KR101422257B1

KR101422257B1 - 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101422257B1
Application number: KR1020120131613A
Authority: KR
Inventors: 손경빈; 배예나
Original assignee: 현대머티리얼 주식회사
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-07-24
Also published as: KR20140064358A

Abstract

본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체는, 평판과 파형판이 교대로 배치되도록 일 축을 중심으로 권취시킨 형태로 형성되며, 상기 평판과 파형판은 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 형성된 다각 권취부; 및 상기 다각 권취부의 중심에 삽입되며, 권취된 형태로 형성된 심부를 포함한다.

Description

대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체 및 이의 제조방법{ROLL TYPE METAL CATALYST CARRIER MODULE FOR LARGE EXHAUST GAS FILTER AND PRODUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

촉매 정화장치는 배기가스에 포함된 오염물질을 촉매를 사용하여 유해하지 않은 물질로 전환시킨다. 선택적 환원촉매는 이러한 촉매 정화장치의 일종으로서, 환경문제에 대한 인식 및 규제수준이 높아짐에 따라 그간 적용되어 오던 자동차의 내연기관을 넘어 선박 엔진에도 적용의 필요성이 대두되고 있다.

선택적 환원촉매의 촉매 담체(catalyst carrier)는 배기가스 중에 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물을 산화 또는 환원시켜 제거하는 기능을 수행하는 촉매, 조촉매 또는 첨가제 등을 고정시키는 역할을 한다. 이러한 촉매 담체로서 세라믹 압출재가 사용하기도 하였으나, 두께가 두꺼워 단위면적당 셀밀도가 낮을 뿐만 아니라 강도 및 내구성이 떨어지는 단점이 있다.

그에 반해 금속 담체는 얇은 두께로 제작이 가능하면서도 기계적 특성이 우수하여 널리 사용되고 있다.

그런데, 자동차와 달리 선박 또는 플랜트 등 초대형 엔진에는 배기가스의 배출량도 급증하므로 선택적 환원촉매시스템의 규모도 그만큼 증가하게 되어 더욱 큰 사이즈의 담체가 필요하게 된다.

제조 측면에서 단순히 크기만을 크게 하여 대형화시킨 일체형의 담체는 이를 제작하기 위한 설비의 부족 등 제작 가능성에 문제가 있으며 촉매의 코팅도 어렵다. 이를 해결하기 위해, 촉매 담체를 모듈형태로 제작하고 이들을 조립하는 방식이 제시되기도 하였다. 그러나, 기존의 금속담체는 원형의 권취 타입이므로 이를 다발 형태로 조립하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 필터가 없는 영역이 발생하여 효율이 떨어지게 되므로 대형화에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 대용량의 선택적 환원촉매 시스템에 사용되기에 적합하도록 대형화가 용이한 금속담체의 구조 및 그 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체는, 평판과 파형판이 교대로 배치되도록 일 축을 중심으로 권취시킨 형태로 형성되며, 상기 평판과 파형판은 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 형성된 다각 권취부; 및 상기 다각 권취부의 중심에 삽입되며, 권취된 형태로 형성된 심부를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 다각 권취부는 매 권취마다 상기 다각형 단면에 대응하는 수의 평면부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 다각 권취부는 매 권취마다 사각형 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 심부는 원형으로 권취된 형태로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체는 상기 평판 또는 파형판 중 적어도 어느 하나에 구비되며, 절곡이 용이하도록 펀칭에 의해 형성되는 절취선을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 절취선은 권취 수에 따라 간격이 증가되도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체는, 평판과 파형판이 교대로 배치되도록 일 축을 중심으로 권취시킨 형태로 형성되며, 상기 평판과 파형판은 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 형성된 다각 권취부를 포함하고, 상기 다각 권취부에 포함된 상기 평판 또는 파형판 중 적어도 어느 하나에 구비되며, 절곡이 용이하도록 펀칭에 의해 형성되는 절취선을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체 조립체는, 상기한 권취형 금속 담체를 복수 개로 포함하고, 상기 복수의 권취형 금속 담체는 인접된 권취형 금속 담체와 직접 맞대어져 다발 형태로 조립될 수 있다.

또한, 본 발명과 관련된 대용량 배기가스 정화장치는, 상기의 대용량 촉매 담체 조립체를 복수 개로 포함하고, 상기 복수의 대용량 촉매 담체 조립체는 다층 형태로 배열될 수 있다.

본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체의 제조방법은, 평판과 파형판이 교대로 배치하여, 상기 평판과 파형판이 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 일 축을 중심으로 권취시켜 다각 권취부를 형성하는 단계; 및 상기 다각 권취부의 중심에 권취된 심부를 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 평판과 파형판이 교대로 배치하여, 상기 평판과 파형판이 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 일 축을 중심으로 권취시켜 다각 권취부를 형성하는 단계는, 상기 다각형 단면에 대응하는 다각 맨드릴(mandrel)의 외주에 상기 평판과 파형판을 권취시키는 것일 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 다각 맨드릴은 중공 형태로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 다각 권취부의 중심에 권취된 심부를 삽입하는 단계는, 상기 다각 맨드릴의 중공부에 상기 심부를 삽입한 후, 상기 다각 맨드릴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 평판과 파형판이 교대로 배치하여, 상기 평판과 파형판이 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록 일 축을 중심으로 권취시켜 다각 권취부를 형성하는 단계는, 상기 평판 또는 파형판 중 적어도 어느 하나에 절곡이 용이하도록 절취선을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 절취선은 권취 수에 따라 간격이 증가되도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체에 의하면, 다각형의 단면형을 갖는 담체를 제작한 것이므로 모듈화하여 대형의 담체를 형성하기 용이한 구조가 된다. 이러한 다각 권취는 기존의 원형권취된 담체를 다각형태로 제작하기 위하여 모서리 부분에 별도의 채움재를 마련하고 이를 다시 삽입해야 하는 것에 비하여 공정이 간소화되며 그에 따른 제반 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본 발명과 관련된 권취형 금속 담체 및 제조 방법에 의하면 단위 모듈을 둘러싸는 외부 캔이나 하우징을 생략할 수 있으므로, 담체의 무게, 소재 및 용접 비용이 절감되고 작업성도 향상된다.

도 1은 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체(100)의 사시도
도 2는 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체 조립체(100')의 사시도
도 3은 본 발명과 관련된 대용량 배기가스 정화장치(200)의 개념적 투영사시도
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 측면도
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 사시도
도 6 및 도 7은 본 발명에 다른 또 다른 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 사시도들

이하, 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체 및 이의 제조방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체(100)의 사시도로서, 다면체의 허니컴 구조체를 보이고 있다.

구체적으로, 금속 담체(100)는 다각형 단면을 갖도록 권취된 다각 권취부(110)와, 다각 권취부(110)의 중심에 끼워지는 심부(120)를 구비한다. 다각 권취부(110)는 매 권취마다 다각형 단면에 대응하는 수의 평면부(111)를 포함하고 있다. 도 1에 의하면, 이러한 다각 권취부(110)는 거의(모서리 부분에는 작은 라운드가 형성될 수 있다) 사각형 단면을 갖도록 형성되어 있으며, 그에 따라 다발 형태로 조립하기 용이하게 되어 있다. 다각 권취부(110)의 외주에는 다각 권취부(110)를 패킹하기 위한 캔이나 하우징이 생략될 수 있다.

심부(120)는 다각 권취부(110)의 중심에 형성된 공간을 채워주는 역할을 하면서도 배기가스의 촉매처리를 위한 채널로서도 기능한다. 심부(120)는 다각 권취부(110)와 달리 원형 또는 기타의 단면을 갖는 권취도 가능하다. 도 1에서는 원형 권취된 심부(120)를 보이고 있다.

다각 권취부(110) 및 심부(120)는 금속 판재를 사용하여 권취의 방법으로 담체를 형성한 것으로, 배기가스가 통과하는 각 표면에는 배기가스의 처리를 위한 촉매물질이 코팅되어 있다.

도 2는 본 발명과 관련된 대용량 촉매 담체 조립체(100')의 사시도이고, 도 3은 본 발명과 관련된 대용량 배기가스 정화장치(200)의 개념적 투영사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 대용량 촉매 담체 조립체(100')는 복수의 권취형 금속 담체(100)가 다발 형태로 조합된 것으로서, 권취형 금속 담체(100)와 인접한 권취형 금속 담체(100)는 특별한 조립 또는 체결부재를 사용함이 없이 직접 맞대어져 있다. 다발 형태로 집합된 대용량 촉매 담체 조립체(100')의 외곽에는 조립체의 형태를 유지하기 위한 외곽 프레임 또는 홀더와 같은 부재가 사용될 수 있다.

이와 같이 조립된 대용량 촉매 담체 조립체(100')는 배기가스의 처리면적을 크게 증가시킬 수 있으며, 대량의 처리가 필요한 분야에 적용될 수 있다. 도 4는 선박이나 대형 플랜트 등에 적용될 수 있는 대용량 배기가스 정화장치(200)를 예시한 것으로, 위와 같이 조립된 대용량 촉매 담체 조립체(100')가 다층 형태로 배열된 것을 보이고 있다. 이러한 대용량 배기가스 정화장치(200)는 선택적 환원(Selective Catalyst Reduction; SCR) 촉매 정화장치로 불릴 수 있다. 각 대용량 촉매 담체 조립체(100')는 모듈화된 복수의 권취형 금속 담체(100)가 다발 형태로 조립되었다. 각 권취형 금속 담체(100)에 캔이 생략됨에 따라, 대용량 배기가스 정화장치(200)의 크기도 컴팩트하게 구성할 수 있으며, 전체 무게도 경감된다. 예를 들어, 캔의 두께가 2.5mm인 경우, 도시된 것과 같이 3×3의 대용량 촉매 담체 조립체(100')를 구성하는데 폭당 약 15mm가 절감된다. 그럼에도 처리될 수 있는 배기가스의 용량은 줄어들지 않으며, 나아가 배기가스가 통과되어야 할 수평 단면적이 감소되므로 유동 저항도 그만큼 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 일 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 단면도이다. 여기서는 위와 같은 권취형 금속 담체(100)의 다각 권취부(110)를 제작하는 일 방법을 설명한다. 즉, 평판(130)과 파형판(corrugated sheet, 140)이 교대로 적층되도록 한 상태에서 중심에 다각 맨드릴(mandrel, 150)을 이용하여 권취시킨다. 평판(130)과 파형판(140)은 스틸 또는 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 재질에 의해 형성되는 것으로서, 연속 형태로 공급하여 하나의 공정을 통하여 모듈제작이 되도록 한다. 이때, 평판(130)과 파형판(140)은 일정한 장력이 유지되도록 하여 다각 맨드릴(150)에 의해 각형으로 권취되도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 사시도이다.

본 예에서는 각형 권취가 용이하게 유지될 수 있도록 평판(130)과 파형판(140)의 공급단에 각각 펀칭부(161,162,163,164)가 구비되어 있다. 펀칭부(161,162,163,164)는 평판(130)과 파형판(140)이 권취됨에 따라 일정한 간격 조건을 만족하는 절취선(131,141)을 형성한다. 절취선(131,141)은 평판(130)과 파형판(140)이 쉽게 절곡될 수 있도록 한 것으로서, 그에 따라 권취되면서 다각형 단면을 유지시킨다. 이러한 절취선(131,141)은 연속적인 라인형의 홈이나 일렬로 배열된 작은 천공홀 또는 단순히 특정 각도로 절곡시킨 형태 등에 의해 구현될 수 있다.

절취선(131,141)은 권취의 수가 증가할수록 그 간격도 증가된다. 즉, 도 5와 같이, 어느 한 폭이 W1이고 인접된 다음 면의 폭이 W2라면, 공급단에서의 절취선(131,141)의 폭도 W2가 될 수 있도록 미리 조정된다. 이를 위하여, 펀칭부(161,162,163,164)의 동작시간이나 위치는 컨트롤러에 의하여 제어되는 형태로 형성될 수 있다. 권취의 수가 증가되면 자연스럽게 평면부의 폭도 증가되는데, 이를 위하여 절취선(131,141)의 간격도 컨트롤러에 의하여 증가되도록 하는 것이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 다른 또 다른 실시예와 관련된 권취형 금속담체의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 사시도들이다.

본 예에서는 다각 권취부(110)의 권취가 완료된 상태에서 심부(120)를 삽입하는 방법을 제시한다. 심부(120)의 삽입을 위하여 다각 맨드릴(150)은 중공형으로 형성될 수 있다. 먼저, 도 6과 같이 다각 맨드릴(150)에 미리 권취된 심부(120)를 다각 맨드릴(150)의 중공부로 밀어 넣는다. 다음으로, 도 7과 같이 다각 맨드릴(150)을 다각 권취부(110)로부터 분리시킨다. 이 과정에서 심부(120)는 풀어지는 방향으로 가하는 탄성력에 의하여 다각 맨드릴(150)이 차지하고 있었던 두께만큼의 공간을 채워준다. 이 경우, 심부(120)와 다각 권취부(110)의 사이의 공간은 충분히 밀착되므로 별도의 채움재가 사용되지 않을 수 있다.

상기와 같이 설명된 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체 및 이의 제조방법은 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

100: 권취형 금속 담체 100': 대용량 촉매 담체 조립체
110: 다각 권취부 111: 평면부
120: 심부 130: 평판
131: 절취선 140: 파형판
141: 절취선 150: 다각 맨드릴
161,162,163,164: 펀칭부 200: 대용량 배기가스 정화장치

Claims

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금속의 평판과 파형판을 교대로 배치한 후 상기 평판과 파형판이 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록, 중공의 다각 맨드릴(mandrel)을 중심으로 상기 평판과 파형판을 각형으로 권취시켜 다각 권취부를 형성하는 단계;
상기 다각 맨드릴의 중공에, 금속의 평판과 파형판이 교대로 배치되어 원형으로 권취된 심부를 삽입하는 단계; 및
상기 다각 맨드릴을 제거하여, 상기 심부가 풀어지는 방향으로 가하는 탄성력에 의하여 상기 다각 맨드릴이 차지하고 있었던 두께만큼의 공간을 채워주도록 하는 단계를 포함하는, 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체의 제조방법.
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제10항에 있어서,
상기 평판과 파형판을 교대로 배치한 후 상기 평판과 파형판이 매 권취마다 다각형 단면을 갖도록, 중공의 다각 맨드릴(mandrel)을 중심으로 상기 평판과 파형판을 연속적으로 권취시켜 다각 권취부를 형성하는 단계는,
상기 평판 또는 파형판 중 적어도 어느 하나에 절곡이 용이하도록 절취선을 형성하는 단계를 포함하는, 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 절취선은 권취 수에 따라 간격이 증가되도록 형성되는, 대용량 촉매 담체를 형성하기 위한 권취형 금속 담체의 제조방법.