KR20110000102A - 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물 - Google Patents

조립형 허니컴 촉매 담체 구조물 Download PDF

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Abstract

여기에서는, 다각 기둥 형태로 이루어지되, 내부에는 허니컴 구조가 형성된 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들을 포함하는 조립형 허니컴 촉매 구조물이 개시된다. 개시된 조립형 허니컴 담체 구조물은, 연결 돌기들과 삽입 홈들의 결합에 의해, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들이 외측면들끼리 맞대어 배치된 채 조립되어 상기 허니컴 촉매 담체 구조물을 형성한다. 상기 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 정육각형의 단면을 포함하는 육각기둥 형태인 것이 좋으며, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은, 상기 정육각형 단면의 제1 변에 형성된 제1 연결 돌기와, 상기 제1 변에 대향하는 제2 변에 형성된 제1 삽입 홈과, 상기 제1 및 제2 변과 교차하는 제3 및 제4변이 만나는 꼭지점에 형성된 제2 연결 돌기와, 상기 제2 연결 돌기와 멀리 있는 상기 제1 및 제2 변의 꼭지점들 부근에 각각 형성되며, 이웃하는 다른 반 홈과 함께 제2 삽입 홈을 형성하는 반 홈을 포함한다.
허니컴, 촉매, 담체, 블록, 육각기둥, 삽입 홈, 연결 돌기, 반 홈

Description

조립형 허니컴 촉매 담체 구조물{ASSEMBLY TYPE HONEYCOMB CATALYST CARRIER STRUCTURE}
본 발명은, 허니컴 촉매 담체의 구조에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 흡착 및 촉매 작용에 의해, 예를 들면, 배기가스 중의 오염물질을 처리하는 허니컴 촉매 담체 구조의 개선에 관한 것이다.
일반적으로, 촉매 담체는 가스 중의 오염 성분, 특히, 배기가스 중의 입자상 물질(PM)을 흡착, 정화 처리하는데 많이 이용되고 있다. 통상, 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매 변환기로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감소된 후 대기 중으로 방출된다. 촉매 변환기는 매연여과장치(DFT; Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배기가스 중의 오염 물질을 처리하는 역할을 한다. 촉매 담체는 촉매 변환기 내부에 설치되어 배기가스 중의 입자상 물질을 포집, 정화하는데 많이 이용되고 있다. 촉매 담체에는, 구성상의 특징에 따라, 펠릿형, 허니컴형, 금속 와이어형이 있다. 본 발명의 명세서에서 다루어지는 것은 허니컴 촉매 담체이다.
도 1은 종래의 허니컴 촉매 담체 구조물을 설명하기 위한 도면이다. 이를 참 조하면, 단위 허니컴 촉매 담체(2)가 정육면체(가로, 세로, 높이 각 10mm)의 형태를 가지며, 내부에 상하를 관통하는 16개의 사각형 채널(2a)이 배열되어 있다.
종래에는 단위 담체(2)들이 무작위로 반응기에 채워지며, 이로 인해, 단위 담체(2)들의 균일한 배열을 기대하기 어렵다. 담체(2)들의 불균일한 배열은 그 담체(1)들 사이의 간섭 및 충격을 야기하며, 이로 인해, 허니컴 촉매 담체 구조물의 형상이 부서지거나 파손 되는 현상이 빈번하게 발생한다. 단위 담체(2)들의 배열이 일정하지 못하고 여러 방향으로 흐트러져 가스와 반응할 때 접촉 면적이 감소하는 현상이 발생하여 흡착제 성능 효율이 저하된다.
또한, 상기 단위 담체(2)들의 방향과 배열을 일정하게 하기 위해, 그 단위 담체(2)들을, 도 2의 화살표 우측에서 나타낸 것과 같이, 배열하는 작업이 추가된다. 그러나, 그러한 배열 후에도, 블록(2)들은 서로 고정되지 않으므로, 약한 진동이나 움직임에도 배열이 흐트러지게 된다.
또한 종래에는 각 허니컴 촉매 담체를 성형하기 위해, 원 시료와 증류수만 혼합하여 성형하는데, 이는 소성 후 내구성이 떨어져서, 약한 충격이나 진동에 의해 부서지는 현상을 빈번히 야기한다. 이로 인해, 허니컴 형태를 유지하지 못하며, 이는 흡착 또는 촉매 성능을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 일 목적은, 다각 기둥 형태의 허니컴 촉매 담체 블록들을 측면끼리 맞대어 조립함으로써, 일정 배열로 안정되게 그 형상을 유지할 수 있는 허니컴 촉매 담체 구조물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 연결 돌기나 삽입 홈을 일정한 위치에 갖춘 동일 형상의 허니컴 촉매 담체 블록들만을 이용하여, 그들이 조립된, 큰 허니컴 촉매 담체 구조물을 형성하는 기술을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 허니컴 촉매 담체 구조물은, 다각 기둥 형태로 이루어지되, 내부에는 허니컴 구조가 형성된 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들을 포함하며, 연결 돌기와 삽입 홈의 결합에 의해, 상기 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들이 외측면들끼리 맞대어 배치된 채 결합되어 형성되는 것을 특징으로 포함한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 정육각형의 단면을 포함하는 육각기둥 형태이다. 그리고, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 상기 정육각형 단면의 서로 대향되는 변들에 연결 돌기와 삽입 홈이 각각 형성되고, 상기 연결 돌기와 상기 삽입 홈은 각각에 이웃하는 허니컴 촉매 담체 블록에 형성된 삽입 홈 및 연결 돌기에 각각 끼워진다. 또한, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 상기 정육각형 단면의 한 꼭지점 부근에 반 홈을 구비하며, 상기 반 홈은 이웃하는 허니컴 촉매 담체 블록에 같게 형성된 반 홈과 함께 합치형 삽입 홈을 한정하며, 상기 합치형 삽입 홈에 끼워지는 연결 돌기는 상기 허니컴 촉매 담체 블록의 꼭지점에 돌출 형성된다.
가장 선호되는 실시예에 따라, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은, 상기 정육각형 단면의 제1 변에 형성된 제1 연결 돌기와, 상기 제1 변에 대향하는 제2 변에 형성된 제1 삽입 홈과, 상기 제1 및 제2 변과 교차하는 제3 및 제4변이 만나는 꼭지점에 형성된 제2 연결 돌기와, 상기 제2 연결 돌기와 멀리 있는 상기 제1 및 제2 변의 꼭지점들 부근에 각각 형성되며, 이웃하는 다른 반 홈과 함께 제2 삽입 홈을 형성하는 반 홈들을 포함한다. 상기 허니컴 촉매 담체 블록 각각은 제올라이트 52~58wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 잔량 물을 혼합하여 성형된다.
본 발명에 따른 허니컴 촉매 담체 구조물은, 가스와의 접촉 면적이 최대화되어, 가스와의 반응 성능/효율이 좋다. 즉, 본 발명은, 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들이 일정 배열로 조립 고정되어 하나의 큰 허니컴 촉매 담체 구조물을 형성하므로, 접촉 면적을 극대화를 통해, 반응 성능/효율 효율을 극대화할 수 있다. 특히, 허니컴 촉매 담체 블록들이 서로에 대해 안정적으로 고정되어 있으므로, 상호 부딪힘에 의한 충격 또는 진동이 억제되며, 이로 인해, 종래에 문제점으로 지적되어 온, 진동 또는 움직임에 의한 파손이 없다는 장점을 포함한다. 또한, 본 발명은, 블록들의 조립을 가능하게 해주는 연결 돌기 및 삽입 홈의 형성을 위해, 충분한 내구성이 필요한데, 본 발명은 충분한 내구성을 확보하면서도 원 시료의 성상과 성능에 영향을 미치지 않는 적절한 혼합 비율인 제올라이트 52~58wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 잔량 물의 혼합비를 제공한다. 실험을 통해, 제올라이트 55 wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 물 31 wt%가 최적의 조성비라는 것을 확인할 수 있었다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 촉매 담체 블록을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 허니컴 촉매 담체 블록을 단면도이다. 또한, 도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 허니컴 촉매 담체 블록을 여러개 조립하여 허니컴 촉매 담체 구조물을 제조하는 것을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 내지 도 5, 특히, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 허니컴 촉매 담체 구조물(200)은, 복수의 허니컴 촉매 담체 블록(100, 이하, '담체 블록'이라 함)들을 포함한다. 상기 담체 볼록들 각각은, 내부에 허니컴 구조가 형성되며, 전체적으로는, 상하가 개방된 육각기둥 형태를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 담체 블록(100) 내부의 허니컴 구조는, 14개의 작은 육각형틀(109)이 균일하게 배열된 구조이다. 그러나, 상기 육각형틀(109)의 개수가 본 발명을 한정하는 것이 아님에 유의한다.
본 실시예에서, 상기 허니컴 촉매 담체 구조물(200)은, 상기 복수의 담체 블록(100)들이 블록들이 외측면들끼리 맞대어 배치된 채, 그 외측면들에 형성된 연결 돌기(112, 114)와 삽입 홈(122)(124a 및 124b)들 사이의 결합에 의해, 조립되어 형 성된다. 도면에서는, 3개의 상기 담체 블록(100)들이 조립되어 있는 것으로 보여지만, 4개, 5개 또는 그 이상의 담체 블록(100)들이 조립되어, 하나의 큰 허니컴 촉매 담체 구조물(200)을 형성할 수 있다.
특히, 상기 담체 블록(100)들은, 모두 동일한 형상을 가지며, 그 외측면에 형성된 연결 돌기(112, 114)와 삽입 홈(122)(124a 및 124b)의 위치 또한 모두 같다. 본 실시예에 따르면, 연결 돌기나 삽입 홈이 따른 위치나 형상을 갖는 다른 담체 블록을 이용함 없이, 동일한 형상 및 동일한 구조를 갖는 담체 블록(100)들만의 조립으로도 허니컴 촉매 구조물(200)을 구현할 수 있다.
동일한 형상 및 구조의 담체 블록(100)들만의 조립으로 상기 허니컴 촉매 담체 구조물(200)을 형성할 수 있 담체 블록(100)의 구조가 자세히 설명될 것이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 담체 블록(100)은 정육각형의 단면(또는, 상면 또는 하면)을 포함한다. 이때, 상기 정육각형 단면의 제1 변(101)에는 제1 연결 돌기(112)가 형성된다. 또한, 상기 제1 변에 대향하는 상기 정육각형 단면의 제2 변(102)에 제1 삽입 홈(122)이 형성된다. 3개 이상의 담체 블록(100)들이 면들끼리 마주하면서 연속 조립되기 위해서는, 위와 같이, 서로 대향하는 변들, 즉 제1 변(101)과 제2 변(102)에 삽입 홈(122)과 연결 돌기(112)가 형성되어야 한다. 이때, 상기 연결 돌기(112)가 상기 삽입 홈(122)에 끼워질 수 있는 형상을 가져야 함은 물론이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 하나의 담체 블록(100)은, 이웃하는 다른 담체 블록(100)의 제1 삽입 홈(122)에 끼워지는 제1 연결 돌기(112)를 한 변에 구비하는 한편, 그에 대향되는 변에는, 이웃하는 또 다른 담체 블록(100)의 제1 연결 돌기(112)에 끼워지는 제1 삽입 홈(122)도 포함하고 있음을 알 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 상기 담체 블록(100)은, 자신의 정육각형 단면에서, 상기 제1 및 제2 변(101, 102)과 각각 교차하는 제3 변(103) 및 제 4변(104)을 포함한다. 그리고, 상기 제3 변(103)과 상기 제4 변(104)이 만나는 꼭지점에는 제2 연결 돌기(114)가 형성되어 있다. 상기 제2 연결 돌기(114)는 정육각형 단면의 꼭지점에 상응하는 모서리 부분에서 이웃하는 3개의 담체 블록(100, 100, 100)들을 한꺼번에 조립하기 위한 것이다.
또한, 상기 제2 연결 돌기(114)와 멀리 있는 상기 제1 및 제2 변(101, 102)의 우측단 꼭지점들 부근에는 반 홈(124a, 124b)들이 각각 형성되어 있다. 이 반 홈(124a, 124b) 각각은 다른 담체 블록(100)에 구비된 다른 반 홈(124a, 124b)과 함께 상기 제2 연결 돌기(114)의 형상에 상응하는 합치형의 제2 삽입 홈(124a 및 124b)들을 형성한다.
다시 도 4와 도 5를 참조하면, 하나의 담체 블록(100)은, 그것의 한 꼭지점 부근에 있는 제2 연결 돌기(114)가 그에 이웃하는 다른 두 담체 블록(100)의 반 홈(124a, 124b)에 한정된 제2 삽입 홈에 끼워져 결합되어 있다. 이에 의해, 3개의 담체 블록(100)은 그들이 만나는 꼭지점 부근에서 서로 조립될 수 있게 된다.
도 3을 다시 참조하면, 정육각형 단면의 제3 변(103) 및 제 4변(104)에 대향되게, 제5 변(105)과 제6 면(106)이 마련되며, 상기 제5 변(105)과 상기 제6 변(106)이 만나는 꼭지점에는 전술한 연결 돌기와 삽입 홈을 두지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 담체 블록(100)은, 전술한 제1 및 제2 연결 돌기, 그리고, 제1 및 제2 삽입 홈의 구조 및 배치에 의해, 어느 방향으로든 그와 동일한 형상을 갖는 담체 블록(100)에 대해, 조립될 수 있다. 따라서, 조립되는 담체 블록(100)들의 개수를 늘리면, 원하는 크기의 허니컴 촉매 담체 구조물(200)을 만들 수 있다.
전술한 연결 돌기(112, 114) 및 삽입 홈(122)(124a, 124b)의 형성을 위해, 담체 블록(100)의 강도 및 내구성은 클수록 좋다. 본 실시예에서는 강도와 내구성을 좋게 하기 위해, 제올라이트 52~58wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 잔량 물의 혼합비로 재료들을 혼합 성형하였다. 실험을 통해, 제올라이트 55 wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 물 31 wt%가 담체 블록의 내구성 및 강도를 가장 좋게 하는 최적의 조성비라는 것을 확인할 수 있었다.
도 1은 종래의 허니컴 촉매 담체 구조를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 촉매 담체 블록을 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 허니컴 촉매 담체 블록을 단면도이며,
도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 허니컴 촉매 담체 블록을 여러개 조립하여 구성된 허니컴 촉매 담체 구조물을 도시한 도면들.

Claims (6)

  1. 다각 기둥 형태로 이루어지되, 내부에는 허니컴 구조가 형성된 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들을 포함하며,
    연결 돌기와 삽입 홈의 결합에 의해, 상기 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들이 외측면들끼리 맞대어 배치된 채 조립되어 형성된 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 정육각형의 단면을 포함하는 육각기둥 형태인 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 상기 정육각형 단면의 서로 대향되는 변들에 연결 돌기와 삽입 홈이 각각 형성되고, 상기 연결 돌기와 상기 삽입 홈은 각각에 이웃하는 허니컴 촉매 담체 블록에 형성된 삽입 홈 및 연결 돌기에 각각 끼워지는 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은 상기 정육각형 단면의 한 꼭지점 부근에 반 홈을 구비하며, 상기 반 홈은 이웃하는 허니컴 촉매 담체 블록에 같게 형성된 반 홈과 함께 합치형 삽입 홈을 한정하며, 상기 합치형 삽 입 홈에 끼워지는 연결 돌기는 상기 허니컴 촉매 담체 블록의 꼭지점에 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 허니컴 촉매 담체 블록들 각각은,
    상기 정육각형 단면의 제1 변에 형성된 제1 연결 돌기와,
    상기 제1 변에 대향하는 제2 변에 형성된 제1 삽입 홈과,
    상기 제1 및 제2 변과 교차하는 제3 및 제4변이 만나는 꼭지점에 형성된 제2 연결 돌기와,
    상기 제2 연결 돌기와 멀리 있는 상기 제1 및 제2 변의 꼭지점들 부근에 각각 형성되며, 이웃하는 다른 반 홈과 함께 제2 삽입 홈을 형성하는 반 홈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 허니컴 촉매 담체 블록 각각은 제올라이트 52~58wt%, 벤토나이트 10~18wt% 및 잔량 물을 혼합하여 성형된 것을 특징으로 하는 조립형 허니컴 촉매 담체 구조물.
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