KR20000016684A - 자체 지지형 내부 단열 라이너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매 컨버터(18)와 디젤용 미립자 필터 또는 트랩과 같은 배기 계통 또는 오염 억제 장치에 사용하기 위한 단열 라이너(40)에 관한 것이다. 단열 라이너는 촉매 컨버터에 사용하기 위한 단부 콘(14)에 관해 도시되어 있다. 단부 콘은 외측 금속제 단부 콘 내에 배치된 외측 금속제 단부 콘 및 자체 지지형 단열 콘(40)을 포함한다. 단열 라이너의 내부 표면의 실질적인 부분이 내연 기관에서 배출되는 고온 가스에 노출되어 있다. 단열 라이너는 무기질 섬유 및/또는 입자를 함유한 복합재로 양호하게 형성됨으로써, 단열 라이너는 반복된 기계적·열적 충격에 견뎌낼 수 있게 견고해 진다.

Description

자체 지지형 내부 단열 라이너

촉매 컨버터와 디젤용 미립자 필터 또는 트랩과 같은 오염 억제 장치는 공지되어 있으며, 통상 내연 기관이 배출하는 배기 가스 정화에 사용된다. 이러한 형태의 오염 억제 장치는 통상 단일 요소(monolithic element)가 탄성과 가요성이 있는 장착 매트(mat)에 의해 케이싱 내에 견고하게 장착된 금속제 하우징을 구비한다.

현재 두 가지 형태의 오염 억제 장치, 즉 촉매 컨버터와 디젤용 미립자 필터 또는 트랩이 폭 넓게 사용된다. 촉매 컨버터는 촉매를 포함하고, 이 촉매는 통상 컨버터 내에 장착된 단일 구조체에 도포된다. 금속 단일체(monolith)가 사용될 수 있지만, 단일 구조체는 통상 세라믹이다. 촉매는 일산화탄소와 탄화수소를 산화시키며, 자동차 배기 가스중의 질소 산화물을 감소시켜 대기 오염을 억제한다. 디젤용 미립자 필터 또는 트랩은 월­플로우 필터(wall­flow filter)로서, 통상 다공성 결정 세라믹 재료로 제조된 벌집형 단일 구조체로 이루어진다. 벌집 구조체의 교번 셀(alternate cell)들은, 통상 배기 가스가 한 셀에 유입되고, 이 셀의 다공성 벽을 통해 강제 유도되며, 다른 측면 셀을 통해 이 구조체로부터 유출되도록 형성된다.

오염 억제 장치 내의 온도가 비교적 높기 때문에, 이 장치가 양호하게 단열되는 것이 중요하다. 단열은 통상 적절한 재료로 이루어진 단열 장착 매트를 이용하여 단일 요소를 케이싱 내에 견고하게 장착함으로써 행해진다. 또한, 배기관으로부터 오염 억제 장치로 전이시키는 입구 및 출구 콘도 역시 단열되어 있다. 종래에는, 입구 및 출구 단부 콘을, 내측과 외측 콘 하우징 사이에 간극(gap)이 형성된 외측 금속 하우징 및 내측 금속 하우징으로된 이중 벽 단부 콘으로 구성함으로써 단열을 행하였다. 적절한 단열 재료가 내측 및 외측 콘 하우징 사이의 간극에 채워진다. 이중 벽 단부 콘의 예는 예컨대 크루처(Kreucher) 등에 허여된 미국 특허 제5,408,828호에 개시되어 있다. 크루처 등은 배기관에서 촉매 컨버터로 이어지는 이중 벽 디퓨저(defuser)가 있는 촉매 컨버터를 개시한다. 단열을 위한 공기 장벽이 내벽과 외벽 사이에 마련되어 있다. 이중 벽 단부 콘의 또 하나의 예가 외측과 내측 단부 콘 사이에 배치된 단열 매트를 개시하는 독일 특허 제3,700,070 A1호에 개시되어 있다.

이중 벽 단부 콘의 사용에 대한 필요성은 오염 억제 장치에 사용되는 단열 재료의 특성에 기인한 것이다. 구체적으로 말하면, 저밀도 섬유질 단열 재료의 사용은 내측 콘을 요하는데, 이는 배기 가스에 노출되면 저밀도 섬유질 단열 재료가 빠르게 부식되고 파괴되기 때문이다. 또한, 부식됨에 따라, 섬유질 단열 재료는 오염 억제 장치의 단일 구조체를 막히게 하고 그 성능을 저하시킨다. 따라서, 단열 재료의 위치와 구조적 일체성을 유지하기 위해 보호용 내측 단부 콘이 필요하였다. 이것은 무어(Moore) 삼세에 허여된 미국 특허 제5,419,127호에 개시된 바와 같은 세라믹 비드(bead)로서 사용된 다른 단열 재료에서도 역시 그러하였다. 무어는 내측 및 외측 배기 다기관 사이에 단열 세라믹 비드의 층이 있는 단열된 배기 다기관(manifold)을 개시한다.

보호용 금속제 내측 콘의 사용은 비록 입구 및 출구 콘의 단열 층의 위치와 구조적 일체성을 유지하는데 필요하지만, 여러 가지 단점을 갖는다. 특히, 내측 금속제 콘의 사용은 장치의 중량과 장치의 제작 비용을 현저하게 증가시킨다. 따라서, 보호용 내측 콘의 사용을 요하지 않는 단열 단부 콘과, 고온 배기 가스 및 도로 주행시의 충격에 노출되는 것에 의해 유발되는 손상에 견딜 수 있는 단열 재료가 요구된다.

본 발명은 촉매 컨버터, 디젤용 미립자 필터 또는 트랩(trap) 배기관 등과 같은 배기 계통 및 오염 억제 장치에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 고온하의 적용례에 사용되는 내부 단열 라이너에 관한 것이다. 본 출원에서는 본 발명을 배기관으로부터 오염 억제 장치로의 전이를 제공하도록 사용되는 내부 단열 단부 콘(cone)에 관한 것으로 설명하고 있다. 이 단부 콘은 금속제 입구 또는 출구 콘 하우징을 구비하며, 이 금속제 콘 하우징 내에는 자체 지지형의 섬유성 복합체 콘이 배치되어 있다. 이 내부 섬유성 콘은 보호 금속제 내부 콘 하우징을 요하지 않는다.

도 1은 내측 및 외측 금속 단부 콘이 있는 종래 기술의 촉매 컨버터의 횡단면도를 도시하고,

도 2는 본 발명에 따른 단부 콘을 사용하는 촉매 컨버터의 횡단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 단부 콘의 대체 실시예의 횡단면도이다.

본 발명은 배기 계통 및 오염 억제 장치에 사용하기 위한 자체 지지형 단열 라이너에 관한 것이다. 본 출원에서는 본 발명을 촉매 컨버터와 디젤용 미립자 필터 또는 트랩과 같은 오염 억제 장치에 사용하기 위한 단열 단부 콘에 관한 것으로 설명하고 있다. 단부 콘은 배기 계통 및 오염 억제 장치에 연결하기 위한 외측 금속제 단부 콘을 구비한다. 상기 외측 단부 콘 내에서는 단열 콘이 배치되는 데, 그 배치 형태는 단열 콘의 내부 표면의 실질적인 부분이 내연 기관으로부터의 고온 배기 가스에 노출되고, 단열 콘의 외부 표면이 외측 금속제 단부 콘 부근에 배치되도록 되어 있다. 따라서, 자체 지지형 단열 라이너에는 단열체를 보호하기 위한 내측의 금속제 라이너가 필요치 않다. 양호한 실시예에 있어서, 단열 라이너는 결합제와 혼합되어 경질의 내충격성 단열 단부 콘을 형성하는 유리 또는 세라믹 섬유를 사용하는 복합 재료로 구성된다.

도면을 참조할 때, 도 1은 종래 기술의 전형적인 촉매 컨버터(10)를 도시한다. 촉매 컨버터(10)는 대체로 원추형인 입구(14)와 출구(16)가 있는 금속 하우징(12)을 구비한다. 캔 또는 케이싱이라고 부를 수도 있는 하우징은 당업계에 공지인 적절한 재료로 제조될 수 있는데, 통상 금속으로 제조된다. 하우징은 스테인레스 강으로 제조되면 좋다. 하우징(12) 내에는, 세라믹 또는 금속으로 된 벌집형 단일체(monolithic body)로 형성된 단일 촉매 요소(18)가 배치되어 있다. 단일체(18; monolith) 둘레로는 장착 및 단열 매트(22)가 존재한다.

입구(14)와 출구(16)를 살펴보면, 입구(14)와 출구(16)는 외측 단부 콘 하우징(26)과 내측 단부 콘 하우징(28)을 구비하는 것을 알 수 있다. 외측 콘 하우징(28)과 내측 콘 하우징(26) 사이에는 단열 재료(30)가 배치되어 있다. 전술한 바와 같이, 단열 재료(30)를 적소에 유지하고 단열 재료(30)가 오염 억제 장치를 통과하는 고온 배기 가스에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 종래 기술의 오염 억제 장치에서는 내측 콘 하우징(28)을 제공하고 있다. 하지만, 내측 콘 하우징(28)의 사용은 오염 억제 장치의 중량, 복잡성 및 가격을 추가적으로 증가시킨다. 따라서, 내측 콘 하우징(28)의 사용이 필요없도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 자체 지지형 내부 단열 라이너, 구체적으로는 내측 콘 하우징(28)의 사용을 요하지 않는 단열 단부 콘을 제공한다. 특히, 본 발명은 내화 재료를 사용하여 배기 가스에 의해 유발되는 손상과 기계적·열적 충격에 의해 유발되는 손상에 견딜 수 있는 내측 단열 콘을 마련한다. 유용한 내화 재료는 짧은 시간 동안의 커다란 온도 구배에도 파손(shattering)되지 않고 견딜 수 있다. 온도 구배는, 차량이 출발하여 정상 주행 속도(cruising speed)에 도달할 때까지의 짧은 시간 동안, 영하의 온도로부터 300℃를 초과하는 온도까지 변화할 수 있다. 본 발명은 배기 가스에 의한 부식에 견딜 수 있도록 충분한 강도를 갖는 복합 재료를 사용하며, 이 재료는 기계적 열적 충격 저항도 역시 제공한다.

복합 재료는 무기질 섬유와 무기질 미립자 또는 그 중 하나를 구비한다. 복합체는 하나 이상의 추가 결합제를 선택적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시에 유용한 섬유는 알루미나­보리아­실리카, 알루미나­실리카, 알루미나­포스포러스 펜트옥사이드, 지르코니아­실리카, 지르코니아­알루미나 및 알루미나로 제조된 섬유를 포함한다. 섬유는 증융(蒸絨; blowing) 또는 방사(紡絲) 공정과 같은 당업계에 공지된 공정에 의해 형성될 수 있다. 유용한 공정은 졸 겔 용액의 방사 공정이다. 구매 가능한 유용한 섬유로는 아이시아이 케미컬즈 앤드 폴리머즈(ICI Chemicals ＆ Polymers)의 상표명 SAFFIL, 유니프랙스사(Unifrax Co.)의 상표명 FIBERMAX, 덴카(Denka)의 상표명 ALCEN 그리고 미츠비시의 상표명 MAFTECH가 있다.

섬유는 섬유 자체로 사용되거나 섬유질 매트로서 사용될 수 있다. 섬유의 매트는, 비직조 분야에서 통상 사용되는 바와 같이, 섬유질 물질을 채집 스크린에 증융시켜 형성할 수 있다. 유용하고 구매 가능한 섬유 매트는 아이시아이 케미컬즈 앤드 폴리머즈의 SAFFIL LD 알루미나 섬유이다.

콘은 또한 점토와, 세라믹 또는 유리 분말과, 세라믹 또는 유리 비드와, 중공 세라믹 또는 유리 구체 등의 무기질 미립자 재료로 형성될 수 있다. 또한, 섬유와 미립자를 조합하여 사용할 수 있다.

섬유와 입자는 결합제로서 작용할 수 있다. 섬유 및/또는 입자는 예컨대 500℃를 초과하는 고온으로 가열되면, 충분히 용융 또는 연화되어 콘 내의 다른 섬유와 입자에 접합될 수 있다. 섬유와 입자는 또한 소결(sintering)될 수 있다. 상이한 융점을 갖는 섬유 또는 입자를 선택함으로써, 다양한 방식으로 이들을 접합시키는 것이 가능하게 된다. 예컨대, 유리 섬유는 세라믹 섬유의 융점보다 낮은 온도에서 연화되어 용융될 수 있기 때문에, 유리 섬유와 세라믹 섬유의 조합은 접합이 가능하다. 또한, 세라믹 섬유는 섬유의 실질적인 용융없이도 다른 세라믹 섬유에 소결될 수 있다.

고온에서 보다 큰 강도를 제공하거나 공정을 보조하기 위해 다른 결합제를 첨가하는 것이 유용할 수 있다. 실온에서 무기 재료들을 함께 고정시켜 콘을 형성하기 위해 유기질 결합제를 사용할 수 있다. 콘이 대략 300℃를 초과하여 가열되면, 유기질 결합제는 연소되어 콘이 남게 되며, 이어서 이 콘은 상승된 온도에서 발화되어 무기 재료들을 소결시킬 수 있다. 유기질 결합제는 성형 및 사출 성형 공정에 특히 유용하다. 유용한 유기질 결합제는 저융점 왁스 및 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.

무기 결합제들도 역시 사용될 수 있다. 이들 결합제들은 알루미나 졸과 같은 졸 및 졸­겔 물질, 콜로이드 실리카 현탁액, 실리콘 카바이드 현탁액과 같은 내화 코팅물 및 모노알루미늄 포스페이트 용액과 같은 용액들을 포함한다. 구매 가능한 콜로이드 실리카 현탁액에는 날코사(Nalco Co.)의 상표명 NALCO가 있다.

콘을 형성하기 위해 조성물에 결합제를 첨가하고, 형성된 콘을 졸 또는 현탁액으로 침윤(浸潤)시키거나, 또는 내화 코팅물 또는 용액을 콘의 표면에 솔질로 도포하여, 무기 결합제들을 콘에 결합시킬 수 있다. 무기 결합제들은 콘이 강화되는 것을 보조한다. 결합제 용액 또는 코팅물이 콘의 내부 표면 등의 일표면에만 도포되는 경우, 내부 표면은 외부 표면이 압축 가능한 상태를 유지하는 반면 더 견고해 진다. 사용할 때, 표면의 결합제들은 고온 배기 가스에 의한 콘의 부식을 방지하도록 보조할 수 있다.

분산 보조제, 습윤제, 농축제 등과 같은 다른 보조제들도 역시 공정을 보조하도록 사용될 수 있다.

예들에서 후술하는 것과 같이, 자체 지지형 섬유질 단부 콘은 가요성 몰드를 사용하여 슬러시 성형, 프레스 성형 또는 사출 성형과 같은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 섬유 매트는 섬유질 매트의 스트립을 결합제 용액에 적시고 나서 원추면상에 겹쳐 놓은 형상으로 덮어 씌우는 혼응지(papier mache)와 유사한 방식으로 형성될 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 자체 지지형 섬유질 단부 콘을 형성하는 이러한 각개 방법의 결과, 고온의 배기 가스, 열적 충격 및 도로 주행시의 충격에 노출된데 따른 손상에 견딜 수 있는 콘이 형성된다.

단부 콘은 통상 외측 금속제 단부 콘 내에 고정되어 있다. 금속 단부 콘은 스테인레스 강 및 인코우넬(Inconel)과 같은 고온 저항성 금속으로 제조된다. 단부 콘은 오염 억제 장치의 외측 금속제 단부 콘(26) 내에 다양한 방식으로 고정될 수 있다. 예컨대, 도 2에서 알 수 있듯이, 섬유질 단부 콘(40)은 섬유질 단부 콘(40)이 이동 억제되도록 단일체(18)와 장착 매트(22)에 대해 압박되어 있다. 그러한 마찰 결속에 대한 대안 또는 추가의 방법으로, 도 3에 도시되는 것처럼 탭(42)을 사용하여 섬유질 콘(40)을 외측 단부 콘(26) 내에 속박할 수 있다. 탭(42)은 배기관(44)으로부터 연장된 것으로 도시되어 있지만, 예컨대 외측 콘(26) 또는 케이싱(12)으로부터 연장될 수도 있다. 도 3에 도시된 별개의 탭(42) 대신에, 견고한 유지 링(도시 생략)을 사용할 수도 있다. 물론, 섬유질 단부 콘(40)은 사용자가 원하는 특정한 용례에 따라 다른 여러 가지 방식으로 외측 단부 콘(26) 내에 속박될 수 있다.

본 발명의 목적과 장점은 아래의 예에 의해 추가로 예시되지만, 그러한 특정한 재료와 양이 본 발명을 부적절하게 한정하는 것으로 해석해서는 안된다. 특별히 언급하지 않는 한, 모든 부(part)와 퍼센트는 중량에 의한 것이다. 비록 예는 촉매 컨버터에 사용되는 단열 단부 콘에 관한 것이지만, 본 발명은 디젤용 미립자 필터 또는 트랩, 배기 다기관 및 배기관과 같은 배기 계통의 기타 영역에서의 사용에 대해 동등하게 적용 가능하다. 유사하게는, 본 발명의 유용성은 예시된 원추 형태로 한정되지 않으며, 오히려 내측 단열 라이너가 요구되고 또 별개 내측 보호 표면의 사용을 원하지 않는 소정의 고온 적용례에 유용하다.

시험 과정

고온 진동 시험

고온 진동 시험(Hot Shake Test)은 단부 콘이 있는 촉매 컨버터를 가솔린 엔진(모드 1) 또는 고온 공기(모드 2) 중 일방으로부터 진동 및 고온 가스하에 놓이게 함으로써, 촉매 컨버터에 사용되는 단부 콘을 평가하는데 이용된다. 두 가지 시험을 아래에서 더 상세히 검토하였다.

모드 1

내부에 단부 콘이 견고하게 장착된 촉매 컨버터를 진동기 테이블[커넥티컷주 월링포드 소재의 언홀츠­딕키(Unholtz­Dickie) 코포레이숀에서 구매 가능한 일렉트로다이나믹 세이커 테이블 모델 TC 208] 상부의 견고한 고정구에 부착하였다. 이어서, 촉매 컨버터를, 가요성 커플링을 통해, 이튼(Eaton) 8121 와상(渦狀) 동력계에 연결된 포드 모터 코포레이션(Ford Motor Co.)의 7.5 리터 배기량 V­8 가솔린 동력형 내연 기관에 부착하였다. 컨버터를 진동기 테이블 위에서 100Hz 및 30g's 가속도로 진동시키면서, 30.4kg­m 하중으로 2200rpm의 엔진 속도에서 900℃의 입구 배기 가스 온도를 사용하여 시험하였다. 컨버터를 이러한 조건하에서 25 시간 동안 시험하였다. 이어서, 컨버터를 분해하고, 단부 콘의 파열, 부식 및 균열(cracking)의 징후에 대해 육안 검사하였다. 성공적인 시험에서는, 단부 콘은 변형되지 않고 가시적인 손상이 나타나지 않아야 한다.

모드 2

이 시험 모드를 시험 모드 1과 유사한 방식으로 실행하였다. 촉매 컨버터와 단부 콘을 100Hz의 주파수에서 30g's의 가속도로 컨버터를 진동시키는 (언홀츠­딕키에서 구매 가능한) 진동기 테이블에 장착하였다. 열원은 900℃의 입구 가스 온도를 공급하는 천연 가스 버너이다. 컨버터를 (진동 중에) 3단계 사이클에 걸쳐 가열 및 냉각을 받게 하였는데, 한 사이클은 900℃의 가스 입구 온도를 달성하고, 입구 가스 온도를 900℃에서 8시간 주기 동안 유지하며, 주위 온도(대략 21℃)로 냉각 시키는 가열 주기를 포함한다. 모드 1에서와 같이, 단부 콘은 어떠한 가시적인 손상의 징후도 나타내지 않아야 한다.

예 1

예 1은 유기질 결합제를 갖는 섬유와 가요성 몰드의 혼합물을 사용하여 세라믹 섬유 단부 콘을 제조하는 방법을 예시한다. (또한, 동일한 복합체 혼합물이 사출 성형될 수 있다).

10부의 실온 경화 고무[다우 코닝사(Dow Corning Co.)에서 구매 가능한 SILASTICK RTV 실리콘 고무계]와 1부의 경화제(다우 코닝사에서 구매 가능한 SILASTICK RTV 경화제)를 혼합하여 고무 몰드를 제조하였다. 고무 혼합물을, 원하는 가공 치수의 섬유 콘을 갖는 강제(鋼製) 콘 마스터 둘레에 성형하였다. 몰드를 실온(대략 21℃)에서 24 시간 동안 경화시켰다.

유리 섬유[오웬즈­코닝 파이버유리사(Owens­Corning Fiberglas Corp.)에서 구매 가능한 6.35mm 길이의 S­2 유리 파이버]를 열 세정 후 대략 0.5mm의 섬유 길이로 분쇄시켰다. 세라믹 섬유[아이시아이 케미컬즈 앤드 폴리머즈사에서 구매 가능한 SAFFIL 세라믹 섬유]를 대략 0.25mm의 길이로 분쇄하였다. 37.8g의 각각의 분쇄된 유리 및 세라믹 섬유를 혼합함으로써 섬유의 혼합물을 제조하였다. 이어서, 150g의 결합제[알드리치 케미컬사(Aldrich Chemical Inc.)에서 구매 가능한 폴리에틸렌 글리콜 1000m.v.]와 0.75g의 분산제(아이시아이 어메리카에서 구매 가능한 KD­5 분산제)를 함유한 유성 혼합기[planetary mixer; 찰스로스 앤드 선사(Charles Ross ＆ Son Co.)에서 구매 가능한 모델 LDM­1 갤론 로스 혼합기]에 섬유 혼합물을 부었다. 혼합물을 혼합기 내에서 100℃로 가열하여 결합제를 용융시킨 후, 대략 30분 동안 25mmHg의 진공하에서 혼합하였다. 형성된 섬유­결합제 혼합물을 40℃로 가열된 고무 몰드에 부었다. 이어서, 채워진 몰드를 진동 테이블(FMC사에서 구매 가능한 SYTRON 진동 테이블)에 고정된 진공 챔버 내에 배치하였다. 진공 챔버를 30mmHg로 진공화시켰으며, 혼합물을 탈기시키고 혼합물의 몰드로의 유동을 증가시키기 위해 5분 동안 테이블을 진동시켰다. 이어서, 몰드를 진공 챔버로부터 분리하여 실온으로 냉각시켰다. 경화된 섬유 콘을 몰드로부터 분리하고, 중공 알루미나 비드[마이크로셀 테크놀로지즈사(Microcel Technologies Inc.)에서 구매 가능한 1.5mm 직경의 비드]의 베드 내에 채워 넣어, 250℃ 까지 대략 3시간 동안 가열하였다. 결합제의 실질적인 부분이 열처리되는(baked) 동안 콘이 붕괴되고 변형되는 것을 방지하기 위해 비드(bead)를 사용하였다. 그 후, 콘을 베드에서 분리하고, 섬유를 콘 내에 결합시키기 위해, 1100℃에서 4시간 동안 화로(kiln)에서 발화시켰다. 콘을 실온으로 냉각시키고, 촉매 컨버터용의 금속 콘 하우징에 삽입한 후, 전술한 고온 진동 시험­모드 2를 실행하였다. 시험 후, 콘은 변형되지 않는 것을 알았으며 균열이나 부식 또는 파열의 다른 가시적인 징후를 나타내지 않았다.

예 2­4

예 2­4는 물과 세라믹 섬유의 슬러리를 이용하여 세라믹 단부 콘을 제조하는 방법을 예시한다. 각각의 예 2­4에 있어서, 천공된 시트 금속의 시트를 촉매 컨버터 단부 콘의 형태로 절삭 및 제작하여, 원추형 몰드를 제조하였다. 이어서, 몰드에 와이어 스크린(25 메시)을 씌웠다. 단부에 필라멘트 테이프를 감아 폐쇄키켜 콘의 대경 단부를 밀봉하고, 몰드의 소경 단부를 진공 클리너[시어즈(Sears)에서 구매 가능한 샵백(Shopvac)]의 3.8mm 직경 진공 호스에 부착하였다.

예 2에 있어서, 14 리터의 수도물과 200 그램의 세라믹 섬유[뉴욕주 나이아가라 폴즈 소재의 유니프랙스사에서 구매 가능한 7000M 세라믹 섬유]를 대략 10분 동안 공기 혼합기로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 계속 혼합시켜, 2 리터의 콜로이드 실리카 현탁액(날코 케미컬사에서 구매 가능한 NALCO 2327)을 첨가하여 분산시켰다.

이어서, 몰드를 슬러리 내에 위치시키고, 진공을 대략 5초 동안 가하였다. 진공이 해제된 후 몰드를 즉시 분리하였는데, 6.3mm 두께의 섬유가 콘에 침전되었다. 섬유 콘을 몰드에서 분리하고 100℃에서 대략 2시간 동안 건조시켰다.

솔로 각개 콘의 내부 표면에 코팅을 도포한 것을 제외하고는, 예 2에서와 동일하게 예 3­4에 대한 섬유 콘을 제조하였다. 예 3­4의 코팅에 의해 콘의 내부 표면은 더 견고하게 된 반면, 콘의 외부 표면은 신축성을 유지하였다. 예 3­4에 사용된 코팅 이외에, 실리콘 카바이드 현탁액(ZYP 코팅사에서 구매 가능)과 같은 다른 코팅도 역시 사용될 수 있다고 고려된다. 각각의 예에 대한 코팅은 표 1과 같다.

예 3	콜로이드 실리카 현탁액(날코 2327)
예 4	모노알루미늄 포스페이트[50% 용액, 론­풀렌크(Rhone­Poulenc) 베이식 케미컬사에서 구득 가능한 공업 등급]

예 2, 3 및 4의 콘들은 전술한 고온 진동 시험­모드 2를 이용하여 시험되었으며, 어떠한 균열, 파열 또는 부식도 나타나지 않았다.

예 5

예 5는 세라믹 섬유 매트 재료를 이용하여 세라믹 단부 콘을 제조한 방법을 예시한다. 세라믹 섬유 매트(아이시아이 케미컬즈 앤드 폴리머즈에서 구매 가능한 SAFFILT 타입 LD 매트)를 대략 5.1cm×10.2cm 치수의 스트립으로 절단하였다. 스트립을 콜로이드 실리카 현탁액(날코 2327)에 침지(浸漬)시키고, 촉매 컨버터의 외측 금속 콘 부분의 내부 표면에 가하였다. (외측 단부 콘은 성형 몰드로서 작용하였다). 대략 6.35mm의 두께를 갖는 콘을 형성하도록, 스트립을 중첩시켜 층지게 하였다. 이어서, (스트립에 대한 내측 몰드로서 작용하는) 촉매 컨버터의 내측 콘을 층들 위로 압박하여, 매트 재료의 층들을 외측 및 내측 금속 단부 콘들 사이에 삽입시켰다. 이 조립체를 100℃에서 대략 5시간 동안 공기 오븐 내에서 건조시켰다. 이어서, 내측 금속 콘을 분리한 후, 층진 매트가 있는 외측 금속 콘을 900℃까지 대략 1시간 동안 가열하여 견고한 섬유 콘을 형성하였다. 이어서, 섬유 콘을 분리시켜 고온 진동 시험­모드 1을 받게 하였다. 이 콘에는 어떠한 균열, 파열 또는 부식도 나타나지 않았다.

예 1­5의 시험 결과는 자체 지지형 섬유 복합체 단부 콘이 배기 가스 유동과 배기 가스 후처리 환경의 진동에 견딜 수 있는 것을 보여준다.

본원 명세서에 마련된 예들 이외에, 자체 지지형 섬유 단부 콘은 또한 사출 몰딩과 같은 추가적인 방법에 의해 형성될 수 있음을 이해한다.

비록, 본 발명이 양호한 실시예에 관해 기재되었지만, 당업자들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 내용에 있어서 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (8)

1. 내연 기관에서 배출되는 배기 가스를 정화하기 위한 오염 억제 장치로서,

   금속제 하우징과,

   상기 하우징 내에 배치된 오염 억제 요소와,

   하우징을 내연 기관의 배기관에 연결하기 위한 금속제 단부 콘과,

   내부 표면과 외부 표면이 있고, 상기 내부 표면의 실질적인 부분이 내연 기관으로부터의 고온 배기 가스에 노출되도록, 상기 금속제 단부 콘(26) 내에 배치된 단열 콘

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 오염 억제 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 단열 콘은 섬유질 결합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 억제 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 섬유질 결합제는 세라믹 섬유인 것을 특징으로 하는 오염 억제 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 단열 콘은 무기질 섬유 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염 억제 장치.
5. 내연 기관에서 배출되는 배기 가스를 정화하기 위한 오염 억제 장치로서,

   하우징과,

   상기 하우징 내에 배치된 오염 억제 요소와,

   하우징을 내연 기관 배기 계통에 연결하기 위한 금속제 외측 단부 콘과,

   외측 단부 콘 내에 배치되며, 내연 기관의 배기 가스에 노출된 단열 재료의 층

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 오염 억제 장치.
6. 오염 억제 장치의 금속제 단부 콘 내에 배치하기 위한 자체 지지형 섬유질 단부 콘을 형성하는 방법으로서,

   오염 억제 장치의 외측 금속 단부 콘 부분의 내부 표면의 치수를 갖는 몰드를 제공하는 단계와,

   세라믹 섬유 매트의 스트립을 콜로이드 실리카 현탁액으로 포화시키는 단계와,

   상기 포화된 세라믹 섬유 스트립을 상기 몰드의 내부 표면에 까는 단계와,

   상기 단열 단부 콘의 원하는 외경 및 내경을 마련하기 위해, 포화된 세라믹 섬유 스트립을 몰드에 대해 압박하는 단계와,

   세라믹 섬유와 실리카 현탁 복합재를 경화시키는 단계와,

   섬유질 단열 단부 콘을 몰드로부터 분리하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 세라믹 섬유 스트립은 상기 몰드 내에 중첩되어 층져있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 오염 억제 장치에 사용하기 위한 자체 지지형 내부 단열 단부 콘을 형성하기 위한 방법으로서,

   상기 섬유질 단열 콘의 원하는 가공 치수를 갖는 고무 몰드를 마련하는 단계와,

   상기 고무 몰드를 가열시키는 단계와,

   유리 및 세라믹 섬유와 무기질 및 유기질 결합제의 혼합물을 가열된 고무 몰드에 붓는 단계와,

   상기 섬유­결합제 혼합물을 경화시키기 위해 몰드를 냉각시키는 단계와,

   상기 경화된 섬유 콘을 몰드로부터 분리하는 단계와,

   상기 유기 결합제를 분리하기 위해 경화된 섬유 콘을 가열하는 단계와,

   섬유와 결합제를 소결하기 위해 경화된 콘을 소화시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.