KR20160045964A - 갭 체적밀도값이 균일한 촉매컨버터 제조방법 - Google Patents

갭 체적밀도값이 균일한 촉매컨버터 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법은, 촉매의 외경을 측정하는 제1 단계; 일정 규격으로 절단된 시트 형상의 매트 중량을 측정하는 제2 단계; 상기 매트의 상면에 촉매를 안착시켜 촉매 외주면에 매트를 랩핑하는 제3 단계; 캔파이프의 내경을 측정한 후, 매트가 랩핑된 촉매를 상기 캔파이프 내측으로 삽입시키는 제4 단계; 및 상기 촉매와 캔파이프 사이의 갭 체적과 매트의 밀도를 산출한 후, GBD값이 기준범위 이내에 속하도록 상기 캔파이프를 가압하여 다운사이징시키는 제5 단계;를 포함한다. 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법을 이용하면, 공급된 매트의 밀도가 상이하거나, 촉매 외경과 캔파이프 내경에 오차가 발생되더라도, 캔파이프를 다운사이징하는 과정에서 다운사이징 비율을 적절히 조정할 수 있으므로, 촉매컨버터의 GBD값을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

갭 체적밀도값이 균일한 촉매컨버터 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A CATALYTIC CONVERTER WITH UNIFORM GAP BULK DENSITY}
본 발명은 촉매컨버터에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매와 캔파이프 사이의 갭에 위치되는 매트의 체적밀도값이 일정하도록 캔파이프를 가압하는 과정을 포함하는 촉매컨버터 제조방법에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 차량의 배기시스템은 차량의 플로어 하부면에 배치되어 기관에서 발생하는 각종 배기가스의 소음 및 불순물 등을 제거하여 외부로 배출하는 장치로서, 엔진의 실린더헤드 등에 연결된 배기매니폴드와, 엔진으로부터 토출되는 배기가스에 유동저항을 부여하여 소음을 감소시키는 하나 이상의 소음기와, 배기가스 중의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물을 산화 및 환원작용에 의해 인체에 해가 없는 이산화탄소, 물, 질소 및 산소 등으로 전환시키는 촉매컨버터 등을 포함한다.
일반적으로, 촉매컨버터는 원기둥 형상의 촉매, 이 촉매의 외주면에 랩핑되는(wrapped) 매트, 매트가 랩핑된 촉매를 수용하는 원통형의 캔파이프를 포함한다. 특히, 매트는 내열 섬유재로 구성되며, 촉매와 캔파이프 사이에 개재되어 미정화된 배기가스가 촉매와 하우징 사이로 빠져나감을 방지하는 밀봉성을 확보하기 위한 역할을 함과 더불어, 촉매의 탄력적인 지지, 촉매와 하우징 사이의 단열 등의 역할을 수행한다. 이에 촉매컨버터의 성능을 장시간 유지하기 위해서는 매트의 역할이 매우 중요하다.
이와 같은 촉매컨버터를 제작할 때에는, 먼저 촉매의 외주면에 매트를 랩핑하여 캔파이프 내측에 삽입한 후, 상기 캔파이프 외측면을 가압하여 상기 캔파이프를 다운 사이징함으로써, 촉매와 매트와 캔파이프를 일체로 결합시킨다.
이때, 상기 매트는 섬유재로 구성되므로 크기는 균일하게 제작할 수 있으나 밀도를 균일하게 제작하는데 어려움이 있을 수 있는데, 매트의 밀도차에 상관없이 캔파이프를 동일하게 다운 사이징시키면 촉매와 캔파이프 사이 공간의 체적밀도값 즉, 갭 체적밀도값(GBD, Gap Bulk Density; 이하 GBD값이라 함)이 달라지므로, 여러 가지 문제점이 야기될 수 있다. 예를 들어 GBD값이 과도하게 높으면 캔파이프 다운 사이징 과정에서 촉매가 과도하게 가압되어 파손될 우려가 있고, GBD값이 과도하게 낮아지는 경우 매트를 통해 압력이 누설되는 경우가 발생된다는 문제점이 있다.
KR 10-0885665 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 매트의 밀도가 상이하더라도 캔파이프의 다운사이징 비율을 적절히 조정함으로써 GBD값을 일정하게 유지시킬 수 있는 촉매컨버터 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법은, 촉매의 외경을 측정하는 제1 단계; 일정 규격으로 절단된 시트 형상의 매트 중량을 측정하는 제2 단계; 상기 매트의 상면에 촉매를 안착시켜 촉매 외주면에 매트를 랩핑하는 제3 단계; 캔파이프의 내경을 측정한 후, 매트가 랩핑된 촉매를 상기 캔파이프 내측으로 삽입시키는 제4 단계; 및 상기 촉매와 캔파이프 사이의 갭 체적과 매트의 밀도를 산출한 후, GBD값이 기준범위 이내에 속하도록 상기 캔파이프를 가압하여 다운사이징시키는 제5 단계;를 포함한다.
상기 GBD값은, 하기 [식 1]에 의해 산출된다.
[식 1]
Figure pat00001
(Gm : 측정 매트 중량, Am : 측정 매트 넓이, Dp : 캔파이프 내경, Dc : 촉매 외경)
상기 캔파이프 내경과 상기 촉매 외경 차이를 2로 나눈 값은, 최초 매트의 두께보다 작게 설정된다.
상기 제5 단계는 상기 캔파이프의 외측면을 전체적으로 가압하여 상기 캔파이프를 다운사이징시키도록 구성된다.
상기 캔파이프에 GBD값을 바코드로 레이저 마킹하는 제6 단계를 더 포함한다.
상기 제6 단계는, 캔파이프의 외경을 측정하는 과정을 더 포함한다.
본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법을 이용하면, 공급된 매트의 밀도가 상이하거나, 촉매 외경과 캔파이프 내경에 오차가 발생되더라도, 캔파이프를 다운사이징하는 과정에서 다운사이징 비율을 적절히 조정할 수 있으므로, 촉매컨버터의 GBD값을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법을 이용하여 촉매컨버터를 제조하는 과정을 도시하는 개략도이다.
도 3은 공급된 매트의 밀도가 낮은 경우의 촉매컨버터 단면도이다.
도 4는 공급된 매트의 밀도가 높은 경우의 촉매컨버터 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 촉매컨버터 제방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법의 순서도이다.
본 발명은, 원기둥 형상의 촉매, 이 촉매의 외주면에 랩핑되는(wrapped) 매트, 매트가 랩핑된 촉매를 수용하는 원통형의 캔파이프로 구성되어, 배기가스에 포함된 유해물질 즉, 탄화수소, 일산화탄소 및 질소산화물을 산화 및 환원작용에 의해 인체에 해가 없는 이산화탄소, 물, 질소 및 산소 등으로 전환시키는 촉매컨버터를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 촉매와 매트와 캔파이프의 규격에 차이가 있더라도 촉매와 캔파이프 사이 공간의 체적밀도값 즉, 갭 체적밀도값(GBD, Gap Bulk Density; 이하 GBD값이라 함)을 기준 범위 이내로 유지시킬 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법은, 촉매의 외경을 측정하는 제1 단계(S10)와, 일정 규격으로 절단된 시트 형상의 매트 중량을 측정하는 제2 단계(S20)와, 상기 매트의 상면에 촉매를 안착시켜 촉매 외주면에 매트를 랩핑하는 제3 단계(S30)와, 캔파이프의 내경을 측정한 후, 매트가 랩핑된 촉매를 상기 캔파이프 내측으로 삽입시키는 제4 단계(S40)와, 상기 촉매와 캔파이프 사이의 갭 체적과 매트의 밀도를 산출한 후, GBD값이 기준범위 이내에 속하도록 상기 캔파이프를 가압하여 다운사이징시키는 제5 단계(S50)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 GBD값은 촉매와 캔파이프 사이의 밀도체적값 즉, 촉매와 캔파이프 사이에 삽입되는 매트의 체적당 밀도를 나타내는 것으로, 하기 [식 1]에 의해 산출된다.
[식 1]
Figure pat00002
(Gm : 측정 매트 중량, Am : 측정 매트 넓이, Dp : 캔파이프 내경, Dc : 촉매 외경)
즉, GBD값이 크다는 것은 매트의 밀도가 높아 대기압 누설 우려는 없지만 다운사이징 과정에서 촉매가 파손될 우려가 있다는 것을 뜻하고, GBD값이 작다는 것은 다운사이징 과정에서 촉매가 파손될 우려는 없지만 대기압 누설의 우려가 있다는 것을 뜻한다. 따라서 촉매컨버터를 제작할 때에는 GBD값이 기준 범위 이내에 속하도록 해야 하는데, 촉매와 매트, 캔파이프의 크기가 동일한 크기로 제작된다 하더라도 매트의 밀도에 오차가 발생하면 캔파이프를 동일하게 다운사이징시킨다 하더라도 GBD값이 다르게 나타난다는 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법은, 캔파이프를 무조건 사전에 설정된 비율로 다운사이징시키는 것이 아니라, 매트의 밀도를 사전에 측정하여 캔파이프의 다운사이징 비율을 적절히 조절하도록 구성되는바, 어떠한 밀도의 매트가 제공되더라도 최종적으로 생산되는 촉매컨버터의 GBD값은 항상 일정하게 유지될 수 있다는 장점이 있다.
이때, 캔파이프와 촉매 사이의 간격 즉, 상기 캔파이프 내경과 상기 촉매 외경 차이를 2로 나눈 값이 최초 매트의 두께보다 크면, 상기 매트는 캔파이프와 촉매 사이에서 압착되지 아니하고 빈 공간이 발생되므로, GBD값이 정상적으로 산출되지 못하게 된다. 따라서 상기 캔파이프 내경과 상기 촉매 외경 차이를 2로 나눈 값은, 최초 매트의 두께보다 작게 설정되어야 할 것이다.
한편, 최종적으로 생산된 촉매컨버터의 GBD값을 육안으로 확인할 수 있도록, 상기 캔파이프에 GBD값을 바코드로 레이저 마킹하는 제6 단계(S60)가 추가될 수 있다. 이와 같이 GBD값을 바코드로 레이저 마킹하는 과정에 대해서는 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하, 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법에 의해 실제로 촉매컨버터가 제조되는 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법을 이용하여 촉매컨버터를 제조하는 과정을 도시하는 개략도이다.
촉매(10)컨버터를 제작하고자 하는 경우에는, 먼저 원통 형상의 촉매(10)를 세운 후 회전 및 하강시키면서 촉매(10)의 외측면에 촉매측정용 레이저센서(100)를 조사하고, 촉매외경연산부(110)는 상기 촉매(10)가 1회전 하는 동안 촉매측정용 레이저센서(100)에 의해 측정된 거리를 연산하여 촉매(10)의 외경을 산출한다.
촉매(10)의 외경 산출이 완료되면, 상기 원통형 촉매(10)를 수평으로 눕혀 정렬시킨 후, 매트(20)를 중량측정장치(200)에 올려 상기 매트(20)의 중량을 측정하고, 매트(20)의 중량값을 전달받은 제어부(400)는 매트(20)의 밀도를 산출하게 된다. 이때, 상기 매트(20)의 가로 및 세로 길이와 두께는 항상 일정하게 재단될 수 있으므로, 매트(20)의 중량만 측정하면 매트(20)의 밀도를 산출할 수 있게 된다. 한편, 상기 매트(20)의 각 모서리는 별도의 스토퍼(210)에 의해 지지되어 중량 측정 동안 흔들리지 아니하고 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다.
매트(20)의 중량 측정이 완료되면, 상기 매트(20)의 상면에 촉매(10)를 올려두고 촉매(10)의 외측면에 매트(20)를 랩핑시키는데, 이와 같이 촉매(10)의 외측면에 매트(20)를 랩핑시키는 과정은 종래의 촉매(10)컨버터 제조공법에서도 동일하게 적용되고 있으므로, 매트(20)의 랩핑 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.
매트(20)의 랩핑이 완료되면, 매트(20)가 랩핑된 촉매(10)를 캔파이프(30) 내측에 삽입시킨 후, 가압장치(300)를 이용하여 캔파이프(30)의 외측면을 가압함으로써 상기 캔파이프(30)를 다운사이징시킨다. 이때, 상기 캔파이프(30)의 외측면 중 어느 일부만을 가압하면, 상기 캔파이프(30)의 형상이 비틀릴 수 있으므로, 상기 캔파이프(30)를 다운사이징시킬 때에는 상기 캔파이프(30)의 외측면 전체를 고르게 가압함이 바람직하다.
한편, 상기와 같이 캔파이프(30)가 다운사이징되는 동안 캔파이프(30)와 촉매(10) 사이에 위치되어 있던 매트(20)가 압착되어 상기 촉매(10)와 캔파이프(30)가 상호 일체로 결합되는데, 이 과정에서 상기 매트(20)는 캔파이프(30)의 내경이 작아지는 만큼 두께가 얇아지고, 이에 따라 밀도가 높아지게 된다.
이때, 본 발명에 의한 촉매(10)컨버터 제조방법은, 상기 캔파이프(30)를 가압하여 다운사이징시킬 때 항상 일정 비율로 캔파이프(30)를 다운사이징시키는 것이 아니라, 최초 공급될 당시의 매트(20) 밀도에 따라 캔파이프(30)의 다운사이징 비율이 가변되도록 가압장치(300)의 동작이 제어부(400)에 의해 제어된다는 점에 특징이 있다. 즉, 최초 공급될 당시의 매트(20) 밀도가 높은 경우에는 캔파이프(30)를 약간만 다운사이징시키고, 최초 공급될 당시의 매트(20) 밀도가 낮은 경우에는 캔파이프(30)를 다소 많이 다운사이징시킴으로써, 최종적으로 제작되는 촉매(10)컨버터의 GBD값을 일정하게 형성시킨다는 점에 특징이 있다.
이와 같이 최종적으로 제작되는 촉매(10)컨버터의 GBD값이 일정하게 형성되면, 캔파이프(30)를 다운사이징시키는 과정에서 촉매(10)가 파손되는 형상을 방지할 수 있고, 매트(20)를 통해 압력이 누설되는 현상을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 언급한 바와 같이 최종적으로 제작되는 촉매(10)컨버터의 GBD값이 일정 범위 이내에 속하게 된다고 하더라도, 촉매(10)컨버터 별로 약간의 GBD값 차이(허용범위 이내의 오차)가 발생될 수 있으므로, 최종적으로 제작되는 촉매(10)컨버터의 외측면에는 마킹장치(600)를 이용하여 GBD값을 표시하는 레이저 마킹이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 촉매(10)컨버터 제조방법으로 촉매(10)컨버터를 제작할 때에는, 매트(20) 별 밀도 차이에 따라 캔파이프(30)의 다운사이징 비율이 다르게 설정되므로, 최종적으로 제작이 완료된 캔파이프(30)의 외경 크기에 차이가 발생된다. 이때 캔파이프(30)의 다운사이징 비율을 약간만 변경하더라도 GBD값의 차이는 크게 발생되므로, 최종적으로 제작이 완료된 캔파이프(30)의 외경에는 큰 차이가 발생되지 아니한다. 그러나 최초 공급될 당시의 매트(20) 밀도가 기준치와 큰 차이를 갖게 되면, 캔파이프(30)의 다운사이징 비율도 다소 크게 변경되어 최종적으로 제작이 완료된 캔파이프(30)의 외경 크기가 허용 범위를 벗어나는 경우가 발생될 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 촉매(10)컨버터 제조방법은, 캔측정용 레이저센서(500)와 캔외경연산부(510)를 이용하여 최종적으로 제작이 완료된 캔파이프(30)의 외경을 측정하는 과정이 추가로 포함될 수 있다. 캔측정용 레이저센서(500)와 캔외경연산부(510)를 이용하여 캔파이프(30)의 외경을 측정하는 방법은, 촉매측정용 레이저센서(100)와 촉매외경연산부(110)를 이용하여 촉매(10)의 외경을 측정하는 방법과 실질적으로 동일하다.
한편, 이와 같이 최종적으로 제작이 완료된 캔파이프(30)의 외경을 측정하는 공정은, 전체 생산라인의 길이를 단축시킬 수 있도록, 캔파이프(30)에 바코드를 레이저마킹 하는 공정에서 함께 이루어지도록 구성됨이 바람직하다.
도 3은 공급된 매트(20)의 밀도가 낮은 경우의 촉매(10)컨버터 단면도이고, 도 4는 공급된 매트(20)의 밀도가 높은 경우의 촉매(10)컨버터 단면도이다.
도 3의 (a)와 도 4의 (a)와 같이 최초 공급되는 매트(20)의 두께가 동일하다 하더라도, 도 3의 경우와 같이 매트(20)의 밀도가 낮은 경우에는 캔파이프(30)의 다운사이징 비율을 높여 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 매트(20)의 두께가 매우 얇아지도록(밀도가 많이 높아지도록) 상기 매트(20)를 압축시킴으로써, GBD값이 기준범위 이내에 속하도록 한다. 반대로 도 4의 경우와 같이 매트(20)의 밀도가 높은 경우에는 상기 매트(20)를 약간만 압축시키더라도 GBD값이 기준범위 이내에 속하게 되는바, 캔파이프(30)의 다운사이징 비율을 낮춰 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 매트(20)의 두께를 약간만 압축시킨다.
즉, 본 발명에 의한 촉매(10)컨버터 제조방법을 이용하면, 최초로 공급된 매트(20)의 밀도가 상이하더라도 캔파이프(30) 다운사이징 비율을 적절히 조정하여 최종 GBD값을 일정범위 이내에 맞출 수 있으므로, 매트(20)의 밀도 차이에 따른 제품 불량을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 물론, 최초로 공급된 매트(20)의 밀도가 상이한 경우에는 도 3의 (b)와 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 최종 매트(20)의 두께가 달라지지만, 두 경우 모두 촉매(10)컨버터의 기능을 수해하는 데에는 전혀 문제가 발생되지 아니한다.
한편, 캔파이프(30)와 촉매(10) 사이의 간격이 상기 캔파이프(30) 내경과 상기 촉매(10) 외경 차이를 2로 나눈 값은, 최초 매트(20)의 두께보다 작게 설정된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 촉매 20 : 매트
30 : 캔파이프 100 : 촉매측정용 레이저센서
110 : 촉매외경연산부 200 : 중량측정장치
210 : 스토퍼 300 : 가압장치
400 : 제어부 500 : 캔측정용 레이저센서
510 : 캔외경연산부 600 : 마킹장치

Claims (6)

  1. 본 발명에 의한 촉매컨버터 제조방법은,
    촉매의 외경을 측정하는 제1 단계;
    일정 규격으로 절단된 시트 형상의 매트 중량을 측정하는 제2 단계;
    상기 매트의 상면에 촉매를 안착시켜 촉매 외주면에 매트를 랩핑하는 제3 단계;
    캔파이프의 내경을 측정한 후, 매트가 랩핑된 촉매를 상기 캔파이프 내측으로 삽입시키는 제4 단계; 및
    상기 촉매와 캔파이프 사이의 갭 체적과 매트의 밀도를 산출한 후, GBD값이 기준범위 이내에 속하도록 상기 캔파이프를 가압하여 다운사이징시키는 제5 단계;
    를 포함하는 촉매컨버터 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 GBD값은, 하기 [식 1]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터 제조방법.
    [식 1]
    Figure pat00003

    (Gm : 측정 매트 중량, Am : 측정 매트 넓이, Dp : 캔파이프 내경, Dc : 촉매 외경)
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 캔파이프 내경과 상기 촉매 외경 차이를 2로 나눈 값은, 최초 매트의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 촉매컨버터 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제5 단계는 상기 캔파이프의 외측면을 전체적으로 가압하여 상기 캔파이프를 다운사이징시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 캔파이프에 GBD값을 바코드로 레이저 마킹하는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제6 단계는, 캔파이프의 외경을 측정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터 제조방법.
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