KR102286494B1 - Catalytic Converter for Toxic Gas Processing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소계열의 기체와 같은 유해가스를 정화하기 위한 유해가스 촉매변환기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 외부로부터 공급되는 유해가스에 대하여 촉매를 이용한 분해반응 또는 정화반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 챔버부; 외부로부터 상기 챔버부를 보호할 수 있도록 내측에 상기 챔버부가 내재되는 공간을 형성하며, 상기 챔버부를 지지하는 케이스부; 및 상기 챔버부의 내측에 마련된 상기 반응공간 상에 배치되며, 상기 촉매로서 백금 및 루테늄이 합금 형태로 표면에 증착된 촉매지지체를 다수 포함하는 촉매변환부;를 포함하므로, 탄화수소 계열의 유해가스의 분해효율과 촉매의 내구성을 증진시켜줄 수 있는 기술이 개시된다. The present invention relates to a harmful gas catalytic converter for purifying harmful gases such as hydrocarbon-based gases. a chamber unit; a case part forming a space inside the chamber part to protect the chamber part from the outside, and supporting the chamber part; and a catalytic conversion part disposed on the reaction space provided inside the chamber part, and including a plurality of catalyst supports deposited on the surface in the form of an alloy of platinum and ruthenium as the catalyst. A technique capable of improving the efficiency and durability of a catalyst is disclosed.

Description

유해가스 촉매변환기{Catalytic Converter for Toxic Gas Processing}Catalytic Converter for Toxic Gas Processing

본 발명은 탄화수소 계열의 유해가스를 정화하기 위한 유해가스 촉매변환기에 관한 것이다. The present invention relates to a harmful gas catalytic converter for purifying hydrocarbon-based noxious gases.

일반적으로 반도체 제조공정이나 연구실에서 다양한 종류의 가스가 사용되면서 각종 유해가스가 배출되고 있다. 예를 들어 과불화화합물(PFCs), 휘발성 유기 화합물(VOC), 탄화수소 계열의 폐가스 등이 방출되며, 이러한 유해가스의 대부분은 휘발성이 강하고 화학적 구조가 안정적이다. In general, as various types of gases are used in semiconductor manufacturing processes or laboratories, various harmful gases are emitted. For example, perfluorinated compounds (PFCs), volatile organic compounds (VOC), hydrocarbon-based waste gases, etc. are emitted, and most of these harmful gases are highly volatile and have stable chemical structures.

이로 인해, 다른 유해성 기체들에 비하여 상대적으로 대기 중 잔존수명이 길며 신체의 건강에 심각한 악영향을 미치게 된다. 또한 탄화수소 계열의 유해가스 들은 지구온난화, 질식 유발, 폭발성 등의 위험성이 내재되어 있다. Due to this, the remaining life in the atmosphere is relatively long compared to other harmful gases, and it has a serious adverse effect on the health of the body. In addition, hydrocarbon-based harmful gases have inherent risks such as global warming, suffocation, and explosiveness.

따라서 이러한 위험성을 제거하기 위하여 반도체, 디스플레이 제조 공정 등에서 사용하는 탄화수소 계열의 가스에 대한 정화장치가 요구된다. 이와 같은 유해가스의 정화를 위한 기술로서 고온 열분해 방식, 저온 촉매 분해 방식 또는 플라즈마를 이용한 고에너지 분해방식 등이 있다.Therefore, in order to remove this risk, a purification apparatus for hydrocarbon-based gas used in semiconductor and display manufacturing processes is required. As a technique for purifying such harmful gases, there are a high-temperature thermal decomposition method, a low-temperature catalytic decomposition method, or a high-energy decomposition method using plasma.

이 중 촉매를 이용한 분해 기술은 구동 온도가 상대적으로 낮으므로 에너지 절약에 유리하며 산화질소의 발생도 억제할 수 있다는 장점 등이 있다. 백금은 촉매로서 효율이 뛰어나므로 널리 이용되고 있으나, 백금의 가격이 비싸므로 백금 촉매 변환기의 가격 상승의 주된 요인이 되고 있다. 또한 상온보다 높은 온도에서 백금 촉매를 장기간 사용하는 경우 성능저하가 발생하게 되므로 주기적으로 촉매를 교체해주어야 하며 촉매교체로 인한 교체비용도 소요된다. Among them, the decomposition technique using a catalyst has a relatively low driving temperature, so it is advantageous for energy saving and has the advantage of suppressing the generation of nitrogen oxide. Platinum is widely used as a catalyst because of its excellent efficiency. However, since platinum is expensive, it is a major factor in the price increase of platinum catalytic converters. In addition, if the platinum catalyst is used for a long time at a temperature higher than room temperature, performance degradation occurs.

따라서 촉매비용을 낮추면서 촉매를 이용한 분해효율을 증진시킬 수 있는 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for a technology capable of improving the decomposition efficiency using the catalyst while lowering the catalyst cost.

대한민국 등록특허 제10-1785484호Republic of Korea Patent No. 10-1785484

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 촉매를 이용한 유해가스의 분해효율을 일정 수준 이상 확보할 수 있으며, 백금 촉매 사용에 따른 소요비용을 감축 시킬 수 있는 유해가스 촉매변환기를 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is possible to secure the decomposition efficiency of harmful gases using a catalyst to a certain level or more, and a harmful gas catalyst capable of reducing the cost of using a platinum catalyst To provide a converter.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기는 외부로부터 공급되는 유해가스에 대하여 촉매를 이용한 분해반응 또는 정화반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 챔버부; 외부로부터 상기 챔버부를 보호할 수 있도록 내측에 상기 챔버부가 내재되는 공간을 형성하며, 상기 챔버부를 지지하는 케이스부; 및 상기 챔버부의 내측에 마련된 상기 반응공간 상에 배치되며, 상기 촉매로서 백금 및 루테늄이 합금 형태로 표면에 증착된 촉매지지체를 다수 포함하는 촉매변환부;를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.A noxious gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a chamber unit that provides a reaction space in which a decomposition reaction or a purification reaction using a catalyst for a noxious gas supplied from the outside occurs; a case part forming a space inside the chamber part to protect the chamber part from the outside, and supporting the chamber part; and a catalytic conversion part disposed on the reaction space provided inside the chamber part, and including a plurality of catalyst supports deposited on the surface in the form of an alloy of platinum and ruthenium as the catalyst. .

여기서, 상기 촉매변환부의 상기 촉매지지체는, 구형의 형태를 갖춘 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the catalyst support of the catalytic converter may be further characterized in that it is yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a spherical shape.

여기서, 상기 챔버부는, 내측에 상기 촉매변환부를 수용하는 촉매용기; 일측에서 상기 유해가스를 유입받는 상기 촉매용기를 타측에서 지지하여 주는 지지대; 및 상기 촉매용기 및 상기 지지대를 내재하며 튜브 형태를 갖추고 있으며, 일측단에서 상기 유해가스를 유입받는 유입포트가 마련된 제1플랜지와 결합되고 타측단에서 배기포트가 마련된 제2플랜지와 결합된 반응튜브;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the chamber part, the catalyst container for accommodating the catalytic converter inside; a support for supporting the catalyst vessel, which receives the harmful gas from one side, from the other side; and a reaction tube having the catalyst container and the support in it and having a tube shape, coupled with a first flange having an inlet port for receiving the harmful gas at one end and a second flange having an exhaust port at the other end Including ; may be another feature.

여기서, 상기 챔버부는, 상기 반응튜브의 외주면에 배치되어 상기 반응튜브 내측으로 열을 공급하는 히팅케이블;을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the chamber unit may further include a heating cable disposed on the outer peripheral surface of the reaction tube to supply heat to the inside of the reaction tube.

여기서, 상기 케이스부는, 일측이 개방되어 있으며, 상기 챔버부가 내재되는 공간이 형성된 케이스바디; 및 상기 케이스바디의 일측단에 힌지결합되어 상기 케이스바디의 일측단을 개방시키거나 폐쇄시키는 케이스리드;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the case portion, one side is open, the chamber portion is formed in the internal space is formed a case body; and a case lid hinged to one end of the case body to open or close one end of the case body.

여기서, 상기 촉매지지체의 표면에 합금의 형태로 증착되어 형성된 상기 백금 및 상기 루테늄의 증착층의 표면에 세륨화합물이 증착된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, another feature may be that a cerium compound is deposited on the surface of the deposition layer of the platinum and ruthenium formed by deposition in the form of an alloy on the surface of the catalyst support.

여기서, 상기 세륨화합물은 세륨옥사이드인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the cerium compound may be further characterized in that it is cerium oxide.

여기서, 상기 백금 및 상기 루테늄의 증착층의 표면에 상기 세륨옥사이드가 증착되는 것은, 상기 백금 및 상기 루테늄의 증착층의 일부 표면상에만 증착되고, 다른 일부 표면은 상기 세륨옥사이드가 증착되지 않고 외부로 노출된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the deposition of the cerium oxide on the surface of the deposition layer of the platinum and ruthenium is deposited only on a part of the deposition layer of the platinum and ruthenium, and the other part of the surface is the cerium oxide without the deposition. Exposure may be another feature.

여기서, 상기 백금 및 상기 루테늄의 증착층의 일부 표면에 증착된 상기 세륨옥사이드는 두께가 7 nm 이하인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.Here, the cerium oxide deposited on a portion of the deposition layer of the platinum and ruthenium may have a thickness of 7 nm or less as another feature.

본 발명에 따른 유해가스 촉매변환기는, 백금 촉매의 사용량을 감축 시킬 수 있으므로 전체적인 제조비용 또는 촉매 사용에 따른 유지관리비용이 절감시킬 수 있으며, 탄화수소 계열의 유해가스의 분해효율을 일정 수준 이상 확보할 수 있으며 촉매의 내구성도 증진시켜줄 수 있는 효과가 있다. Since the harmful gas catalytic converter according to the present invention can reduce the amount of platinum catalyst used, the overall manufacturing cost or maintenance cost according to the use of the catalyst can be reduced, and the decomposition efficiency of hydrocarbon-based harmful gases can be secured over a certain level. and has the effect of improving the durability of the catalyst.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기를 개략적으로 나타낸 분해단면사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기의 측단면을 개략적으로 나타낸 측단면도이다. ,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기의 촉매변환부에서 촉매지지체의 단면을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기에서 케이스리드가 힌지결합을 중심으로 회전되어 부분적으로 개방된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 1 is an exploded cross-sectional perspective view schematically showing a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view schematically showing a side cross-section of a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention. ,
3 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a catalyst support in a catalytic converter of a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention.
4 is a side cross-sectional view schematically showing a partially opened state in which the case lid is rotated around a hinge coupling in the harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, a preferred embodiment will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood in more detail.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate the overall understanding, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기를 개략적으로 나타낸 분해단면사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기의 측단면을 개략적으로 나타낸 측단면도이다. ,1 is an exploded cross-sectional perspective view schematically showing a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cross-sectional view schematically showing a side cross-section of a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention. ,

먼저 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기는 챔버부(200), 촉매변환부(100) 및 케이스부(300)를 포함한다. First, referring to FIGS. 1 to 2 , the harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention includes a chamber part 200 , a catalytic converter part 100 , and a case part 300 .

챔버부(200)는 외부로부터 공급되는 유해가스에 대하여 촉매를 이용한 분해반응 또는 정화반응이 일어나는 반응공간을 제공한다. The chamber unit 200 provides a reaction space in which a decomposition reaction or a purification reaction using a catalyst occurs with respect to the harmful gas supplied from the outside.

이러한 챔버부(200)는 촉매용기(210), 지지대(220) 및 반응튜브(230)를 포함한다. The chamber 200 includes a catalyst container 210 , a support 220 , and a reaction tube 230 .

촉매용기(210)는 내측에 촉매변환부(100)를 수용한다. 이러한 촉매용기(210)는 알루미늄을 소재로 하여 이루어질 수 있다. 그리고 타공판처럼 외면에 다수의 홀이 형성된 것이 바람직하다. The catalyst container 210 accommodates the catalytic converter 100 therein. The catalyst container 210 may be made of aluminum as a material. And it is preferable that a plurality of holes are formed on the outer surface like a perforated plate.

촉매용기(210) 내에 수용된 촉매변환부(100)는 촉매용기(210)에 의해 안정적으로 배치될 수 있다.The catalytic converter 100 accommodated in the catalyst container 210 may be stably disposed by the catalyst container 210 .

지지대(220)는 촉매변환부(100)를 수용하고 있으며, 일측에서 유해가스를 유입받는 촉매용기(210)를 촉매용기(210)의 타측에서 지지하여 준다.The support 220 accommodates the catalytic converter 100 , and supports the catalyst container 210 , which receives harmful gas from one side, from the other side of the catalyst container 210 .

이러한 지지대(220)는 알루미늄 소재의 타공판로 이루어질 수 있으며 도면에서 참조되는 바와 같이 단면이 + 형태를 갖춘 빔의 형태로 형성될 수 있다. The support 220 may be made of a perforated plate made of aluminum, and may be formed in the form of a beam having a cross-section having a + shape as referenced in the drawings.

지지대(220)의 단면이 +의 형태를 갖추면 촉매변환부(100)를 거쳐오는 기체의 흐름에 대한 방해를 억제하면서 촉매변환부(100)를 내재하고 있는 촉매용기(210)를 안정적으로 지지하여 줄 수 있으므로 바람직하다. When the cross-section of the support 220 has a + shape, it is possible to stably support the catalyst container 210 containing the catalytic converter 100 while suppressing the obstruction to the flow of gas passing through the catalytic converter 100 . It is preferable because it can give

반응튜브(230)는 촉매용기(210) 및 지지대(220)를 수용한다. 반응튜브(230)는 도면에서 참조되는 바와 같이, 파이프 또는 튜브의 형태를 갖추고 있으며, 일측단이 제1플랜지(232)와 결합되고, 타측단이 제2플랜지(234)와 결합된다. The reaction tube 230 accommodates the catalyst vessel 210 and the support 220 . As shown in the drawings, the reaction tube 230 has the form of a pipe or tube, and one end is coupled to the first flange 232 , and the other end is coupled to the second flange 234 .

여기서 제1플랜지(232)에는 유해가스를 유입받기 위한 유입포트(2341)가 마련되어 있다. 그리고 제2플랜지(234)에는 유해가스가 분해반응 또는 정화반응을 거친 후 외부로 배출될 수 있도록 배기포트(2341)가 마련되어 있다.Here, the first flange 232 is provided with an inlet port 2341 for receiving the harmful gas. And the second flange 234 is provided with an exhaust port 2341 so that the harmful gas can be discharged to the outside after undergoing a decomposition reaction or a purification reaction.

이러한 반응튜브(230)는 스테인레스강 316 재질로 이루어질 수 있다.The reaction tube 230 may be made of a stainless steel 316 material.

제1플랜지에 마련된 유입포트(2321)에 유해가스를 주입시키기 위한 가스관 또는 가스튜브가 결합된다. 그리고 배기포트(2341)에 가스튜브가 연결된다. A gas pipe or gas tube for injecting harmful gas into the inlet port 2321 provided on the first flange is coupled. And a gas tube is connected to the exhaust port (2341).

따라서, 유입포트(2321)를 통해 유입된 유해가스는 촉매변환부(100)을 거치면서 분해반응 또는 정화반응을 겪게 되며, 분해반응 또는 정화반응에 의해 분해처리 또는 정화처리된 기체가 배기포트(2341)을 통해 외부로 배기되어 나가게 된다.Therefore, the harmful gas introduced through the inlet port 2321 undergoes a decomposition reaction or purification reaction while passing through the catalytic converter 100, and the gas decomposed or purified by the decomposition reaction or purification reaction is transferred to the exhaust port ( 2341) is exhausted to the outside.

그리고, 반응튜브(230)의 외주면에는 히팅케이블(미도시)이 배치되어 있다. In addition, a heating cable (not shown) is disposed on the outer peripheral surface of the reaction tube 230 .

히팅케이블은 반응튜브(230)의 내측에 배치된 촉매변환부(100) 측으로 열을 공급한다. 그리고 히팅케이블과 반응튜브(230)의 외주면 사이에 열전대가 배치될 수도 있다. 히팅케이블과 반응튜브(230) 사이에 배치되는 열전대를 통해 반응튜브의 온도를 확인할 수도 있다.The heating cable supplies heat to the catalytic converter 100 disposed inside the reaction tube 230 . In addition, a thermocouple may be disposed between the heating cable and the outer peripheral surface of the reaction tube 230 . The temperature of the reaction tube may be checked through a thermocouple disposed between the heating cable and the reaction tube 230 .

그리고, 온도 유지 또는 열손실의 방지를 위하여 단열재로 히팅케이블을 커버시킨 것도 바람직하다.In addition, in order to maintain temperature or prevent heat loss, it is preferable to cover the heating cable with an insulating material.

여기서 도 3을 더 참조하여 촉매변환부(100)에 대하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기의 촉매변환부에서 촉매지지체의 단면을 개략적으로 나타낸 개념도이다.Here, the catalytic converter 100 will be described with further reference to FIG. 3 . 3 is a conceptual diagram schematically showing a cross section of a catalyst support in a catalytic converter of a harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention.

도 1 또는 도 2에 나타낸 바와 같이, 촉매변환부(100)는 챔버부(200)의 내측에 마련된 반응공간 상에 배치된다. 그리고 도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 촉매로서 백금 및 루테늄이 합금 형태로 표면에 증착(140)된 구형의 촉매지지체(120)를 다수 포함하고 있다. 1 or 2 , the catalytic conversion unit 100 is disposed on a reaction space provided inside the chamber unit 200 . And, as schematically shown in FIG. 3, it includes a plurality of spherical catalyst supports 120 in which platinum and ruthenium are deposited on the surface in the form of an alloy 140 as catalysts.

쉽게 표현하자면, 촉매변환부(100)는 백금 및 루테늄이 증착된 구형의 촉매지지체가 군집을 이룬 집합체라고 할 수 있다. To put it simply, the catalytic converter 100 can be said to be an aggregate of spherical catalyst supports on which platinum and ruthenium are deposited.

여기서 촉매지지체(120)는, 구형의 형태를 갖춘 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-Stabilized Zirconia ; YSZ)인 것이 바람직하다. 이트리아 안정화 지르코니아로 된 구(sphere)형 촉매지지체(120)에 스퍼터링 공정을 통하여 백금과 루테늄을 합금과 같은 형태로 증착시킨다. 여기서 증착되는 두께는 나노스케일의 수준일 수도 있다. 예를 들어 100 내지 200 나노미터 수준의 증착 두께로 증착된 것도 바람직하다.Here, the catalyst support 120 is preferably yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a spherical shape. Platinum and ruthenium are deposited in the same form as an alloy through a sputtering process on the spherical catalyst support 120 made of yttria-stabilized zirconia. The thickness deposited here may be on the nanoscale level. For example, it is also preferable to deposit with a deposition thickness of 100 to 200 nanometer level.

이와 같이 백금과 루테늄을 합금과 같은 형태로 증착시켜줌으로서 백금을 단독으로 촉매로서 사용하는 경우에 비하여 메탄산화반응에서 촉매의 반응성을 증가시킬 수 있으며, 메탄 산화 반응에서 루테늄의 탄소형성반응을 억제함으로써 촉매의 내구성을 확보 또는 향상시킬 수 있다. In this way, by depositing platinum and ruthenium in the same form as an alloy, the reactivity of the catalyst can be increased in the methane oxidation reaction compared to the case where platinum is used alone as a catalyst, and by suppressing the carbon formation reaction of ruthenium in the methane oxidation reaction It is possible to secure or improve the durability of the catalyst.

따라서 종래와 같이 백금만으로 이루어진 촉매보다 성능과 안정성을 향상시킬 수 있으며, 촉매의 제조비용 또는 유지관리비용도 절감시킬 수 있다.Therefore, performance and stability can be improved compared to a catalyst made of only platinum as in the prior art, and the manufacturing cost or maintenance cost of the catalyst can be reduced.

그리고, 촉매지지체(120)의 표면에 합금의 형태로 증착되어 형성된 백금 및 루테늄의 증착층(140)의 표면에 세륨화합물(160)이 증착된 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the cerium compound 160 is deposited on the surface of the deposited layer 140 of platinum and ruthenium formed by being deposited in the form of an alloy on the surface of the catalyst support 120 .

여기서 세륨화합물은 세륨옥사이드(160)인 것이 바람직하다.Here, the cerium compound is preferably cerium oxide (160).

백금과 루테늄의 합금 형태의 증착층 표면에 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)를 이용하여 세륨옥사이드를 증착시킬 수 있다. A cerium oxide may be deposited on the surface of the deposition layer in the form of an alloy of platinum and ruthenium by using an atomic layer deposition (ALD).

그리고, 백금 및 루테늄의 증착층(140)의 표면에 세륨옥사이드(160)가 증착되는 것은, 백금 및 상기 루테늄의 증착층(140)의 일부 표면상에만 증착되고, 다른 일부 표면은 세륨옥사이드(160)가 증착되지 않고 외부로 노출된 것이 바람직하다. In addition, the deposition of cerium oxide 160 on the surface of the deposition layer 140 of platinum and ruthenium is deposited on only a portion of the deposition layer 140 of platinum and ruthenium, and the other partial surface is cerium oxide (160). ) is preferably exposed to the outside without being deposited.

백금 및 루테늄의 증착층(140)의 일부 표면에 증착된 세륨옥사이드(160)는 증착 두께가 7 nm 이하인 것이 바람직하다. The deposition thickness of the cerium oxide 160 deposited on a portion of the platinum and ruthenium deposition layer 140 is preferably 7 nm or less.

세륨옥사이드(160)를 증착시킬 때 7nm 이하의 수준으로 증착시켜주면 백금과 루테늄의 합금형태의 증착층 표면 상에 세륨옥사이드가 증착되는 부분과 증착되지 않은 부분이 있게 된다. 그리고 새로운 세리아-백금/루테늄 계면이 형성된다. When the cerium oxide 160 is deposited at a level of 7 nm or less, there are a portion where cerium oxide is deposited and a portion where it is not deposited on the surface of the deposition layer in the form of an alloy of platinum and ruthenium. And a new ceria-platinum/ruthenium interface is formed.

이와 같이 원자층 증착법을 이용하여 세륨옥사이드(160)를 수 나노미터 수준으로 백금과 루테늄의 합금 형태의 증착 표면에 증착시켜주면 백금의 전자구조가 변형되어 백금 표면의 촉매반응성이 향상되며, 산소 저장능력(OSC, Oxygen storage Capacity)이 확보된 세륨옥사이드 층이 공기극 반응 중 백금 표면에 형성되는 반응 중간 산물의 양을 조절함으로써 단위면적당 촉매 반응성이 향상될 수 있다. As described above, when cerium oxide 160 is deposited on the deposition surface in the form of an alloy of platinum and ruthenium at a level of several nanometers using the atomic layer deposition method, the electronic structure of platinum is deformed to improve the catalytic reactivity of the platinum surface, and oxygen storage Catalyst reactivity per unit area can be improved by controlling the amount of the reaction intermediate product formed on the platinum surface during the cathode reaction of the cerium oxide layer with the secured capability (OSC, oxygen storage capacity).

아울러, 백금과 루테늄의 합금 형태의 증착층 표면에 세륨옥사이드를 원자층 증착법을 이용하여 증착시켜줄 때, 백금과 루테늄의 합금 형태의 증착층 표면에서 열역학적으로 불안정한 부분에 우선적으로 세륨옥사이드가 증착된다. In addition, when cerium oxide is deposited on the surface of the deposition layer in the form of an alloy of platinum and ruthenium using the atomic layer deposition method, cerium oxide is preferentially deposited on the thermodynamically unstable portion of the surface of the deposition layer in the form of an alloy of platinum and ruthenium.

따라서, 전체적인 촉매 구조의 열적 내구성이 향상될 수 있다. 따라서 높은 온도에서도 촉매구조가 안정적으로 유지되면서 작동될 수 있다.Accordingly, the thermal durability of the overall catalyst structure can be improved. Therefore, even at high temperatures, the catalyst structure can be stably maintained and operated.

케이스부(300)는 외부로부터 챔버부(200)를 보호할 수 있도록 내측에 챔버부(200)가 내재되는 공간을 형성하며, 챔버부(200)를 지지한다. The case unit 300 forms a space inside the chamber unit 200 to protect the chamber unit 200 from the outside, and supports the chamber unit 200 .

이러한 케이스부(300)는 케이스바디(310) 및 케이스리드(320)를 포함하며 여기에 서포트캡(340)을 더 포함할 수도 있다.The case unit 300 includes a case body 310 and a case lead 320 , and may further include a support cap 340 .

케이스바디(310)는 일측이 개방되어 있으며, 내측에 챔버부(200)가 내재되는 공간이 형성되어 있다. 도면에서 참조되는 바와 같이 케이스바디(310)의 내측에서, 케이스바디(310)의 바닥면에 반응튜브(230)과 결합된 제2플렌지(234)가 볼트 및 너트와 같은 체결수단을 통해 체결된다. 따라서 케이스바디(310)에 챔버부가 안정적으로 결합될 수 있다.One side of the case body 310 is open, and a space in which the chamber part 200 is embedded is formed therein. As shown in the drawings, the second flange 234 coupled to the reaction tube 230 on the bottom surface of the case body 310 from the inside of the case body 310 is fastened through fastening means such as bolts and nuts. . Accordingly, the chamber unit may be stably coupled to the case body 310 .

여기서 도 4를 더 참조하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유해가스 촉매변환기에서 케이스리드가 힌지결합을 중심으로 회전되어 부분적으로 개방된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. Here, further reference will be made to FIG. 4 . 4 is a side cross-sectional view schematically showing a partially opened state in which the case lid is rotated around a hinge coupling in the harmful gas catalytic converter according to an embodiment of the present invention.

도 4에서 참조되는 바와 같이, 케이스리드(case lid)(320)는 케이스바디(310)의 일측단에 힌지결합되어 있다. 따라서, 케이스리드(320)이 힌지결합된 부위를 중심으로 여닫을 수 있다. 4 , the case lid 320 is hinged to one end of the case body 310 . Accordingly, the case lid 320 can be opened and closed around the hinged portion.

그리고, 케이스리드(320)의 일측면에는 홀이 형성되어 있다. 이 홀을 통해 외부로부터 가스튜브가 삽입되어 챔버부(200)의 제1플렌지(232)에 마련된 유입포트(2321)에 체결된다. In addition, a hole is formed in one side of the case lid 320 . A gas tube is inserted from the outside through this hole and is fastened to the inlet port 2321 provided in the first flange 232 of the chamber part 200 .

이와 같이, 케이스리드(320)는 케이스바디(310)의 일측단을 개방시키거나 폐쇄시킬 수 있으며, 케이스리드(320)를 열어서 챔버부(200)에 대한 관리작업을 수행할 수 있게 된다. In this way, the case lid 320 may open or close one end of the case body 310 , and the case lid 320 may be opened to perform a management operation on the chamber unit 200 .

케이스부(300)는 서포트캡(340)을 더 포함할 수도 있다. The case unit 300 may further include a support cap 340 .

도면에서 참조되는 바와 같이 서포트캡(340)은 케이스바디(310)의 타측에 마련된다. 이러한 서포트캡(340)은 챔버부(200)의 제2플랜지(234)에 마련된 배기포트(2341) 및 배기포트(2341)에 연결되는 가스튜브(미도시)를 외부로부터 보호한다. 배기포트(2341)와 연결되는 가스튜브가 외부로 연장되어 이어질 수 있도록 서포트캡(340)에는 가스튜브가 삽입될 수 있는 홀이 마련되어 있는 형태도 충분히 가능하다.As referenced in the drawings, the support cap 340 is provided on the other side of the case body 310 . The support cap 340 protects the exhaust port 2341 provided on the second flange 234 of the chamber part 200 and a gas tube (not shown) connected to the exhaust port 2341 from the outside. A form in which a hole into which the gas tube can be inserted is provided in the support cap 340 so that the gas tube connected to the exhaust port 2341 can be extended to the outside is also possible.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 유해가스 촉매변환기는 종래의 촉매변환기에 비하여 운용온도가 섭씨 약 450도 내지 500도로 낮으므로 에너지가 절감되고, 촉매변환기의 내구성이 향상되며, 촉매변환기 운용의 용이성이 증진된다는 장점이 있다. As described above, the harmful gas catalytic converter according to the present invention has an operating temperature of about 450 to 500 degrees Celsius lower than that of the conventional catalytic converter, so energy is saved, durability of the catalytic converter is improved, and ease of operation of the catalytic converter This has the advantage of being enhanced.

또한, 촉매변환기 제조시 백금과 루테늄을 스퍼터링하여 합금의 형태로 증착시키므로 백금의 사용량을 감축되어 전체적인 제조비용 또는 촉매 사용에 따른 유지관리비용이 절감되며 촉매의 내구성을 증진시켜줄 수 있다는 장점도 있다.In addition, since platinum and ruthenium are sputtered and deposited in the form of an alloy when manufacturing a catalytic converter, the amount of platinum used is reduced, thereby reducing overall manufacturing cost or maintenance cost according to the use of the catalyst, and there is an advantage that it can improve the durability of the catalyst.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다. As described above, the detailed description of the present invention has been made by the embodiments with reference to the accompanying drawings, but since the above-described embodiments have only been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, the present invention It should not be construed as being limited only to the embodiments, and the scope of the present invention should be understood as the following claims and their equivalents.

100 : 촉매변환부
120 : 촉매지지체 140 : 촉매층
160 : 세륨옥사이드
200 : 챔버부
210 : 촉매용기 220 : 지지대
230 : 반응튜브
300 : 케이스부
310 : 케이스바디 320 : 케이스리드
340 : 서포트캡100: catalytic converter
120: catalyst support 140: catalyst layer
160: cerium oxide
200: chamber part
210: catalyst vessel 220: support
230: reaction tube
300: case part
310: case body 320: case lead
340: support cap

Claims (9)

외부로부터 공급되는 유해가스에 대하여 촉매를 이용한 분해반응 또는 정화반응이 일어나는 반응공간을 제공하는 챔버부;
외부로부터 상기 챔버부를 보호할 수 있도록 내측에 상기 챔버부가 내재되는 공간을 형성하며, 상기 챔버부를 지지하는 케이스부; 및
상기 챔버부의 내측에 마련된 상기 반응공간 상에 배치되며, 구형의 촉매지지체가 군집을 이룬 집합체의 촉매변환부;를 포함하고,
상기 구형의 촉매지지체의 표면에 합금의 형태로 형성된 백금 및 루테늄의 증착층이 형성되고, 상기 증착층 표면에 세륨화합물이 증착된 것을 특징으로 하는 유해가스 촉매변환기.
a chamber unit providing a reaction space in which a decomposition reaction or a purification reaction using a catalyst occurs with respect to the harmful gas supplied from the outside;
a case part forming a space inside the chamber part to protect the chamber part from the outside, and supporting the chamber part; and
It is disposed on the reaction space provided on the inside of the chamber part, and a catalytic converter of an aggregate in which a spherical catalyst support is clustered;
A harmful gas catalytic converter, characterized in that a deposition layer of platinum and ruthenium formed in the form of an alloy is formed on the surface of the spherical catalyst support, and a cerium compound is deposited on the surface of the deposition layer.
 제 1항에 있어서,
상기 촉매변환부의 상기 촉매지지체는,
구형의 형태를 갖춘 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)인 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
The method of claim 1,
The catalyst support of the catalytic converter,
Characterized in that it is yttria stabilized zirconia (YSZ) with a spherical shape,
Noxious gas catalytic converter.
 제 2항에 있어서,
상기 챔버부는,
내측에 상기 촉매변환부를 수용하는 촉매용기;
일측에서 상기 유해가스를 유입받는 상기 촉매용기를 타측에서 지지하여 주는 지지대; 및
상기 촉매용기 및 상기 지지대를 내재하며 튜브 형태를 갖추고 있으며, 일측단에서 상기 유해가스를 유입받는 유입포트가 마련된 제1플랜지와 결합되고 타측단에서 배기포트가 마련된 제2플랜지와 결합된 반응튜브;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
3. The method of claim 2,
The chamber part,
a catalyst container accommodating the catalytic converter inside;
a support for supporting the catalyst vessel, which receives the harmful gas from one side, from the other side; and
a reaction tube having the catalyst container and the support, and having a tube shape, coupled to a first flange having an inlet port for receiving the harmful gas at one end and a second flange having an exhaust port at the other end; characterized in that it comprises,
Noxious gas catalytic converter.
 제 3항에 있어서,
상기 챔버부는,
상기 반응튜브의 외주면에 배치되어 상기 반응튜브 내측으로 열을 공급하는 히팅케이블;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
4. The method of claim 3,
The chamber part,
A heating cable disposed on the outer peripheral surface of the reaction tube to supply heat to the inside of the reaction tube; characterized in that it further comprises,
Noxious gas catalytic converter.
 제 4항에 있어서,
상기 케이스부는,
일측이 개방되어 있으며, 상기 챔버부가 내재되는 공간이 형성된 케이스바디; 및
상기 케이스바디의 일측단에 힌지결합되어 상기 케이스바디의 일측단을 개방시키거나 폐쇄시키는 케이스리드;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
5. The method of claim 4,
The case part,
a case body having an open side and having a space inside the chamber; and
A case lid hinged to one end of the case body to open or close one end of the case body; characterized in that it comprises a,
Noxious gas catalytic converter.
 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 세륨화합물은 세륨옥사이드인 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
The method of claim 1,
The cerium compound is characterized in that cerium oxide,
Noxious gas catalytic converter.
 제 1항에 있어서,
상기 백금 및 루테늄의 증착층 표면에 세륨화합물이 증착된 것은,
상기 백금 및 루테늄의 증착층의 일부 표면 상에만 증착되고, 다른 일부 표면은 상기 세륨화합물이 증착되지 않고 외부로 노출된 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
The method of claim 1,
The cerium compound was deposited on the surface of the platinum and ruthenium deposition layers,
It is deposited on only a portion of the deposition layer of the platinum and ruthenium, and the other surface is characterized in that the cerium compound is not deposited and exposed to the outside,
Noxious gas catalytic converter.
 제 8항에 있어서,
상기 백금 및 상기 루테늄의 증착층의 일부 표면에 증착된 상기 세륨화합물의 두께가 7 nm 이하인 것을 특징으로 하는,
유해가스 촉매변환기.
9. The method of claim 8,
Characterized in that the thickness of the cerium compound deposited on a portion of the deposition layer of the platinum and ruthenium is 7 nm or less,
Noxious gas catalytic converter.
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