KR100262450B1 - 전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 금속박판의 면에 골고루 코팅이 되고, 코팅두께가 얇아 코팅층의 유연성을 유지하며, 둥글게 형상을 제조할시에도 균열이 발생하지 않고, 건조 및 소성시 균열이 발생하지 않으면서도 코팅공정에 드는 비용이 적게 소요되는 경제적인 전기절연코팅 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전기절연재의 원료 및 결합재로서의 역할을 동시에 하는 코팅재료로 알루미나졸을 사용하고 여기에 희석제로서 에틸알콜을 첨가하여 코팅액을 제조한 다음 금속박판을 코팅액에 1분간 침적한후 꺼내어 열풍 드라이어를 사용하여 즉시 건조시킨 다음 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣은 후 코팅층이 금속박판에 완전히 융착되도록 하는 공정을 3~4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛ 되게 하는 전기절연 코팅방법이다.

Description

전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법

본 발명은 전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법에 관한 것으로, 특히 금속박판, 즉 두께가 30~50㎛ 정도로 얇고 또한 내구성 및 내열성이 우수한 페라이트계 스테인레스강을 이용하여 제조한 허니컴 형상의 구조체에 전기를 통전시켜 자동차배기가스정화용 촉매체 또는 산업용 촉매연소 시스템에서의 전기발열식촉매체를 제조함에 있어 금속박판의 한쪽면 또는 양쪽면을 절연 코팅하여 전기의 단락을 막기 위한 전기절연코팅 방법에 관한 것이다.

자동차배기가스정화용 촉매체 및 산업용연소촉매 시스템에서의 예열 버너(Burner) 대신 설치하고자 하는 촉매체의 경우 최근 세라믹질허니컴담체 대신에 금속박판을 이용하여 한쪽 금속박판면은 평판으로 하고, 다른쪽의 금속박판은 파형판을 만들어 평판, 또는 파형판의 둘중 한쪽에 전극봉을 부착한 후 평판과 파형판을 동시에 둥글게 감는 형식을 택하여 외부 케이싱(Casing)을 한후 평판 또는 파형판에 부착된 전극봉에 전기를 통전시켜 촉매반응에 필요한 열을 공급하고자 하는 연구가 시도되고 있다.

따라서 전극봉이 부착된 평판 또는 파형판에 전기를 통전하여 금속박판을 발열시키기 위해서는 양쪽 박판이 서로 맞닿는 부분, 즉 파형판의 파형부분과 평판과의 접촉점을 전기 절연을 행하여야만 전기를 통전하였을시 전기가 단락이 되지 않고 발열이 되는 것이다.

이때 평판과 파형판에 서로 접촉된 어느 한 부분에서라도 전기가 흐르게 되면 전기의 단락과 함께 그 부분에서 집중적으로 발열이 되어 금속박판이 녹아버려서 사용할 수가 없게 되는 것이다.

그러나 전기발열식 허니컴구조체에 관한 어떠한 발명에서도 상기 절연코팅조성에 대해서는 정확한 조성을 기술한 발명의 예가 없고 단순히 절연성이 우수한 무기재료를 부착시켜 절연성을 기술한 발명의 예가 없고 단순히 절연성이 우수한 무기재료를 부착시켜 절연성을 부여한다고만 명시되어 있다.

그러나 실제 전기발열식 촉매체를 제작함에 있어 가장 중요한 것은 절연코팅이다.

즉 다양한 형태 또는 내구성 있는 구조체를 제작하기 위해서는 전기가 통전되는 면과 다른 한쪽 파형판의 면이 완전한 절연이 행하여져야만 가능하기 때문이다.

일반적으로 절연코팅재로서 응용할수 있는 것은 절연성이 있는 분말과 무기 접착제를 혼합하거나, 또는 알루미나졸 및 실리카졸에 물을 혼합하고 r-Al₂O₃분말등을 넣어 사용하거나 금속 알콕사이드를 이용한 졸-겔 공정에 의해 제조된 코팅재를 사용하거나 또는 절연재를 플라즈마를 이용하여 박판에 코팅 하거나 혹은 기타 CVD 또는 스퍼터링방법등에 의해 절연층을 증착 시킬 수가 있다.

하지만 상기 무기 접착재를 이용하거나 졸겔 공정에 의한 금속 알콕사이드를 사용해 제조한 코팅재를 금속 박판에 코팅하고자 할시 금속박판의 면에 골고루 코팅되기가 어려울뿐 아니라 코팅이 되었다 하더라도 코팅두께가 두껍게 되기 때문에 코팅층의 유연성이 부족해 둥글게 형상을 제조할시 균열이 발생하게 된다는 문제점이 있다.

또한 상기 알루미나졸 및 실리카졸에 물을 혼합하고 r-Al₂O₃등의 절연성 분말을 넣어 코팅하는 경우, 금속박판에 균일하게 코팅이 되기 어렵고 특히 건조 및 소성시 균열이 발생하기가 쉽다는 문제점이 있다.

또한 상기 플라즈마 혹은 CVD, 기타 스퍼터링방법에 의해서 절연층을 형성시킬 경우 코팅공정에 너무 비용이 많이 소요되기 때문에 경제적이지 못하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 금속박판의 면에 골고루 코팅이 되고, 코팅두께가 얇아 코팅층의 유연성을 유지하며, 둥글게 형상을 제조할시에도 균열이 발생하지 않고, 건조 및 소성시 균열이 발생하지 않으면서도 코팅공정에 드는 비용이 적게 소요되는 경제적인 전기절연코팅 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 두께가 30~50㎛ 정도로 얇고 또한 내구성 및 내열성이 우수한 페라이트계 스테인레스강인 금속박판을 이용하여 제조한 허니컴 형상의 구조체에 전기를 통전시켜 자동차배기가스정화용 촉매체 또는 산업용 촉매 연소 시스템에서의 전기발열식촉매체를 제조함에 있어 금속박판의 한쪽면 또는 양쪽면을 절연 코팅하여 전기의 단락을 막기 위한 전기절연코팅 방법에 있어서, 전기절연재의 원료 및 결합재로서 역할을 동시에 하는 코팅재료로 알루미나졸을 사용하고 여기에 희석제로서 에틸알콜을 첨가하여 코팅액을 제조한 다음 금속박판을 코팅액에 1분간 침적한후 꺼내어 열풍 드라이어를 사용하여 즉시 건조시킨 다음 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣은 후 코팅층이 금속박판에 완전히 융착되도록 하는 공정을 3~4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛ 되게 하는 것을 특징으로 하는 전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 절연코팅방법은 전기절연재의 원료 및 결합재로서 역할을 동시에 하는 코팅재료로 알루미나졸을 사용하고 여기에 희석제로서 에틸알콜을 첨가하여 코팅액을 제조한 다음 금속박판을 코팅액에 침적한후 꺼내어 열풍 드라이어를 사용하여 즉시 건조시킨 다음 900℃로 유지된 전기로에 넣은 후 코팅층이 금속박판에 완전히 융착되도록 하는 공정을 3~4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛되게 절연코팅하는 방법이다.

상기에서 주 재료인 알루미나졸의 경우 알루미나졸에 함유되어 있는 알루미나의 함유량에 관계 없이 사용할수 있다.

상기에서 희석제로 사용되는 알콜의 종류는 메틸 또는 에틸, 이소프로필 등의 종류에 상관없다.

상기에서 희석제의 양은 알루미나졸을 1~1.5배로 희석하면 된다.

이때 희석제의 양이 1이하이면 알루미나졸의 농도가 너무 높아 코팅이 골고루 되지 않으며, 또한 코팅 후 건조 및 소성 후 균열이 발생하게 된다.

또한 1.5배 이상이면 희석제의 양이 너무 많이 코팅횟수가 증가되어야 하는점이 있다.

상기에서 코팅횟수는 알루미나의 함량에 따라 약간 차이가 있으나 대략 3~4회가 적합하다.

즉 3회 미만의 경우에는 코팅층의 두께가 너무 얇아 절연특성이 저하되며, 5회 이상인 경우에는 코팅층의 두께가 너무 두꺼워져 구조제를 둥글게 조립시 균열이 발생할수 있으며 특히 조립후 전기를 인가하여 발열시 균열이 발생하여 절연성이 저하할수 있기 때문이다.

그리고 이때 절연코팅은 절연기능을 높여주기 위하여 전극봉이 부착된 평판 또는 파형판 모두에 코팅을 행하는 것이 좋다.

상기와 같은 본 발명의 절연코팅방법에 의한 구조체는 1000~1100℃의 온도에서도 장시간 견딜수 있으며, 50V, 15A로 전기를 인가시 견딜수 있는 전기 절연성이 우수한 전기 발열식 구조체이다.

상기와 같이 평판 및 파형판을 절연코팅을 행한 구조체는 다음에 촉매를 담지하기 위해서는 표면적이 큰 재료를 담지하는 공정이 필요하다.

즉, r-Al₂O₃가 성분인 워시코팅액을 3~4차례 코팅한 후 700℃에서 건조 및 소성 공정을 거친후 촉매성분을 담지하는 촉매담지공정에 들어가게 된다.

본 발명의 방법은 워시코팅액을 담지하기전 금속담체에 절연코팅을 행하는 것까지만 국한한다.

다음에 본 발명에서 얻은 조성의 성분에 따른 특성을 실시예에 표시하였으며 참고적으로 본 발명의 범위를 벗어난 조성에 대한 특성을 비교예에 표시하였다.

[실시예]

알루미나졸(일본 닛산제품, AS-200) 50g과 에틸알콜 50g을 섞어 충분히 혼합한 다음 길이 5m로 이루어진, 전극봉이 부착된 평판과 파형판을 각각 1~5분 침적해서 둔 후 꺼내어 열풍 드라이어로 건조시켰다.

건조된 평판 및 파형판은 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣고 코팅층을 융착시킨 후 꺼내어 냉각시켰다.

냉각된 평판 및 박판을 다시 코팅액에 넣은 후 상기와 동일한 코팅공정을 4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛이 되게 하였다.

코팅이 끝난 평판 및 파형판은 둥글게 동시에 감은 다음 외부에 단열재를 채운 후 외부 케이싱(Casing)을 한 다음 전기를 50V, 15A의 조건에서 200시간 연속으로 통전시켰다.

이때 전기를 통전시킨 결과는 표 1에 나타나 있다.

[비교예 1]

알루미나졸(일본 닛산제품, AS-200) 50g 및 r-Al₂O₃분말을 10g을 섞어 충분히 혼합한 다음 길이 5m로 이루어진, 전극봉이 부착된 평판과 파형판을 각각 1~5분 침적해서 둔 후 꺼내어 열풍 드라이어로 건조시켰다.

건조된 평판 및 파형판은 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣고 코팅층을 융착시킨 후 꺼내어 냉각시켰다.

냉각된 평판 및 박판을 다시 코팅액에 넣은 후 상기와 동일한 코팅공정을 4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛이 되게 하였다.

코팅이 끝난 평판 및 파형판은 둥글게 동시에 감은 다음 외부에 단열재를 채운 후 외부 케이싱(Casing)을 한 다음 전기를 50V, 15A의 조건에서 200시간 연속으로 통전시켰다.

이때 전기를 통전시킨 결과는 표 1에 나타나 있다.

[비교예 2]

알루미나졸(일본 닛산제품, AS-200) 50g 및 물 50g을 섞어 충분히 혼합한 다음 길이 5m로 이루어진, 전극봉이 부착된 평판과 파형판을 각각 1~5분 침적해서둔 후 꺼내어 열풍 드라이어로 건조시켰다.

건조된 평판 및 파형판은 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣고 코팅층을 융착시킨 후 꺼내어 냉각시켰다.

냉각된 평판 및 박판을 다시 코팅액에 넣은 후 상기와 동일한 코팅공정을 4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛이 되게 하였다.

코팅이 끝난 평판 및 파형판은 둥글게 동시에 감은 다음 외부에 단열재를 채운 후 외부 케이싱(Casing)을 한 다음 전기를 50V, 15A의 조건에서 200시간 연속으로 통전시켰다.

이때 전기를 통전시킨 결과는 표 1에 나타나 있다.

[표 1]

전기 통전시간에 따른 전발열식 허이컴 구조체의 전기단락여부

상기와 같이 전기발열식촉매체의 전기절연코팅조성으로 코팅한 본 발명은 실시예에 나타났듯이 전기를 통전한 결과 200시간 연속으로 전기를 통전시켜 발열시켜도 전기 단락이 발생하지 않아서, 전기절연성, 내구성 및 내열성이 우수한 코팅조성임을 알수 있다.

본 발명의 전기절연코팅조성을 자동차 배기가스정화용 촉매체 및 산업용촉매연소 시스템에서의 전기발열식 촉매체로서 응용이 기대된다.

Claims (2)

1. 두께가 30~50㎛ 정도로 얇고 또한 내구성 및 내열성이 우수한 페라이트계 스테인레스강인 금속박판을 이용하여 제조한 허니컴 형상의 구조체에 전기를 통전시켜 자동차배기가스정화용 촉매체 또는 산업용 촉매연소 시스템에서의 전기발열식 촉매체를 제조함에 있어 금속박판의 한쪽면 또는 양쪽면을 절연 코팅하여 전기의 단락을 막기 위한 전기절연코팅 방법에 있어서, 전극봉이 부착된 평판 또는 파형판 모두에 대하여 전기절연재의 원료 및 결합재로서의 역할을 동시에 하는 코팅재료로 알루미나졸을 사용하고 여기에 희석제를 알루미나졸에 대하여 1~1.5배 첨가하여 코팅액을 제조한 다음 금속박판을 코팅액에 1분간 침적한후 꺼내어 열풍 드라이어를 사용하여 즉시 건조시킨 다음 10~20분간 900℃로 유지된 전기로에 넣은 후 코팅층이 금속박판에 완전히 융착되도록 하는 공정을 3~4회 반복하여 코팅층의 두께가 5~8㎛ 되게 하는 것을 특징으로 하는 전기발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 희석제로 사용되는 알콜의 종류는 메틸 또는 에틸,이소프로필 등을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 발열식 촉매체의 전기절연코팅 방법.