KR20140131400A - 촉매 정량 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 정량 공급장치에 관한 것으로서, 용기바닥의 주입구를 통해 촉매슬러리를 정량 공급하는 공급장치에 있어서, 상기 공급장치는, 호퍼와 연결되어 그 내부에 촉매슬러리가 충진되어 있는 신축가능한 공급관; 상기 공급관에 연결되어 용기바닥의 주입구로 촉매슬러리를 공급하는 헤드; 상기 공급관의 일측에 연통되게 연결되어 정량의 촉매슬러리를 헤드를 통해 공급하는 실린더; 및 상기 실린더와 이격된 공급관의 상하 내부에 구비되어 실린더의 작동과 연동하여 개폐되는 밸브수단;을 포함하는 촉매 정량 공급장치를 제공한다.

Description

촉매 정량 공급장치{A device for dosing a fixed catalyst amount}
본 발명은 촉매 정량 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매 컨버터에 사용되는 모놀리식(monolithic) 지지체와 같이 복수의 채널을 갖는 지지체에 코팅되는 촉매슬러리를 정량 공급하는 촉매 정량 공급장치에 관한 것이다.
촉매 컨버터는 배기가스 유해성분을 촉매작용에 의하여 무해성분으로 전환시키는 구조체이다. 촉매 컨버터의 통상적인 형태는 다양한 촉매성분들이 담지된 담체 슬러리(이하 "촉매슬러리")가 복수의 길이방향 채널에 코팅되는 모놀리식 지지체를 가진다. 지지체는 세라믹 또는 다른 재료로 제조된다. 촉매성 슬러리를 모놀리식 지지체로 코팅하는 다양한 방법이 본 분야에서 공지되어 있다.
도 1에는 종래의 모놀리식 지지체 코팅장치를 예시한 것으로, 종래 시스템(2)은 선반(6) 상에 위치한 지지체 클램프(4)에 통상 모놀리식 지지체(미도시)가 로딩되며, 작업자는 시동 버튼(8)을 누르면, 지지체를 코팅하기 위하여 저장 탱크(16)로부터 수납된 촉매슬러리가 저장된 딥 팬(14) 내부로 지지체가 삽입된다. 촉매슬러리와 접촉하도록 위치될 때 지지체에 연결된 진공 콘(12)에 라인(10)을 통해서 저 강도 진공이 인가된다. 딥 팬(14)에 담긴 촉매슬러리 함량은 코팅 작업을 완료시키는 데 필요한 슬러리 양을 초과하므로 지지체에 슬러리가 들어가지만, 과잉 슬러리는 다시 지지체로부터 빠져나온다.
하지만, 이와 같이 과잉 공급되었다가 빠져나온 슬러리는 재순환되어 사용됨에 따라 여러 문제점들을 일으키게 된다.
따라서, 지지체에 코팅되는 촉매슬러리를 코팅되는 양만큼 정확하게 정량 공급할 필요가 있다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배기가스 후처리에 적용되는 촉매슬러리를 정량 공급하여 모놀리식 지지체의 각 채널에 정량 코팅되게 하는 촉매 정량 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 "정량" 이라 함은 정밀하게 제어된 소정 함량의 촉매슬러리가 복수의 채널에 바람직하게는 거의 완전하게 코팅되는 양을 의미한다. 본원에서 "거의" 완전하게 코팅된다는 것은 계량된 촉매슬러리의 1％ 이내의 슬러리만이 지지체 내의 채널들에 코팅되지 못하고 빠져나온다는 것을 의미한다.
상술한 목적은, 용기바닥의 주입구를 통해 촉매슬러리를 정량 공급하는 공급장치에 있어서, 상기 공급장치는, 호퍼와 연결되어 그 내부에 촉매슬러리가 충진되어 있는 신축가능한 공급관; 상기 공급관에 연결되어 용기바닥의 주입구로 촉매슬러리를 공급하는 헤드; 상기 공급관의 일측에 연통되게 연결되어 정량의 촉매슬러리를 헤드를 통해 공급하는 실린더; 및 상기 실린더와 이격된 공급관의 상하 내부에 구비되어 실린더의 작동과 연동하여 개폐되는 밸브수단;을 포함하는 촉매 정량 공급장치에 의해 달성된다.
그리고, 상기 밸브수단은, 실린더와 이격된 공급관의 상하 내부에 각각 구비되어 실린더의 작동에 따라 공급관 내에서 승강되는 제 1,2 밸브체; 상기 제 1,2 밸브체의 하부에 형성되어 제 1,2 밸브체에 의해 개폐되는 제 1,2 유입구; 및 상기 제 1,2 밸브체의 상부에 제 1,2 밸브체보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 실린더의 작동에 의해 촉매슬러리가 유동되는 제 1,2 배출구;를 포함한다.
또, 상기 용기바닥의 주입구 하부에 중공의 외관이 형성되고, 상기 외관의 내부에는 헤드가 내장되는 한편 헤드를 받쳐 지지하는 지지판이 형성되며, 상기 헤드는 외관과 지지판 사이에서 실링수단에 의해 실링된다.
더욱이, 상기 헤드는, 외관과 실링수단으로 실링되는 대경부; 상기 대경부의 상부에 내향 경사지게 연장 형성되는 경사부; 및 상기 경사부의 상부에 수직하게 돌출되는 한편 테이블의 주입구와 실링수단으로 실링되는 소경부;를 포함하고, 상기 용기바닥의 주입구는, 상기 헤드의 경사부와 면접촉된 상태로 결합되는 경사면; 및 상기 경사면의 상부에 연장 형성되어 헤드의 소경부와 면접촉된 상태로 결합되는 수직면;을 포함하여, 상기 헤드가 외관 내에서 승강되면서 용기바닥의 주입구에 결합되어 용기를 밀봉시키도록 구성된다.
본 발명에 의한 촉매 정량 공급장치에 따르면, 모놀리식 지지체에 촉매슬러리를 공급하는 가변성 용기에 촉매슬러리를 정량으로 공급함으로써, 코팅 시 종래와 같은 과잉 슬러리나 또는 잉여 슬러리로 인해 발생될 수 있는 문제점들이 모두 해결된다.
도 1은 종래의 모놀리식 지지체 코팅장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 정량 공급장치의 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 정량 공급장치에 의한 공급방식의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 촉매 정량 공급장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 촉매 정량 공급장치(100)는 본 도면에 도시된 바와 같이, 가변성 용기(200)의 바닥면을 형성하는 용기바닥(160)의 주입구(161)를 통해 가변성 용기(200) 내로 정량의 촉매슬러리(S)를 공급하기 위한 것이다.
여기서, 상기 가변성 용기(200)를 간략히 설명하면, 부피 가변적이고, 용기의 바닥면을 형성하는 용기바닥(160)은 변위될 수 있다. 즉, 용기바닥(160)은 바람직하게는 상하 운동수단(미도시)과 연결되어 상하 이동될 수 있어, 상향 이동 시에는 용기 부피가 감소하고 하향 이동 시에는 용기 부피가 원래 용적으로 귀환될 수 있다.
이러한 용기바닥(160)은 벽을 따라 긴밀하게 활주될 수 있고, 용기바닥(160) 및 벽 간 간격들은 통상의 실링수단에 의해 실링될 수 있다. 여기서, 긴밀하게 활주된다는 것은 용기로 공급된 슬러리가 용기바닥(160) 및 벽 사이 형성될 수 있는 틈을 통하여 누출되지 않고 용기바닥(160)이 용기 벽을 따라 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
또, 용기바닥(160)은 특정 수단 예를 들면 수평 센서에 의해 수평을 유지할 수 있고, 용기는 다양한 재질로 제조될 수 있으며, 벽 및 바닥의 재질은 동일하거나 다를 수 있다.
그리고, 용기바닥(160)의 주입구(161) 하부에는 외관(150)이 실링된 상태로 결합되고, 외관(150)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 정량 공급장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일단부가 호퍼(110)와 연통되게 연결되고 그 내부에는 촉매슬러리(S)가 충진되어 있는 공급관(120)과, 상기 공급관(120)의 타단부에 연통되게 연결되고 용기바닥(160)의 주입구(161)로 촉매슬러리(S)를 공급하는 헤드(130)와, 상기 공급관(120)의 일측에 연통되게 연결되어 정량의 촉매슬러리(S)를 헤드(130)를 통해 공급하는 실린더(140)와, 상기 실린더(140)와 이격된 공급관(120)의 상하 내부에 구비되어 실린더(140)의 작동과 연동하여 공급관(120)의 상하부를 선택적으로 개폐시키는 밸브수단을 포함한다.
상기 호퍼(110)에는 촉매슬러리(S)가 충전되어 저장되어 있고, 상기 호퍼(110)와 연통되게 연결된 공급관(120) 내에는 호퍼(110)로부터 공급된 촉매슬러리(S)가 일정한 높이로 저장되어 있다. 이때, 상기 공급관(120)에 저장되어 있는 촉매슬러리(S)는 실린더(140)를 비롯하여 밸브수단까지 잠기는 높이로 저장됨이 바람직하다.
상기 공급관(120)은 자유롭게 신축될 수 있는 주름관으로 형성됨이 바람직하고, 상기와 같은 주름은 공급관(120)의 전체 또는 일부에만 국한되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 밸브수단은, 실린더(140)와 이격된 공급관(120)의 상하 내부에 각각 구비되어 실린더(140)의 작동에 따라 공급관(120) 내에서 승강되는 제 1,2 밸브체(123)(126)와, 상기 제 1,2 밸브체(123)(126)의 하부에 형성되어 제 1,2 밸브체(123)(126)에 의해 개폐되는 제 1,2 유입구(121)(124)와, 상기 제 1,2 밸브체(123)(126)의 상부에 제 1,2 밸브체(123)(126)보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 실린더(140)의 작동에 의해 촉매슬러리(S)가 유동되는 제 1,2 배출구(122)(125)를 포함한다.
상기 제 1,2 밸브체(123)(126)는 실린더(140)의 흡입 또는 배출압력에 의해 부상될 수 있는 비중을 갖는 구체로 형성된다.
그리고, 상기 제 1,2 유입구(121)(124)는 공급관(120)의 관로를 가로막아 형성되되, 그 직경이 제 1,2 밸브체(123)(126)에 의해 개폐될 수 있도록 제 1,2 밸브체(123)(126)보다 작은 직경으로 형성된다.
또, 상기 제 1,2 배출구(122)(125) 역시도 제 1,2 유입구(121)(124)와 마찬가지로 공급관(120)의 관로를 가로막아 형성되지만, 그 직경은 제 1,2 밸브체(123)(126)보다 큰 직경으로 형성되어 제 1,2 밸브체(123)(126)와는 무관하게 항상 유로가 개방되어 있다.
상기 실린더(140)는 그 선단부가 공급관(120)과 연통되게 설치되는 통상의 실린더이고, 그 내부에는 실린더(140)의 내측면과 실링을 유지한 채로 이동되는 피스톤(141)이 구비된다.
따라서, 도 2를 기준으로 하여, 피스톤(141)이 후방으로 이동되면 실린더(140)에는 흡입압력이 작용하여 공급관(120) 내의 촉매슬러리(S)를 흡입하게 되고, 피스톤(141)이 전방으로 이동되면 실린더(140)에는 배출압력이 작용하여 실린더(140) 내에 유입되어 있던 촉매슬러리(S)를 공급관(120)으로 배출시키게 된다.
상기 헤드(130)는 외관(150)의 내부에 구비되어 용기바닥(160)의 주입구(161)와 대응한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 헤드(130)는 외관(150)의 내측면과 실링수단(135)으로 실링되는 대경부(131)와, 상기 대경부(131)의 상부에 내향 경사지게 연장 형성되는 경사부(132)와, 상기 경사부(132)의 상부에 수직하게 돌출되는 한편 용기바닥(160)의 주입구(161)와 실링수단(135)으로 실링되는 소경부(133)를 포함한다.
한편, 상기와 같이 형성된 헤드(130)로부터 공급된 촉매슬러리(S)는 용기바닥(160)의 주입구(161)를 통해 가변성 용기(200) 내부로 공급되고, 이후 승강수단(미도시)에 의해서 헤드(130)가 상방향으로 이동되면서 헤드(130)와 외관(150) 사이에 존재하는 촉매슬러리(S)를 모두 용기바닥(160)의 주입구(161)를 통해 가변성 용기(200) 내로 공급하게 된다.
이때, 상기 용기바닥(160)의 주입구(161)는 그 하단부에 헤드(130)의 경사부(132)에 대응한 경사면(161b)이 형성되는 한편 상기 경사면(161b)의 상부에는 헤드(130)의 소경부(133)에 대응한 수직면(161a)이 형성되어, 상기 헤드(130)가 용기바닥(160)의 주입구(161)에 결합될 때 헤드(130)의 소경부(133)와 경사부(132)가 주입구(161)의 수직면(161a)과 경사면(161b)에 면밀착된 상태로 끼워맞춤됨으로써 헤드(130)와 외관(150) 사이에 있던 촉매슬러리(S)를 모두 가변성 용기(200) 내로 공급할 수 있게 된다.
한편, 상기 실링수단(135)은 소경부(133)의 하단부와 대경부(131)의 상단부 수준에서 구비될 수 있지만, 반드시 이에 국한되거나 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 헤드(130)의 외측에는 중공의 외관(150)이 구비된다. 상기 외관(150)은 용기바닥(160)의 주입구(161) 하단부에 실링된 상태로 결합되고, 상기 외관(150)의 내부 일측에는 링형상의 지지판(151)이 형성되어 헤드(130)의 하면을 받쳐 지지하게 된다. 물론, 상기 지지판(151)의 중앙부에는 헤드(130)와 연결되는 공급관(120)이 관통되고, 상기 공급관(120)과 헤드(130)의 경계면(즉 헤드(130)의 하면)에는 별도의 실링수단(135)이 더 구비되어 헤드(130)와 지지판(151) 사이를 실링하게 된다.
상기와 같이 형성된 외관(150)은 용기바닥(160)을 상하로 이동시키는 운동수단(미도시)과 연결되고, 상기 운동수단의 작동 시는 헤드(130)를 상하로 이동시키는 승강수단(미도시)이 같이 작동되는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에서의 실링수단(135)은 O링으로 구성됨이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명의 촉매 정량 공급장치의 작동을 설명한다.
먼저, 도 3에서와 같이, 정량 공급장치(100)의 실린더(140)에 구비된 피스톤(141)을 후방으로 당기면, 실린더(140)에 작용하는 흡입압력에 의해 공급관(120) 내에 저장되어 있는 촉매슬러리(S)의 일부가 실린더(140)로 흡입되면서 하부의 제 1 밸브체(123)는 상부로 이동되어 하부의 제 1 유입구(121)를 개방시키게 되고, 상부의 제 2 밸브체(126)는 하부로 이동되어 하부의 제 2 유입구(124)를 폐쇄시키게 된다.
따라서, 상기와 같이 제 1,2 밸브체(123)(126)의 개폐작동에 의해 실린더(140) 측으로 흡입된 촉매슬러리(S)의 양 만큼 호퍼(110) 내에 저장된 촉매슬러리(S)가 공급관(120)으로 흡입되어 보충된다.
여기서, 실린더(140) 측으로 흡입된 촉매슬러리(S)의 양은 1회 코팅에 필요한 함량으로서, 이는 예비 실험에 의한 피스톤(141)의 이동거리를 통해서 결정될 수 있다.
이후, 피스톤(141)의 이동을 정지시키면, 제 1 밸브체(123)는 하부로 떨어져 제 1 유입구(121)를 다시 폐쇄시켜 촉매슬러리(S)의 유출을 막게 된다.
그리고, 도 4에서와 같이, 피스톤(141)을 전진 이동시키면, 실린더(140)에 작용하는 배출압력에 의해 실린더(140) 측으로 유입되어 있던 촉매슬러리(S)가 다시 공급관(120) 측으로 배출되면서 하부의 제 1 밸브체(123)는 제 1 유입구(121)를 폐쇄시키고, 상부의 제 2 밸브체(126)는 상부로 이동되어 하부의 제 2 유입구(124)를 개방시키게 된다.
따라서, 공급관(120) 내의 촉매슬러리(S)가 상부의 제 2 유입구(124)와 제 2 배출구(125)를 통해 헤드(130)로 공급되고, 이와 같이 공급된 촉매슬러리(S)는 다시 헤드(130)의 공급구(134)를 통해 헤드(130)로부터 배출되어 용기바닥(160)의 주입구(161)를 통해 가변성 용기(200) 내부로 공급된다.
이때, 헤드(130)로부터 배출되는 촉매슬러리(S)의 양은 실린더(140)에 흡입되었던 촉매슬러리(S)의 양과 동일하며, 이때의 촉매슬러리(S) 양이 1회 코팅에 필요한 양이 된다.
하지만, 도 4에서와 같이 단순히 헤드(130)로부터 배출된 촉매슬러리(S)는 가변성 용기(200)로 모두 공급된 상태가 아니고, 일부의 촉매슬러리(S)가 헤드(130)와 외관(150) 사이에 존재하므로, 가변성 용기(200) 내에는 아직 촉매슬러리(S)가 정량 공급된 상태가 아니다.
이후, 피스톤(141)의 전진 이동이 끝나면 도 5에서와 같이, 제 2 밸브체(126)는 제 2 유입구(124)를 개방시킨 상태를 유지하며, 승강수단(미도시)에 의해 헤드(130)가 외관(150) 내부에서 상방향으로 이동하게 되고, 이와 같이 이동되는 헤드(130)는 외관(150)과 실링을 유지한 채로 이동되며, 이러한 헤드(130)의 이동은 헤드(130)가 용기바닥(160)의 주입구(161)에 삽입될 때까지 이루어진다.
이때, 헤드(130)와 주입구(161)는 서로 대응한 형상으로 형성되어 있어 정확히 면밀착된 상태로 끼워맞춤될 뿐 아니라 헤드(130)에 구비된 다수의 실링수단(135)에 의해서 실링이 지속적으로 유지된 채로 이동되어 결합된 것이므로, 헤드(130)와 외관(150) 사이의 촉매슬러리(S)는 모두 용기바닥(160)의 주입구(161)를 통해 가변성 용기(200) 내로 공급되고, 이때 비로소 가변성 용기(200) 내에는 정량의 촉매슬러리(S)가 공급된 상태가 된다.
이후, 도 6에서와 같이, 운동수단(미도시)에 의해 용기바닥(160)이 상방향으로 이동되어 가변성 용기(200) 내부의 촉매슬러리(S)를 촉매지지체(미도시)로 주입하게 되는데, 이때 헤드(130) 역시도 승강수단(미도시)에 의해서 용기바닥(160)과 같이 상방향으로 이동되면서 용기바닥(160)의 주입구(161)를 지속적으로 밀봉하게 됨으로써 촉매슬러리(S)의 누출을 방지한 상태로 촉매슬러리(S)의 정량 주입이 이루어질 수 있도록 한다.
100 : 정량 공급장치 110 : 호퍼
120 : 공급관 121 : 제 1 유입구
122 : 제 1 배출구 123 : 제 1 밸브체
124 : 제 2 유입구 125 : 제 2 배출구
126 : 제 2 밸브체 130 : 헤드
131 : 대경부 132 : 경사부
133 : 소경부 134 : 공급구
135 : 실링수단 140 : 실린더
141 : 피스톤 150 : 외관
151 : 지지판 160 : 용기바닥
161 : 주입구 161a : 수직면
161b : 경사면 200 : 가변성 용기
S : 슬러리

Claims (4)

  1. 용기바닥의 주입구를 통해 촉매슬러리를 정량 공급하는 공급장치에 있어서,
    상기 공급장치는, 호퍼와 연결되어 그 내부에 촉매슬러리가 충진되어 있는 신축가능한 공급관;
    상기 공급관에 연결되어 용기바닥의 주입구로 촉매슬러리를 공급하는 헤드;
    상기 공급관의 일측에 연통되게 연결되어 정량의 촉매슬러리를 헤드를 통해 공급하는 실린더; 및
    상기 실린더와 이격된 공급관의 상하 내부에 구비되어 실린더의 작동과 연동하여 개폐되는 밸브수단;을 포함하는 촉매 정량 공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브수단은, 실린더와 이격된 공급관의 상하 내부에 각각 구비되어 실린더의 작동에 따라 공급관 내에서 승강되는 제 1,2 밸브체;
    상기 제 1,2 밸브체의 하부에 형성되어 제 1,2 밸브체에 의해 개폐되는 제 1,2 유입구; 및
    상기 제 1,2 밸브체의 상부에 제 1,2 밸브체보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 실린더의 작동에 의해 촉매슬러리가 유동되는 제 1,2 배출구;를 포함하는 촉매 정량 공급장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용기바닥의 주입구 하부에 중공의 외관이 형성되고, 상기 외관의 내부에는 헤드가 내장되는 한편 헤드를 받쳐 지지하는 지지판이 형성되며, 상기 헤드는 외관과 지지판 사이에서 실링수단에 의해 실링되는 촉매 정량 공급장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 헤드는, 외관과 실링수단으로 실링되는 대경부;
    상기 대경부의 상부에 내향 경사지게 연장 형성되는 경사부; 및
    상기 경사부의 상부에 수직하게 돌출되는 한편 테이블의 주입구와 실링수단으로 실링되는 소경부;를 포함하고,
    상기 용기바닥의 주입구는, 상기 헤드의 경사부와 면접촉된 상태로 결합되는 경사면; 및
    상기 경사면의 상부에 연장 형성되어 헤드의 소경부와 면접촉된 상태로 결합되는 수직면;을 포함하여,
    상기 헤드가 외관 내에서 승강되면서 용기바닥의 주입구에 결합되어 용기를 밀봉시키는 촉매 정량 공급장치.
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