KR101899545B1

KR101899545B1 - 구조체 촉매 제조 장치

Info

Publication number: KR101899545B1
Application number: KR1020170102459A
Authority: KR
Inventors: 엄성현; 서민혜; 김승연
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2018-09-17
Anticipated expiration: 2037-08-11

Abstract

구조체 촉매 제조 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간의 내부에 대상 구조체가 수용되는 코팅 반응기; 상기 코팅 반응기에 기 설정된 온도의 가열 공기를 공급하는 예열 유닛; 상기 가열 공기를 상기 코팅 반응기에 공급하기 위해 상기 코팅 반응기와 상기 예열 유닛을 연결하는 공급 라인; 상기 대상 구조체에 코팅될 금속 전구체를 가열하고 상기 공급 라인을 통해 상기 금속 전구체를 상기 코팅 반응기에 공급하는 전구체 공급 유닛; 및 상기 코팅 반응기에서 배출되는 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기를 상기 예열 유닛으로 순환시키는 반송 라인을 포함하며, 가열된 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기가 혼합된 혼합체가 상기 코팅 반응기에 공급되어 상기 대상 구조체의 내부 및 외부에 상기 금속 전구체가 코팅됨으로써 촉매가 만들어지는 구조체 촉매 제조 장치가 제공될 수 있다.

Description

구조체 촉매 제조 장치{APPARATUS FOR MANAFACTURING OF STRUCTURED CATALYST}

본 발명은 구조체 촉매 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기공 밀도(cpsi)가 큰 대용량 허니컴 구조체의 내부 및 외부에 금속 전구체를 균일하고 안정적으로 코팅할 수 있는 구조체 촉매 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 허니컴(honeycomb) 구조를 갖는 구조체의 코팅 촉매(이하, "허니컴 구조체 촉매"라 한다)는 자동차뿐만 아니라 산업용 배기가스의 처리, 화학 제품의 제조 공정 등에 사용되는데, 허니컴 구조체 촉매는 주로 습식법을 이용하여 제조한다.

촉매 제조 방식으로서 습식법은 구조체의 표면에 제올라이트나 알루미나를 코팅하여 다공성 지지 가이드 표면을 만든 후 그 위에 금속을 코팅하거나 분말 촉매를 제조한 후 액상 촉매 슬러리를 제조 또는 금속 전구체를 액상으로 제조하여 코팅하는 함침법이 적용되고 있다.

그러나, 습식법으로 제조되는 허니컴 구조체 촉매의 경우 낮은 촉매 담지량으로 인해 담지 횟수가 증가되며, 함침-건조 공정의 반복 적용으로 다단계의 공정이 필요하고, 폐액 처리 등의 2차 문제가 야기될 수 있다.

습식법에 의한 촉매 제조는 활성 물질의 분산성 제어가 어려우며 불균일한 코팅 박막은 열변형에 취약하여 일정시간 고온에서 운전될 경우 박리 현상이 발생되는 문제점이 있다.

즉, 허니컴 구조체에서 허니컴의 기공 밀도(cpsi)가 증가되면 단위 체적당 구조체의 단면적 증가로 촉매의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 습식법의 경우 400 cpsi 이상으로 기공밀도가 증가될 경우 허니컴 구조체의 좁은 채널 통로와 깊이 때문에 코팅 전구체의 균일한 코팅이 어렵고, 결국 이는 구조체 표면에 불균일한 박막을 형성하여 열변형에 취약하며 나중에 박리 현상이 발생될 수 있는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1738610호(2017. 05. 16. 등록)

본 발명의 실시예는 대용량의 기공 밀도를 갖는 허니컴 구조체에 금속 전구체를 균일하고 안정적으로 코팅할 수 있는 구조체 촉매 제조 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간의 내부에 대상 구조체가 수용되는 코팅 반응기; 상기 코팅 반응기에 기 설정된 온도의 가열 공기를 공급하는 예열 유닛; 상기 가열 공기를 상기 코팅 반응기에 공급하기 위해 상기 코팅 반응기와 상기 예열 유닛을 연결하는 공급 라인; 상기 대상 구조체에 코팅될 금속 전구체를 가열하고 상기 공급 라인을 통해 상기 금속 전구체를 상기 코팅 반응기에 공급하는 전구체 공급 유닛; 상기 코팅 반응기에서 배출되는 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기를 상기 예열 유닛으로 순환시키는 반송 라인;을 포함하며, 가열된 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기가 혼합된 혼합체가 상기 코팅 반응기에 공급되어 상기 대상 구조체의 내부 및 외부에 상기 금속 전구체가 코팅됨으로써 촉매가 만들어지는 구조체 촉매 제조 장치가 제공될 수 있다.

여기서 상기 대상 구조체는, 원통형으로 이루어진 몸체부; 및 상기 몸체부의 내부에 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 메쉬가 제공되는 허니컴부를 포함할 수 있다.

또한 상기 대상 구조체는, 세라믹 재질 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

또한 상기 코팅 반응기는 상기 대상 구조체를 상기 코팅 반응기 내부면에서 이격되게 지지하며, 상기 대상 구조체의 일측면을 감싸도록 상기 대상 구조체보다 큰 직경으로 이루어지는 지지 가이드를 포함할 수 있다.

또한 상기 예열 유닛은, 일측으로 공기가 흡입되고 타측으로 상기 공기가 배출되는 단열 챔버; 상기 단열 챔버에 설치되며, 상기 공기를 가열하여 상기 가열 공기를 생성하는 히터부; 및 상기 히터부의 온도를 제어하여 상기 가열 공기를 기 설정된 온도로 조절하는 예열 제어부를 포함할 수 있다.

또한 상기 전구체 공급 유닛은, 상기 금속 전구체를 수용하며, 수용된 상기 금속 전구체를 가열하는 히터 챔버; 및 상기 히터 챔버의 온도를 제어하는 전구체 제어부를 포함할 수 있다.

또한 상기 전구체 공급 유닛과 상기 공급 라인 사이에는 상기 금속 전구체의 유동을 제어하는 제1 밸브가 설치될 수 있다.

또한 상기 반송 라인에는, 상기 코팅 반응기에서 배출되는 상기 혼합체를 상기 예열 유닛으로 순환시키기 위한 순환 펌프가 설치될 수 있다.

또한 상기 반송 라인에는, 상기 코팅 반응기에서 배출되어 상기 예열 유닛으로 순환되는 상기 혼합체의 유동을 제어하는 제2 밸브가 설치될 수 있다.

또한 상기 코팅 반응기에는 상기 혼합체를 상기 코팅 반응기의 외부로 배출하는 제3 밸브가 설치될 수 있다.

또한 상기 예열 유닛은 상기 가열 공기의 온도를 200 ~ 350 ℃로 가열하여 공급할 수 있다.

또한 상기 전구체 공급 유닛은, 상기 금속 전구체의 온도를 200 ~ 350℃로 가열하여 공급할 수 있다.

또한 상기 금속 전구체는 Ni, Fe, Co, Ru, Mn 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 기공 밀도가 큰 대용량의 허니컴 구조체를 건식 코팅 방법으로 간편하고 균일하게 코팅하여 구조체 촉매를 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에 의하면 대용량, 대면적의 허니컴 형태의 구조체 촉매를 대량으로 제조할 수 있고 비표면적이 낮은 세라믹, 금속 재질의 구조체를 대상 구조체로 활용할 수 있으며, 종래 습식 코팅이 용이하지 않은 높은 기공 밀도의 허니컴 형태의 구조체의 경우에도 허니컴의 채널 내부까지 균일한 코팅이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체 촉매 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체 촉매 제조 장치에 사용되는 대상 구조체를 개략적으로 나타낸 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체 촉매 제조 장치(10)는 코팅 반응기(100), 예열 유닛(200), 공급 라인(300), 전구체 공급 유닛(400) 및 반송 라인(500)을 포함할 수 있다.

코팅 반응기(100)는 코팅 반응기(100)의 전체적인 외관을 이루며 그 내부에 가열 공기와 금속 전구체 및 타 구성들을 수용할 수 있도록 소정의 공간이 확보된 코팅 챔버(110)를 포함할 수 있다.

코팅 챔버(110)는 내부에 수용된 가열 공기와 금속 전구체가 외부로 누출되지 않도록 밀폐 공간으로 제공되며, 이 밀폐 공간의 내부에는 금속 전구체가 코팅되어 촉매로 만들어지기 위한 대상 구조체(20)가 설치될 수 있다.

대상 구조체(20)는 세라믹 소재 또는 금속 소재로 이루어질 수 있다. 대상 구조체(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 내부에 소정의 기공 밀도(cpsi; cells per square inch)를 갖는 메쉬가 제공되는 허니컴 구조체일 수 있다.

참고로, 허니컴 구조를 갖는 대상 구조체(20)의 기공 밀도가 400 cpsi 이상이 되는 경우, 대상 구조체(20)의 체눈(채널)은 좁고 그 체눈의 깊이는 깊기 때문에 종래의 일반적인 습식법으로 금속 전구체를 대상 구조체(20)에 코팅하게 되면 대상 구조체(20)가 균일하게 코팅되지 않는바, 본 발명의 일 실시예는 기공 밀도가 큰 허니컴 형태의 대상 구조체(20)에 보다 안정적이고 균일하게 금속 전구체를 코팅할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

구체적으로, 대상 구조체(20)는 몸체부(21)와 허니컴부((22)를 포함할 수 있다.

몸체부(21)는 속이 비어 있는 중공의 원통형으로 이루어질 수 있으며, 허니컴부((22)는 몸체부(21)의 내부에 몸체부(21)의 길이 방향을 따라 메쉬가 제공되는바, 이에 따라 메쉬의 체눈에 의해 형성되는 통로가 몸체부(21)의 길이 방향으로 생성되어 유로(채널이라고도 한다)를 형성할 수 있다.

허니컴부((22)는 몸체부(21)의 단위 체적당 단면적을 증가시킬 수 있기 때문에 동일한 체적을 갖는 다른 구조체와 비교할 때 촉매의 성능을 향상시킬 수 있다.

대상 구조체(20)의 허니컴부((22)는 100, 150, 200, 250, 300, 400, 600 cpsi 크기로 제공될 수 있는데, 본 실시예에 의하면 허니컴부((22)의 체눈(채널)의 단면적이 1 mm2이하이고 기공 밀도가 높은 400 cpsi 이상의 구조체에서도 균일한 코팅이 가능하다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 코팅 반응기(100)는 대상 구조체(20)를 코팅 반응기(100) 내부에서 안정적으로 지지하는 지지 가이드(120)를 포함할 수 있다.

지지 가이드(120)는 대상 구조체(20)를 코팅 반응기(100)의 내부면으로부터 이격되게 지지하여 가열 공기(A) 및 금속 전구체(P)가 혼합된 물질(이하, "혼합체(M)"라 한다)이 대상 구조체(20)에 전체적으로 균일하게 공급되도록 한다.

또한, 지지 가이드(120)는 코팅 반응기(100)의 외부에서 공급된 상기 혼합체(M)가 대상 구조체(20)의 내부 및 외부에 균일하게 공급되도록 혼합체(M)를 안내할 수 있다. 따라서 지지 가이드(120)는 대상 구조체(20)보다 큰 직경으로 이루어질 수 있으며 대상 구조체(20)의 적어도 일측면을 감싸는 구조로 제공될 수 있다.

여기서 지지 가이드(120)가 대상 구조체(20)의 하부에 배치되는 경우, 지지 가이드(120)의 하부에서 유입된 혼합체(M)는 상 방향으로 이동하면서 상부에 있는 대상 구조체(20)에 공급될 수 있는바, 이에 따라 지지 가이드(120)는 하부가 좁고 상부가 대상 구조체(20)의 하부면을 감쌀 정도로 넓은 상광하협 구조를 이룰 수 있다.

한편, 예열 유닛(200)은 코팅 반응기(100)에 기 설정된 온도의 가열 공기(A)를 공급하기 위한 구성이다.

예열 유닛(200)은 코팅 반응기(100)에 수용되어 있는 대상 구조체(20)의 자체 온도를 충분히 상승시켜 균일한 코팅이 가능하도록 하는 구성으로서, 크게 단열 챔버(210)와 히터부(220) 및 예열 제어부(230)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 단열 챔버(210)는 내부에 밀폐 공간이 형성되는 요소로서, 단열 챔버(210)의 일측으로 공기가 흡입되고 타측으로 그 공기가 배출되는 구조를 가질 수 있다.

히터부(220)는 단열 챔버(210)에 설치되는 것으로, 단열 챔버(210)에 흡입된 공기를 가열하여 가열 공기(A)를 생성할 수 있다. 히터부(220)에 의해 생성된 가열 공기(A)는 단열 챔버(210)의 타측으로 배출될 수 있다. 히터부(220)는 1개가 설치될 수 있으며, 필요에 따라 2개 이상의 복수개가 설치될 수도 있다. 이때 가열 공기(A)에는 수증기가 포함되어 있을 수 있다.

예열 제어부(230)는 히터부(220)의 온도를 제어하여 단열 챔버(210)에서 배출되는 가열 공기(A)를 기 설정된 온도로 조절할 수 있다. 여기서, 히터부(220) 및 예열 제어부(230)를 통해 공기를 가열하고 공기의 온도를 제어하는 것을 일반적으로 널리 알려진 공지 기술에 해당하기 때문에 자세한 설명은 생략한다.

여기서 상기한 예열 유닛(200)은 히터부(220)와 예열 제어부(230)에 의해 가열 공기(A)를 200 ~ 350 ℃로 가열하여 공급할 수 있다.

한편, 공급 라인(300)은 예열 유닛(200)에서 생성된 가열 공기(A)를 코팅 반응기(100)에 공급하기 위한 것으로서, 공급 라인(300)은 코팅 반응기(100)와 예열 유닛(200)을 서로 연결할 수 있다.

이때 공급 라인(300)은 가열 공기(A)가 이동할 수 있도록 유로가 형성되는 호스 또는 파이프로 이루어질 수 있다.

또한, 전구체 공급 유닛(400)은 대상 구조체(20)에 코팅될 금속 전구체(P)를 가열하고, 가열된 금속 전구체(P)를 공급 라인(300)을 통해 코팅 반응기(100)에 공급할 수 있다.

전구체 공급 유닛(400)은, 히터 챔버(410)와 전구체 제어부(420)를 포함할 수 있다.

히터 챔버(410)는 소정의 금속 전구체(P)를 수용할 수 있도록 저장 용기 형태로 제공될 수 있으며, 내부에 수용된 금속 전구체(P)를 가열하여 금속 전구체(P)의 온도를 상승시킬 수 있다.

또한, 전구체 제어부(420)는 히터 챔버(410)의 온도를 제어하여 금속 전구체(P)의 온도를 기 설정 온도로 조절할 수 있는데, 전구체 공급 유닛(400)은 금속 전구체(P)의 온도를 가열 공기(A)의 온도와 동일한 200 ~ 350℃로 가열하여 공급할 수 있다.

여기서 금속 전구체(P)는 Ni, Fe, Co, Ru, Mn 등을 촉매 코팅용 전구체로 사용할 수 있는데, 상기한 바와 같은 금속 전구체(P)가 수용된 히터 챔버(410)의 온도가 상승되면 대략 100℃ 이하에서 각 금속 전구체(P)는 승화되고, 승화된 각 금속 기체는 200 ~ 350℃의 온도가 되면 전구체 공급 유닛(400)에서 배출되어 가열 공기(A)와 혼합된 혼합체(M) 형태로 코팅 반응기(100)에 공급될 수 있다. 참고로, 금속 전구체(P)는 유기금속 화합물이기 때문에 100℃ 이하의 온도에서도 승화될 수 있음은 공지의 사실이다.

코팅 반응기(100)에 공급된 혼합체(M)는 대상 구조체(20)의 내부 및 외부를 통과하게 되는데, 이때 200 ~ 350 ℃의 고온의 기체 상태인 금속 전구체(P)가 코팅 반응기(100) 내부에 존재하는 가열 공기(A) 및 수분(수증기)과 반응하여 대상 구조체(20)에 금속 산화물 형태로 증착되어 코팅이 이루어지기 때문에 대상 구조체(20)에 금속 산화물의 코팅이 끝나면 이것은 촉매가 될 수 있다.

가열된 금속 전구체(P)는 공급 라인(300)을 통해 가열 공기(A)와 혼합된 후 코팅 반응기(100)에 공급되는데, 금속 전구체(P)와 가열 공기(A)가 동시에 코팅 반응기(100)에 공급되는 것은 아니고, 일단 대상 구조체(20)의 전체 온도를 균일하게 상승시키기 위해 금속 전구체(P)가 공급되기 전에 가열 공기(A)가 먼저 코팅 반응기(100)에 공급되어 대상 구조체(20)의 온도를 충분히 높인다.

대상 구조체(20)의 온도가 어느 정도 상승되면 그 다음 금속 전구체(P)를 공급 라인(300)에 공급하여 가열 공기(A)와 혼합되게 하고, 이렇게 혼합된 혼합체(M)를 코팅 반응기(100)에 공급하여 대상 구조체(20)의 내부 및 외부를 금속 전구체(P)에 의한 화학 반응을 통해 생성된 금속 산화물로 증착시켜 대상 구조체(20)를 코팅한다.

이와 같이 금속 전구체(P)의 공급은 필요에 따라 적절하게 제어되어야 하는바, 이에 따라 전구체 공급 유닛(400)과 공급 라인(300) 사이에는 제1 밸브(610)가 설치될 수 있다.

제1 밸브(610)는 공급 라인(300)으로 투입되는 금속 전구체(P)의 유량을 제어할 수 있다. 따라서, 제1 밸브(610)가 개방되면 금속 전구체(P)가 공급 라인(300)으로 투입되며, 제1 밸브(610)의 개방량에 따라 금속 전구체(P)의 유량이 제어될 수 있다.

한편, 반송 라인(500)은 코팅 반응기(100)에서 반응하고 남은 혼합체(M)(가열 공기(A)와 금속 전구체(P))를 예열 유닛(200)으로 순환시키는 구성이다.

반송 라인(500)은 코팅 반응기(100)에서 배출되는 혼합체(M)를 예열 유닛(200)으로 보내어 예열 유닛(200)에서 다시 재가열하기 위한 것으로, 반송 라인(500)에는 혼합체(M)가 이동될 수 있는 유로가 형성되며 파이프 또는 호스로 이루어질 수 있다.

또한 반송 라인(500)에는 코팅 반응기(100)에서 배출되는 혼합체(M)를 예열 유닛(200)으로 강제 순환시키기 위한 순환 펌프(510)가 설치될 수 있다.

한편, 반송 라인(500)에는 코팅 반응기(100)에서 배출되어 예열 유닛(200)으로 순환되는 혼합체(M)의 유동을 제어하기 위한 제2 밸브(620)가 설치될 수 있다.

제2 밸브(620)가 개방되면 혼합체(M)가 예열 유닛(200)으로 보내지며, 제2 밸브(620)의 개방량에 따라 혼합체(M)의 유량이 제어될 수 있다.

또한, 대상 구조체(20)에 금속 전구체(P)의 코팅이 종료되고 난 후 코팅 반응기(100)의 혼합체(M)를 코팅 반응기(100)의 외부로 배출하기 위하여 코팅 반응기(100)에는 제3 밸브(630)가 설치될 수 있다.

제3 밸브(630)는 금속 전구체(P)가 대상 구조체(20)에 코팅되는 동안에는 폐쇄되어 있다가 코팅 반응이 종료되면 개방되어 코팅 반응기(100) 내부의 혼합체(M)를 외부로 배출하게 된다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

먼저 코팅 반응기(100)에 수용되어 있는 대상 구조체(20)의 온도를 적절하게 상승시키기 위해 예열 유닛(200)이 작동하며, 예열 유닛(200)은 공기를 200 ~ 350 ℃로 가열한 가열 공기(A)를 코팅 반응기(100)에 공급할 수 있다.

가열 공기(A)가 코팅 반응기(100)에 공급되면 지지 가이드(120)를 통해 대상 구조체(20)의 내부(허니컴부) 및 외부(표면)에 가열 공기(A)가 균일하게 접촉하여 대상 구조체(20)의 온도를 전체적으로 균일하게 상승시킬 수 있다.

대상 구조체(20)의 온도가 적정 온도로 상승되면, 제1 밸브(610)를 개방하는데, 제1 밸브(610)가 개방되기 전까지 전구체 공급 유닛(400)은 금속 전구체(P)를 기 설정된 온도로 가열하여 금속 전구체(P)를 대략 100℃에서 1차 승화시키고 이렇게 승화된 금속 전구체(P)를 다시 200 ~ 350℃로 승온시킬 수 있다.

금속 전구체(P)가 기 설정 온도에 도달하면, 제1 밸브(610)를 개방하여 금속 전구체(P)를 공급 라인(300)으로 투입할 수 있는데, 공급 라인(300)으로 투입된 금속 전구체(P)는 공급 라인(300)의 내부를 흐르는 가열 공기(A)와 혼합되어 혼합체(M) 형태로 코팅 반응기(100)에 공급될 수 있다.

코팅 반응기(100)에 공급되는 혼합체(M)는 지지 가이드(120)를 통해 대상 구조체(20)로 안내되는바, 지지 가이드(120)는 혼합체(M)가 대상 구조체(20)의 내부 및 외부로 균일하게 공급되도록 안내하게 된다.

이때, 제2 밸브(620)는 폐쇄될 수 있으며, 제2 밸브(620)가 폐쇄된 상태에서 혼합체(M)는 대상 구조체(20)의 표면 및 내부에서 확산과 코팅 반응이 가능하도록 대략 13 ~ 17시간 동안 코팅될 수 있다.

만약, 혼합체(M)의 온도가 목적하는 온도에 도달하지 못하는 경우, 제2 밸브(620)는 개방될 수 있고, 이에 따라 혼합체(M)는 제2 밸브(620)를 통해 반송 라인(500)을 따라 예열 유닛(200)으로 순환되어 재 가열된 후 공급 라인(300)을 통해 코팅 반응기(100)에 재공급될 수 있다.

고온으로 승화된 금속 전구체(P)는 코팅 반응기(100) 내부에서 코팅 반응기(100) 내부에 존재하는 가열 공기(A) 및 수분과 반응하여 대상 구조체(20)의 표면 및 내부(허니컴부((22))에 금속 산화물 형태로 증착되어 대상 구조체(20)를 코팅할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 효과를 확인하기 위한 실험예에 대해 설명한다.

(그림 1)

	(a)	(b)	(c)
Ni 함량 (단위: wt%) ① 위치	0	2.9	3.7
Ni 함량 (단위: wt%) ② 위치	0	4.8	4.1

본 실험은 대상 구조체(20)의 기공 밀도가 600 cpsi인 코디어라이트 허니컴을 대상으로 하였고, 반응 온도 260℃에서 유기 금속화합물 형태의 전구체로 니켈(Ni)을 사용하였다.

위 '그림 1'에서 (a)는 코팅 전 허니컴 형태의 대상 구조체(20)의 단면 사진이며, (b)는 가열 공기(A)의 순환이 없는 상태에서 코팅된 대상 구조체(20)의 단면 사진이고, (c)는 가열 공기(A)의 순환 상태에서 균일한 온도로 코팅된 대상 구조체(20)의 단면 사진이다.

실험 결과, 위 '표 1'을 살펴보면 (b)의 경우 대상 구조체(20)의 외곽 표면을 중심으로 금속 전구체(P)가 중점적으로 코팅된 것을 알 수 있는바, 대상 구조체(20)의 내부에는 상대적으로 금속 전구체(P)가 덜 코팅되어 외곽 표면과 내부의 코팅 함량에 편차가 크게 발생하였는바, 이를 통해 코팅이 대상 구조체(20)에 균일하게 이루어지지 않았음을 알 수 있다.

반면, (c)의 경우, 대상 구조체(20)의 내부로 가열 공기(A)를 투과시켜 대상 구조체(20)를 전체적으로 균일하게 승온시킨 상태에서 금속 전구체(P)를 코팅하였는 바, 대상 구조체(20)의 외부와 내부(중심부)가 모두 균일한 코팅 특성이 보이고 있으며, 이에 따라 외부와 내부의 니켈 함량의 편차도 (b)의 경우보다 작은 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

10 : 구조체 촉매 제조 장치 20 : 대상 구조체
100 : 코팅 반응기 110 : 코팅 챔버
120 : 지지 가이드 200 : 예열 유닛
210 : 단열 챔버 220 : 히터부
230 : 예열 제어부 300 : 공급 라인
400 : 전구체 공급 유닛 410 : 히터 챔버
420 : 전구체 제어부 500 : 반송 라인
510 : 순환 펌프 610 : 제1 밸브
620 : 제2 밸브 630 : 제3 밸브
A : 가열 공기 P : 금속 전구체
M : 혼합체

Claims

밀폐 공간을 형성하며, 상기 밀폐 공간의 내부에 대상 구조체가 수용되는 코팅 반응기;
상기 코팅 반응기에 기 설정된 온도의 가열 공기를 공급하는 예열 유닛;
상기 가열 공기를 상기 코팅 반응기에 공급하기 위해 상기 코팅 반응기와 상기 예열 유닛을 연결하는 공급 라인;
상기 대상 구조체에 코팅될 금속 전구체를 가열하고, 상기 공급 라인을 통해 상기 금속 전구체를 상기 코팅 반응기에 공급하는 전구체 공급 유닛; 및
상기 코팅 반응기에서 배출되는 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기를 상기 예열 유닛으로 반송하는 반송 라인을 포함하며,
가열된 상기 금속 전구체와 상기 가열 공기가 혼합된 혼합체가 상기 공급 라인을 통해 상기 코팅 반응기에 공급되어 상기 대상 구조체의 내부 및 외부에 상기 금속 전구체가 코팅됨으로써 촉매가 만들어지는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 대상 구조체는,
원통형으로 이루어진 몸체부; 및
상기 몸체부의 내부에 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 메쉬가 제공되는 허니컴부를 포함하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제2 항에 있어서,
상기 대상 구조체는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 이루어지는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 코팅 반응기는 상기 대상 구조체를 상기 코팅 반응기 내부면에서 이격되게 지지하며, 상기 대상 구조체의 일측면을 감싸도록 상기 대상 구조체보다 큰 직경으로 이루어지는 지지 가이드를 포함하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 예열 유닛은,
일측으로 공기가 흡입되고 타측으로 상기 공기가 배출되는 단열 챔버;
상기 단열 챔버에 설치되며, 상기 공기를 가열하여 상기 가열 공기를 생성하는 히터부; 및
상기 히터부의 온도를 제어하여 상기 가열 공기를 기 설정된 온도로 조절하는 예열 제어부를 포함하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 전구체 공급 유닛은,
상기 금속 전구체를 수용하며, 수용된 상기 금속 전구체를 가열하는 히터 챔버; 및
상기 히터 챔버의 온도를 제어하는 전구체 제어부를 포함하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 반송 라인에는 상기 코팅 반응기에서 배출되는 상기 혼합체를 상기 예열 유닛으로 순환시키기 위한 순환 펌프가 설치된, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 전구체 공급 유닛과 상기 공급 라인 사이에 설치되고, 상기 금속 전구체의 유동을 제어하는 제1 밸브;
상기 반송 라인에 설치되고, 상기 코팅 반응기에서 배출되어 상기 예열 유닛으로 순환되는 상기 혼합체의 유동을 제어하는 제2 밸브; 및
상기 코팅 반응기에 설치되고, 상기 혼합체를 상기 코팅 반응기의 외부로 배출하는 제3 밸브를 더 포함하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 예열 유닛은 상기 가열 공기의 온도를 200 ~ 350 ℃로 가열하여 공급하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항 또는 제9 항에 있어서,
상기 전구체 공급 유닛은 상기 금속 전구체의 온도를 200 ~ 350℃로 가열하여 공급하는, 구조체 촉매 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 전구체 공급 유닛에 의해 공급되는 상기 금속 전구체는 Ni, Fe, Co, Ru, Mn 중 어느 하나인, 구조체 촉매 제조 장치.