KR0150792B1 - 팽창성 설치패드 - Google Patents

팽창성 설치패드

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KR0150792B1
KR0150792B1 KR1019900006184A KR900006184A KR0150792B1 KR 0150792 B1 KR0150792 B1 KR 0150792B1 KR 1019900006184 A KR1019900006184 A KR 1019900006184A KR 900006184 A KR900006184 A KR 900006184A KR 0150792 B1 KR0150792 B1 KR 0150792B1
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디. 텐 에익 존
시. 피츠 오랜드
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폴 보이멜
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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기시스템의 사용 및 제조에 적합하고 매우 편리하도록 한 취성 구조체용 설치패드에 관한 것으로, 취성 구조체용 설치 패드는 인접한 측면들이 서로 접촉된 상태로 유지되어 있는 적어도 2겹의 팽창성 시이트를 갖춘 합성재료로 이루어져 있으며, 취성 구조체의 둘레로 굽힘 가능하고, 양단부들이 서로 결합될 수 있도록 구성되어 있으며, 2겹의 팽창성 시이트가 굽힘에 대한 전단력을 극복하고, 축선방향으로 정렬된 상태에서 2겹의 팽창성 시이트의 회전을 방지하는 동시에 축선 길이를 따라서 이동을 허용할 수 만큼, 각각의 인전합 측면들의 소정의 부분에서만 서로 결합되어, 설치패드의 양단부들이 균열 및 파손의 발생이 없는 상태로 결합되어 있다.

Description

팽창성 설치패드
제1도는 본 발명에 따른 설치패드가 제공된 구조체의 부분등각사시도.
제2도는 본 발명에 따른 팽창성 시이트 재료의 평면도.
제3도는 제2도에 도시된 팽창성 시이트 재료의 측면도.
제4도는 본 발명에 따른 팽창성 시이트 재료의 다른 실시예를 도시한 평면도.
제5도는 제4도에 도시된 시이트 재료의 측면도.
제6도는 본 발명에 따른 팽창성 시이트 재료의 조립된 상태를 도시한 측면도.
제7도는 제6도에 도시된 팽창성 시이트 재료의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 촉매변환기 12 : (관형) 하우징
14 : 흡입구 18 : (취성 세라믹) 구조체
20 : (팽창성) 시이트 재료 22,24 : (팽창성 재료의) 층
28 : 돌출부 30 : 그루우브
본 발명은 배기가스 처리에 사용되는 취성의 일체식 구조체를 설치하기 위한 시이트 재료에 관한 것이며, 보다 상세히 설명하면 배기가스와 상호 작용하는 촉매물질이 증착되어 있는, 취성의 일체식 구조체를 설치 및 지지하도록 사용되는 시이트 재료에 관한 것이다.
이와 같은 일체식 구조체(이하 간단히 구조체라 함)는 산화알루미늄, 이산화실리콘, 산화마그네슘, 지르코니아, 코르디에라이트, 탄화실리콘과 같은 취성의 내화성 세라믹 재료로 형성가능하다. 이러한 세라믹 재료들은 흡사 뼈대구조(skeleton type)의 구조체에 복수의 아주 작은 흐름 채널들을 제공하기에 적합하다. 이와같은 구조체는 작은 충격부하에 의해서도 균열되거나 파손되기에 충분하다. 세라믹으로 제조된 구조체가 배기가스 시스템에 연결된 하우징내에 설치되어 있는 차량에 관련하여, 이와같은 방식의 촉매장치를 사용할 때 발생하는 취성으로 인한 문제 때문에, 구조체가 충격부하의 영향을 받지 않도록 구조체를 하우징내에서 적절히 지지하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되어 왔다.
미합중국 특허 제3,798,006호에는, 경화처리된 섬유라이닝에 의해서 하우징내에 촉매부재를 고정시킨 구조체가 개시되었다. 즉, 일체식 구조체와 외각(shell) 사이에 압축된 상태로 설치된 펠트층(felted layer) 또는 세라믹 섬유의 슬리이브에 의해 촉매부재들이 지지된다.
미합중국 특허 제3,876,384호에는, 세라믹 섬유내에 고도의 내열성 강철이 삽입된 형태의 보강수단 및 결합수단을 포함하고 있는 보호쟈켓에 의해서 촉매부재를 둘러싼 후에 탄성작용이 가능하게 반응케이싱 내에 설치한 일체식 촉매운반체가 개시되었다.
미합중국 특허 제3,891,396호에는, 일체식 촉매구조체용 탄성보유기(holder)가 개시되었다. 이러한 탄성 보유기는, 배기관의 외벽을 형성하는 금속재 벨로우즈관으로 이루어져 있으며, 벨로우즈관에는 일체식 촉매구조체를 안전하게 보유하도록 단부의 베어링쪽으로 일체식 촉매구조체를 밀어주는 기계적 바이아스(bias) 수단이 제공되어 있다.
미합중국 특허 제3,916,057호에는, 질석(vermiculite)이나 또는 다른 팽창성 운모(mica)를 포함 한 팽창성 시이트 재료를 사용하여 일체식 촉매지지부재를 설치하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이러한 팽창성 시이트 재료는 고정된 위치에서 팽창하며, 탄성이 있는 설치재료로 작용한다. 시이트 재료의 열적안정성 및 탄성에 의해서, 금속재 캐니스터(canister) 및 구조체의 열적팽창의 차이가 보상되며, 금속이나 세라믹 표면의 불균일로 인해서 취성 구조체에 가해지는 힘이나 또는 취성 구조체에 전달되는 기계적 진동이 흡수된다. 바람직하게, 크라프트(kraft)지, 폴리에틸렌테레프탈레트 섬유, 또는 유리매트(mat)나 유리섬유상에 코팅 또는 압출과정을 수행함으로써, 시이트 재료가 종래의 제지기술에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 상기 미합중국 특허 제3,916,057호에서는, 세라믹을 직접적으로 코팅하는 과정이 건조한 코팅두께에 의해서 제한된다는 중요한 결점이 있음을 지적한다.
미합중국 특허 제4,048,363호에는, 세라믹으로 구성된 일체식 구조체를 감싸도록 접착식으로 연결된 여러 층의 시이트로 이루어진 팽창성 설치매트가 개시되었다. 시이트의 접착은, 각각의 단부들이 함께 연결되도록 구조체를 감싼후에 제거되는 탈착성 층으로 덮여진다. 가열후, 매트에 포함되어 있는 팽창성 재료의 팽창에 의해서 구조체가 하우징 또는 덮개에 고정된다.
미합중국 특허 제4,142,864호에는, 촉매 구조체 및 케이싱(casing)의 내부 표면 사이의 공간으로 탄력성 및 유연성이 있는 세라믹 섬유 매트 또는 블랭킷(blanket)을 설치함으로써 세라믹으로 구성된 일체식 구조체가 고정되는 방법이 개시되었다. 이러한 블랭킷은 케이싱과의 사이에 설치된 세라믹 구조체의 각각의 단부에 삽입된 환형 플러그의 설치에 따라서 압축된다. 플러그 부재는 단단한 금속, 철망 또는 중공형 금속으로 형성될 수 있다.
미합중국 특허 제4,239,733호 및 제4,256,700호에는, 서로 겹쳐지지 않는 방식으로 인접하게 위치된 철망 슬리이브 및 팽창성 슬리이브에 의해 박판 금속 하우징내에서 지지되는 코팅된 촉매 세라믹 구조체가 개시되었다.
미합중국 특허 제4,269,807호에는, 일체식 구조체의 길이방향으로 부분적으로 압축되도록 짜여진(knitted) 철망으로 이루어진 블랭킷에 의해서 세라믹 촉매 구조체를 둘러싸는 탄성의 설치패드가 개시되었다. 서로 겹쳐지게 짜여진 철망은, 금속망의 매트릭스(matrix)내에서 점성의 코올킹 또는 분말재(paste)로서 세라믹 섬유를 포함하는 고온팽창성 재료의 밴드(band)이다. 공개된 구조체중 하나의 실시예에서, 세라믹 구조체는 짜여진 철망의 블랭킷에 의해서 둘러싸여진 후에 세라믹섬유로 코팅된다.
미합중국 특허 제4,305,992호에는, 비팽창성 암모니아 이온과 질석박편을 포함하고 있는 자동차 촉매변환기 설치용 팽창성 시이트 재료가 개시되었다.
미합중국 특허 제4,328,187호에는, 하우징내에 세라믹 촉매 구조체를 축선 방향으로 현가(suspension)식으로 지지하는 탄성 호울더가 개시되었다. 구조체는, 양호한 열절연성 광물재료의 쟈켓이나 슬리이브가 설치되어 있는 내열성 광섬유 재료층과, 그리고 발포제, 석면, 유리섬유재, 또는 금속재 와이어 메시 등으로 이루어진 재료층으로 둘러싸여진다. 이들 재료층은, 구조체의 전체 길이를 통해서 하우징내로 뻗어 있으며, 구조체를 둘러싼 세라믹 섬유 및 슬리이브와 함께 구조체를 탄성에 의해서 현가식으로 지지하는 감쇠(damping)부재로 작용하여서, 충격에 대한 쿠션(cusion)을 제공한다.
미합중국 특허 제4,335,077호에는, 탄성적으로 변형가능한 감쇠용링이나 덮개를 사용한 세라믹 촉매 구조체용 지지구조가 개시되었는데, 구조체는 세라믹 섬유나, 금속으로 보강된 내열성 시멘트, 또는 퍼티(putty) 등으로 제조된 보호 쟈켓에 의해서 둘러싸여져 있다. 이러한 보호쟈켓은 하우징의 벽과 보호쟈켓 사이에 제공된 압축성 광물섬유층에 의해 구조체의 둘레로 밀봉가능하게 설치되어 있다.
미합중국 특허 제4,353,872호에는, 예를들어 질석, 석영, 또는 석면과 같은 내열성 및 팽창성 시이트 재료로 형성된 가스 밀봉수단에 의해서 케이싱내에 세라믹 촉매 구조체를 지지하는 구조가 개시되었는데, 이러한 밀봉수단이 구조체의 일부를 밀봉시키며, 구조체에 가해지는 외력을 감소시키기 위해 구조체와 케이싱 사이에 대략 원통형의 탄성 와이어의 지지층을 별도로 포함한다.
미합중국 특허 제4,425,304호에는, 세라믹 촉매 구조체가 양단부에서 팽창성 금속이나 강철메시의 섬유로 구성된 탄성패드(pad)에 의해 또는 세라믹 섬유의 짜여진 웨브(web)에 의해 지지되는 구조가 개시되었는데, 이러한 구조체는 팽창성 금속층이나 다른 공지된 내화성, 내부식성 완충재료의 층으로 각각 둘러싸여진다.
미합중국 특허 제4,432,943호에는, 하우징 및 촉매 본체 사이의 환형 공간을 배기가스의 통과를 차단하는 열절연물로서 작용하는 내열성 광물 섬유재료로 채워넣은 형태의 일체식 촉매 본체용 지지구조가 개시되었는데, 여기에서도 구조체는 광물섬유층 및 광물섬유층상에 위치한 내열성 금속의 강성 슬리이브에 의해 둘러싸여진다.
이와같이, 이용가능한 여러 가지 지지재료를 사용한 많은 종래의 촉매변환기들은 세라믹 재료를 사용한 전형적인 차량용 촉매변환기로서 미합중국 특허 제3,916,057호 또는 제4,305,992호에 공개된 구조에 근거하는데, 예를들어 0.195인치(0.495㎝)의 공칭두께 및 40lb/ft³(195㎏/㎡)의 공칭밀도를 갖는 팽창성 시이트 재료에 의해 지지된다. 이러한 시이트 재료는, 구조체에 적합하게 굽혀진 0.130인치(0.330㎝)의 공칭두께 및 60lb/ft³(292㎏/㎡)의 공칭밀도를 갖는 금속재 외각(shell)으로 세라믹 구조체를 설치하는 중에 압축된다. 트럭과 같이 보다 무거운 중량의 차량의 작동에 의해서 종종 직면하게 되는 다소 높은 작동온도에 견디기 위해서는, 이와같이 압축식으로 설치되는 팽창성 시이트 층의 전체적인 공칭두께가 약 0.24인치(0.6096㎝)로 증가되어야 하고, 공칭밀도는 약 65 내지 70lb/ft³(317.4 내지 341.8㎏/㎡)으로 증가되어야 한다.
팽창성 시이트 재료가 구조체 둘레로 제공된 경우에, 다수의 층이 제공되어 있으면 인장응력이 바깥쪽 시이트 재료층상에 가해지고, 단층이 제공되어 있으면 인장응력이 시이트 재료의 외부면에 가해지는데, 이러한 응력은 팽창층의 표면을 균열시키거나 프레이킹(flaking) 시킬 수 있다. 이러한 응력이 발생할 때 시이트 재료는 무용하며, 프레이킹에 의해 발생되는 박편이 바깥쪽 금속 케이싱을 폐쇄하기 위해 사용되는 플랜지쪽으로 확장되면 밀봉에 대한 문제가 발생될 수 있다. 또 다른 관심은, 내부면이 뒤틀림(buckle)에 의해 불균일 해질 수 있기 때문에, 더 두꺼운 팽창성 재료가 상황을 악화시킬 수 있다는 것이다. 이는, 조립중에 가해지는 불균일한 압축력을 일으킬 수 있고, 배기가스의 직접적인 누출경로를 만들 수가 있다. 이 때문에, 일체식 촉매 변환기에 대한 만족스런 설치를 제공하는 과정에서, 이러한 설치에 관련된 문제를 최소화시킬 수 있는 팽창성 시이트 재료가 필요하다.
본 발명의 주요목적은 세라믹 구조체와 같은 취성 구조체에 대한 개선된 설치를 제공하는 것이며, 이와같이 개선된 설치는 내연기관의 배기시스템의 사용 및 제조에 적합하고 매우 편리하다.
이러한 본 발명의 목적은, 취급하기 쉽고 용이하게 굽혀지며 균열에 대한 저항성이 있는 팽창성 시이트 재료에 의해 얻어지는데, 이러한 시이트 재료는 부분적으로만 함께 결합된 적어도 2개의 팽창성 재료층을 포함하고 있으며, 시이트 재료는 취성 구조체(예 : 세라믹 구조체)에 대해서 굽혀질때, 그 단부들이 균열이나 파손이 없는 상태로 결합될 수 있도록 소정의 길이 만큼만 접착되어 있다. 이러한 시이트 재료는 약 0.1 내지 5인치(0.254 내지 12.7㎝)의 합성두께를 가질 수 있다.
본 발명의 합성 시이트는 촉매변환기와 같은 세라믹 구조체와 접촉되게 설치된 세라믹 섬유층, 또는 크라프트지, 플라스틱 필름, 또는 무기섬유와 같은 외부 보강층을 더 포함할 수가 있다. 본 발명의 팽창성 시이트 재료는 합성 시이트의 설치 공정에서 세라믹 구조체의 둘레로 굽혀질 때 개개의 층들이 다른 층을 통과하여 미끄럼식으로 설치된다. 각각의 층에서의 인장응력은 효과적으로 최소화된다. 표면이 갈라지지 않을 정도로 충분히 힘이 가해지지 않으므로, 시이트의 외부면이 찢어지지 않고 팽창층에서의 질석의 손실이 최소화된다. 그 결과, 질석이 예를들어 플랜지로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 구조체를 적절히 밀봉시킬 수가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 시이트 재료는 대량 생산에 적합하며, 취성 구조체의 설치에 매우 효과적이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 설치패드가 제공된 촉매변환기(10)가 도시되어 있다. 본 발명은 제1도에 도시된 촉매변환기로만 국한되는 것이 아니며, 본 발명을 설명하기 위한 실시예로서 이러한 촉매변환기를 도시하였다. 사실, 시이트 재료는 디이젤 미립 트랩(diesel particulate trap)과 같은 약간의 취성 구조체를 설치하는데에도 사용될 수 있다. 촉매변환기(10)는 통상적으로 두 조각의 금속(예를들어, 내고온강)으로 형성되는 관형 하우징(12)을 포함한다. 관형 하우징(12)은 일단부에 배열된 흡입구(14), 및 흡입구의 반대쪽 단부에 배열된 배출구(도시하지 않음)를 포함한다. 이들 흡입구(14) 및 배출구는 각각의 단부에 적당히 형성되어서 내연기관의 배기 시스템내의 도관에 고정된다. 촉매변환기(10)는 다음에 설명될 팽창성 시이트 재료(20)에 의해 하우징(12)내에 지지되는 취성 세라믹 구조체(18)를 포함한다. 구조체(18)는 흡입구(14)가 제공되는 일단부로부터 배출구가 제공된 반대쪽 단부까지 축방향으로 뻗어있는 다수의 가스투과성 통로를 포함한다. 구조체(18)는 공지된 방법 및 배열로 적절한 내화성 재료나 세라믹 재료로 구성되어 있다. 구조체(18)의 단면 형태는 통상적으로 타원형 또는 원형이지만, 다른 형태도 가능하다.
본 발명에 따르면, 구조체(18)는 하우징으로부터 적어도 약 0.05인치(0.127㎝) 그리고 1인치(2.54㎝) 이상의 간격으로 공간을 두고 있다. 이러한 공간은 제2도 내지 제7도에 도시된 팽창성 시이트 재료(20)로 채워져서 세라믹 구조체(18)를 지지한다.
제2도 내지 제5도에 도시된 바와 같이, 시이트 재료(20)는 접착재에 의해 참조부호 26으로 표시한 결합 접촉부에서 결합된 2개의 팽창성 재료의 층(22 및 24)을 포함한다. 제2도 및 제3도에 도시된 실시예에서, 시이트 재료(20)는 2개의 층(22 및 24)으로 구성되어 있는데, 시이트 재료(20)가 구조체(18)에 대해서 굽혀질 때 시이트 재료(20)의 일단부에 형성되어 있는 돌출부(28)가 시이트 재료의 타단부에 형성되어 있는 그루우브(groove)(30)내에 들어가도록 배열되어 있어서, 하우징(12)이 구조체 둘레를 에워싸면, 팽창층을 사용하여 가스 밀봉을 형성한다. 2개의 층(22 및 24)의 서로 편향된(소위, 오프셋) 크기는 이들 팽창성 재료의 층의 두께, 시이트 재료가 굽혀지는 원주, 그리고 팽창성 재료의 층의 인장 및 압축에 따를 것이다. 예를 들면, 다음의 식은 2개의 층의 합성재료[예 : 내부(I) 층 및 외부(O)층을 가진]의 편향된 크기를 결정하는데 이용되며, 여기서 각각의 층은 반경(R)의 구조체(18)의 둘레로 둘러싸여지도록 각각의 두께(T) 및 길이(L)를 가진다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
Figure kpo00004
고온작동식 차량 및 트럭과 같이 고온에 직면하는 경우에는, 두께를 더 두꺼운 층으로 만들거나 두 층 이상을 사용함으로써 팽창성 재료의 층의 두께를 증가시키거나, 또는 구조체에 예를들어 세라믹섬유(도시하지 않음)의 부가층을 제공하는 것이 바람직하다. 구조체의 작동온도는 2000℉(1093℃) 이상이 바람직하다. 세라믹 섬유층은 적어도 0.03인치(0.076㎝)의 공칭두께 및 적어도 약 40lb/ft³(195.3㎏/㎡)의 공칭밀도를 가질 수 있다. 팽창성 재료의 층은 적어도 약 0.2인치(0.508㎝)의 공칭두께 및 약 70lb/ft³(342㎏/㎡)의 공칭밀도를 가진다. 세라믹 섬유는 종이, 블랭킷, 매트 또는 펠트(felt) 등과 같이, 소정의 열절연 및 기계적 지지를 제공할 수 있다면 어떠한 재료도 좋다.
제2도 및 제3도, 그리고 제4도 및 제5도는 각각 본 발명에 따른 팽창성 합성 시이트 재료의 두 개의 실시예를 도시한 것이다. 제3도에 도시된 실시예에서는 각각의 층들이 중앙부 근처에서 함께 결합되고, 반면에 제5도에 도시된 실시예에서는 각각의 층들이 일단부에서 함께 결합되어 있다.
접착재료는 합성재료에 대해서 별다른 제한이 없다. 중요한 것은, 연결에 있어서 각각의 층을 유지시키고 굽힘 전단력을 극복하기에 충분한 강도를 제공해야만 한다는 점이다. 더욱이, 결합된 부분의 크기는, 결합된 층을 그대로 유지하고, 축선방향을 따라 정렬된 층들이 회전되지 못하도록 유지됨과 동시에 이들 층이 축선방향으로 이동할 수 있으면 충분한 것이며, 다른 제한은 없다. 따라서, 결합된 부분은 전체 길이의 100% 이하의 지역이며, 바람직하게는 전체 길이의 약 20% 이하의 지역이고, 이러한 부분에 대한 제한은 없지만 각각의 층의 폭을 덮을 수 있을 정도여야 한다. 접착식으로 결합된 부분의 크기가 접착재의 강도에 따라서 달라지는 것은 당연하며, 시이트 재료를 취성 구조체 둘레로 용이하게 설치하고, 이러한 구조체를 하나의 수용부내에 용이하게 설치하도록 그러한 결합된 부분의 크기가 결정되어야 한다. 제3도의 실시예에서는 접착재가 중앙 부근에 제공된 반면에, 제5도의 실시예에서는 일단부 근처에 제공되었다.
본 명세서에서, 설치패드(mounting pad)라는 용어는, 2개의 층의 팽창성 시이트 재료뿐만 아니라, 세라믹 섬유층이나 보강층 등과 같은 부가층을 포함한 다층 시이트 재료를 의미하는 것이다. 한편, 취성 구조체라는 용어는, 취성을 가지며, 앞서 설명한 바와같은 설치패드를 포함하는 세라믹 또는 금속재 구조체를 의미한다.
제6도 및 제7도에 도시한 바와같이, 합성 시이트 재료가 구조체 둘레로 굽혀지기 때문에, 팽창성 재료의 층들은 각각의 단부에서 돌출부(28)가 그루우브(30)내로 들어갈때까지 상대적으로 미끄럼 이동할 것이다. 더 두꺼운 합성 시이트 재료를 사용하는 것이 바람직하다면, 제일 바깥쪽 표면 또는 층에서 발생되는 응력이 균열을 발생시키기에 충분하지 않도록, 복수층의 재료를 사용해야만 한다. 이는, 질석 플레이크(박편)의 크기를 최소화시키고, 구조체의 빠른 설치를 제공한다.
팽창성 재료의 층이 두꺼우면 두꺼울수록 균열 및 질석 플레이크의 손상은 더욱 발생하기 쉽다. 이는, 세라믹 섬유층이 더 두꺼운 시이트 재료의 층을 제공하기 위해 사용될 경우에 더 심하다. 본 발명은 하우징(12)이 폐쇄되었을 때 시이트 재료가 어떠한 균열도 없이 굽혀져서 구조체의 설치작동이 빠르게 진행되도록, 시이트 재료(22)의 균열 및 질석 플레이크의 손실을 방지한다.
팽창성 시이트 재료는 비팽창성 질석, 하이드로 비오타이트, 또는 유기나 무기 결합제를 이용한 수팽창 테트라실리시크 플루오르 운모로부터 제조될 수도 있으며, 이 경우에 바람직한 습식강도가 제공된다. 이러한 시이트 재료는 약 0.1 내지 25㎜의 바람직한 두께를 제공하도록, 예를들어 미합중국 특허 제3,458,329호에 공개된 방법에 의해서 만들어진 표준종이에 의해서 제조가 가능하다.
본 발명의 팽창성 시이트 재료는 고정된 위치에서 팽창에 의해 설치되는 재료로서, 자동차용 배기가스 촉매변환기에 사용된다. 그리하여, 팽창된 시이트 재료가 수용부 또는 캐니스터(canister)내에 설치되는 세라믹 코어(core) 또는 촉매 구조체를 지지한다. 시이트 재료의 열적안정성 및 탄성에 의해서, 금속재 캐니스터와 세라믹 구조체의 열팽창의 차이, 취성 구조체에 전달되는 진동, 및 금속 또는 세라믹 표면에서의 불균일성이 보상된다. 이러한 시이트 재료는 경제적이고, 사용이 간단하며, 촉매변환기와 같은 장치에서의 고유의 열적 및 기계적 충격에 관련된 문제를 효과적으로 해결한다. 따라서, 이러한 촉매변환기의 설치가 간단하고, 자체적으로 문제가 발생되지 않는다는 면에서 매우 효과적이다.
세라믹 섬유층으로 이루어진 시이트 재료로서, 작동온도가 2300℉(1260℃) 이상인 구조체에 가장 적당한 재료는, 본 출원인에 의해서 시판되고 있는 상표명 화이버 프락스(fiberfrax) 970의 종이를 사용한 것이다. 이 종이는 대략 50 대 50의 알루미나 대 실리카 그리고 70 대 30의 섬유 대 숏(shot)의 비율을 가지는 알루미노 실리카 유리섬유로부터 만들어진다. 이러한 종이제품은 중량비 약 93% 세라믹 섬유 및 숏을 함유하며, 나머지 7%는 유기유액 결합제이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범위내에서의 변형이나 변경이 이 기술분야의 당업자에 의해서 이루어질 수 있음은 명백하다. 예를들면, 필요한 구조체를 세라믹으로 만드는게 아니고 취성 금속재 구조체로 만들 수 있다. 더욱이, 이러한 구조체는 촉매변환기로서 보다는 차라리 전기적 내열부재 또는 디이젤 엔진용 재생 입자 트랩(trap)과 같은 것에도 이용 가능하다. 예를들어, 2500℉(1370℃)으로 예상되는 더 높은 작동온도의 구조체에 사용되는 합성 시이트 재료에서 세라믹 섬유종이의 층은, 예를들어 화이버 맥스 다결정 멀라이트 섬유, 또는 최대 연속사용온도를 초과하는 질석함유 팽창성 재료의 외부층을 열적으로 절연시키도록 알루미나 섬유로 구성될 수 있다. 이러한 세라믹 구조체를 다결정 알루미노-실리카 섬유로 둘러싼 후에 유리 알로미노-실리카 섬유로 둘러싸고, 그리고 나서 다시 팽창성 재료로 둘러싼다. 촉매변환기의 하우징의 외부온도는 결합 세라믹 섬유 및 팽창성 재료의 층의 두께를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 단순히 하우징(12)이 매끄럽게 도시되어 있다. 그러나, 최선의 실시형태에서는 팽창된 세라믹 섬유종이 및 팽창성 시이트 재료가 외력을 견딜 수 있도록 하우징(12)이 보강된다. 본 발명에서 사용된 세라믹 섬유라는 용어는, 현무암, 공업적 제련슬랙, 알루미나, 지르코니아, 알루미노-규산염 및 크롬, 그리고 지르콘 및 칼슘 모디 파이드(modified) 알루미노-규산염으로 형성된 재료들을 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

Claims (12)

  1. 인접한 측면들이 서로 접촉된 상태로 유지되어 있는 적어도 2겹의 팽창성 시이트(22,24)를 갖춘 합성재료로 이루어져 있으며, 상기 취성 구조체의 둘레로 굽힘 가능하고, 양단부들이 서로 결합될 수 있도록 구성되어 있는 취성 구조체(18)용 설치패드(20)에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트가 굽힘에 대한 전단력을 극복하고, 축선방향으로 정렬된 상태에서 상기 2겹의 팽창성 시이트의 회전을 방지하는 동시에 축선 길이를 따라서 이동을 허용할 수 만큼, 각각의 인접한 측면들의 소정의 부분에서만 서로 결합되어, 상기 설치패드의 상기 양단부들이 균열 및 파손의 발생이 없는 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트(22,24)가 일단부에서 접촉된 상태로 그리고 타단부에서는 서로 엇갈린 상태로 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트(22,24)가 중앙 부근에서 서로 접촉된 상태로 결합되어 있으며, 상기 2겹의 팽창성 시이트 중에서 어느 한쪽의 팽창성 시이트가 각각의 단부에서 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2겹의 생창성 시이트(22,24)가 하나의 지점에서 결합된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트가 상기 취성 구조체의 바깥쪽으로 연속하는 층으로 배열되어 있도록, 상기 취성 구조체(18)의 둘레로 감겨진 상기 2겹의 팽창성 시이트(22,24)를 포함하고 있으며, 상기 2겹의 팽창성 시이트중 바깥쪽의 팽창성 시이트가 상기 취성 구조체의 둘레로 감겨있을 때 그 감겨진 종방향으로 인접한 안쪽의 팽창성 시이트 넘어로 연장하여 있으며, 상기 2겹의 팽창성 시이트가 인접한 면의 일부에서만 결합 접촉부(26)을 형성한 상태로 유지되며, 상기 바깥쪽의 팽창성 시이트가 인접한 상기 안쪽의 시이트 넘어로 연장하는 결합 접촉부분의 크기와 정도는 상기 설치패드(20)가 상기 취성 구조체 둘레로 굽혀져서 상기 설치패드(20)의 양단부가 균열 및 파손의 발생이 없는 상태로 결합될 수 있도록 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트(22,24)의 상기 양단부에는 각각 종방향으로 연장한 돌출부(28), 및 상기 돌출부와 협동하는 그루우브(30)가 제공되어 있으며, 상기 돌출부 및 상기 그루우브는 상기 설치패드가 상기 취성 구조체의 둘레로 감겨졌을 때 함께 끼워져서 가스 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 바깥쪽의 팽창성 시이트의 길이가 인접한 상기 안쪽의 팽창성 시이트의 길이보다 2π(0.5Tr+0.5T0)만큼 더 크며, 여기서 상기 T0는 상기 바깥쪽의 팽창성 시이트의 두께이고, 상기 Tr는 상기 안쪽의 팽창성 시이트의 두께인 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 합성재료가 2.54㎜내지 127㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 취성 구조체(18)가 내화성 재료나 세라믹 재료로 제조된 촉매변환기용의 일체식 구조체인 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  10. 제6항에 있어서, 상기 바깥쪽의 팽창성 시이트의 길이가 인접한 상기 안쪽의 팽창성 시이트의 길이보다 2
    Figure kpo00005
    (0.5Tr+0.5T0)만큼 더 크며, 여기서 상기 T0는 상기 바깥쪽의 팽창성 시이트의 두께이고, 상기 Tr는 상기 안쪽의 팽창성 시이트의 두께인 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트가 서로 결합되어 있는 상기 소정의 부분의 크기가 상기 합성재료의 평균 길이의 20%인 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
  12. 제1항, 제2항, 제3항, 또는 제4항에 있어서, 상기 2겹의 팽창성 시이트가 접착재에 의해서 서로 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 취성 구조체용 설치패드.
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