KR101559640B1

KR101559640B1 - 장착 매트 및 배기 가스 처리 장치

Info

Publication number: KR101559640B1
Application number: KR1020137015046A
Authority: KR
Inventors: 아미트 쿠마르
Original assignee: 유니프랙스 아이 엘엘씨
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2015-10-12
Also published as: US20120121473A1; EP2638261A2; WO2012065052A3; CN103547777A; KR20130103576A; WO2012065052A2; EP2638261A4; US9120703B2

Abstract

배기 가스 처리 장치의 하우징 내의 촉매 지지 구조체를 장착하기 위한 장착 매트는 고실리카 함량 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 무기물 섬유들 층을 구비한다. 배기 가스 처리 장치는 외측 하우징, 취성 촉매, 및 하우징과 취성 촉매 지지 구조체 사이에 배치된 장착 매트를 구비한다. 또한, 장착 매트를 제조하는 방법과 상기 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제조하기 위한 방법이 개시된다.

Description

장착 매트 및 배기 가스 처리 장치{MOUNTING MAT AND EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE}

본 개시는 촉매 변환기 또는 디젤 미립자 트랩과 같은 배기 가스 처리 장치 및 장착 매트에 관한 것이다. 배기 가스 처리 장치는 하우징과 취성 구조체 사이의 간극에 배치된 장착 매트에 의해 하우징 내부에 장착되는 취성 구조체를 구비한다.

배기 가스 처리 장치는 엔진 방출물로부터 대기 오염물질을 저감시키도록 자동차에서 사용된다. 널리 사용되는 배기 가스 처리 장치의 예로는 촉매 변환기와 디젤 미립자 트랩을 구비한다.

자동차 엔진의 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 변환기는, 하우징, 일산화탄소와 탄화수소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 일으키는데 사용되는 촉매를 유지하기 위한 취성 촉매 지지 구조체, 및 하우징 내부에 취성 촉매 지지 구조체를 탄성적으로 유지하도록 취성 촉매 지지 구조체의 외측 표면과 하우징의 내측 표면 사이에 배치된 장착 매트를 포함한다.

디젤 엔진에 의해 발생되는 오염물을 제어하기 위한 디젤 미립자 트랩은 일반적으로 하우징, 디젤 엔진 방출물로부터 미립자를 수집하기 위한 취성 미립자 필터 또는 트랩, 및 하우징 내부에 취성 필터 또는 트랩 구조체를 탄성적으로 유지하기 위해서 필터 또는 트랩의 외측 표면과 하우징의 내측 표면 사이에 배치된 장착 매트를 포함한다.

고실리카 (high silica) 함량 섬유들 층과, 다결정질 및/또는 고알루미나 (high alumina) 무기 섬유들 층을 포함하는 배기 가스 처리 장치용 장착 매트가 제공된다.

또한, 고실리카 함량 섬유들 층과, 다결정질 (polycrystalline) 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 서로 결합하는 단계를 포함하는 매트 구조체를 제조하는 방법이 제공된다.

또한, 하우징, 상기 하우징내에 장착되는 취성 구조체, 및 상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치되는 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 제공되고, 상기 장착 매트는 고실리카 함유 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함한다.

또한, 고실리카 함량 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 무기 섬유들 층을 포함하는 장착 매트를 제공하는 단계, 배기 가스를 처리하도록 구성된 취성 구조체 주변의 적어도 일부 둘레에 장착 매트를 둘러싸는 단계, 및 하우징 내에 취성 구조체와 장착 매트를 배치하는 단계를 포함하는, 배기 가스를 처리하는 장치의 제조 방법을 제공한다.

추가적으로, 하우징, 상기 하우징 내에 장착되는 취성 구조체, 상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치되는 장착 매트, 내측 콘 하우징 및 외측 콘 하우징을 포함하는 이중벽 엔드 콘 하우징, 및 상기 엔드 콘 하우징의 벽들 사이에 배치되고 또한 고실리카 함량 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 무기 섬유들 층을 포함한 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 제공된다.

게다가, 외측 금속 콘, 내측 금속 콘, 및 엔드 콘 하우징의 내측 금속 콘과 외측 금속 콘 사이에 배치되는 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치용 엔드 콘이 제공되고, 상기 절연 매트는 고실리카 함량 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 무기 섬유들 층을 포함한다.

도 1 은 본원의 장착 매트를 포함하는 예시적인 배기 가스 처리 장치의 부분도이다.

하우징과 취성 구조체 사이에 배치되는 장착 매트에 의해 내부에 지지되는 하우징 내에 장착되는 취성 구조체를 구비하는 배기 가스를 처리하는 장치가 제공된다. 본 발명은 도면에 도시된 촉매 변환기에 사용되는 것으로 한정하려는 것은 아니며, 그리하여 그 형상은 본원을 도시하기 위해 일예로서만 도시된다. 실제로, 장착 매트는 디젤 촉매 구조체, 디젤 미립자 트랩 등의 배기 가스를 처리하는데 적합한 어떠한 취성 구조체를 장착하거나 지지하는데 사용될 수 있다. 촉매 구조체는, 일반적으로 하우징 내에서 내열 재료 (thermally resistant material) 에 의해 장착되는 1 개 이상의 다공성 관형 또는 허니콤형 구조체를 포함한다. 각각의 구조체는 어디에서나 배기 가스 처리 장치의 유형에 따라서 제곱 인치당 약 200 내지 약 900 또는 그 이상의 채널들 또는 셀들을 포함할 수 있다. 디젤 미립자 트랩은 미립자 트랩 내의 각각의 채널들 또는 셀들이 일방의 단부 또는 타방의 단부에서 폐쇄된다는 점에서 촉매 구조체와 상이하다. 미립자는 고온 전소 (burnout) 공정에 의해 재생될 때까지 배기 가스로부터 다공성 구조체 내에 수집된다. 본 발명의 장착 매트에 대한 비자동차 적용은 화학 산업 배출 (배기) 스택을 위한 촉매 변환기를 포함할 수도 있다. "취성 구조체" 라는 용어는, 원래 취성 또는 취약성일 수 있고 또한 본원에 기재된 바와 같은 장착 매트에 의해 향상될 수 있는 금속 또는 세라믹 모놀리스 (monolith) 등의 구조체를 포함하고 의미하는 것으로 의도된다.

배기 가스 처리 장치의 일 예시적인 형태가, 도면에서 전체적으로 도면부호 10 에 의해 지시된 촉매 변환기로서 도시되었다. 촉매 변환기 (10) 는 일반적으로 두 편의 금속, 예를 들어 플랜지 (16) 에 의해 함께 유지되는 내고온성 강으로 형성된 관형 하우징 (12) 을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 하우징은 장착 매트로 감싼 촉매 지지 구조체가 삽입되는 예비 성형된 캐니스터를 포함할 수도 있다. 하우징 (12) 은 일방의 단부에 있는 유입구 (14) 및 이의 타방의 단부에 있는 유출구 (미도시) 를 포함한다. 유입구 (14) 와 유출구는 그의 외부 단부에 적합하게 형성되어서, 이들은 내연 엔진의 배기 시스템 내 도관에 고정될 수도 있다. 장치 (10) 는, 후술되는 바와 같이, 장착 매트 (20) 에 의해 하우징 (12) 내부에서 지지되고 구속되는 취약성 세라믹 모놀리스 (18) 와 같은 취성 촉매 지지 구조체를 포함한다. 모놀리스 (18) 는 일방의 단부에서 그의 유입구 단부면으로부터 타방의 단부에서 그의 유출구 단부면까지 축 방향으로 연장되는 다수의 가스 침투 통로를 포함한다. 모놀리스 (18) 는 임의의 공지된 방식과 구성으로 임의의 적합한 내화 금속 또는 세라믹 재료로 구성될 수도 있다. 모놀리스는 통상적으로 단면 형상이 타원형 또는 원형이지만, 다른 형상들이 가능하다.

모놀리스는 사용되는 장치, 예를 들어, 촉매 변환기, 디젤 촉매 구조체, 또는 디젤 미립자 트랩의 유형 및 설계에 따라 변할 수 있는 거리 또는 간극에 의해 하우징으로부터 이격된다. 이러한 간극은 세라믹 모놀리스 (18) 에 탄성 지지부를 제공하기 위해서 장착 매트 (20) 로 채워진다. 탄성 장착 매트 (20) 는 외부 환경에 단열부를 그리고 촉매 지지 구조체에 기계적 지지부를 제공하고, 기계적 충격으로부터 취성 구조체를 보호한다.

어떠한 실시형태들에 있어서, 장착 매트 (20) 는 고실리카 함량의 용융 형성된 무정형 내고온성 침출 유리 섬유의 1 개 이상의 비발포성 플라이 (non-intumescent plies) 를 포함하고, 선택적으로, 바인더 또는 바인더로서 작용하는데 적합한 다른 섬유를 포함한다. "고실리카 함량" 이라는 용어는, 섬유가 섬유내의 어떠한 다른 조성 성분보다 더 많이 실리카를 함유하는 것을 의미한다. 실제로, 후술되는 바와 같이, 침출 후의 이러한 섬유의 실리카 함량은, 바람직하게는, 결정질 석영 유도 섬유 또는 순수 실리카 섬유를 제외하고, S-유리 섬유들을 포함하여, 실리카를 함유하는 어떠한 다른 유리 섬유들보다 많음이 이해될 것이다.

장착 매트의 일 층은 실리카 및 선택적으로 미량의 알루미나 및 다른 비-규산질 산화물을 함유하는 용융 형성된 침출 유리 섬유들의 일체의 실질적으로 비팽창성 복합재 시트(들) 를 포함할 수 있다. "용융 형성" 이라는 용어는, 용융 처리 기술을 사용하여 섬유가 형성되지만 졸-겔 또는 다른 화학적 분산 기법으로 형성되지 않는다는 것을 의미한다. "일체" 라는 용어는 제조 및 치밀화 이후에, 장착 매트가 직물, 플라스틱 또는 종이로 된 보강 또는 억제 층들 (매트에 스티치 접합되는 것을 포함) 을 필요로 하지 않는 자체 지지 구조체를 가지고 또한 분해없이 취급 또는 조작될 수 있다는 것을 의미한다.

용융 형성된 유리 섬유는 섬유의 실리카 함량을 증가시키도록 처리되는 것이 바람직하다. 즉, 섬유를 용융 인발하는 등에 의해 먼저 용융물이 섬유들로 처리 및 형성되면, 이러한 유리 섬유는 통상적으로 많은 비-규산질 산화물 및 다른 성분을 포함한다. 즉, 이러한 유리 섬유들은 예를 들어 섬유유리의 특성을 가질 수도 있다. 이러한 유리 섬유들은 미국 특허 제 5,290,522 호 또는 제 5,380,580 호에 개시된 결정질 석영 유도 섬유와 같은 순수 실리카 섬유들로부터 초기에 형성되지 않는다. 대신에, 이러한 "불순물이 섞인" 유리 섬유는 알루미나, 산화나트륨, 산화붕소 및 존재하는 어떠한 다른 물 또는 산성 가용성 성분 등의 비-규산질 산화물들을 제거하도록 처리되어야 하며, 따라서 처리 이전의 유리 섬유의 실리카 함량보다 많은 고실리카 함량 섬유들을 생성하게 된다. 결과적으로 얻은 침출 유리 섬유의 실리카 함량은 비-규산질 산화물과 초기에 존재하는 다른 성분의 양 및 섬유로부터의 이러한 재료들의 추출 정도에 의존한다.

침출은 섬유들의 실리카 함량을 증가시키는 유리 섬유에 대한 바람직한 일 처리이다. 유리 섬유는 어떠한 방식으로 그리고 당업계에 공지된 어떠한 기술을 이용하여 침출될 수도 있다. 일반적으로, 침출은 용융 형성된 유리 섬유에 산성 용액 또는 섬유들로부터 비-규산질 (non-siliceous) 산화물들 및 다른 성분들을 추출하는데 적합한 다른 용액을 가함으로써 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 다양한 공지된 침출 기술에 대해서는 미국 특허 제 2,624,658 호 및 유럽 특허 출원 공개 제 0973697 호에서 보다 자세히 논의되어 있고, 이러한 기술은 그에 제한되지 않는다.

이 유리 섬유를 침출 (leaching) 한 후의 실리카 순도는 침출 전보다 훨씬 더 높다. 일반적으로, 침출된 유리 섬유는 적어도 67 중량% 의 실리카 함량을 가질 것이다. 이는 S-유리의 실리카 함량보다 더 크다. 특정 실시형태에 따르면, 침출된 유리 섬유는 적어도 90 중량%, 또는 약 90 중량% 이상 99 중량% 미만의 실리카를 함유한다. 이 섬유들의 높은 실리카 함량은, 99.9 % 초과 실리카를 함유하는 순수 실리카 섬유 또는 석영 섬유를 제외하고, S-유리 섬유들을 포함하여, 실리카를 함유하는 임의의 다른 공지된 유리 섬유의 알려진 순도보다 더 크다는 것이 인식될 것이다.

특정 실시형태에서, 유리 섬유는 약 93 ~ 약 95 중량% 의 실리카를 함유하고, 유리 섬유의 잔부는 알루미나, 산화나트륨, 및 다른 알칼리 또는 알카라인 토금속의 산화물과 같은 비-규산질 산화물이다. 알루미나의 양은 약 4 ~ 약 6 중량% 일 수도 있지만, 다른 세라믹 산화물 및 구성성분 (산화나트륨 포함) 은 일반적으로 침출된 유리 섬유의 약 1 중량% 미만을 포함한다. 특정 실시형태에서, 침출된 유리 섬유는 1 중량% 미만의 알칼리 또는 알카라인 토금속을 함유한다. 침출된 유리 섬유로부터 비-규산질 산화물 전부가 제거될 필요는 없음을 이해할 것이다. 그렇지만, 침출된 유리 섬유들은 알루미나 함량보다 큰 실리카 함량, 더 바람직하게는 적어도 약 67 중량% 보다 큰 실리카 함량을 필요로 한다. 섬유들은 실질적으로 샷 프리 (shot free) 이다.

침출된 유리 섬유는 고알루미나 섬유와 같은 세라믹 섬유 및 특히 전술한 결정질 석영 유도 섬유에 비해 비교적 값비싸지 않다. 이 침출된 유리 섬유들의 평균 섬유 직경은 바람직하게는 적어도 약 3.5 미크론보다 더 크고, 더 바람직하게는 적어도 약 5 미크론보다 더 크다. 평균적으로, 유리 섬유는 전형적으로 약 9 미크론의 직경을 갖는다. 약 5 ~ 14 미크론의 평균 섬유 직경이 선호된다. 따라서, 침출된 유리 섬유들은 호흡 부적절 (non-respirable) 하다.

침출된 유리 섬유는 장착 매트의 제조에서 통상적으로 사용되는 임의의 형태로 제공될 수 있다. 특정 실시형태에서, 이 섬유들은 토막된 토우 섬유들 (chopped tow fibers) 이다. 침출 전에, 본 기술분야에서 공지된 임의의 방법에 의해 섬유가 제조될 수 있지만, 섬유의 제조에 비용 효율적인 접근법을 제공하는 방식으로 용융 방사 (melt spinning) 또는 용융 인발 (melt drawing) 과 같은 공지된 용융 프로세싱 기술을 이용하여 전형적으로 형성된다는 것을 인식할 것이다. 특정 실시형태에서, 유리 섬유는 용융 인발된다.

촉매 변환기나 다른 공지된 가스처리 장치를 위한 장착 매트의 제조에 사용되기에 적합하고 실리카 함량이 높은 침출된 유리 섬유의 예는, 독일의 BelChem Fiber Materials GmbH 로부터 상표 BELCOTEX 으로 그리고 캘리포니아 가디너의 Hitco Carbon Composites, Inc. 로부터 등록상표 REFRASIL 로 입수가능한 침출된 유리 섬유를 포함한다. BELCOTEX 섬유들은 표준 타입의 스테이플 파이버 프리얀 (staple fiber pre-yarns) 이다. 이 섬유들은 약 550 tex 의 평균 섬도 (average fineness) 를 갖고, 일반적으로 알루미나에 의해 개질된 규산으로부터 제조된다. BELCOTEX 섬유는 일반적으로 약 94.5 % 실리카, 약 4.5 % 알루미나, 0.5 % 미만 산화나트륨, 및 0.5 % 미만의 다른 구성성분을 함유한다. 이 섬유는 약 9 미크론의 평균 섬유 직경 및 1500 ~ 1550 ℃ 의 융점을 갖는다. 이 섬유는 1100 ℃ 이하의 온도까지 내열성이고, 전형적으로 샷 프리이고 바인더 프리 (binder free) 이다.

REFRASIL 섬유는, BELCOTEX 섬유처럼, 1000 ~ 1100 ℃ 범위의 적용에서 열 절연을 제공하기 위해 실리카 함량이 높은 무정형의 (amorphous) 침출된 유리 섬유이다. 이 섬유는 약 6 ~ 약 13 미크론의 직경 및 약 1700 ℃ 의 융점을 갖는다. 섬유는, 침출 후에, 전형적으로 약 95 중량% 의 실리카 함량을 갖는다. 알루미나는 약 4 중량% 의 양으로 존재하고, 다른 구성성분은 1 % 이하의 양으로 존재한다.

고 실리카 함량 섬유의 열 처리는, 더 낮은 온도 적용에서도 더 높은 유지압이 또한 달성되지만, 특히 고온 적용에 대해 더 높은 유지압 성능을 부여할 수 있다. 일 특별한 실시형태에서, 이 침출된 유리 섬유 (또는 이를 포함하는 장착 매트) 는 적어도 약 900 ℃ 초과, 바람직하게는 약 900 ℃ ~ 약 1100 ℃ 의 온도에서 열 처리될 수 있고, 따라서 이 섬유를 채용한 장착 매트는 팽창과 수축의 1000 사이클 후에도 배기 가스 처리 장치 내에 최소 요구되는 유지압을 행사할 수도 있다.

침출된 유리 섬유들의 열 처리는 장착 매트의 형성 전에 또는 장착 매트의 형성 후에 행해질 수도 있다. 장착 매트의 형성 후에 열 처리되는 경우, 장착 매트는 적어도 900 ℃ 의 온도에서, 적용을 위해 하우징 내에 취성 구조체를 유지하기 위한 희망 유효 최소 유지압을 만족시키거나 초과하기 위해 유효 시간 동안 열 처리된다. 유사하게, 장착 매트의 형성 전에 열 처리되는 경우, 침출된 유리 섬유들은 바람직하게는, 유효 시간 동안 적어도 900 ℃ 의 온도까지 가열될 수도 있고, 따라서 장착 매트로 형성되는 때, 하우징 내에 취성 구조체를 유지하기 위한 최소 유지압이 충족된다. 열 처리를 위한 시간의 특정 양은 특히 매트의 두께, 가열의 균일성, 사용되는 열원의 타입, 열원의 램프업 (ramp up) 시간과 온도 등에 따라 폭넓게 달라질 수 있다. 이 변수들 전부는 본 기술분야의 숙련된 기술자에게 잘 이해되고, 따라서 900 ℃ 이상의 온도에서의 가열에 대한 유효 시간은 과도한 실험 없이 용이하게 결정될 수 있다.

일반적으로, 열 처리는 15 분 이하 (비교적 작고 얇은 매트 및 우수하고 균일한 열원이 사용되는 경우) 로부터 1 시간 초과 (더 크고 더 두꺼운 매트가 채용되는 경우) 까지 (온도 램프업 및 램프다운 시간 제외) 임의 시간으로 행해질 수도 있다고 인식되었다. 특정 실시형태에서, 장착 매트 또는 침출된 유리 섬유들은 약 900 ℃ ~ 1100 ℃ 의 온도에서 1 시간 초과 동안 가열된다. 또한, 열 처리는 대안적으로 침출된 유리 섬유 및/또는 그로부터 제조된 장착 매트를 300 ℃ 와 같은 더 낮은 가열 온도에 노출시킴으로써 행해질 수도 있다는 것을 생각할 수 있다. 그렇지만, 희망 유효 유지압을 갖는 만족스러운 장착 매트를 획득하는데 필요한 시간의 길이는, 열 처리가 24 시간 초과로 걸린다면 상업적으로 실행 불가능하다고 여겨진다. 위에서 개설된 동일한 유리한 효과를 달성하기 위해, 섬유들의 실투 (devitrification) 로 이어지는 시간 및/또는 온도 미만의 임의의 시간과 온도 계획 하의 열 처리는 본 발명의 범위 내에 속한다. 일반적으로, 섬유들 또는 매트는 의도되는 사용 온도 이상에서 열 처리될 수 있다. 더 낮은 온도에서의 열 처리는 열 처리 온도보다 실질적으로 더 높은 온도에서의 열 사이클을 요하는 적용에서 장착 매트의 유용성에 영향을 미칠 수도 있음에 주목하라.

장착 매트의 층이, 실리카를 함유하는 침출된 유리 섬유들과 같은 고실리카 함량 섬유의 100 중량% 까지 채용할 수도 있다. 그렇지만, 다른 실시형태에서, 상기 층은 알루미나/실리카 섬유들과 같은 다른 공지된 섬유들, 또는 희망하는 특정 온도 적용을 위한 장착 매트의 제조에 사용되기에 적합한 다른 세라믹 또는 유리 섬유를 선택적으로 포함할 수도 있다. 따라서, 내화성 세라믹 섬유들과 같은 알루미나/실리카 섬유들이 고온 또는 넓은 범위의 온도 적용을 위해 선택적으로 채용될 수도 있다. 유사한 또는 더 낮은 온도 적용에서 침출된 유리 실리카 섬유들과 함께 다른 세라믹 또는 유리 섬유 (S-유리 등) 가 사용될 수도 있다. 그렇지만, 그러한 경우, 장착 매트는 실리카를 함유하는 침출된 유리 섬유들을 적어도 50 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 매트의 제조에 사용되는 섬유의 대부분은 실리카를 함유하는 침출된 유리 섬유들이고, 더 바람직한 실시형태에서, 섬유들의 적어도 80 중량% 가 실리카를 함유하는 침출된 유리 섬유들이다.

특정 대안적인 실시형태에서, S2-유리 등과 같은 섬유들은 총 매트 100 중량% 에 기초하여 0 초과 ~ 약 50 중량% 의 양으로 장착 매트에 첨가될 수도 있다. 이 유리 섬유들은 유리 섬유의 융점 등으로 인해 주로 저온 적용에서 사용될 것으로 생각된다.

다른 대안적인 실시형태에서, 장착 매트는 침출된 유리 섬유들 외에도 내화성 세라믹 섬유들을 포함할 수도 있다. 내화성 세라믹 섬유, 즉 알루미나/실리카 섬유 등이 사용되는 경우, 이는 총 매트 100 중량% 에 기초하여 0 초과 ~ 약 50 중량% 미만의 양으로 존재할 수도 있다.

장착 매트는 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 또한 포함한다. 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들은 졸-겔 유도된 섬유들 (sol-gel derived fibers) 을 포함할 수도 있다. 졸-겔 유도된 섬유들은, 산화물 전구체를 액체에서 용해하고 섬유를 형성하도록 방사 (spinning) 함으로써 제조된다. 방사된 섬유는 최종 산화물 섬유를 형성하도록 건조 및 하소된다. 방사 단계는 원심식 방사, 인발, 블로잉, 택-스피닝 (tack-spinning), 방적돌기를 통한 액체의 압출 또는 이들의 적절한 조합을 통해 행해질 수 있다. 미국 특허 제 4,159,205 호 및 제 4,277,269 호는 졸-겔 유도된 섬유들의 다양한 제조 방법을 논의한다. 적절한 졸-겔 유도된 섬유들은 알루미나 섬유들, 고알루미나 섬유들 및 물라이트 섬유들을 제한 없이 구비한다. 특정 실시형태에서, 알루미나 섬유들은 적어도 약 60 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 특정 실시형태에서, 고알루미나 섬유들은 적어도 약 70 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있고, 몇몇의 실시형태에서는, 적어도 약 95 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있으며, 잔부는 전형적으로 실리카이지만, 부가적인 산화물일 수도 있다. 특정 실시형태에서, 물라이트 섬유는 약 72 중량% 의 알루미나 및 약 28 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있고, 선택적으로 부가적인 산화물이 소량 존재할 수 있다.

특정 실시형태에서, 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층은, 장착 매트의 "고온 측부" 로 불리는, 배기 가스 처리 장치의 기판에 인접하여 위치된다. 약 700℃ ~ 약 1100℃ 의 온도를 경험할 수도 있는 장착 매트의 고온측에 본 장착 매트의 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 위치시킴으로써, 100% 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유인 장착 매트들과 실질적으로 유사한 성능이 달성될 수 있다. 설치된 바와 같이, 장착 매트의 고온 측부만이, 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유가 특히 적합한 매우 높은 온도 (예컨대 최대 약 1100℃) 를 경험할 것이다. 따라서, 이러한 매우 높은 온도를 경험하지 않는 장착 매트의 섬유 중 일부를 고실리카 함량 섬유들과 같이 덜 비싼 섬유들로 교체하는 것은 성능을 저하함 없이 장착 매트의 비용을 줄일 것이다. 장착 매트의 "저온 측부" 는 최대 약 600℃ 의 온도를 경험할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 장착 매트는 바인더를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 바인더가 사용되는 때에, 성분들이 혼합물 또는 슬러리를 형성하기 위해 혼합된다. 그 후, 섬유들 및 바인더의 슬러리는 매트 구조체로 형성되고, 바인더는 제거되며, 따라서 실질적으로 열처리된 섬유들 (및 선택적으로 추가의 섬유들) 만을 함유하는 장착 매트를 제공한다. 통상적으로, 희생 바인더는 초기에 섬유들을 서로 접합시키기 위해 사용된다. 사용된 바인더는 통상적으로 유기 바인더이다. "희생" 에 의해, 바인더는 장착 매트로부터 결국 소진될 것이고, 취성 구조체를 지지하기 위한 장착 매트로서 침출된 유리 섬유들 (및, 만약 이용되었다면, 다른 세라믹 또는 유리 섬유들) 만이 남는다는 것이 의미된다.

적합한 바인더들은 수용성 바인더 및 비수용성 바인더를 포함하지만, 바람직하게는 이용된 바인더는 반응성 열 경화성 라텍스 (reactive thermally setting latex) 이고, 이는 경화 후에 전술한 바와 같은 설치된 장착 매트로부터 소진될 수 있는 가요성 재료이다. 적합한 바인더 또는 수지의 예는 아크릴, 스틸렌-부타디엔, 비닐피리딘, 아크릴로니트릴, 염화 비닐, 폴리우레탄 등의 수계 라텍스를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 다른 수지들은 불포화된 폴리에스테르, 에폭시 수지 및 폴리비닐 에스테르와 같은 저온의 가요성 열경화성 수지들을 포함한다. 바람직하게는, 약 5 ~ 약 10 % 의 라텍스가 사용되고, 약 8 % 가 가장 바람직하다. 바인더용 용매는 물을 포함할 수 있고, 또는 아세톤과 같은 이용된 바인더용 유기 용매를 포함할 수 있다. 용매 (사용된 경우) 내의 바인더의 양액 농도 (solution strength) 는 원하는 바인더 하중 및 바인더 시스템의 가공성 (점성, 고체 함유량 등) 에 근거한 종래의 방법에 의해 결정될 수 있다.

바인더 대신, 매트는 매트를 함께 홀딩하기 위한 섬유들뿐만 아니라 다른 섬유들을 포함할 수도 있다. 이러한 섬유들은 침출된 유리 섬유들을 서로 접합시키기 위해 100 중량% 의 전체 조성에 근거하여 0 중량% 초과 ~ 약 20 중량% 의 양으로 사용될 수도 있다.

장착 매트의 층은 장착 매트의 제조 중에 통상적으로 사용되는 임의의 공지된 기술로 제조될 수 있다. 예컨대, 제지 프로세스를 사용하면, 섬유들은 바인더 또는, 혼합물 또는 슬러리를 형성하기 위한 바인더로서 작용할 수 있는 다른 섬유와 혼합될 수도 있다. 임의의 혼합 수단이 사용될 수도 있지만, 바람직하게는, 바인더가 이용되는 때에, 섬유성 성분들이 약 0.25% ~ 5% 의 굳기 (consistency) 또는 고체 함량 (99.75 ~ 95 부의 물에 대한 0.25 ~ 5 부의 고체) 에서 혼합된다. 그 후, 슬러리는 형성물을 강화시키기 위해 물로 희석될 수 있고, 이는 마침내 응집제 및 배수 보유 보조 화학물질로 응집될 수 있다. 그 후, 응집된 혼합물 또는 슬러리가 제지 기계에 위치되어 종이 함유 섬유 플라이 (ply) 로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 플라이들은 슬러리를 진공 주입함 (casting) 으로써 형성될 수도 있다. 어떠한 경우에나, 플라이들은 통상적으로 오븐들 내에서 건조된다. 사용된 표준 제지 기술들의 보다 상세한 설명에 대해서 미국 특허 제 3,458,329 호를 참조하고, 이의 개시 내용은 참조에 의해 본원에 통합되었다. 바인더가 사용되고 침출된 유리 섬유들이 열 처리된 것일 때에, 바인더를 추가하거나 침출된 유리 섬유들에 섬유들을 바인딩하기 이전에 섬유들을 열처리하는 단계가 실시되어야 한다는 것은 이해될 것이다.

다른 실시형태에서, 섬유들은 건조 공기 레잉 (dry air laying) 과 같은 종래의 수단에 의해 매트로 처리될 수도 있다. 이 단계에서 매트는 매우 작은 구조적 일체성 (integrity) 을 가지고, 종래의 촉매 변환기와 디젤 트랩 장착 매트들에 비해 매우 두껍다. 그러므로, 기술 분야에서 흔히 공지된 바와 같이, 그 결과로서 생긴 매트는 건식 니들링 (dry needled) 되어 매트를 치밀화 (densify) 하고 그의 강도를 증가시킬 수 있다. 섬유들의 열 처리는 매트의 형성 이전에 또는 매트가 니들링된 후에 발생할 수도 있다.

건조 공기 레이어링 (layering) 기술이 사용되는 경우, 대안적으로 매트는 함침에 의해 매트에 바인더를 첨가함으로써 처리되어 불연속적인 섬유 복합물을 형성할 수도 있다. 이 기술에서, 종래의 제지 기술에 대하여 전술한 바와 같이 매트 프리프레그 (prepreg) 를 형성하는 것보다 매트의 형성 후에 바인더가 추가된다. 이러한 매트를 제조하는 방법은 파손을 줄임으로써 섬유 길이의 유지에 도움이 된다. 하지만, 열 처리는 임의의 바인더의 추가 이전에 발생할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

바인더로 매트를 함침하는 방법은 액체 바인더 시스템 내에 매트를 완전 침수하는 것, 또는 대안적으로는 매트에 분무하는 것 (spraying) 을 포함한다. 연속된 절차에서, 롤 형태로 이송될 수 있는 섬유 매트는, 예컨대 컨베이어 또는 스크림 상에서 펼쳐지고 이동되며, 바인더를 매트에 도포하는 스프레이 노즐을 지나간다. 대안적으로, 매트는 스프레이 노즐을 지나가도록 중력에 의해 공급될 수 있다. 그 후, 매트/바인더 프리프레그는 프레스 롤들 사이를 통과하고, 이는 초과 액체를 제거하고, 거의 그의 소망하는 두께로 프리프레그를 치밀화한다. 그 후, 치밀화된 프리프레그는 임의의 남아있는 용매를 제거하기 위해, 필요하다면 합성물을 형성하기 위해 바인더를 부분적으로 경화시키기 위해 오븐을 통과할 수도 있다. 건조 및 경화 온도는 주로 사용된 바인더와 용매 (만약 있다면) 에 의존한다. 그 후, 합성물은 저장 또는 이송을 위해 절단 또는 말려질 수 있다.

장착 매트는 또한 액체 바인더에 매트의 부분을 담그고, 프리프레그를 제거하고, 초과 액체를 제거하기 위해 가압함으로써 일괄 모드로 제조될 수 있고, 그 후 합성물을 형성하기 위해 건조시키며, 저장 또는 어떤 치수로 만들기 위해 절단한다.

장착 매트는 고실리카 함유 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고 알루미나 무기 섬유들 층을 갖는 단일 일체 매트로서 마련될 수도 있다. 대안의 실시형태들에 따른 장착 매트는 고실리카 함유 섬유들 층 시트와 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층 시트를 서로 접합시킴으로써 제조될 수도 있다. 고실리카 함유 섬유들 층 시트와 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층 시트는 서로 접착식으로 접합되거나 서로 기계적으로 접합될 수 있다. 고실리카 함유 섬유들 층 시트와 다결정질 및/또는 고알루미나 무기 섬유들 층 시트는 두 개의 층들 중 하나의 층으로부터의 섬유들의 일부가 재배향되고 다른 층의 두께를 적어도 부분적으로 통하여 연장되도록 층 시트들을 함께 니들-펀칭하거나 또는 수류엉킴 (hydroentangling) 함으로써 서로 기계적으로 접합될 수도 있다.

특정 실시형태들에서, 고실리카 함유 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층은, 두 개의 층들을 갖는 단일 장착 매트를 생성하기 위해, 인접하게 접촉된 후에 니들링된다. 특정 실시형태들에서, 별개의 층들은 함께 니들링되기 전에 별개로 니들링될 수도 있다. 특정 실시형태들에서, 층들은 단일 장착 매트로 함께 니들링되기 전 또는 후에 열처리될 수도 있다.

전술한 기술들 중 어느 것이 채용되는 지에 상관없이, 합성물은 재생가능한 허용 오차로 정확한 형상 및 크기의 장착 매트를 형성하기 위해 다이 스탬핑에 의해서와 같이 절단될 수 있다. 장착 매트 (20) 는 니들링 등에 의해서와 같이 치밀화 후에 적합한 핸들링 특성을 나타내고, 장착 매트가 쉽게 핸들링될 수 있음을 의미하며, 다른 많은 섬유 담요들 또는 매트들과 같이 누군가의 손에서 부서질 만큼 취약 (brittle) 하지 않음을 의미한다. 이는 크래킹 (cracking) 없이 촉매 지지 구조체 (18) 또는 유사한 취성 구조체 둘레에 쉽게 그리고 유연하게 장착되거나 또는 둘러싸일 수 있고, 그 후 촉매 변환기 하우징 (12) 내에 배치될 수 있다. 일반적으로, 장착 매트에 둘러싸인 취성 구조체는 하우징에 삽입될 수 있고, 또는 하우징은 장착 매트에 둘러싸인 취성 구조체를 중심으로 형성되거나 그렇지 않으면 제작될 수 있다.

작동 중에, 촉매 변환기는 온도의 상당한 변화를 경험한다. 열 팽창 계수의 차로 인해, 하우징은 지지 구조체 (18) 보다 더 팽창할 수 있어서, 이러한 요소들 사이 간극은 약간 증가할 것이다. 간극은 컨버터의 열적 사이클링 동안, 약 0.25 에서 약 1.5㎜ 의 크기로 팽창 및 수축될 수도 있다. 장착 매트의 두께 및 장착 밀도는, 적어도 약 10 kPa 의 최소 유지압이 모든 조건들 하에서 유지되어 취성 구조체가 느슨하게 진동하는 것이 방지되도록 선택된다. 이러한 조건들 하에서 장착 매트 (20) 에 의해 가해진 장착 압력은 구성 요소들의 물리적 일체성 (integrity) 을 해함이 없이 조립체의 열적 특성의 수용을 허용한다.

낮은 온도 적용에서 사용될 장착 매트에 대해, 약 300 ℃ 에서 테스트가 실시된다. 하지만, 설명된 고온 테스트와 동일한 방법으로 테스트가 실시된다. 하지만, 하중 적용에서 차이 및 무거운 촉매 구조체가 종종 사용된다는 사실을 고려하면, 최소 유지압은 더 높아져야 한다. 장착 매트는 약 300 ℃ 의 고온면 온도에서 테스트의 1000 사이클 이후에 적어도 50 kPa 의 취성 구조체에 대해 유지압을 제공한다.

이하의 실시예들은 단지 장착 매트 및 배기 가스 처리 장치를 추가로 설명하기 위해 제시된다. 예시적인 실시예들은 장착 매트, 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치, 또는 임의의 방법으로 장착 매트 또는 배기 가스 처리 장치를 제조하는 방법들을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.

실시예 1

고알루미나 섬유 (Unifrax I LLC, Niagara Falls, NY 으로부터의 PC-MAX® 2000i) 층 및 고실리카 함량 섬유 층을 가진 장착 매트가 다음과 같이 마련되었다: 고실리카 함량 섬유들 및 물의 슬러리가 주입 (cast) 되었고 물의 상당한 부분을 제거하기 위해서 진공 조건들에 노출되었다. 다음으로 상기 고실리카 함량 섬유 층이 3-4 시간 동안 150 ℃ 에서 건조되었다. PC-MAX® 2000i 의 미리 마련된 층이 니들 펀칭 (needle punching) 기계 안으로 배치되었고, 고실리카 함량 섬유 층은 PC-MAX 2000i 층의 상부에 배치되었다. 두 개의 층들은 함께 니들링되었고 한 시간 동안 900 ℃ 에서 열 처리되었다.

장착 매트의 유지압 (holding pressure) 성능이 0.35 간극 벌크 밀도 및 4 % 간극 팽창으로 고온 측부 상에서 1000 ℃ 에서 그리고 냉온 측부 상에서 400 ℃ 에서 테스트되었다. 제 1 테스트는 고온 측부를 향하는 고알루미나 섬유로 행해졌고, 1,000 사이클 이후의 매트의 최소 유지압이 78.8 kPa 이었다. 제 2 테스트는 고온 측부를 향하는 침출 (leach) 실리카 섬유로 행해졌고, 1,000 사이클 이후의 매트의 최소 유지압은 43.4 kPa 이었다.

비교예 2

장착 매트가 고알루미나 섬유 (Unifrax I LLC, Niagara Falls, NY 으로부터의 PC-MAX® 2000i) 의 단일 층만으로 마련되었고 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 테스트되었다. 1,000 사이클 후에, 매트의 최소 유지압은 85.9 kPa 이었다.

실시예 3

고알루미나 섬유 층 및 고실리카 함량 섬유 층을 가진 장착 매트가 다음과 같이 마련되었다: 고실리카 함량 섬유들 및 물의 슬러리가 주입되었고 물의 상당한 부분을 제거하기 위해서 진공 조건들에 노출되었다. 다음으로 상기 고실리카 함량 섬유 층이 3-4 시간 동안 150 ℃ 에서 건조되었다. 고알루미나 섬유들 층이 고실리카 함량 섬유들 층과 동일한 방식으로 준비되었다. 두 개의 층들은 함께 프레스되어 층상의 장착 매트를 형성하였다.

장착 매트의 유지압 성능이 0.35 간극 벌크 밀도 및 4 % 간극 팽창으로 고온 측부 상에서 1000 ℃ 에서 그리고 냉온 측부 상에서 400 ℃ 에서 테스트되었다. 제 1 테스트는 고온 측부를 향하는 고알루미나 섬유로 행해졌고, 1,000 사이클 이후의 매트의 최소 유지압이 41.1 kPa 이었다. 제 2 테스트는 고온 측부를 향하는 침출 실리카 섬유로 행해졌고, 1,000 사이클 이후의 매트의 최소 유지압은 30.9 kPa 이었다.

비교예 4

장착 매트가 실시예 3 에서와 동일한 고알루미나 섬유 단일 층만으로 마련되었고, 실시예 3 에서와 동일한 방식으로 테스트되었다. 1,000 사이클 후에 매트의 최소 유지압은 42.8 kPa 이었다.

이 실시예들은 상대적으로 더 고가인 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층 및 덜 비싼 침출된 실리카 섬유들 층을 포함하는 본 장착 매트가, 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유 층이 고온 측부 또는 기판에 인접하도록 배향될 때, 동일한 고가의 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들만을 포함하는 장착 매트와 유사한 성능을 갖는 점을 보인다.

장착 매트들은 다이 컷될 수 있고 얇은 프로파일에서 탄성적인 지지체들로서 작동가능하며, 다루기가 용이하며, 필요하다면 깨어짐 없이 촉매 지지 구조체 전체를 둘러쌀 수 있도록 가요적인 형태이다. 대안적으로, 장착 매트는 촉매 지지 구조체의 적어도 일 부분의 전체 원주 또는 외주의 둘레를 일체적으로 쌀 수도 있다. 장착 매트는 또한 부분적으로 둘러쌀 수 있으며 필요하다면 일부 종래의 변환 장치들에서 현재 이용되는 것과 같이 단부-시일을 구비하여 가스 바이 패스를 방지할 수도 있다.

또한, 상기 설명된 장착 매트들은 다양한 응용분야, 예를 들어 특히, 모터사이클 및 다른 소형 엔진 기계들을 위한 종래의 자동차 촉매 변환기 및 자동차 프리컨버터들, 고온 스페이서들, 개스켓들, 및 미래 세대 자동차 하부 촉매 변환기 시스템들에 유용하다. 일반적으로, 상기 설명된 장착 매트들은 상온에서 유지압을 작용하기 위하여, 그리고 더 중요하게는, 열적 사이클링 동안을 포함하여 약 20 ℃ 내지 적어도 약 1100 ℃ 의 상승된 온도에서 유지압을 유지하는 능력을 제공하기 위하여 매트 또는 개스켓을 필요로하는 어떠한 응용에도 이용될 수 있다.

또한 상기 설명된 장착 매트들은 보호적으로 장착될 필요가 있는 취성 하니콤 타입 구조체들을 포함하는 것들을 구비하며, 배기 또는 배출 스택들 (stacks) 내에 위치된 화학 산업에서 채용된 촉매 변환기들에 이용될 수도 있다.

본 주제물의 제 1 실시예는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함하는 배기 가스 처리 장치를 위한 장착 매트를 구비한다.

제 1 실시예의 장착 매트는 상기 고실리카 함량 섬유들이 용융-성형된 실리카 섬유들이라는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 용융-성형된 실리카 섬유들은 침출될 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 적어도 67 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 열-처리될 수도 있다.

제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나 또는 양자의 장착 매트는 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들이 졸-겔 유도된 섬유들을 포함한다는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 60 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 72 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 약 72 내지 약 75 중량% 의 알루미나 및 약 25 내지 약 28 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 90 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다.

제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층이 일체층 (integral layer) 을 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층이 서로 접착식으로 접합되는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층이 서로 기계적으로 접합되는 점을 더 구비할 수도 있다. 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층은 물리적으로 얽힐 (entangled) 수도 있다.

본 주제물의 제 2 실시예는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 서로 결합하는 단계를 포함하는 매트 구조체를 제작하는 방법을 구비한다.

제 2 실시예의 방법은 상기 결합하는 단계가 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 서로 열 적층하는 단계 (heat laminating) 를 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 2 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나 또는 양자의 방법은 상기 접합하는 단계가 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유 층을 서로 접착식으로 접합하는 단계를 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 2 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 방법은 상기 결합하는 단계가 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유 층을 서로 기계적으로 접합하는 단계를 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 기계적으로 접합하는 단계는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 함께 니들 펀칭하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 기계적으로 접합하는 단계는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 서로 수류엉킴 (hydroentangling) 하는 단계를 포함할 수도 있다.

제 2 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 방법은 상기 고실리카 함량 섬유들은 용융-성형된 실리카 섬유들이라는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 용융-성형된 실리카 섬유들은 침출될 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 적어도 67 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 열-처리될 수도 있다.

제 2 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 방법은 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들이 졸-겔 유도된 섬유들을 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 60 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 72 중량% 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 약 72 내지 약 75 중량% 의 알루미나 및 약 25 내지 약 28 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 90 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다.

본 주제물의 제 3 실시예는, 하우징; 상기 하우징 내에 장착된 취성 구조체; 및 상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치된 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 구비하며, 상기 장착 매트는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함한다.

제 3 실시예의 배기 가스 처리 장치는 상기 고실리카 함량 섬유들이 용융-성형된 실리카 섬유들이라는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 용융-성형된 실리카 섬유들은 침출될 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 적어도 67 중량% 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 열-처리될 수도 있다.

제 3 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나 또는 양자의 배기 가스 처리 장치는 상기 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들이 졸-겔 유도된 섬유들을 포함한다는 점을 더 구비할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 60 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 72 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 약 72 내지 약 75 중량% 의 알루미나 및 약 25 내지 약 28 중량% 의 실리카를 포함할 수도 있다. 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 90 중량% 의 알루미나를 포함할 수도 있다.

제 3 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 배기 가스 처리 장치는 고실리카 함량 섬유들 및 다결정질 섬유들 층이 일체층을 포함하는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 3 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 배기 가스 처리 장치는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층이 서로 접착식으로 접합되는 점을 더 구비할 수도 있다.

제 3 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 배기 가스 처리 장치는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층이 서로 기계적으로 접합되는 점을 더 구비할 수도 있다. 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층은 물리적으로 얽힐 수도 있다.

본 주제물의 제 4 실시예는, 고실리카 함량 섬유들 층과 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함하는 장착 매트를 제공하는 단계; 배기 가스를 처리하도록 구성된 취성 구조체의 주변의 적어도 일부의 둘레를 장착 매트로 둘러싸는 단계; 및 취성 구조체 및 장착 매트를 하우징 내부에 배치하는 단계를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제조하는 방법을 구비한다. 장착 매트는 상기 설명된 제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트일 수도 있다.

본 주제물의 제 5 실시예는, 하우징; 하우징 내에 장착된 취성 구조체; 상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치된 장착 매트; 내측 콘 하우징과 외측 콘 하우징을 포함하는 이중 벽 엔드 콘 하우징; 및 상기 엔드 콘 하우징의 벽들 사이에 배치된 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 구비하고, 상기 절연 매트는 고실리카 함량 섬유들 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함한다. 상기 절연 매트는 제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트일 수도 있다.

본 주제물의 제 6 실시예는, 외측 금속 콘; 내측 금속 콘; 및 엔드 콘 하우징의 상기 내측 금속 콘 및 외측 금속 콘 사이에 배치된 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치용 엔드 콘을 구비하고, 상기 절연 매트는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 및/또는 고알루미나 섬유들 층을 포함한다. 상기 절연 매트는 상기 설명된 제 1 실시예 또는 후속 실시예 중 어느 하나의 장착 매트일 수도 있다.

Claims

장착 매트로서,
ⅰ) 70 중량% 초과의 실리카를 포함하는 고실리카 함량 섬유들 (high silica content fibers) 층 및 다결정질 섬유들 층을 포함하거나, ⅱ) 70 중량% 초과의 실리카를 포함하는 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 (high alumina fibers) 층을 포함하거나, ⅲ) 70 중량% 초과의 실리카를 포함하는 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층을 포함하고, 상기 고실리카 함량 섬유들은 용융-성형된 (melt-formed) 실리카 섬유들이며, 상기 용융-성형된 실리카 섬유들은 침출되는 (leached), 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
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제 1 항에 있어서,
상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 적어도 90 중량% 의 실리카를 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 4 항에 있어서,
상기 용융-성형되고 침출된 실리카 섬유들은 열-처리되는 (heat-treated), 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 다결정질 섬유들은 졸-겔 유도된 섬유들 (sol-gel derived fibers) 을 포함하거나, 상기 고알루미나 섬유들은 졸-겔 유도된 섬유들 (sol-gel derived fibers) 을 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 6 항에 있어서,
상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 70 중량% 의 알루미나를 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 6 항에 있어서,
상기 졸-겔 유도된 섬유들은 72 내지 75 중량% 의 알루미나 및 25 내지 28 중량% 의 실리카를 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 6 항에 있어서, 상기 졸-겔 유도된 섬유들은 적어도 95 중량% 의 알루미나를 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 1 항에 있어서,
상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층은, 일체층 (integral layer) 을 포함하는, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트.
제 1 항 및 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 장착 매트를 제조하는 방법으로서,
상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층을 서로 결합하는 단계를 포함하는, 매트를 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 결합하는 단계는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층을 서로 열 적층 (heat laminating) 하는 단계를 포함하는, 매트를 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 결합하는 단계는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층을 서로 접착식으로 접합 (adhesively bonding) 하는 단계를 포함하는, 매트를 제조하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 결합하는 단계는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 고알루미나 섬유들 층, 또는 상기 고실리카 함량 섬유들 층 및 다결정질 섬유들과 고알루미나 섬유들 층을 서로 기계적으로 접합 (mechanically bonding) 하는 단계를 포함하는, 매트를 제조하는 방법.
배기 가스 처리 장치로서,
하우징;
상기 하우징 내에 장착된 취성 구조체 (fragile structure); 및
상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치된 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 장착 매트를 포함하는, 배기 가스 처리 장치.
배기 가스 처리 장치로서,
하우징;
상기 하우징 내에 장착된 취성 구조체;
상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이 간극에 배치된 장착 매트;
내측 콘 하우징과 외측 콘 하우징을 포함하는 이중 벽 엔드 콘 (end cone) 하우징; 및
상기 엔드 콘 하우징의 벽들 사이에 배치된 절연 매트를 포함하고,
상기 절연 매트는 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 장착 매트를 포함하는, 배기 가스 처리 장치.
배기 가스 처리 장치용 엔드 콘으로서,
외측 금속 콘;
내측 금속 콘; 및
엔드 콘 하우징의 상기 내측 금속 콘과 상기 외측 금속 콘 사이에 배치된 절연 매트를 포함하고,
상기 절연 매트는 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 장착 매트를 포함하는, 배기 가스 처리 장치.