KR20200026876A - 코팅 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배기 가스 촉매의 제조에 사용될 수 있는 장치 및 각각의 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 장치는 액체 코팅 슬러리를 허니콤 모놀리스와 같은 기재에 공급하는 방법에서 사용된다.
Description
본 발명은 배기 가스 촉매의 제조에 사용될 수 있는 장치 및 각각의 방법에 관한 것이다. 특히, 본 장치는 액체 코팅 슬러리를 허니콤 모놀리스(honeycomb monolith)와 같은 기재에 공급하는 방법에서 사용된다.
특히 동아시아 국가에서 자동차의 수가 엄청나게 증가함에 따라서, 자동차 배기 가스 저감은 매우 중요하다. 전 세계의 몇몇 대기 오염 방지법은 자동차의 대기 오염을 각각 낮은 수준으로 유지하려고 한다. 이와 관련하여 점점 더 엄격한 법규로 인해 자동차 제조업체 및 공급업체는 차량의 내연 기관에서 발생하는 유해 오염 물질 저감 기술을 적용해야 한다. 기술의 한 영역은 유동 통과 또는 벽 유동형의 소위 허니콤 모놀리스에서 배기 가스 오염 물질의 촉매 연소에 관한 것이다.
일반적으로, 이러한 모놀리스는 예를 들어 운전 조건 하에서 배기 가스의 유해한 오염 물질을 촉매적으로 파괴하는데 활성인 층에 의해 코팅되어야만 한다. 산화성 또는 환원성 배기 환경 하에서 오염 물질의 주요 반응에 대하여 촉매 활성층을 화학적으로 개질하는 것에 의해 더욱 큰 개선이 달성되었다. 두 번째 접근 방법은 즉시 사용할 수 있는 재료로 가능한 높은 활동도를 얻기 위해 특정 코팅 전략을 적용하는 것이다. 그러므로, 몇몇 특허 출원은 상기 모놀리식 담체를 코팅하기 위한 표준 방법 및 디바이스/도구를 이미 다루고 있다. 예를 들어, 특허 공보의 다음의 선택은 각각 코팅 장치, 코팅 방법, 또는 코팅 스테이션의 특수 유닛과 같은 이러한 방법의 양태를 강조한다(WO9947260A1; US4550034; US4039482; WO9748500A1; US6478874B1; US20020178707A1; DE19781838T1; WO2011080525A1; US4191126; US6627257B1; US6548105B2; US20080107806A1; US6149973; US6753294B1)
원칙적으로 코팅 기술은 두 가지 일반적인 부류로 나눌 수 있다. 제1 부류는 액체 코팅 슬러리가 아래로부터 수직으로 배향된 기재(즉, 지지체 또는 모놀리스 담체)에 적용되는 코팅 전략에 관한 것이다. 제2 부류의 코팅 기술은 액체 코팅 슬러리를 수직으로 배향된 기재의 상부에 도포하는 것을 논의한다. WO9947260A1에서, 모놀리식 지지 코팅 장치가 사전 결정된 양의 액체 성분을 투여하기 위한 수단으로서, 상기 양은 의도된 지지부 내에 실질적으로 전체적으로 유지되도록 하는 정도인, 상기 수단, 상기 양의 액체 성분을 수용하도록 지지부의 상부에 위치 가능한 액체 성분 함유 수단, 및 함유 수단으로부터 지지부의 적어도 일부 내로 액체 성분을 인출할 수 있는 압력 수단을 포함하는 하향식 코팅 기술이 개시된다. 이러한 방식으로 작동하는 추가 기술은 US9144796B1, WO2015145122A2, EP1900442A1 또는 EP2415522A1에서 찾을 수 있다.
특히, EP1900442A1 및 EP2415522A1은 기재 모놀리스들의 상단부에 액체 워시코트 슬러리를 균일하게 도포하는 문제에 관한 것이다. 이러한 것은 액체 슬러리(워시코트)의 불균일한 분포가 흡입 단계 후에 이러한 기재의 채널 내에서 워시코트의 불균일한 분포를 초래하기 때문에 중요하다. 이러한 문제점은 기재 모놀리스를 회전시키는 것에 의해 또는 특별한 노즐 기술을 적용하는 것에 의해 이들 특허 출원에서 해결된다고 한다.
본 발명은 또한 액체 코팅 슬러리가 각각의 기재의 채널 양단에 압력차를 적용하는 것에 의해 기재에서 흡입 및/또는 감압되기 전에 기재의 상단부면 위에서 균일하게 분포되는 방식으로, 모놀리스 기재의 상단부면에 액체 코팅 슬러리를 계량하는 문제와 관련된다. 관련된 장치 및 방법은 경제적 및/또는 생태학적 관점으로부터 종래 기술의 관점에서 유익해야 한다.
본 발명의 제1 양태에서, 청구항 제1항 내지 제6항에 따른 장치가 제공된다. 청구항 제7항 내지 제10항은 본 발명의 제2 양태를 한정하는 각각의 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 특히 자동차를 위한, 원통형 지지체이며, 2개의 단부면, 원주 방향 표면, 및 축 방향 길이(L)를 각각 가지며, 다수의 채널이 제1 단부면으로부터 제2 단부면으로 횡단하는 배기 가스 정화 촉매를 제조하고, 액체 코팅 슬러리와 지지체를 접촉시키기 위한 기재 코팅 장치가 제공되며, 상기 장치는,
- 지지체를 수직으로 가역적으로 홀딩하기 위한 홀딩 유닛;
- 액체 코팅 슬러리를 지지체의 상단부면에 공급하기 위한 투여 유닛;
- 지지체의 적어도 하나의 단부면에 진공 및/또는 압력을 인가하는 것에 의해 지지체에 대한 압력차를 인가하기 위한 수단을 포함하며; 상기 투여 유닛은 가요성 멤브레인, 바람직하게 천공된 멤브레인의 형태를 하는 디퓨저를 포함하고, 액체 코팅 슬러리에 압력을 인가할 때, 액체 코팅 슬러리는 천공된 멤브레인을 통해 바람직하게 단독으로 지지체의 상단부면의 영역에 도포된다. 이렇게 하는 것에 의해, 슬러리는 지지체의 상단부의 그 각각의 영역에 동등하고 균일하게 도포된다. 가요성 멤브레인의 형태를 하는 특수 디퓨저를 사용하는 것에 의해, 상기 슬러리를 도포한 직후에, 액체 코팅 매체가 추가의 조치없이 그 각각의 영역 위에 고르게 분포되는 방식으로, 기재 모놀리스/지지체의 상단부면의 적어도 영역에 액체 코팅 슬러리를 도포하는 것이 놀랍게도 가능하다. 다음의 단계에서, 압력차를 적용하기 위한 유닛, 즉 흡입 유닛 및/또는 압력 유닛은 지지체의 상단부면에 도포된 액체 코팅 매체를 채널 내로 및 적어도 다공성 및/또는 세라믹 지지체에 관하여 가능하게 코팅될 기재의 벽들 내로 즉시 끌어들이고 및/또는 밀어넣을 수 있다.
본 장치는 특히 지지체를 코팅 장치로 전달하는 부분, 및 상기 장치로부터 지지체를 제거하는 것과 관련된 부분을 가지는 전체 코팅 스테이션의 일부이도록 적합하게 된다. 이러한 것은 여러 가지 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 기재들은 컨베이어 벨트 상에서 선형 방식으로 코팅 장치에 공급될 수 있고, 마찬가지로 이러한 벨트 상에서 선형 방식으로 코팅 장치로부터 제거될 수 있다. 이러한 코팅 스테이션들은 예를 들어 US4208454 및 US3959520에 개시되어 있다. 일반적으로, 그 뒤에, 코팅된 기재는 특수 터널 킬른(tunnel kiln)(ZL201420301913.2; US8476559)들에서 건조되고 하소된다(calcined).
한편, 코팅 장치로 및 이로부터 지지체를 이동시키기 위한 로터리 턴테이블을 가지는 소위 로터리 인덱싱 테이블이 공지되어 있다(EP2321048B1 및 본 명세서에 인용된 문헌). 바람직한 방식으로, 본 발명의 장치는 코팅 스테이션의 일부이도록 적응되며, 상기 장치로 지지체를 공급하고 상기 장치로부터 지지체를 제거하기 위한 로터리 턴테이블을 포함한다.
더욱 바람직한 방식으로, 본 발명의 코팅 장치는 코팅 스테이션의 일부이도록 적응되며, 장치는 상기 장치 내에서 지지체를 반전시키는 수단을 더 포함한다. 이러한 것을 수행하는 수단은 EP2321048B1 및 본 명세서에 인용된 문헌으로부터 공지되어 있다. 본 발명에 적용될 수 있는 코팅 장치 내에서 지지체를 반전시키기 위한 이러한 수단을 개시하는 추가 문헌은 여기서 찾을 수 있다(WO2011080525; DE102009009579B4; JP2006021128; US20070128354A1).
홀딩 유닛은 액체 코팅 슬러리를 도포하기 전에 코팅 스테이션에서 지지체를 고정시키기 위한 당업자에게 공지된 임의의 홀딩 유닛일 수 있다. 일반적으로 이러한 것들은 팽창성 벨로우즈(US4609563)를 그 내측면에 가지는 코팅 스테이션에 견고하게 고정되는 둥글거나 타원의 도구이며, 팽창성 벨로우즈는 지지체가 홀딩 유닛 내로 도입된 후에 팽창되며, 이에 의해 수직 위치에서 지지체를 클램핑하고 지지체에 대한 거의 기밀성의 연결을 구축한다. 이들 홀딩 유닛은 상기 참고 문헌에서 이미 빈번하게 기술되어 있다. 바람직한 방식으로, 이러한 홀딩 유닛은 EP2321048B1 및 본 명세서에서 인용된 문헌에 나타낸 바와 같은 회전식 턴테이블 디바이스에 배열된다. 여기서, 코팅될 지지체는 수동으로 또는 로봇 아암 등과 같은 자동화 수단을 통해 턴테이블 및 홀딩 유닛으로 전달된다.
본 발명의 다른 바람직한 특징은 방금 기술된 홀딩 유닛 아래에 확립된 흡입 유닛의 존재이다. 홀딩 유닛이 예를 들어 홀딩 유닛의 내측면에서 각각의 벨로우즈를 팽창시키는 것에 의해 홀딩 유닛 내에서 지지체를 클램핑 한 후에, 코팅 슬러리는 기재의 상단부면에 도포된다. 이어서, 흡입 유닛은 지지체의 하단부로 진공을 확립하고, 이에 의해, 상단부면에 도포된 코팅 슬러리를 채널들을 통해 가능하게 각각의 기재의 벽들 내로 흡입할 수 있다. 이러한 흡입 유닛들은 상기 언급된 종래 기술에 이미 기술되어 있다. 바람직한 실시예에서, 흡입 유닛은 예를 들어 코팅 슬러리가 여기서 지지체의 상단부면에 도포되는 것을 제외하고는 US8794178B2에 기재되어 있는 바와 같이, 코팅 스테이션의 일부인 코팅 챔버를 포함한다. 그러나, 유익한 방식으로, 제1 코팅 슬러리가 추후에 채널들을 통해 기재의 벽들 내로 코팅 슬러리를 흡입하고 이어서 가능하면 예를 들어 WO2015140630A1에 도시된 바와 같이 또는 지지체의 바닥으로부터 제2 코팅 슬러리를 도포하는 것에 의해 또는 그 반대에 의해 제1 단계에서 본 발명에 따른 지지체의 상단부면에 도포될 수 있다는 것이 본 발명 내에 포함된다. 이러한 방식으로, 지지체를 움직이거나 또는 심지어 이를 반전시킴이 없이, 하나의 및 동일한 지지체에 2개의 코팅이 도포될 수 있다. 제1 및 제2 코팅 슬러리는 동일하거나 상이할 수 있다. 그러므로, 본 방법은 구역 코팅된 모놀리스 또는 이중 또는 삼중 층 코팅으로 이어질 수 있다.
본 발명은 액체 코팅 슬러리가 코팅될 지지체의 상단부면에 도포될 것을 요구한다. 슬러리는 지지체의 전체 상단부면(EP2415522A1 또는 EP1900442A1에서와 같이) 또는 그 일부에만 적용될 수 있다. 지지체의 상단부면의 일부 영역만을 코팅할 수 있기 위해, 특정 기술이 종래 기술에서 확립되었으며, 예를 들어 WO9947260A1에 개시되어 있다. 후자는 기재 모놀리스 상단부면의 특정 영역이 코팅되는 것을 배제하기 위해 일종의 셔터, 아이리스 또는 길로틴(guillotine) 기술을 사용한다. 동일한 기술이 본 발명에 바람직하게 또한 적용될 수 있다. 바람직한 방식으로, 투여 유닛은 지지체의 상단 표면적의 일부 또는 전부에 액체 코팅 슬러리를 도포하는 것을 가능하게 하는 셔터 유닛을 포함한다.
본 발명은 코팅될 지지체의 상단부면 상에 액체 코팅 슬러리를 투여하기 위하여 특별한 디바이스를 사용한다. 투여 유닛은 가요성 멤브레인의 형태를 하는 디퓨저를 포함하며, 액체 코팅 슬러리는 디퓨저를 통해 지지체의 상단부면 또는 이러한 상단부면의 적어도 일부 영역에 적용된다. 멤브레인은 유익하게 중력 이외의 힘이 멤브레인 상에 놓인 코팅 슬러리에 작용할 때 개방되거나 확장되는 구멍들에 의해 천공되는 가요성 재료로 만들어질 수 있다. 그러므로, 멤브레인은 특정의 가요성을 가지는 것이 필요하다. 상기된 바와 같이, 오직 중력만이 적용되는 동안 워시코트가 통과할 수 있도록 바람직하게 실질적으로 폐쇄되어야 하지만, 추가적인 압력이 워시코트에 가해져 멤브레인을 통해 가압될 때 워시코트에 대해 개방되어야 한다는 사실로 인하여 가요성이 필요하게 된다. 매우 바람직한 방식의 예로서, 10 ㎜의 구멍을 가지는 지지 플레이트에 대해 50 ShA(쇼어 A)의 쇼어 경도를 가지는 멤브레인은 가요성을 가지며, 멤브레인의 구멍의 지름은 멤브레인 상에 놓인 워시코트 슬러리에 > 0 - 6 bar, 바람직하게 2 - 5 bar, 가장 바람직하게 3 - 4 bar의 압력을 인가하는 것에 의해 적어도 1.2, 바람직하게 적어도 1.4, 및 가장 바람직하게 적어도 약 1.5 내지 1.7의 인자만큼 증가한다(예를 들어 Ø 1 ㎜로부터 1.6 ㎜으로).
또한, 유익하게, 멤브레인은 워시코트의 유동을 고려하여 바람직하게 아래로부터 멤브레인을 지지하는 강성의 비가요성 플레이트 또는 그리드인 지지체에 의해 안정화된다. 멤브레인 및 그 지지체는 복합재를 형성할 수 있다. 이러한 지지체는 멤브레인이 워시코트가 기재의 상단에 공급되는 것을 가능하게 하는 곳에 있는 개구, 예를 들어 관통 구멍들을 가진다(도 1). 지지 플레이트 또는 그리드는 바람직하게 경질 플라스틱, 세라믹 또는 스티인리스강 재료로 만들어지고, 충분한 고강성을 가진다. 플레이트의 강성은 작동 동안 인가된 압력 하의 플레이트가 최대 1 ㎜까지 변형되도록 한다. 플레이트가 얇을수록 좋다. 그러므로, 여기에서, 지지 플레이트으로서 강이 바람직하게 사용된다. 유익한 방식으로, 플레이트 또는 그리드는 압력 하에서 멤브레인의 개구보다 큰 관통 구멍들을 가진다. 이상적으로, 지지체에 워시코트의 적용 동안, 지지 플레이트 또는 그리드는 워시코트와 접촉하지 않는다.
도 1에 따르면, 지지 플레이트는 가요성 멤브레인 아래에 있다. 멤브레인은도 1[B(5 : 1)]에 도시된 바와 같이 작은 구멍을 가진다. 압력이 멤브레임의 상단에 있는 워시코트에 인가될 때, 예를 들어 작은 관통 구멍들/개구들은 약간 더 개방되고 워시코트를 통과시킨다.
도 2에서, 멤브레인을 통한 유동은 멤브레인의 지지부의 2개의 상이한 가요성 체제 및 3개의 상이한 개구에 대해 계산된다. 이러한 배열에 의해, 즉 천공된 지지 플레이트(즉, 도 1)의 상단 상의 고무 멤브레인에 의해, 멤브레인은 멤브레인의 상단에 위치된 물질에 인가되는 추가의 압력에 의존하여 개폐될 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 3에서, 0.001 내지 10 Pa*s의 점도를 가지는 상이한 워시코트(허니 10 Pa*s, 글리세린 1.422 Pa*s, 및 물 1 mPa*s)를 시뮬레이션하기 위해 3개의 상이한 액체에 대해 계산이 수행되었다. 도 3에 도시된 하나의 예는 1.422 Pa*s의 점도를 가지는 글리세린이다. 점도의 이러한 범위는 자동차 촉매를 위한 통상적인 워시코트에 존재하는 점도와 아주 많이 유사하다. 코팅 현탁액 및 용액의 점도는 0.01 내지 10 Pa*s 범위의 전형적인 값과 함께 0,001 Pa*s 내지 100 Pa*s까지 다양하다. 다시 말하지만, 특정 개구 지름을 가지는 멤브레인이 압력없이 워시코트에 대해 실질적으로 폐쇄되고, 워시코트에 압력이 가해질 때 개방된다는 것을 알 수 있다. 액체 코팅 매체는 종종 35% 내지 52%의 고체 함유량을 가진다. 액체 코팅 매체가 1 내지 10 Pa*s의 점도를 가지면, 가요성 멤브레인의 최적 개방 범위는 1 내지 2 ㎜일 수 있고, 0.01 내지 1 Pa*s의 점도를 위해, 0.5 내지 1 ㎜의 범위의 개구를 가지는 것이 바람직하다(점도는 출원일 현재 DIN EN ISO 3104:1999-12에 따라서 측정된다).
유익하게, 멤브레인은 가요성 유기 재료, 예를 들어 일부 종류의 천연 또는 합성 탄성중합체(https://en.wikipedia.org/wiki/Elastomer)로 만들어질 수 있다. 당업자에 의해 고려되는 재료는 천연 또는 합성 고무, 폴리에틸렌 프로필렌 디엔, 또는 워시코트 화학성과 호환 가능한 다른 가요성 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것들이다. 멤브레인은 가장 바람직하게 고무 유사 재료로 만들어진다. 바람직하게, 멤브레인은 압력의 영향 하에서 워시코트가 통과하는 관통 구멍들 또는 개구들을 가진다.
멤브레인을 만드는데 사용된 재료와 사용된 워시코트의 점도에 의존하여, 구멍의 지름은 일정해야 한다. 개구들은 본 발명의 규정에 따라 당업자에 의해 결정될 수 있다. 실제로, 구멍들은 유익하게 0.01 내지 3, 보다 바람직하게 0.05 내지 2, 가장 바람직하게 0.1 내지 1 mm의 최소 지름을 가진다. 아울러, 구멍의 형상이 또한 중요할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 멤브레인의 구멍은 입구측, 즉 워시코트 서브미션 유닛(submission unit)을 향한 측면, 출구측, 즉 기재를 향한 측면에서 더욱 큰 지름을 가진다. 더욱 바람직하게, 구멍의 입구측은 구멍의 워시코트 출구측에서의 지름의 크기의 2 내지 5, 가장 바람직하게 3 내지 4배의 크기를 가진다.
멤브레인의 두께는 당업자의 지식에 따라 선택된다. 멤브레인의 두께는 또한 멤브레인을 만드는데 사용되는 재료의 가요성에 의존한다. 바람직하게, 멤브레인의 두께는 2 내지 15 mm, 보다 바람직하게 2 내지 10 ㎜, 가장 바람직하게 2 내지 5 mm이다. 예시적인 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 개구들의 출구측 지름은 멤브레인 단면의 특정 길이에 걸쳐서 우세하다. 바람직하게, 멤브레인 개구의 이러한 영역은 멤브레인 두께의 1/6 내지 1/2, 보다 바람직하게 1/5 내지 1/3, 가장 바람직하게 1/4 내지 1/3에 걸쳐서 연장된다.
개구들의 수 및 그 분포는 당업자에 의해 결정될 수 있다. 가요성 멤브레인 내에서 상이한 크기 및 형상의 구멍들을 가지는 것이 유익할 수 있다. 예를 들어, 보다 적은 워시코트가 기재의 주변에 제출되고, 중간의 보다 많은 워시코트가 적용되면, 예를 들어 멤브레인의 주변과 비교하여 중간에서 더욱 많거나 더욱 넓은 구멍들을 확립하는 것에 의해, 이러한 프로파일을 충족시키도록 구성되는 멤브레인이 사용될 수 있다. 멤브레인 구멍을 통해 워시코트를 유동시키기 위해, 하부 지지 플레이트 또는 그리드가 천공과 관련하여 유사한 패턴을 보여야만 한다는 것이 명백해야만 한다(도 1). 이러한 지지체의 개구들은 멤브레인의 개구보다 훨씬 넓다. 바람직한 실시예에서, 지지체의 개구들은 멤브레인을 통해 유동하는 워시코트와 접촉하지 않도록 충분히 넓다. 다른 한편으로, 강성 지지부는 또한 멤브레인 자체에 통합될 수 있다. 예를 들어, 당업자의 지식 내에서 경질 플라스틱 또는 금속 또는 다른 비가요성 또는 보다 적은 가요성 재료, 예를 들어 세라믹의 강성 그리드 또는 플레이트는 가요성 멤브레인 재료에 의해 둘러싸이고, 그런 다음, 관통 구멍 또는 개구들이 일종의 디퓨저로서 작용하는 복합 디바이스의 가요성 부분을 통해 확립된다. 이와 같이, 당업자는 디바이스를 설치할 때 멤브레인만을 취급하여야만 하고, 멤브레인과 지지 플레이트를 개별적으로 취급하지 않는다. 유익하게, 이와 같이, 두 개구가 더 이상 서로 합쳐져 있지 않고, 그러므로 워시코트 유동을 차단하지 않는 정도로 지지 플레이트 위로 멤브레인이 이동할 위험이 없다.
추가의 양태에서, 본 발명은 원통형 지지체이며, 2개의 단부면, 원주 방향 표면, 및 축 방향 길이(L)를 각각 가지며, 다수의 채널에 의해 제1 단부면으로부터 제2 단부면으로 횡단하는, 특히 자동차를 위한 배기 가스 정화 촉매의 제조를 위해 액체 코팅 슬러리로 기재를 코팅하기 위한 방법과 관련되며, 이 경우 본 발명에 따른 장치가 사용된다.
먼저, 코팅될 기재는 로봇에 의해 또는 수동으로 홀딩 유닛에 공급되고, 홀딩 유닛은 바람직하게 로터리 인덱싱 턴테이블(EP2321048B1 및 본 명세서에 인용된 문헌)에 부착되며, 기재는 수직으로 위치되고 홀딩 유닛의 홀딩 수단 내에 고정된다. 다음 단계에서, 액체 코팅 슬러리는 본 발명에 따른 기재 모놀리스의 적어도 상단부면의 영역에 도포된다. 디퓨저(EP2415522A1에서의 샤워 헤드와 유사하게)로서 작용하는 가요성 멤브레인을 통해 액체 코팅 슬러리를 도포하는 것에 의해, 코팅 슬러리는 기재의 이러한 각각의 영역에 보다 균일하게 분포된다. 이어서, 이와 같이 도포된 코팅 슬러리는 균일한 방식으로 채널들 또는 가능하게 모놀리스의 벽들 내로 흡입 또는 가압될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에서, 제1 코팅 단계에서 상기된 바와 같이 코팅되는 기재 모놀리스는 후속적으로 뒤집히고, 유사한 제2 코팅 단계를 거친다. 그러므로, 예를 들어 로봇 팔, 선회 디바이스 등과 같은 일부 자동 수단에 의해 제1 코팅 단계 후에 기재를 뒤집는 것에 의해, 제2 코팅은 상단으로부터 반대편 단부까지 도포될 수 있으며, 그러므로 하나의 코팅 방법 내에서 기재 및/또는 하나 및 동일한 기재 상의 부분적 또는 전체(즉 덮여진 전체 길이(L)) 이중 층 상의 코팅의 구역화된 배열로 이어진다.
다른 매우 바람직한 실시예에서, 코팅 방법은, 본 발명에 따른 기재의 상단부면에 제1 액체 코팅 슬러리를 도포할 수 있고 또한 여전히 홀딩 유닛에 고정된 기재의 바닥 단부면에 제2 액체 코팅 슬러리를 도포할 수 있는 코팅 장치로 수행된다. 이러한 방법은 유익하게 예를 들어 본 발명의 개념과 관련한 WO2015140630A1의 장치의 기술을 사용한다. 이와 같이, 본 발명의 코팅 장치는 또한 워시코트로 코팅될 촉매 지지체를 수직으로 가역적으로 홀딩하고 고정하기 위한 제1 수단, 및 아래로부터 모놀리스 내로의 워시코트의 유입을 제어하기 위한 제2 수단을 포함하고, 상기 제2 수단은 상기 제1 수단에 부착되어서, 코팅 방법 동안 상기 제2 수단이 모놀리스에 도달하기 전에 워시코트와 접촉하며; 상기 제2 수단은 사용시에 워시코트를 향한 입구측 및 지지체를 향하는 출구측을 가지는 구멍, 및 워시코트가 관통하여 유동하도록 입구측으로부터 출구측으로의 연통을 제공하는 채널들을 포함하는 플레이트의 형태를 가지며, 상기 채널의 적어도 일부는 상기 채널 내의 지점에서보다 워시코트 입구측에서 더욱 넓은 축을 따르는 비대칭 채널 폭을 가지며, 상기 비대칭 구멍들은 상기 채널 내의 한 지점에서보다 워시코트 유출구측에서 더욱 넓으며, 구멍의 출구 및 입구보다 좁은 영역은 입구측으로보다 출구측에 더욱 밀접하게 정렬되는 구멍들중 적어도 일부를 위한 것이다.
본 발명의 방법의 추가의 바람직한 모드에서, 본 발명의 코팅 장치는 격납 용기 및 평준화 유닛(leveling unit)을 포함하며, 평준화 유닛은 지지체에 대한 압력차를 인가하기 위한 유닛이 지지체 내로 워시코트를 도입하도록 활성화되기 전에 격납 용기에 도포된 워시코트의 표면을 균일화할 수 있다. 여기서, 제1 워시코트 슬러리는 기재 내로의 도입 전에 기재 본체의 단부면과 유체 유동 연통하는데 적합한 격납 용기로 전달된다. 워시코트가 기재 본체의 상단부면을 통해 도입될 때, 격납 용기는 기재의 상단부에 해제 가능하게 장착될 수 있는 환형 벽일 수 있다. 격납 용기에 수용되면, 그리고 기재 내로 도입되기 전에, 제1 촉매 슬러리는 바람직하게 제1 촉매 슬러리 및/또는 격리 용기(WO07007370 A1)에 전체로서 진동(그러므로, 일부 전단력)을 유도하는 것과 같이 전단력을 인가하는 것에 의해 분배되고 균일하게 평준화된다(예를 들어, 기계화된 진동; 초음파 또는 적외선 에너지의 인가; 공기의 스트림; 기계적 평준화; 원심력의 사용 등). 격납 용기에서 촉매 슬러리의 평준화는 워시코트의 균일한 표면, 그러므로, 기재의 채널 벽들을 따라서 촉매 슬러리의 균일한 분포를 더욱 촉진하고, 지지체 상에 균일한 촉매층의 형성을 생성한다. 평준화는 바람직하게 전단력이 예를 들어 초음파 또는 초저주파 불가청음(infrasound)에 의한 비접촉 측정, 또는 워시코트의 표면 상으로의 간단한 공기 유동에 의해 표면 상으로의 공기의 간단한 스트림을 통해 격납 용기에 있는 워시코트에 영향을 미치는 모드에서 작동한다.
놀랍게도, 부품을 돌리거나 움직이는 것에 관계없이 몇몇 액체 코팅 슬러리로 기재를 코팅하는 것이 가능하다. 이렇게 하는 것에 의해, 기재 모놀리스는 코팅 방법의 최소 시간 및 덜 복잡하게 기재 모놀리스 상의 코팅과 관련하여 상기된 바와 같은 구역화 또는 층의 개념을 달성하기 위해 동일하거나 또는 다른 코팅 슬러리로 단부면들의 동일하거나 다른 측면으로부터 코팅될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 장치는 예를 들어 WO2011098450A1 또는 WO2010114132A1에서 언급된 바와 같이 설계될 수 있다. 제1 워시코트는 비록 임의의 100% 미만의 길이가 도포에 기초하여 바람직할 수 있을지라도, 모놀리스 담체의 전체 길이의 100%까지, 그러나 바람직하게 그 미만; 더욱 바람직하게 약 85% 이상 내지 97% 미만의 길이; 여전히 더욱 바람직하게 약 90% 이상 내지 약 95% 이하의 길이인 채널들의 길이를 따라서 습윤 상태에서 제1 워시코트 층을 형성하도록 사전 결정된 조건하에 지지체 내로 도입된다. 담체의 전체 길이의 100% 미만을 목표로 하는 것은 담체의 반대쪽 단부면을 통해 워시코트 슬러리의 의도하지 않은 유출을 완화시키는 것; 및 입자 크기 및 조성 드리프트 문제(예를 들어, 구배의 형성)를 억제하고, 이에 의해 도포된 워시코트 층의 균일한 도포를 촉진하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
바람직하게, 모놀리스 담체 주위를 돌 때, 이러한 것은 로봇 팔 등과 같은 당업자에게 공지된 수단으로 또는 심지어 수동으로 수행될 수 있다. 다시, 제2 워시코트는 비록 임의의 100% 미만의 길이가 도포에 기초하여 바람직할 수 있을지라도, 모놀리스 담체의 전체 길이의 100%까지, 그러나 바람직하게 그 미만; 더욱 바람직하게 약 85% 이상 내지 97% 미만의 길이; 여전히 더욱 바람직하게 약 90% 이상 내지 약 95% 이하의 길이인 채널들의 길이를 따라서 적어도 부분적으로 제1 워시코트 위에서 습윤 상태에서 제2 워시코트 층을 형성하도록 사전 결정된 조건하에 슬러리로서 도입된다. 담체의 전체 길이의 100% 미만을 목표로 하는 것은 기재의 반대쪽 단부면을 통해 워시코트 슬러리의 의도하지 않은 유출을 완화시키는 것; 및 입자 크기 및 조성 드리프트 문제(예를 들어, 구배의 형성)를 억제하고, 이에 의해 도포된 촉매 층의 균일한 도포를 촉진하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
하부 워시코트를 추가로 건조시킴이 없이 2개 이상의 워시코트 슬러리를 서로 코팅하는 것을 고려하면, 별도의 상부 워시코트 층을 얻기 위해 하부 워시코트의 일부 고화 또는 경화가 발생해야만 한다. 예를 들어, 지지체의 채널들을 통해 운반될 각각의 산성 또는 염기성 가스 또는 액체의 스트림을 지지체의 아래 또는 상단으로부터 사용하는 것이 가능하다. 산성 또는 염기성 가스 또는 액체 스트림과 워시코트와의 반응시에, 워시코트는 그 사이에서 건조없이 동일하거나 다른 제2 워시코트에 의해 오버 코팅될 준비가 필요한 정도로 경화되고 고화되며, 이는 지지체가 지지체의 열 및 기류 처리(즉, 정상적인 건조 방법)에 의해 도포된 워시코트로부터 액체 성분을 제거하는 목적을 위해 홀딩 유닛으로부터 제거되지 않는다는 것을 의미한다.
본 발명의 절차에 따라 모놀리스 담체 상에 코팅된 워시코트를 고화시키기 위해, 도포된 워시코트는 액체 또는 기체 산 또는 염기로 처리시에 유사 가소성이 되는 능력을 가져야만 한다. 비록 이론적인 고려가 pH 처리시에 금속 산화물 현탁액의 거동과 관련하여 이루어졌을지라도(Tombacz 등, Progr. Colloid Polym. Sci(1995), 98, 160 - 168; Zhou 등, Chemical Engineering Science(2001), 56, 2901 - 2920), 이러한 모놀리스 담체에 코팅된 워시코트 슬러리가 몇몇 성분의 복잡한 혼합물이라는 사실로 인하여, 워시코트를 생성하는데 필요할 수 있는 약간의 수정(고체/액체 비율, 온도, 첨가제 등)은 실제로 이러한 유사 가소성 거동을 보여줄 것이다. 그러나, 이러한 것은 실시예 및 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 예비 시험에서 당업자에 의해 점검될 수 있다.
워시코트가 그 채널 벽들 상에 또는 안에 코팅된 후에 모놀리스 담체에 제출될 산성 액체 또는 산성 가스 스트림은 실현 가능성, 비용, 및 안전성 고려 사항에 기초하여 당업자에 의해 선택될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 액체 또는 가스 스트림의 산성 성분은 예를 들어 HNO3, HCl, H2SO4, H3PO4와 같은 C1-C4 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화 유기산, 및 무기산의 그룹으로부터 선택된다. 유기산의 그룹 내에서, 바람직하게 수용액으로서 또는 에어로졸로서 또는 증기 형식에서, 포름산, 아세트산 또는 프로피온산이 특히 유익하다.
워시코트가 채널 벽들 상에 또는 안에 코팅된 후 모놀리스 담체에 제출될 염기성 액체 또는 염기성 가스 스트림은 실현 가능성, 비용 및 안전성 고려 사항에 기초하여 당업자에 의해 선택될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 액체 또는 가스 스트림의 염기성 성분은 상기된 바와 같이 C1-C4 분지형 또는 비분지형, 포화 또는 불포화 유기산의 암모니아, CO2, 알칼리염의 그룹으로부터 선택된다.
이와 같이, 상기 인용된 산성 또는 염기성 성분은 액체 매체 또는 가스 스트림 형태로 모놀리스 담체의 벽들 상의 또는 안의 워시코트에 도포된다. 가스 스트림에 대해 이야기할 때, 이러한 것은 순수한 가스, 에어로졸 또는 증기 형식의 스트림일 수 있다. 당업자는 이러한 스트림을 생성하는 방법을 알고 있다(https://en.wikipedia.org/wiki/Aerosol;https://en.wikipedia.org/wiki/Steam). 액체 매체는 가장 바람직하게 물에 있는 성분의 용액이다. 그 농도는 그렇게 중요하지 않다. 그래도 필요한 효과를 내려면 액체 매체에서의 성분이 충분해야만 한다.
아울러, 모놀리스 담체에 공급되도록 워시코트에 특정 화합물을 첨가하는 것에 의해 산성 또는 염기성 처리시에 유사 가소성 거동의 효과를 자극할 수 있다. 이와 같이, 워시코트의 유사 가소성 거동을 강화하기 위해 본 명세서에 WO2016023808A, US9144796B1 및 인용된 문헌에 기술된 바와 같은 화합물이 취해질 수 있다(유동학적 개질제(rheology modifier)). 또한, 다음의 화합물의 목록은 워시코트가 이러한 유사 가소성 거동에 훨씬 더 민감해질 수 있게 한다. 유사 가소성 거동을 설정하는 유동학적 보조제는 오랫동안 공지되었다. 유용한 유동학적 개질제에 대한 개요는 DD. Brown and M. Rosen(The 유동학적 개질제 Handbook Author: David B. Brown and Meyer R. Rosen ISBN 0-8155-1441-7 Published: 1999)의 간행물에서 찾을 수 있다.
또한, 하기 화합물의 목록은 워시코트를 더욱 유사 가소성으로 만들 수 있다. 적합한 유동학적 개질제를 제공할 수 있는 제1 세트의 화합물은 사슬 내에 2개 이상의 탄소 원자, 최대 약 12개의 탄소 원자를 가지는 선형 또는 분지-쇄-다기능화 유기 분자이다(Cn; 여기서, 2 ≤ n ≤12). 탄소 골격은 cis- 또는 trans- 구성에서 포화되거나 불포화될 수 있다. 유기 분자는 카르복실, 히드록실 또는 카르보닐로부터 적어도 하나의 카르복실산 반족 및 적어도 하나의 추가의 기능성 반족(functional moiety)으로 기능화될 수 있다. 기능성 반족들의 수는 2 내지 n의 범위일 수 있다. 예를 들어 옥살산, 타르트산 등과 같은 디카르복실산의 구조를 가지는 것들이 바람직하다.
적합한 유동학적 개질제를 제공할 수 있는 제2 세트의 화합물은 염기성 4급 아민의 염을 기본으로 한다. 여기서, 하나 이상의 4급 아민기(quaternary amine group)는 Cn의 길이를 가지는 4개의 탄소 사슬에 부착되며, 여기에서, 1 ≤ n ≤ 5 이다. 이 양이온은 다음의, 그러나 이에 한정되지 않는 음이온들 중 하나를 사용하여 염으로서 평형화된다: 수산화물, 불소, 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 탐산염, 황산염, 아황산염, 수산염, 말레인산염, 인산염, 알루민산염, 규산염, 붕산염, 또는 다른 적합한 유기 또는 무기 반대 이온.
적합한 유동학적 개질제를 제공할 수 있는 제3 세트의 화합물은 다음의 목록으로부터 취해진, 그러나 이에 한정되지 않는 무기 염기를 포함한다: 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화스트론튬, 및 수산화바륨.
적합한 유동학적 개질제를 제공할 수 있는 제4 세트의 화합물은 다음과 같은 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 간단한 전이 염 또는 희토류 원소를 포함한다: 원자 번호 57(La) 내지 71(Lu) 및 Sc, Y, Ti, Zr 및 Hf를 포함하는 희토류 원소의 질산염, 탄산염, 황산염, 인산염, 붕산염.
다양한 촉매 슬러리의 유동학적 특성은 공통 세트에서의 화합물의 조합(예를 들어, 제2 세트로부터의 2개 이상의 화합물) 및 다른 세트의 화합물의 조합(예를 들어, 제1 세트로부터의 하나의 화합물; 및 제3 세트로부터의 2개의 화합물)을 포함하는 상기 언급된 화합물의 임의의 적절한 조합으로 각각의 촉매 슬러리의 워시코트를 제공하는 것에 의해 조정될 수 있다.
유동학적 개질제들은 0.01% 내지 10%, 바람직하게 약 0.1% 내지 약 7.5%, 더욱 바람직하게 약 0.1% 내지 약 5%의 중량% 농도로 첨가된다. 개별 촉매 슬러리의 사전 결정된 초기 점도, 및 각각의 초기 점도 사이의 차이는 상이한 유동학적 개질제(또는 그 조합)를 선택하는 것에 의해 및/또는 각각의 촉매 슬러리에 대한 하나 이상의 유동학적 개질제의 중량%를 조정하는 것에 의해 조정될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따라서 코팅된 담체는 관통 유동 또는 벽 유동 모놀리스이다. 본 발명에 이용될 수 있는 적합한 기재들은 기재의 입구 또는 출구면으로부터 이를 통해 연장되는 미세하고 평행한 가스 유동 통로들을 가지는 유형의 모놀리식 기재들이어서, 통로는 허니콤이라는 유동 관통 기재를 통한 유체 유동에 개방되어 있다. 그 유체 입구로부터 그 유체 출구까지 본질적으로 직선 경로인 통로들은 통로들을 통해 흐르는 가스가 촉매 물질과 접촉하도록 촉매 물질이 워시코트로서 코팅되는 벽들에 의해 한정된다. 모놀리식 기재의 유동 통로들은 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인파, 육각형, 타원형, 원형 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기일 수 있는 얇은 벽의 채널들이다. 이러한 구조는 단면의 평방 인치당 약 400 내지 900개 이상의 가스 입구(즉, 셀)을 포함할 수 있다(62-140 셀/㎠). 벽 두께, 즉 기재의 채널들을 서로 분리하는 벽들의 두께는 일반적으로 약 0.005 ㎝ 내지 약 0.25 ㎝이다.
이용될 수 있는 적합한 기재들은 기재의 입구 또는 출구면으로부터 이를 통해 연장되는 미세하고 평행한 가스 유동 통로들을 가지는 유형의 모놀리식 기재/지지체이어서, 통로들은 유체 유동에 개방되어 허니콤이라는 유동 관통 기재를 통해 거기에서 유체 유동으로 개방된다. 그 유체 입구로부터 그 유체 출구까지 본질적으로 직선 경로인 통로들은 통로들을 통해 유동하는 가스가 촉매 물질과 접촉하도록 촉매 물질이 워시코트로서 코팅되는 벽들에 의해 한정된다. 모놀리식 기재의 유동 통로들은 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인파, 육각형, 타원형, 원형 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기일 수 있는 얇은 벽의 채널들이다. 이러한 구조는 단면의 평방 인치당 약 400 내지 900개 이상의 가스 입구(즉, 셀)를 포함할 수 있다(62-140 셀/㎠). 벽 두께, 즉 기재의 채널들을 서로 분리하는 벽들의 두께는 일반적으로 약 0.005 ㎝ 내지 약 0.25 ㎝이다.
본 발명에 따라서 코팅될 기재는 바람직하게 허니콤 벽 유동 필터일 수 있다. 코팅 조성물을 지지하는데 유용한 벽 유동 기재는 기재의 길이 방향 축을 따라서 연장되는 복수의 미세하고 실질적으로 평행한 기체 유동 통로들을 가진다. 전형적으로, 각각의 통로는 기재 본체의 한쪽 단부에서 차단되고, 교대로 있는 통로들은 반대편 단부면들에서 차단된다. 본 발명의 방법에 사용하기 위한 특정 벽 유동 기재들은 얇은 다공성 벽 허니콤(모놀리스/지지체)을 포함하며, 유체 스트림은 물품을 가로지르는 배압 또는 압력 강하를 너무 크게 증가시킴이 없이 벽 허니콤을 통과한다. 일반적으로, 깨끗한 벽 유동 물품의 조재는 0.036psi 내지 10psi의 배압을 생성한다.
상기된 기재는 바람직하게 금속 또는 세라믹형 모놀리스이고, 후자는 임의의 적합한 내화 재료, 예를 들어 근청석, 근청석-알루미나, 질화 규소, 지르콘 멀라이트, 리티아 휘석(spodumene), 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 규산염, 규선석, 마그네슘 규산염, 지르콘, 페탈라이트, 알루미나, 알루미노 규산염 등으로 만들어질 수 있다. 본 방법에 따른 자동차를 위한 배기 가스 촉매의 제조에 적합한 관통 유동형 모놀리스를 고려하면, 이러한 것들은 바람직하게 코팅 전에 20% 이상, 일반적으로 20% 내지 55%, 특히 22% 내지 50%의 다공성을 가진다[출원일 현재 DIN 66133에 따라서 측정된]. 평균 기공 크기는 코팅 전에 적어도 1 ㎛, 예를 들어 1.5 ㎛ 내지 15 ㎛, 바람직하게 3 ㎛ 이상, 특히 5 ㎛ 내지 9 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 15 ㎛이다[출원일 현재 DIN 66134에 따라서 측정된]. 본래 5 내지 15 ㎛의 평균 기공 크기 및 25% 내지 40%의 기공률을 가지는 자동차의 배기 가스 촉매에 적합한 완성된 기재가 특히 유익하다. 본 방법에 따른 자동차를 위한 배기 가스 필터의 제조에 적합한 세라믹 벽 유동 필터 기재를 고려하면, 이러한 것들은 바람직하게 40% 이상, 일반적으로 40% 내지 75%, 특히 45% 내지 70%의 다공성을 가진다[출원일 현재 DIN 66133에 따라서 측정된]. 평균 기공 크기는 적어도 7 ㎛, 예를 들어 7 ㎛ 내지 34 ㎛, 바람직하게 10 ㎛ 이상, 특히 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 또는 21 ㎛ 내지 33 ㎛이다[출원일 현재 DIN 66134에 따라서 측정된]. 본래 10 내지 33 ㎛의 평균 기공 크기 및 50% 내지 65%의 기공률을 가지는 자동차를 위한 배기 가스 필터의 제조에 적합한 완성된 기재가 특히 유익하다.
전술한 기공률 및 평균 기공 크기를 가지는 기재가 워시코트로 코팅될 때, 적절한 레벨의 코팅 조성은 우수한 오염 물질 변환 효율을 달성하기 위해 기재의 기공 상에 및/또는 기공 내로 코팅 조성물을 로딩하여, 필터를 고려하여 그을음을 연소시킬 수 있다. 이들 기재는 촉매 로딩에도 불구하고 여전히 적절한 배기 유동 특성, 즉 허용 가능한 배압을 유지할 수 있다.
"코팅"이라는 표현은 전술한 벽 유동 필터 또는 유동 관통 모놀리스의 방식으로 구성될 수 있는 실질적으로 불활성인 기재 상에 유해한 유독성 배기 오염물에 대한 촉매 활성 물질 및/또는 저장 성분의 적용을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 코팅은 실제 촉매 기능을 수행하며, 통상적으로 온도 안정된 대-표면적 금속 산화물(아래 참조)에 고분산 형태로 증착된 저장 물질 및/또는 촉매 활성 금속을 함유한다. 코팅은 일반적으로 불활성 기재의 벽 상으로 및/또는 벽 내로 저장 물질 및/또는 촉매 활성 성분(워시코트로서 또한 지칭됨)의 액체 코팅 매체의 도포에 의해 수행된다. 액체 코팅 매체의 도포 후에, 지지체는 건조되고, 적절하면 고온에서 하소된다. 코팅은 하나의 층으로 구성될 수 있거나, 겹쳐서(다층 형태로) 및/또는 서로에 대해 오프셋되어(구역으로) 기재에 도포될 수 있는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
액체 코팅 매체/슬러리는 예를 들어 자동차를 위한 배기 가스 촉매(유동 관통 모놀리스 또는 필터)를 코팅하기 위한 현탁액 또는 분산액("워시코트")이고, 저장 물질 및/또는 촉매 활성 물질 또는 그 전구체 및/또는 CHA, LEV 또는 유사한 8-링 제올라이트같은 제올라이트, 또는 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 산화 지르코늄 또는 그 조합같은 내화물질 산화물와 같은 무기 산화물을 함유하며, 내화물질 산화물이 예를 들어 규소 또는 란타늄으로 도핑되는 것이 가능하다. 제올라이트는 Fe 및/또는 Cu와 같은 금속 양이온과 교환될 수 있다. 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 니켈, 또는 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀륨, 에르븀, 툴륨, 이테르븀과 같은 희토류 금속의 산화물 또는 그 조합은 촉매 활성 성분으로서 사용될 수 있다. 백금, 팔라듐, 금, 로듐, 이리듐, 오스뮴, 루테늄 및 그 조합과 같은 귀금속이 또한 촉매 활성 성분으로서 사용될 수 있다. 이들 금속은 또한 서로 또는 다른 금속 또는 산화물과의 합금으로서 존재할 수 있다. 금속들은 또한 상기 귀금속 및 그 혼합물의 질산염, 아황산염 또는 오가닐과 같은 전구체로서 존재할 수 있으며, 특히 팔라듐 질산염, 팔라듐 아황산염, 백금 질산염, 백금 아황산염 또는 Pt(NH3)4(NO3)2는 액체 코팅 매체에서 사용될 수 있다. 약 400℃ 내지 약 700℃에서의 하소에 의해, 촉매 활성 성분은 전구체로부터 수득될 수 있다. 자동차 배기 가스 촉매의 제조를 위해 기재를 코팅하도록, 무기 산화물의 현탁액 또는 분산액은 코팅을 위해 초기에 사용될 수 있으며, 그 후에, 후속 코팅 단계에서, 하나 이상의 촉매 활성 성분을 함유하는 현탁액 또는 분산액이 도포될 수 있다. 그러나, 액체 코팅 매체가 이들 성분 둘 모두를 함유하는 것이 또한 가능하다.
본 명세서에 기술된 방법을 고려하여, 초기 장치의 바람직한 실시예는 준용하여 적용되거나 또는 그 반대도 마찬가지이다. 다른 바람직한 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 코팅 스테이션에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에 개시된 방법 및/또는 개시된 장치의 바람직한 실시예는 코팅 스테이션에 준용된다. 이러한 것은 예를 들어 전술한 방법 및/또는 홀딩 유닛 내에서 기재를 로딩 및 언로딩 또는 회전시키기 위한 로터리 턴테이블, 로봇 팔과 같은 장치, 및 기재를 회전시키지 않고 양쪽 단부 측면으로부터 기재 모놀리스를 코팅할 수 있는 가능성과 관련하여 논의된 보다 기계적인 측면의 경우에 특히 그러하다.
도 1은 각각의 예시적인 개구를 가지는 플레이트에 의해 지지된 멤브레인을 도시한 도면.
도 2는 지지 스테인레스강 플레이트의 개구의 상이한 지름 및 상이한 가요성을 가지는 1 mm의 개구를 가지는 멤브레인 및 1.49 Pa*s의 점도를 가지는 매체에 대한 계산 결과를 도시한 도면.
도 3은 상이한 개구를 가지는 멤브레인 및 1.49 Pa*s의 점도를 가지는 매체에 대한 계산 결과를 도시한 도면.
도 4는 계산 모델을 도시한 도면.
도 5는 계산에 적용된 유동 라인을 도시하 도면.
도 2는 지지 스테인레스강 플레이트의 개구의 상이한 지름 및 상이한 가요성을 가지는 1 mm의 개구를 가지는 멤브레인 및 1.49 Pa*s의 점도를 가지는 매체에 대한 계산 결과를 도시한 도면.
도 3은 상이한 개구를 가지는 멤브레인 및 1.49 Pa*s의 점도를 가지는 매체에 대한 계산 결과를 도시한 도면.
도 4는 계산 모델을 도시한 도면.
도 5는 계산에 적용된 유동 라인을 도시하 도면.
유한 요소 분석 설명
1. 계산 파라미터
계산은 2D 축 대칭으로 이루어진다. Mooney Rivlin의 초탄성 거동이 낮게 사용되고 있다.
고무 특성은 70 및 50 쇼어 A 고무 화합물이다.
그리드 재료는 비변형성으로 간주된다.
마찰율은 0.5이다.
2. 초기 조건
계산을 위해 아래의 조건이 적용된다.
분사 디바이스 내부에 압력이 인가된다. 도 4 참조.
그리드 상에 3개의 다른 구멍 지름에 대해 계산이 수행된다.
_ Ø 8
_ Ø 9
_ Ø 10
3. 계산 설명(유동/압력)
3.1 계산 가설
계산을 위해, 도 5를 통과하는 유동 라인에 적용된 베르누이 정리가 사용될 것이다.
S1은 입구 섹션이고 S2는 출구 섹션이다.
손실 충전 계수는 다음과 같니다:
다음과 같은 가설이 방정식에 대해 고려된다:
- 정기적인 충전 손실은 없다.
- 층류(Re <2000),
υ = 원통형 파이프의 최대 유체 속도
μ = 동적 유체 점도(Poise)
R = 파이프 반경(m)
ρ = 비중 [kg/㎥]
나머지 베르누이 공식:
α = 유동의 유형을 설명하는 계수
(α = 1 난류, α = 2 층류)
υ1m = 파이프에서 유체 평균 속도(섹션 S1)
υ2m = 파이프에서 유체 평균 속도(섹션 S2)
Z = 고려된 지점의 고도(m)
g = 가속도 9.81ms-2
Λ = 충전 인자(charge factor)의 정기적 손실
L = 유사한 섹션의 파이프 길이(m)
D = 파이프 지름(m)
K = 충전 인자의 단일 손실
Q = 유량(L/s)
V = 평균 속도
S = 고려된 파이프 섹션
아래의 관계는 선택된 유체의 유동/압력 곡선을 그리기 위해 액셀 파일을 제곱할 수 있다.
고려된 유체 파라미터
α= 90°
Claims (10)
- 원통형 지지체들이며, 2개의 단부면, 원주 방향 표면, 및 축 방향 길이(L)를 각각 가지며, 다수의 채널에 의해 제1 단부면으로부터 제2 단부면으로 횡단하는, 특히 자동차를 위한 배기 가스 정화 촉매를 제조하고, 액체 코팅 슬러리와 상기 지지체들을 접촉시키기 위한 기재 코팅 장치로서,
- 상기 지지체를 수직으로 가역적으로 홀딩하기 위한 홀딩 유닛;
- 상기 액체 코팅 슬러리를 상기 지지체의 상단부면에 공급하기 위한 투여 유닛;
- 상기 지지체 내로 상기 액체 코팅 슬러리를 도입하도록 상기 지지체에 대한 압력차를 인가하기 위한 유닛을 포함하는, 상기 기재 코팅 장치에 있어서,
상기 투여 유닛은 가요성 멤브레인의 형태를 하는 디퓨저를 포함하고, 상기 액체 코팅 슬러리에 압력을 인가할 때, 상기 액체 코팅 슬러리는 상기 멤브레인을 통해 상기 지지체의 상단부면의 영역에 도포되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 장치. - 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 지지체들을 상기 투여 유닛에 공급하고 상기 투여 유닛으로부터 코팅된 지지체들을 제거하기 위한 로터리 턴테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 및/또는 제2항에 있어서, 상기 장치는 상기 장치 내에서 상기 지지체들을 뒤집는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 및/또는 제2항에 있어서, 상기 홀딩 유닛은 로터리 턴테이블 디바이스에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 제1 코팅 슬러리가 제1 단계에서 상기 지지체의 상단부면에 도포될 수 있고, 후속해서 상기 채널들을 통해 가능하면 상기 지지체의 벽들 내로 상기 코팅 슬러리를 흡입하고, 이어서 상기 지지체의 바닥으로부터 제2 코팅 슬러리를 도포하도록 흡입 유닛이 적응되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 투여 유닛은 상기 지지체의 상단부 표면적의 일부 또는 전부에 상기 액체 코팅 슬러리를 도포하는 것을 가능하게 하는 셔텨 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 원통형 지지체들이며, 2개의 단부면, 원주 방향 표면, 및 축 방향 길이(L)를 각각 가지며, 다수의 채널에 의해 제1 단부면으로부터 제2 단부면으로 횡단하는, 특히 자동차를 위한 배기 가스 정화 촉매의 제조를 위한 기재를 액체 코팅 슬러리로 코팅하기 위한 방법으로서,
제1항 내지 제6항 중 한 항에 따른 장치가 사용되는 방법. - 제7항에 있어서,
- 제1 코팅 단계를 수행하는 단계;
- 상기 장치 내에서 상기 지지체를 뒤집는 단계;
- 제2 코팅 단계를 수행하는 단계를 포함하는 방법. - 제7항 및/또는 제8항에 있어서, 상기 지지체는 세라믹 또는 금속 허니콤 유동 관통 모놀리스 또는 벽 유동 필터인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항 내지 제9항 중 한 항에 있어서, 상기 액체 코팅 슬러리는 20℃에서 0,01 내지 10 Pa*s의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
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