KR20200041526A - 다공성 촉매지지체의 코팅방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 다공성 촉매지지체에 촉매슬러리를 코팅하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이고, 코팅방법은 촉매슬러리를 바닥이 상하 이동되는 용기에 투입하는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단이 수평을 이루도록 이동시키는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 및 용기 바닥을 상향 이동시키면서 동시에 촉매지지체 상단에서 양압 인가 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 다공성 촉매지지체의 가압 분산식 코팅장치는, 슬러리 정량 투입 수단, 상기 투입수단에 의해 슬러리가 투입되는 상부가 개방되고 바닥이 이동될 수 있는 부피 가변성 용기 (201), 상기 용기 일측에 체결되는 용기 이동 수단 (210), 상기 용기 하부에 체결되며 용기 바닥과 연결되는 축을 가지는 운동 수단 (202), 상기 용기 측부에 형성되며 밸브를 구비한 오버플로 유출구 (206), 및 용기 개방 상부 위에 배치되는 가압수단 (205)을 포함한다.

Description

다공성 촉매지지체의 코팅방법 및 이를 위한 장치{A method for coating catalyst on porous supports and a device therefor}

본 발명은 복수의 채널을 갖는 다공성 촉매지지체를 슬러리로 코팅시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 배기가스 후처리 용도의 촉매컨버터에 사용되는 모놀리식(monolithic) 지지체와 같이 복수의 채널을 갖는 지지체, 특히 선박용 대형 지지체를 슬러리 가압 분산에 의해 코팅시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

촉매 컨버터는 배기가스 유해성분을 촉매작용에 의하여 무해성분으로 전환시키는 구조체이다. 촉매 컨버터의 통상적인 형태는 다양한 촉매성분들이 포함되는 슬러리 (이하 촉매슬러리)가 복수의 길이방향 채널에 코팅되는 모놀리식 지지체 또는 기재를 가진다. 기재는 본체 또는 담체라고도 불리며 세라믹 또는 다른 재료로 제조된다. 촉매슬러리를 모놀리식 본체로 코팅하는 다양한 방법이 본 분야에서 공지되어 있다..

특히 본 출원인에 의한 대한민국특허공보 제1271434호 (촉매지지체 정량 코팅장치 및 방법)에 의하면 촉매슬러리를 정량 용기에 투입하는 단계, 모놀리식 지지체를 용기 상부에 이동시키는 단계, 지지체 및 용기를 외부와 밀폐시키는 단계, 용기를 상향 이동시키는 단계, 및 진공 적용과 동시에 밀폐를 해제시키는 단계를 포함하여, 촉매슬러리를 지지체 채널로 정량 주입할 수 있다. 즉, 지지체 채널로 정량의 슬러리가 강제로 주입되면 정량의 슬러리는 채널 하부 공간에 일차로 체류하고, 이어 지지체 상부 진공수단에 의해 진공을 인가함과 동시에 밀폐를 해제하면 주입된 슬러리 일부가 채널 상부 공간으로 견인되면서 채널 내벽으로 침착 코팅되어 균일한 코팅 지지체를 획득할 수 있는 것이다.

선박용 촉매구조체로서 대형의 촉매지지체가 적용되며, 이러한 지지체는 다공성이며, 구체적으로는 약 60 내지 90%의 기공률 및 10 내지 20㎛의 평균 기공 직경을 갖는 세라믹 본체로서, 촉매슬러리는 채널 내벽에 침착되는 층으로서뿐만 아니라 가능한 기공 내부로 침투되는 것이 바람직하다. 그러나, 종래 디핑방식 또는 정량 코팅방식으로는 장시간 코팅 시간이 소요되어 선박용 대형 지지체에 적용되기 적합하지 않을 뿐 아니라 코팅 대상물이 다공성 지지체인 경우 지지체 기공에 대한 침적도가 낮고 또한 슬러리를 정량적으로 주입하는 경우 정량을 위한 제어가 요구되어 공정이 비효율적이라는 문제점이 있었다. 특히 선박용 촉매구조체의 경우와 같이 대형 촉매지지체를 사용하는 경우에도 더욱 그러하다.

본 발명은 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 다공성 촉매지지체에 촉매슬러리를 코팅하는 방법을 제공하고, 구체적으로는 바닥이 상하 이동되는 용기에 촉매슬러리를 투입하는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단을 수평 배치하는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 및 용기 바닥을 상향 이동시키면서 동시에 촉매지지체 상단에서 양압 인가 단계를 포함하는 다공성 촉매지지체의 코팅방법을 개시한다.

본 발명의 다양한 실시형태로서, 양압 인가 단계 이후, 용기 바닥을 하향 이동시키는 단계 및 촉매지지체 상단에서 송풍하여 (blowing) 다공성 촉매지지체 내부에 잔류하는 슬러리를 제거하는 단계를 더욱 포함한다. 본 발명의 다른 실시형태로서, 촉매지지체 하단 및 용기 상단 밀폐를 해제시키는 단계 및 코팅된 촉매지지체를 이동시키는 단계를 더욱 포함하며, 또한 코팅된 촉매지지체를 건조시키는 단계 및 소성시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 목적은 다공성 촉매지지체의 가압 분산식 코팅장치를 제공하는 것이며, 이는 슬러리 정량 투입 수단, 상기 투입수단에 의해 슬러리가 투입되는 상부가 개방되고 바닥이 이동될 수 있는 부피 가변성 용기, 상기 용기 하부에 체결되며 용기 바닥과 연결되는 축을 가지는 운동 수단, 상기 용기 측부에 형성되며 밸브를 구비한 오버플로 유출구, 및 용기 개방 상부 위에 배치되는 가압수단으로 구성된다.

본 발명의 여러 실시예들에서 다공성 촉매지지체의 가압 분산식 코팅장치는 상기 밸브의 개폐를 조절하는 센서를 포함하고, 상기 센서는 타이머 또는 레벨 센서일 수 있다. 또한, 용기 상단에 촉매지지체 하단과의 실링 수단을 더욱 포함하며, 촉매지지체 하단과 용기 상단을 수평 유지하기 위한 지지체 고정구를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 가압 분산식 주입 방법 및 장치에 따라 촉매슬러리는 다공성 지지체 채널로 주입되되, 대부분의 슬러리는 지지체 기공 내부로 분산 침투되어 선박용으로 적합한 촉매컨버터를 제조할 수 있다. 또한 가압 분산식 주입 방식을 채택함으로써 종래 디핑 방식 또는 정량적 주입에 따른 코팅시간 및 정밀 제어의 문제를 해결할 수 있다.

도면은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며 청구범위에 포함되는 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 다공성 지지체 코팅장치의 개략도이다.
도 2a-2f는 본 발명에 따른 다공성 지지체 코팅방식 순서도이다.
도 3은 채널 내부에 슬러리를 주입하면서 동시에 다양한 압력들을 인가함에 따라 지지체 내부에 형성되는 기공에 슬러리가 침적되는 정도를 보이는 SEM/EDS 사진들이다. 최우측 사진은 주입과 동시에 압력이 인가되지 않은 종래 코팅방식에 의한 코팅 상태를 보이는 것이고, 좌측으로 이동될수록 점차 높은 압력이 인가되어 획득한 코팅 상태를 보이는 것이다. 최우측은 채널 내벽에 슬러리 (녹색)가 집중적으로 코팅되지만, 최좌측에는 채널 내부 즉 기재 안쪽으로 기공을 통해 슬러리가 확산된 것을 확인할 수 있다. 이러한 기공 내로의 확산 정도는 인가 압력에 비례한다는 것을 보여준다. 본 발명에 의하면, 1.1bar 내지 1.2 bar의 압력이 인가되는 경우 최선을 결과를 보인다.

본 발명은 가압 분산식 코팅장치 및 방법을 제안하는 것이다. 특히 배기가스 후처리에 적용되는 촉매슬러리를 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 다공성 지지체, 특히 선박용 대형 지지체에 가압 분산식으로 코팅하는 방법 및 장치를 제안하는 것이다. 본 발명에서 '가압 분산식'이라 함은 통상의 슬러리 코팅 방식에서 가압 단계가 적용되어 채널에 주입되는 슬러리는 채널 벽에 형성되는 다수의 공극으로 분산되어 침적될 수 있는 코팅 형태를 제공하는 방식을 의미한다. 즉, 가압이라 함은 슬러리 주입 방향과 대향하여 압력을 인가하는 것이고, 분산이라 함은 대향 압력에 의해 슬러리가 채널 벽으로 확산 내지 분산되어 코팅 형태를 개선하는 것을 의미한다. 본 발명에 의하면, 가압 분산식으로 슬러리를 코팅함으로써 종래 디핑 방식 또는 정량 충전을 달성하기 위한 코팅장치에서의 제어적 난점 및 서행의 코팅 시간 등을 해소하고자 하는 것이다. 본 발명에 의한 코팅장치는 슬러리 투입 수단, 상기 슬러리가 담기는 상향 개방 용기 및 용기 자체 및 용기 바닥 이동 수단 및 가압수단을 포함하되, 용기 측부에는 밸브가 구비된 유출구가 형성되어 어느 정도 과량의 슬러리를 코팅 작업 전에 배출할 수 있다. 비-제한적으로 본원의 코팅장치는 지지체 고정구, 지지체 및 상기 용기와의 실링 수단, 지지체 이송수단을 더욱 포함한다.

또한 본 발명은 코팅방법을 제안하는 것이다. 특히 선박용 배기가스 후처리에 적용되는 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 다공성 지지체에 촉매슬러리를 가압 분산식으로 코팅하는 방법을 제안하는 것이다. 본 발명에 의한 코팅방법은, 촉매슬러리를 비-정량적으로 용기에 투입하는 단계, 모놀리식 다공성 지지체 하단 및 용기 상단을 수평화 시키는 단계, 지지체 및 용기를 외부와 밀폐시키는 단계, 용기 바닥을 상향 이동시키면서 동시에 양압 인가 단계를 포함한다. 비-제한적으로 본원의 코팅방법은 지지체 및 용기의 외부와의 밀폐를 해제시키는 단계, 코팅된 지지체를 이동시키는 단계를 더욱 포함한다. 더 나아가, 코팅된 지지체를 건조시키는 단계 및 소성시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다.. 본 발명에서, '비-정량적'이라 함은 예정된 코팅량 이상의 슬러리가 용기에 제공되는 용기를 의미한다. 이는, 정량 코팅에서 적용되는 '정량적'으로 슬러리가 용기에 투입되는 것과 대비된다.

도 1은 본 발명에 의한 선박용 대형 지지체 코팅장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명에 의한 코팅장치 (200)는 슬러리 투입 수단, 상기 슬러리가 투입되고 상부가 개방되며 바닥이 이동될 수 있는 부피 가변성 용기 (201, 피스톤 타입 디펜이라고도 칭함), 상기 용기 이동 수단 (210), 상기 용기 바닥의 운동 수단 (202) 및 상기 디펜 상부에 배치되는 가압수단 (205) 및 송풍수단 (209)이 구비되는 상부 후드 (220)을 포함한다. 이러한 필수적 요소들 외에도 본 발명에 의한 코팅장치는 지지체 (260)의 클램프 (203), 상기 지지체 및 상기 용기와의 실링 수단 (204), 상기 지지체 및 상기 후드와의 실링 수단 (224), 및 상부 후드에 코팅 과정을 점검할 수 있는 수단, 예컨대 카메라를 더욱 포함한다.

본 발명에 의한 가변성 용기 (201)는 지지체 (260) 하부에 배치된다. 더욱 상세하게는, 가변성 용기 (201) 상단 및 지지체 (260) 하단은 동일 평면상에 이동 배치된다. 통상 가변성 용기는 용기 이동 수단에 의해 승강 또는 하강되며 승강되어 지지체 하단과 용기 상단은 수평화를 달성한다. 가변성 용기는 지지체 단면 형상과 일치되도록 구성된다. 더욱 바람직하게는, 가변성 용기 상단 및 지지체 하단의 단면들의 형상은 일치된다. 코팅 과정에서 용기 내에 투입된 슬러리는 피스톤과 같은 용기 바닥 운동 수단 등의 상승에 따른 물리적 압력에 의해 지지체 (260) 채널 내부로 진입되도록 용기 단면은 지지체 단면과 상응하도록 형성된다. 자체적으로 승강 및 하강될 수 있는 용기 (201)는 부피 가변적이다. 용기는 주위 벽과 바닥으로 구성되며, 바닥은 변위될 수 있다. 즉 용기 바닥은 바람직하게는 상하 운동수단 (202)과 체결되어 상하 이동될 수 있어, 상향 이동 시에 용기 부피는 감소하고 하향 이동 시에는 용기 부피는 원래 용적으로 복귀될 수 있다. 용기 바닥 둘레는 벽을 따라 긴밀하게 활주될 수 있다. 용기 바닥 둘레 및 용기 벽 간 간격들은 공지의 실링수단에 의해 실링될 수 있다. 긴밀하게 활주된다는 것은 용기에 담긴 슬러리가 용기 바닥 및 벽 사이 형성될 수 있는 틈을 통하여 누출되지 않고 바닥이 용기 벽을 따라 이동될 수 있다는 것을 의미한다. 용기 바닥은 특정 수단 예를들면 수평 센서에 의해 수평을 유지할 수 있다. 용기는 다양한 재질로 제조될 수 있으며, 벽 및 바닥의 재질을 동일하거나 다를 수 있다. 바람직하게는 용기 벽 및 바닥은 스테인리스 철로 제조된다. 용기 바닥은 운동수단 (202)과 연결된다. 통상의 구동수단 및 이와 결합된 축이 운동수단을 구성할 수 있으며 축은 용기 바닥과 체결될 수 있다. 한편, 용기 상단에는 실링수단 (204)이 구비된다. 실링수단은 운동수단에 의해 상향되는 용기 바닥으로 인하여 용기에 충전된 촉매슬러리가 지지체 (260) 하부 개방 채널을 통하여 진입될 때 슬러리 전체가 채널로 주입되도록 즉 지지체 외부로 슬러리가 유출되지 않도록 하기 위한 구성이다. 실링수단 (204)은 용기 상단 및 지지체 하단 수준에서 설정된다. 바람직하게는, 실링수단은 o-링으로 구성되어 o-링 외부에서 공기압 또는 유압에 의해 지지체 하단을 외부와 밀폐시킨다. 상기 지지체는 이하 설명되는 지지체 고정구인 클램프 (203)에 의하여 지지체 하단 및 용기 상단과 수평으로 일치하도록 배치된다. 용기 및 지지체 단면은 일치하므로 지지체 하단이 용기 상단과 일치하도록 배열되면 용기 상단 및 지지체 하단 주위로 실링수단이 작동하여 상단 및 하단은 긴밀하게 밀폐되어 실링수단 외부로 슬러리 유출이 방지된다.

본 발명은 지지체 채널로 촉매슬러리를 주입하여 코팅하기 위한 것이다. 채널 내부로 코팅되는 슬러리는 바람직하게는 용기 바닥을 통해 펌프에 의해 용기로 투입되되, 예정 코팅량이 용기에 투입되는 것은 아니다. 이는 정량 주입을 위한 정밀한 주입 장치가 불필요하다는 의미이다. 즉 펌프를 통해 대략의 피-코팅 슬러리가 용기에 투입된다. 펌프를 통해 투입되는 슬러리 중 일부 즉 지지체 채널 내에 주입이 예상되는 코팅 함량 이상의 슬러리는 용기 측부에 형성되며 밸브 (207)를 구비한 오버플로 유출구 (206)를 통해 배출될 수 있다. 상기 유출구를 통해 배출되는 과량의 슬러리는 다시 슬러리 공급부 (도시되지 않음)로 제공될 수 있다. 본 발명에 의한 코팅 장치는 대형 지지체, 바람직하게는 선박용 대형 지지체에 적용하기 위한 것이며, 짧은 시간에 대형 지지체 채널 내부를 코팅하기 위하여 정밀한 제어가 불가능하다. 따라서 상기 펌프 등 슬러리 투입 수단을 통하여 근사치의 슬러리를 용기에 투입하여 단시간에 슬러리를 용기에 담되, 예상 코팅량 이상은 상기 유출구를 통해 다시 공급부로 재순환시킨다. 한편, 상기 유출구에 구비되는 밸브의 개폐를 조절하는 센서를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 타이머 또는 레벨 센서일 수 있다. 본 발명의 코팅장치는 용기 개방 상부 위에 공기압축기 등의 가압수단 (205)을 포함한다. 상기 가압수단은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 양압 부여 수단으로써 본 발명의 피-코팅체인 선박용 다공성 촉매지지체는 약 60 내지 90%의 개방 기공률 및 10 내지 20㎛의 평균 기공 직경을 가지므로 이러한 기공 내부로 슬러리를 확산시키기 위하여 통상의 코팅방식이 아닌 슬러리 강제 주입과 동시에 지지체 상부에서 가압을 인가함으로써 촉매슬러리는 채널 내벽에 적층되는 층으로서가 아닌 가능한 기공 내부로 침투하여 침적되는 것이다. 더욱 상세하게는, 피스톤 방식의 용기 상승으로 지지체 채널로 슬러리가 주입되되, 동시에 지지체 상부에서 가압을 인가하여 지지체 하부에서 진입되는 슬러리는 다공성 지지체의 기공 내부로 압입되어 선박용 지지체에 적합한 매몰형 담체를 획득할 수 있는 것이다. 이러한 가압 수단에 의해서도 기공에 주입되지 못하거나 채널 내벽 자체에 코팅되지 않는 잔여 슬러리는 다시 용기에 회수되어 재활용될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 가압 분산식 코팅은 채널 내에 주입된 모든 슬러리가 채널에 수용되어 코팅되며 지지체 채널을 통하여 외부로 과잉 슬러리가 배출되지 않는 정량적 코팅 방식과는 차별된다. 본 발명은 용기 바닥과 연통되는 투입 수단을 통하여 용기 (201)내로 대략적인, 정량 주입량보다 많은 슬러리가 투입된다. 본 발명에서 가압이라 함은, 대기압 기준으로 적어도 0.1 bar 이상, 바람직하게는 0.1 bar 내지 0.2 bar을 인가하는 것이다.. 한편, 슬러리가 지지체 기공 내부로 압입되는 과정에서 지지체 상단으로 통해 넘치는 것을 방지하거나 이를 관찰하기 위하여 상부 후드에는 카메라 등의 관찰 수단이 부가될 수 있다.

지지체 (260)는 다양한 형태를 가질 수 있으나, 대체로 복수의 채널들이 길이방향으로 평행하게 배열된 모놀리식 구조를 가진다. 통상적으로 지지체는 저온 용도를 위한 세라믹, 금속 및 플라스틱으로 제조될 수 있고, 이러한 모놀리식 구조는 지지체 하면으로부터 상면까지 연장하는 미세하고 평행한 채널로 구성되며 채널들을 통하여 가스 유동이 가능하다. 채널 단면은 직사각형, 정사각형, 육각형, 타원형, 원형, 사다리꼴 등 다양한 형상 및 크기를 가질 수 있으며 단면에는 통상적으로 60 내지 600개/평방인치 채널들이 포함된다. 본 발명에서 언급되는 촉매슬러리는 특별히 제한되지 않는다. 예를들면 삼원촉매 슬러리, 디젤산화촉매 슬러리, 질소산화물제거촉매슬러리 등일 수 있다. 특히 본 발명에 의한 지지체는 바람직하게는 선박용 대형 지지체로서, 즉 종래 디핑 방식 또는 정량 코팅방식에 의해서는 장시간의 코팅 시간이 소요되어 효율적인 코팅이 불가능한 선박용 대형 지지체에 효과적으로 적용될 수 있다. 다시 도 1을 참고하면, 본 발명에 의한 코팅 장치에 필요한 부속 기구들을 설명하지만, 이는 종래 코팅장치 분야의 기술자에게 공지된 것이다. 지지체 고정구인 클램프 (203)는 지지체를 고정시켜 지지체 상부 및 하부가 노출되는 판 형태이지만 이에 국한되지 않는다. 지지체 고정구에 의해 지지체 하단은 상기된 바와 같이 가변 용기 상단과 수평을 이루며 배치될 수 있다. 본 발명은 별도로 블로잉 수단을 구비할 수 있다. 즉, 피스톤 등에 의한 물리적 가압 및 양압 수단에 의해 주입되고 기공에 확산되는 촉매슬러리 중 일부는 채널 상부에서 송풍기와 같은 송풍수단 (209)에 의해 공기를 불어넣어 다시 용기에 회수될 수 있다. 코팅은 1회 또는 2회 진행될 수 있으며, 지지체 상부 또는 하부를 교번하여 코팅할 수 있고, 코팅이 완료된 후 건조 또는 소성될 수 있으나, 이러한 부-시스템적 구성들은 본 분야에서 공지된 기술 요소들이다. 또한 상기 코팅장치 (200) 운전에 필요한 명령들은 컴퓨터 (미도시)에 의해 판독 가능한 프로그램들에 의해 운영될 수 있다.

본 발명에 의하면 촉매슬러리 주입은 하부로부터의 물리적 가압 및 상부로부터의 가압 방식에 의해 슬러리를 채널 내부, 채널 벽에 형성되는 기공들로 주입하는 것이 특성이 있다. 즉, 채널 내부로 슬러리를 물리적 압력에 의해 강제적으로 주입함과 동시에, 채널 내부에 주입된 슬러리를 가압에 의해 채널 모든 벽의 기공으로 분포하는 것에 특징이 있다. 또한 본 발명에 의하면 용기 및 주입수단, 본원에서 용기 운동수단은 일측에 배치된다는 점에 주목하여야 한다.

본 발명의 일 측면에서, 본 발명은 코팅방법을 제공한다. 특히 선박 엔진의 배기가스 후처리에 적용되는 촉매슬러리를 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 지지체에 가압 분산식으로 코팅하는 방법을 제안하는 것이다. 본 발명에 의한 코팅방법은, 촉매슬러리를 바닥이 상하 이동되는 용기에 투입하는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단의 수평화 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 및 용기 바닥을 상향 이동시키면서 동시에 촉매지지체 상단에서 양압 인가 단계를 포함한다.. 더 나아가 양압 인가 단계 이후, 촉매지지체 상단에서 송풍하여 다공성 촉매지지체 내부에 잔류하는 슬러리를 제거하는 단계 및 용기 바닥을 하향 이동시키는 단계를 더욱 포함한다. 또한 촉매지지체 하단 및 용기 상단 밀폐를 해제시키는 단계 및 코팅된 다공성 촉매지지체를 이동시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 코팅된 다공성 촉매지지체는 건조 및 소성될 수 있다.

촉매슬러리는 지지체 길이방향으로 주입되므로 과잉 슬러리가 채널 내로 주입되면 일정 함량의 슬러리는 채널 벽에 침착되어 코팅되지만 이를 초과하는 함량은 지지체로부터 빠져 나온다. 본원에서는 다공성 지지체 내의 기공까지 슬러리를 주입하는 방식으로 지지체 채널로 슬러리를 주입하되 상단에서 양압을 인가하여 지지체 기공 내로 슬러리를 주입하여 채널로부터 빠져 나오는 슬러리가 거의 없도록 구성된다. 본 발명의 일 형태에 의하면, 본 발명은 촉매슬러리를 지지체에 주입함에 있어서 진공 방식을 적용하지 않고 오히려 가압 방식을 적용하는 것이다. 대체로, 촉매슬러리를 지지체에 코팅하는 방법으로는 진공 방식 또는 물리적 압력 방식 또는 물리적 압력 및/또는 진공 방식이 채용되었으나, 본 발명자들은 물리적 압력에 의해 이동되는 촉매슬러리를 가압하면 채널 내에 슬러리를 확산시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명에 의하면 지지체 일측에 촉매슬러리가 놓이고, 촉매슬러리에 피스톤 등 기계적 방식을 포함한 물리적 압력을 인가하며, 이렇게 가압된 촉매슬러리는 지지체 채널 내부로 주입된다. 본원에서 물리적 압력에 의해 촉매슬러리가 지지체 채널 속으로 주입됨과 동시에 채널 내부, 내벽에 형성되는 기공에 촉매슬러리 분포를 확장시키기 위하여 상기 물리적 압력과는 반대 방향으로 가압 수단이 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 형태에 의하면, 본 발명은 촉매슬러리를 지지체 채널에 코팅함에 있어서 지지체를 중심으로 피스톤 방식의 물리적 주입수단 및 가압수단은 상하에 배치된다.

도 2를 참조하여 코팅과정을 설명한다. 먼저, 지지체 (260)는 고정구인 클램프 (203)에 삽입되어 대기 장소에 배치된다. 고정구에 삽입하는 과정은 자동화된 로봇 기구에 의해 수행될 수 있다. 클램프에 고정된 지지체는 가압수단 (205) 및 송풍 수단 (209)이 구비되는 상부 후드 (220) 및 용기 (201) 사이에 대기한다.

도 2(a)에 의하면 용기 (201) 내부로 촉매슬러리가 투입된다. 투입은 용기 바닥과 연통되는 경로를 통해 투입 또는 공급수단 (미도시), 예컨대 펌프에 의해 달성된다. 투입량은 지지체 형태, 용도 등에 따라 결정된다. 펌프에 의해 신속하여 용기 내에 슬러리가 투입되되 대략 채널 코팅량을 초과하는 투입 슬러리는 용기 일측에 구비되는 유출구 (206)를 통해 외부로 배출된다. 이와 같이 유출구를 통해 배출되는 용량은 용기에 적용되는 센서 예컨대 유출구의 밸브 (207)의 개폐를 조절하는 센서에 의해 조정되고, 이때 센서는 타이머 또는 레벨 센서일 수 있다. 이와 같이 용기 내에 신속하게 슬러리를 투입한 후 센서를 통해 과량의 슬러리를 용기로부터 배출시킴으로써, 정량 투입에 따른 정밀 제어에 따른 전자, 기계적 요소 및 투입 시간의 문제점을 해결할 수 있다. 배출되는 슬러리는 다시 슬러리 공급부로 회수될 수 있다. 도 2(a)는 용기에 슬러리 충전이 완료된 상태를 도시한 것이고, 상기 밸브 (207)가 폐쇄되었음은 물론 용기 바닥과 연통되는 슬러리 유입구도 폐쇄된다. 또한 도 2(a)를 참고하면, 슬러리로 충전된 용기 상부에 클램프 (203)로 고정되는 지지체 (260)가 대기하고 있다. 도 2(a) 및 2(b)를 참고하면, 용기 이동수단 (210)에 의해 용기 자체가 승강하되, 용기 상단이 지지체 하단과 수평이 되도록 배치되고, 지지체 상단과 상부 후드 (220) 하단이 수평 배치되도록, 용기 및 상부 후드가 수직 이동되고, 상부 후드 하단 및 용기 상단에 놓이는 실링수단 (224, 204)은 각각 지지체 상단 및 하단과 밀폐되어, 이하 설명되는 바와 같이 운동수단 (202)에 의해 상향되는 용기 바닥으로 인하여 용기에 충전된 촉매슬러리가 지지체 (260) 하부 개방 채널을 통하여 진입될 때 슬러리 전체가 채널로 주입되도록 즉 지지체 외부로 슬러리가 유출되지 않도록 구성된다.

도 2 (c)를 참조하면, 용기바닥 운동수단 (202)이 상향 이동되며, 이에 따라 용기 바닥이 지지체 하단을 향하여 이동된다. 용기 상부 및 지지체 채널들 유통통로 외에는 별도의 출구가 없으므로 용기 바닥에 의해 상향 이동되는 촉매슬러리는 채널 내부로 주입된다. 바닥의 상향이동은 지지체 하단과 접촉되는 수준에서 정지된다. 이때 지지체 상부에 배치되는 가압수단 (205)에 의해 촉매지지체 상단을 향하여 압축 공기가 주입된다. 상기된 바와 같이, 지지체 채널의 벽에는 다수의 기공들이 분포되어 있다. 통상의 코팅방식에 의해서는 이러한 기공 내부로 슬러리를 담지하기 어렵다. 본 발명자들은, 용기바닥 운동수단을 상향 이동하여 슬러리를 채널 내부로 주입하면서 동시에 채널 상부에서 양압을 인가한 결과 놀랍게도 기공 내부로 상당한 슬러리가 침투되어 바람직한 촉매컨버터를 제조할 수 있었다. 이러한 기공 담지 효과는 양압 및 기공 크기에 비례한다는 것을 확인할 수 있었다. 도 2(d)를 참고하면, 피스톤 운동에 의해 용기 바닥이 하강된다. 이때, 용기에는 소량의 슬러리가 존재할 수 있다. 종래 정량 코팅방식과는 달리, 지지체 채널 내로 주입되는 슬러리 함량을 정확하게 측정하지 않고, 대략적인 용량의 슬러리가 용기에 투입되므로 용기 바닥 상승에 따라 채널에 주입된 후 용기에는 약간의 슬러리가 잔류할 수 있다. 또한 채널 내로 주입되는 슬러리는 채널 내벽 및 기공에 침착되지 않고 일부는 지지체의 채널 하단을 통해 다시 용기로 흘러 나올 수 있다. 이러한 채널로부터의 잉여 슬러리 배출에 조력하고자 지지체 상부에서는 송풍기 (209)를 이용하여 공기를 송풍하여 내벽에 코팅되거나 기공에 침투하지 못한 슬러리는 아래의 용기로 배출된다. 자연스럽게 또는 송풍에 의해 강제로 흘러나온 슬러리는 용기 바닥에 연통되는 투입 경로를 통해 다시 공급부 (미도시)로 전달된다 (참고 도 2(f)). 도 2(g)는 코팅 방법의 마지막으로 단계로서 용기 상단 및 지지체 하단의 실링이 해제되고 용기 자체가 용기 이동 수단에 의해 하강되면서 일련의 사이클 과정이 종료된다. 이후 작업을 위하여 코팅된 지지체는 90도 회전될 수 있다. 도시되지는 않지만, 지지체 고정구에 의해 코팅된 지지체는 별도의 장소로 옮겨져 이후 요청된 단계들, 예를들면 건조, 소성 단계들을 거쳐 완성된다.

도 3은 본 발명에 의해 채널 내부에 슬러리를 주입하면서 동시에 다양한 압력들을 인가함에 따라 지지체 내부의 기공에 슬러리가 침적되는 정도를 보이는 EDS 데이터들이다. 최우측 사진 결과는 종래 코팅방식에 의한 코팅 상태를 보이는 것 (양압 = 0) 이고, 좌측으로 이동될수록 점차 높은 압력이 인가된 상태, 즉 대기압에 (0.1 -> 0.15 -> 0.2 bar)으로 가압하는 구현예를 보이는 것이다. 0.2 bar 양압을 인가하는 최좌측에는 채널을 형성하는 기재 내부 즉 지지체 안쪽에 존재하는 기공을 통해 슬러리가 확산된 것을 확인할 수 있다. 기공 내로의 확산 정도는 인가 압력에 비례하며, 이와 같이 슬러리가 기공에 침적될수록 이를 통과하는 배기의 정화 효율이 개선될 수 있는 것이다. 본 발명자는, 본 발명에 의한 최선의 촉매 효능은 슬러리 점도가 높을수록 가압 분산식 코팅 효과가 증가되었으며, 실제로 선박 디젤엔진에서 구현되는 경우 약 0.1 내지 0.2 bar이 가압되는 경우에 최선의 정화 효과가 달성된다는 것을 알았다. 또한 본 발명에 의하면 대형 지지체에 적합하게 코팅 시간 단축을 통하여 높은 생산성을 구현할 수 있다.

Claims (6)

1. 복수의 채널이 길이방향으로 형성되는 모놀리식 다공성 촉매지지체에 촉매슬러리를 코팅하는 방법으로서서, 촉매슬러리를 바닥이 상하 이동되는 용기에 투입하는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단이 수평을 이루도록 이동시키는 단계, 촉매지지체 하단 및 용기 상단을 외부와 밀폐시키는 단계, 및 용기 바닥을 상향 이동시키면서 동시에 촉매지지체 상단에서 양압 인가 단계를 포함하는, 다공성 촉매지지체의 코팅방법.
2. 제1항에 있어서, 양압 인가 단계 이후, 용기 바닥을 하향 이동시키는 단계 및 촉매지지체 상단에서 송풍 (blowing)하여 다공성 촉매지지체 내부에 잔류하는 슬러리를 제거하는 단계를 더욱 포함하는, 코팅방법.
3. 제2항에 있어서, 촉매지지체 하단 및 용기 상단 밀폐를 해제시키는 단계 및 용기를 하강 이동시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅방법.
4. 제3항에 있어서, 코팅된 촉매지지체를 건조시키는 단계 및 소성시키는 단계를 더욱 포함하는, 코팅방법.
5. 다공성 촉매지지체의 가압 분산식 코팅장치에 있어서, 슬러리 정량 투입 수단, 상기 투입수단에 의해 슬러리가 투입되는 상부가 개방되고 바닥이 이동될 수 있는 부피 가변성 용기 (201), 상기 용기 일측에 체결되는 용기 이동 수단 (210), 상기 용기 하부에 체결되며 용기 바닥과 연결되는 축을 가지는 운동 수단 (202), 상기 용기 측부에 형성되며 밸브를 구비한 오버플로 유출구 (206), 및 용기 개방 상부 위에 배치되는 가압수단 (205)을 포함하는, 다공성 촉매지지체의 가압 분산식 코팅장치(200).
6. 제5항에 있어서, 상기 밸브의 개폐를 조절하는 타이머 또는 레벨 센서를 포함하는, 코팅장치.

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