する流体（排気ガス）の温度によって変更可能である。詳細には、図５１を参照すると、本発明による触媒は、メタルタイプ（Ｍｅｔａｌ Ｔｙｐｅ）であって、従来のセラミックタイプ（Ｃｅｒａｍｉｃ）と比較したとき、低温および高温区間での触媒変換効率において顕著な差異を有する。詳細には、本発明による触媒は、３５０℃未満での低温環境および３５０℃以上での高温環境で窒素酸化物が窒素などに転換される転換率が急減しない。その一方で、従来のセラミックタイプ触媒の場合、３００℃未満での転換率が低温であるほど低下し、３５０℃以上の環境で転換率がさらに急減することを確認できる。これを通じて、本発明によるメタルタイプの触媒は、従来のセラミックタイプ触媒と比べて異なる温度環境で比較的均一な転換率を有することが分かる。

図４２は、本発明の第３実施形態に係る触媒反応装置を全体的に示す斜視図である。本発明による触媒反応装置は、支持体に収容されて、流体と触媒反応を実施する触媒部２０を含み、触媒部２０は、第１触媒部２１および第２触媒部２２から構成される。図４２は、第１触媒部２１および第２触媒部２２が一体に備えられる触媒部２０を示す図であって、第２方向ｄ２を基準としてウェーブ、波形などの断面形状を有する第１触媒部２１と、前記第１触媒部２１の下側方向に位置する板状の第２触媒部２２とを含む。また、前述した支持体には、一つ以上の触媒部２０が上下方向に積載された状態で流体の供給を受けることによって、前記触媒部２０は、支持体の内部で流体と当接して触媒反応を実施する。

図４３は、本発明の第３実施形態に係る第１触媒部２１を示す斜視図である。

第１触媒部２１は、流体との触媒反応を最大化するための構成である。第１触媒部２１は、第１方向ｄ１から見るとき、ウェーブ状の断面形状を有するように備えられる。より詳細には、第１触媒部２１は、第２方向ｄ２に沿ってウェーブとなるように形成される。また、第１触媒部２１は、上記のような断面形状を有するために、ローラー、プレスなどの別途の加圧手段を用いて加工されて形成される。このような第１触媒部２１が備えられることによって、平板状からなる従来の触媒と比較したとき、流体との接触面積を顕著に増加させることができるので、触媒反応効率を最大化できる。

一方、第１触媒部２１には、凹凸パターン２１０が配列されることによって、後述する第２触媒部２２との締結力を増加させて、支持体の内部での堅固性を最大化できる。

図４４は、本発明の第３実施形態に係る第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２を示す断面拡大図（図３のＡ－Ａ'切断に基づく切断面）であって、第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２をそれぞれ拡大して示し、第２方向ｄ２を基準として見るときの断面図として図示して説明する。

第１触媒部２１の表面には、凹凸パターン２１０が配列される。詳細には、凹凸パターン２１０は、第２方向ｄ２と水平方向に、かつ、垂直に備えられる第１方向ｄ１に沿って第１触媒部２１に配列されて備えられる。より詳細には、凹凸パターン２１０は、第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２を含む。

ここで、第１凹凸パターン部２１１は、第１触媒部２１の上側方向から下側方向に別途のプレスなどの加圧手段を用いて加圧する製造方法によって形成される。これによって、第１凹凸パターン部２１１の上面には、加圧形成された第１凸部２１１１および第１凹部２１１２が備えられ、下面には、前記第１凸部２１１１および第１凹部２１１２と対応する第２凹部２１１４および第２凸部２１１３が備えられる。これに関するより詳細な説明は、図４５と関連して後述する。

第２凹凸パターン部２１２は、第１凹凸パターン部２１１と同じ目的で備えられる。このために、第２凹凸パターン部２１２は、第１凹凸パターン部２１１と同じ形状を有し、第１触媒部２１の谷Ｄに位置して前記谷Ｄに沿って形成される。詳細には、第２凹凸パターン部２１２は、前述した別途の加圧手段が第１触媒部２１の谷Ｄの下側方向から上側方向に加圧する工程によって製造される。この過程で第３凸部２１２１、第３凹部２１２２が形成され、これに関するより詳しい説明は、図４５と関連して後述する。

上記のような第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２は、前述した第１触媒部２１の波形の断面形状への加工後、別途のプレスなどの加圧手段を用いて圧着して小さな谷を作る製造方法によって形成されてもよい。一方、第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２を含む第１触媒部２１は、図８で後述する第２触媒部２２との接触を通じて相互作用して締結性および触媒変換効率を顕著に増加させることができる。

図４５は、本発明の第３実施形態に係る第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２の各構成を示す図であって、図４５ａは、図４３のＡ－Ａ'断面を基盤とし、図４５ｂは、図４３のＢ－Ｂ'断面を基盤として説明する。

前述したように、第１凹凸パターン部２１１が形成されることによって、山Ｕの上面には、第１凸部および第１凹部が形成される（図５ａ参照）。また、加圧形成時に作用する外力によって、第１凸部２１１１および第１凹部２１１２に対応する山Ｕの下面には、第２凹部２１１４および第２凸部２１１３が形成される。すなわち、第１凸部２１１１および第２凹部２１１４が互いに対応し、第１凹部２１１２および第２凸部２１１３が互いに対応するように備えられる。

第２凹凸パターン部２１２が形成されることによって、谷Ｄの下面には、第３凸部２１２１および第３凹部２１２２が形成される（図５ｂ参照）。また、第３凸部２１２１および第３凹部２１２２に対応して谷Ｄの上面には、第４凹部２１２４および第４凸部２１２３が形成される。すなわち、第３凸部２１２１および第４凹部２１２４が互いに対応し、第３凹部２１２２および第４凸部２１２３が互いに対応するように第１触媒部２１の谷Ｄが下側から上側に加圧される。

上記のような第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２が備えられることによって、第１触媒部２１と第２触媒部２２の間を通過する流体が第１触媒部２１と当接する面積および係留時間を増加させることができて、究極的な触媒反応効率を最大化できる。

図４６は、本発明の第３実施形態に係る第２触媒部を示す図である。

第２触媒部２２は、第１触媒部２１と同様に、流体との触媒反応を実施するための構成である。このために、第２触媒部２２は、板状からなり、第１触媒部２１の下側方向に位置する。また、第２触媒部２２は、前述した第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２との相互作用を通じて支持体内部での離脱を防止する第１パンチングパターンおよび第２パンチングパターンを含み、前記第１パンチングパターンおよび第２パンチングパターンは、第２触媒部を別途のパンチング手段を用いて上下方向に加圧する製造方法によって製造される。

図４７は、本発明の第３実施形態に係る第２触媒部の断面図である。

第２触媒部２２の上面には第１パンチングパターン２２１が形成され、下面には第２パンチングパターン２２２が形成され、前記第１パンチングパターン２２１は、第１陽刻部２２１１および第１陰刻部２２１２を含み、第２パンチングパターンは、第２陽刻部２２２１および第２陰刻部２２２２を含む。

第１陽刻部２２１１および第２陽刻部２２２１は、第２触媒部２２の上面および下面からそれぞれ突出形成され、複数個からなり、あらかじめ指定された格子配列を有する。ここで、第１陽刻部２２１１および第２陽刻部２２２１の形状は、四角柱形状であるか、突出した部分がラウンドとなるように加工処理することができ、形態は、これに限定されない。

第１陰刻部２２１２および第２陰刻部２２２２は、第２触媒部２２の上面および下面から陰刻形成され、複数個からなり、格子配列を有する。詳細には、第１陰刻部２２１２は、複数の第１陽刻部２２１１の間に位置し、第２陰刻部２２２２は、複数の第２陽刻部２２２１の間に備えられる。

第２触媒部２２を上側方向から下側方向に加圧したり、下側方向から上側方向に加圧する製造方法によって、第２触媒部の上面には第１陽刻部２２１１および第１陰刻部２２１２が形成され、下面にはこれに対応する第２陰刻部２２２２および第２陽刻部２２２１が形成される。すなわち、図４７の断面図を基準として第１陽刻部２２１１の下側方向には第２陰刻部２２２２が備えられ、第１陰刻部２２１２の下側方向には第２陽刻部２２２１が備えられる。

上記のような第１パンチングパターンおよび第２パンチングパターンは、第２触媒部２２の上側方向に位置する第１触媒部２１または下側方向に位置するさらに他の触媒部２０'の第１触媒部２１'と当接することができ、これは、第１触媒部２１と第２触媒部２２間の決着力を高める効果を有する。

一方、第２触媒部２２は、平板状からパンチング加圧工程を経て製造され、小さな谷の形成が完了した第１触媒部２１と当接した状態でシーム溶接（Ｓｅａｍ Ｗｅｌｄｉｎｇ）を通じて一体に備えられて、触媒部２０が一体に製造される。

図４８は、本発明の第３実施形態に係る複数個の触媒部２０が上下方向に積層されることを示す図である。図４８～図５０と関連して記述される「さらに他の触媒部２０'」は、図４２～図４７と関連して記述した「触媒部２０」との混同を避けるために、参照符号を異ならせて説明する。前述したように、触媒部２０は、第１触媒部２１および第２触媒部２２が一体に備えられた状態で上下方向にさらに他の触媒部２０'が順次に積層されて積み重ねられるように支持体に収納されてもよい。このような触媒部２０およびさらに他の触媒部２０'の接触過程で第１凹凸パターン部２１１および第２凹凸パターン部２１２は、第１パンチングパターンおよび第２パンチングパターンと当接することによって摩擦力が増加することになって、究極的な決着力の上昇を誘導できる。

図４９は、本発明の第３実施形態に係る第１触媒部２１と上側方向に位置するさらに他の第２触媒部２２'とが互いに結着されることを示す図であって、触媒部２０および上側方向に位置するさらに他の触媒部２０'の接触を示し、図９および図１０は、図８のＣ－Ｃ'断面を基準として説明する。

第１凹凸パターン部２１１が備えられることによって、第１凸部２１１１および第１凹部２１１２が形成される第１触媒部２１の上側方向には、さらに他の第２触媒部２２'が位置する。この過程で第１凹凸パターン部２１１は、さらに他の第２触媒部２２'の下面に形成されたさらに他の第２パンチングパターン２２２'と当接する。詳細には、第１凸部２１１１は、さらに他の第２陰刻部２２２２'と当接すると同時に、第１凹部２１１２は、さらに他の第２陽刻部２２２１'と当接する。

すなわち、第１凹凸パターン部２１１が上側方向に位置するさらに他の第２パンチングパターン２２２'と当接することによって、第１凸部２１１１、第１凹部２１１２、さらに他の第２陰刻部２２２２'およびさらに他の第２陽刻部２２２１'は、互いに係合したり、線接触または点接触するように配置される。この過程で第１触媒部２１と上側方向に位置するさらに他の第２触媒部２２'間の摩擦力が顕著に増加し、これは、外力による第１触媒部２１およびさらに他の第２触媒部２２'の分離を防止する効果を有する。

しかも、第１凸部２１１１、第１凹部２１１２、さらに他の第２陰刻部２２２２'およびさらに他の第２陽刻部２２２１'が互いに完ぺきに当接しないので、第１空間部ｅ１が形成される。これは、上下方向への外力により発生しうる衝撃を吸収する。これと同時に、複数の触媒部２０の間で流出する流体が特定の位置で溜まることを防止する。したがって、第１触媒部２１およびさらに他の第２触媒部２２'の表面に形成されるコーティング層がさらに早く剥がれてしまうことをあらかじめ防止して、交換周期の短縮を防ぐことによって、究極的な触媒変換効率を最大化できる。

図５０は、本発明の第３実施形態に係る第１触媒部２１と第２触媒部２２とが互いに結着されることを示す図であって、第１触媒部２１と第２触媒部２２の接触による決着力の増加を示す図である。

第２凹凸パターン部２１２と第２パンチングパターン２２２とが互いに当接することによって、一つの触媒部２０を成す第１触媒部２１と第２触媒部２２の摩擦力が増大する。詳細には、第１触媒部２１の下端に位置して下側方向に向かう第３凸部２１２１は、第１パンチングパターン２２１が備えられることによって、上側方向に突出する第１陰刻部２２１２と当接する。また、第３凹部２１２２は、第１陽刻部２２１１と当接する。すなわち、第３凸部２１２１と第１陰刻部２２１２とが互いにかみ合い、第３凹部２１２２と第１陽刻部２２１１とが互いにかみ合うように配置されることによって、第１触媒部２１と第２触媒部２２間の摩擦力が増加する効果を導き出すことができる。

しかも、第３凸部２１２１と第１陰刻部２２１２との間および第３凹部２１２２と第１陽刻部２２１１との間には、完全な面接触を成しないため、それらの間には、第２空間部ｅ２が形成される。このような第２空間部ｅ２が形成されることによって、上下方向または第１方向ｄ１への外力を緩衝することができるので、第１触媒部２１および第２触媒部２２の過度な変位変動および破損をあらかじめ防止できる。

上記した本発明は、好ましい実施形態を参考として説明されたが、これは、実施形態に過ぎず、本技術分野における通常の知識を有する者は、これから多様な変形および均等な他の実施形態も可能になり得る。したがって、本発明の権利範囲は、上記した実施形態および添付の図面によって限定されるものではない。

本発明によれば、特定の温度環境で触媒反応効率が低下することを防止できるので、汎用性を最大化できる。

Claims (3)

1. タングステン１～１５重量部、バナジウム１～１５重量部、チタン３５～５５重量部および酸素３０～４５重量部を含むコーティング組成物が塗布される触媒部（２０）を含む触媒反応装置。
2. 前記コーティング組成物は、炭素、ケイ素、鉄、アルミニウムおよびニオブのうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の触媒反応装置。
3. 請求項１または２に記載のコーティング組成物でコーティングする段階を含むコーティング方法であって、
   前記コーティング組成物は、タングステンおよびバナジウムの中から選ばれる１種以上を含み、
   前記タングステンは、１～１５重量部、バナジウムは、１～１５重量部で含まれる、コーティング方法。

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