KR101599268B1 - Substrate structure used to coat catalyst and method for manufacturing same - Google Patents

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KR101599268B1 KR1020140111762A KR20140111762A KR101599268B1 KR 101599268 B1 KR101599268 B1 KR 101599268B1 KR 1020140111762 A KR1020140111762 A KR 1020140111762A KR 20140111762 A KR20140111762 A KR 20140111762A KR 101599268 B1 KR101599268 B1 KR 101599268B1
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metal mat
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이세영
우종헌
송명호
이덕의
이택헌
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화이버텍 (주)
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Abstract

The present invention relates to a carrier for supporting a catalyst and a manufacturing method thereof. The manufacturing method of the catalyst carrier includes: a step of melting a heat-resistant metal; a step of extracting and rapidly cooling a metal fiber by making a rotating rotator come into contact with the molten heat-resistant metal; a step of forming a metal mat by distributing the extracted metal fiber; a step of sintering the metal mat; a step of corrugating the sintered metal mat; a step of forming a carrier structure by stacking up the corrugated metal mat and a supporting material; and a step of sintering the carrier structure. The effects of preventing an increase in a back pressure applied to the carrier, minimizing a volume, and maintaining mechanical strength are obtained as a thickness control of the carrier or the metal mat is possible.

Description

촉매담지용 담체 및 제조방법 {SUBSTRATE STRUCTURE USED TO COAT CATALYST AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a support for supporting a catalyst,

본 발명은 촉매담지용 담체 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정화대상인 배기가스가 담체 사이의 다양한 부분으로 유동할 수 있도록 마련되어 담체에 작용하는 배압 상승의 방지 및 부피 최소화가 가능하면서도 기계적 강도를 유지할 수 있는 촉매담지용 담체 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carrier for supporting a catalyst and a production method thereof, and more particularly, to a carrier for supporting a catalyst and a method for producing the same, And a manufacturing method thereof.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.It should be noted that the contents described in this section merely provide background information on the present invention and do not constitute the prior art.

차량 등의 배기가스는 물과 이산화탄소 외에 입자상물질(PM), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)과 같은 물질들로 이루어진다. 배기가스 중의 이러한 물질은 대기 중에 부유되어 환경오염을 유발할 뿐만 아니라, 시야를 좁게 하고, 폐질환과 같은 질병을 일으키는 원인이 되고 있다.Exhaust gases such as automobiles are made up of substances such as particulate matter (PM), hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) in addition to water and carbon dioxide. These substances in the exhaust gas float in the atmosphere to cause environmental pollution, narrow the field of view, and cause diseases such as lung disease.

유해한 배기가스 중의 물질을 처리하기 위해 차량에는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), SCR(Selective Catalytic Reduction), TWC(Three Way Catalyst) 또는 DPF(Diesel Particulate Filter) 등의 장치가 사용되고 있다. 이들 장치에는 배기가스 중의 유해성분과 반응하는 촉매를 담지하기 위한, 금속 또는 세라믹 등의 재질로 만들어지는 담체가 채용되고 있다.Diesel oxidation catalyst (DOC), selective catalytic reduction (SCR), two way catalytic converter (TWC), or diesel particulate filter (DPF) are used to treat harmful exhaust gas. In these devices, a carrier made of a material such as metal or ceramic is used to support a catalyst that reacts with harmful components in the exhaust gas.

여기서, 담체는 가능한 한 높은 정화(유해성분의 저감) 효율을 확보하기 위해 배기가스의 유해성분과 접촉하는 접촉면적이 넓어지도록 설계되는 것이 바람직하다. Here, the carrier is desirably designed such that the contact area with which the harmful component of the exhaust gas comes in contact is widened in order to ensure as high as possible purification (harmful component reduction) efficiency.

그런데 접촉면적이 넓어지도록 설계되면, 통상 담체 내 채널의 수가 증가하게 되는데, 이와 같이 채널의 밀도가 높아지면 채널을 구성하는 벽의 단면적이 증가하고 이로 인해 배기 저항에 따른 배압이 높아지는 문제점이 발생하게 된다. However, when the contact area is designed to be wider, the number of channels in the carrier usually increases. When the density of the channel is increased, the cross-sectional area of the wall constituting the channel increases. As a result, do.

한편, 금속 재질로 된 담체를 만드는 경우에는 브레이징 또는 납땜과 같은 용접을 이용하는데, 이러한 접합 방법은 모재 대비 용융온도가 낮은 용가재를 사용하기 때문에 내구성이 저하되고 이상 반응시 취약할 수 있는 문제점도 있다. On the other hand, when a carrier made of a metal material is used, welding such as brazing or soldering is used. Since such a joining method uses a scraper having a low melting temperature in comparison with the base material, durability is deteriorated, .

이에 본 발명은, 작용하는 배압 상승의 방지 및 부피 최소화가 가능하면서도 기계적 강도를 유지할 수 있는 촉매담지용 담체 및 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다. Accordingly, it is a main object of the present invention to provide a support for supporting a catalyst and a method of manufacturing the same which can maintain the mechanical strength while preventing the back pressure from increasing and minimizing the volume.

본 발명의 한 양상에 따른 촉매담지용 담체의 제조방법은, 내열금속을 용융시키는 공정; 용융된 상기 내열금속에 회전하는 회전체를 접촉시켜 금속섬유를 추출하고 급랭시키는 공정; 추출된 상기 금속섬유를 분포시켜 금속매트를 형성하는 공정; 상기 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 상기 금속매트를 소결하는 공정; 소결된 상기 금속매트에 주름을 형성하는 공정; 적어도 하나의 상기 주름진 금속매트와 적어도 하나의 지지부재를 적층하여 담체구조물을 형성하는 공정; 및 상기 담체구조물을 상기 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 소결하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a carrier for supporting a catalyst according to an aspect of the present invention includes the steps of melting a heat resistant metal; Contacting the molten refractory metal with a rotating rotating body to extract metal fibers and quenching them; Distributing the extracted metal fibers to form a metal mat; Sintering the metal mat under a temperature lower than the melting point of the heat resistant metal and a vacuum atmosphere; Forming a corrugation on the sintered metal mat; Depositing at least one corrugated metal mat and at least one support member to form a carrier structure; And sintering the carrier structure under a vacuum atmosphere at a temperature not higher than the melting point of the heat resistant metal.

본 발명의 다른 양상에 따른 촉매담지용 담체는, 복수의 금속섬유가 부직포(Non-woven Fabric) 상태로 분포되어 소결에 의해 접합된 적어도 하나의 주름진 금속매트와; 상기 주름진 금속매트의 만곡부와 소결에 의해 접합된 적어도 하나의 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. A catalyst supporting carrier according to another aspect of the present invention comprises: at least one corrugated metal mat distributed by sintering in which a plurality of metal fibers are distributed in a non-woven fabric state; And at least one supporting member joined by sintering with the curved portion of the corrugated metal mat.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 무엇보다도 담체가 균일하게 분포된 금속섬유로 구성되어 있어 기체의 유동이 가능하여, 기체가 통과할 수 없는 시트 형상의 담체 또는 세라믹 재질의 담체보다 유동성 및 난류에 의한 촉매반응성이 향상되는 효과를 얻게 된다. As described above, according to the present invention, among other things, the support is composed of metal fibers uniformly distributed so that the gas can flow, and the flowability and turbulence of the sheet- The effect of improving the catalytic reactivity can be obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 소결에 의한 원자결합(Atomic Bonding)을 이용하기 때문에, 내구성이 우수하며 이상 반응시에도 변형이 일어나지 않아 기계적 강도를 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since atomic bonding by sintering is used, there is an effect that the durability is excellent and the mechanical strength can be maintained without deformation even during an abnormal reaction.

더구나, 본 발명에 의하면, 담체 내지 금속매트의 두께가 제어가능하여 담체에 작용하는 배압 상승의 방지 및 부피 최소화가 이루어질 수 있는 효과가 있게 된다. Furthermore, according to the present invention, it is possible to control the thickness of the carrier or the metal mat, thereby preventing the rise of the back pressure acting on the carrier and minimizing the volume.

도 1은 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 금속매트를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매담지용 담체에 적용될 수 있는 금속매트의 변형예를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 담체구조물을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 촉매담지용 담체를 절개하여 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a metal mat of a catalyst supporting carrier according to the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a modified example of a metal mat that can be applied to a carrier for supporting a catalyst according to the present invention.
3 is an exploded perspective view illustrating a carrier structure of a carrier for supporting a catalyst according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing the catalyst supporting carrier according to the present invention cut away. FIG.

본 발명에 따른 촉매담지용 담체 및 제조방법은, 담체 내 벽두께를 얇게 구성하면서 기계적 강도를 유지하고, 배기가스가 접촉할 수 있는 채널 수를 늘려 배기가스와의 접촉면적을 증가시키는 데에 주안점을 두고 있다. The support for supporting a catalyst and the manufacturing method according to the present invention are characterized in that the mechanical strength is maintained while the wall thickness of the support is made thin and the number of channels with which the exhaust gas can contact is increased to increase the contact area with the exhaust gas Respectively.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 금속매트를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 촉매담지용 담체에 적용될 수 있는 금속매트의 변형예를 도시한 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 담체구조물을 설명하기 위한 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 촉매담지용 담체를 절개하여 도시한 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view showing a metal mat of a catalyst supporting carrier according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a modified example of a metal mat applicable to the catalyst supporting carrier according to the present invention. FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a carrier structure of a carrier for supporting a catalyst according to the present invention, and FIG. 4 is a perspective view illustrating a carrier for supporting a catalyst according to the present invention.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 제조방법은, 내열금속을 용융시키는 공정; 용융된 내열금속에 회전하는 회전체를 접촉시켜 금속섬유를 추출하고 급랭시키는 공정; 추출된 금속섬유를 균일하게 분포시켜 금속매트(10)를 형성하는 공정; 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 금속매트(10)를 소결하는 공정; 소결된 금속매트(10)에 주름을 형성하는 공정; 적어도 하나의 주름진 금속매트(10)와 적어도 하나의 지지부재(20)를 적층하여 담체구조물(100)을 형성하는 공정; 및 담체구조물(100)을 상기 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 소결하는 공정을 포함하고 있다.As shown in these drawings, the method for producing a carrier for supporting a catalyst according to the present invention comprises: a step of melting a heat resistant metal; Contacting the molten refractory metal with a rotating rotating body to extract the metal fibers and quenching them; A step of uniformly distributing the extracted metal fibers to form a metal mat (10); Sintering the metal mat (10) at a temperature not higher than the melting point of the heat resistant metal and in a vacuum atmosphere; A step of forming a corrugation on the sintered metal mat (10); Laminating at least one corrugated metal mat (10) and at least one support member (20) to form a carrier structure (100); And a step of sintering the carrier structure (100) at a temperature below the melting point of the heat resistant metal and under a vacuum atmosphere.

별도로 도시되지 않은 내열금속은 내열성 합금철로 이루어지며, 바람직하기로는 크롬이 15∼25 중량%, 알루미늄이 3∼8 중량% 및 Nb, Y, Ti, Ta 등의 미량원소가 0.05∼0.5 중량% 정도로 함유된 내열성 합금철을 사용한다. The heat-resistant metal, which is not separately shown, is made of heat-resistant alloyed iron, and preferably contains 15 to 25 wt% of chromium, 3 to 8 wt% of aluminum, and 0.05 to 0.5 wt% of trace elements such as Nb, Y, Use heat-resistant alloyed iron.

내열금속을 용융 및 추출하여 금속섬유를 제조하는데, 이때에는 용융 추출법을 채용한다. 용융 추출법(Pendant Drop Melt Extraction)의 일예가 일본국 특허공개공보 평10-180422호에 "비정질 금속섬유의 제조장치 및 그 방법"이라는 명칭으로 개시되어 있다. The heat-resistant metal is melted and extracted to produce a metal fiber, in which case a melt extraction method is employed. One example of the Pendant Drop Melt Extraction is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-180422 entitled " Apparatus and Method for Producing Amorphous Metal Fibers ".

본 발명에서는 이러한 용융 추출법이 적용 및 응용될 수 있는바, 이를 간략히 설명하면, 우선 내열금속을 용융시키는 공정에서는 대략 막대 형상을 갖는 내열금속을 1∼100㎜/분의 속도로 공급하고, 발열체를 이용하여 용융점 이상의 온도, 예컨대 대략 1,500∼2,000℃ 사이의 온도에서 막대 형상을 갖는 내열금속의 일단을 약 1㎝ 정도 용융시킨다. In the present invention, such a melt extraction method can be applied and applied. Briefly, in the step of melting the heat resistant metal, heat resistant metal having a substantially rod shape is supplied at a rate of 1 to 100 mm / min, , One end of the heat-resistant metal having a rod shape is melted at about 1 cm at a temperature of the melting point or more, for example, about 1,500 to 2,000 ° C.

그리고 용융된 내열금속의 일단을 대략 1,000∼8,000RPM 가량의 속도로 회전하는 예컨대 원판 디스크와 같은 회전체의 팁부분에 접촉시키면서, 이 팁부분을 따라 추출되어 나오는 금속섬유를 급랭 및 응고시킨다.Then, the metal fiber extracted along the tip portion is rapidly cooled and solidified, while bringing one end of the molten refractory metal into contact with a tip portion of a rotating body such as a disk, for example, rotating at a speed of about 1,000 to 8,000 RPM.

본 발명에 적용되는 용융 추출법은 상술한 것에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 목적에 부합되는 것이라면 용융된 금속으로부터 금속섬유를 추출하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전체의 형태와 회전수 등은 다양한 방식으로 변형될 수 있으며, 내열금속도 다른 임의의 방식으로 용융될 수 있다.The melt extraction method applied to the present invention is not limited to the above. That is, the method for extracting the metal fibers from the molten metal is not particularly limited as far as it is in accordance with the object of the present invention. For example, the shape and number of revolutions of the rotating body can be modified in various ways, and the heat-resistant metal can be melted in any other way.

이러한 용융 추출법으로 제조된 금속섬유는 일반적으로 원형 또는 반원형의 단면을 가질 수 있는데, 그 직경이나 폭은 다양한 크기로 변경되어 제조될 수 있다. 본 발명에 사용되는 금속섬유는 평균 직경 혹은 평균 폭이 10∼100㎛인 것이 바람직하다.The metal fibers produced by this melt extraction method can generally have a circular or semicircular cross section, the diameter or width of which can be varied to varying sizes. The metal fibers used in the present invention preferably have an average diameter or an average width of 10 to 100 mu m.

계속해서, 제조된 금속섬유는 부직포(Non-woven Fabric) 상태로 분포되어 금속매트(10)로 만들어진다. 만약 금속매트(10)의 기공도가 균일하지 않은 경우에는 예컨대 카딩기 등을 사용하여 금속섬유들을 더욱 균일하게 분포시키는 카딩(Carding)하는 공정을 더 포함할 수 있다. Subsequently, the produced metal fibers are distributed in the non-woven fabric state, and are made of the metal mat 10. If the porosity of the metal mat 10 is not uniform, the metal mat 10 may further include a carding process for distributing the metal fibers more uniformly using a carding machine or the like.

금속매트(10)는 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도, 예컨대 1,000∼1,500℃ 범위의 고온 및 10-2∼10-6Torr의 진공도를 갖는 고온 진공 소결로에서 30분∼10시간 동안 소결되어, 두께 0.002∼0.5㎜를 가지며 전체 기공도가 대략 60% 이상인 다공성 부재로 제작된다.The metal mat 10 is sintered in a high-temperature vacuum sintering furnace having a temperature not higher than the melting point of the heat-resistant metal, for example, a high temperature in the range of 1,000 to 1,500 ° C and a vacuum degree of 10 -2 to 10 -6 Torr for 30 minutes to 10 hours, A porous member having a thickness of 0.002 to 0.5 mm and an overall porosity of about 60% or more.

금속매트(10)의 두께 조절은 단위면적당 금속섬유의 양을 조정하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 금속매트의 단위면적당 금속섬유의 중량이 증가할수록 두께는 증가하고, 단위면적당 금속섬유의 중량이 감소할수록 두께는 감소한다. The thickness of the metal mat 10 may be adjusted by adjusting the amount of the metal fibers per unit area. For example, as the weight of the metal fiber per unit area of the metal mat increases, the thickness increases, and as the weight of the metal fiber per unit area decreases, the thickness decreases.

금속매트(10)의 두께가 얇을수록 담체의 벽두께가 얇아지고 배기가스(G)의 압력 손실을 최소화할 수 있어 좋지만, 금속매트(10)의 두께를 0.002㎜ 미만으로 하면 기계적인 강도가 떨어지는 한편, 그 두께가 0.5㎜를 초과하면 평균 공극의 크기가 감소하여 배압이 상승하면서 결국 차량의 엔진 출력이 저하될 우려가 있다. As the thickness of the metal mat 10 becomes thinner, the thickness of the wall of the carrier becomes thinner and the pressure loss of the exhaust gas G can be minimized. However, when the thickness of the metal mat 10 is less than 0.002 mm, On the other hand, when the thickness exceeds 0.5 mm, the size of the average pore decreases and the back pressure rises, which may eventually lower the engine output of the vehicle.

또한, 금속매트(10)의 두께를 조절하기 위해 압연하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이와 같이 압연함으로써, 적절한 기계적 강도에 요구되는 금속섬유의 중량을 희생시키지 않고서도 금속매트의 두께 조절이 가능하게 되는 것이다. Further, it may further include a step of rolling to adjust the thickness of the metal mat 10. By rolling in this manner, it becomes possible to adjust the thickness of the metal mat without sacrificing the weight of the metal fiber required for adequate mechanical strength.

본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 제조방법에서는, 소결을 이용하여 금속섬유들을 접합하기 때문에, 금속섬유들을 지지하는 별도의 수단이 필요 없게 된다. 이에 따라 본 발명의 담체에서는 종래에 비해 그 벽두께를 대략 40% 이상 감소시킬 수 있게 된다. In the method for producing a carrier for supporting a catalyst according to the present invention, since metal fibers are bonded using sintering, there is no need for a separate means for supporting the metal fibers. Accordingly, the wall thickness of the carrier of the present invention can be reduced by about 40% or more as compared with the conventional one.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 금속매트(10)가 도 1에 도시된 바와 같이 완성되게 된다. 하지만, 본 발명에 적용되는 금속매트는 상술한 형태의 것에 한정되지 않으며, 다양한 방식으로 변형될 수 있다. In this way, the metal mat 10 of the carrier for supporting a catalyst according to the present invention is completed as shown in FIG. However, the metal mat to which the present invention is applied is not limited to the above-described one, and can be modified in various ways.

도 2를 참조하면, 금속매트(10)의 상측 및 하측 중 적어도 어느 일측에 와이어 메쉬(12)가 더 결합할 수 있다. 이러한 와이어 메쉬(12)는 금속매트(10), 즉 금속섬유와 동일한 재질로 만들어진 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 2, the wire mesh 12 may be further coupled to at least one of the upper side and the lower side of the metal mat 10. The wire mesh 12 is preferably made of the same material as the metal mat 10, that is, metal fiber, but is not limited thereto.

금속매트(10)와 와이어 메쉬(12) 사이의 결합은, 금속매트(10)의 상측 및 하측 중 적어도 어느 일측에 와이어 메쉬(12)를 놓고서 함께 압연함으로써 구현될 수 있다. 이렇게 압연하면, 와이어 메쉬(12)에 구비된 복수의 개구에 금속매트(10)의 금속섬유가 끼워짐으로써, 금속매트(10)와 와이어 메쉬(12) 사이의 간단한 결합이 이루어지게 되는 것이다. The connection between the metal mat 10 and the wire mesh 12 can be realized by placing the wire mesh 12 on at least one of the upper side and the lower side of the metal mat 10 and rolling them together. As a result of this rolling, the metallic fibers of the metal mat 10 are fitted into the plurality of openings provided in the wire mesh 12, so that a simple connection is established between the metal mat 10 and the wire mesh 12.

한편, 단일 금속매트(10), 또는 와이어 메쉬(12)가 결합한 금속매트(10)에 적어도 하나의 슬릿(14; 도 3 참조)을 형성하는 공정이 더 포함될 수 있다. 압연된 금속매트(10)에다 예컨대 천공기를 사용하여 슬릿(14)이 형성될 수 있다. 이러한 슬릿(14)은 차후에 형성되는 채널들 간 배기가스(G)의 원활한 통과를 가능하게 하여 배기가스(G)와 촉매의 반응을 극대화시킬 수 있는 효과를 창출한다. On the other hand, it is possible to further include a step of forming at least one slit 14 (see FIG. 3) on the metal mat 10 on which the single metal mat 10 or the wire mesh 12 is combined. The slit 14 may be formed on the rolled metal mat 10, for example, using a perforator. This slit 14 enables smooth passage of the exhaust gas G between the channels formed later, thereby creating an effect of maximizing the reaction between the exhaust gas G and the catalyst.

슬릿 대신에, 금속매트를 형성하는 공정에서 금속섬유의 밀도를 조절하여 금속매트의 일부분에 다른 부분보다는 상대적으로 금속섬유의 밀도가 낮은 저밀도부(미도시)를 형성하여도 동일한 효과를 창출할 수 있다. In place of the slit, the same effect can be achieved by forming a low-density portion (not shown) having a relatively low density of metal fibers in a portion of the metal mat by adjusting the density of the metal fibers in the process of forming the metal mat have.

소결된 금속매트(10) 또는 와이어 메쉬(12)가 결합한 금속매트(10), 혹은 슬릿(14)이 천공된 금속매트(10)에 주름(Corrugation)을 형성하게 된다. 이 주름은 예컨대 소정의 프레스나 주름형성기를 사용하여 형성될 수 있다. A corrugation is formed on the metal mat 10 having the sintered metal mat 10 or the wire mesh 12 or the metal mat 10 having the slit 14 formed therein. The wrinkles can be formed using, for example, a predetermined press or a wrinkle forming machine.

이러한 주름은 평판보다는 배기가스(G)가 담체에 접촉할 수 있는 면적을 증대시킬 수 있다. 또한, 가열 및 냉각에 따라 금속매트(10)가 수평방향으로 팽창하거나 수축할 때, 주름들 간의 간격이 좁아지거나 넓어져 팽창과 수축을 흡수하기 때문에 본 발명의 담체에서는 열에 의한 변형이 생기지 않게 된다. Such wrinkles can increase the area in which the exhaust gas (G) can contact the carrier than the flat plate. Further, when the metallic mat 10 expands or shrinks in the horizontal direction due to heating and cooling, the space between the wrinkles narrows or widens to absorb expansion and contraction, so that the support of the present invention does not suffer from thermal deformation .

도 1 또는 도 2에서는 편의상 일방향으로 물결 무늬와 같은 주름이 형성된 금속매트를 도시하고 있지만, 금속매트에 형성되는 주름은 이에 한정되지 않으며 다양한 형태를 가질 수 있다.Although FIG. 1 or FIG. 2 shows a metal mat having a wavy pattern like a wave pattern in one direction for the sake of convenience, the wrinkles formed on the metal mat are not limited thereto and may have various shapes.

또한, 주름의 크기는 금속매트(10)의 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있는데, 바람직하기로는 대략 1∼100㎜의 간격을 갖고서 1∼10㎜의 높이를 갖는다. The size of the wrinkles can be varied according to the size of the metal mat 10, and preferably has a height of 1 to 10 mm with an interval of approximately 1 to 100 mm.

이와 같이 해서 금속매트(10)를 마련한 다음, 적어도 하나의 주름진 금속매트(10)와 적어도 하나의 지지부재(20)를 적층하여 담체구조물(100)을 형성한다. 준비된 담체구조물(100)은 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도, 예컨대 1,000∼1,500℃ 범위의 고온 및 10-2∼10-6Torr의 진공도를 갖는 고온 진공 소결로에서 30분∼10시간 동안 소결되어, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체로 제작된다.After the metal mat 10 is thus formed, at least one corrugated metal mat 10 and at least one support member 20 are laminated to form the carrier structure 100. The prepared carrier structure 100 is sintered for 30 minutes to 10 hours in a high-temperature vacuum sintering furnace having a temperature not higher than the melting point of the heat resistant metal, for example, a high temperature in the range of 1,000 to 1,500 ° C and a vacuum degree of 10 -2 to 10 -6 Torr , And is made of the carrier for supporting a catalyst according to the present invention.

지지부재(20)는 동일한 재질의 주름이 형성되지 않은 편평한 다공성 금속매트나, 금속매트(10)와 동일한 재질의 와이어 메쉬 중 하나로 될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며 철을 함유한 금속시트여도 무방하다. 이러한 지지부재(20)와 주름진 금속매트(10)는 적층되어 접하는 해당 접촉부(금속매트에서는 만곡부)에서 소결에 의해 서로 접합 및 고정되게 된다. The support member 20 may be one of a flat porous metal mat without the wrinkles of the same material, or a wire mesh of the same material as the metal mat 10. However, it is not necessarily limited to this, and it may be a metal sheet containing iron. The support member 20 and the corrugated metal mat 10 are joined and fixed to each other by sintering at the contact portion (the curved portion in the metal mat) which is stacked and brought into contact with each other.

이와 같이, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체의 제조방법에서는 금속매트(10)의 구성 및 금속매트(10)와 지지부재(20)의 결합을 위해 소결에 의한 원자결합을 이용함으로써, 브레이징 또는 납땜과 같은 용접을 이용하는 종래에 비해, 접합부의 내구성이 우수하며 이상 반응시에도 변형이 일어나지 않아 기계적 강도를 유지할 수 있게 된다. As described above, in the method of manufacturing a carrier for supporting a catalyst according to the present invention, by using the atomic bond by sintering for the constitution of the metal mat 10 and the bonding of the metal mat 10 and the support member 20, The durability of the joint is excellent and the mechanical strength can be maintained without causing deformation even during an adverse reaction.

이상과 같이 제조된 본 발명에 따른 촉매담지용 담체는 유해한 배기가스가 방출되는 다양한 장치, 예를 들면 차량, 건설기계, 발전기, 선박, 기차, 모터사이클 등의 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 담체는 배기가스 중 유해성분을 처리하는 DOC, SCR, TWC 또는 DPF 등에 채용될 수 있다.The carrier for supporting a catalyst according to the present invention manufactured as described above can be applied to various devices in which harmful exhaust gas is emitted, for example, a diesel engine or a gasoline engine such as a vehicle, a construction machine, a generator, a ship, . In particular, the carrier of the present invention can be employed in DOC, SCR, TWC, DPF or the like for treating harmful components in the exhaust gas.

본 발명에 따른 촉매담지용 담체는, 소결된 담체구조물(100)이 적당한 크기로 절단되고 겹쳐져서 일정 두께를 가진 적층물로, 또는 소결된 담체구조물(100)의 일측으로부터 돌려서 감긴 나선형으로 형성되어 배기가스의 정화를 위한 부재로 사용될 수 있다.The carrier for supporting a catalyst according to the present invention is formed such that a sintered carrier structure 100 is cut into and stacked with an appropriate size and formed into a spiral having a certain thickness or rolled up from one side of the sintered carrier structure 100 It can be used as a member for purification of exhaust gas.

여기서, 본 발명의 담체 내에는 주름진 금속매트(10)와 지지부재(20)가 서로 적층되어 있으므로 금속매트(10)의 오목 또는 볼록하게 만곡되어 경사진 경사면들과 지지부재(20) 사이에는 공간이 형성된다. 이 공간을 이하에서는 채널(30)이라 칭한다. Since the corrugated metal mat 10 and the support member 20 are laminated to each other within the support of the present invention, a gap is formed between the inclined surfaces of the metal mat 10 and the support member 20, . This space will be referred to as a channel 30 hereinafter.

정화 대상인 배기가스(G)는 채널(30)의 길이방향으로 통과하는 관통흐름(Through Flow)을 형성하여 본 발명의 담체 내에서 유동가능하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 담체를 구성하는 담체구조물(100)의 일측을 통해 유입되는 배기가스(G) 중 유해성분은 금속매트(10) 또는 지지부재(20)와 접촉하면서 제거되고, 정화된 배기가스(G)가 담체구조물(100)로부터 방출된다. The exhaust gas G to be purified forms a through flow that passes in the longitudinal direction of the channel 30 and becomes flowable in the carrier of the present invention. 4, harmful components among the exhaust gas G flowing through one side of the carrier structure 100 constituting the carrier are removed while being in contact with the metal mat 10 or the support member 20, The exhaust gas G is discharged from the carrier structure 100.

또, 본 발명의 담체를 구성하는 금속매트(10)는 금속섬유들이 분포된 구성이어서 배기가스(G)의 통과가 가능하게 된다. 따라서, 관통흐름과 동시에, 배기가스(G)는 채널(30)들 간 또는 층들 간 통과하면서 벽흐름(Wall Flow)을 형성하게 된다. 보다 구체적으로, 도 4의 사시도 및 확대도에 도시된 바와 같이 배기가스(G)는 다공성 금속매트(10) 또는 지지부재(20)를 통과하여 채널(30)들 또는 층들 사이를 이동할 수 있다. Further, the metal mat 10 constituting the carrier of the present invention has the structure in which the metal fibers are distributed, so that the exhaust gas G can pass. Thus, concurrent with the through flow, the exhaust gas G forms a wall flow while passing between the channels 30 or between the layers. More specifically, as shown in the perspective and enlarged views of FIG. 4, the exhaust gas G may pass through the porous metal mat 10 or the support member 20 and between the channels 30 or between the layers.

더구나, 본 발명의 담체를 구성하는 금속매트(10)는 금속섬유들이 분포된 구성이어서 금속매트(10)에서 배기가스(G)가 접촉할 수 있는 표면적이 대폭 증대되게 된다. 따라서, 이동 중인 배기가스(G)는 본 발명의 담체를 구성하는 대부분의 구성요소와 접촉할 수 있게 되는 것이다. In addition, since the metal mat 10 constituting the carrier of the present invention has a structure in which the metal fibers are distributed, the surface area at which the exhaust gas G can contact with the metal mat 10 is greatly increased. Therefore, the exhaust gas G being moved can come into contact with most components constituting the carrier of the present invention.

이로써, 배기가스가 채널의 길이방향으로만 통과하는 종래에 비해, 본 발명의 담체에서는 관통흐름 및 벽흐름이 동시에 일어날 수 있고 접촉가능한 표면적이 증대되어, 동일한 개수의 채널을 갖는다 하더라도 몇 배 이상의 접촉가능한 면적을 갖게 되는 것이다. Thus, compared to the conventional case where the exhaust gas passes only in the longitudinal direction of the channel, the penetration flow and the wall flow can occur at the same time in the carrier of the present invention and the contactable surface area is increased, It is possible to have an area.

특히, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체에서는, 이 담체 내에 구획된 채널(30)을 구성하는 벽면을 통해 배기가스(G)가 유동하게 됨으로써, 채널(30) 내에 난류를 생성하여 배기가스(G)의 흐름에 교란을 주게 된다. 이로 인해 배기가스(G)가 후술하는 촉매에 접촉할 수 있는 기회 또는 시간이 늘어나게 되면서 그 접촉면적이 증대되고 촉매반응성이 향상되는 것이다. 이렇게 배기가스(G)와 촉매의 접촉이 적극적으로 촉진되게 되어, 이로부터 배압 상승은 방지하면서, 종래의 기체가 통과할 수 없는 시트 형상의 담체 또는 세라믹 재질의 담체보다 정화 효율이 현저히 상승되는 장점을 얻게 되는 것이다. Particularly, in the carrier for supporting a catalyst according to the present invention, the exhaust gas (G) flows through a wall surface constituting the channel (30) partitioned in the carrier to generate turbulent flow in the channel (30) ) In the flow. As a result, the opportunity or time for the exhaust gas G to contact the catalyst described later is increased, so that the contact area is increased and the catalytic reactivity is improved. The contact between the exhaust gas G and the catalyst is positively promoted so that the purifying efficiency is remarkably improved compared to the sheet-like carrier or the ceramic material carrier which can not pass through the conventional gas while preventing the back pressure from rising. .

한편으로, 종래의 금속시트를 포함한 담체에서는 그 두께를 얇게 하면 열에 의한 변형이 쉽게 초래되었으나, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체에서는 금속매트가 금속섬유들의 분포로 인해 그리고 주름진 형상으로 인해, 가열 및 냉각에 따른 팽창과 수축을 흡수할 수 있어, 그 두께를 얇게 하더라도 열에 의한 변형이 방지되면서 기계적 강도가 유지될 수 있게 된다. On the other hand, in the case of a carrier containing a conventional metal sheet, if the thickness is reduced, deformation due to heat is easily caused. However, in the catalyst supporting carrier according to the present invention, the metal mat, due to the distribution of the metal fibers and the wrinkled shape, Expansion and contraction due to cooling can be absorbed, and even if the thickness is reduced, the mechanical strength can be maintained while being prevented from being deformed by heat.

본 발명에 따른 촉매담지용 담체에는 촉매가 부가될 수 있다. 금속매트(10) 또는 지지부재(20) 중 적어도 하나에 촉매가 코팅되어 있어, 본 발명의 담체를 통과하는 배기가스 중 유해한 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등을 인체에 무해한 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 질소(N2) 등으로 산화 또는 환원시켜 배출할 수 있다.A catalyst may be added to the catalyst supporting carrier according to the present invention. At least one of the metal mat 10 and the support member 20 is coated with a catalyst so that harmful carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), and the like in the exhaust gas passing through the carrier of the present invention (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen (N 2 ), or the like, which is harmless to the exhaust gas.

이러한 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 알루미나(Al2O3), 제올라이트(Zeolite) 또는 바나듐(V) 중 하나 이상을 포함하여 마련될 수 있다.Such catalysts may be prepared by one of platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), alumina (Al 2 O 3), zeolite (Zeolite) or vanadium (V) containing one or more.

배기가스(G)에 포함된 유해성분은 본 발명의 담체를 통과하는 중에 금속매트(10) 또는 지지부재(20)를 통해 교란 상태로 흐르고 접촉하면서, 본 발명의 담체에 담지되어 있는 촉매의 도움으로 산화 또는 환원 반응하여 제거된다. The harmful components contained in the exhaust gas G flow in the disturbance state through the metal mat 10 or the support member 20 while being in contact with the support of the present invention and contact with the support of the catalyst supported on the support of the present invention To be removed by an oxidation or reduction reaction.

이상과 같이 본 발명에 따른 촉매담지용 담체는 배기가스와 촉매가 접촉가능한 면적을 증가시킴으로써, 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있음과 더불어, 그 두께를 줄여 크기를 소형화할 수 있거나 동일한 크기 내에서 채널 수를 증대시킬 수 있게 되는 것이다.As described above, the catalyst supporting carrier according to the present invention can improve the purification efficiency of the exhaust gas by increasing the contact area between the exhaust gas and the catalyst, and can reduce the thickness thereof, The number of channels can be increased.

또한, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체는 그 두께 또는 부피가 감소하여 배기 저항에 따른 배압의 상승을 방지할 수 있고, 최소화가 가능하면서도 내구성이 우수하며 이상 반응시에도 열 변형이 방지되어 기계적 강도는 유지할 수 있는 효과가 있게 된다. The support for supporting a catalyst according to the present invention has a reduced thickness or volume to prevent increase in back pressure due to exhaust resistance and is capable of minimizing the durability while preventing thermal deformation even during adverse reaction, There is an effect that can be maintained.

더욱이, 본 발명에 따른 촉매담지용 담체는 배기가스가 담체에 접촉되는 면적이 상대적으로 증가하므로 담체에 부가되는 촉매의 양이 상대적으로 감소될 수 있는 부가적인 효과도 있다. 이러한 효과는, 대부분의 촉매가 귀금속이기 때문에, 비용 절감을 도모할 수 있게 한다. In addition, the catalyst supporting carrier according to the present invention has an additional effect that the amount of the catalyst added to the carrier can be relatively reduced since the area of contact of the exhaust gas with the carrier is relatively increased. This effect enables cost reduction because most catalysts are noble metals.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 금속매트
12: 와이어 메쉬
14: 슬릿
20: 지지부재
100: 담체구조물10: metal mat
12: Wire Mesh
14: slit
20: support member
100: carrier structure

Claims (16)

내열금속을 용융시키는 공정; 용융된 상기 내열금속에 회전하는 회전체를 접촉시켜 금속섬유를 추출하고 급랭시키는 공정;
추출된 상기 금속섬유를 분포시켜 금속매트를 형성하는 공정; 상기 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 상기 금속매트를 소결하는 공정;
기계적 강도를 위해 상기 금속매트의 중량을 줄이지 않으면서 상기 금속매트의 두께를 조절하도록 상기 금속매트를 압연하는 공정;
상기 금속매트의 적어도 어느 일측에 와이어 메쉬를 놓고서, 상기 와이어 메쉬에 형성된 복수 개의 개구에 상기 금속매트의 금속섬유가 끼워지도록 압연하여 결합하는 공정;
상기 금속매트 및 와이어 메쉬에 천공기를 사용하여 적어도 하나의 슬릿을 형성하는 공정;
상기 와이어 메쉬가 결합된 상기 금속매트에 주름을 형성하는 공정;
적어도 하나의 주름진 상기 금속매트와 적어도 하나의 지지부재를 적층하여 담체구조물을 형성하는 공정; 및
상기 담체구조물을 상기 내열금속이 갖는 용융점 이하의 온도 및 진공 분위기 하에서 소결하는 공정;
을 포함하는 촉매담지용 담체의 제조방법.Melting the heat-resistant metal; Contacting the molten refractory metal with a rotating rotating body to extract metal fibers and quenching them;
Distributing the extracted metal fibers to form a metal mat; Sintering the metal mat under a temperature lower than the melting point of the heat resistant metal and a vacuum atmosphere;
Rolling the metal mat to adjust the thickness of the metal mat without reducing the weight of the metal mat for mechanical strength;
Placing a wire mesh on at least one side of the metal mat and rolling and joining the metal mat of the metal mat to a plurality of openings formed in the wire mesh;
Forming at least one slit in the metal mat and wire mesh using a perforator;
Forming a corrugation on the metal mat to which the wire mesh is bonded;
Laminating at least one corrugated metal mat and at least one support member to form a carrier structure; And
Sintering the support structure in a vacuum atmosphere at a temperature not higher than the melting point of the heat resistant metal;
Wherein the catalyst carrier is a catalyst carrier. 제1항에 있어서,
상기 용융시키는 공정은 발열체를 이용하여 용융점 이상의 온도로 상기 내열금속을 용융시키는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the melting step comprises melting the heat resistant metal at a temperature equal to or higher than the melting point using a heating element. 제1항에 있어서,
상기 금속섬유를 균일하게 분포시키도록 카딩(Carding)하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체의 제조방법. The method according to claim 1,
Further comprising the step of carding the metal fibers to uniformly distribute the metal fibers. 제1항에 있어서,
상기 금속매트의 두께는 단위면적당 상기 금속섬유의 양을 조정하여 조절되는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체의 제조방법. The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the metal mat is adjusted by adjusting the amount of the metal fibers per unit area. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속매트에 다른 부분보다 상대적으로 상기 금속섬유의 밀도가 낮은 저밀도부를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체의 제조방법. The method according to claim 1,
Further comprising the step of forming a low-density portion having a density of the metal fibers relatively lower than other portions of the metal mat. 제1항에 있어서,
상기 금속매트 또는 상기 지지부재 중 적어도 하나에 촉매를 코팅하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체의 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising coating a catalyst on at least one of the metal mat and the support member. 복수의 금속섬유가 부직포(Non-woven Fabric) 상태로 분포되어 소결에 의해 접합된 적어도 하나의 주름진 금속매트; 및
상기 주름진 금속매트의 만곡부와 소결에 의해 접합된 적어도 하나의 지지부재;를 포함하며,
복수 개의 개구에 상기 금속매트의 금속섬유가 끼워지도록 상기 금속매트의 적어도 어느 일측에 결합한 와이어 메쉬를 더 포함하고, 상기 와이어 메쉬는 상기 금속매트와 상응하게 주름지도록 형성되며,
상기 금속매트 및 와이어 메쉬에 적어도 하나의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체.At least one corrugated metal mat bonded by sintering in which a plurality of metal fibers are distributed in a non-woven fabric state; And
And at least one support member joined by sintering with the curved portion of the corrugated metal mat,
Further comprising a wire mesh coupled to at least one side of the metal mat to sandwich the metal mat of the metal mat in the plurality of openings, the wire mesh being formed to corrugate the metal mat,
Wherein at least one slit is formed in the metal mat and the wire mesh. 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 금속매트는 0.002∼0.5㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체.11. The method of claim 10,
Wherein the metal mat has a thickness of 0.002 to 0.5 mm. 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 금속매트는 다른 부분보다 상대적으로 상기 금속섬유의 밀도가 낮은 저밀도부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체. 11. The method of claim 10,
Wherein the metal mat is formed with a low-density portion having a density of the metal fibers relatively lower than other portions. 제10항에 있어서,
상기 지지부재는 주름이 형성되지 않은 편평한 다공성 금속매트나 와이어 메쉬 중 하나인 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체.11. The method of claim 10,
Wherein the support member is one of a flat porous metal mat or a wire mesh having no wrinkles formed therein. 제10항에 있어서,
상기 금속매트 또는 상기 지지부재 중 적어도 하나에 촉매가 코팅되는 것을 특징으로 하는 촉매담지용 담체.
11. The method of claim 10,
Wherein at least one of the metal mat and the support member is coated with a catalyst.
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