KR20200001757U - 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배기가스 유해물질 제거용 촉매모듈로서, 촉매부 및 상기 촉매부 외면을 감싸도록 구성된 보호틀 본체를 포함하며, 상기 촉매부는 배기가스 이동 통로들 및 통로 내면에 담지된 촉매를 포함하는 촉매담체들로 이루어지되, 상기 촉매담체들은 적어도 한쌍 이상이 상호 접착되어 연결되고 고정되는 것을 특징으로 하는 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 관한 것이다. 본 고안에 의한 촉매모듈은 적용되는 제품규격에 용이하게 크기가 재단될 수 있게 되고, 촉매담체의 고정과 연결을 위한 별도의 연결부재와 고정부재가 불필요함으로 제조비용이 절감되고 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

간편 조립구조를 갖는 촉매모듈 {Catalytic Module with Simple Assembly Structure}

본 고안은 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매모듈의 촉매담체를 상호 접착에 의해 연결하고 고정시킴으로서, 촉매모듈이 적용되는 제품규격에 용이하게 재단될 수 있게 되고, 촉매담체의 고정과 연결을 위한 별도의 연결부재와 고정부재가 불필요함으로써 제조비용이 절감되고 생산성이 향상되는 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 선박용 엔진, 자동차용 엔진, 화력 발전소 엔진 등의 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 환원시켜 무해한 질소와 물로 전환시켜 배출시키도록 선택적 촉매환원 모듈 (이하 촉매환원모듈 또는 촉매모듈)이 사용되고 있다. 이러한 촉매모듈은 배기가스가 유동되는 통로의 내면에 질소산화물을 환원시키는 촉매활성물질이 코팅된 촉매담체 및 상기 촉매담체의 외면을 보호하는 케이스로 구성된다. 종래의 촉매담체는 통상 촉매활성물질이 코팅 또는 담지된 다수의 통로들이 관통되는 육면체의 블록형상으로, 이러한 촉매담체의 외면에 통상 철재의 보호케이스가 체결 보강됨으로써 촉매모듈이 형성되며, 상기 촉매모듈은 여러 반응기 등 배기가스 방출원의 출구 일부에 배치된다.

그러나 선박용 등 대형 반응기에 적합하게 대형 촉매담체를 형성할 수 없는 기술적 한계로 대형 반응기에 정해진 제품규격으로 촉매담체의 크기를 맞출 수 없는 문제점이 있었다. 구체적으로는 표준 촉매담체는 150*150*H (높이, 단위 mm) 크기로 제작되고, 압출 다이 제작상의 한계 및 대형 담체 제작에 따른 불량률 증가로 대형 반응기에서 요구되는 대형 촉매담체, 예컨대 300*300*H 크기의 촉매담체는 제작되지 않는다. 최근에는, 대형 반응기에 필요한 촉매담체보다 상대적으로 크기가 약간 작은 담체 (280*280, 가로*세로)를 단일 구조체로 제작한 예가 있으나, 여전히 대형 반응기에 정해진 제품규격과는 차이가 있어 여러 문제점에 노출되는 형편이다.

공개특허 제2017-0075150호

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 고안의 목적은 배기가스 유해물질을 제거하도록 설계된 촉매모듈로서, 표준 촉매담체들을 상호 접착하여 이들을 연결, 조합하고 고정시켜 크기를 확장시킴으로써, 촉매모듈이 적용되는 대형 반응기 규격에 용이하게 재단할 수 있고, 이로써 종래 표준 촉매담체들 고정과 연결을 위한 별도의 연결부재와 고정부재가 불필요함으로 제조비용이 절감되고 생산성이 향상되는 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안은 배기가스 유해물질 제거용 촉매모듈로서, 촉매부 및 상기 촉매부 외면을 감싸도록 구성된 보호틀 본체를 포함하며, 상기 촉매부는 배기가스 이동 통로 및 통로 내면에 담지된 촉매를 포함하는 촉매담체들로 이루어지되, 상기 촉매담체들은 적어도 한쌍 이상이 상호 접착되어 연결되고 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 고안인 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈은 촉매담체들을 상호 접착하여 연결하고 고정시킴으로서, 표준 소형 촉매모듈이 적용되는 대형 반응기 규격에 용이하게 재단할 수 있게 되고, 촉매담체의 고정과 연결을 위한 별도의 연결부재와 고정부재가 불필요함으로 제조비용이 절감되고 생산성이 향상되는 간편 조립구조를 갖는 효과가 있다. 또한 촉매담체들을 접착시켜 하나의 대형 촉매부를 형성함으로써, 가스이동통로 내에 촉매 성분들을 코팅시킬 때 업무량이 감소되는 생산성을 기대할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 있어, 촉매부가 체결되는 예시적 공정을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈을 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 있어, 촉매부와 보호틀 본체의 체결과정에 따른 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈에 있어, 촉매부와 보호틀 본체의 체결과정에 따른 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안에 따른 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 고안의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다. 본원에서 질소산화물 환원형 촉매모듈을 예로서 설명하지만 이에 국한되는 것은 아니고 PM 및 CO, HC 제거용 촉매모듈로도 응용이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

도면에 도시된 바와 같이 본 고안인 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈(10)은 배기가스에 포함된 유해성분인 질소산화물을 환원시켜 무해한 물과 질소로 전환시키는 촉매모듈로서, 촉매부(20)와 보호틀 본체(30)로 이루어진다. 촉매부(20)는 배기가스가 이동하도록 다수의 가스이동통로(22)가 마련된 육면체 형상의 촉매담체(21)들로 이루어진다. 상기 가스이동통로(22)는 도 1에서와 같이 상기 촉매담체(21)를 관통하며 형성되고, 일방향으로 배기가스가 유입되어 환원된 후 배출되도록 관구조를 가진다. 상기 촉매담체(21)는 내화 무기재료 또는 금속재로 제작될 수 있다. 상기 촉매담체(21)의 가스이동통로(22)의 내면에는 이동되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 물과 질소로 환원시키도록 촉매활성물질이 담지된다. 이때, 유해가스의 질소산화물을 환원시키는 물질이면 촉매활성물질 이외에 어느 것이 사용되어도 무방하다.

도시된 바와 같이, 상기 촉매담체(21)들은 상호 접착되어 고정된다. 구체적으로는, 도 1 및 2에서 4개의 촉매담체 각각의 측면과 상면 또는 저면이 상호 접착되어 고정된다. 이때 접착은 무기재료가 담체를 구성할 때에는 당업자들이 이해할 수 있는 무기재료들 예컨대 코디어라이트 (Cordierite) 혹은 SiC 등의 세라믹 물질을 이용하여 접착할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 촉매담체 재질이 금속재인 경우 용접, 나사 체결 등의 여러 부착 방식이 고려될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 촉매담체(21)들의 외면을 상호 접착하여 고정시킴으로서, 별도의 촉매담체를 연결시키기 위한 연결부재가 불필요함으로, 제조비용을 절감할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있으며 촉매담체 크기를 가변시켜 촉매모듈(10)의 크기에 융통성을 부여할 수 있고, 촉매모듈(10)이 설치되는 단위면적당 환원시키는 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 2 이상의 촉매담체들이 하나의 촉매부를 구성함으로써 촉매활성물질을 코팅시키는 작업을 줄일 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 총 4개의 표준 촉매담체 (150*150*H)들이 접착되어, 대형 반응기에서 요구되는 300*300*H 사이즈의 촉매모듈을 완성할 수 있고, 총 4회에 걸친 촉매 코팅 작업이 1회로 감소되는 등의 공정상의 이익을 향유할 수 있는 것이다.

상기 촉매담체(21)들은 적어도 한 쌍 이상이 상호 접착되어 촉매부(20)를 형성하되, 반응기에 투입되기 위하여 촉매부를 보호하는 케이스가 외면에 장착되고, 도시된 바와 같이, 보호틀 본체(30)가 상기 촉매부(20)의 외면을 감싸면서 고정됨으로써 촉매모듈이 완성되는 것이다. 촉매담체(21)는 짝수개로 상호 접착할 수 있을 뿐 아니라, 홀수개의 촉매담체들이 연결될 수 있는 등 (도 8 참고), 피접착 촉매담체의 개수에는 제한이 없고, 요청되는 반응기의 제품 규격에 적합하게 재단될 수 있다. 바람직하게는, 상기 촉매담체(21)를 4개가 한조를 이루도록 상기 촉매부(20)를 형성하는 것이고, 보호틀 본체(30)는 4개의 촉매담체들의 외부를 감싸도록 구성된다.

상기 보호틀 본체(30)는 상호 용접, 절곡 또는 나사 체결되어 틀 형태로 고정되고, 상기 촉매부(20)는 상기 보호틀 본체(30)에 끼움되어 고정된다. 다르게는 상기 촉매부(20)는 상기 보호틀에 끼움된 후 접착 또는 나사체결하여 고정시키는 것도 가능하다. 상기 보호틀 본체(30)는 금속재로 형성시키게 되며, 상기 상부패널(31), 하부패널(32) 및 측부패널(33)들에는 절개홈을 갖는 가압절곡편(34)들이 형성되어, 상기 보호틀 본체(30)에 상기 촉매부(20)와 이를 감싸는 세라믹 매트를 끼운 후 금속재로 이루어진 상기 가압절곡편(34)을 내측으로 절곡시켜 상기 촉매부(20) 및 이를 감싸는 세라믹 매트의 외면을 가압하도록 함으로서, 상기 보호틀 본체(30)의 내부에서 상기 촉매부(20)가 이동되거나 빠지는 것을 방지하게 된다.

상기와 같이 촉매담체(21)들을 접착하여 연장함으로써 촉매부(20)의 크기 확장이 가능하고, 따라서 촉매담체의 표준 사이즈인 150*150에 비해 큰 대형반응기에 적용되는 300*300크기의 촉매모듈을 제작할 수 있는 것이다.

따라서 본 고안의 기술구성은 선행기술에서 발생하는 단일구조의 표준 촉매담체를 대형반응기에 적용되는 300*300의 크기로 형성시키기 어려운 문제점과, 소형 표준 촉매담체를 알루미나 매트 등의 연결부재를 통해 결합하여 대형화시켜야하는 번거로운 문제점이 발생하지 않게 되며, 본 고안에서는 촉매담체들이 접착에 의해 밀착하여 촉매부(20)로 형성시키게 되므로, 근접되게 촉매담체(21)들이 배치되어 촉매부를 1회 코팅함으로써 한꺼번에 여러 촉매담체(21)를 동시에 코팅할 수 있게 된다.

전술된 상기 촉매모듈(10)은 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 촉매담체(21)들을 상호 접착하여 촉매부(20)를 형성한 후 상기 상부패널(31), 상기 하부패널(32) 및 상기 측부패널(33)로 상기 촉매부(20)의 외면을 감싸면서 고정시키도록 구성되나, 도 6에서와 같이 상기 하부패널(32)에 상기 측부패널(33)을 연결하여 고정시켜 틀 구조로 형성한 후 상기 촉매담체(21)들을 접착하면서 인입시킨 후 상기 상부패널(31)을 덮어 고정시키는 것도 가능하다. 또한, 도 7에서와 같이 촉매부(20)와 보호틀 본체(30)를 각각 형성한 후 상기 보호틀 본체(30)에 상기 촉매부(20)와 이를 감싸는 세라믹 매트를 끼우도록 하는 것도 가능하다. 그러나 당업자가 이해하듯 보호틀 본체 결착 방식에는 여러 기술이 적용될 수 있으며, 상기 예시적 조립 방식에 제한되지 않는다는 것에 주목하여야 한다.

이상에서 설명된 본 고안의 일 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 고안은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 고안은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 촉매모듈, 20 : 촉매부, 21 : 촉매담체, 22 : 가스이동통로
30 : 보호틀 본체, 31 : 상부패널, 32 : 하부패널, 33 : 측부패널

Claims (3)

1. 배기가스 유해물질 제거용 촉매모듈로서, 촉매부 및 상기 촉매부 외면을 감싸도록 구성된 보호틀 본체를 포함하며, 상기 촉매부는 배기가스 이동 통로들 및 통로 내면에 담지된 촉매를 포함하는 촉매담체들로 이루어지되, 상기 촉매담체들은 적어도 한쌍 이상이 상호 접착되어 연결되고 고정되는 것을 특징으로 하는, 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매담체들은 세라믹 재료를 이용하여 상호 접착되는, 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매담체들은 4개가 한조를 이루도록 상호 접착되는, 간편 조립구조를 갖는 촉매모듈.

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