KR20180043882A - 금속 촉매 담체 및 그 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 촉매 담체는 배기가스가 통과하는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 교대로 적층되고 촉매가 코팅되는 평판 및 파형판을 포함하고, 상기 파형판은 상기 평판을 사이에 두고 제1파형판과 제2파형판이 배치되고, 상기 제1파형판과 제2파형판은 제1파형부와 제2파형부가 교대로 반복하여 형성되고, 상기 제1파형부의 꼭지점과 제2파형부의 꼭지점이 마주보도록 일치되게 배열되어, 외부의 충격이나 진동 및 온도변화에 따른 열팽창 시 변형을 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 금속 촉매 담체 및 그 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상호 적층되는 파형판들의 꼭지점이 서로 일치되는 금속 촉매 담체 및 그 제조장치에 관한 것이다.
배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 일산화탄소, 탄화수소 등 공해물질은 인류환경에 커다란 위협이 되고 있으며, 각국은 유해 배출가스의 규제를 강화하거나 이를 줄이기 위한 기술의 개발도 가속되고 있다.
배출량이 가장 많은 자동차분야는 배기가스가 인간이 생활하는 육상환경에 직접적인 영향을 미치므로 규제요청도 높고 처리기술도 일찍부터 진척되어 왔다. 그에 비해, 선박의 배기가스 규제는 비교적 최근에 이르러서 국제해사기구(IMO) 및 선진국을 중심으로 실질적인 대책마련이 활발한 편이다.
국제해사기구(IMO)에서는, 1973년에 선박으로부터의 해양오염방지에 관한 국제협약으로서, 국제해양오염방지협약(the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships: MARPOL)을 채택하였다. 여기서는 질소 산화물(NOx)을 2011년부터 시작되는 부속서 Ⅱ(Tier Ⅱ)에서 현행 대비 20%를 저감하고, 2016년부터 시작되는 부속서 Ⅲ(Tier Ⅲ)에서 80%를 저감하는 선박 엔진 배출 질소 산화물 규제 프로그램에 대해 언급하고 있다. 이로 인해, 대형 엔진을 사용하는 대형 선박 업계에서는 배기가스 중에 포함된 질소 산화물 등을 정화하기 위한 대용량 촉매 컨버터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
국제해사기구의 조선·해운산업 관련 환경규제에 대응하기 위한 녹색선박 배기가스 후처리 기술 중 질소산화물(NOx) 저감 분야에서는 성능, 안전성 및 경제성이 검증된 선택적 촉매환원(SCR; Selective Catalytic Reduction)시스템이 각광받고 있다.
SCR시스템은 허니콤 구조의 촉매 담체가 장착된 반응기를 포함하고 있으며, 촉매 담체는 NOx와 암모니아(NH3)가 섞인 배기가스가 환원반응을 통하여 질소와 물이 생성되도록 유도한다. 촉매 담체의 재료로서는 저비용의 대량 생산이 용이한 세라믹 압출재가 고안되기도 하였으나, 얇은 두께로 제작이 가능하면서도 기계적 특성이 우수한 금속 담체의 사용도 증가되고 있다.
자동차와 달리, 선박 또는 플랜트 등 초대형 엔진은 배기가스의 배출량도 급증하므로, 선택적 촉매환원 시스템의 규모도 그만큼 증가하게 되어 더욱 큰 사이즈의 담체가 필요하다. 제조 측면에서, 단순히 크기만을 크게 하여 대형화시킨 일체형의 촉매 담체는 이를 제작하기 위한 설비의 부족 등 제작 가능성에 문제가 있으며 촉매의 코팅도 어렵다.
이를 해결하기 위해, 촉매 담체를 모듈 형태로 제작하고 이들을 조립하는 방식이 제시되기도 하였다. 이러한 모듈 형태의 제작 및 조립구조는 생산뿐 아니라 유지 관리나 담체의 교체면에서도 중요하게 인식된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0117426호는 대용량의 촉매 담체를 단위 촉매 담체 블럭 형태로 제작하고 이를 조립하는 구조이나, 조립부재가 인접된 단위 촉매 담체 블럭 사이를 체결하기 위한 요소 중심으로 되어 있으며, 체결의 개소가 많고 복잡한 구조를 가지고 있다.
또한, 단위 촉매 담체 블록에는 표면에 촉매가 코팅된 금속 박판 재질의 파판 및 평판으로부터 제작된 파판/평판 조립체에 의해 다수의 중공형 셀이 형성된 셀형성체가 셀형성체의 형상에 대응하는 다각형 구조로서 셀형성체를 수용하여 삽입하기 위한 지지체를 포함하고 있다.
더욱이, 표면에 촉매가 코팅된 금속 박판 재질의 파판 및 평판으로부터 제작된 파판/평판 조립체를 사용하여 구현되는 종래의 금속 담체는 파탄과 평판을 브레이징(brazing), 웰딩(welding), 솔더링(soldering), 확산접합(diffusion bonding) 등의 접합(joining) 방법으로 일체화한 파판/평판 조립체를 사용하기 때문에 생산성이 떨어지고, 가격 경쟁력 확보가 어려운 문제가 있다.
또한, 파판과 평판을 교대로 적층하여 제작할 때 파판들 사이의 꼭지점이 서로 어긋나게 배열될 경우 외부의 진동이나 충격 또는 온도변화 등에 의해 파판과 평판이 변형되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 적층되는 파형판들의 꼭지점이 마주보게 일치시킴으로써, 외부의 충격이나 진동 및 온도변화에 따른 열팽창 시 변형을 최소화할 수 있는 금속 촉매 담체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 파형판들의 꼭지점에 볼록부와 오목부를 각각 형성하고, 평판에 요철부를 형성하여 상호 삽입되도록 하여 파형판과 평판 사이를 별도의 접합없이 고정할 수 있는 금속 촉매 담체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파형판을 생산하는 제조공정에서 파형판의 형상을 동일하게 제조함으로써, 파형판의 형상을 일치시키기 위한 별도의 커팅 공정이 불필요하여 제조공정을 단축할 수 있는 금속 촉매 담체 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 금속 촉매 담체는 배기가스가 통과하는 공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스에 교대로 적층되고 촉매가 코팅되는 평판 및 파형판을 포함하고, 상기 파형판은 상기 평판을 사이에 두고 제1파형판과 제2파형판이 배치되고, 상기 제1파형판과 제2파형판은 제1파형부와 제2파형부가 교대로 반복하여 형성되고, 상기 제1파형부의 꼭지점과 제2파형부의 꼭지점이 마주보도록 일치되게 배열된다.
상기 제1파형부의 꼭지점에는 볼록부가 형성되고, 상기 제2파형부의 꼭지점에는 오목부가 형성되며, 상기 평판에는 요철부가 형성되어 볼록부가 요철부에 삽입되고, 요철부가 오목부에 삽입될 수 있다.
본 발명의 금속 촉매 담체 제조장치는 동일한 사이즈를 갖는 복수의 판 부재가 일정 간격으로 이송되는 이송부와, 상기 이송부로 이송되는 판 부재에 제1파형부와 제2파형부를 반복하여 형성하도록 서로 맞물리게 회전되는 제1성형 롤러 및 제2성형롤러와, 상기 판 부재가 제1성형롤러와 제2성형롤러에 물리는 시작지점을 일치시켜 모든 판 부재의 형상을 동일하게 성형하는 위치 정렬유닛를 포함할 수 있다.
상기 위치 정렬유닛은 판 부재를 제1성형롤러와 제2성형롤러의 시작 지점(P)으로 투입하는 투입유닛과, 상기 시작 지점에 판 부재가 위치되면 이를 감지하는 위치 감지센서와, 상기 위치 감지센서에서 인가되는 신호에 따라 투입유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 투입유닛은 상기 제어부가 상기 이송유닛을 제어하여 판 부재를 시작지점으로 투입하는 방법과, 상기 이송유닛의 일측에 별도의 투입장치가 설치되어 판 부재를 시작지점으로 이동시키는 방법 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 적층되는 파형판들의 꼭지점이 마주보도록 일치시킴으로써, 외부의 충격이나 진동 및 온도변화에 따른 열팽창 시 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 파형판들의 꼭지점에 볼록부와 오목부를 각각 형성하고, 평판에 요철부를 형성하여 상호 삽입되도록 하여 파형판과 평판 사이를 별도의 접합없이 고정할 수 있다.
또한, 파형판을 생산하는 제조공정에서 파형판의 형상을 동일하게 제조함으로써, 파형판의 형상을 일치시키기 위한 별도의 공정이 불필요하여 제조공정을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 촉매 담체의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속 촉매 담체의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 촉매 담체 제조장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 투입 유닛을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속 촉매 담체의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 금속 촉매 담체 제조장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 투입 유닛을 나타낸 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 촉매 담체는 양쪽이 관통된 케이스(10)와, 케이스(10)에 교대로 적층되는 평판(20)과 파형판(30)으로 이루어진다.
금속 촉매 담체는 선박이나 발전소, 소각장과 같은 대형 플랜트 등의 엔진이나 로(furnace)에 장착되어 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)가 섞인 배기가스가 환원반응을 통하여 질소와 물이 생성되도록 구성되어 있다.
촉매 담체는 배기관 사이에 배치되는 것으로서, 내부에 촉매를 지지하는 대용량의 촉매 담체가 다단 또는 일단의 형태로 배치될 수 있다.
케이스(10)는 양단이 개구된 사각 형태이고, 그 양단은 배기관에 연결된다. 평판(20)과 파형판(30)은 내열성 금속 박판으로 형성되고, 그 두께는 20~100㎛인 것이 바람직하다.
파형판(30)는 물결 형태 또는 요철 형태로 형성되고, 평판(20)은 평평한 판 형태로 형성되며, 케이스(10) 내부에 상호 교대로 적층되면 배기가스가 통과하는 통로가 형성된다. 이러한 평판(20)과 파형판(30)의 표면에는 배기가스와 반응하여 정화시키는 촉매물질이 코팅된다.
파형판(30)은 평판(20)을 사이에 두고 제1파형판(32)과 제2파형판(34)이 교대로 반복하여 적층되고, 제1파형판(32)과 제2파형판(34)에는 각각 위로 향하여 볼록하게 돌출되는 제1파형부(42)와, 아래로 향하여 볼록하게 돌출되는 제2파형부(44)가 반복되어 물결 형태로 형성된다.
제1파형판(32)의 제1파형부(42)의 꼭지점(A)과 제2파형판(34)의 제2파형부(44)의 꼭지점(B)이 서로 마주보도록 일치되게 조립된다. 즉, 평판(20)을 사이에 두고 제1파형부(42)의 꼭지점(A)과 제2파형부(44)의 꼭지점(B)이 서로 마주보게 조립된다.
이와 같이, 파형판(30)의 꼭지점들이 서로 일치되도록 조립되기 때문에 파형판(30) 사이의 지지력이 향상되어 외부의 충격이나 진동 및 배기가스가 통과하는 압력 및 온도변화에 따른 열팽창 등에 따른 파형판(30)과 평판(20)의 변형을 최소화할 수 있다.
제2실시예에 따른 금속 촉매 담체는 도 2에 도시된 바와 같이, 파형판(30)의 제1파형부(42)의 꼭지점에는 길이방향으로 오목부(50)가 형성되고, 제2파형부(44)의 꼭지점에는 길이방향으로 볼록부(52)가 형성되며, 평판(20)에는 볼록부(52)와 오목부(50)가 만나는 지점에 요철부(54)가 형성된다.
따라서, 제1파형판(32), 평판(20) 및 제2파형판(34)을 교대로 적층하면, 제1파형판(32)의 오목부(50)에 평판(20)의 요철부(54)가 삽입되고, 평판(20)의 요철부(54)에 제2파형판(44)의 볼록부(52)가 삽입되어 제1파형판(32), 평판(20) 및 제2파형판(34) 사이가 상호 맞물리는 형태로 되어 파형판과 평판 사이를 별도의 접합없이 고정할 수 있다.
제1실시예에 따른 금속 촉매 담체와 같이, 파형판 사이의 꼭지점들이 서로 일치되도록 조립하기 위해서는 모든 파형판의 형상이 동일하게 제조되어야 한다. 즉, 파형판의 양쪽 가장자리의 파형부가 형성되는 시작 위치가 모두 동일하게 형성되어야만 파형판을 조립할 때 파형판의 꼭지점이 일치될 수 있다.
이와 같이, 파형판의 가장자리 시작위치를 동일하게 형성하기 위해서는 파형판을 제조한 후 별도의 공정에서 파형판의 가장자리의 시작점을 맞춘 후 절단하여 제조할 수 있다.
이 경우 파형판의 가장자리를 일치시키기 위해 파형판의 가장자리를 절단하는 별도의 공정을 필요로 하게 되어 제조공정이 추가되는 문제가 있다.
본 발명의 금속 촉매 담체 제조장치는 파형판을 제조하는 공정에서 파형판 시작점이 일치되도록 제조함으로써, 파형판의 가장자리를 절단하여 맞추는 별도의 공정이 불필요하다.
본 발명의 촉매 담체 제조장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 사이즈이고 평판 형태인 판 부재(62)가 순차적으로 이송되는 이송부(60)와, 이송부(60)에 의해 이송되는 판 부재(62)에 제1파형부(42)와 제2파형부(44)가 교대로 형성되도록 물결형태의 파형을 형성하는 성형롤러(64,66)와, 성형롤러(64,66)의 전방에 배치되어 성형롤러(64,66)로 인입되는 판 부재(62)의 시작 지점(P)를 일치시키는 위치 정렬부(68)를 포함한다.
이송부(60)는 벨트 컨베이어로서, 복수의 판 부재(62)가 일렬로 배열되어 순차적으로 이송되어 성형롤러(64,66)로 공급된다.
성형롤러(64,66)는 외면에 기어치가 형성되는 제1성형롤러(64)와, 제1성형롤러와 동일한 형태이고 제1성형롤러(64)와 맞물리게 회전되는 제2성형롤러(66)로 구성되고, 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66) 사이를 판 부재(62)가 통과하면 판 부재(62)에 제1파형부(42)와 제2파형부(44)가 반복하여 형성된다.
위치 정렬부(68)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)에 판 부재(62)가 물리는 시작 지점(P)과 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)를 통과하여 배출되는 끝나는 지점이 일치되도록 하여 모든 파형판(30)의 형상을 동일하게 형성한다.
위치 정렬유닛(68)은 도 4에 도시된 바와 같이, 이송부(60)에 의해 이송되는 판 부재(62)를 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)의 시작 지점(P)으로 투입하는 투입유닛(72)과, 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)에 판 부재(62)가 물리는 시작지점에 판 부재(62)가 위치되면 이를 감지하는 위치 감지센서(74)와, 위치 감지센서(74)에서 인가되는 신호에 따라 투입유닛(72)의 작동을 제어하는 제어부(76)를 포함한다.
위치 감지센서(74)는 시작 지점(P)에 배치되어 판 부재(62)의 전면을 감지하는 방법과, 이송부(60)에 설치되어 판 부재(62)의 전면이 시작지점이 위치되면 판 부재(62)의 후면을 감지하는 방법이 사용될 수 있다.
투입유닛(72)은 판 부재(62)를 시작지점으로 투입하는 어떠한 방법도 적용이 가능하다. 일 예로, 이송부(60)가 투입유닛 역할을 동시에 수행하여 판 부재(62)가 시작지점에 도달하면 이송부(60)의 동작 정지되는 타입이 적용될 수 있고, 판 부재(62)를 직접 이동시키는 스텝 모터 타입이나 실린더 타입이 적용될 수 있다.
여기에서, 시작 지점(P)은 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)가 서로 맞물리게 회전될 때 판 부재(62)가 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66) 사이에 물리는 지점으로, 판 부재(62)가 시작 지점(P)에 위치되면 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)에 물리는 지점이 항상 일치되기 때문에 파형판(30)의 형상이 동일한 파형판을 연속적으로 생산할 수 있다.
이와 같이, 구성되는 촉매 담체 제조장치의 작용을 다음에서 설명한다.
판 부재(62)가 이송부(60)를 따라 일정 간격 및 일정 속도로 이동되고, 판 부재(62)가 투입유닛(68)의 작동에 따라 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)의 시작 지점(P)에 위치되면 위치 감지센서(74)가 이를 감지하여 제어부(76)로 인가하면 제어부(76)는 투입유닛(68)의 작동을 정지시켜 판 부재(62)가 시작 지점(P)에 위치되도록 한다.
그리고, 판 부재(62)가 시작 지점(P)에 위치되면 제1성형롤러(64)와 제2성형롤러(66)에 판 부재(62)가 물리는 위치가 항상 일치하게 되어 파형판(30)의 형상을 동일하게 제조할 수 있다.
10: 케이스
20: 평판
30: 파형판 32: 제1파형판
34: 제2파형판 42: 제1파형부
44: 제2파형부 60: 이송부
62: 판 부재 64: 제1성형롤러
66: 제2성형롤러 68: 위치 정렬유닛
72: 투입유닛 74; 위칙 감지센서
76: 제어부
30: 파형판 32: 제1파형판
34: 제2파형판 42: 제1파형부
44: 제2파형부 60: 이송부
62: 판 부재 64: 제1성형롤러
66: 제2성형롤러 68: 위치 정렬유닛
72: 투입유닛 74; 위칙 감지센서
76: 제어부
Claims (6)
- 배기가스가 통과하는 공간을 갖는 케이스;
상기 케이스에 교대로 적층되고 촉매가 코팅되는 평판 및 파형판을 포함하고,
상기 파형판은 상기 평판을 사이에 두고 제1파형판과 제2파형판이 배치되고, 상기 제1파형판과 제2파형판은 제1파형부와 제2파형부가 교대로 반복하여 형성되고, 상기 제1파형부의 꼭지점과 제2파형부의 꼭지점이 마주보도록 일치되게 배열되는 금속 촉매 담체. - 제1항에 있어서,
상기 제1파형부의 꼭지점에는 볼록부가 형성되고, 상기 제2파형부의 꼭지점에는 오목부가 형성되며, 상기 평판에는 요철부가 형성되어 볼록부가 요철부에 삽입되고, 요철부가 오목부에 삽입되는 금속 촉매 담체. - 동일한 사이즈를 갖는 복수의 판 부재가 일정 간격으로 이송되는 이송부;
상기 이송부로 이송되는 판 부재에 제1파형부와 제2파형부를 반복하여 형성하도록 서로 맞물리게 회전되는 제1성형 롤러 및 제2성형롤러; 및
상기 판 부재가 제1성형롤러와 제2성형롤러에 물리는 시작지점을 일치시켜 모든 판 부재의 형상을 동일하게 성형하는 위치 정렬유닛;를 포함하는 금속 촉매 담체 제조장치. - 제3항에 있어서,
상기 이송부는 판 부재가 안착된 상태로 이송되는 벨트 컨베이어인 금속 촉매 담체 제조장치. - 제3항에 있어서,
상기 위치 정렬유닛은 판 부재를 제1성형롤러와 제2성형롤러의 시작 지점(P)으로 투입하는 투입유닛;
상기 시작 지점에 판 부재가 위치되면 이를 감지하는 위치 감지센서; 및
상기 위치 감지센서에서 인가되는 신호에 따라 투입유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 금속 촉매 담체 제조장치. - 제5항에 있어서,
상기 투입유닛은 상기 제어부가 상기 이송유닛을 제어하여 판 부재를 시작지점으로 투입하는 방법과, 상기 이송유닛의 일측에 별도의 투입장치가 설치되어 판 부재를 시작지점으로 이동시키는 방법 중 어느 하나가 사용되는 금속 촉매 담체 제조장치.
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| KR20120117426A (ko) | 2011-04-15 | 2012-10-24 | 주식회사 아모그린텍 | 단위 촉매 담체 블록과 이를 이용한 대용량 촉매 담체 및 촉매 컨버터 |
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-
2016
- 2016-10-20 KR KR1020160136546A patent/KR102586716B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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