WO2011126256A2 - 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 촉매 컨버터 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a large-capacity metal catalyst carrier and a catalytic converter using the same, and more particularly, to a catalytic converter requiring large-capacity exhaust gas treatment such as a large vessel or a plant or a large-scale food waste treatment apparatus employing a plurality of large-capacity internal combustion engines.
  • the present invention relates to a large-capacity metal catalyst carrier having an assembly structure capable of easily assembling and increasing the size of a plurality of unit catalyst carrier blocks by changing the unit catalyst carrier block into a shape that can be effectively assembled, and a large-capacity catalytic converter using the same.
  • a catalytic converter is attached between exhaust pipes of automobiles which exhaust the exhaust gas to the outside.
  • the catalytic converter is an oxidation catalyst for oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) in exhaust gas and converting them into carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O), and nitrogen compounds (NO x ) to nitrogen (N 2 ).
  • Reducing catalysts are used to reduce the amount of the catalyst.
  • the catalyst carrier having a large effective area of the catalytic converter and a particulate catalyst adhered to the surface of the catalyst converter It is mounted in the housing.
  • the catalyst carrier has a honey comb structure having a rectangular or hexagonal cell structure, and is coated with a catalyst for causing harmful components of the exhaust gas to cause oxidation and reduction reactions.
  • the exhaust gas flowing into the housing via the exhaust pipe catalyzes the catalyst coated on the catalyst carrier and proceeds to the outlet.
  • the catalyst carriers 1a and 1b constitute cells 4a and 4b which form a rectangular cell structure shown in FIG. 1 or a hexagonal cell structure shown in FIG. 2, and each of the cells 4a and 4b has a through portion ( 3a, 3b).
  • a catalyst coating layer eg, alumina (Al 2 O 3 ), etc.
  • a noble metal is coated between the cells 4a and 4b and the cell passage partition walls 2a and 2b.
  • the catalyst carrier for automobiles has a cell structure having a circular ceramic integrated cell structure, which makes the coating layer uniform, and also increases the cell density by decreasing the vertical height between the cell lines, thereby contacting the catalyst carrier with the exhaust gas. It is proposed with the aim of improving the overall exhaust gas purification efficiency of the catalytic converter by ensuring sufficient conditions.
  • Such a catalyst carrier for automobiles is manufactured by an extrusion process in which a ceramic raw material is supplied to an extruder, pushed out of a mold, and converted into a continuum having a honeycomb-shaped cross section, so that a large ship or a plant using a large number of large engines is used.
  • a large-capacity catalytic reactor such as.
  • a diesel particulate reduction device that extrudes and forms a high hardness material, such as SiC, such as diesel particulate filter (DPF) for diesel engines, has a short and expensive lifespan for an extrusion mold, and a large number of molds depending on the type of mass-produced products. There is a difficulty to possess.
  • SiC silicon carbide
  • DPF diesel particulate filter
  • the catalyst carrier disclosed in Korean Patent No. 527970 has a cylindrical shape regardless of the cell structure, and thus the catalyst carrier cannot be easily assembled with each other when integrated at a large capacity.
  • the catalyst carrier is made of a metal
  • the diameter is generally 30 cm or less, the production is easy, but it is difficult to produce a larger than this.
  • the International Maritime Organization adopted the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships (MAPOL) in 1973 as an international convention on the prevention of marine pollution from ships. It was. Here, the regulation of ship engine emissions nitrogen oxides is reduced by 20% in Annex II (Tier II) starting from 2011 and 80% in Annex III (Tier III) starting in 2016. The program is mentioned.
  • the International Maritime Organization is a United Nations specialized organization established for the international unification of ship routes, traffic rules, and port facilities. For this reason, studies on large-capacity catalytic converters for purifying nitrogen oxides and the like contained in exhaust gases have been actively conducted in large ship industries using large engines.
  • such a catalytic converter requires a structure that can be manufactured and provided in a large capacity from a small capacity structure so as to process a large amount of exhaust gas such as a large vessel or a plant or a large amount of food treatment apparatus employing a plurality of large capacity internal combustion engines. .
  • an object of the present invention is a shape capable of effectively assembling a unit catalyst carrier block so that it can be applied to a catalytic converter requiring a large amount of exhaust gas treatment such as a large vessel or a plant or a large-scale food waste treatment apparatus employing a plurality of large-capacity internal combustion engines.
  • the present invention provides a large-capacity metal catalyst carrier having an assembling structure capable of easily assembling a large number of unit catalyst carrier blocks to be enlarged, and a large-capacity catalytic converter using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a large-capacity metal catalyst carrier and a catalytic converter using the same, because the assembly process using a unit catalyst carrier block that is easy to manufacture according to the manufacture of a thin metal sheet, the manufacturing process is simple and the manufacturing cost can be reduced. .
  • the present invention for achieving the above object is, a plurality of unit catalyst carrier block in which a cell formed body formed in the longitudinal direction of a plurality of hollow cells coated with a catalyst on the surface is accommodated and stacked in a polygonal support; And a plurality of assembly members for fixing a pair of adjacent supports in contact between the stacked unit catalyst carrier blocks.
  • the assembly member has an upper body piece formed in a T-shape and formed with a pair of support receiving protrusions extending to form a pair of first support receiving grooves at both ends thereof; A lower body piece consisting of a T-shape and having a pair of support receiving protrusions extending to form a pair of second support receiving grooves at both ends thereof; And fixing means for fixing the upper and lower body pieces.
  • the assembly member may include an upper body piece having a pair of support receiving protrusions extending from both ends thereof to form a first support receiving groove in which one side of the support is received; A lower body piece having a pair of support receiving protrusions extending from both ends thereof to form a second support receiving groove in which the other side of the support is received; And a plurality of milpins fastened to a plurality of milfin receiving grooves formed along the width direction of each body piece to fix the support.
  • the assembly member may be provided with a pair of support receiving protrusions which are inclined toward the support receiving groove so as to form a first support receiving groove in which one side of the support is received to extend on both sides of the end.
  • the assembly member a pair of support receiving projections are formed on each of both ends of the end so as to form a first support receiving groove which is accommodated on one side of the support and protrudes on the inner circumferential surface of the support receiving projection is a plurality of compression bonding
  • An upper body piece having a pair of support fixing protrusions; And a pair of support receiving protrusions each extending at both ends of the end to form a second support receiving groove in which the other side of the support is accommodated, and protruding to the inner circumferential surface of the support receiving protrusion to fix a plurality of pairs of support.
  • a lower body piece with protrusions are formed on each of both ends of the end so as to form a first support receiving groove which is accommodated on one side of the support and protrudes on the inner circumferential surface of the support receiving projection is a plurality of compression bonding
  • the assembly member a pair of support receiving projections are formed on each of both ends of the end so as to form a first support receiving groove that is accommodated on one side of the support and the pressing groove along the longitudinal direction on each outer peripheral surface of the support receiving projection
  • An upper body piece and a lower support body having a pair of support receiving protrusions extending on both sides of the end to form a second support receiving groove in which the other side of the support is accommodated, and having a pressing groove along the longitudinal direction on each outer circumferential surface of the support receiving protrusion. It includes a piece.
  • the assembly member includes a bolt / nut fastened to the bolt coupling hole of the adjacent support.
  • the cell-forming body of the unit catalyst carrier block may include a central portion wound around a plate and a wave plate / plate assembly in which corrugated plates are corrugated; And a plurality of corner portions inserted between the outer circumferential surface of the central portion and each corner of the polygonal support.
  • the corner portion may be formed by molding a reduction winding body winding the wave plate / plate assembly.
  • the cell-forming body of the unit catalyst carrier block is characterized in that for winding the wave plate / plate assembly in the shape of the polygonal support.
  • the cell-forming body of the unit catalyst carrier block is formed by stacking the wave plate / plate assembly of a segment type corresponding to one side length of the polygonal support and inserting the same into the polygonal support.
  • the cell-forming body of the unit catalyst carrier block is formed by alternately stacking the waveplate / plate assembly of the segment type to have an arbitrary inclination and inserting it into the rectangular support.
  • the cell-forming body and the polygonal support are characterized in that each of the shape of any one of hexagon, rectangle, triangle and pentagon.
  • the cell molded body of the unit catalyst carrier block is a FeCrAl-based heat-resistant alloy thin plate as a catalytic metal, characterized in that at least one metal selected from the group consisting of platinum, cobalt, nickel, palladium, copper, manganese and nano silver is coated.
  • the plurality of hollow cells may be formed in one shape selected from the group consisting of waveforms, hemispherical shapes, honeycombs, triangles, and quadrangles.
  • the catalytic converter of the present invention includes a plurality of unit catalyst carrier blocks in which cell-forms formed with a plurality of hollow cells coated with a catalyst on a surface thereof in a longitudinal direction are accommodated and stacked in a polygonal support, and the stacked unit catalyst carrier blocks.
  • a large-capacity catalyst carrier comprising a plurality of assembly members for fixing the pair of adjacent supports in contact with each other to integrate the plurality of unit catalyst carrier blocks; And a heater;
  • the large-capacity catalyst carrier is characterized by being integrated by arranging the heaters together between the supports of each of the plurality of unit catalyst carrier blocks.
  • the heater is made of a surface heater, it characterized in that the front and back cover with an insulating material.
  • the heater is disposed on the inlet side of the large-capacity catalyst carrier and is preheated before the exhaust gas is introduced from the inlet.
  • the present invention can easily assemble a plurality of unit catalyst carrier blocks by changing the unit catalyst carrier block into an assemblable shape to implement a large capacity converter.
  • the manufacturing process is simple, and the manufacturing cost can be reduced without requiring the enlargement of the forming apparatus and heat treatment apparatus for the catalyst carrier.
  • the present invention is applicable to large vessels using large engines in accordance with the International Marine Pollution Prevention Convention (MARPOL) 's NOX regulation program adopted by the International Maritime Organization (IMO), and is suitable for international standards. There is an effect that can provide.
  • MARPOL International Marine Pollution Prevention Convention
  • IMO International Maritime Organization
  • 1 and 2 are a perspective view showing a conventional catalyst carrier
  • FIG. 3 is a front view of a unit catalyst carrier block according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a large capacity catalyst carrier assembled using the unit catalyst carrier block of FIG.
  • FIG. 5 and 6 are perspective views showing assembling two unit catalyst carrier blocks using the first assembly member according to the present invention, respectively, and an enlarged perspective view of the first assembly member used therein,
  • FIG. 7 is a perspective view of a second assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of a third assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a fourth assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a fifth assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • FIG. 11 is a front view of a unit catalyst carrier block according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a process chart showing a process of manufacturing the unit catalyst carrier block of FIG.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a large capacity catalyst carrier assembled using the unit catalyst carrier block of FIG. 11;
  • FIG. 14 is a front view showing a unit catalyst carrier block according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a front view showing a unit catalyst carrier block according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 16 is a front view showing a unit catalyst carrier block according to a fifth embodiment of the present invention.
  • 17 is a perspective view illustrating a method for assembling a large capacity catalyst carrier using the unit catalyst carrier blocks according to the second to fifth embodiments;
  • FIG. 18 is a view showing the configuration of a catalytic converter according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a schematic structural diagram showing a catalytic converter according to a second embodiment of the present invention.
  • the unit catalyst carrier block can be assembled to be applied to a catalytic converter requiring a large amount of exhaust gas treatment, such as a large vessel, a plant water, or a large-scale food waste treatment apparatus employing a plurality of large-scale internal combustion engines.
  • a catalytic converter requiring a large amount of exhaust gas treatment, such as a large vessel, a plant water, or a large-scale food waste treatment apparatus employing a plurality of large-scale internal combustion engines.
  • Multiple unit catalyst carrier blocks are easily assembled to form a large capacity catalytic converter.
  • the unit catalyst carrier block may be proposed in various polygonal structures in order to improve the assemblability, and as the representative assembling structure, a hexagonal structure (first embodiment to be described later) and a square structure (second to fifth embodiments to be described later) ).
  • FIG. 3 is a front view of a unit catalyst carrier block according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view showing a large capacity catalyst carrier assembled using the unit catalyst carrier block of FIG.
  • the large capacity catalyst carrier 20 is composed of a plurality of unit catalyst carrier blocks 10 to 10f stacked and assembled as shown in FIG. 4.
  • the unit catalyst carrier blocks 10 to 10f have a shape that can minimize the space where the catalyst carrier is not filled between the blocks when they are laminated and assembled, and the catalyst carrier inside each block is not filled in the support 11. It is desirable that the unoccupied space can be minimized and the manufacturing process made easy.
  • unit catalyst carrier blocks 10 to 10f used for the large capacity catalyst carrier 20 will be described. Representatively, only one unit catalyst carrier block 10 is described in FIG. 3.
  • the unit catalyst carrier block 10 includes a support 11 and a cell-forming body 17, and the cell-forming body 17 has a wave plate 12 and a plate 13 inside the support 11. ) Is formed by winding the waveplate / plate assembly 16 in contact with each other, forming a plurality of hollow cells 14. At this time, the catalyst layer is coated on the surfaces of the wave plate 12 and the flat plate 13 to purify the exhaust gas, or remove the odor.
  • the wave plate 12 and the plate 13 of the unit catalyst carrier block 10 are catalyst metals in a heat resistant alloy sheet having a thickness of 20 to 100 ⁇ m, for example, platinum, cobalt, nickel, palladium, copper, manganese and nano.
  • a material coated with at least one of silver is used, and a corrugated waveplate 12 is wound on the plate 13 and inserted into the support 11.
  • the wave plate 12 and the flat plate 13 are applied simultaneously, only a plurality of wave plates 12 may be applied.
  • the edge portion may be configured by stacking a plurality of wave plate / plate assembly 16 in the form of segments different from each other in length.
  • the cell forming body 17 filled in the support 11 has a first masking type formed in the support 11 as shown in FIG. 3.
  • the cell forming body 17 filled in the support 11 is continuously wound in a second masking shape and a hexagonal shape, which is wound in a circular shape according to a winding method and gradually formed into a hexagon toward the outside of the support 11. It is also possible to manufacture a continuous wound type, it is possible to form a unit catalyst carrier block of various shapes by a variety of methods.
  • the shape of the support body 11 is a polygonal shape which can be laminated
  • the shape of the support body 11 can be a hexagon (refer FIG. 3), a square (refer FIG. 11), a triangle, a pentagon, etc.
  • the support shapes such as hexagons, squares, triangles, and the like, generate empty spaces in which the catalyst carriers are not filled, and the assembly process is easy.
  • the cell formation body 17 of the unit catalyst carrier block 10 has a catalyst activation temperature of, for example, 200 to 600 ° C, depending on the type of catalyst metal.
  • the unit catalyst carrier block 10 has a plurality of hollow cells 14 formed in the longitudinal direction by the plate 13 and the wave plate 12, and a heater (not shown) in the central portion thereof, if necessary, for example.
  • the through hole 15 into which the extension portion of) may be inserted may be formed or omitted.
  • the plurality of hollow cells 14 may be formed in one of various shapes, such as waveform, hemispherical shape, honeycomb, triangle, and rectangle.
  • FeCrAl or the like may be used as the heat resistant alloy thin plate forming the wave plate 12 and the flat plate 13.
  • FeCrAl-based alloy material is a Fecal alloy or Fe-20Cr-5Al-REM (rare earth metal) synthesized in the ratio of Fe-15Cr-5Al (including about 1% REM (Y, Hf, Zr)) desirable.
  • FIG. 4 illustrates a preferred example of forming the large capacity catalyst carrier 20 by assembling the plurality of unit catalyst carrier blocks 10 described above.
  • the large capacity catalyst carrier 20 is formed by assembling a plurality of hexagonal unit catalyst carrier blocks 10 to 10f from each other. Each of the unit catalyst carrier blocks 10 to 10f are stacked in a bundle form by being assembled in close contact with each other on hexagonal surfaces, wherein the bonding between the unit catalyst carrier blocks 10 to 10f is illustrated in FIGS. 5 to 10 to be described later.
  • the first to fifth assembly members 60, 70, 80, 90 and 95 are realized. Since the large capacity catalyst carrier 20 is manufactured by assembling a plurality of unit catalyst carrier blocks 10 to 10f molded into the same size and shape, the large capacity catalyst carrier 20 can be applied to a converter having a large capacity. By adjusting the number of unit catalyst carrier blocks according to the capacity, it is possible to manufacture a variety of converter sizes having a desired cross-sectional area and surface area.
  • FIG 5 and 6 are perspective views showing assembling two unit catalyst carrier blocks using the first assembly member according to the present invention, respectively, and an enlarged perspective view of the first assembly member used therein.
  • the first assembly member 60 is disposed for assembling on two surfaces 11 and 11a of each unit catalyst carrier block 10 to 10f facing each other.
  • the first assembly member 60 is composed of the upper and lower body pieces (63a, 63b) of the T-shape, the assembly screw 62 is used in a plurality of assembly holes 61 formed on one side to be in close contact with each other up and down.
  • the I-shaped body 63 is molded.
  • the I-shaped body 63 has support body projections 64 and 64a respectively formed to form support body grooves 65 and 65a into which the support bodies 11 and 11a of both sides of the upper and lower ends are fitted. It extends at intervals of 63 and 63a).
  • the lower body piece 63b is inserted into the lower side of the supports 11 and 11a, and the upper body piece 63a is inserted into the upper side of the supports 11 and 11a. Then, the screw 62 is screwed into the screw assembly hole ( 61 to assemble the two supports 11, 11a by fastening the upper and lower body pieces 63, 63a.
  • FIG. 7 is a perspective view of a second assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • the second assembly member 70 includes a pair of upper and lower body pieces 70a and 70b having a rod shape for fitting two adjacent supports 11 and 11a up and down.
  • Each body piece 70a, 70b has a plurality of milpin receiving holes 71 on both sides and is assembled with the supports 11, 11a by milfin 72.
  • the upper and lower body pieces 70a and 70b have trench-type support receiving grooves 73 and 73a formed by the support receiving protrusions 74 and 74a, respectively.
  • the pin pin 72 is coupled and fixed to the pin receiving hole 71, the lower body piece (70b) is also the upper body piece ( Same as 70b), the pins 72 are combined and fixed.
  • FIG. 8 is a perspective view of a third assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • the third assembly member 80 is composed of a pair of upper and lower body pieces (80a, 80b) of the rod shape for fitting the two support (11, 11a) up and down, as described above It is similar to the second assembly member 70, but is formed by protruding obliquely toward the support receiving grooves (82, 82a) by giving a lancing to the inner surface of the support receiving projections (81, 81a). Therefore, if the support (11, 11a) is inserted into the support receiving grooves (82, 82a) and the compression is made, it is possible to further tighten the bonding state while omitting the screw 62 assembly or the milling pin (72).
  • FIG. 9 is a perspective view of a fourth assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • the fourth assembly member 90 has a structure in which a plurality of support fixing protrusions 93 are formed in the support receiving groove 92 of the second assembly member 70.
  • the body 90a has a rod shape. It has a pair of support receiving projections 91 for receiving the support (11, 11a) on one side of the body (90a) is formed. As a result, a trench type support accommodation groove 92 is formed in the pair of support accommodation protrusions 91.
  • a plurality of pairs of support fixing projections 93 facing in the longitudinal direction along the inner surface of the support receiving protrusion 91 are formed. Therefore, when the support (11, 11a) is inserted into the support receiving groove (92) is made by the compression projection 93 is a compression coupling.
  • FIG. 10 is a perspective view of a fifth assembly member for assembling the unit catalyst carrier block according to the present invention.
  • the fifth assembly member 95 has a pressing groove 99a on the outer surface of the support receiving protrusion 96 instead of the plurality of support fixing protrusions 93 in the fourth assembly member 90.
  • it has a rod-shaped body (95a) and three protruding support receiving projections 96 for receiving the support (11, 11a) on each side of the body (95a) are formed at intervals, the support receiving projection Between the 96, the first support receiving groove 97 and the second support receiving groove 98 for accommodating the two supports (11, 11a) are formed.
  • the pressing grooves 99a are formed in the lower side of both sides of the support receiving protrusions 96 in the longitudinal direction, and the supports 11 and 11a are inserted into the first and second support receiving grooves 97 and 98. After pressing the pressing groove (99a) to prevent the support (11, 11a) is separated.
  • the fourth and fifth assembly members 90 and 95 are composed of an upper body piece and a lower body piece which are assembled on the upper and lower portions of the supports 11 and 11a to be fastened in pairs, but only the upper body piece in FIGS. 9 and 10. Illustrated by illustration.
  • the catalyst carrier of the present invention can be easily enlarged by assembling a plurality of unit catalyst carrier blocks using the first to fifth assembly members 60, 70, 80, 90, and 95. Accordingly, in the present invention, when used to remove the odor of a large food processing apparatus, combined with a heater to form a large-capacity catalytic converter, or in combination with a heater or a catalyst carrier, to purify exhaust gas in a large ship or plant. It can be used.
  • FIG. 11 is a front view of a unit catalyst carrier block according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a process diagram showing a process of manufacturing the unit catalyst carrier block of FIG. 11
  • FIG. 13 is a unit catalyst carrier block of FIG. It is a perspective view showing the large capacity catalyst carrier assembled using.
  • the unit catalyst carrier block 100 has a rectangular structure as a whole, and the rectangular cell forming body 117 formed by the wave plate 112 and the flat plate 113 has a plurality of hollow cells 114 having a wave shape or a semicircular shape. Since the structure is similar to that of FIG. 3 described above, redundant descriptions thereof will be omitted.
  • the large-capacity catalyst carrier 120 is configured by stacking a plurality of unit catalyst carrier blocks 100 to 100h having a square shape in a rectangular shape.
  • the unit catalyst carrier blocks 100 to 100h used for the large capacity catalyst carrier 120 will be described.
  • Representatively, only the unit catalyst carrier block 100 of FIG. 11 will be described here.
  • the unit catalyst carrier block 100 includes a square support 111 and a wave plate / plate assembly 116 in which the wave plate 112 and the plate 113 are in contact with each other inside the rectangular support 111.
  • a rectangular cell forming body 117 is wound to form a plurality of hollow cells 114 by winding.
  • the catalyst layer is coated on the surfaces of the wave plate 112 and the flat plate 113 to purify or remove the odor.
  • the cell-forming body 117 of the unit catalyst carrier block 100 winds the plate 113 and the platen / plate assembly 116 of the waveplate 112 that is corrugated on the plate 113.
  • the waveplate co-treated on the flat plate 113 along the curved surface of the central portion (A) and the central portion (A) having a circular cross section inserted in contact with the four sides of the support 111 in the form of a spiral (spiral) 112 is alternately divided into corner portions B1 to B4 inserted into four corners of the support 111.
  • the central portion A may be manufactured in a manner of continuously winding in a circular shape as shown in FIG. 11, a method of winding in an arbitrary polygon and forming a circular shape toward the outside of the support 111.
  • the center portion A may be wound in a circular shape by welding a portion where the wave plate 112 and the flat plate 113 contact to prevent the wave plate 112 and the flat plate 113 from being separated from each other.
  • the corner portions B1 to B4 respectively insert a plurality of waveplate / flat plate assemblies 116 in the form of segments in which the waveplate 112 and the flat plate 113 are assembled at the corner portions of the rectangular support 111.
  • the wave plate / plate assembly 116 constituting the cell forming body 117 uses the same material and cell shape as in the first embodiment.
  • the unit catalyst carrier block 100 has a catalyst activation temperature, for example, 200-600 ° C., depending on the type of catalyst metal.
  • the unit catalyst carrier block 100 is formed with a plurality of hollow cells 114 in the longitudinal direction by the wave plate 12 and the flat plate 113, the extension of the heater (not shown) in the center portion thereof, for example The through hole 115 may be formed or omitted.
  • the heater is required to form an active temperature environment of the catalytic metal when the temperature of the exhaust gas is low at the time of initial operation, and thus will be described later with reference to FIGS. 18 and 19 to be installed in a large-capacity catalytic converter. Shall be.
  • the corners B1 to B4 are formed by inserting the segmental wave plate 112 and the flat plate 113 into the corner portion of the support 111, respectively, instead of forming a corner through a predetermined process as shown in FIG. It can also be made into a partial shape and inserted.
  • a triangular module having a similar shape to the corner portion of the support 111 with respect to the reducing winding body 131 wound around the wave / plate assembly 116 in a reducing manner apply attraction in three directions.
  • the triangular module 132 is preferably formed in a right triangle so as to be easily inserted into the vertex portion of the support 111.
  • the triangular module 132 is disposed on the jigs 134a and 134b to deform the edges facing the right angles of the triangular module 132 along the curvature of the center portion A. It forms part (B).
  • the corners B1 to B4 are collectively referred to as corners B.
  • FIG. Meanwhile, in step (e), the center portion A is formed and then inserted into the support 111.
  • step (f) the edge portions B1 to B4 are respectively inserted into the corner portions of the support 111.
  • a rectangular unit catalyst carrier block 100 is formed.
  • the large capacity catalyst carrier 120 is formed by assembling a plurality of unit catalyst carrier blocks 100 to 100h. Each unit catalyst carrier block (100 to 100h) is laminated in a square surface closely assembled with each other. At this time, the assembly of the unit catalyst carrier block (100 ⁇ 100h) is made as shown in Figure 17 to be described later, a detailed description thereof will be described later in Figure 17.
  • the assembly of the unit catalyst carrier blocks 100 to 100h may be applied to the above-described method of applying the first to fifth assembly members 60, 70, 80, 90, and 95 of FIGS. 6 to 10. Detailed description thereof will be omitted since it can be easily understood by those skilled in the art with reference to FIGS. 6 to 10.
  • FIG. 14 is a front view showing a unit catalyst carrier block according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a front view showing a unit catalyst carrier block according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a fifth view of the unit catalyst carrier block. It is a front view which shows the unit catalyst support block which concerns on an Example.
  • each of the cell-forming bodies 217, 317, and 417 of the unit catalyst carrier blocks 200, 300, and 400 according to the third to fifth embodiments has a wave / plate assembly inside a rectangular support 211, 311, 411. (216, 316, 416) are processed and inserted in various processes.
  • the wave plates 212, 312, 412 and the flat plates 213, 313, 413 are in contact with each other to form a plurality of hollow cells 214, 314, and 414.
  • the cell-forming body 217 of the unit catalyst carrier block 200 according to the third embodiment has the wave / plate assembly 216 bent at right angles and wound in a spiral shape to be inserted into the rectangular support 211. (See Figure 14).
  • a wave plate / plate assembly 316 corresponding to one side length of the rectangular support 311 is sequentially stacked to form a rectangular shape. It is inserted into the support 311 (see FIG. 15).
  • the cell-forming body 417 of the unit catalyst carrier block 400 according to the fifth embodiment is sequentially laminated with the wave plate / plate assembly 416 so as to have an arbitrary inclination and inserted into the rectangular support 411. .
  • the unit catalyst carrier blocks 200 to 400 according to the third to fifth embodiments may be assembled together like the unit catalyst carrier block 100 according to the second embodiment of FIG. 13 to form a large capacity catalyst carrier. . Detailed description thereof will be made as shown in FIG. 17 to be described later, such as assembling of the unit catalyst carrier blocks 100 to 100h according to the second embodiment, with reference to FIG. 17.
  • FIG. 17 is a perspective view illustrating a method for assembling a large capacity catalyst carrier using the unit catalyst carrier blocks according to the second to fifth embodiments.
  • the unit catalyst carrier blocks 100 to 400 according to the second to fifth embodiments will be collectively referred to as unit catalyst carrier blocks 500 and the unit catalyst carrier blocks 100 according to the second to fifth embodiments.
  • the support 111-411 of ⁇ 400 is called a support 511a, and the cell formation is inserted into the supports 111-411 of the unit catalyst carrier blocks 100-400 according to the second to fifth embodiments. It is called the sieve 511b.
  • the support 511a is formed in a rectangular shape of an open top and bottom, and forms a plurality of bolt assembly holes 512 at the top and bottom of each surface. At this time, the height (h2) of the support 511a is made higher than the height (h1) of the cell forming body (511b), even if the support 511a receives the cell forming body (511b) through the bolt assembly hole (512) Bolt assembly 513 with an adjacent support is possible.
  • the support 511a has a size of horizontal ⁇ vertical ⁇ height (h 2) of 324 mm ⁇ 324 mm ⁇ 380 mm
  • the cell forming body 511 b has a width ⁇ length ⁇ height (h 1) of 320 mm ⁇ 320. It has a size of mm x 280 mm.
  • the large-capacity catalyst carrier 520 is formed by the bolt coupling through the bolt assembly hole 512 in close contact with the rectangular surface of each of the plurality of unit catalyst carrier blocks (500 ⁇ 500h).
  • the large-capacity catalyst carrier 520 may be sealed with the case 530 along the outermost edges of the upper and lower parts, thereby increasing durability and assemblability.
  • the fill factor of the cell-forming body 511b can be set to the maximum, and the overall shape deformation is minimized. Since the load is distributed down through the rectangular surfaces of each of the plurality of unit catalyst carrier blocks 500 to 500h, the shape is safely maintained and optimally distributed due to the rectangular shape during installation.
  • the bolt assembling structure of the supports 111 to 411 with respect to the unit catalyst carrier blocks 500 to 500h of the second to fifth embodiments shown in FIG. 17 is also used to assemble the supports 11 and 11a of the first embodiment.
  • the first to fifth assembly members 60, 70, 80, 90 and 95 of the first embodiment support the support 111 to 411 for the unit catalyst carrier blocks 500 to 500 h of the second to fifth embodiments. ) Can also be applied.
  • FIG. 18 is a diagram showing the configuration of a catalytic converter according to a first embodiment of the present invention.
  • the unit catalyst carrier block 10 according to the first embodiment of the present invention corresponds to the unit catalyst carrier block 600a of FIG. 18, and the unit catalyst carrier blocks 100 to 100 according to the second to fifth embodiments of the present invention. 400 corresponds to the unit catalyst block 600b of FIG. 18.
  • the unit catalyst block 600b of FIG. 18 shows the unit catalyst carrier block 300 according to the fourth embodiment, but it will be easily understood by those skilled in the art.
  • the unit catalyst carrier blocks 600a and 600b of the unit catalyst carrier blocks 600a and 600b may combine the heaters 612 together to form a catalytic converter when the large capacity catalyst carriers 610 and 620 are formed.
  • the catalytic converter according to the first embodiment of FIG. 18 is configured by attaching a heater 612 to a support 611 of a plurality of unit catalyst carrier blocks 600a and 600b when constructing a large capacity catalyst carrier. That is, the catalytic converter according to the first embodiment forms a structure in which the support 611 and the heater 612 are integrated (Elected Heated Catalytic Converter: EHC).
  • EHC Electroded Heated Catalytic Converter
  • the heater 612 is a filament or a planar heater, and is protected by the insulating material 613 is covered and protected on the front and back, the insulating material 613 may optionally apply the upper and lower cover 614 on the front and back.
  • FIG. 19 is a schematic structural diagram showing a catalytic converter according to a second embodiment of the present invention.
  • the unit catalyst carrier blocks 10, 100, 200, 300, and 400 according to the first to fifth embodiments of the present invention are assembled with each other to form the large capacity catalyst carrier 700 of FIG. 19 as described above.
  • the large-capacity catalyst carrier 700 of FIG. 19 configures the catalytic converter by disposing the heater 710 at the inlet 711 side.
  • the exhaust gas drawn through the inlet 711 is heated through the heater 710, and then purified through the large-capacity catalyst carrier 700 and discharged through the exhaust port 712.
  • the catalytic converter selectively arranges heaters 612 and 710 so that, when the exhaust gas temperature is lower than the catalyst active temperature, an initial reaction requiring an additional heat source for the reaction in the large capacity catalyst carriers 610, 620 and 700 is performed. In order to preheat it in advance to form the reaction environment of the large-capacity catalyst carriers (610, 620, 700).
  • the present invention can be applied to a catalyst carrier of a large capacity converter used in a large vessel, a plant or a large food processing apparatus.

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Abstract

본 발명은 다수의 대용량 내연기관을 채용한 대형 선박이나 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등의 대용량 배기가스 처리가 요구되는 촉매 컨버터에 적용할 수 있도록 단위 촉매 담체 블록을 효과적으로 조립 가능한 형상으로 변경하여 다수의 단위 촉매 담체 블록을 용이하게 조립하여 대형화할 수 있는 조립구조를 갖는 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 대용량 촉매 컨버터에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 담체는, 표면에 촉매가 코팅된 다수의 중공형 셀이 길이방향으로 형성된 셀형성체가 다각형 지지체에 수용되어 적층되는 다수의 단위 촉매 담체 블록; 및 상기 적층된 단위 촉매 담체 블록 사이에 상호 접촉되는 인접된 한 쌍의 지지체를 고정시키기 위한 다수의 조립부재를 포함한다.

Description

대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 촉매 컨버터
본 발명은 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 촉매 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 대용량 내연기관을 채용한 대형 선박이나 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등의 대용량 배기가스 처리가 요구되는 촉매 컨버터에 적용할 수 있도록 단위 촉매 담체 블록을 효과적으로 조립 가능한 형상으로 변경하여 다수의 단위 촉매 담체 블록을 용이하게 조립하여 대형화할 수 있는 조립구조를 갖는 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 대용량 촉매 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 및 선박은 휘발유 및 가솔린 등의 화석연료를 이용하여 구동에 필요한 동력을 발생시키도록 되어 있는 바, 그 구조적 특성상 연료의 불완전 연소에 따른 일산화탄소와 질소산화물 등과 같은 인체에 유해한 배기가스가 발생되므로, 가솔린 등의 연료가 연소되는 연소실과, 공기와 연료가 혼합되는 흡기계통 및 배기가스가 배출되는 배기계통 등, 연료의 불완전 연소에 따른 유해성분이 발생되는 차체의 각 부분에 다양한 장치들을 구비하여 상기 배기가스의 발생량을 최대한 억제하도록 되어 있다.
따라서, 배기가스의 유해성분을 제거하기 위하여 배기가스를 외부로 배출시키는 자동차의 배기관 사이에 촉매 컨버터를 부착하여 사용하고 있다. 촉매 컨버터는 배기가스 중의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)를 산화시켜 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 변환하는 산화촉매와, 질소 화합물(NOx)을 질소(N2)로 각각 환원시키는 환원촉매 등이 쓰이고 있으며, 반응에 필요한 온도 및 배기가스의 체류시간 등과 같은 요건을 충족시키기 위해 촉매 컨버터의 유효면적을 크게 함과 아울러, 그 표면에 입자상의 촉매를 부착시킨 촉매 담체가 하우징 내에 장착되어 있다.
한편, 촉매 담체는 그 구조가 사각형 또는 육각형 셀 등으로 이루어진 허니컴(honey comb)구조로 되어 있으며, 배기가스의 유해성분이 산화 및 환원반응을 일으키도록 하는 촉매가 코팅되어 있다.
따라서, 배기관을 경유하여 하우징의 내부로 유입되는 배기가스는 촉매 담체에 코팅된 촉매와 촉매반응을 하며 유출구로 진행하게 된다.
허니컴(honey comb) 구조의 촉매 담체의 일예가 한국등록특허 제527970호에 개시되어 있으며, 이를 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.
촉매 담체(1a,1b)는 도 1에 도시된 사각형 셀구조 또는 도 2에 도시된 육각형 셀구조를 형성하는 셀(4a,4b)을 구성하며, 각 셀(4a,4b)은 각각 관통부(3a,3b)를 형성한다. 셀(4a,4b)과 셀 통로 격벽(2a,2b) 사이에는 귀금속을 포함한 촉매 코팅층(예 : 알루미나(Al2O3) 등)이 코팅되어 있다. 이러한 촉매 담체(1a,1b)는 코팅층에 코팅된 촉매에 의해 배기가스의 산화 또는 환원반응을 수행하여 제 기능을 발휘할 수 있다.
이러한 자동차용 촉매 담체는 셀 구조를 원형구조인 세라믹 일체형 셀 구조로 형성하여 코팅층의 분포도를 균일하게 하는 한편, 셀 행간의 수직높이도 작게 하여 셀 밀도를 증대시킴으로써, 촉매 담체와 배기가스 간의 접촉 반응조건을 충분하게 확보하여 촉매 컨버터의 전체적인 배기가스 정화효율을 향상시키는 목적을 가지고 제안된 것이다.
그러나, 이러한 자동차용 촉매 담체는 세라믹 원료를 압출기에 공급하고 금형에서 밀어내어 허니컴 형상의 단면을 가진 연속체로 변환하는 압출성형 공정에 의해 제작되기 때문에, 다수의 대형 엔진을 사용하는 대형 선박이나 플랜트물 등의 대용량 촉매 반응기가 필요한 곳에는 적용되기 어려운 문제가 있다.
또한, 디젤 엔진용 DPF(Diesel Particulate Filter)와 같이 고경도 소재, 예를 들어, SiC를 압출하여 성형하는 디젤 매연저감장치는 압출금형의 수명이 짧고 고가이며, 양산 제품의 종류에 따라 다수의 금형을 보유하여야 하는 어려움이 있게 된다.
더욱이, 한국등록특허 제527970호에 개시된 촉매 담체는 셀 구조에 관계없이 외부 지지체가 원통형의 형상을 가지고 있어, 대용량으로 집적할 때 상호 조립이 쉽게 이루어질 수 없는 구조이다.
상기한 바와 같이, 종래에는 이러한 대용량의 촉매 담체를 제작하기 위하여 세라믹 구조로 이루어진 원통 형상의 단위 촉매 담체블록을 다수개 적층하여 대용량화를 시도하고 있으나, 제작이 어려운 문제가 있다.
한편, 촉매 담체가 금속으로 이루어지는 경우 일반적으로 직경이 30㎝ 이하인 경우는 제작이 쉽게 이루어지나 이보다 대형으로 제작되는 것은 어려움이 있다.
특히, 국제해사기구(International Maritime Organization: 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. 참고로, 국제해사기구(IMO)는 선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구이다. 이로 인해, 대형 엔진을 사용하는 대형 선박 업계에서는 배기가스 중에 포함된 질소 산화물 등을 정화하기 위한 대용량 촉매 컨버터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
따라서, 이러한 촉매 컨버터는 다수의 대용량 내연기관을 채용한 대형 선박이나 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등의 대용량 배기가스를 처리할 수 있도록, 소용량 구조로부터 대용량으로 제작되어 제공될 수 있는 구조가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 대용량 내연기관을 채용한 대형 선박이나 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등의 대용량 배기가스 처리가 요구되는 촉매 컨버터에 적용할 수 있도록 단위 촉매 담체 블록을 효과적으로 조립 가능한 형상으로 변경하여 다수의 단위 촉매 담체 블록을 용이하게 조립하여 대형화할 수 있는 조립구조를 갖는 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 대용량 촉매 컨버터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속 박판으로 제작함에 따라 제조가 용이한 단위 촉매 담체 블록을 사용하여 조립하므로 그 제조 공정이 단순하며 제조비용의 절감이 가능한 대용량 금속 촉매 담체 및 이를 이용한 촉매 컨버터를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 표면에 촉매가 코팅된 다수의 중공형 셀이 길이방향으로 형성된 셀형성체가 다각형 지지체에 수용되어 적층되는 다수의 단위 촉매 담체 블록; 및 상기 적층된 단위 촉매 담체 블록 사이에 상호 접촉되는 인접된 한 쌍의 지지체를 고정시키기 위한 다수의 조립부재를 포함한다.
상기 조립부재는 T자 형상으로 이루어지고 단부 양측에 각각 한 쌍의 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용 돌기가 연장 형성된 상부 몸체 피스; T자 형상으로 이루어지고 단부 양측에 각각 한 쌍의 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용 돌기가 연장 형성된 하부 몸체 피스; 및 상기 상부 및 하부 몸체 피스를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조립부재는 상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 상부 몸체 피스; 상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 하부 몸체 피스; 및 상기 지지체를 고정하도록 상기 각 몸체 피스의 폭 방향을 따라 형성된 다수의 밀핀 수용홈에 체결되는 다수의 밀핀을 포함한다.
상기 조립부재는, 상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 내부면에 렌싱(lancing)을 주어 지지체 수용홈 쪽으로 경사지게 배치된 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 상부 몸체 피스; 및 상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 내부면에 렌싱(lancing)을 주어 지지체 수용홈 쪽으로 경사지게 배치된 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 하부 몸체 피스를 포함한다.
상기 조립부재는, 상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 내주면에 돌출 형성되어 지지체와 압착결합되는 다수쌍의 지지체 고정돌기를 구비하는 상부 몸체 피스; 및 상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 내주면에 돌출 형성되어 지지체와 압착결합되는 다수쌍의 지지체 고정돌기를 구비하는 하부 몸체 피스를 포함한다.
상기 조립부재는, 상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 각각의 외주면에 길이방향을 따라 압착홈을 구비하는 상부 몸체 피스; 및 상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 각각의 외주면에 길이방향을 따라 압착홈을 구비하는 하부 몸체 피스를 포함한다.
상기 조립부재는, 인접한 지지체의 볼트 결합홀에 체결되는 볼트/너트를 포함한다.
상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 평판과 상기 평판에 코로게이션(corrugation) 처리된 파판을 조립한 파판/평판 조립체를 원형으로 권선한 중심부; 및 상기 중심부의 외주면과 상기 다각형 지지체의 각 모서리 사이에 삽입되는 다수의 모서리부;를 포함한다.
상기 모서리부는, 상기 파판/평판 조립체를 권선한 환원 권선체를 성형하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 상기 파판/평판 조립체를 상기 다각형 지지체의 형상으로 권선하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 상기 다각형 지지체의 한변 길이에 해당하는 세그먼트 타입의 상기 파판/평판 조립체를 적층하여 상기 다각형 지지체에 삽입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 세그먼트 타입의 상기 파판/평판 조립체를 임의의 기울기를 갖도록 교대로 적층하고 상기 사각형 지지체에 삽입하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀형성체 및 다각형 지지체는 각각 육각형, 사각형, 삼각형 및 오각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀성형체는 FeCrAl계 내열성 합금박판에 촉매금속으로서, 백금, 코발트, 니켈, 팔라듐, 구리, 망간 및 나노 실버로 이루어지는 군에서 선택된 1이상의 금속이 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기 다수개의 중공형 셀은 파형, 반구형, 허니콤, 삼각형, 및 사각형으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 촉매 컨버터는, 표면에 촉매가 코팅된 다수의 중공형 셀이 길이방향으로 형성된 셀형성체가 다각형 지지체에 수용되어 적층되는 다수의 단위 촉매 담체 블록과, 상기 적층된 단위 촉매 담체 블록 사이에 상호 접촉되는 인접된 한 쌍의 지지체를 고정시켜 상기 다수의 단위 촉매 담체 블록을 일체화하기 위한 다수의 조립부재를 포함하는 대용량 촉매 담체; 및 히터;를 포함한다.
상기 대용량 촉매 담체는, 상기 다수의 단위 촉매 담체 블록 각각의 지지체 사이에 상기 히터를 배치하여 함께 조립함으로써 일체화하는 것을 특징으로 한다.
상기 히터는, 면상 히터로 이루어지며, 전면 및 배면을 절연재로 커버하는 것을 특징으로 한다.
상기 히터는, 상기 대용량 촉매 담체의 흡기구 측에 배치되어 상기 흡기구로부터 배기가스가 인입되기 전에 미리 예열되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 단위 촉매 담체 블록을 조립 가능한 형상으로 변경하여 다수의 단위 촉매 담체 블록을 용이하게 조립하여 대용량 컨버터를 구현할 수 있다.
본 발명에 있어서는 동일한 모양과 크기의 다수의 단위 촉매 담체 블록을 생산하여 조립하므로 그 제조 공정이 단순하며 촉매 담체의 성형 장치 및 열처리 장치의 대형화가 필요없이 제조비용의 절감이 가능하다.
본 발명은 국제해사기구(IMO)에 의해 채택된 국제해양오염방지협약(MARPOL)의 질소 산화물(NOx) 규제 프로그램에 대응하여 대형 엔진을 사용하는 대형 선박에 적용되어 국제 기준에 적합한 배기가스 정화 시설을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 촉매 담체를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록에 대한 정면도,
도 4는 도 3의 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 조립된 대용량 촉매 담체를 나타낸 사시도,
도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 제1조립부재를 사용하여 2개의 단위 촉매 담체 블록을 조립하 것을 나타내는 사시도 및 이에 사용된 제1조립부재의 확대사시도,
도 7은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제2조립부재의 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제3조립부재의 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제4조립부재의 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제5조립부재의 사시도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록에 대한 정면도,
도 12는 도 11의 단위 촉매 담체 블록을 제조하는 공정을 나타낸 공정도,
도 13은 도 11의 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 조립된 대용량 촉매 담체를 나타내는 사시도,
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도,
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도,
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도,
도 17은 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 대용량 촉매 담체를 조립하는 방법을 나타내는 사시도,
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 컨버터의 구성을 나타내는 도면,
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 컨버터를 나타내는 개략 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 다수의 대용량 내연기관을 채용한 대형 선박, 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등과 같이 대용량 배기가스 처리가 요구되는 촉매 컨버터에 적용할 수 있도록 단위 촉매 담체 블록을 조립 가능한 형상을 제작한 후, 다수의 단위 촉매 담체 블록을 용이하게 조립하여 대용량 촉매 컨버터를 구성한다.
특히, 단위 촉매 담체 블록은 조립성을 향상하기 위하여 다양한 다각형 구조로 제안될 수 있으며, 여기서는 대표적인 조립 구조로서 육각형 구조(후술할 제1 실시예)와 사각형 구조(후술할 제 2 내지 제 5 실시예)에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록에 대한 정면도이고, 도 4는 도 3의 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 조립된 대용량 촉매 담체를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 대용량 촉매 담체(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)이 적층 조립되어 구성된다.
단위 촉매 담체 블록(10~10f)은 적층 조립된 경우 각 블록 사이에 촉매 담체가 채워지지 않은 공간이 최소화할 수 있는 형상을 갖는 것과, 각 블록 내부의 촉매 담체가 지지체(11) 내부에 채워지지 않은 공간이 최소화될 수 있고, 제조공정이 쉽게 이루어질 수 있는 것이 바람직하다.
이하, 대용량 촉매 담체(20)에 사용되는 단위 촉매 담체 블록(10~10f)에 대해 설명한다. 여기서는 대표적으로 도 3에서 하나의 단위 촉매 담체 블록(10)에 대해서만 설명한다.
도 3을 참고하면, 단위 촉매 담체 블록(10)은 지지체(11)와 셀형성체(17)를 포함하며, 셀형성체(17)는 지지체(11) 내부에 파판(12)과 평판(13)이 서로 접한 파판/평판 조립체(16)를 권선하여 형성되며, 다수의 중공형 셀(14)을 형성한다. 이때, 파판(12)과 평판(13)의 표면에는 촉매층이 코팅되어 유입된 배기가스가 정화되거나 냄새가 제거된다.
단위 촉매 담체 블록(10)의 파판(12)과 평판(13)은 20~100㎛ 두께를 갖는 내열성 합금박판에 촉매금속으로서, 예를 들면, 백금, 코발트, 니켈, 팔라듐, 구리, 망간 및 나노 실버 중 적어도 하나를 코팅한 재료를 사용하며, 평판(13)에 코로게이션(corrugation) 처리된 파판(12)을 권선하여 지지체(11)의 내부에 삽입된다. 여기서는 파판(12)과 평판(13)을 동시에 적용한 것을 나타내었지만 다수개의 파판(12)만을 적용할 수도 있다.
한편, 사용자의 요구에 따라 파판(12)이 평판(13)으로부터 이탈되는 것을 피하기 위하여 파판(12)이 평판(13)과 접촉하는 부분을 용접하여 원형으로 권선하여 지지체(11) 내부에 채운 후 지지체(11)의 내측에 지지체(11)의 모서리 부분이 채워지도록 별도로 모서리부를 제작하여 조립할 수도 있다. 또한, 모서리부는 길이가 서로 상이한 세그먼트 형태로 다수의 파판/평판 조립체(16)를 적층하여 구성할 수 있다.
또한, 지지체(11) 내부에 채워지는 셀형성체(17)는 도 3에 도시된 바와 같은 지지체(11) 내부에서 성형하는 제1마스킹형이 있다. 또한, 지지체(11) 내부에 채워지는 셀형성체(17)는 권선방법에 따라 원형으로 권선하여 지지체(11)의 외부로 갈수록 점차적으로 육각형으로 성형하는 제2마스킹형, 육각형상으로 연속적으로 권선하는 연속 권취형으로도 제작가능하며, 다양한 방법에 의해 다양한 형상의 단위 촉매 담체 블록을 성형할 수 있다.
다만, 지지체(11)의 형상은 단위 블록의 조립이 빈 공간을 만들지 않고 적층 가능한 다각형 형상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 지지체(11)의 형상은 육각형(도 3 참조), 사각형(도 11 참조), 삼각형, 오각형 등을 사용할 수 있다. 더욱이, 육각형, 사각형, 삼각형 등의 지지체 형상은 단위 촉매 담체 블록이 적층 조립된 경우 각 블록의 지지체 내부에 촉매 담체가 채워지지 않은 빈 공간이 발생되고, 조립공정이 용이하다.
단위 촉매 담체 블록(10)의 셀형성체(17)는 촉매금속의 종류에 따라 예를 들어, 200~600℃로 촉매 활성온도가 설정된다. 이 경우 단위 촉매 담체 블록(10)은 평판(13)과 파판(12)에 의해 다수의 중공형 셀(14)이 길이방향으로 형성되며, 그의 중앙부에는 필요에 따라 예를 들면, 히터(미도시)의 연장부가 삽입되는 관통구멍(15)을 형성하거나 생략할 수 있다.
다수의 중공형 셀(14)은 파형, 반구형, 허니콤, 삼각형, 사각형 등의 다양한 형태 중의 하나로 이루어지게 된다. 파판(12)과 평판(13)을 이루는 내열성 합금 박판은 예를 들어, FeCrAl 등이 사용될 수 있다. FeCrAl계 합금 재료로는 Fe-15Cr-5Al 비율로 합성된 페칼로이 합금 또는 Fe-20Cr-5Al-REM(희토류 금속) (여기서, REM(Y, Hf, Zr) 1% 정도 포함)을 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 다수의 단위 촉매 담체 블록(10)을 조립하여 대용량 촉매 담체(20)를 성형한 바람직한 일예를 도 4에 도시한다.
도 4를 참고하면, 대용량 촉매 담체(20)는 육각형의 단위 촉매 담체 블록(10~10f) 다수개를 서로 조립하여 성형한다. 각각의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)은 육각면이 서로 밀착 조립되어 다발형태로 적층되며, 이때, 단위 촉매 담체 블록(10~10f) 사이의 결합은 후술할 도 5 내지 도 10에 도시된 제1 내지 제5조립부재(60,70,80,90,95)를 사용하여 실현된다. 이러한 대용량 촉매 담체(20)는 동일한 크기와 모양으로 성형된 다수의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)을 조립하여 제작되므로 그 크기가 대용량인 컨버터에도 적용할 수 있으며, 요구되는 컨버터의 사이즈 또는 처리 용량에 따라 각 단위 촉매 담체 블록의 개수를 조절하면 원하는 단면적과 표면적을 갖는 다양한 컨버터 사이즈에 대응하여 제작이 가능하다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참고하여 각각의 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제1 내지 제5조립부재에 대해 상세히 설명한다.
하기 설명에서는 설명의 편이를 위해 2개 단위 촉매 담체 블록의 지지체(11,11a) 만을 도시한다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 제1조립부재를 사용하여 2개의 단위 촉매 담체 블록을 조립하 것을 나타내는 사시도 및 이에 사용된 제1조립부재의 확대사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 제1조립부재(60)는 각각의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)의 두 개의 지지체(11,11a)가 서로 마주보는 면에 조립을 위해 배치된다.
제1조립부재(60)는 T자 형상의 상부 및 하부 몸체 피스(63a,63b)로 구성되며, 상하로 서로 밀착되도록 일측면에 형성된 다수의 조립홀(61)에 조립나사(62)를 사용하여 나사 조립되면 I자 형상의 몸체(63)가 성형된다. I자 형상의 몸체(63)는 상하측 단부의 양측면 각각의 지지체(11,11a)가 끼움 결합되는 지지체 수용홈(65,65a)을 형성하도록 각각 지지체 수용돌기(64,64a)가 몸체 피스(63,63a)와 간격을 두고 연장 형성되어 있다.
우선, 지지체(11,11a)의 하측에 하부 몸체 피스(63b)를 끼워 넣고, 지지체(11,11a)의 상측에 상부 몸체 피스(63a)를 끼워 넣은 후, 나사(62)를 나사조립홀(61)에 체결하여 상부 및 하부 몸체 피스(63,63a)를 고정시킴에 의해 두 개의 지지체(11,11a)를 조립한다.
상기와 동일한 방법으로 다수의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)의 외부에 배치된 지지체(11,11a)의 나머지 측면에 대한 제1조립부재(60)의 조립을 완료하면 대형의 촉매 담체가 얻어진다.
도 7은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제2조립부재의 사시도이다.
도 7을 참고하면, 제2조립부재(70)는 인접한 두 개의 지지체(11,11a)를 상하에서 끼움 결합시키는 막대형상으로 이루어진 한 쌍의 상부 및 하부 몸체피스(70a,70b)로 구성된다. 각 몸체 피스(70a,70b)는 양 측면에 다수의 밀핀수용구멍(71)을 가지며 밀핀(72)에 의해 지지체(11,11a)와 조립된다. 상부 및 하부 몸체 피스(70a,70b)는 각각 지지체 수용돌기(74,74a)에 의해 형성된 트렌치형 지지체 수용홈(73,73a)을 구비한다.
우선, 상부 몸체 피스(70a)에 2개의 지지체(11,11a)를 삽입한 후, 밀핀수용구멍(71)에 밀핀(72)을 결합하여 고정하고, 하부 몸체 피스(70b)도 상부 몸체 피스(70b)와 동일하게 밀핀(72)을 결합하여 고정한다.
마찬가지로, 상기와 동일한 방법으로 다수의 단위 촉매 담체 블록(10~10f)의 외부에 배치된 지지체(11,11a)의 나머지 측면에 대한 제2조립부재(70)의 조립을 완료하면 대형의 촉매 담체가 얻어진다.
도 8은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제3조립부재의 사시도이다.
도 8을 참고하면, 제3조립부재(80)는 두 개의 지지체(11,11a)를 상하에서 끼움 결합시키는 막대형상의 한 쌍의 상부 및 하부 몸체피스(80a,80b)로 구성되며, 전술한 제2조립부재(70)와 유사하나, 지지체 수용돌기(81,81a)의 내부면에 렌싱(lancing)을 주어 지지체 수용홈(82,82a)쪽으로 경사지게 돌출되어 형성된다. 따라서, 지지체(11,11a)가 지지체 수용홈(82,82a)에 삽입되어 압착 결합이 이루어지면, 나사(62) 조립 또는 밀핀(72) 결합 작업을 생략하면서도 결합상태를 보다 견고히 할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제4조립부재의 사시도이다.
도 9를 참고하면, 제4조립부재(90)는 제2조립부재(70)의 지지체 수용홈(92) 내부에 다수의 지지체 고정돌기(93)가 형성된 구조로서, 막대형상의 몸체(90a)를 가지며 몸체(90a)의 일측에 지지체(11,11a)를 수용하는 한 쌍의 지지체 수용돌기(91)가 형성된다. 그 결과 한 쌍의 지지체 수용돌기(91)의 내부에 트렌치형 지지체 수용홈(92)이 형성된다. 또한 지지체 수용돌기(91)의 내부면을 따라 길이방향으로 마주보는 한 쌍의 지지체 고정돌기(93)가 다수개 형성되어 있다. 따라서, 지지체(11,11a)가 지지체 수용홈(92)에 삽입되면 고정돌기(93)에 의해 압착결합이 이루어진다.
도 10은 본 발명에 따른 단위 촉매 담체 블록을 조립하기 위한 제5조립부재의 사시도이다.
도 10을 참고하면, 제5조립부재(95)는 제4조립부재(90)에서 다수의 지지체 고정돌기(93) 대신에 지지체 수용돌기(96)의 외측면에 압착홈(99a)을 구비한 구조로서, 막대형상의 몸체(95a)를 가지며 몸체(95a)의 일측에 지지체(11,11a)를 각각 수용하기 위한 세 개의 돌출된 지지체 수용돌기(96)가 간격을 두고 형성되며, 지지체 수용돌기(96) 사이에는 두 개의 지지체(11,11a)를 각각 수용하기 위한 제1지지체 수용홈(97)과 제2지지체 수용홈(98)이 형성된다. 또한, 지지체 수용돌기(96)의 양측면의 하측에는 압착홈(99a)이 길이방향을 따라 형성되어 있어, 제1 및 제2 지지체 수용홈(97,98)에 지지체(11,11a)를 삽입한 후 압착홈(99a)을 압착하여 지지체(11,11a)가 이탈되는 것을 방지한다.
제4 및 제5조립부재(90,95)는 지지체(11,11a)의 상하에서 조립되어 한 쌍으로 체결되기 위한 상부 몸체 피스와 하부 몸체 피스로 이루어진 것이나 도 9 및 도 10에서는 상부 몸체 피스만을 도시하여 설명하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 촉매 담체는 제1 내지 제5조립부재(60,70,80,90,95)를 사용하여 다수의 단위 촉매 담체 블록을 조립하여 쉽게 대형화할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 대형 음식물 처리장치의 냄새를 제거하는 데 사용되는 경우 히터와 결합하여 대용량의 촉매 컨버터를 구성하거나 또는 히터와 조합되거나 촉매 담체만으로 대형 선박이나 플랜트물에 배기가스를 정화하는 용도로 활용이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록에 대한 정면도, 도 12는 도 11의 단위 촉매 담체 블록을 제조하는 공정을 나타낸 공정도, 도 13은 도 11의 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 조립된 대용량 촉매 담체를 나타내는 사시도이다.
단위 촉매 담체 블록(100)은 전체적으로 사각형 구조로 이루어지며, 파판(112)과 평판(113)에 의해 형성된 사각형 셀형성체(117)는 다수의 중공형 셀(114)이 파형 또는 반원형으로 이루어져 있으며, 전술한 도 3과 유사한 구조로 이루어지므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 대용량 촉매 담체(120)는, 도 13에 도시된 바와 같이 사각 형상의 다수의 단위 촉매 담체 블록(100~100h)이 사각 형상으로 적층 조립되어 구성된다. 이하, 대용량 촉매 담체(120)에 사용되는 단위 촉매 담체 블록(100~100h)에 대해 설명한다. 여기서는 대표적으로 도 11의 단위 촉매 담체 블록(100)에 대해서만 설명한다.
도 11을 참고하면, 단위 촉매 담체 블록(100)은 사각형의 지지체(111)와, 사각형의 지지체(111) 내부에 파판(112)과 평판(113)이 서로 접한 파판/평판 조립체(116)를 권선하여 다수의 중공형 셀(114)을 형성하는 사각형의 셀형성체(117)를 포함한다.
이때, 파판(112)과 평판(113)의 표면에는 촉매층이 코팅되어 유입된 배기가스가 정화되거나 냄새가 제거된다. 이때, 단위 촉매 담체 블록(100)의 셀형성체(117)는 평판(113)과, 평판(113)에 코로게이션(corrugation) 처리된 파판(112)의 파판/평판 조립체(116)를 권선해 지지체(111)에 스파이럴(spiral) 형태로 지지체(111)의 네 변에 접하도록 삽입된 단면이 원형인 중심부(A), 중심부(A)의 곡면을 따라 평판(113)에 코로게이션 처리된 파판(112)이 교대로 지지체(111)의 네 모서리에 삽입된 모서리부(B1~B4)로 구분된다.
이러한 중심부(A)는 도 11과 같이 원형으로 계속 권선하는 방식, 임의의 다각형으로 권선하여 지지체(111)의 외부로 갈수록 원형으로 성형하는 방식 등으로 제작될 수 있다. 이때, 중심부(A)는 파판(112)과 평판(113)은 서로 이탈되는 것을 방지하기 위해, 파판(112)과 평판(113)이 접촉하는 부분을 용접하여 원형으로 권선할 수 있다. 아울러, 모서리부(B1~B4)는 사각형 지지체(111)의 모서리 부분에 파판(112)과 평판(113)이 조립딘 세그먼트 형태로 다수의 파판/평판 조립체(116)를 각각 삽입한다.
셀형성체(117)를 구성하는 파판/평판 조립체(116)는 제1 실시예와 동일한 재료와 셀 형상을 가지는 것을 사용한다.
단위 촉매 담체 블록(100)은 촉매금속의 종류에 따라 예를 들어, 200~600℃로 촉매 활성온도가 설정된다. 이 경우 단위 촉매 담체 블록(100)은 파판(12)과 평판(113)에 의해 다수의 중공형 셀(114)이 길이방향으로 형성되며, 그의 중앙부에는 예를 들면, 히터(미도시)의 연장부가 삽입되는 관통구멍(115)을 형성하거나 생략할 수 있다. 다만, 히터는 초기 동작시에 배기가스의 온도가 낮은 경우 촉매금속의 활성 온도 환경을 형성하기 위해 필요하며, 그에 따라 대용량 촉매 컨버터에 설치되는 경우에 대해 후술할 도 18 및 도 19를 통해 설명하기로 한다.
한편, 모서리부(B1~B4)는 지지체(111)의 모서리 부분에 세그먼트 형태의 파판(112)과 평판(113)을 각각 삽입하여 형성하는 대신에, 도 12와 같이 별도로 소정의 공정을 통해 모서리 부분 형상으로 제작하여 삽입할 수도 있다.
도 12를 참조하면, (a) 및 (b) 단계에서는 파판/평판 조립체(116)를 환원형으로 권선한 환원 권선체(131)에 대해 지지체(111)의 모서리 부분에 유사한 형태인 삼각형 모듈(132)로 변형하기 위해 3 방향에서 인력을 적용한다. 이때, 삼각형 모듈(132)은 지지체(111)의 꼭지점 부분에 삽입되기에 용이하도록 직각 삼각형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이후, (c) 및 (d) 단계에서는 삼각형 모듈(132)를 지그(134a,134b)에 배치하여, 중심부(A)의 곡률을 따라 삼각형 모듈(132)의 직각에 마주보는 대변을 변형하여 모서리부(B)를 형성한다. 여기서는 설명의 편의상 모서리부(B1~B4)를 통칭하여 모서리부(B)라 한다. 한편, (e) 단계에서는 중심부(A)를 형성한 후 지지체(111)에 삽입한 것을 나타내고, (f) 단계에서는 지지체(111)의 모서리 부분에 모서리부(B1~B4)를 각각 삽입함으로써, 사각형의 단위 촉매 담체 블록(100)을 형성한다.
전술한 사각형의 단위 촉매 담체 블록(100)을 조립하여 대용량 촉매 담체(120)를 성형한 바람직한 일예를 도 13에 도시한다. 도 13를 참고하면, 대용량 촉매 담체(120)는 다수의 단위 촉매 담체 블록(100~100h)를 서로 조립하여 성형한다. 각각의 단위 촉매 담체 블록(100~100h)은 사각면이 서로 밀착 조립되어 적층된다. 이때, 단위 촉매 담체 블록(100~100h)의 조립은 후술할 도 17과 같이 이루어지며, 그에 대한 자세한 설명은 도 17에서 후술한다. 아울러, 단위 촉매 담체 블록(100~100h)의 조립은 전술한 도 6 내지 도 10의 제1 내지 제5조립부재(60,70,80,90,95)를 적용한 방식을 적용할 수 있으며, 그에 대한 자세한 설명은 전술한 도 6 내지 도 10에 의해 당업자라면 쉽게 이해할 수 있으므로 생략하기로 한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도, 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도, 도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 나타내는 정면도이다.
도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 제3 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(200,300,400)의 각각의 셀형성체(217,317,417)는, 사각형의 지지체(211,311,411) 내부에 파판/평판 조립체(216,316,416)가 다양한 공정으로 처리되어 삽입된다. 이때, 파판(212,312,412)과 평판(213,313,413)이 서로 접하여 다수의 중공형 셀(214,314,414)이 형성된다.
구체적으로, 제3 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(200)의 셀형성체(217)는 파판/평판 조립체(216)가 직각으로 구부려지며 스파이럴 형태로 권선되어 사각형의 지지체(211)에 삽입된다(도 14 참조). 또한, 제4 실시예에 따른 단위 촉매 담체블록(300)의 셀형성체(317)는 사각형의 지지체(311)의 한 변 길이에 해당되는 파판/평판 조립체(316)가 순차적으로 적층되어 사각형의 지지체(311)에 삽입된다(도 15 참조). 또한, 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(400)의 셀형성체(417)는, 임의의 기울기를 갖도록 파판/평판 조립체(416)가 순차적으로 적층되어 사각형의 지지체(411)에 삽입된다.
제3 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(200~400)은 도 13에 도시된 제2 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(100)과 같이 서로 조립하여 대용량 촉매 담체를 성형할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 제2 실시에에 따른 단위 촉매 담체 블록(100~100h)의 조립과 같이 후술할 도 17와 같이 이루어지며, 도 17을 참조하기로 한다.
도 17은 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록을 이용하여 대용량 촉매 담체를 조립하는 방법을 나타내는 사시도이다. 여기서는 설명의 편의상 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(100~400)을 통칭하여 단위 촉매 담체 블록(500)이라 하고, 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(100~400)의 지지체(111~411)를 통칭하여 지지체(511a)이라 하며, 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(100~400)의 지지체(111~411)에 삽입되는 셀형성체(511b)라 한다.
지지체(511a)는 상하 개방형의 사각 형상으로 이루어지며, 각 면의 상단과 하단에 다수의 볼트 조립홀(512)을 형성한다. 이때, 지지체(511a)의 높이(h2)는 셀형성체(511b)의 높이(h1) 보다 높게 제작되어, 지지체(511a)는 셀형성체(511b)을 수용하더라도 볼트 조립홀(512)을 통해 인접 지지체와의 볼트 조립(513)이 가능하다. 일례로, 지지체(511a)는 가로×세로×높이(h2)가 324㎜×324㎜×380㎜의 크기를 가지며, 셀형성체(511b)는 가로×세로×높이(h1)가 320㎜×320㎜×280㎜의 크기를 갖는다.
한편, 대용량 촉매 담체(520)는 다수의 단위 촉매 담체 블록(500~500h) 각각의 사각면을 밀착시켜 볼트 조립홀(512)을 통한 볼트 결합으로 형성된다. 부가적으로, 대용량 촉매 담체(520)는 상하부의 최외각 테두리를 따라 케이스(530)로 실링하여 내구성 및 조립성을 높일 수도 있다.
이러한 대용량 촉매 담체(520)는 다수의 단위 촉매 담체 블록(500~500h) 각각의 사각면을 밀착시켜 조립하므로, 셀형성체(511b)의 fill factor를 최대로 설정할 수 있으며 전체적인 형태 변형을 최소화하고, 다수의 단위 촉매 담체 블록(500~500h) 각각의 사각면을 통해 하중을 아래로 분산하므로 안전적으로 형태를 유지하며, 설치시 사각형의 정형화된 형태로 인해 최적으로 분산 배치할 수 있다.
한편, 도 17에 도시된 제2 내지 제5 실시예의 단위 촉매 담체 블록(500~500h)에 대한 지지체(111~411)의 볼트 조립 구조는, 제1 실시예의 지지체(11,11a)의 조립에도 적용할 수 있다. 또한, 이와 반대로 제1 실시예의 제1 내지 제5조립부재(60,70,80,90,95)는 제2 내지 제5 실시예의 단위 촉매 담체 블록(500~500h)에 대한 지지체(111~411)에도 적용할 수도 있다.
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촉매 컨버터의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(10)은 도 18의 단위 촉매 담체 블록(600a)에 대응하고, 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(100~400)은 도 18의 단위 촉매 블록(600b)에 대응한다. 다만, 설명의 편의상 도 18의 단위 촉매 블록(600b)는 제4 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(300)을 나타내었으나, 이에 한정되지 않음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 18의 단위 촉매 담체 블록(600a,600b)은 전술한 바와 같이 대용량 촉매 담체(610,620)를 성형할 때 히터(612)를 함께 결합하여 촉매 컨버터를 구성할 수 있다.
도 18의 제1 실시예에 따른 촉매 컨버터는, 대용량 촉매 담체를 구성할 때 다수의 단위 촉매 담체 블록(600a,600b)의 지지체(611)에 히터(612)를 장착하여 구성한다. 즉, 제1 실시예에 따른 촉매 컨버터는 지지체(611)와 히터(612)를 일체화시킨 구조(Elected Heated Catalytic converter: EHC)를 형성한다. 이러한 히터(612)는 필라멘트 또는 면상 히터로서, 전면 및 배면에 절연재(613)가 커버되어 보호되고, 절연재(613)는 선택적으로 전면 및 배면에 상부 및 하부 커버(614)를 적용할 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 촉매 컨버터를 나타내는 개략 구성도이다.
여기서, 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 단위 촉매 담체 블록(10,100,200,300,400)은 전술한 바와 같이 서로 조립하여 도 19의 대용량 촉매 담체(700)를 구성한다. 이때, 도 19의 대용량 촉매 담체(700)는 흡입구(711) 측에 히터(710)를 이격 배치하여 촉매 컨버터를 구성한다. 여기서, 흡입구(711)를 통해 인입된 배기 가스는 히터(710)를 통해 가열된 후, 대용량 촉매 담체(700)를 통해 정화되고 배기구(712)를 통해 배출된다.
도 18 및 도 19와 같이 촉매 컨버터는 선택적으로 히터(612,710)를 배치하여, 배기가스의 온도가 촉매 활성 온도보다 낮은 경우에, 대용량 촉매 담체(610,620,700)에서의 반응에 추가적인 열원이 필요한 초기 반응을 위해 미리 예열시켜 대용량 촉매 담체(610,620,700)의 반응 환경을 형성한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 대형 선박, 플랜트물 또는 대용량 음식물 처리장치 등에 사용되는 대용량 컨버터의 촉매 담체에 적용할 수 있다.

Claims (19)

  1. 표면에 촉매가 코팅된 다수의 중공형 셀이 길이방향으로 형성된 셀형성체가 다각형 지지체에 수용되어 적층되는 다수의 단위 촉매 담체 블록; 및
    상기 적층된 단위 촉매 담체 블록 사이에 상호 접촉되는 인접된 한 쌍의 지지체를 고정시키기 위한 다수의 조립부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는,
    T자 형상으로 이루어지고 단부 양측에 각각 한 쌍의 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용 돌기가 연장 형성된 상부 몸체 피스;
    T자 형상으로 이루어지고 단부 양측에 각각 한 쌍의 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용 돌기가 연장 형성된 하부 몸체 피스; 및
    상기 상부 및 하부 몸체 피스를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는,
    상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 상부 몸체 피스;
    상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 하부 몸체 피스; 및
    상기 지지체를 고정하도록 상기 각 몸체 피스의 폭 방향을 따라 형성된 다수의 밀핀 수용홈에 체결되는 다수의 밀핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는,
    상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 내부면에 렌싱(lancing)을 주어 지지체 수용홈 쪽으로 경사지게 배치된 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 상부 몸체 피스; 및
    상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 내부면에 렌싱(lancing)을 주어 지지체 수용홈 쪽으로 경사지게 배치된 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되는 하부 몸체 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는,
    상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 내주면에 돌출 형성되어 지지체와 압착결합되는 다수쌍의 지지체 고정돌기를 구비하는 상부 몸체 피스; 및
    상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 내주면에 돌출 형성되어 지지체와 압착결합되는 다수쌍의 지지체 고정돌기를 구비하는 하부 몸체 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는
    상기 지지체의 일측이 수용되는 제1 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 각각의 외주면에 길이방향을 따라 압착홈을 구비하는 상부 몸체 피스; 및
    상기 지지체의 타측이 수용되는 제2 지지체 수용홈을 형성하도록 한 쌍의 지지체 수용돌기가 단부 양측에 각각 연장 형성되며 상기 지지체 수용돌기의 각각의 외주면에 길이방향을 따라 압착홈을 구비하는 하부 몸체 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 조립부재는, 인접한 지지체의 볼트 결합홀에 체결되는 볼트/너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는,
    평판과 상기 평판에 코로게이션(corrugation) 처리된 파판을 조립한 파판/평판 조립체를 원형으로 권선한 중심부; 및
    상기 중심부의 외주면과 상기 다각형 지지체의 각 모서리 사이에 삽입되는 다수의 모서리부;
    를 포함하는 대용량 촉매 담체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 모서리부는, 상기 파판/평판 조립체를 권선한 환원 권선체를 성형하여 형성하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 상기 파판/평판 조립체를 상기 다각형 지지체의 형상으로 권선하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 상기 다각형 지지체의 한변 길이에 해당하는 세그먼트 타입의 상기 파판/평판 조립체를 적층하여 상기 다각형 지지체에 삽입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀형성체는, 세그먼트 타입의 상기 파판/평판 조립체를 임의의 기울기를 갖도록 교대로 적층하고 상기 사각형 지지체에 삽입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 셀형성체 및 다각형 지지체는 각각 육각형, 사각형, 삼각형 및 오각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 촉매 담체 블록의 상기 셀성형체는 FeCrAl계 내열성 합금박판에 촉매금속으로서, 백금, 코발트, 니켈, 팔라듐, 구리, 망간 및 나노 실버로 이루어지는 군에서 선택된 1이상의 금속이 코팅된 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 다수개의 중공형 셀은 파형, 반구형, 허니콤, 삼각형, 및 사각형으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대용량 촉매 담체.
  16. 표면에 촉매가 코팅된 다수의 중공형 셀이 길이방향으로 형성된 셀형성체가 다각형 지지체에 수용되어 적층되는 다수의 단위 촉매 담체 블록과, 상기 적층된 단위 촉매 담체 블록 사이에 상호 접촉되는 인접된 한 쌍의 지지체를 고정시켜 상기 다수의 단위 촉매 담체 블록을 일체화하기 위한 다수의 조립부재를 포함하는 대용량 촉매 담체; 및 히터;를 포함하는 촉매 컨버터.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 대용량 촉매 담체는, 상기 다수의 단위 촉매 담체 블록 각각의 지지체 사이에 상기 히터를 배치하여 함께 조립함으로써 일체화하는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 히터는, 면상 히터로 이루어지며, 전면 및 배면을 절연재로 커버하는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 히터는, 상기 대용량 촉매 담체의 흡기구 측에 배치되어 상기 흡기구로부터 배기가스가 인입되기 전에 미리 예열되는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터.
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