KR101876102B1

KR101876102B1 - 고온 팽창 가능한 내화물

Info

Publication number: KR101876102B1
Application number: KR1020167008324A
Authority: KR
Inventors: 데니스 로버트 퍼렌코프; 마이클 쿠어탄넨스
Original assignee: 퓨얼 셀 에너지, 인크
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2018-07-06
Also published as: GB2533881A; DE112014004100T5; WO2015034574A1; US20150065331A1; GB201604547D0; GB2533881B; KR20160048197A; US9090514B2

Abstract

본 발명은 고온 밀봉을 위해, 예를 들면, 용융 탄산염 및/또는 고체 산화물 연료 전지들에서의 사용을 위해, 팽창 가능한 내화물에 있다. 팽창 가능한 내화물은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 하나 이상의 혼합물을 포함한다. 일 실시예에서, 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol% 내지 25 vol%로 존재하며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol% 내지 95 vol%로 존재한다.

Description

고온 팽창 가능한 내화물{HIGH TEMPERATURE EXPANDABLE REFRACTORY}

본 발명은 일반적으로 고온 애플리케이션들을 위한 팽창 가능한 내화물에 관한 것이며 보다 구체적으로 연료 전지 시스템들, 뿐만 아니라 접합/심스(seams)가 보수를 필요로 했던 임의의 유형의 애플리케이션에서의 사용을 위해, 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한 팽창 가능한 내화물에 관한 것이다.

연료 전지는 수소 또는 메탄과 같은 연료에 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 전기 화학 반응을 사용하는 디바이스이다. 일반적으로, 연료 전지들은 연료와 촉매 반응으로 반응하기 위한 양극 및 공기와 같은 산화제와 유체 통신하는 음극을 포함한다. 양극 및 음극은 그 사이에 전기적으로 하전된 이온들을 전도하는 전해질 재료의 대향 측면들 상에 배치된다. 전해질 재료 및 연료 전지의 설계는 연료 전지의 유형 및 성능을 결정한다. 예를 들면, 대략 650℃에서 동작하는 용융 탄산염 연료 전지들(Molten Carbonate Fuel Cells; MCFC)은 동작 동안 용융된 액체인 전해질을 포함한다.

연료 전지들은 통상적으로 적층 관계로 배열된다. 연료 전지 스택은 고정된 종판 및 자유 종판 사이에 위치된 많은 개개의 전지들을 포함한다. 몇몇 인스턴스들에서, 연료 전지 스택은 스틸 용기와 같은 엔클로저 내에 포함된다. 엔클로저는 통상적으로 그것을 통해 연장된 관통부들을 포함한다. 관통부들은 연료 전지 스택 및 엔클로저의 바깥쪽에 위치된 플랜트 시스템의 주변 장치 사이에서의 통신을 제공하는 파이프들 및 전기 도체들의 통로를 위해 사용된다. 엔클로저는 통상적으로 높은 온도들 및 압력들 및 큰 온도 및 압력 변화들을 겪는 내부 영역을 정의한다. 내부 영역은 그러므로 외부 영역들로부터 봉쇄된다. 따라서, 관통부들은 관통부들을 밀봉하기 위해 그 안에 내화물 재료를 가진다.

내화물 재료들은 금속성 재료와 같은, 그것들이 밀봉하는 재료들과 상이한 팽창 계수들을 가진다. 또한, 내화물 재료들은 일반적으로 실온에서 도포되며 고온들에서의 동작으로의 전이를 용인하도록 요구된다. 통상적으로, 내화물 재료는 가열 동안 수축하여, 높은 동작 온도들에서 밀봉의 손실을 야기한다.

본 발명은 고온 밀봉을 위해, 예를 들면, 용융 탄산염 및/또는 고체 산화물 연료 전지들에서의 사용을 위해, 팽창 가능한 내화물에 있다. 팽창 가능한 내화물은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 하나 이상의 혼합물들을 포함한다. 일 실시예에서, 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol.% 내지 25 vol.%에서 존재하며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol.% 내지 95 vol.%에서 존재한다.

본 발명은 또한 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법에 있다. 상기 방법은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서 세라믹 파이버들의 적어도 하나의 혼합물을 포함한 팽창 가능한 내화물을 제공하는 단계를 포함하며, 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol.% 내지 25 vol.%에서 존재하며; 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol.% 내지 95 vol.%에서 존재한다. 팽창 가능한 내화물은, 예를 들면, 분당 0.5 내지 30℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다.

도 1은 연료 전지 파워 플랜트의 개략도이다;
도 2는 도 1의 연료 전지 파워 플랜트의 연료 전지 스택을 위한 엔클로저의 종판 및 관통부의 일 부분의 확대된 단면도이다;
도 3은 가열 후, 파이프에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 4는 가열 후, 두 개의 판들 사이에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 5는 가열 후, 세라믹 패브릭에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 6은, 가열 후, 파이프에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 7은 가열 후, 파이프에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 8은 가열 후, 파이프에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물의 사진이다;
도 9는 가열 후, 기존의 내화물에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물을 가진 연료 전지 시스템의 종판의 일 부분의 사진이다; 그리고
도 10은 가열 후, 종판으로부터 연장된 파이프에 배치된 본 발명의 팽창 가능한 내화물을 가진 도 9의 연료 전지 시스템의 종판의 일 부분의 사진이다.

도 1을 참조하면, 연료 전지 파워 플랜트(10)는 전력 변환기 모듈(electrical balance of plant module)(14)과 전기 통신하는 연료 전지 모듈(12)을 갖고 도시된다. 연료 전지 모듈(12)은 연료 공급기 모듈(mechanical balance of plant module)(16)과 유체 통신하여 도시된다. 연료 전지 모듈(12)은 엔클로저(20) 내에 위치된 연료 전지 시스템(18)(예로서, 하나 이상의 MCFC들, 하나 이상의 고체 산화물 연료 전지들, 하나 이상의 인산 연료 전지들 및 또 다른 유형의 연료 전지 중 하나 이상)을 가진다. 엔클로저(20)는 연료 전지 시스템(18)의 예시를 위해 절단된 그것의 일 부분을 갖고 도시된다. 엔클로저(20)는 그 안에 위치된 연료 전지 시스템을 도시하기 위해 절단된 그것의 일 부분을 갖고 예시된 중공 원통형 용기(20V)를 포함한다. 용기(20V)는 엔클로저의 제 1 단부(22A) 및 제 2 단부(22B) 사이에서 연장된 개구(21)를 정의한 내부 표면(20A)을 가진다. 엔클로저(20)는 각각 제 1 및 제 2 단부들(22A, 22B) 상에 착탈 가능하게 및 밀봉하여 위치된 원형 종판들(24A, 24B)을 포함한다. 일 실시예에서, 종판들(24A, 24B) 및 원통형 용기(20V)는 금속, 예를 들면, 스틸로부터 제조된다.

엔클로저(20)가 중공 원통형 용기(20V)이며 원형 종판들(24A, 24B)을 갖는 것으로 설명되지만, 본 발명은, 이에 제한되지 않지만 박스 형 엔클로저들 및 직선으로 된 종판들을 포함한, 임의의 형태의 엔클로저들 및 종판들이 본 발명의 보다 광범위한 양상들로부터 벗어나지 않고 이용될 수 있으므로, 이것과 관련하여 제한되지 않는다.

전력 변환기 모듈(14)은 인버터, 파워 미터링, 스위칭 장비 및 전압 변압기와 같은 전기 장비(도시되지 않음)를 포함한다. 연료 공급기 모듈(16)은 연료를 예열하며 가습하기 위해 및 연료 전지 모듈로부터 배출 유체들을 수용하며 처리하기 위해, 연료 전지 모듈(12)에 연료, 공기 및 물을 공급하기 위해 요구된 장비(도시되지 않음)를 포함한다.

종판(24B)은 그것을 통해 연장된 두 개의 전기 관통부들(25)을 갖고 도시된다. 배선(25W)은 전기 관통부들(25)을 통해 연료 전지 모듈(12)로 연장된다. 배선(25W)은 연료 전지 모듈(12) 및 전력 변환기 모듈(14) 사이에 전기 통신을 제공한다. 종판(24B)은 또한 그것을 통해 연장된 제 1 내지 제 3 관통부들(26A 내지 26C)을 가진다. 제 1 내지 제 3 관통부들(26A 내지 26C)은 그것 상에 위치되며 연료 공급기 모듈(16)로 연장된 각각의 도관들(27A, 27B, 및 27C)을 가진다.

동작 동안, 연료 전지 시스템(18)은 열을 발하며, 그에 의해 내부 영역(21), 용기(20V), 관통부들(25, 26A, 26B 및 26C) 및 도관들(27A, 27B 및 27C)의 온도를 올린다. 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창 가능한 내화물(50)은 종판(24B) 및 연료 전지 시스템(18) 사이에 위치된다. 팽창 가능한 내화물(50)은 또한 도관(27A)에 및 보조 설비 모듈(16)로부터, 도관(27A)을 통해, 내부 영역(21)으로 연장되며 연료 전지 시스템(18)에 연결한 또 다른 도관(29A) 주위에 배치된다. 팽창 가능한 내화물(50)은 도관(27A) 및 종판(24B) 및 연료 전지 시스템(18) 사이에 정의된 갭(G)을 밀봉한다.

팽창 가능한 내화물(50)은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물로부터 형성된다. 팽창되지 않은 버미큘라이트는 그 안에 포획된 물을 가진 자연 발생 버미큘라이트이다. 가열의 동작은 물이 증기가 되며 버미큘라이트를 팽창시키게 한다. 이러한 팽창 동작은 단지 재료의 온도가 212℉를 통과할 때 한 번 발생한다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 두 개의 혼합물들로부터 형성된다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 이에 제한되지 않지만, LDS 성형 가능한 혼합물 및 펌핑 가능한 GS 혼합물을 포함하며, 양쪽 모두는 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능하다. 수성 내화물 바인더에서 세라믹 파이버들의 LDS 성형 가능한 혼합물은 성형 가능하며, 즉 입방 피트당 약 85 파운드들의 습윤 밀도를 가진 점착성 퍼티(putty)이다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 펌핑 가능한 GS 혼합물은 펌핑 가능하며, 즉 펌핑 가능한 GS 혼합물이 내화물에서 튜브, 파이프 및/또는 틈들을 통해 펌핑될 수 있도록 하는 입방 피트당 약 70 파운드들의 습윤 밀도를 가진 매끄러운 퍼티이다. 일 실시예에서, 팽창되지 않은 버미큘라이트는 매사추세츠, 케임브리지의 W. R. Grace & Co., Grace Construction Products로부터 이용 가능한 Microlite®와 같은 물에서의 팽창되지 않은 버미큘라이트 분산이다. 팽창 가능한 내화물(50)이 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 하나 또는 두 개의 혼합물들로부터 형성되는 것으로서 설명되지만, 본 발명은 수성 내화물 바인더에서 임의의 수의 세라믹 파이버들의 혼합물들이 이용될 수 있으므로 이것과 관련하여 제한되지 않는다.

여기에서 설명된 바와 같이, vol.% 및 wt.%의 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물이 경화 또는 가열 이전에, 실온에서 혼합된 대로의 상태에서 팽창 가능한 내화물(50)을 위해 제공된다. 팽창 가능한 내화물(50)은 경화하고 가열한 후 팽창된다. 예를 들면, 1200℉로 가열한 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 경화 또는 가열 이전에, 실온에서 혼합된 대로의 상태에서 팽창 가능한 내화물(50)의 볼륨의 약 5 내지 50%의 볼륨으로 팽창된다. 일 실시예에서, 1200℉로 가열한 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 경화 또는 가열 이전에, 실온에서 혼합된 대로의 상태에서 팽창 가능한 내화물(50)의 볼륨의 약 40 내지 50%의 볼륨으로 팽창된다. 일 실시예에서, 1200℉로 가열한 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 경화 또는 가열 이전에, 실온에서 혼합된 대로의 상태에서 팽창 가능한 내화물(50)의 볼륨의 약 5 내지 10%의 볼륨으로 팽창된다. 팽창 가능한 내화물의 팽창의 양은 팽창된 내화물(50)이 팽창되는 구조의 유연성 및 크기에 의존한다. 팽창 가능한 내화물(50)의 총 볼륨에 기초하여, 팽창 가능한 내화물(50)은 5 vol.% 내지 25 vol.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol.% 내지 95 vol.%에서 존재한다.

일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물은 5 vol.% 내지 6 vol.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 94 vol.% 내지 96 vol.%에서 존재한다.

일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물은 24 vol.% 내지 26 vol.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 73 vol.% 내지 76 vol.%에서 존재한다.

일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물은 19 vol.% 내지 21 vol.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서 세라믹 파이버들의 혼합물은 79 vol.% 내지 81 vol.%에서 존재한다.

일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물은 12 vol.% 내지 13 vol.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 87 vol.% 내지 88 vol.%에서 존재한다.

일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)의 총 중량에 기초하여, 팽창 가능한 내화물은 4 wt.% 내지 6 wt.%에서 존재하는 팽창되지 않은 버미큘라이트를 가지며 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 94 wt.% 내지 96 wt.% 에서 존재한다.

팽창 가능한 내화물(50)을 경화시키는 방법이 여기에서 개시되고 있다. 상기 방법은 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 하나 이상의 혼합물들을 포함한 팽창 가능한 내화물(50)을 제공하는 단계를 포함한다. 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol.% 내지 25 vol.%에서 존재하며; 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol.% 내지 95 vol.%에서 존재한다. 팽창 가능한 내화물(50)은 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 적어도 2시간 동안 1200℉에서 유지된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 팽창 가능한 내화물(50)을 1200℉로 가열하기 전에 약 1시간 동안 약 195℉ 내지 약 220℉의 온도에서 유지된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 분당 약 0.5℉ 내지 분당 약 20℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 분당 약 1℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 분당 약 3℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 분당 약 5℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 분당 약 15℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 일 실시예에서, 팽창 가능한 내화물(50)은 시간당 약 15℉ 내지 시간당 약 30℉의 레이트에서 1200℉로 가열된다. 팽창 가능한 내화물(50)이 1200℉로 가열되는 것으로 설명되지만, 본 발명은 팽창 가능한 내화물(50)이 1200℉ 이상 또는 미만의 온도들로 가열될 수 있으므로 이것과 관련하여 제한되지 않는다. 실험 및 검사에 기초하여, 본 발명자들은 220℉에서의 가열 레이트(예로서, 220℉로의 가열) 및 유지 시간이 팽창 가능한 내화물의 샘플들의 두께에 의존한다는 것을 발견하여 왔다. 예를 들면, 팽창 가능한 내화물(50)의 보다 두꺼운 샘플들은 비교 가능한 보다 얇은 샘플들보다 220℉에서 보다 적은 가열 레이트들 및 보다 긴 유지 시간들을 요구하였다.

여기에 개시된 팽창 가능한 내화물(50)의 조성들의 7개의 예들이 도 3 내지 도 10을 참조하여, 이하에서 상세히 설명된다. 예 1 내지 예 7의 팽창 가능한 내화물들(50)의 구성요소들에 대한 vol.% 및 wt.%에 대한 크기들이 경화하거나 또는 가열하기 전에 제공된다.

예 1

예 1의 팽창 가능한 내화물(50)은 5.9 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 94.1%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 팽창되지 않은 버미큘라이트의 모든 1 테이블스푼에 대해 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한, 1 컵의 Unifrax 성형 가능한 LDS로 이루어졌다. 열 처리 전에, 팽창 가능한 내화물(50)은 성형 가능한 패스티(pasty)였으며 패킹 가능하다. 가열 및 팽창 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 샘플 구조에 잘 부착하였다.

예 2

예 2의 팽창 가능한 내화물(50)은 25 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 75 vol.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한, Unifrax 성형 가능한 LDS로 이루어졌다. 도 3을 참조하면, 예 2의 팽창 가능한 내화물(50)은 파이프(60)에서 1200℉로 가열함으로써 경화시킨 후 도시된다. 예 2의 팽창 가능한 내화물(50)은 파이프(60)에 의해 정의된 내부 벽들에 부착하였다. 가열 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 이전 가열에 비교하여 약 8% 팽창되었다.

예 3

예 3의 팽창 가능한 내화물(50)은 5.2 wt.% 팽창되지 않은 버미큘라이트, 9.2 wt.% 물에서의 팽창되지 않은 버미큘라이트 분산(즉, 매사추세츠 케임브리지의 W. R. Grace & Co., Grace Construction Products로부터 이용 가능한 Microlite®) 및 85.7 wt.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 매 0.026 kg의 팽창되지 않은 버미큘라이트에 대해, 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한, 0.432 kg Unifrax 펌핑 가능한 GS로 이루어졌다. 팽창 가능한 내화물(50)은 팽창되지 않은 버미큘라이트에서의 매 0.026kg에 대해, 0.046kg의 Microlite®로 이루어졌다. 도 4를 참조하면, 예 3의 팽창 가능한 내화물(50)은 두 개의 판들(70) 사이에서 분당 15℉에서 1200℉로의 증가된 가열에 앞서 약 8시간 동안 198℉로 가열함으로써 경화시킨 후 도시된다. 예 3의 팽창 가능한 내화물(50)은 판들(70) 사이에서 팽창되었으며 그것에 의해 정의된 내부 벽들에 부착하였다. 가열 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 가열 이전에 비교하여 약 50 내지 51% 팽창되었다. 다른 예들과 예 3의 비교에 기초하여, 발명자들은 적절한 결과들이 Microlite®의 사용 없이 달성될 수 있다는 것을 발견하였다.

예 4

예 4의 팽창 가능한 내화물(50)은 20 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 80 vol.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은, 매 티스푼의 팽창되지 않은 버미큘라이트에 대해, 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한, 20 vol.% (즉, 1 티스푼) Unifrax 성형 가능한 LDS 및 60 vol.% (즉, 1 테이블스푼) Unifrax 펌핑 가능한 GS로 이루어졌다. 도 5를 참조하면, 예 4의 팽창 가능한 내화물(50)은 세라믹 파이버 패브릭(80)에서 시간당 15℉의 레이트에서 1200℉로의 증가된 가열에 앞서 시간당 30℉의 레이트에서 225℉로 가열함으로써 경화시킨 후 도시된다. 예 4의 팽창 가능한 내화물(50)은 패브릭(80)에 의해 정의된 내부 벽들에 부착하였다. 가열 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 가열 이전에 비교하여 약 8% 팽창되었다.

예 5

예 5의 팽창 가능한 내화물(50)은 11.1 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 88.9 vol.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 매 ½ 테이블스푼의 팽창되지 않은 버미쿨라이트에 대해, 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한, 22.2 vol.% (즉, 1 티스푼) Unifrax 성형 가능한 LDS 및 66.7 vol.% (즉, 1 테이블스푼) Unifrax 펌핑 가능한 GS로 이루어졌다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 예 5의 팽창 가능한 내화물(50)은 파이프(60)에서 분당 0.5℉의 레이트에서 1200℉로 가열함으로써 경화시킨 후 도시된다. 파이프(60)에 의해 정의된 내부 벽들에 부착된 예 5의 팽창된 내화물(50)은 반강체 형태에 있으며 파이프(60)의 밖으로 축 방향으로 팽창되었다.

예 6

예 6의 팽창 가능한 내화물(50)은 12.5 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 87.5 vol.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 매 ½ 티스푼의 팽창되지 않은 버미큘라이트에 대해, 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한 12.5 vol.% (즉, ½ 티스푼) Unifrax 성형 가능한 LDS 및 75 vol.% (즉, 1 테이블스푼) Unifrax 펌핑 가능한 GS로 이루어졌다. 도 8을 참조하면, 예 6의 팽창 가능한 내화물(50)은 파이프(60)에서 분당 1℉의 레이트에서 1200℉로 가열함으로써 경화시킨 후 도시된다. 예 5의 팽창된 내화물(50)은 파이프(60)에 의해 정의된 내부 벽들에 부착하였고, 함께 유지하였으며 파이프(60)의 밖으로 축 방향으로 팽창되었다.

예 7

예 7의 팽창 가능한 내화물(50)은 5.9 vol.% 팽창되지 않은 버미큘라이트 및 94.1 vol.%의 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물을 포함한다. 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 매 테이블스푼의 팽창되지 않은 버미큘라이트에 대해, 뉴욕, 나야가라 폭포의 Unifrax I LLC로부터 이용 가능한 94.1 vol.% (즉, 1 컵) Unifrax 성형 가능한 LDS로 이루어졌다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 예 7의 팽창 가능한 내화물(50)은 종판(92)에 배치된 기존의 내화물(51)에 형성된 틈(예로서, 내력(load bearing) 절연) 및 종판(92)에 고정된 파이프(60)에서 1200℉로 경화시킨 후 도시된다. 틈은 화살표(A)에 의해 표시된 바와 같이 기존의 내화물의 표면으로부터 파이프(60)로 연장된다. 예 7의 팽창 가능한 내화물(50)은 경화시키기 전에 틈을 통해 펌핑되었다. 가열한 후, 팽창 가능한 내화물(50)은 기존의 내화물(51)에 의해 정의된 내부 벽들에 부착하였다.

본 발명은 그것의 특정한 실시예들을 참조하여 개시되고 설명되었지만, 다른 변형들 및 수정들이 이루어질 수 있으며 다음의 청구항들은 본 발명의 실제 범위 내에서 변형들 및 수정들을 커버하는 것이 의도된다는 것이 주의되어야 한다.

Claims

팽창되지 않은 버미큘라이트(vermiculite); 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들(ceramic fibers)의 하나 이상의 혼합물
을 포함하는, 고온 밀봉을 위한 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol% 내지 25 vol%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol% 내지 95 vol%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol% 내지 6 vol%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 94 vol% 내지 95 vol%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 24 vol% 내지 26 vol%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 74 vol% 내지 76 vol%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 19 vol% 내지 21 vol%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 79 vol% 내지 81 vol%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 12 vol% 내지 13 vol%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 상기 혼합물은 87 vol% 내지 88 vol%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 4 wt% 내지 6 wt%로 존재하고, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 상기 혼합물은 94 wt% 내지 96 wt%로 존재하는, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 펌핑 가능한, 팽창 가능한 내화물.
제1항에 있어서, 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 성형 가능한, 팽창 가능한 내화물.
팽창되지 않은 버미큘라이트, 및 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 하나 이상의 혼합물을 포함하는 팽창 가능한 내화물을 제공하는 단계로서, 상기 팽창되지 않은 버미큘라이트는 5 vol% 내지 25 vol%로 존재하며; 상기 수성 내화물 바인더에서의 세라믹 파이버들의 혼합물은 75 vol% 내지 95 vol%로 존재하는, 상기 팽창 가능한 내화물을 제공하는 단계; 및
상기 팽창 가능한 내화물을 1200℉로 가열하는 단계
를 포함하는, 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법.
제10항에 있어서, 상기 팽창 가능한 내화물은 적어도 2시간 동안 1200℉에서 유지되는, 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법.
제10항에 있어서, 상기 팽창 가능한 내화물은 상기 팽창 가능한 내화물을 1200℉로 가열하기 전 1시간 동안 195℉ 내지 220℉의 온도에서 유지되는, 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법.
제10항에 있어서, 상기 팽창 가능한 내화물은 분당 0.5℉ 내지 분당 20℉의 속도로 1200℉로 가열되는, 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법.
제10항에 있어서, 상기 팽창 가능한 내화물은 시간당 15℉ 내지 시간당 30℉의 속도로 1200℉로 가열되는, 팽창 가능한 내화물을 경화시키는 방법.