(57)【要約】【課題】  本発明は、大容量排気ガス処理が要求される触媒反応器に適用できるように大容量構造に組み立て可能で、かつセル形成体を構成する平板と波板をブレージング接合せず積層してカン内部に固定させることによって、より低廉に製造できる大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを提供する。【解決手段】  前記触媒担体ブロックは、入口と出口を有する四角筒状からなるカンと、表面に触媒がコーティングされた波板および平板が交互に積層されて多数の中空型セルが形成され、前記カンに挿入されたセル形成体と、前記カンからセル形成体が離脱することを防止するために、カンの入口および出口に設けられた固定ユニットと、を含むことを特徴とする。【選択図】    図２
2019511953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と出口を有する四角筒状からなるカンと、
表面に触媒がコーティングされた波板および平板が交互に積層されて多数の中空型セルが形成され、前記カンに挿入されたセル形成体と、
前記カンから前記セル形成体が離脱することを防止するために前記カンの入口および出口に設けられた固定ユニットと、
を含む、触媒担体モジュール。
【請求項２】
前記固定ユニットは、前記カンの入口と出口に設けられて前記セル形成体が前記カンから離脱することを防止するための複数の固定バーを含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項３】
前記固定バーは、前記カンの両側面に締結部材を使用して固定する、請求項２に記載の触媒担体モジュール。
【請求項４】
前記固定バーは、前記カンにブレージング、ウェルディング、ソルダリング、拡散接合のうちの一つの方法で接合される、請求項２に記載の触媒担体モジュール。
【請求項５】
前記固定ユニットは、前記カンの入口と出口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１乃至第４固定部を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項６】
前記固定ユニットは、
前記カンの入口から両側面が延長された後、直角に曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、
前記カンの出口から両側面が延長された後、直角に曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第３および第４延長曲げ部と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項７】
前記固定ユニットは、
前記カンの側面に貫通して形成される固定スロットと、
前記固定スロットに嵌合して隣接して整列される第１カンと第２カンの間を固定すると同時に、前記第１カンと前記第２カンに挿入された前記セル形成体の離脱を防止するくさび部材と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項８】
前記固定ユニットは、
前記カンの入口または出口から両側面が延長された後、直角に曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、
前記カンの出口または入口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２固定部と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項９】
前記固定ユニットは、
前記カンの出口から両側面が延長された後、直角に曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、
前記カンの入口に設けられて前記セル形成体が前記カンから離脱することを防止するための第１および第２固定バーと、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１０】
前記固定ユニットは、
前記カンの入口または出口に設けられて前記セル形成体が前記カンから離脱することを防止するための第１および第２固定バーと、
前記カンの出口または入口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２固定部と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１１】
前記固定ユニットは、
前記カンの入口または出口から両側面が延長された後、直角に曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、
前記カンの出口または入口の側面に貫通して形成される固定スロットと、
前記固定スロットに嵌合して隣接して整列される第１カンと第２カンの間を固定すると同時に、前記第１カンと前記第２カンに挿入された前記セル形成体の離脱を防止するくさび部材と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１２】
前記固定ユニットは、
前記カンの入口または出口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられて前記セル形成体の離脱を防止する第１および第２固定部と、
前記カンの出口または入口の側面に貫通して形成される固定スロットと、
前記固定スロットに嵌合して隣接して整列される第１カンと第２カンの間を固定すると同時に、前記第１カンと前記第２カンに挿入された前記セル形成体の離脱を防止するくさび部材と、
を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１３】
前記固定ユニットは、前記カンの内面と前記セル形成体の間に挿入されて前記セル形成体を固定するスペーサ部材を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１４】
前記固定ユニットは、前記平板および波板の端部を前記カンの内面と溶接して固定する溶接部を含む、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１５】
前記カンの入口と出口にはそれぞれオーバーハング領域が備えられるように、前記セル形成体は前記カンの長さよりも短く設定され、
前記固定ユニットは前記オーバーハング領域に設けられる、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１６】
前記くさび部材は、第１カンと第２カンの側面が嵌合する嵌合溝部と、
前記嵌合溝部の一側から突出して前記第１カンに積層された平板と波板を固定する第１固定突起と、
前記嵌合溝部の他側から突出して前記第２カンに積層された平板と波板を固定する第２固定突起と、
を含む、請求項７に記載の触媒担体モジュール。
【請求項１７】
前記セル成形体の波板と平板は、金属薄板に白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、銀、コバルト、ニッケル、銅、マンガンおよびセリウムからなる群より選択された少なくとも一つの金属またはバナジア（Ｖ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タングステンのうちの一つの金属酸化物がコーティングされた、請求項１に記載の触媒担体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量触媒反応器用触媒担体モジュールに関し、より詳しくは、大容量構造に組み立てられ、かつセル形成体を構成する平板と波板をブレージング接合せずに固定させることによって、工程が簡単でかつ低廉に製造できる大容量触媒反応器用触媒担体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスに含まれている窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、炭化水素など公害物質は地球環境に大きな脅威となってきており、各国において有害排出ガスの規制を強化するかまたはこれを減らすための技術開発が加速されている。
【０００３】
排出量が最も多い自動車分野では、排気ガスが人間の生活する陸上の環境に直接的な影響を及ぼすため、規制要請が高く、処理技術も早くから進んできた。それに比べて、船舶の排気ガス規制は比較的最近に至り国際海事機関（ＩＭＯ）および先進国を中心として、実質的な対策作りが活発に進められている。
【０００４】
国際海事機関（ＩＭＯ）においては、１９７３年に船舶からの海洋汚染防止に関する国際協約として、国際海洋汚染防止協約（ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｓｈｉｐｓ：ＭＡＲＰＯＬ）を採択した。ここでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を２０１１年から始まった付属書ＩＩ（ＴｉｅｒＩＩ）では現行対比２０％を低減し、２０１６年から始まった付属書ＩＩＩ（ＴｉｅｒＩＩＩ）では８０％を低減する船舶のエンジンから排出される窒素酸化物規制プログラムについて言及されている。これによって、大型エンジンを使用する大型の船舶業界では、排気ガス中に含まれている窒素酸化物などを浄化するための大容量触媒コンバータに対する研究が活発に進められている。
【０００５】
国際海事機関の造船・海運産業関連環境規制に対応するための緑色船舶の排気ガス後処理技術中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減分野では性能、安全性および経済性が検証された選択的触媒還元（ＳＣＲ；Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが脚光を浴びている。
【０００６】
ＳＣＲシステムはハニカム構造の触媒担体が装着された反応器を含んでおり、触媒担体はＮＯｘとアンモニア（ＮＨ３）が混合した排気ガスが還元反応を通して窒素と水が生成されるように誘導する。触媒担体の材料としては、低費用の大量生産が容易なセラミック押出材が考案されたりもしたが、薄い厚さに製作可能でかつ機械的特性に優れた金属担体の使用も増加している。
【０００７】
自動車とは異なり、船舶またはプラントなど超大型エンジンは、排気ガスの排出量も急増するので、選択的触媒還元システムの規模もその分増加するようになり、さらに大きいサイズの担体が必要である。製造側面から、単純に大きさだけを拡大して大型化した一体型の触媒担体は、これを製作するための設備の不足など製作可能性に問題があり、触媒のコーティングも難しい。
【０００８】
これを解決するために、触媒担体をモジュール形態に製作し、これらを組み立てる方式が提案されたりもした。このようなモジュール形態の製作および組み立て構造は生産だけでなく、メンテナンスや担体の交替面でも重要であると認識されている。
【０００９】
大韓民国公開特許公報第１０−２０１２−０１１７４２６号（特許文献１）などにおいては、大容量の触媒担体を単位触媒担体ブロック形態に製作し、これを組み立てる構造や組み立て部材が隣接した単位触媒担体ブロックの間を締結するための要素の中心となっており、締結の箇所が多く、複雑な構造を持っている。
【００１０】
また、特許文献１の単位触媒担体ブロックは、表面に触媒がコーティングされた金属薄板材質の波板および平板から製作された波板／平板組立体によって多数の中空型セルが形成されたセル形成体がセル形成体の形状に対応する多角形構造であって、セル形成体を収容して挿入するための支持体を含んでいる。
【００１１】
さらに、表面に触媒がコーティングされた金属薄板材質の波板および平板から製作された波板／平板組立体を使用して具現される従来の金属担体は、波板と平板をブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）、ウェルディング（ｗｅｌｄｉｎｇ）、ソルダリング（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、拡散接合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂｏｎｄｉｎｇ）などの接合（ｊｏｉｎｉｎｇ）方法で一体化させた波板／平板組立体を使用するため、生産性が落ち、価格競争力の確保が難しい問題がある。
【００１２】
自動車や家電用触媒反応器に使用される金属担体モジュールは、波板と平板を接合させずにこれを積層して固定させる場合、作動中であるエンジンやモータなどで発生した振動に共鳴して騒音を発生させる要因となるので適用しにくいが、大型船舶や発電設備などの場合にはこのような騒音が問題にならない。
【００１３】
大韓民国公開特許公報第１０−２０１４−００６４３５８号（特許文献２）においては、大容量触媒担体を形成するための巻取り型金属担体は、平板と波形板が交互に配置されるように一軸を中心に巻き取られた形態に形成され、前記平板と波形板は巻取りごとに多角形断面を有するように形成された多角巻取り部と、前記多角巻取り部の中心に挿入され、巻き取られた形態に形成された芯部とを含む。
【００１４】
前記特許文献２の巻取り型金属担体は、外部カンやハウジングを省略し、平板と波形板を多角形に巻き取った状態で固定させることによって、担体重量節減、溶接費用節減、作業性向上を図っている。
【００１５】
しかし、特許文献２の金属担体は、巻取り型構造を有し、芯部を別途に製作して組み立てる方式であるため、生産性の向上に限界がある。
【００１６】
一方、前記自動車や家電または発電所、焼却場のような大型プラントから排出される排気ガスは、窒素酸化物以外に硫黄酸化物、一酸化炭素、炭化水素など公害物質を含んでいる。
【００１７】
大容量触媒反応器は、金属担体にコーティングされる触媒によって窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムに適用され得、Ｐｔ／Ｒｈ、Ｐｄ／ＲｈまたはＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系の三元触媒（ｔｈｒｅｅ  ｗａｙ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を使用する場合、自動車から排気ガスに含まれている一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）系化合物と同時に反応してこれら化合物を除去するための排気ガス触媒コンバータに適用され得るばかりでなく、燃料電池の改質器に使用されて炭化水素の化学的反応（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）を誘導する触媒反応器（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅａｃｔｏｒ）などにも適用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するために成されたもので、その目的は、大型船舶、発電所、焼却場のような、大型プラントなどのような大容量排気ガス処理が要求される触媒反応器に適用できるように、単位担体モジュール（ブロック）を効果的に大容量構造に組み立てられ、かつより低廉に製造できる大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、金属薄板からなる波板と平板をブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）接合して一体化した波板／平板組立体を形成せず、波板と平板を交互に積層した状態でカン内部に組み立てることによって、製造工程が単純で、製造費用を節減できる大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを提供することにある。
【００２０】
本発明のまた他の目的は、カンの一側はセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長部を一体に形成し、カンの他側はセル形成体をカン内部に挿入した後、オーバーハング領域に固定バーを設置してセル形成体を固定することによって、組み立て工程が単純で生産性の高い大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一特徴によれば、本発明の触媒担体モジュールは、入口と出口を有する四角筒形からなるカンと、表面に触媒がコーティングされた波板および平板が交互に積層されて多数の中空型セルが形成され、前記カンに挿入されたセル形成体と、前記カンからセル形成体が離脱することを防止するためにカンの入口および出口に設けられた固定ユニットと、を含むことを特徴とする。
【００２２】
前記固定ユニットは、記カンの入口と出口に設けられてセル形成体がカンから離脱することを防止するための複数の固定バーを含んでもよい。
【００２３】
この場合、前記固定バーは、カンの両側面に締結部材を使って固定するか、あるいはブレージング、ウェルディング、ソルダリング、拡散接合のうちの一つの方法でカンに接合することができる。
【００２４】
また、前記固定ユニットは、前記カンの入口と出口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１乃至第４固定部を含んでもよい。
【００２５】
さらに、前記固定ユニットは、前記カンの入口から両側面が延長された後、直角に曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、前記カンの出口から両側面が延長された後、直角に曲げられてセル形成体の離脱を防止する第３および第４延長曲げ部と、を含んでもよい。
【００２６】
また、前記固定ユニットは、前記カンの側面に貫通して形成される固定スロットと、前記固定スロットに嵌合して隣接して整列される第１カンと第２カンの間を固定すると同時に、第１カンと第２カンに挿入されたセル形成体の離脱を防止するくさび部材と、を含んでもよい。
【００２７】
さらに、前記固定ユニットは、前記カンの入口または出口から両側面が延長された後、直角に曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、前記カンの出口または入口からそれぞれ両側面が延長された後、１８０度曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１および第２固定部と、を含んでもよい。
【００２８】
前記固定ユニットは、前記カンの出口から両側面が延長された後、直角に曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、前記カンの入口に設けられてセル形成体がカンから離脱することを防止するための第１および第２固定バーと、を含んでもよい。
【００２９】
前記固定ユニットは、前記カンの入口または出口から両側面が延長された後、直角に曲げられてセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長曲げ部と、前記カンの出口または入口の側面に貫通して形成される固定スロットと、前記固定スロットに嵌合して隣接して整列される第１カンと第２カンの間を固定すると同時に、第１カンと第２カンに挿入されたセル形成体の離脱を防止するくさび部材と、を含んでもよい。
【００３０】
前記固定ユニットは、前記カンの内面とセル形成体の間に挿入されてセル形成体を固定するスペーサ部材を含んでもよい。
【００３１】
前記固定ユニットは、前記平板および波板の端部をカンの内面と溶接して固定する溶接部を含んでもよい。
【００３２】
前記カンの入口と出口にはそれぞれオーバーハング領域が備えられるように、前記セル形成体はカンの長さより短く設定され、前記固定ユニットは前記オーバーハング領域に設置され得る。
【００３３】
前記くさび部材は、第１カンと第２カンの側面が嵌合する嵌合溝部と、前記嵌合溝部の一側から突出して前記第１カンに積層された平板と波板を固定する第１固定突起と、前記嵌合溝部の他側から突出して前記第２カンに積層された平板と波板を固定する第２固定突起と、を含んでもよい。
【００３４】
前記セル成形体の波板と平板は、金属薄板に白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、銀、コバルト、ニッケル、銅、マンガンおよびセリウムからなる群より選択された少なくとも一つの金属またはバナジア（Ｖ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タングステンのうちの一つの金属酸化物がコーティングされることができる。
【発明の効果】
【００３５】
前記のように、本発明では大型船舶、大型プラント（焼却場など）、発電設備などのような大容量排気ガス処理が要求される触媒反応器に適用できるように多数の単位担体モジュール（ブロック）を効果的に大容量構造に組み立てられ、かつより低廉に製造することができる。
【００３６】
さらに、本発明では、金属薄板からなる波板と平板をブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）接合して一体化した波板／平板組立体を形成せず、波板と平板を交互に積層した状態で組み立てることによって、製造工程が単純で、製造費用を節減できる。
【００３７】
本発明では、カンの一側はセル形成体の離脱を防止する第１および第２延長部を一体に形成し、カンの他側はセル形成体をカン内部に挿入した後、オーバーハング領域に固定バーを設置してセル形成体を固定することによって、組み立て工程が単純で生産性の高い利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明に係る触媒担体モジュールを利用して組み立てられた大容量触媒担体を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る触媒担体モジュールに対する一部分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを製造する方法を説明する工程図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの長さ方向の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る触媒担体モジュール用カンの展開図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの斜視図である。
【図９ａ】図９ａは、図８に示された本発明の第４の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの断面図である。
【図９ｂ】図９ｂは、図８に示された本発明の第４の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に示された本発明の第５の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの拡大斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第６の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の第７の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施形態を詳しく説明する。この過程で図面に示した構成要素の大きさや形状などは、説明の明瞭性と便宜のために誇張されて図示される場合がある。
【００４０】
大容量触媒反応器は、大型船舶や発電所、焼却場のような大型プラントなどのエンジンや炉（ｆｕｒｎａｃｅ）の後段に装着されて窒素酸化物（ＮＯｘ）とアンモニア（ＮＨ３）を混合した排気ガスが還元反応を通して窒素と水が生成されるように構成される。
【００４１】
図１を参照すると、大容量触媒担体は、多数の触媒担体モジュール（ブロック）１〜６を左右および上下方向に積層して構成される。多数の触媒担体モジュール１〜６は、大容量触媒反応器を構成するために、システム組立時に隣接した触媒担体モジュールと示されていない組み立て構造物を利用して固定されることができる。
【００４２】
多数の触媒担体モジュール（ブロック）１〜６は、多段構造で容易に組み立てられるように断面が多角形状、好ましくは正方形または長方形で製作した後、多数の触媒担体モジュール１〜６を容易に組み立てて大容量触媒反応器を構成する。
【００４３】
触媒担体モジュール１〜６は、排気管の間に配置されるものであって、内部に触媒を支持する触媒担体が多段または一段の形態に配置される。
【００４４】
図２および図３を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュール１０は、両端部が開放された四角筒状からなるカンまたはハウジング１１の内部に交互に積層されてセル形成体１６を構成する多数の平板１４と波板１５が挿入されている。
【００４５】
前記平板１４と波板１５は交互に積層され、排気ガスが通過する長さ方向に平行な多数の中空型セル１７を形成する。
【００４６】
前記平板１４と波板１５、すなわち、セル形成体１６の長さはカン１１の長さより小さく形成され、その結果、図３のようにカン１１の入口と出口にそれぞれオーバーハング区域１８を有する。前記オーバーハング区域１８は、触媒担体モジュール１０を相互組み立てる時に利用できるように設定したのである。
【００４７】
カン１１の入口と出口に具備されたオーバーハング区域１８には、カン１１の内部に挿入されたセル形成体１６を固定させるための固定部材または固定ユニットとして、第１の実施形態では、それぞれカン１１の両側面内側壁に一対の固定バー１２、１３を密着させた状態でカン１１に固定される。
【００４８】
前記固定バー１２、１３は、オーバーハング区域１８に挿入して組み立てる時、カン１１の両側内側壁に一側面が密着し、内側面は平板１４と波板１５に接触されてセル形成体１６の流動を阻止するように断面は長方形または正方形からなり、一定の長さを有する四角形バー（ｂａｒ）で構成される。
【００４９】
すなわち、第１の実施形態では、固定バー１２、１３の内側面がセル形成体１６と密着した状態で固定バー１２、１３とカン１１の接触部に接合を行って固定させる。前記接合（ｊｏｉｎｉｎｇ）方法としては、例えば、ブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）、ウェルディング（ｗｅｌｄｉｎｇ）、ソルダリング（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）、拡散接合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂｏｎｄｉｎｇ）のうちの一つの方法を選択することができる。
【００５０】
上記第１の実施形態によれば、カン１１の入口と出口に具備されたオーバーハング区域１８にそれぞれ一対の固定バー１２、１３が固定設置され、カン１１内部に挿入されたセル形成体１６を固定することにより、従来の平板１４と波板１５を接合して一体化させるためのブレージング接合工程を省略できるようになり、生産性向上と製造費用を節減することができる。
【００５１】
図４に、本発明の第２の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールを示す。
【００５２】
第２の実施形態の触媒担体モジュール１０ａは、一対の固定バー１２、１３をカン１１の両側面垂直壁に固定させる点で異なり、他の部分は第１実施例と同様である。したがって、第１実施例と同一部分については同一部材符号を付与し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
第２の実施形態では、一対の固定バー１２、１３をカン１１の両側面内側壁に固定させる時、ブレージング（ｂｒａｚｉｎｇ）や溶接（ｗｅｌｄｉｎｇ）の代わりに固定バー１２、１３の上部と下部に、例えば、ボルトとナット、リベット、固定スクリューなどの物理的な締結部材１９を使ってカン１１の両側面に固定させる。
【００５４】
一対の固定バー１２、１３とカン１１の両側面には、締結部材１９が通過するように貫通孔が形成されている。
【００５５】
第２の実施形態のように一対の固定バー１２、１３を締結部材１９を使ってカン１１の両側内側面に固定させれば、第１の実施形態と同様にカン１１内部に挿入されたセル形成体１６を容易に固定することができる。
【００５６】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様にカン１１の入口と出口に具備されたオーバーハング区域１８に一対の固定バー１２、１３が固定設けられてカン１１内部のセル形成体１６を固定することによって、従来の平板１４と波板１５を一体化させるためのブレージング接合工程を省略できることになり、生産性向上と製造費用を節減することができる。
【００５７】
上述した第１および第２の実施形態の触媒担体モジュールは、多数の平板１４と波板１５が交互に積層されてセル形成体１６を形成しながら平板１４と波板１５の間に多数の中空型セル１７が長さ方向に形成される。
【００５８】
波板１５は波形状または凹凸形状に形成され、平板１４は平らな板形状に形成され、カン１１内部に交互に積層されると排気ガスが通過する通路である多数の中空型セル１７が形成される。中空型セル１７は、波板１５の形状により波形、半球形、ハニカム、三角形、四角形などの多様な形状の一つからなる。
【００５９】
平板１４と波板１５は、例えば、ＦｅＣｒＡｌのような耐熱性金属薄板またはステンレススチールなどのような金属材質によって形成されることができる。
【００６０】
波板１５は、平板１４をコルゲーション（ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ）処理して成形され、必要に応じてセル１７の間に排気ガスが流動可能に貫通孔が形成されることもできる。
【００６１】
波板１５と平板１４の表面には触媒層がコーティングされて流入した排気ガスに含まれている窒素酸化物などを低減させる。波板１１２と平板１１３は２０〜１００μｍ厚さの金属薄板に触媒金属として、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、銀（銀ナノ含む）、コバルト、ニッケル、銅、マンガンおよびセリウムからなる群より選択された少なくとも一つの金属またはバナジア（Ｖａｎａｄｉａ）（Ｖ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タングステンのように金属酸化物を使用することができる。
【００６２】
触媒担体モジュールのセル形成体１６は触媒金属の種類によって、例えば、２００〜６００℃で触媒活性温度が設定される。
【００６３】
図５は、本発明に係る金属担体の製造方法を説明するための工程図である。
【００６４】
まず、金属薄板からなり、表面には触媒がコーティングされている平板１４と波板１５を連続工程によって一定の長さにカッティングした後、予め設定した数ずつ平板１４と波板１５を交互に積層してセル形成体１６を形成する（Ｓ１１）。平板１４と波板１５はカン１１の長さよりも短く設定される。
【００６５】
次に、セル形成体１６を四角形チューブ状のカン１１に挿入する（Ｓ１２）。カン１１は、断面形状が長方形または正方形であるものがセル形成体１６を収容しながら多段構造に積層組み立てるのに有利であるが、梯形状に構成することもできる。また、カン１１は５角形、６角形、８角形などの多角形状に構成することもできる。
【００６６】
その後、セル形成体１６が挿入されたカン１１の両端部に形成されたオーバーハング領域１８に一対の固定バー１２、１３を溶接などの方法で固定するか、あるいはボルト／ナットのような締結部材１９を使って固定バー１２、１３をカン１１の内壁面に固定させる（Ｓ１３）。
【００６７】
この場合、固定バー１２、１３をカン１１の入口３５だけでなく、出口３６にも同じ方式で設置してセル形成体１６をカン１１内部に固定させることができる。
【００６８】
また、後述する図６に示された第３の実施形態の大容量触媒反応器用触媒担体モジュール１０ｂのように、カン３１の一側入口は固定バー１２、１３を設置し、出口３６にはストッパーの役割を果たすようにカン３１の左／右の側面から一対の延長曲げ部３３、３４を延長形成することもできる。
【００６９】
図６には、本発明の第３の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの長さ方向の断面図、図７には、第３の実施形態の触媒担体モジュールに使用されるカンの展開図が示されている。
【００７０】
本発明の第３の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュール１０ｂは、セル形成体１６が挿入されるカン３１の一側入口３５にはオーバーハング領域１８が形成され、反対側出口３６には両側面にカンから延長された第１および第２延長曲げ部３３、３４が直角に曲げられている。
【００７１】
第３の実施形態のカン３１は図７の展開図のように、四角形チューブの４面をなす側面部３２ａ〜３２ｄと、２つの側面部から直角に延長された第１および第２延長曲げ部３３、３４を含んでいる。したがって、展開図を組み立てて四角形チューブを形成する場合、向き合う２つの側面には第１および第２延長曲げ部３３、３４が突出しており、第１および第２延長曲げ部３３、３４は側面部３２ｂ、３２ｄに対して直角に曲げられている。
【００７２】
触媒担体モジュール１０ｂを組み立てる時、まず、オーバーハング領域１８が形成された入口３５から平板１４と波板１５が交互に積層されたセル形成体１６の先端部が第１および第２延長曲げ部３３、３４と接触されるまで挿入し、入口３５の両側面に固定バー１２、１３をカン３１の内側面壁に固定させることで、容易に組み立てが完成する。
【００７３】
上記第３の実施形態では、カン３１を形成する工程で第１および第２延長曲げ部３３、３４を共に成形することで、一側に固定バー１２、１３を固定させる工程を省略できるため、組み立て工程を短縮できることになる。
【００７４】
また、第３の実施形態のカン３１は、出口側が第１および第２延長曲げ部３３、３４によって挿入されるセル形成体１６の離脱を防止できるため、カン３１にセル形成体１６を挿入する工程を容易に処理可能で、自動化も容易に適用され得る。
【００７５】
上述の第１乃至第３の実施形態では、固定バー１２、１３を一側入口に２つ使用して設置したことを例示しているが、３つの側面または４つの側面に全て設置することもできる。
【００７６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る大容量触媒反応器用触媒担体モジュールの斜視図であり、図９ａおよび図９ｂは、それぞれ本発明の第４の実施形態に係る触媒担体モジュールの長さ方向の断面図である。
【００７７】
本発明の第４実施形態に係る触媒担体モジュール１０ｃは、図８および図９ａに示されているように、両側が貫通された筒状のカン１１と、前記カン１１に挿入され平板１４と波板１５が交互に積層されたセル形成体１６を含む。
【００７８】
カン１１は、断面が四角形状のセル形成体１６が収容されるように両端が開口した四角筒状であり、その両端は排気管に連結される。
【００７９】
本発明の平板１４と波板１５は、別途のブレージング接合工程を経ないために、相互接合せずカン１１内部に交互に積層される。したがって、カン１１には相互接合されない平板１４と波板１５がカン１１から離脱せず固定された状態を維持できるようにする固定ユニットが付加される。
【００８０】
第４の実施形態の固定ユニットは、図９ａのように四角筒状のカン１１で伸びるように形成され、カン１１の内側方向に１８０度角度に曲げられて、その端部が平板１４と波板１５の周縁に接触して平板１４と波板１５が積層された状態を維持しながら、カン１１に収納された状態を維持する延長固定部２０を含む。
【００８１】
延長固定部２０はカン１１と一体に形成され、カン１１に平板１４と波板１５を交互に積層した後、延長固定部２０を１８０度の角度に曲げると延長固定部２０の端部（すなわち、先端部）が平板１４と波板１５の周縁に係止されて平板１４と波板１５を固定する。
【００８２】
延長固定部２０は、具体的には、カン１１の前方の第１側面１１ａから延長された後、１８０度曲げられる第１固定部２２と、第１側面１１ａと向き合うように配置されるカン１１の前方の第２の側面１１ｂから延長された後、１８０度曲げられる第２固定部２４と、カン１１の後方の第１側面１１ａから延長された後、１８０度曲げられる第３固定部２６と、カン１１の後方の第２の側面１１ｂから延長された後、１８０度曲げられる第４固定部２８とを含むことができる。
【００８３】
また、第４実施例による変形された固定ユニットは、図９ｂに示されているように、カン１１に一体に形成され、カン１１の両側面からそれぞれ９０度角度に曲げられ、その内面が平板１４と波板１５の周縁に接触する第１乃至第４延長曲げ部２１、２３、２５、２７を含むことができる。
【００８４】
このように、第４の実施形態の延長固定部２０および延長曲げ部２１、２３、２５、２７は、カン１１を製造する時、カン１１と一体に形成されるため、別途に製造する必要はない。
【００８５】
カン１１にセル形成体１６を組み立てる場合、まず、カン１１の一側に第３および第４固定部２６、２８、または第３および第４延長曲げ部２５、２７を形成した後、平板１４と波板１５を交互に積層したセル形成体１６をカン１１内部に挿入し、カン１１の他側に第１および第２固定部２２、２４、または第１および第２延長曲げ部２１、２３を形成すればセル形成体１６の固定が完了するので、製造工程を単純化することができる。
【００８６】
第５の実施形態の固定ユニットは、図１０および図１１に示されているように、第１カン５０および第２カン５２の側面にそれぞれ貫通して形成される固定スロット４０と、固定スロット４０に嵌合して第１カン５０および第２カン５２の間を相互固定すると同時に、セル形成体１６が第１カン５０および第２カン５２から離脱しないように固定するくさび部材６０とを含む。
【００８７】
第１カン５０および第２カン５２に、一例として、セル形成体１６が上下方向に積層されると固定スロット４０も第１カン５０および第２カン５２の側面に上下方向に長く形成される。すなわち、固定スロット４０は、セル形成体１６の積層される方向と同じ方向に長く形成される。
【００８８】
触媒担体モジュールが大容量触媒反応器に用いられる場合、複数の触媒担体モジュールを上下または左右方向に組み合わせて使用される。
【００８９】
一例として、第１触媒担体モジュール５０と第２触媒担体モジュール５２が左右方向に配列される場合、第１カン５０と第２カン５２が水平方向に配列され、第１カン５０の第１側面４２と第２カン５２の第２側面４４が互いに接触された状態で配列される。
【００９０】
この時、第１カン５０に形成される第１固定スロット４６と第２カン５２に形成される第２固定スロット４８は互いに連通して配列され、くさび部材６０は、第１固定スロット４６と第２固定スロット４８を通過して第１カン５０と第２カン５２の間を固定する。
【００９１】
くさび部材６０は、第１カン５０と第２カン５２が接触された状態で嵌合する嵌合溝部６２と、嵌合溝部６２の一側から突出して第１カン５０に積層されたセル形成体１６を固定する第１固定突起６４と、嵌合溝部６２の他側から突出して第２カン５２に積層されたセル形成体１６を固定する第２固定突起６６とを含む。
【００９２】
このように、大容量触媒反応器を実現するために複数の触媒担体モジュールを組合わせる場合、くさび部材６０を固定スロット４０に嵌合すれば触媒担体モジュールの間が固定されると同時に、第１カン５０および第２カン５２に積層される平板１４と波板１５が固定されるため、組み立て工程を大幅に減らすことができる。
【００９３】
第６の実施形態に係る触媒担体モジュールの固定ユニットは、図１２に示すように、カン１１の両側面に嵌合して平板１４と波板１５を固定するスペーサ部材７０を含むことができる。
【００９４】
スペーサ部材７０は、セラミックや金属材質など耐熱性材質から形成され、カン１１に長さ方向に挿入すれば平板１４と波板１５の端部がスペーサ部材７０によって加圧されてカン１１に固定された状態を維持する。
【００９５】
このようなスペーサ部材７０はカン１１の両側面だけでなく、上面および下面にも挿入することができる。
【００９６】
第７の実施形態に係る触媒担体モジュールの固定ユニットは、図１３に示すように、カン１１にセル形成体を構成するように平板１４と波板１５を交互に積層した後、カン１１の内面と平板１４の間を溶接した第１溶接部８０と、カン１１の内面と波板１５の間を溶接した第２溶接部８２とを含む。
【００９７】
このように、平板１４とカン１１内面の間および波板１５とカン１１内面の間にだけ溶接すれば良いので、平板１４と波板１５の間のすべての接点を溶接するときに比べて溶接部の個数を大幅減らすことができ、製造工程を単純化することができる。
【００９８】
上述した実施形態の説明では、第４の実施形態の固定ユニットは、入口と出口にいずれも同様な方法でセル形成体の離脱を防止しているが、図６の第３の実施形態と同様に、出口には第３および第４固定部２６、２８、または第３および第４延長曲げ部２５、２７を形成し、入口に固定バー１２、１３を設置するとセル形成体の組立時間を短縮することができる。
【００９９】
また、必要に応じて、出口には第３および第４固定部２６、２８、または第３および第４延長曲げ部２５、２７を形成し、入口にはくさび部材６０を固定スロット４６、４８に結合することができるばかりでなく、平板と波板の端部をカンの内面に溶接してセル形成体の離脱を防止することもできる。
【０１００】
本発明では、セル形成体の離脱を防止するために、第１乃至第７の実施形態に係る固定ユニットを相互組み合わせてカンの入口と出口に設置することができる。
【０１０１】
上述した実施形態の説明では、触媒担体モジュールが大容量触媒反応器に使用したことを例示しているが、本発明は、金属薄板からなる波板と平板をブレージング接合して一体化した波板／平板組立体を形成せず、波板と平板を交互に積層した状態でカン内部に組み立てて構成される触媒担体モジュールを使用するものであれば、大容量触媒反応器に限定されず如何なる反応器にも適用され得る。
【０１０２】
以上では、本発明を特定の好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変更および修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、大型船舶、発電所、焼却場のような大型プラントなどに使用される大容量触媒反応器の触媒担体モジュールに適用することができる。
【図１】
2019511953.tif 000003
【図２】
2019511953.tif 000004
【図３】
2019511953.tif 000005
【図４】
2019511953.tif 000006
【図５】
2019511953.tif 000007
【図６】
2019511953.tif 000008
【図７】
2019511953.tif 000009
【図８】
2019511953.tif 000010
【図９ａ】
2019511953.tif 000011
【図９ｂ】
2019511953.tif 000012
【図１０】
2019511953.tif 000013
【図１１】
2019511953.tif 000014
【図１２】
2019511953.tif 000015
【図１３】
2019511953.tif 000016
【国際調査報告】
2019511953.tif 000017
2019511953.tif 000018
2019511953.tif 000019
2019511953.tif 000020