KR20160125463A - 촉매 모듈, 그러한 촉매 모듈을 위한 수용 유닛 및 그러한 촉매 모듈을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

촉매 모듈, 그러한 촉매 모듈을 위한 수용 유닛 및 그러한 촉매 모듈을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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존슨 매세이 카탈리스츠 (저머니) 게엠베하
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Abstract

촉매 모듈(2)이 산업적인 규모의 연소 시스템의 배출 제어 시스템에서의 이용을 위해서 설계된다. 촉매 모듈은, 몇 개의 장착 유닛, 특히 요소 상자(6)가 내부로 삽입되는 적층 프레임(4)을 포함한다. 요소 상자의 각각이 몇 개의 촉매(10)를 구비한다. 단순한 설치를 그리고, 동시에, 신뢰 가능한 밀봉을 가능하게 하기 위해서, 적층 프레임(4)이, 기계적 연결 요소를 통해서 서로 연결되고 특히 볼트 연결되는 측부 프레임 부분들(20, 22, 24)로부터 조립되고, 적어도 하나의 측부 프레임 부분(20, 24)의 연결에 앞서서 설치 중에 삽입되고 연결 요소의 도움으로 적어도 하나의 요소 상자(6)에 대해서 가압되는 밀봉 요소(30)가 적어도 측부 프레임 부분(20, 24)에 존재한다.

Description

촉매 모듈, 그러한 촉매 모듈을 위한 수용 유닛 및 그러한 촉매 모듈을 제조하기 위한 방법{CATALYST MODULE, RECEIVING UNIT FOR SUCH A CATALYST MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A CATALYST MODULE}
본 발명은 일정형 연소 시스템(stationary combustion system)의 배출 제어 시스템에서 이용하기 위한 촉매 모듈, 그러한 촉매 모듈을 위한 장착 유닛, 및 그러한 촉매 모듈을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.
일정형 연소 시스템이 탄화수소-계 연료를 연소시키기 위한 임의의 시스템인 것으로 이해된다. 일정형 연소 시스템이, 예를 들어, 석탄-연소 또는 오일(석유)-연소 시스템 또는 가스 터빈이다. 일정형 연소 시스템이 또한 해양 적용예(marine application), 예를 들어, 대형 컨테이너선 또는 크루즈선에서 이용되는 바와 같은, 디젤 엔진과 같은 연소 시스템을 포함한다. 일정형 연소 시스템은 일반적으로 지속적인 일정 부하(constant, stationary load) 하에서 연속적으로 동작된다.
일정형 연소 시스템은 일반적으로, 촉매 모듈을 구비하는 배출 제어 시스템을 갖는다. 또한, 촉매 모듈은 배출 제어 시스템의 연도 가스 도관 내에 설치되고, 동작 중에 정화하고자 하는 연도 가스가 촉매 모듈을 통해서 유동된다. 이와 관련하여, 연도 가스 도관이 적어도 몇 평방 미터 그리고 전형적으로 또한 몇십 평방 미터의 횡단면적을 전형적으로 갖는다. 빈번하게, 연도 가스 도관이 각각 몇 미터의, 예를 들어, 10 m x 10 m의 연부 길이를 가지는 직사각형 횡단면을 갖는다. 연도 가스 도관의 전체 횡단면적이 하나의 또는 서로 나란히(next to) 배열된 또한 몇 개의 촉매 모듈에 의해서 커버되고, 그에 따라 정화하고자 하는 연도 가스 모두가 촉매 모듈을 통해서 유동한다. 일반적으로, 몇 개의, 예를 들어 2 내지 5개의 촉매 모듈이 연도 가스 도관 내의 지지 골격부 내에서 행(row) 및 열로 서로 나란히 배치된다. 촉매 모듈 자체는 전형적으로 각각 몇 미터 길이의 연부를 가지는 직사각형 횡단면을 갖는다.
또한, 연도 가스의 유동 방향으로, 빈번하게, 촉매 모듈이 서로 앞뒤로 몇 개의 평면 내에 배치된다. 유동 방향으로, 촉매 모듈로 구축된 촉매 설비가 또한 몇 미터, 특히 25 m와 같은 몇 십 미터 연장된다.
촉매 모듈이 적층 프레임(stacking frame)으로 구축되고, 적층 프레임 내에는 몇 개의 장착 유닛이 삽입되고, 그러한 장착 유닛은 다시 몇 개의 촉매를 구비한다. 또한, 연도 가스가 유동 방향으로 개별적인 촉매를 통해서 유동한다. 이러한 촉매는, 예를 들어, 판 촉매이다. 그러나, 관심의 대상이 되는 이러한 경우에, 촉매가 소위 벌집형 촉매이다. 이러한 벌집형 촉매는, 유동 방향을 따라 복수의 유동 채널이 퍼져있는, 세라믹 재료의 단일체형(monolithic) 구성요소이다. 설치된 동작 상태에서, 정화하고자 하는 연도 가스가 유동 채널을 통해서 유동된다. 이러한 단일체형 구조물이 연도 가스를 정화하는 것과 관련된 촉매 활동도(activity)를 갖는다. 대안적으로, 단일체형 운반체(monolithic carrier)가 촉매 코팅을 구비하거나, 운반체 재료 자체가 촉매적으로 활성적이다. 특히, 이러한 벌집형 촉매가 압출된 벌집형 촉매이다. 촉매가 전형적으로, 연부 길이가 약 10 cm 내지 30 cm인 직사각형 및, 특히, 정사각형 횡단면 표면을 갖는다.
제1 변형예에서, 장착 유닛이 소위 요소 상자(element box)이고, 그러한 요소 상자 내에서 개별적인 촉매가 서로 인접하여 행렬 방식으로 배열된다. 동시에, 일반적으로 부직 직물 형태이고 인접한 촉매들 사이의 또는 촉매와 요소 상자 사이의 경계 평면을 통한 누출 유동을 방지하기 위한 밀봉 요소가 바람직하게 개별적인 촉매들 사이에 배치된다. 전형적으로 또한, 직사각형 및, 특히, 정사각형 횡단면 표면을 각각 가지는 2개 내지 10 개의 촉매가 일반적으로 각각의 요소 상자 내에서 서로 상하의 또는 서로 나란한 몇 개의 층으로 배치된다.
요소 상자 자체가 또한 행렬 방식으로 적층 프레임 내에 배치된다. 요소 상자의 수는 촉매 모듈의 크기에 의존한다. 요소 상자는, 보강 목적을 위해서, 대향 측부들(opposite sides)에서 약 90°로 접혀진 연부를 가지는, 시트-금속 부분으로 일반적으로 구축된다. 그에 따라, 동작 중에, 요소 상자는 정화하고자 하는 연도 가스의 유동 방향에 수직으로 배향되고, 그것으로, 바람직하지 못하게 유동을 저지하는 표면을 형성한다.
전형적으로 적층 프레임 내에서 몇 개의 행으로 배치되는 요소 상자 외에도, 제2 변형예의 장착 유닛이, 각각 촉매를 또한 구비하는 소위 충진(packing) 및 저장 유닛으로서 구축되고; 요소 상자에 대비하여, 그러한 충진 및 저장 유닛은 더 크고 전형적으로 촉매 모듈 내에서 단일 행으로만 배열된다. 일반적으로, 부직 직물로 이루어진 밀봉 및 보상 요소(sealing and compensating element)가 다시 촉매들 사이에 배치된다.
배출 제어 시스템에서, 촉매 모듈이 적층 프레임의 도움으로 서로에 대해서 결속된다. 촉매 모듈이, 일반적으로, 예를 들어, 촉매의 제조업자에 의해서, 구축 유닛으로서 미리 제조되고, 그리고 그러한 것으로 설치된다. 동작 중에, 촉매 모듈이 기계적 부하 뿐만 아니라 열적 부하를 견뎌야 한다. 그러한 일정형 설비에서 연도 가스의 온도가 전형적으로, 예를 들어, 400° 내지 500°의 범위이다. 가능한 한 효율적인 연도 가스의 정화와 관련하여, 연도 가스의 전체가 촉매 활성적 표면을 지나서 통과하도록, 누설 유동을 반드시 피하여야 한다. 유동 압력 손실의 최소화와 관련하여, 연도 가스 도관의 횡단면적의 가능한 가장 큰 비율을 이용하는 것이 또한 바람직하다.
종래 기술의 적층 프레임은 용접된 스틸 프로파일이고, 여기에서 개별적인 장착 유닛 즉, 예를 들어, 요소 상자나 또한 충진 및 저장 유닛이 삽입된다. 확실한 기계적 결속을 달성하기 위해서, 요소 상자가 적층 프레임뿐만 아니라 서로에 대해서 각각 용접된다. 적층 프레임이 구비될 수 있게 하기 위해서, 적층 프레임이 어느 정도 과다-치수화된다(over-dimensioned). 나머지 갭이 스트립-형상의 밀봉 요소로 밀봉된다. 그러나, 상이한 열팽창 계수들로 인해서, 이러한 스트립-형상의 밀봉 요소가 동작 중에 분리될 수 있고, 그에 따라 누설 유동이 초래되는 문제가 여기에서 존재한다. 이러한 문제는 또한 개별적인 촉매들 사이에 삽입되는 밀봉 및 균등화(equalization) 요소에 영향을 미친다. 그에 따라, 전체적으로, 통상적인 유닛의 경우에, 동작 시간 동안, 누설 유동이 초래될 위험이 존재한다.
예를 들어, 촉매 모듈 당 3개의 충진 및 저장 유닛 각각이 함께 묶여지는, 충진 및 저장 유닛을 가지는 배열체(arrangement)들이, 최근에, 이하의 목적을 위해서 특별하게 제조된 비용이 많이 드는 프레싱 및 용접 장치에서, 함께 그리고 적층 프레임에 대해서 용접된다. 충진 및 저장 유닛으로 촉매를 제공하기 위해서, 충진 및 저장 유닛이 유닛의 개방 프레임 내로 초기에 삽입되고, 그 후에 덮개(lid) 상에서 프레싱하는 것에 의해서 충진 및 저장 유닛이 서로에 대해서 고정된다(braced).
후속하여, 덮개가 충진 및 저장 유닛의 측부 부분에 대해서 용접된다.
이어서, 이러한 충진 및 저장 유닛이 다시 적층 프레임 내에 위치되고, 그러한 적층 프레임에 대해서 용접된다. 여기에서 또한, 밀봉이 다시 한차례 필요하다. 이러한 복잡한 제조 프로세스로 인해서, 고가의 용접 장치가 요구되고 그리고 전형적으로 또한 각각의 촉매 모듈의 크기에 정합된다(matched). 결과적으로, 총 제조 비용이 비교적 높다.
전술한 내용으로부터 시작하여, 본 발명의 목적은, 특히, 동시에 연속적으로 양호한 유동 성질 및 적은 누설로 인한 개선된 세정 효율을 가지는, 그러한 촉매 모듈의 단순화된 생산을 가능하게 하는 것이다.
그러한 목적은, 산업적인 규모의 연소 시스템의 배출 제어 시스템에서 이용하기 위한 촉매 모듈에 의해서 본 발명에 따라서 달성된다. 그에 따라, 촉매 모듈은, 특히 에너지 생산을 위한 발전 플랜트의, 일정형 연소 시스템의 전술한 배출 제어 시스템을 위해서 설계되고 착상된다. 그러한 촉매 모듈의 기본적인 배열에 대해서 뿐만 아니라 기본적인 구성 및 크기 관계에 대해서 이전의 버전을 참조한다.
촉매 모듈은, 베이스 부분 및 덮개 부분뿐만 아니라 2개의 측부 부분을 가지는 적층 프레임을 포함한다. 적층 프레임은 길이방향뿐만 아니라 횡방향으로 연장되고 유동 방향으로 2개의 대향된 단부 표면들을 가지며, 그러한 단부 표면은 베이스 부분, 덮개 부분 및 2개의 측부 부분과 경계를 이룬다. 단부 표면이 배출 제어 시스템의 연도 가스 도관 내에 설치될 때, 단부 표면이 길이방향 및 횡방향으로 고정되고 연도 가스의 유동 방향에 수직으로 배향된다. 둘레 측벽을 각각 구비하고 단부 면의 방향으로 각각 개방되는, 적어도 하나의, 바람직하게 몇 개의 장착 유닛이 이러한 적층 프레임 내에 삽입된다. 이러한 장착 유닛의 각각이 몇 개의 촉매, 특히 벌집형 촉매를 구비한다.
촉매가 바람직하게, 복수의 개별적인 유동 도관이 관통되는 세라믹 운반체 재료를 포함하는 단일체형의 벌집형 촉매이다. 여기에서, 운반체 재료가 선택적으로 촉매적으로 활성적인 층으로 코팅되거나 그 자체가 촉매적으로 활성적이다. 촉매가 일반적으로, 연도 가스의 희망 정화를 위한 촉매 활동도를 가지는 유닛인 것으로 이해된다. (압출된) 벌집형 촉매 이외에, 판 촉매가 예를 들어 또한 이용될 수 있을 것이다. 촉매 모듈 내의 촉매가 바람직하게 그러나 비필수적으로 서로 동일한 구성을 갖는다. 여기에서, 복수의 촉매 부분 유닛 즉, 예를 들어, 복수의 단일체형의 벌집형 본체가 또한 유동 방향으로 서로 차례로 삽입될 수 있다. 이어서, 유동 방향으로 행으로 정렬되는 이러한 부분 유닛들이 하나의 촉매를 형성한다. 원하는 경우에, 부분 유닛들이, 촉매 작용과 관련하여 상이한 구성을 갖는다. 부분 유닛들이 바람직하게 동일한 구성을 갖는다.
또한, 적층 프레임이, 적어도 하나, 바람직하게 몇 개의 기계적 연결 요소에 의해서 서로에 대해서 연결되고 특히 볼트 연결된(bolted), 개별적인 측부 프레임 부분들로 이루어진, 둘레 벽을 갖는다. 바람직하게, 측부 프레임 부분들이 함께 용접되지 않는다. 그에 따라, 바람직하게 측부 프레임 부분들이 기계적 연결 요소, 특히 볼트 만으로 연결된다. 또한, 적어도 하나의 측부 프레임 부분 및 인접하는 장착 유닛 사이에서, 그리고, 또한, 볼트를 이용한 그 설치 중에 하나의 측부 프레임 부분이 고정되는 것으로 인해서, 적어도 하나의 밀봉 요소가 가압된다. 그에 따라, 제조 중에, 인접하는 측부 프레임 부분이 다른 측부 프레임 부분에 볼트 연결되기에 앞서서, 적어도 하나의 밀봉 요소가 연부에서 장착 유닛 중 하나 상에 초기에 배치된다.
여기에서 밀봉 요소가, 기계적 연결 요소의 도움으로, 측부 프레임 부분과 적어도 하나의 장착 부분 사이에서 가압된다. 동시에, 프레싱 힘이 기계적 연결 요소에 의해서 인가된다. 모든 장착 유닛이 이러한 수단에 의해서 적층 프레임 내로 조여진다(clamped).
기계적 연결 요소가 바람직하게, 볼트와 너트, 나사산형 볼트, 등과 같은 볼트 연결 요소이다.
측부 프레임 부분의 볼트 연결에 의해서, 밀봉 요소가 적어도 하나의 측부 프레임 부분과 적어도 하나의 장착 유닛 사이에서 단단히 가압되고 그에 따라 그 탄성 성질로 인해서 압축되는 그러한 과정에 의해서, 특별한 장점이 달성된다. 결과적으로, 개별적인 구성요소들의 열팽창이 상이한 경우에도, 측부 프레임 부분과 장착 유닛 사이의 거리의 변동이 균등화된다. 만약, 예를 들어, 설치와 동작 사이의 온도 변화가 존재하는 경우나 또한 연소 시스템이 시동될 때, 이러한 수단에 의해서 밀봉 요소가 빠지는 것이 방지되고, 그것으로, 누설 유동의 발생이 신뢰 가능하게 방지된다.
"탄성적인 밀봉 요소"는 무엇보다도 일반적으로, 탄성을 나타내고, 몇백도씨의 높은 동작 온도에서도 그리고 특히, 온도 변화의 경우에, 예를 들어 시스템 가속 또는 감소(run up or down) 중에, 각각의 장착 유닛과 각각의 측부 프레임 부분 사이에서 긴 기간 동안 밀봉 작용을 보장하는 임의 요소인 것으로 이해된다. 여기에서, "탄성"은 일반적으로, (탄성적) 복원력을 유지하면서, 밀봉 요소의 변형, 예를 들어 10% 초과, 예를 들어 10% 내지 30%의 두께 변화가 가능하다는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 결과적으로, 탄성적인 복원력만을 통해서, 피팅 요소(fitting element)가 바람직하게 그러나 비필수적으로 장착 샤프트의 벽과 측부 프레임 부분 사이에서 유지된다. 원칙적으로, 밀봉 요소가 또한 장착 유닛의 각각과 측부 프레임 부분 사이에 삽입될 수 있다.
볼트 연결된 배열로 인해서, 동시에, 프레싱 및 용접 시설이 필요치 않다. 이러한 수단에 의해서, 그에 따라, 개별적인 촉매 모듈이, 예를 들어, 그들의 크기, 각각의 적용예에 대한 탄력성(flexibility) 즉, 플랜트 내의 구체적인 설치 상황에 대한 탄력성과 관련하여 문제 없이 구성될 수 있다. 그것으로, 전체 제조 비용이 낮게 유지된다. 측부 프레임 부분의 볼트 연결을 가지는 배열로 인해서, 구축 장소에서의 직접적인 조립이 또한 단순해진다. 이제까지, 촉매 모듈이 생산 장소에서 미리 제조되었고 미리 제조된 유닛으로서 구축 장소로 또는 사용 장소로 이동되었다. 이러한 운송 중에, 밀봉 요소의 이탈을 방지하거나 또한 일반적으로 취약한 개별적인 세라믹 촉매에 대한 다른 손상의 발생을 방지하기 위해서, 특별한 수단이 또한 요구된다.
가능한 한 단순하게 그리고 비용 효과적으로 적층 프레임을 제조하는 것과 관련하여, 그 측부 프레임 부분이 바람직하게, 굽혀진 시트 금속 부분으로 적어도 부분적으로 형성된다. 측부 프레임 부분을 형성하기 위해서, 예를 들어, U-형상의 프로파일이 바람직하게 연부 부분을 굽히는 것에 의해서 초기에 편평한 금속 시트로부터 형성되고 그리고 추가적인 금속 시트 요소에 의해서 폐쇄된 다각형으로 형성된다. 이러한 수단에 의해서, 비교적 적은 재료를 이용하여, 충분히 큰 안정성이 달성된다. 볼트 연결될 수 있는 배열과 조합되어, 이는 또한, 개별적인 측부 프레임 부분이 개별적인 요소로서 공간-절약 방식으로 운송될 수 있다는 사실을 유도한다. 이와 관련하여, 각각의 측부 프레임 부분이 세장형의 편평한 요소에 의해서 형성된다.
편리하게, 측부 프레임 부분이 각각, 서로 연결된 2개의 시트 금속 부분들로 이루어진 중공형 프로파일로서 구축된다. 이러한 시트-금속 부분 중 적어도 하나가 굽혀지고, 예를 들어, U-형상의 프로파일을 형성하며, 이어서 그러한 U-형상의 프로파일 상에는 제2 시트-금속 부분이 덮개와 같이 배치된다. 이들을 연결하기 위해서, 이러한 2개의 시트-금속 부분이, 특히 브래킷 및 슬롯을 통해서, 서로 형상 결합되고, 그에 따라 큰 기계적 안정성이 얻어진다.
바람직한 배열에서, 측부 프레임 부분의 적어도 일부 그리고 바람직하게 전부가 보유(retaining) 브래킷을 가지며, 그러한 보유 브래킷들 사이에서 각각의 장착 유닛이 유동 방향으로 확실하게(positively) 유지된다. 이러한 수단에 의해서, 장착 유닛이 부가적으로 측부 프레임 부분 내에서 기계적으로 고정된다. 편리하게, 측부 프레임 부분에 대한 장착 유닛의 용접이 먼저 이루어지고(is foregone) 이러한 유닛들이 유지 브래킷 만에 의해서 확실하게 유지된다. 그에 따라, 이러한 장착 유닛이 유지 브래킷에 의해서 유동 방향으로 고정된다. 유지 브래킷이 바람직하게, 유동 방향에서 볼 때, 장착 유닛의 양 측부 상에 배열된다.
편리하게, 측부 프레임 부분의 하나가 덮개 부분으로서 구축되고, 외부적으로, 적어도 하나의 밀봉 웨브(sealing web)를 가지며, 그러한 밀봉 웨브는 연부에 배치되고 바람직하게 측부 프레임 부분을 굽히는 것에 의해서 형성된다. 밀봉 웨브의 기능은 설치된 상태에서 2개의 인접한 촉매 모듈들 사이의 분리 평면(parting plane)을 차단하는 것이다.
바람직하게, 전체적으로 덮개 부분이 U-형상 방식으로 굽혀지고, 그에 따라 그러한 밀봉 웨브가 덮개 부분의 길이방향 연부의 양 측부 상의 접힘부로서 형성된다. 베이스 요소를 가지는 인접한 촉매 모듈이, 유동 방향에서 볼 때, 이러한 밀봉 웨브들 사이에 수용된다.
바람직하게, 장착 유닛이, 전술한 소위 요소 상자이다. 이와 관련하여, 적층 프레임 내의 그러한 요소 상자의 기본적인 배열뿐만 아니라 기본적인 구축에 관한 서두의 실시예를 참조한다. n x m 행렬을 형성하고 서로 인접하는 몇몇 요소 상자가 적층 프레임 내에 몇 개의 행 및 열로 삽입된다. 그에 따라, 요소 상자들이 서로 상하로 n개의 행으로 그리고 서로 나란히 m개의 열로 배치된다. 요소 상자의 각각이 자유 내부 공간을 가지며, 그러한 자유 내부 공간 내로 적어도 하나의 촉매, 그러나 바람직하게 서로 인접한 몇 개의 촉매가 삽입된다. 이와 관련하여, 자유 내부 공간이, 요소 상자가 어떠한 부가적인 내부 구획부도 가지지 않는다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 그에 따라, 요소 상자는 둘레 측벽에 의해서 형성되고 적층 프레임의 대향 단부 면들을 향해서 개방된다. 벽은, 특히, 서로 연결된 하나의 또는 몇 개의 금속 시트로 이루어진다. 일반적으로, 밀봉 요소가 촉매들 사이에 삽입된다.
여기에서, 개별적인 촉매가 이제 적층 프레임의 조립 중에 낮은 프레싱 힘에만 노출된다는 추가적인 장점이 이제 확인된다. 그에 따라, 이전의 해결책과 비교하여, 촉매는 보다 작은 기계적 경직성(stiffness)으로 형성되기만 하면 된다. 이는 촉매의, 특히 벌집형 촉매의 유동 성질에 바람직한 영향을 미치고, 그에 따라 개선된 세정 효과가 또한 이러한 수단에 의해서 달성된다.
밀봉 요소의 이용은 또한 동시에, 가열 중의 그리고 주위의 벽과의 접촉 중의 온도 변화에 의해서 유발되는 힘에 대해서, 또는 정상 동작 중에 발생될 수 있고 촉매에 작용할 수 있는 진동이나 요동에 대해서 촉매를 절연하는 수단을 제공한다. 이는, 촉매의 구조와 관련하여, 현재 사용되는 것 보다 더 약한 촉매의 이용을 가능하게 한다. 동시에, 감소된 배압 등과 같은 장점이 이와 연관되는데, 이는, 절연 성질로 인해서, 그러한 촉매가 확실하게, 통상적인 촉매가 나타내는 강도를 가질 필요가 없기 때문이다.
적절한 배열에서, 요소 상자들이, 특히 용접에 의해서 추가적으로 결속될 필요가 없이, 플러그-인 연결(plug-in connection)에 의해서 함께 확실하게 유지된다. 그에 따라, 요소 상자가 상보적인 플러그-인 연결 요소를 가지며, 결과적으로, 요소 상자는 단순히 내부에 또는 상부에 끼우는 것에 의해서 유지된다. 그에 따라, 서로의 내부로 끼워질 수 있는 구성요소로서의 요소 상자의 이러한 특별한 배열에 의해서, 대체로(largely) 또는 완전히 용접하지 않는 촉매 모듈의 조립이 지원된다. 개별적인 요소 상자가 확실하게 함께 유지되고, 그에 따라, 단지 플러그-인 연결에 의해서 서로 고정된다. 특히, 볼트 연결될 수 있는 적층 프레임과 함께, 결과적인 조립체가 단순하다. 특히, 적층 프레임이 초기에 부분적으로만 조립되고, 특히 베이스 부분이 초기에 단지 하나의 또는 양 측부 프레임 부분으로 구축되고, 그에 따라 개방된 L- 또는 U-형상의 적층 프레임이 형성되고, 이어서 덮개 부분에 의해서 폐쇄되기 전에, 그러한 적층 프레임으로 요소 상자가 연속적으로 제공된다.
측벽에서, 적어도 하나의 플러그-인 요소 및 하나의 플러그-인 개구부가 플러그-인 연결을 형성하기 위해서 존재한다. 이들은, 특히 바람직하게 굽혀진 플러그-인 브래킷으로서 그리고 플러그-인 슬롯으로서 형성된다.
편리한 추가적인 발전예에서, 요소 상자가 서로에 대해서 뿐만 아니라 적층 프레임에 대해서, 그리고 특히, 용접에 의해서 추가적으로 결속되지 않고, 확실하게 유지된다. 이러한 목적을 위해서, 예를 들어, 플러그-인 브래킷이, 바람직하게, 그 측부 프레임 부분 내에 적절한 장착부를 가지는, 적층 프레임 내의 상응하는 장착부 내에 결합된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 요소 상자가 각각의 측부 프레임 부분에서 전술한 굽혀진 유지 브래킷에 의해서 유지된다.
전체적으로, 이러한 개념으로 인해서, 클립-인(clip-in) 또는 플러그-인 시스템 형태의 적층 프레임 내의 개별적인 요소 상자의 무-용접 구축이 얻어지고, 그에 의해서 제조 비용이 전체적으로 낮게 유지된다.
기본적으로, 클립-인 또는 플러그-인 시스템 형태로 서로 확실하게 연결되는 요소 상자의 이러한 기본적인 개념은, 또한 압입 밀봉 요소를 가지는 적층 프레임의 볼트 연결 배열과 독립적으로 가능하고 그리고 독립적인 발명적 개념으로서 간주된다. 이에 대한 분할 출원을 할 권리를 보유한다.
개별적인 촉매의 개선된 관통-유동과 관련하여, 요소 상자의 측벽의 연부가, 굽혀진 영역이 요소 상자의 외부 경계로부터 촉매를 향해서 내향으로 상승되는 방식으로, 일 단부 면에서, 유동 방향에 대해서 각도를 이루어 배향되는 굽혀진 영역을 갖는다.
이러한 굽혀진 영역이 바람직하게 유입 유동 측부(inflow side) 상에, 특히, 서로 대향으로 놓이는 양 단부 면 상에 구성된다. 막힌(dammed) 지역이 없는, 유리한 유동의 안내가, 공지된 요소 상자에서와 같이, 이러한 수단에 의해서 달성되고, 여기에서 90°굽혀진 부분이 일반적으로 단부 면 상에 구성된다. 이는, 연도 가스를 위한 유입구 측부를 형성하는, 단부 면 상에서 특히 유리하다. 이는 또한, 대체로(largely) 난류가 없는 유동과 관련하여, 배출 유동 측부를 형성하는 대향 단부 면 상에서 유리하다.
바람직하게, 수직 섹션이 굽혀진 지역과 인접하고 굽혀진 지역에 대해서 각도를 이루어 배향된다. 그에 따라, 각각의 단부 연부가 적어도 영역 내에서 적어도 2차례 굽혀진다. 기계적 경직성이 이러한 수단에 의해서 증가된다. 또한, 바람직한 배열에서, 적어도 부분적인 영역 내에서 수직 섹션이 측벽 내로 또는 측벽을 관통하여 통과된다. 그에 따라, 수직 섹션이, 특히, 측벽 내에서 지지되며, 이는 유사하게 개선된 강성도(rigidity)를 유도한다. 바람직하게, 특히 플러그-인 브래킷을 형성하기 위해서, 수직 섹션이 측벽을 통과하고 측벽 위로 돌출한다. 그에 따라, 플러그-인 브래킷은 굽혀진 지역의 연속이다.
장착 유닛에 대한 목적이, 자유 내부 공간을 가지는 요소 상자로서 형성된 장착 유닛에 의해서, 본 발명에 따라서 추가적으로 달성되고, 그러한 요소 상자는, 그 측벽에서, 적어도 하나의 플러그-인 요소, 특히 플러그-인 브래킷뿐만 아니라 플러그-인 개구부, 특히 플러그-인 슬롯을 형성하고, 그에 따라 인접하는 요소 상자들이 플러그-인 브래킷 및 플러그-인 슬롯에 의해서 플러그-인 시스템의 형태로 함께 유지된다.
또한, 방법과 관련한 본 발명의 목적은, 한편으로, 장착 유닛, 특히 요소 상자가 개별적인 촉매, 특히 벌집형 촉매를 구비하는 촉매 모듈을 생산하기 위한 방법에 의해서 달성된다. 초기에, 적층 프레임이 부분적으로만 조립되고, 개별적인 장착 유닛이, 부분적으로만 조립된 이러한 적층 프레임 내로 연속적으로 삽입된다. 여기에서, "부분적으로 조립된"은, 적층 프레임이 무엇 보다도 적어도 하나의 측부에서 개방되고, 결과적으로 장착 유닛이 이러한 개방 측부를 통해서 삽입될 수 있는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
이어서, 특히, 매트-형상의(mat-shaped) 밀봉 요소, 특히 부직 매트가 장착 유닛의 마지막 층 상에 배치된다. 후속하여, 적층 프레임이 밀봉 요소의 압축으로 폐쇄된다. 밀봉 요소가 여기에서 적층 프레임의 측부 프레임 부분과 장착 유닛의 적어도 하나 사이에서 가압된다. 일반적으로 바람직하게, 밀봉 요소가 그 전체 표면으로 장착 유닛 상에 놓여진다.
밀봉 요소가, 면적과 관련하여, 바람직하게 직사각형 기본 면적으로 구성된 실질적으로 편평한, 판-형상 또는 스트립-형상이고 전체적으로 직사각형인 요소이고, 장착 유닛과 각각의 측부 프레임 부분 사이에 도입된다.
본원에서 설명된 요소 상자에 대한 대안으로, 장착 유닛이 또한 상이하게 구성된 장착 유닛을 포함할 수 있을 것이다. 본원에서 설명된 요소 상자의 이용이 절대적으로 필수적인 것은 아니다.
바람직하게, 초기에 적층 프레임이 L-형상으로 구축되고, 적층 프레임이 밀봉 요소의 압축으로 폐쇄되기 전에, 밀봉 요소가 후속하여 L-형상의 방식으로 장착 유닛의 외부 층 상에 배치된다.
본 발명의 예가 도면의 도움을 받아서 이하에서 더 구체적으로 설명된다.
도 1은 부분적으로 구비된 촉매 모듈의 사시도를 도시한다.
도 2는 조립된 적층 프레임의 사시도를 도시한다.
도 3은 적층 프레임의 제1 측부 프레임 부분을 분해도로 도시한다.
도 4는 제2 측부 프레임 부분을 또한 분해도로 도시한다.
도 5는, 직사각형으로 표시된, 도 1의 부분적인 면적의 확대도를 도시한다.
도 6은 요소 상자의 사시도를 도시한다.
도 7은 도 6의 요소 상자의 단부도를 도시한다.
도 8은 도 7의 단면 A-A를 따른 도 6의 요소 상자를 통한 단면도를 도시한다.
도 9는, 도 8에서 원으로 표시된, 모서리 영역의 확대도를 도시한다.
도 10은 플러그-인 시스템 형태의 요소 상자들의 조립을 설명하기 위한, 몇 개의 요소 상자의 사시도를 도시한다.
도면에서, 동일한 구성요소가 동일한 참조 번호를 갖는다.
도 1에 도시된 촉매 모듈(2)이 둘레 적층 프레임(4)을 포함하고, 그 내부 공간 내에는 복수의 정확하게 피팅되는 요소 상자(6)가 삽입된다. 요소 상자(6)는 격자 구조 또는 행렬 구조를 형성한다. 각각의 요소 상자(6)가, 각각의 요소 상자(6)의 자유 내부 공간(8)에 의해서 형성되는 수용부를 갖는다. 적층 프레임(4) 내에, 요소 상자(6)의 몇 개의 행뿐만 아니라 몇 개의 열이 일반적으로 배치된다. 요소 상자(6)가 예에서 12 x 5 행렬을 형성한다.
각각의 요소 상자(6) 내에는, 단일체형의 벌집형 촉매로서 바람직하게 구축되고 내부 공간(8)을 완전히 채우는 몇 개의 촉매(10)가 존재한다. 도 1에서, 하나의 요소 상자(6)만이 촉매(10)에 의해서 점유되었다. 대안으로서, 요소 상자(6) 마다 단지 하나의 촉매(10)가 이용된다.
촉매 모듈(2)의 전체가 길이방향(12)뿐만 아니라 횡방향(14)으로 연장되고, 촉매(10)의 길이 만큼 유동 방향(18)으로 서로 거리를 두는 2개의 대향 개방 단부 면(16)을 갖는다. 단부 면(16)이, 세정하고자 하는 그리고 설치된 촉매 모듈(2)을 통해서 유동 방향(18)으로 유동되는 연도 가스를 위한 유입 유동 또는 유입구 측부뿐만 아니라 배출구 측부를 형성한다.
개별적인 촉매(10)가 바람직하게, 유동 방향(18)으로 연장되는 복수의 유동 도관을 가지는 압출된 직사각형 벌집형 촉매이다. 촉매(10)가 바람직하게, 연부 길이가 10 cm 내지 30 cm인 직사각형, 특히, 정사각형 횡단면 및 유입 유동 표면을 갖는다. 예에서, 4개의 촉매(10)가 요소 상자(6) 내에서 2 x 2 행렬로 배치된다. 그에 따라, 요소 상자(6)가 정사각형-형상으로 형성된다. 도시된 정사각형 베이스로부터 벗어나, 요소 상자가 또한 직사각형 베이스로 구축될 수 있을 것이다. 전형적으로, 요소 상자의 연부 길이가 0.4 m 내지 1 m 범위일 수 있을 것이다. 유동 방향(18)을 따른 촉매(10)의 길이가 전형적으로 몇 10 cm, 예를 들어 15 cm로부터 60 cm의 범위이다. 유동 방향(18)을 따른 촉매 모듈의 폭이 촉매(10)의 길이에 적어도 대략적으로 상응한다.
길이방향(12) 그리고 또한 횡방향(14)을 따른 촉매 모듈(2)의 총 길이가 전형적으로 몇 미터 정도이다. 복수의 촉매 모듈(2)이 지지 프레임의 도움으로 연도 가스 도관 내에서 행 및 열로 일반적으로 위치된다. 이러한 유형의 촉매 모듈(2)의 층이 각각 예를 들어 10 m 내지 20 m에 걸쳐서 길이방향(12) 및 횡방향(14)으로 연장된다. 일반적으로, 몇 개의 촉매 모듈(2)로 이루어진 몇 개의 그러한 층이 이어서 유동 방향(18)을 따른다.
적층 프레임(4)이 전체적으로 4개의 측부 프레임 부분, 즉 2개의 측부 부분(20), 베이스 부분(22)뿐만 아니라 덮개 부분(24)(도 2 참조)으로 이루어진 둘레 벽을 갖는다. 4개의 측부 프레임 부분(20, 22, 24)이 볼트형 연결부에 의해서, 예를 들어 볼트(26) 및, 선택적으로, 볼트 너트의 도움으로, 서로 연결된다. 예를 들어, 볼트 너트가 측부 프레임 부분(20)에 고정, 예를 들어, 용접되고, 이어서 볼트(26)가 너트 내로 나사 결속된다. 대안적으로, 고정된 나사산형 볼트가 제공될 수 있고, 이어서 그러한 볼트 상으로 너트가 위치된다. 이러한 부분들 사이의 용접 연결이 선행된다. 경직성을 높이기 위해서, 적층 프레임(4)이 부가적인 스트럿(28)을 가지며, 그러한 스트럿은 또한 연부에서 볼트(26)에 의해서 측부 부분(20)에 또는 베이스 부분(22)에 결속되고, 그러한 베이스 부분에서, 바람직하게, 각각, 연부 부분(29)에 결속된다. 대략적으로 V 형태로 배치된 2개의 스트럿(28)이 각각의 단부 면(16)에 볼트 연결된다.
도 2에서, 밀봉 요소(30)가 또한 우측 측부 부분(20)에 도시되어 있고, 그러한 밀봉 요소(30)는, 예에서, 예를 들어, 매트-형상의 부직 재료와 같은 유리 섬유로 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같은 최종적인 설치 상태에서, (촉매(10)의 완전한 배치가 없다는 것을 제외하고) 이러한 밀봉 요소(30)가 요소 상자(6)의 외부 층과 우측 측부 부분(20) 뿐만 아니라 덮개 부분(24) 사이에서 가압된다. 이러한 연결에서, 부분적인 밀봉 요소가 바람직하게 측부 부분(20)을 향해서 한차례 그리고 덮개 부분(24)을 향해서 한차례 삽입된다. 2개의 부분적인 밀봉 요소가 서로 보완하여 밀봉 요소(30)를 형성한다. 그에 따라, 밀봉 요소(30)는 또한 덮개 부분(24)을 따라서 취해지고, 또한 이러한 길이방향 측부에서, 요소 상자(6)의 외부 층과 덮개 부분(24) 사이에서 가압된다. 특히, 밀봉 요소(30)가, 예를 들어, 몇 센티미터의 폭을 가지는 2-차원적인 스트립 형상의 요소이다. 그 폭이 또한 유동 방향(18)으로 요소 상자(6)의 길이에 적어도 대략적으로 상응할 수 있을 것이다. 그 두께가, 예를 들어, 1 또는 몇 센티미터의 영역 이내이다. 밀봉 요소가 유사하게 인접한 요소 상자들(6) 사이에 삽입될 수 있다.
예에서, 측부 부분(20)뿐만 아니라 베이스 부분(22)이, 특히 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 연결된, 시트-금속 부분들로 이루어진 중공형 프로파일로서 구축된다. 시트-금속 부분들이 서로 용접될 수 있을 것이다. 측부 부분(40) 및 베이스 부분(42) 모두가 U-형상 부분, 바람직하게, 예를 들어 용접에 의해서 서로 연결된, 바람직하게 시트 금속 부분(32a) 및 평면형 부분, 바람직하게, 시트 금속 부분(32b)을 갖는다. 측부에서, 중공형 프로파일이 커버(34) 또는 단부 캡에 의해서 폐쇄된다. 각각의 경우에, 후크, 특히 고리(36)가 측부 부분(20)의 커버(34)에 결속된다. 예를 들어, 고리(36)가, 예를 들어, 크레인의 도움으로, 촉매 모듈(2)의 전체를 들어 올리거나 취급하기 위해서 이용된다. 또한, 적어도 하나의 스트립(38)이 특히 다각형 파이프로서 U-형상의 시트 금속 부분(32a)을 따라서 결속되고 특히 용접된다. 이는 밀봉 요소를 유지하고, 그러한 밀봉 요소는 여기에서 도시되지 않았고 그리고, 설치된 상태에서, 적층 프레임(4)을 배출 제어 시스템의 연도 가스 도관 내의 지지 프레임에 대해서 밀봉한다.
U-형상의 시트 금속 부분(32a)의 측부가 단부에서 성모양이 되고(castellated) 돌출 유지 브래킷(40)을 형성한다. 유지 브래킷(40)이, 길이방향(12)으로 요소 상자(6)의 폭에 또는 그 배수에 특히 상응하는 특정의 창살(gird) 치수로 배치된다. 도 1로부터 특히 명확한 바와 같이, 유지 브래킷이 2개의 인접한 요소 상자들(6) 사이의 접합부를 커버하도록, 유지 브래킷(40)이 배치된다. 유동 방향(18)으로, 유지 브래킷들(40)이 정확하게 서로 대향하고 요소 상자(6)의 길이 만큼 이격되며, 그에 따라, 유동 방향(18)으로, 요소 상자가 서로에 대해서 할당된 2개의 유지 브래킷들(40) 사이에서 유지된다.
유지 브래킷(40)에 상응하여, 슬롯(42)이, 예를 들어, 또한 동일한 창살 치수로 레이저 컷팅하는 것에 의해서, 편평한 시트 금속 부분(32b) 내로 도입되고, 그러한 슬롯을 통해서 유지 브래킷(40)이 통과된다. 그에 따라, 2개의 시트-금속 부분(32a, 32b)이, 말하자면, 서로 상호 결속되고, 부가적으로 바람직하게 서로 용접된다. 부가적으로, 개별적인 측부 프레임 부분(20 내지 24)을 (볼트에 의해서) 서로 결속하기 위해서 브래킷 또는 기타와 같은, 유지 요소(44)가 배치될 수 있을 것이다(이러한 목적을 위해서, 도 1, 도 2 비교). 대안적으로 또는 부가적으로, 너트가, 예를 들어, 특히 측부 커버(34)에서, 측부 프레임 부분(20)에 고정된다. 덮개 부분(24)이 측부 프레임 부분(40) 상에 놓인다.
편평한 시트-금속 부분(32b)이 각각 연부 스트립에 의해서 유동 방향(18)으로 U-형상의 시트 금속 부분(32a)의 측부들 위로 양 측부 상에서 돌출한다. 스트럿(28)이, 예를 들어, 이러한 연부 스트립에 결속된다.
측부 부분(20) 및 베이스 부분(22)과 대조적으로, 덮개 부분(24)이 단순한, U-형상의, 굽혀진 금속 시트로서 구성되고, 돌출 측부가 외측을 향해서 배향되고, 다시 말해서, 요소 상자(6)로부터 멀리 전향된다. 이러한 돌출 측부가 밀봉 웨브(46)를 형성한다. 몇 개의 촉매 모듈(2)이 횡방향(14)으로 함께 묶여질 때, 하나의 촉매 모듈(2)의 덮개 부분(24)이 2개의 밀봉 웨브들(46) 사이에서 인접한 촉매 모듈(2)의 베이스 부분(22)을 수용하고, 그에 따라 2개의 촉매 모듈들(2) 사이의 분리 평면이 밀봉된다.
적층 프레임(4)이 스틸 구성요소, 특히 2-차원적인 시트-금속 부분에 의해서 전체적으로 형성되고, 그러한 개별적인 구성요소는, 예를 들어, mm 내지 10 mm의 벽 두께를 갖는다. 요소 상자(6)의 측벽(50)이 또한, 예를 들어, 벽 두께가 3 mm 내지 10 mm인 스틸 시트로 형성된다.
각각의 요소 상자(6)의 구축이 특히 도 6 내지 도 10뿐만 아니라, 또한, 도 5로부터 명백하다. 요소 상자(6)가, 측벽(50)에 의해서 형성되고 자유 내부 공간(8)의 경계를 형성하는, 둘레 측벽을 갖는다. 부가적인 구획부 또는 스트럿 또는 기타 등등이 이러한 자유 내부 공간(8) 내에 배치되지 않는다. 도 6 및 도 8에서 특히 도시된 바와 같이, 개별적인 촉매(10)가 이러한 자유 내부 공간(8) 내에서 서로 인접한다. 밀봉 스트립(52)이 상호 인접하는 촉매들(10) 사이에 삽입된다. 그에 따라, 이들은, 예에서, 수평으로 뿐만 아니라 수직으로 그리고, 전체적으로, 다소 십자-형상으로 연장된다. 이들은, 밀봉 요소(30)와 같이, 예를 들어 부직 재료의 매트이다. 그들의 기능은, 개별적인 촉매(10)를 기계적으로 보호하는 것이고 촉매들(10) 사이의 그리고, 필요한 경우에, 촉매(10)와 측벽(50) 사이의 갭을 밀봉하는 것이다. 밀봉 스트립(52) 및, 바람직하게 또한, 밀봉 요소(30)가 특히, 요소 상자(6)의 재료(시트-금속)의 열팽창 계수와 유사한, 열팽창 계수를 가지는 특별한 부직 재료로 이루어진다. 이는, 희망하는 열팽창 계수를 가지는 재료가 내부로 도입된 부직 지지 재료로 이루어진다. 그러한 재료는, 예를 들어, 소위 질석(vermiculite)이다. 그에 따라, 온도 변화가 있을 때, 예를 들어 배출 제어 시스템이 시동될 때, 밀봉 요소(30)가 전체 온도 범위에 걸쳐서 압축력을 가하고, 그에 따라 밀봉 요소가 요소 상자(6)의 외부로 이탈되지 않는다.
예에서, 도 5 내지 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 플러그-인 브래킷(54)뿐만 아니라 플러그-인 슬롯(56)이 각각의 측벽(50)에 형성된다. 플러그-인 브래킷(54)이 측벽(50)의 부분적인 영역에 걸친 굽힘에 의해서 형성된다. 플러그-인 슬롯(56)이, 예를 들어, 레이저로 절단된다. 예에서, 플러그-인 브래킷(54)뿐만 아니라 플러그-인 슬롯(56)은, 유동 방향(18)에서 볼 때, 각각의 측벽(50)의 대향 연부 측부들에 형성된다. 예에서, 정확하게 하나의 플러그-인 브래킷(54) 및 하나의 플러그-인 슬롯(56)이 각각의 연부 측부에 형성된다. 예에서, 상호 인접한 측벽들(50)에서, 플러그-인 브래킷(54) 또는 플러그-인 슬롯(56)이 모서리에 인접한다. 다시 말해서, 이는, 유동 방향(18)에서 볼 때, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 각각 대향 측벽들(50)에 위치되는 플러그-인 브래킷(54)뿐만 아니라 플러그-인 슬롯(56)이 서로 대각선 방향으로 대향된다는 것을 의미한다. 이러한 수단에 의해서, 요소 상자(6)의 말하자면 상부 측부 및 말하자면 하부 측부뿐만 아니라, 좌측 및 우측 측부가 형성된다.
상호 인접한 요소 상자들(6)이, 그들을 함께 묶는 것에 의해서 또는 그들을 서로 상하로 배치하는 것에 의해서 조립하기 용이한 방식으로 적층 프레임(4) 내로 단순히 삽입된다. 결과적으로, 플러그-인 브래킷(54)이 플러그-인 슬롯(56) 내에 결합되고, 그에 따라 요소 상자들(6)이 서로 확실하게 연결되고, 그러한 확실한 연결은 유동 방향(18)으로 작용한다. 그에 따라, 개별적인 요소 상자(6)가 플러그-인 시스템을 형성하고 서로의 내로 단순하게 삽입될 수 있다. 요소 상자(6)가 이러한 플러그-인 연결에 의해서 서로에 대해서 기계적으로 확실하게 고정되고, 어떠한 방식으로도, 특히 용접에 의해서 고정되지 않는다.
유동 방향(18)에서 볼 때 대향되는, 측벽(50)의 단부 면들에서, 이러한 단부면이 굽혀진 영역(58)을 갖는다. 이는 요소 상자(6)의 전체를 보강하는 역할을 한다. 굽혀진 영역(58)이 각각의 측벽(50)의 측부 길이의 전체에 걸쳐 연장된다. 특히 도 9로부터 또는 또한 도 5로부터 추정될 수 있는 바와 같이, 이러한 굽혀진 영역(58)이, 유동 방향(18)에 대해서 각도를 이루어 배향된 사면부(bevel)로서 형성된다. 굽혀진 영역(58)이 외측으로부터 자유 내부 공간(8) 내로, 예를 들어, 30°내지 45°의 각도로 상승된다.
부가적으로, 플러그-인 브래킷(54)을 형성하고 측벽(50)을 통과하는 수직 섹션이 또한 굽혀진 영역(58)에 연결된다. 이러한 상황이 또한 특히 도 5에서 확인될 수 있다.
촉매 모듈(2)이 이하의 방식으로 바람직하게 조립된다:
초기에, 측부 프레임 부분(20, 22, 24)이 제공되고, 필요한 경우에, 중공형 프로파일을 형성하도록 조립된다. 후속하여, 첫 번째로 단지 좌측 측부 부분(20)뿐만 아니라 베이스 부분(22)이 함께 볼트 연결되어 L-형상의 부분적인 프레임을 형성한다. 대안적으로, U-형상의 부분 프레임이 또한 제공될 수 있을 것이다. 미리 촉매(10)를 구비한, 요소 상자(6)가 이러한 L 프레임 내로 연속적으로 삽입된다. 요소 상자가, 바람직하게 플러그-인 연결만으로 유지 브래킷들(40)을 적층 프레임(4)에 대해서 그리고 서로에 대해서 유지하는 것만으로 바람직하게 유지된다. 요소 상자(6)가 적재된 후에, 초기에 우측 측부 부분(20)이 L 프레임에 결속되고, 그렇게 하는 동안, 밀봉 요소(30)가 요소 상자(6)의 최외측 층과 우측 측부 부분(20) 사이에서 가압된다. 측부 부분(20)이 볼트 연결에 의해서 부착되기 전에, 밀봉 요소, 특히 부분적인 밀봉 요소가 먼저 기계적으로 그리고 특히 여기에서 접착하는 것에 의해서 측부 부분(20)에 고정된다. 이어서, 덮개 부분(24)이 동일한 방식으로, 밀봉 요소(30)의 압축과 함께, 부착된다. 그에 따라, 밀봉 요소(30)가 볼트 연결에 의해서 요소 상자(6)의 상단 층에 대해서 가압된다. 마지막으로, 단부에서, 스트럿(28)이 장착된다. 그에 따라, 이러한 제조 프로세스에 의해서, 개별적인 요소 상자(6)가 측부 프레임 부분들(20, 22, 24) 사이에서 확실하게 그리고 신뢰 가능하게 조여진다. 밀봉 요소(30)가 설치 중에 조여지기 때문에, 밀봉 요소는 그 전체 표면에 걸쳐서 탄성적으로 압축되고 신뢰 가능하게 조여진다.
본원에서 설명된 구축 및 촉매 모듈의 특별한 조립 방법의 결과로서, 특히 이하의 장점이 얻어진다:
- 적층 프레임(4)을 요소 상자(6)로 채우는데 있어서, 복잡한 프레싱 장치 또는 용접 장비가 필요치 않다. 밀봉 요소(30)를 삽입하는 것에 의해서 누설이 없는 밀봉 및 조립이 가능해진다.
- 횡방향(14)을 따른 수평 밀봉이, U-형상 방식으로 굽혀진 덮개 부분(24)에 의해서 용이하게 달성된다.
- 요소 상자들(6)의 서로에 대한 그리고 요소 상자(6)와 적층 프레임(4) 사이의 용접 연결이 생략되기 때문에, 조립 중에 상당한 시간이 절감된다. 이는 또한 비용의 상당한 감소를 유도하는데, 이는 특히 용접 또는 프레싱 장비가 요구되지 않기 때문이다.
- 또한, 볼트 연결된 측부 프레임 부분(20, 22, 24)을 가지는, 여기에서 설명된 모듈형 개념으로 인해서, 또한 촉매 모듈(2)을 개별적인 부분으로 선적할 수 있다. 운송하고자 하는 제품의 부피가 이러한 수단에 의해서 감소될 수 있다. 안전한 운송이 또한 이러한 수단에 의해서 가능해지는데, 이는 개별적인 구성요소가 확실하게 충진될 수 있기 때문이다.
- 특히 또한 밀봉 요소(30)와 조합된, 요소 상자(6)의 이용은, 또한 동시에, 가열 중의 그리고 촉매 모듈(2)의 다른 부분과의 접촉 중의 온도 변화에 의해서 유발되는 힘에 대해서, 또는 정상 동작 중에 발생될 수 있고 촉매(10)에 작용할 수 있는 진동이나 요동에 대해서 촉매(10)를 절연하는 수단을 제공한다. 촉매 모듈(2)은, 촉매의 구조와 관련하여, 현재 사용되는 것 보다 더 약한 촉매(10)의 이용을 가능하게 한다. 동시에, 감소된 배압 등과 같은 장점이 이와 연관되는데, 이는, 절연 성질로 인해서, 그러한 촉매가 확실하게, 통상적인 촉매가 나타내는 강도를 가질 필요가 없기 때문이다.
- 마지막으로, 특히 경사진, 굽혀진 영역(58)으로 인해서, 개선된 유동 안내가 또한 존재한다.
2; 촉매 모듈
4; 적층 프레임
6; 요소 상자
8; 자유 내부 공간
10; 촉매
12; 길이방향
14; 횡방향
16; 단부 면
18; 유동 방향
20; 측부 부분
22; 베이스 부분
24; 덮개 부분
26; 볼트 연결
28; 스트럿
29; 연부 부분
30; 밀봉 요소
32a; U-형상의 시트 금속 부분
32b; 편평한 시트 금속 부분
34; 커버
36; 고리
38; 스트립
40; 유지 브래킷
42; 슬롯
44; 유지 요소
46; 밀봉 웨브
50; 측벽
52; 밀봉 스트립
54; 플러그-인 브래킷
56; 플러그-인 슬롯
58; 굽혀진 영역

Claims (15)

  1. 산업적인 규모의 연소 시스템의 배출 제어 시스템에서 이용하기 위한 촉매 모듈(2)이며:
    적층 프레임(4), 몇 개의 장착 유닛(6) 및 밀봉 요소(30)를 포함하고,
    - 상기 적층 프레임(4)이 길이방향(12)뿐만 아니라 횡방향(14)으로 연장되고, 유동 방향(18)으로 서로 대향되는 2개의 단부 표면들(16)을 가지며,
    - 둘레 측벽을 형성하는, 측벽(50)을 가지는, 상기 몇 개의 장착 유닛(6)이 상기 적층 프레임(4) 내에 삽입되고,
    - 상기 장착 유닛(6)의 각각이 몇 개의 촉매(10)를 구비할 수 있고,
    - 상기 적층 프레임(4)이, 적어도 하나의 기계적 연결 요소(26)를 통해서 서로에 대해서 연결되고 특히 볼트 연결된, 측부 프레임 부분들(20, 22, 24)로 조립된, 둘레 벽을 포함하고, 그리고
    - 상기 밀봉 요소(30)가 적어도 하나의 기계적 연결 요소(26)의 도움으로 적어도 하나의 측부 프레임 부분(20, 24)과 적어도 하나의 장착 유닛(6) 사이에서 가압되는, 촉매 모듈(2).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측부 프레임 부분(20, 22, 24)이 굽혀진 시트-금속 부분(32a, 32b)을 가지는, 촉매 모듈(2).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측부 프레임 부분(20, 22, 24)이 각각, 서로 연결된 2개의 시트-금속 부분들(32a, 32b)로 이루어진 중공형 프로파일로서 구축되는, 촉매 모듈(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측부 프레임 부분(20, 22, 24)의 적어도 일부가 유지 브래킷들(40)을 가지며, 상기 유지 브래킷들 사이에서 장착 유닛(6)이 유지되는, 촉매 모듈(2).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측부 프레임 부분 중 하나가 덮개 부분(24)으로서 구축되고 그리고, 외부적으로, 연부에 배치되고 특히 굽힘에 의해서 형성되는 적어도 하나의 밀봉 웨브(46)를 구비하며, 상기 밀봉 웨브(46)가, 설치된 상태에서, 2개의 인접한 촉매 모듈들(2) 사이의 분리 평면을 폐쇄하도록 구축되는, 촉매 모듈(2).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장착 유닛이, 상기 적층 프레임(4) 내로 삽입되는, n x m 행렬을 형성하고 서로 인접하는, 요소 상자들(6)로서 구축되고, 상기 요소 상자(6)의 각각이 자유 내부 공간의 경계를 형성하고, 상기 자유 내부 공간은 서로 인접하는 몇 개의 촉매(10)를 구비하는, 촉매 모듈(2).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 요소 상자들(6)이, 특히 용접에 의해서 결속되지 않고, 플러그-인 연결에 의해서 함께 확실하게 유지되는, 촉매 모듈(2).
  8. 제7항에 있어서,
    적어도 하나의 플러그-인 요소(54)뿐만 아니라 하나의 플러그-인 개구부(56)가 상기 측벽(50)에 형성되는, 촉매 모듈(2).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 플러그-인 요소(54)뿐만 아니라 하나의 플러그-인 개구부(56)가 단부 면(16)의 방향으로 연부에서 각각의 측벽(50) 내에 형성되는, 촉매 모듈(2).
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 프레임(4)과 접촉되는 이러한 요소 상자(6)가, 특히 용접에 의해서 결속되지 않고, 적층 프레임에서 확실하게 유지되는, 촉매 모듈(2).
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측벽(50)이, 2개의 단부 면(16) 중 적어도 하나의 연부에서, 유동 방향(18)에 대해서 각도를 이루어 배향된 굽혀진 영역을 가지는, 금속 시트(32a, 32b)로 이루어지는, 촉매 모듈(2).
  12. 제11항 및 제8항에 있어서,
    상기 굽혀진 영역(58)이, 특히 상기 플러그-인 요소(54)를 형성하기 위해서 상기 측벽(50)을 통과하고 상기 측벽 위로 돌출하는 사면형 수직 섹션에 인접하는, 촉매 모듈(2).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 촉매 모듈(2)을 위한 장착 유닛으로서, 요소 상자(6)로서 구축되고, 적어도 하나의 촉매(10)를 수용하기 위한 자유 내부 공간(8)을 가지며, 그리고 또한, 적어도 하나의 플러그-인 요소(54)뿐만 아니라 플러그-인 개구부(56)가 형성되는 측벽(50)을 가지고, 그에 따라 상호 인접하는 요소 상자들(6)이 상기 플러그-인 요소(54) 및 상기 플러그-인 개구부(56)에 의해서 서로에 대해서 확실하게 유지되는, 장착 유닛.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 촉매 모듈(2)을 생산하기 위한 방법이며,
    - 장착 유닛이 적어도 하나의 촉매(10)를 구비하고,
    - 적층 프레임(4)이 제1 단계에서 부분적으로만 조립되고,
    - 상기 장착 유닛(6)이, 부분적으로만 조립된 적층 프레임(4) 내에 삽입되고,
    - 밀봉 요소(30)가 놓여지고, 그리고
    - 상기 적층 프레임(4)이, 상기 적층 프레임(4)의 측부 프레임 부분과 상기 장착 유닛 중 적어도 하나 사이에서 상기 밀봉 요소(30)를 압축하는 기계적 연결 요소(26)의 도움으로 폐쇄되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적층 프레임(4)이 초기에 L-형상으로 구축되고 그리고, 후속하여, 상기 적층 프레임(4)이 상기 밀봉 요소(30)의 압축으로 폐쇄되기 전에, 상기 밀봉 요소가 L-형상으로 놓여지는, 방법.
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