KR20010066896A - 상이한 물질의 밀봉에 이용되는 유연성 고온 시일 - Google Patents

상이한 물질의 밀봉에 이용되는 유연성 고온 시일 Download PDF

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마쉬 윌리엄 에프
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 유연한 금속성 원환 링 밀봉 요소를 이용함으로써 형성되는 고온 기밀한 밀봉에 관한 것으로, 여기서 가해진 압력은 시일을 활성화시키는 역할을 하여 시일의 질을 향상시킨다. 밀봉 요소의 유연성은 밀봉될 물질 사이의 열 팽창의 차이를 보상하며, 높은 온도에서 세라믹 튜브 아트(tube art)와 금속성 부재 사이의 밀봉에 특히 유용하다. 밀봉 성능은 은 또는 금과 같이 소프트하거나 유동성이 좋은 코팅제로 밀봉 요소를 코팅함으로써, 및/또는 밀봉 요소를 미세 분말의 베드(bed)로 지탱함으로써 향상될 수 있다. 밀봉 요소의 물질은 밀봉 요소가 심지어는 높은 온도에서도 탄성적으로 응력에 대응하여 시일이 복수의 열 사이클을 통하여 작동될 수 있게 선정된다.

Description

상이한 물질의 밀봉에 이용되는 유연성 고온 시일{COMPLIANT HIGH TEMPERATURE SEALS FOR DISSIMILAR MATERIALS}
고온에서 작업되고 화학적으로 활성화된 환경에서 작업될 수 있는 어떤 공정에는 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일(seal)이 요구된다. 이러한 시일은 고온의 세라믹 열 교환기, 연료 전지, 가스 센서, 고온 가스 필터, 그리고 산소 또는 합성 가스를 발생시키는 세라믹 멤브레인 반응기(membrane reactor)에 요구된다. 이러한 시일의 작동과 구조에 있어서의 일반적 문제점은 세라믹과 금속이 일반적으로 상이한 열팽창 계수를 가진다는 것인데, 이러한 열팽창 계수의 차이는 가열 및 냉각 중에 시일의 기계적 응력에 기인한 밀봉 실패를 야기할 수 있다.
세라믹과 금속을 결합하기 위한 시일의 한 가지 형태는 결합될 세라믹 요소 및 금속 요소에 융합되는 누적된 밀봉(graduated seal)을 형성하는 데에 선택된 혼합물 또는 세라믹, 유리, 또는 금속 브레이징 조성물의 화합물을 이용하는 것이다. 상이한 열팽창 계수를 갖는 세라믹 물질을 결합하는 한가지 방법은 겹쳐진 유리 시일을 이용하는 것이다. 이러한 형태의 시일은 Pyrex(등록상표)와 같은 팽창이 적은 유리 또는 용융 실리카를 알루미나 또는 멀라이트(mullite)와 같은 비교적 팽창이 큰 세라믹에 결합하는 데 이용된다. 시일은 시일의 열팽창 계수가 하나의 대상 부재(end member)로부터 다른 대상 부재로의 점진적인 전이를 형성하도록 두 대상부재의 중간의 열팽창 계수를 갖는 여러 유리 층을 형성함으로써 형성된다. 이러한 형태의 시일은 기밀하기는 하지만 비교적 낮은 작동 온도(≤~600℃)와 주위와 유사한 압력으로 제한된다.
선택적인 방법으로는 은 및 금의 합금과 같은 연금속 땜질을 이용하는 것이 있다. 이러한 형태의 시일은 열팽창 계수의 작은 차이를 수용할 수 있다. 그러나, 함금의 녹는점과 합금의 고온 변형 저항에 의하여 작동 온도와 압력에 제한이 존재한다. 이러한 형태의 시일의 열 순환 과정(thermal cycling)은 세라믹의 열팽창 계수가 합금의 열팽창 계수와 현저하게 차이가 나는 경우에는 세라믹의 균열을 야기할 수 있다.
전술한 형태의 시일은 산소 이온을 전도하는 혼합된 도체 금속 산화물 세라믹 멤브레인(mixed conductor metal oxide ceramic membrane)을 이용하는 반응기에 사용될 수 있다. 용융 시일을 위한 이러한 용례의 대표적인 또는 예시적인 예는 미국 특허 제5,599,383호, 제5,561,173호 제5,172,220호 및 제5,725,218호에 개시되어 있다.
선택적으로, 금속 요소 및 세라믹 요소는 밀봉될 금속 물질과 세라믹 물질에 접촉하기는 하지만 그것에 융합되지는 않는 기계적 밀봉 장치에 의하여 밀봉될 수 있다. 이러한 밀봉 장치는 금속 부재와 세라믹 부재 사이의 약간의 이동을 허용할 수 있으며, 그에 의하여 가열 및 냉각 중에 팽창 정도의 차이에 의하여 야기되는 응력을 경감시킬 수 있다.
미국 특허 제5,358,262호는 고온에서 금속 구성 요소와 세라믹 구성 요소 사이에 이용되는 다층 밀봉 요소를 개시한다. 이러한 다층 밀봉 요소는 긴 세라믹 섬유, 편조(編造) 금속 메시, 그리고 편조 세라믹 섬유의 합성물이며, 이러한 합성 요소는 플랜지된 시일에 사용하기 위하여 O링으로 형성될 수 있다.
세라믹 가스 센서 요소를 위한 시일이 미국 특허 제5,795,454호에 개시되어 있으며, 이 특허에서 센서는 압축 소결된 세라믹 시일 본체의 적층에 의하여 종방향의 금속 보어에 유지된다. 유사한 시일이 독일 특허 공보 DE 195 32 090 A1에 개시되어 있다.
미국 특허 제5,401,406호는 고온 세라믹 필터 요소를 금속 하우징 내에서 밀봉하기 위한 밀봉 장치를 개시하며, 이 특허에서 세라믹 섬유 개스킷 물질은 상이한 열팽창 계수를 갖는 금속 요소와 세라믹 요소 사이에서 압축된다. 다른 형태의 고온 세라믹 필터는 미국 특허 제4,735,635호에 개시되어 있으며, 이 특허에서 개방 단부 상에 확대된 쇼율더를 각각 구비하는 관형 세라믹 필터 요소는 튜브 쇼울더보다 작은 구멍이 있는 금속 튜브 시트에 삽입된다. 고온 개스킷 물질이 각 튜브 쇼울더와 튜브 시트 사이에 배치되고, 개스킷은 세라믹 튜브의 단부에 압축력을 가함으로써 제 위치에서 압축된다.
세라믹 열교환기에 사용되는 고온 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일은 Proc Instn Mech Engrs Vol 211 Part E, pp.109-114에서 에스.비.엠.벡(S.B.M.Beck) 등에 의한 "고온 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일의 발전(Development of a High-Temperature Ceramic to Metal Seal)"라는 제목의 논문에 개시되어 있다. 밀봉은 나사 결합에 의하여 제 위치에 압축되는 직조 알루미나 로프 충전 물질이 있는 스터핑 박스(stuffing box)를 이용하며, 상기 나사 결합은 밀봉될 금속과 세라믹에 대하여 충전 물질(packing material)을 가압한다.
고형 전해질 이온성 도체 반응기에 이용되어 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일은 미국 특허 제5,820,654호와 제5,820,655호에 개시되어 있으며, 이 특허에서 시일은 세라믹 부재와 금속 부재 사이를 용접 또는 브레이징함으로써 300℃이하로 제공된다. O링, 벨로우즈 또는 다른 기계적 수단이 이용될 수 있다. 세라믹 튜브는 특정되지 않은 물질 및 구조의 O링 시일을 활주시킴으로써 튜브 시트 내로 밀봉될 수 있다.
금속 구성 요소와 세라믹 구성 요소는 가요성 금속 벨로우즈에 의하여 밀봉될 수 있고, 이 벨로우즈는 Catal. Rev., Sci. Eng., 36(2), 305-384 at pp.366-368에서 지. 사라코(G. Saracco) 등에 의하여 제목이 "촉매 무기질 멤브레인 반응기; 현재의 지식과 미래의 기회(Catalytic Inorganic Membrane Reactors; Present Experience and Future opportunities)"인 논문과, Key Engineering Materials, Vols. 61 and 62(1991), pp.391-394에서 에프.엠. 벨테로프(F.M.Velterop) 등에 의하여 제목이 "세라믹 멤브레인용 고온 저항 모듈의 발전(Development of a High Temperature Resistance Module for Ceramic Membranes)"인 논문에 개시되어 있다.
산소, 합성 가스 및 다른 탄화수소 생성물의 생성을 위한 고온 혼합된 도체 멤브레인 반응기 시스템의 구조와 작동은 반응기 모듈 내에 공급 및 생성 가스 흐름을 위한 반응기 모듈과의 배관 연결을 위하여 반응기 모듈 내에 관형 기하구조를 활용한다. 500℃ 내지 1000℃의 범위 내의 높은 처리 온도에서 공급 및 생성 가스를 분리하도록 이들 반응기 시스템에는 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일이 요구된다. 이러한 시일은 시일을 가로지르는 높은 압력 차이로 가스를 분리하면서 주위 온도와 작동 온도 사이를 순환할 수 있어야 한다. 이하에 개시되고 뒤따르는 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명은 이러한 고온 용도, 특히 세라믹 멤브레인 반응기 시스템의 작동에 이용할 수 있는 유연한 기계적 시일을 제공한다.
본 발명은 고온 용도, 특히 세라믹 멤브레인 반응기 시스템의 작동에 이용할 수 있는 유연한 기계적 시일을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 밀봉 요소의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 밀봉 요소의 변형예의 사시도.
도 3은 도 1의 밀봉 요소를 이용한 시일 조립체의 단면도.
도 4는 도 2의 밀봉 요소를 이용한 시일 조립체의 단면도.
도 5는 도 1의 밀봉 요소를 이용한 시일 조립체의 변형예의 단면도.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 밀봉 구조의 변형예를 도시한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 축선
3 : 홈
5 : 내부 부재
7 : 외부 부재
9, 11 : U 링
13 : 스페이서
15: 밀봉 요소
17 : 고리(annulus)
19 : 금속 부재
21 : 세라믹 부재
본 발명은 축방향 횡단면이 평면 형상을 형성하는 금속성 원환 링을 포함하는 밀봉 요소로서, 상기 평면 형상은 개방측(open side)과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의 비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속의 두께가 정해진다. 상기 원환 링은 적어도 부분적으로는 금속성 코팅제로 코팅될 수 있는 금속성 물질을 포함한다. 금속성 물질은 철, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰디브덴 및 코발트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 금속성 코팅제는 금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 백금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다.
통상적으로, 상기 원환 링은 개방측과 폐쇄측이 있는 원주 체적(circumferential volume)을 부분적으로 둘러싸는 내부 부재와 외부 부재를 구비하며, 상기 개방측은 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향되어 있다. 평면형상의 개방측은 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향될 수 있다.
본 발명은
(a) 내부에 원통형 개구가 형성되어 있는 금속성 부재와,
(b) 축방향 개구 내측에 동축으로 위치되어 있고, 금속성 부재와의 사이에 고리를 형성하는 세라믹 튜브와,
(c) 고리 내에 위치되고 금속성 부재 및 세라믹 튜브와 접촉하는 시일
을 구비하는 시일 조립체를 포함하며, 상기 시일은 축방향 횡단면이 평면 형상을 형성하는 원환 링을 포함하며, 상기 평면 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 금속성 물질을 포함한다.
원환 링의 금속성 물질은 철, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰디브덴 및 코발트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 상기 원환 링의 금속성 물질은 은, 금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 백금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 금속성 코팅제로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 통상적으로, 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의 비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속의 두께가 정해진다. 평면 형상의 개방측은 절대적인 조건은 아니지만 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향되는 것이 바람직하다.
본 발명은 금속성 부재와 세라믹 부재를 밀봉하는 밀봉 방법을 포함하며, 이 방법은
(a) 금속성 부재와 원통형의 세라믹 부재 사이에 고리를 마련하는 단계와
(b) 고리에 시일을 배치하는 단계로서, 상기 시일은 축방향 횡단면이 평면형상을 형성하는 금속성 원환 링을 포함하며, 상기 평면 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 개방측과 폐쇄측이 있는 원주 체적을 부분적으로 둘러싸는 내부 부재와 외부 부재를 구비하는 그러한 단계와,
(c) 상기 고리의 제1 부분과 상기 원환 링의 원주 체적의 개방측에 의하여 형성되는 환상 체적 내에서 제1 가스를 제1 압력으로 유지하는 단계
를 포함한다.
평면 형상의 개방측은 절대적인 조건은 아니지만 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향되는 것이 바람직하다. 원주 체적의 개방측과 폐쇄측은 통상적으로 원환 링에 대하여 대략 반대쪽의 축방향으로 정향되어 있다. 상기 원환 링은 적어도 부분적으로 금속성 코팅제로 코팅될 수 있다.
금속성 부재와 세라믹 부재를 밀봉하는 밀봉 방법은 고리의 제2 부분과 원환 링의 원주 체적의 폐쇄측에 의하여 형성되는 환상 체적에서 제2 가스를 제2 압력으로 유지하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 작으며, 제1 가스와 제2 가스 사이의 압력차는 압력 활성화된 밀봉을 수행하도록 원환 링의 내부 부재와 외부 부재를 원통형 세라믹 부재와 금속성 부재에 대하여 각각 압박한다. 제1 가스는 산소 함유 가스일 수 있고, 제2 가스는 제1 가스보다 산소 농도가 높은 산소 함유 가스일 수 있다. 선택적으로, 제1 가스는 메탄, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있고, 제2 가스는 산소 함유 가스이다.
금속성 원환 링은 철, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰디브덴 및 코발트로 구성되는군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 상기 금속성 코팅제는 은, 금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 백금으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다.
축방향 횡단면에 의해 형성된 평면 형상은 C, H, S, U, W, W, X 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택되는 일반적 형상으로 표현될 수 있다. 선택적으로, 원환 링의 원주 체적의 폐쇄된 하측은 고리에 포함된 연속 물질(contiguous material)에 의하여 지지될 수 있고, 상기 연속 물질은 분말, 섬유, 또는 분말과 섬유의 혼합물이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원환 링의 축방향 횡단면에 의해 형성된 평면 형상은 U자 형상이며, 그에 따라 개방측과 폐쇄측이 있는 U형 원환 링을 형성한다. 통상적으로, 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의 비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속의 두께가 정해진다. 이러한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 원환 링의 원주 체적의 폐쇄된 하측은 고리에 포함된 연속 물질에 의하여 지지될 수 있고, 상기 연속 물질은 분말, 섬유, 또는 분말과 섬유의 혼합물이다. 선택적으로, 시일은 추가의 U형 원환 링을 구비하며, 추가의 U형 원환 링은 적어도 부분적으로는 금속성 코팅제로 코팅되는 금속성 물질을 포함한다. 상기 U형 원환 링과 추가의 U형 원환 링은 고리 내에서 인접하게 배치될 수 있고, 각 U형 원환 링의 개방측은 동일 축방향으로 정향되어 있다. U형 원환 링의 폐쇄측과 추가의 U형 원환 링의 개방측 사이에는 스페이서가 배치될 수 있다.
상기 금속성 부재는 내부에 원통형 개구가 마련될 수 있으며, 원통형 세라믹부재는 세라믹 튜브를 구비하며, 고리는 세라믹 튜브를 금속성 부재의 원통형 개구 내에 동축으로 배치함으로써 형성된다. 금속성 부재는 철, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰디브덴 및 코발트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 금속성 부재, 원통형 세라믹 부재, 원환 링은 통상적으로 약 400℃ 내지 1000℃ 사이의 온도로 유지된다.
본 발명은 시일을 가로질러 가해지는 상이한 압력이 시일을 활성화하여 높은 처리 압력에서 적당한 밀봉을 촉진하는 역할을 하는 하나 이상의 유연한 금속 밀봉 링 또는 밀봉 요소를 이용하는 고온 밀봉에 관한 것이다. 밀봉 요소의 유연한 성질은 밀봉될 물질 사이의 열팽창의 차이를 위해 허용할 수 있다. 밀봉 요소의 성능은 은 또는 금과 같은 소프트하거나 유동성이 좋은 금속 코팅제로 밀봉 요소를 코팅함으로써 및/또는 밀봉 요소를 미세 분말의 베드로 지탱함으로써 향상될 수 있다. 밀봉 요소의 금속성 물질은 심지어는 높은 온도에서도 요소가 탄성적으로 응력에 대응하여, 시일이 복수의 열 사이클 및/또는 압력 사이클을 통하여 기체 분리 및 적절한 밀봉을 수행하도록 선택된다. 밀봉 링의 특성은 링을 형성하는 데 사용되는 금속이 링의 폭에 비하여 얇다는 것인데, 이는 링의 활성 부분에 높은 유연성 또는 가요성을 부여한다.
본원 명세서에서, 시일은 장치 또는 공정 시스템의 인접 영역에서 통상적으로 상이한 압력으로 있는 두 유체를 분리하는 장치로서 규정되며, 시일의 목적은 보다 높은 압력의 영역으로부터 인접한 보다 낮은 압력의 영역으로 유체가 누설되는 것을 최소화하는 것이다. 누설을 완전히 방지하는 시일은 많은 실용적인 용례에서 달성하기 곤란하거나 불가능하다. 본 발명의 시일의 구조 및 작용의 목적은 시일을 활용하는 공정의 작동에 악영향을 끼치지 않는 적절한 레벨로 누설을 제한하는 것이다. 누설의 영향 및 시일의 구조를 평가할 때는 공정의 경제성(process economics), 생성물의 순도, 시스템의 안정성, 및 안전성 모두를 고려해야 한다.
본 발명의 각각의 밀봉 요소는 원환 링의 형상으로 제조되며, 이 원환 링은 본원 명세서에는 평면 형상과 동일 평면에 놓이지만 그 평면과 교차하지는 않는 회전 축선 또는 회전 라인을 중심으로 한 평탄 형상의 회전에 의하여 형성되는 본체로서 규정된다. 회전 축선은 원환 링의 축선이다. 그러므로, 원환 링의 축방향 횡단면은 링과 평면의 교차에 의하여 형성되며, 원환 링의 축선은 전적으로 평면 위에 놓인다. 예로서, 디스크와 동일 평면에 놓인 회전 축선을 중심으로 한 디스크의 회전은 통상적으로 O링으로 알려져 있는 원환 링을 형성하고, O링의 축방향 횡단면은 디스크를 형성한다.
각 밀봉 요소는 임의의 평면 모양 또는 형상을 형성하는 축방향 횡단면을 포함하며, 이 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 형성한다. 횡단면에 의하여 형성되는 형상의 개방측은 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향되어 있고, 폐쇄측은 개방측로부터 대략 반대측의 축방향으로 정향되어 있다. 유사하게, 원환 링은 개방측과 폐쇄측에 의하여 형성되거나 둘러싸이는 일반적인 원주 체적을 형성한다. 통상적으로, 원환 링의 개방측은 대략 축방향으로 정향되어 있고, 폐쇄측은 개방측으로부터 대략 반대측의 축방향으로 정향되어 있다. 통상적으로, 원주 체적은 대략 축방향으로 정향되어 있다.
원환 링의 횡단면을 설명하는 데 사용되는 "개방측(open side)"이라는 용어는 시일의 고압측에서 유체와 접촉 또는 직접 연통하는 시일의 횡단면의 부분을 의미한다. 일반적으로, 개방측은 대략 축방향으로 정향되어 있지만, 어떤 실시예에서는 대략 반경 방향으로 정향될 수 있다. "폐쇄측(closed side)" 이라는 용어는 시일의 저압측에서 유체와 접촉 또는 직접 연통하는 시일의 횡단면의 부분을 의미한다. 유사하게, 원환 링에 의해 둘러싸인 원주 체적을 설명하는 데 사용되는 용어 "개방측"이라는 용어는 시일의 고압측에서 유체와 접촉 또는 직접 연통하는 시일 본체의 부분을 의미한다. "폐쇄측"이라는 용어는 개방측과 대향하는 측면 상의 시일의 부분을 의미하며, 폐쇄측은 시일의 저압측에서 유체와 직접 연통하거나 접촉한다. "내부(inner)"라는 용어는 링의 축선에 보다 인접한 지점을 가리키고, "외부(outer)"라는 용어는 링의 축선으로부터 멀리있는 지점을 가리킨다. 내측 방향은 축선을 향한 반경 방향이며, 외측 방향은 축선으로부터 멀어지는 반경 방향이다.
이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 원환 링 밀봉 요소는 개방측이 있는 임의의 형상을 가질 수 있으며, 이러한 형상으로 인하여 고압 유체는 링의 부분을 환상 시일 조립체의 내부 부재와 외부 부재 모두에 대하여 팽창 또는 압박되게 할 수 있다. 그러므로, 원환 링 밀봉 요소는 압력 활성화된 시일로서 형성된다.
예로서, 본 발명의 바람직한 밀봉 요소 중 하나는 U형 본체를 형성하는 축방향 횡단면을 가지며, 상기 U형의 개방 단부는 축방향으로 정향되어 있고, 그것의 폐쇄 단부는 반대측의 축방향으로 정향되어 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이시일 조립체에 사용되는 경우, 상기 U형의 개방측은 고압 유체와 접촉하며, 그것의 폐쇄측은 저압 유체와 접촉한다. 축선을 중심으로 한 상기 U형 본체의 회전에 의하여 형성되는 원환 링이 도 1에 도시되어 있으며, 도 1은 축선(1)과, 내부 부재(5) 및 외부 부재(7)에 의하여 형성되는 원주 체적 또는 홈(3)이 있는 링을 도시한다. 도 1의 링은 실질적으로 실척으로 도시한 것은 아니지만, 링의 일반적인 특징을 예시하고자 의도한 것이다. 원주 체적 또는 홈(3)의 개방 단부는 축선(1)과 동일 방향으로 정향되어 있는데, 다시 말하면 축방향으로 정향되어 있다.
링의 치수는 다음과 같이 정해진다. 링의 폭은 링의 최내측 부분과 최외측 부분 사이의 반경 방향 거리로서 정해진다. 예컨대 도 1에 있어서, 링의 폭은 내부 부재(5)의 내면과 외부 부재(7)의 외면 사이의 반경 방향 거리이다. 링의 높이는 축방향으로 링의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분에 의해 형성되는 상면과 하면 사이의 축방향 거리로서 정해진다. 예컨대 도 1에 있어서, 링의 높이는 내부 부재(5)와 외부 부재(7)의 상부에 의하여 형성된 상면과 상기 U형 부분의 만곡면 외측의 바닥에 접선을 이루는 하면 사이의 축방향 거리이다. 링의 외경은 반경 방향으로 링의 최대 치수이다. 예컨대 도 1에 있어서, 링의 외경은 외부 부재(7)의 외면 상에 있는 지점으로부터 링 둘레의 180°대향측 상의 대응 지점에 이르기까지 측정된다.
금속 두께는 유연한 아암 또는 링 부재의 평균 두께로서 정해진다. 예컨대 도 1에 있어서, 금속 두께는 내부 부재(5)의 내면과 내부 부재(5)의 외면 사이의 평균적인 반경 방향 거리이다. 선택적으로, 금속 두께는 외부 부재(7)의 내면과외부 부재(7)의 외면 사이의 평균적인 반경 방향 거리이다. 유연한 아암 또는 부재의 두께는 반경 방향 및/또는 축방향으로 균일하지 않을 수 있으며, 이러한 이유로 금속 두께는 평균 금속 두께와 관련하여 정해진다.
본 발명의 변형예는 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 U형 링을 구비한다. 이 실시예에서, U형 링(9)은 U형 링(11) 위에 적층되고, 이들 링은 스페이서(13)에 의하여 분리되어 있다. 이러한 이중 링 조립체는 내부 부재(5) 및 외부 부재(7)와의 전체 밀봉 접촉 영역을 증가시킴으로써 밀봉 작용을 향상시킨다. 또한, 이중 링 조립체는 밀봉 부재, 예컨대 도 4의 부재(33, 35)의 정렬을 강요한다. 이러한 축방향 정렬은 적절한 밀봉을 달성하는 데 중요한 요소이다.
밀봉 요소 또는 원환 링의 다른 축방향 횡단면으로는 그 일부가 문자 C, H, S, V, W, X, Y에 의하여 개략적으로 표현될 수 있는 다른 일반적 형상을 갖는 평면 형상을 형성하는 것이 가능한데, 이에 대해서는 후술한다. 유사한 기계적 특성을 갖는 다른 보다 복잡한 형상이 있을 수 있다. 이러한 평면 형상의 일반적인 특징은 각 형상에 의하여 형성된 원환 링이, 대략 축방향으로 정향되어 있고 폐쇄측 상에서 저압 유체에 비하여 고압 유체와 접촉하는 원주 체적을 가진다는 것으로, 여기서 고압 유체는 링의 부재 또는 유연한 아암을 환상 시일 조립체의 내부 부재 및 외부 부재 모두에 대하여 팽창 또는 압박시킨다.
밀봉 요소 또는 원환 링은 임의의 금속성 물질로 제조될 수 있으며, 이 금속성 물질은 소정 범위의 작동 온도에서의 적절한 기계적 특성과, 시일 벽을 가로지르는 압력차를 지지하는 충분한 강도와, 작동 온도에서 충분한 항복 강도를 가지며, 그에 따라 가해진 압력의 영향하에서 원환 링이 적어도 부분적으로 탄성적으로 변형되는 것을 보장한다. 금속성 물질은 요구되는 특성을 갖는 합금 또는 단일 금속일 수 있다. 합금인 것이 바람직하며, 합금은 철, 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴 및 코발트로 구성되는 군으로부터 선택된 요소를 포함할 수 있다. 바람직한 합금은 상업적으로 판매되는 니켈 함유 인코넬 600(Inconel 600), 인코넬 625, 인콜로이 800(Incoloy 800), 하이네스 230(Haynes 230)을 포함한다.
밀봉 요소 또는 링에 요구되는 금속의 두께는 횡단면 형상, 링의 폭과 링의 높이에 의존하며, 또한 링에 의하여 형성되는 작동 시일에 발생되는 압력 차이에 의존할 수 있다. 링이 비교적 취성 물질인 세라믹 부재에 기계적 압력을 가하기 때문에, 금속 두께는 세라믹에 대한 링의 탄성력 또는 순응력을 최소화하도록 링의 폭 또는 높이에 비하여 작은 것이 바람직하다. 일반적으로, 금속 두께에 대한 링의 폭의 바람직한 비율은 약 15 이상이며, 약 40까지 이를 수도 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 U형 링은 그 금속의 두께가 통상적으로 약 0.004 내지 약 0.006인치일 수 있으며, 링의 폭이 약 0.100 내지 약 0.150 인치일 수 있으며, 링의 높이가 약 0.100 내지 약 0.200 인치일 수 있고, 링의 내경은 약 0.250 내지 약 2.000인치 사이일 수 있다.
전술한 바와 같은 밀봉 요소 또는 원환 링은 조립식으로 활용될 수 있거나, 또는 보다 부드럽고 유동성이 좋은 코팅제로 코팅되는 것이 바람직할 수 있으며, 이것은 밀봉될 부재의 표면의 최소의 불균일과 일치한다. 코팅제는 전체 링 표면에 도포될 수 있거나, 또는 밀봉될 부재의 표면과 접촉하는 링 표면의 선택된 부분에 도포될 수 있다. 바람직하게는, 코팅제는 은 또는 금과 같은 연금속, 또는 은 또는 금을 포함하는 합금이며, 링 표면의 적어도 일부에 도금된다. 다른 금속으로는 구리, 니켈, 팔라듐 및 백금이 합금으로 또는 단독으로 사용될 수 있다.
도 1의 U형 원환 링을 이용한 시일 조립체가 도 3에 단면도로 도시되어 있다. 밀봉 요소(15)는 얇고, 유연한 금속 U형 링이며, 이것은 금속 부재(19)의 원통형 개구와 세라믹 튜브(21)의 외경 사이에 형성된 고리(17)에 위치된다. U형 링은 약간 반경 방향으로 압축된 형태로 고리(17)에 삽입되는데, 즉 고리에 억지 끼워 맞춤되며, 그 결과 삽입 후에 시일의 측면 아암 또는 부재는 금속 부재(19)의 내벽과 세라믹 튜브(15)의 외벽에 대하여 외측으로 튕긴다. 금속 부재(19)가 세라믹 튜브(21)와 직접 접촉하는 것을 방지하는 데에는 충격 완화용 링(22), 통상적으로 세라믹 펠트 또는 울이 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 시일 조립체는 내부 보어(23) 내의 저압 가스를 세라믹 튜브(21) 및 금속 부재(19) 외측의 고압 가스와 분리시키는 임의의 장치에 이용될 수 있다. U형 링은 U형의 개방 부분이 시일의 고압측을 향하도록 정향되고, 내부 보어(23)와 튜브 조립체의 외측 영역 사이의 상이한 가스 압력은 시일의 측부 아암 또는 부재를 벌어지게, 그리고 그 부재를 고리(17)의 내면 및 외면에 대항하여 압박함으로써 시일을 활성화시킨다. 높은 압력차는 시일의 부재 또는 측부 아암을 보다 외측으로 압박하도록 작용하여 높은 압력 차이에 요구되는 밀봉 작용을 향상시킨다. U형 링은 그것의 작은 금속 두께로 인하여 유연하기 때문에, U형 링은 온도가 변하는 경우 어느 한 물질에 과도한 응력을 전달하지 않고 금속 부재(19)와세라믹 튜브(21) 사이의 열팽창 계수의 차이를 수용할 수 있다. U형 링 요소를 형성하는 물질은 심지어는 높은 작동 온도에서도 탄성적으로 거동하기 때문에, 시일은 시일의 완전한 상태에 대한 손실없이 온도 및 압력의 변화를 견디어낼 수 있다.
밀봉 요소 또는 U링을 제조하는 합금도 또한 중요하다. 합금은 전술한 범위의 작동 온도에서 충분한 탄성을 유지해야 하며, 얇은 벽을 가로지르는 압력 차이를 지지하는 충분한 강도를 가져야 하며, 가해진 압력의 영향하에 탄성적으로 변형되는 것을 보장하도록 작동 온도에서 충분히 높은 항복 강도를 가져야 한다. 전술한 바와 같이, 밀봉 요소 또는 U형 링은 적어도 그것의 외면에, 그리고 필요한 경우 전체면에 비교적 연질 금속으로 코팅되는 것이 바람직하다. 이러한 부드러운 코팅제는 세라믹 튜브(21)의 외면과 금속 부재(19)의 내면의 최소의 불균일과 일치되어, 이것은 고리(17)의 외부 경계를 형성하여 밀봉 성능을 향상시킨다.
도 3에 도시된 시일 조립체와 유사한 시일 조립체는 전술한 U형 링 대신에 선택적인 형태 또는 형상의 원환 링을 활용할 수 있다. 임의의 유연한 압력 활성화된 금속 링, 바람직하게는 전술한 바와 같은 비교적 연질 금속으로 코팅되는 금속 링이 이용될 수 있다.
도 2의 이중 U형 원환 링을 활용하는 선택적인 시일 조립체가 도 4에 단면도로 도시되어 있다. 이중 U형 링 조립체는 상부 U형 링(25)과 하부 U형 링(27)과, 스페이서(29)를 구비하며, 이 스페이서는 도시된 U형 링들 사이에 위치된다. 이중 U형 링 조립체는 금속 부재(33)의 원통형 개구와 세라믹 튜브(35)의 외경 사이에 형성된 고리(31)로 삽입된다. 바람직하게는, 이중 U형 링 조립체는 약간 반경 방향으로 압축된 형태로, 즉 고리에 억지 끼워 맞춰지게 고리(31)에 삽입되어, 삽입 후에 밀봉 요소의 부재 또는 측부 아암은 금속 부재(33)의 내벽과 세라믹 튜브(35)의 외벽에 의하여 반경 방향으로 제한된다.
도 4에 도시된 시일 조립체는 내부 보어(37) 내의 저압 가스를 세라믹 튜브(35)와 금속 부재(33)의 외측의 고압 가스와 분리시키는 임의의 장치에 이용될 수 있다. 이중 U형 링은 각 U형의 개방 부분이 시일의 고압측을 향하도록 정향되고, 내부 보어(37)와 튜브 조립체의 외측 영역 사이의 상이한 가스 압력은 밀봉 요소의 측벽이 벌어지게, 그리고 그 측벽을 고리(31)의 내면과 외면에 대하여 압박함으로써 시일을 활성화시킨다. 높은 압력 차이는 밀봉 요소의 측벽을 보다 벌어지게 가압하도록 작용하여, 높은 압력 차이에 요구되는 밀봉 작용을 향상시킨다. 각 U형 링 요소가 그것의 작은 두께로 인하여 유연하기 때문에, U형 링 요소는 온도가 변하는 경우에 어느 한 물질에 과도한 응력을 전달하지 않고 금속 부재(33)와 세라믹 튜브(35) 사이의 열팽창 계수의 차이를 수용할 수 있다. 이중 U형 링 밀봉 요소를 형성하는 물질은 심지어는 높은 작동 온도에서도 적어도 부분적으로 탄성적으로 거동하기 때문에, 시일은 시일의 완전한 상태에 대한 손실없이 온도 및 압력의 변화를 견딜 수 있다.
도 1의 U형 원환 링을 활용하는 선택적인 시일 조립체가 도 5에 단면도로 도시되어 있으며, 이것은 전술한 도 3의 시일 조립체의 변형이다. 유연한 금속 U형 링(15)은 금속 부재(19)의 원통형 개구와 세라믹 튜브(21)의 외경 사이에 형성된 고리(17)에 위치된다. U형 링(15)은 고리(17)에서 물질의 베드(39)에 의하여 지지되거나 지탱된다. 물질은 분말, 섬유, 또는 분말 및 섬유의 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 물질은 세라믹 물질인 것이 바람직하다. U형 링(15)은 주요 시일로서 작용하며, 전술한 압력 활성화 기구를 또한 활용한다. 베드(39)는 보조 시일로서 작용하여, 시일 조립체의 밀봉 성능이 향상되고, U형 링(15)을 통과할 수 있는 임의의 가스의 누설율이 제한된다. 또한, 분말 또는 섬유 베드는 U형 링(15)에 기계적 지지부를 제공하여, U형 링 요소의 크리프 고장(creep failure) 가능성을 감소시킨다. 뒤이어, U형 링(15)은 가해진 압력을 분말 또는 섬유 베드에 전달하여, 베드를 적극적으로 압축하고 베드의 가스 흐름 저항을 증가시킨다.
밀봉 링의 변형된 구조가 도 6a 내지 도6h에 도시되어 있다. 도 6a에서 링은 C형이며, 개방측은 도시된 바와 같이 축방향으로 정향되어 있다. 또한, 링은 도시된 바와 같이 고리로 개방되는 일련의 구멍이 있는 중공의 O링 일 수 있다. 도 6b에 있어서, 링은 도시된 바와 같이 원주 체적이 고리를 향하여 정향되어 있는 상태로 수평 방향으로 정향된 S형이다. 도 6c에 있어서, 링은 도시된 바와 같이 고리를 향하여 정향된 원주 체적이 있는 H형이다. 도 6d에 있어서, 링은 도시된 바와 같이 고리를 향하여 정향된 원주 체적이 있는 X형이다. 도 6e에 있어서, 밀봉 부재는 스페이서로서 중실의 O링에 의하여 분리되는 여러 개의 적층된 V형 링을 구비하며, 원주 체적은 도시된 바와 같이 고리를 향하여 정향된다. 도 6f에 있어서, 링은 C형이며, 개방측은 도시된 바와 같이 고리와 유체 연통되게 반경 방향으로 정향되어 있다. 도 6g는 도시된 바와 같이 고리를 향하여 정향된 원주 체적이 있는 W형 링을 도시한다. 도 6h는 밀봉 부재를 형성하도록 적층된 Y형의 여러 개의 링을 도시하며, 여기서 원주 체적은 도시된 바와 같이 고리를 향하여 정향된다. 고리를 향하여 정향된 하나 이상의 원주 체적을 둘러싸는 유연한 부재와 유사한 특성을 갖는 다른 형상의 밀봉 링이 있을 수 있다.
전술한 유연성 밀봉 요소는 밀봉될 세라믹과 밀봉 대상 금속 부재 사이의 열팽창 특성의 차이를 보상한다. 본 발명의 원환 링의 중요한 특성은 환상 기하학적 구조에 압력 활성화된 가스 밀봉 서비스를 제공하는 링의 유연한 성질에 있다.
세라믹 실린더와 금속 실린더 사이에 형성된 고리는 두 물질의 상대 열팽창 계수에 의존하여 온도에 따라 상이한 치수 변화를 겪는다. 세라믹의 열팽창 계수가 전술한 환상 기하학적 구조의 금속의 금속의 열팽창 계수보다 크면, 환상 거리는 온도가 증가함에 따라 감소한다. 적절한 크기로 설치되는 경우, 전술한 유연한 시일은 온도가 증가함에 따라 많이 압축하도록 조작되고, 온도가 감소함에 따라 작게 압축하도록 조작됨으로써 이러한 변화를 보상할 수 있는 한편, 고압 가스와 저압 가스 사이에 적절한 시일을 유지한다.
선택적으로, 세라믹의 열팽창 계수가 금속의 열팽창 계수보다 작은 경우, 환상 거리는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 적절하게 설계된 유연한 시일은 실온에서 고리에 설치되는 중에 적절하게 압축되면 환상 거리가 증가함에 따라 팽창할 수 있는 한편, 고압 가스와 저압 가스 사이에 적절한 시일을 유지한다. 이러한 특성은 본 발명에 따른 밀봉 요소의 중요한 장점이다.
전술한 유연성 밀봉 요소는 고온 세라믹 열교환기, 연료 전지, 가스 센서, 그리고 산소 또는 합성 가스를 발생시키는 전기 화학 반응기에 이용될 수 있다.이러한 많은 용례에서, 복수의 세라믹 튜브는 가압 셸(shell) 내에서 원통관 구조(shell-and-tube configuration)로 사용된다. 세라믹 튜브가 삽입되는 복수의 구멍 또는 개구를 갖는 금속 튜브 시트가 이용되어, 밀봉될 것이 요구되는 복수의 환상 공간을 형성한다. 본 발명의 밀봉 링은 상기 원통관 구조의 셸측의 압력이 원통관 구조의 튜브측의 압력보다 클 때 환상 밀봉을 제공하도록 이용될 수 있다. 시일은 환상 기하학적 구조에 발생하는 반경 방향 치수 변화를 보상하며, 또한 각 튜브가 시일에 대하여 활주할 수 있게 함으로써 세라믹 튜브의 축방향 치수 변화를 허용한다.
이들 용례에 있어서, 전술한 밀봉 요소에 의하여 분리되는 고압 가스 및 저압 가스는 밀봉 요소를 활용하는 장치에서 수행되는 특정 공정에 의존한다. 세라믹이 혼합된 도체 멤브레인 시스템 내의 공기로부터 산소를 회수하기 위한 공정에 있어서, 예컨대 세라믹 튜브의 외측에 있는 고압 가스는 가압된 공기 또는 다른 산소 함유 가스인 반면, 세라믹 튜브의 내측의 저압 가스는 고순도의 산소 생성물이다. 혼합된 도체 멤브레인을 산소가 투과하고, 투과된 산소가 가벼운 탄화수소와 촉매식으로 반응하여 합성 가스 또는 탄화수소 생성물을 발생시키는 촉매 멤브레인 반응기에 있어서, 세라믹 튜브 외측의 고압 가스는 가압된 탄화수소 공급 가스 및 반응 생성물인 반면에, 세라믹 튜브 내측의 저압 가스는 산소 또는 다른 산소 함유 가스이다.
본 발명의 유연성 밀봉 요소는 평면 스택 구조(stack configuration)로 조립된 세라믹 구성 요소를 이용하는 장치를 위한 입구 시일 또는 출구 시일로서도 또한 사용될 수 있으며, 상기 스택은 가압된 용기 내에 포함된다.
본 발명의 유연성 밀봉 요소 또는 원환 링은 임의의 금속 물질과 임의의 세라믹 물질을 통상적으로 약 1000℃에 이르는 온도에서 밀봉하는데 사용될 수 있다. 시일을 가로지르는 압력 차이는 약 500psia에 이를 수 있다.
금속 물질은 요구되는 특성을 갖는 합금 또는 단일 금속일수 있다. 합금이 바람직하며, 합금은 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 몰디브덴 및 코발트로 구성되는 군으로부터 선택되는 요소를 구비할 수 있다. 바람직한 합금은 상업적으로 판매되는 니켈 함유 인코넬 600, 인코넬 625, 인콜로이 800, 헤이네스 230을 포함한다.
밀봉 요소는 고온 세라믹 열교환기, 연료 전지, 가스 센서, 고온 가스 필터, 그리고 산소 또는 합성 가스를 발생시키는 세라믹 멤브레인 반응기에서 세라믹 구성 요소와 함께 이용될 수 있다. 밀봉 요소와 결합되어 사용되는 구성 요소의 특정 세라믹은 밀봉 요소의 성능에 악영향을 끼치지 않으며, 본 발명은 임의의 특정 형태의 세라믹 물질로 한정되지 않는다. 시일이 세라믹 멤브레인 반응기에 사용되는 경우, 세라믹 물질의 바람직한 조성은 화학식 LnxA'x'A"x"ByB'y'O3-z로 표시되는 혼합된 도체의 복수 성분의 금속성 산화물이며, 상기 화학식에서 Ln은 f블록의 란탄족 원소로부터 선택되는 원소이고, A는 2족 원소로부터 선택되고, A"는 1, 2, 3 족 및 f 블록의 란탄족 원소로부터 선택되며, B,B'는 티타늄과 크롬을 제외한 d 블록 전이 금속으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 0 ≤x ＜1, 0＜x'≤1, 0 ≤x"＜1, 0＜y＜1.1, 0≤y'＜1.1, x+x'+x"=1.0, 1.1 ＞ y+y' ＞1.0이며, z는 합성물의 전하를 중성으로 만드는 숫자이다.
본 발명의 시일과 함께 사용될 수 있는 구성 요소를 위한 선택적인 세라믹 물질은 화학식이 LnxA'x'A"x"ByB'y'B"y"O3-z로 표시되는 혼합된 도체의 복수 성분의 금속성 산화물이며, 상기 화학식에서 Ln은 f블록의 란탄족 원소로부터 선택되는 원소이고, A'는 2족 원소로부터 선택되고, A"는 1, 2, 3 족 및 f 블록의 란탄족 원소로부터 선택되며, B,B',B"는 티타늄과 크롬을 제외한 d 블록 전이 금속으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 0≤x＜1, 0＜x'≤1, 0≤x"＜1, 0＜y＜1.1, 0≤y'＜1.1, 0≤y"＜1.1, x+x'+x"=1.0, 1.1＞y+y'+y"＞1.0이며, z는 합성물의 전하를 중성으로 만드는 숫자이다. 전술한 원소는 IUPAC에 의하여 채택된 원소의 주기율표에 따라 기재되어 있다.
본 발명의 시일과 함께 사용될 수 있는 구성 요소를 위한 선택적인 세라믹 물질은 PCT 국제 공개 번호 WO 99/21649에 개시되어 있으며, 이러한 세라믹 물질은 화학식이 A2-xA'xB2-yB'yO5+z이며, 여기서 A는 알카라인 토금속 이온 또는 알카라인 토금속 이온의 혼합물이고, A'는 금속 이온 또는 금속 이온의 혼합물(여기서, 금속은 란탄족 계열의 금속 및 이트륨으로 구성되는 군으로부터 선택됨)이고, B는 금속 이온 또는 금속 이온의 혼합물(여기서, 금속은 3d 전이 금속 및 13족 금속으로 구성되는 군으로부터 선택됨)이고, B'는 금속 이온 또는 금속 이온의 혼합물(여기서, 금속은 3d 전이 금속, 13족 금속, 란탄족 원소 및 이트륨으로 구성되는 군으로부터 선택됨)이고, x와 y는 서로 독립적이고, 그들은 0보다 크거나 같고 2보다 작거나 같으며, z는 합성물의 전하를 중성으로 만드는 숫자이다. 3d 전이 금속은 스캔듐내지 아연에 이르는 계열의 원소로서 종래 기술에 공지되어 있다. 이러한 세라믹 물질은 촉매 층(catalyst layer)을 포함할 수 있다.
본 발명의 시일과 함께 사용될 수 있는 구성 요소를 위한 다른 선택적인 세라믹 물질이 미국 특허 5,817,597호, 5,591315호, 5,723,074호, 5,639437호에 개시되어 있다.
전술한 특허는 세라믹 튜브가 금속성 외부 부재 내에 존재하는 특정의 환상 기하학적 구조로 사용되는 원환 링을 개시하며, 이러한 구조에서 세라믹 튜브 외측의 압력은 튜브 내측의 압력보다 크다. 이것이 바람직한 용례이기는 하지만, 본 발명의 원환 링은 다른 구조로 사용될 수 있다. 도 3, 도4 및 도 5에 제공된 것과 유사한 시일 조립체는 세라믹 튜브 내측의 고압 가스 및 세라믹 튜브 외측의 저압 가스와 함께 작업되도록 설계될 수 있다. 이 경우에, 원환 링의 개방측의 방향은 반대 방향으로 정향되어, 고압 가스는 원환 링의 개방측과 접촉하고, 금속성 외부 부재는 원환 링의 폐쇄측을 지지하는 정지부 또는 쇼울더를 요구한다. 선택적으로, 외부 부재는 세라믹일 수 있으며, 내부 튜브는 금속성일 수 있고, 원환 링은 링의 개방측이 고압 가스와 접촉하도록 반경 방향으로 정향되게 고리에 배치된다.
예 1
스탬핑 및 드로잉과 같은 표준의 금속 성형 기술을 이용하여 얇은 게이지 금속 포일(두께가 약 0.004인치 내지 0.006인치)로 도 1에 개시된 것과 같은 금속성의 U형 링을 형성하였다. 상업적으로 이용 가능한 니켈 함유 합금 인코넬 600, 인콜로이 800 및 헤이네스 230으로 금속 포일을 제조하였다. 성형 및 트리밍 후에,링을 두께가 약 0.0002 내지 0.0003인치로 도금함으로써 코팅하였다. 인코넬 600 링은 은으로 코팅하였고, 인콜로이 800 및 헤이네스 230은 금으로 코팅하였다. 링의 공칭 치수는 높이를 0.1인치로, 폭을 0.1인치로, 내경을 0.55인치로 하였다.
도 3에 도시된 바와 같은 금속성 밀봉 요소 또는 홀더를 인콜로이 800 및 헤이네스 230 합금 바 스톡으로 가공하였고, 각각의 내경은 U형 링의 외경보다 작은 약 0.004인치로 그 크기를 정하였다. 도 1 또는 도 2의 단일 U링 또는 이중 U링을 이용하기 위하여 밀봉 요소에 충분한 깊이를 형성하였다.
공칭 직경이 0.56 내지 0.60 인치이고, 벽 두께가 약 0.050 내지 0.075인치인 세라믹 튜브를 슬립 주조(slip casting) 또는 이소스태틱 프레싱과 같은 표준 세라믹 성형 기술을 이용하여 제조하고, 뒤이어 높은 온도에서 소정의 밀도로 소결하였다. 조립 중에 세라믹 튜브 상에 U형 링의 폐쇄 활주 끼워맞춤을 허용하도록 밀봉될 각 세라믹 튜브의 단부를 U형 링의 내경의 약 ±0.0001인치 내의 직경으로 가공하였다. 튜브를 La0.5Sr0.5Co1.02O3-δ의 일반적 조성을 갖는 세라믹으로 제조하였고, 여기서 δ는 혼합물의 전하를 중성으로 만드는 파라이터이다. 이러한 세라믹의 열팽창 계수는 실온에서 900℃의 온도 범위에 걸쳐 15.1×10-6(℃)-1내지 27.0×10-6(℃)-1범위에서 변동하였다.
하나 또는 두 개의 U형 링을 세라믹 튜브의 가공된 단부 상에 위치시킴으로써 전술한 구성 요소를 조립하였다. 두 개의 U형 링이 사용되는 경우, 링 사이의 직접 접촉을 방지하도록 링 사이에 스페이서를 장착하였다. 스페이서는 은으로 제조하였다. 제 위치에 U형 링이 있는 각각의 세라믹 튜브를 금속성 시일 홀더에 안착하였고, 아버 프레스 또는 유사 장치를 이용하여 U형 링을 제 위치에 압박하였으며, 그에 의하여 U형 링의 외경을 압축시키고, 세라믹 튜브에 초기의 밀봉을 제공하였다. 링의 압력 활성화를 제공하도록 U형 링을 시일 조립체의 고압측을 향하여 정향되게 하였다.
예 2
예 1에서 마련한 시일 조립체를 테스트 셀을 제조함으로써 시험하였고, 여기서 세라믹 튜브를 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일 조립체에 삽입하였고, 그 튜브에 가열 및 외부 압력을 가하였으며, 동시에 세라믹 튜브의 내부를 대기압으로 유지하였다. 세라믹 플레이트를 튜브 단부에 브레이징 하는 것과 같은 선택적인 수단에 의하여 세라믹 튜브의 자유단을 폐쇄하였다. 통상적으로, 금속 시일 홀더를 브레이징 또는 용접에 의하여 금속 지지 튜브에 결합하였고, 그에 따라 금속 지지 튜브의 내측을 시일 홀더를 통하여 세라믹 튜브의 내부에 연결하였다. 시험 장치는 가스의 입구 및 출구가 설치된 외부 가열식 금속 압력 용기와 적절한 압력 및 온도 제어 장치로 구성하였다. 추가로, 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체를 압력 용기의 내부에 설치할 수 있도록 압력 용기에 적절한 플랜지를 설치하였고, 동시에 지지 튜브의 내부를 압력 용기의 외부에 있는 포트에 연결하였다. 시일을 통한 누설은 로터미터 또는 유량계와 같은 가스 유량 측정 장치를 이용하여 포트로부터 가스의 흐름을 측정함으로써 표시하였다.
통상의 밀봉 시험을 시일의 내부에 삽입된 열전쌍에 의하여 지시되는 소정의작동 온도로 시일을 먼저 가열함으로써 수행하고, 뒤이어 소정의 시험 압력을 넘어서 시일을 가압하였다. 가열 및 가압을 점차적으로 수행하거나, 연속적으로 수행하였다. 통상의 온도 및 압력 램프 비율을 1℃/min 및 1psi/min으로 하였다. 시험 중에, 시일의 누설율을 나타내는 저압 포트로부터의 가스 흐름을 모니터하였다. 일단 소정의 작동 조건을 얻고 나면, 작동 조건을 약 1000시간에 이르는 기간 동안 유지하였다. 시험의 종료 후에, 시험 샘플을 대기압으로 압력 해제하였으며, 뒤이어 주위 온도로 냉각하였다. 압력 해제 및 냉각은 일련의 램프(ramp) 및 홀드를 포함하여 점차적으로 수행하거나 연속적으로 수행하였다. 통상의 온도 및 압력 램프 비율은 각각 1℃/min 및 1psi/min으로 하였다.
이러한 장치에서 수행된 밀봉 시험으로부터 얻은 결과를 표 1에 요약하였다.
예 1의 결과
시일 시험번호 시일 온도(℃) 압력(psig) 누설율〔sccm(21℃)〕
1 825 25 0
825 50 3.1
825 75 3.1
825 100 4.4
825 125 5.7
2 850 25 4.4
850 50 0
850 75 2.4
850 100 5.0
850 125 8.7
850 150 13.4
3 850 25 2.0
850 50 4.1
850 75 6.5
850 100 7.7
850 125 10.6
예 3
예 1에서 마련한 시일 조립체를 테스트 셀을 제조함으로써 시험하였고, 여기서 세라믹 튜브를 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일 조립체에 삽입하였고, 그 튜브에 가열 및 외부 압력을 가하였으며, 동시에 세라믹 튜브의 내부를 대기압 이하로 유지하였다. 세라믹 플레이트를 튜브 단부에 브레이징 하는 것과 같은 선택적인 수단에 의하여 세라믹 튜브의 자유단을 폐쇄하였다. 통상적으로, 금속 시일 홀더를 브레이징 또는 용접에 의하여 금속 지지 튜브에 결합하였고, 그에 따라 금속 지지 튜브의 내측을 밀봉 홀더를 통하여 세라믹 튜브의 내부에 연결하였다. 시험 장치는 가스의 입구 및 출구가 설치된 외부 가열식 금속 압력 용기와, 적절한 압력 및 온도 제어 장치로 구성하였다. 추가로, 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체를 압력 용기의 내부에 설치할 수 있도록 압력 용기에 적절한 플랜지를 설치하였고, 동시에 지지 튜브의 내부를 압력 용기의 외부에 있는 대기압 이하의 포트에 연결하였다. 진공 펌프 및 적절한 압력 제어 밸브, 그리고 과압 릴리이프 장치를 이용하여 내부를 적극적으로 송출함으로써 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체의 내부를 대기압 이하의 압력으로 유지하였다. 시일을 통한 누설은 로터미터 또는 유량계와 같은 가스 유량 측정 장치를 이용하여 진공 펌프의 대기압 이하의 출구로부터의 가스의 흐름을 측정함으로써 표시하였다.
통상의 밀봉 시험을 먼저 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체의 내부를 소정의 작동 압력으로 먼저 진공 배기하여 수행하고, 뒤이어 시일의 내부에 삽입된 열전쌍에 의하여 지시되는 바와 같이 시일을 소정의 작동 온도로 가열하였다. 그 다음에, 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체의 외부를 소정의 시험 압력으로 가압하였다. 진공 배기, 가열 및 가압을 일련의 램프와 홀드를 포함하여 점차적으로 수행하거나, 연속적으로 수행하였다. 통상의 온도 및 압력 램프 비율은 100torr/hr, 1℃/min 및 1psi/min으로 하였다. 시험 중에, 저압 포트로부터의 가스 흐름, 즉 시일의 누설율을 지시하는 가스 흐름을 모니터하였다. 일단 소정의 작동 조건을 얻고나면, 작동 조건을 약 3000시간에 이르는 기간 동안 유지하였다. 시험의 종료 후에, 시험 샘플을 대기압 이하로 압력 해제하였으며, 뒤이어 주위 온도로 냉각하였다. 일단 주위 조건을 얻고 나면, 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체의 내부 압력을 대기압으로 상승시켰다. 압력 해제 및 냉각을 일련의 램프 및 홀드를 포함하여 점차적으로 수행하거나 연속적으로 수행하였다. 통상의 램프 비율은 1℃/min 및 1psi/min으로 하였다. 세라믹 튜브와 시일과 지지 튜브의 조립체의 내부 압력을 100torr/hr의 비율로 상승시켰다. 이러한 장치에서 수행된 밀봉 시험으로부터 얻은 결과를 표 2에 요약하였다.
예 3의 결과
시일 시험번호 시일 온도(℃) 압력(psig) 내부 압력(torr) 누설율〔sccm(21℃)〕
1 850 150 90 18.8
2 825 50 90 10.3
850 50 90 8.9
875 50 383 5.9
875 75 7.6 13.9
3 875 25 90 2.2
875 50 6.7 0.8
875 50 90 0.7
875 75 184 1.5
4 875 200 500 2.4
예 2 및 예 3의 시험 결과는 본 발명의 시일이 공칭 직경이 0.55인치인 세라믹 튜브를 200psig에 이르는 압력과 875℃에 이르는 온도에서 절대 누설율이 약 14sccm(standard cubic centimeter per minute)로 감지될 수 있는 한계 이하로 니켈 합금 금속 요소에 밀봉할 수 있다는 것을 나타낸다. 최대 허용 밀봉 누설율은 시일을 이용하는 특정 공정 시스템에서의 생성물의 순도 요구에 의하여 결정된다. 예컨대, 1 tpd(ton per day)의 산소를 발생시키는 혼합된 도체 세라믹 멤브레인 산소 회수 유닛을 고려하면, 유닛은 예 3의 조건에서 시험된 형태의 하나의 매니폴드 시일을 이용한다. 유닛을 위한 최소의 생성물 순도가 99.5 vol% O2인 경우, 전체 허용 시스템 누설율은 약 2800sccm이다. 전체 시스템 누설의 10%가 매니폴드 시일에 의한 누설이라고 가정하면, 최대 허용 매니폴드 밀봉 누설율은 280sccm이다. 예 3에서 시험된 시일은 이러한 요구를 만족시킨다. 생성물의 최소 순도가 99.995 vol%O2(50ppmv 불순물)인 경우, 최대 허용 매니폴드 밀봉 누설율은 약 2.8sccm이고, 예 3의 시일 중 단지 일부만이 이러한 요구를 만족시킨다. 그러나, 전체 시스템 누설율의 대부분 또는 전부가 시일에서 발생한다고 가정하면, 예 3에서 시험된 모든 시일은 이러한 서비스에 만족스러운 것이다.
그에 따라, 본 발명은 고온의 세라믹과 금속을 밀봉하는 시일을 필요로 하는 공정 시스템에 사용하기 위한 밀봉 요소와 방법을 제공한다. 본 발명은 하나 이상의 유연한 금속성 밀봉 링 또는 밀봉 요소를 활용하며, 여기서 시일을 가로질러 가해진 상이한 압력은 시일을 활성화하여 높은 처리 온도 및 압력에서 적절한 밀봉을 향상시킨다. 밀봉 요소의 유연성은 밀봉될 물질 사이의 열팽창 계수의 차이를 허용한다. 밀봉 요소의 성능은 은 또는 금과 같이 소프트하거나 유동성이 좋은 금속 코팅제로 금속성 밀봉 요소를 코팅하거나, 또는 미세 분말의 베드로 밀봉 요소를 지탱함으로써 향상될 수 있다. 밀봉 요소의 금속성 물질은 밀봉 요소가 심지어는 높은 온도에서도 적어도 부분적으로는 탄성적으로 반응하여 시일이 복수의 열 사이클을 통하여 적절한 밀봉과 가스 분리를 수행할 수 있게 선택된다.
본 발명의 주요한 특징은 전술한 설명에 완전하게 기재되어 있다. 당업자는 본 발명을 이해할 수 있으며, 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않고, 그리고 이하의 청구범위의 영역과 그 균등물로부터 벗어나지 않고 여러 다양한 변형을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 밀봉 요소는 고온 세라믹 열교환기, 연료 전지, 가스 센서에 활용될 수 있고, 산소 및 합성 가스 또는 전환된 탄화수소 생성물을 발생시키는 데에 세라믹 혼합 도체 멤브레인을 활용하는 멤브레인 반응기 시스템에 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 밀봉 요소는 시일을 냉각할 필요없이 높은 작동 온도에서 활용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 축방향 횡단면이 평면 형상을 형성하는 금속성 원환 링을 포함하는 밀봉 요소로서,
    상기 평면 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의 비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속 두께가 정해지는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원환 링은 적어도 부분적으로는 금속성 코팅제로 코팅되는 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원환 링은 개방측과 폐쇄측이 있는 원주 체적을 부분적으로 둘러싸는 내부 부재와 외부 부재를 구비하며, 상기 개방측은 원환 링에 대하여 대략 축방향으로 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉 요소.
  4. (a) 내부에 원통형 개구가 형성되어 있는 금속성 부재와,
    (b) 축방향 개구 내측에 동축으로 위치되어 있고, 금속성 부재와의 사이에 고리(annulus)를 형성하는 세라믹 튜브와,
    (c) 고리 내에 위치되고 금속성 부재 및 세라믹 튜브와 접촉하는 시일
    을 구비하는 시일 조립체로서,
    상기 시일은 축방향 횡단면이 평면 형상을 형성하는 금속성 원환 링을 포함하며, 상기 평면 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시일 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의 비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속 두께가 정해지는 것을 특징으로 하는 시일 조립체.
  6. 금속성 부재와 세라믹 부재를 밀봉하는 밀봉 방법으로서,
    (a) 금속성 부재와 원통형의 세라믹 부재 사이에 고리를 마련하는 단계와
    (b) 고리에 시일을 배치하는 배치 단계로서, 상기 시일은 축방향 횡단면이 평면 형상을 형성하는 금속성 원환 링을 포함하며, 상기 평면 형상은 개방측과 폐쇄측이 있는 영역을 부분적으로 둘러싸며, 상기 원환 링은 개방측과 폐쇄측이 있는 원주 체적을 부분적으로 둘러싸는 내부 부재와 외부 부재를 구비하는 그러한 배치 단계와,
    (c) 상기 고리의 제1 부분과 원환 링의 원주 체적의 개방측에 의하여 형성되는 환상 체적 내에서 제1 가스를 제1 압력으로 유지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 원환 링은 적어도 부분적으로 금속성 코팅제로 코팅되는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  8. 제6항에 있어서, 고리의 제2 부분과 원환 링의 원주 체적의 폐쇄측에 의하여 형성되는 환상 체적에서 제2 가스를 제2 압력으로 유지하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 작으며, 제1 가스와 제2 가스 사이의 압력차는 압력 활성화된 밀봉을 수행하도록 원환 링의 내부 부재와 외부 부재를 원통형 세라믹 부재와 금속성 부재에 대하여 각각 압박하는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  9. 제6항에 있어서, 축방향 횡단면에 의하여 형성된 평면 형상은 C, H, S, U, W, W, X 및 Y로 이루어진 군으로부터 선택되는 일반적 형상으로 표시되는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 원환 링의 원주 체적의 폐쇄된 하측은 고리에 포함된 연속 물질(contiguous material)에 의하여 지지되며, 상기 연속 물질은 분말, 섬유, 또는 분말과 섬유의 혼합물인 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 원환 링의 축방향 횡단면에 의하여 형성된 평면 형상은 U형이며, 그에 의하여 개방측과 폐쇄측이 있는 U형 원환링을 형성하며, 이 원환 링은 금속 두께에 대한 링의 폭의비율이 약 15이상이 되도록 링의 폭과 금속의 두께가 정해지는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 원환 링의 원주 체적의 폐쇄된 하측은 고리에 포함된 연속 물질에 의하여 지지되며, 상기 연속 물질은 분말, 섬유, 또는 분말과 섬유의 혼합물인 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 시일은 추가의 U형 원환 링을 구비하며, 추가의 U형 원환 링은 적어도 부분적으로는 금속성 코팅제로 코팅되는 금속성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 U형 원환 링과 추가의 U형 원환 링은 고리 내에서 인접하게 위치되며, 각 U형 원환 링의 개방측은 동일한 축방향으로 정향되는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 U형 원환 링의 폐쇄측과 추가의 U형 원환 링의 개방측 사이에는 스페이서가 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  16. 제6항에 있어서, 상기 금속성 부재는 내부에 원통형 개구가 마련되며, 원통형 세라믹 부재는 세라믹 튜브를 포함하며, 상기 고리는 세라믹 튜브를 금속성 부재의 원통형 개구 내에 동축으로 배치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  17. 제8항에 있어서, 제1 가스는 산소 함유 가스이고, 제2 가스는 제1 가스보다 산소 농도가 높은 산소 함유 가스인 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
  18. 제8항에 있어서, 상기 제1 가스는 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하며, 상기 제2 가스는 산소 함유 가스인 것을 특징으로 하는 밀봉 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150153B1 (ko) * 2008-10-02 2012-05-25 한국표준과학연구원 다이나믹 고압 실링장치

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6318736B1 (en) * 1999-03-11 2001-11-20 Jet Seal, Inc. Multiple-ply resilient sealing ring
JP3422722B2 (ja) * 1999-04-27 2003-06-30 本田技研工業株式会社 配管用クイックコネクタ
WO2001092765A1 (en) * 2000-05-31 2001-12-06 Horton, Inc. Dust seal
US6968615B1 (en) * 2000-10-24 2005-11-29 The Advanced Products Company High temperature metallic seal
DE10106500A1 (de) * 2001-02-13 2002-09-12 Kludi Gmbh & Co Kg Dichtungsring
AUPR636401A0 (en) * 2001-07-13 2001-08-02 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell stack configuration
AUPS076502A0 (en) * 2002-02-26 2002-03-21 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell gas separator plate
KR100882561B1 (ko) * 2001-07-13 2009-02-12 세라믹 퓨얼 셀즈 리미티드 연료전지 가스 분리판
DE10236731A1 (de) * 2001-09-28 2003-04-30 Forschungszentrum Juelich Gmbh Hochtemperarturbeständige Dichtung
US6547286B1 (en) 2001-12-27 2003-04-15 Praxair Technology, Inc. Joint for connecting ceramic element to a tubesheet
US6869079B2 (en) * 2002-02-15 2005-03-22 Fmc Technologies, Inc. Stackable metallic seal and method of using same
US7067208B2 (en) * 2002-02-20 2006-06-27 Ion America Corporation Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine
JP3866134B2 (ja) * 2002-03-29 2007-01-10 日本碍子株式会社 ガスセンサ取付構造体、及びガスセンサ取付方法
US6948715B2 (en) 2002-07-29 2005-09-27 Cooper Cameron Corporation Seal assembly with accumulator ring
US7070017B2 (en) * 2002-10-11 2006-07-04 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd Rotating apparatus for construction machine
US20040094898A1 (en) * 2002-11-20 2004-05-20 Zheng Qiu Shi Apparatus and method for inhibiting a flow of fluid through an interface between two joint members
JP4430884B2 (ja) * 2003-04-14 2010-03-10 日本バルカー工業株式会社 蟻溝用シール材
JP4577813B2 (ja) * 2003-08-20 2010-11-10 イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社 シール装置
US7648177B2 (en) * 2003-09-02 2010-01-19 Atomate Corporation Apparatus and method for actuating or maintaining a seal by differential pressure
WO2005082496A1 (de) * 2004-02-20 2005-09-09 Microdyn-Nadir Gmbh Modul für die mikro-bzw. ultrafiltration
JP4727934B2 (ja) * 2004-02-20 2011-07-20 イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社 シール装置
US20050200124A1 (en) * 2004-03-12 2005-09-15 Kleefisch Mark S. High temperature joints for dissimilar materials
US7373951B2 (en) * 2004-09-07 2008-05-20 Fisher Controls International Llc Control valve having “C” seal
RU2292232C2 (ru) * 2004-10-25 2007-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" (ООО "ЮРД-Центр") Реактор для разделения газов и/или проведения химических реакций и способ его изготовления
JP2006292005A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Showa Engineering Co Ltd ガスシール構造
US20060237963A1 (en) * 2005-04-21 2006-10-26 More Dominick G Seal for forming a brazed joint
US7592571B2 (en) * 2005-09-29 2009-09-22 Frymaster L.L.C. Rotating element seal assembly
US7581765B2 (en) * 2005-11-17 2009-09-01 Air Products And Chemicals, Inc. Seal assembly for materials with different coefficients of thermal expansion
US20080032178A1 (en) * 2006-08-02 2008-02-07 Phong Diep Solid oxide fuel cell device with an elongated seal geometry
AU2006346788B2 (en) * 2006-08-03 2011-11-10 Welldynamics, Inc. Metal to metal seal for downhole tools
US8197979B2 (en) * 2006-12-12 2012-06-12 Corning Incorporated Thermo-mechanical robust seal structure for solid oxide fuel cells
JP4361096B2 (ja) * 2007-01-05 2009-11-11 石川ガスケット株式会社 金属製ガスケット
US20080260455A1 (en) * 2007-04-17 2008-10-23 Air Products And Chemicals, Inc. Composite Seal
JP2009030644A (ja) * 2007-07-24 2009-02-12 Toshiba Corp シール接続構造、構造体および被覆方法
FR2925487B1 (fr) * 2007-12-24 2010-12-24 Commissariat Energie Atomique Dispositif de liaison souple etanche entre un substrat metallique et un substrat ceramique, application a l'etancheite d'electrolyseurs haute temperature
CA2713648C (en) * 2008-02-04 2013-09-24 Welldynamics, Inc. Energized composite metal to metal seal
US7931997B2 (en) * 2008-03-12 2011-04-26 Bloom Energy Corporation Multi-material high temperature fuel cell seals
DE102008028025B4 (de) * 2008-06-12 2011-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildanordnung
JP5108663B2 (ja) * 2008-07-11 2012-12-26 アズビル株式会社 金属ガスケットおよび調節弁
GB0813391D0 (en) * 2008-07-22 2008-08-27 Sensitivity Ltd Radiator
US8172274B2 (en) * 2008-07-30 2012-05-08 Parker-Hannifin Corporation Sealing joint for connecting adjoining duct pieces in an engine exhaust system
US8220843B2 (en) * 2008-07-30 2012-07-17 Parker-Hannifin Corporation Sealing joint for connecting adjoining duct pieces in an engine exhaust system
US8128396B2 (en) * 2008-11-05 2012-03-06 Spirit Aerosystems, Inc. Reusable sealing device
US8623569B2 (en) 2008-12-09 2014-01-07 Bloom Energy Corporation Fuel cell seals
KR20110107380A (ko) * 2009-01-19 2011-09-30 외를리콘 솔라 아게, 트뤼프바흐 진공 유닛용 연결 장치
DE102009025624A1 (de) * 2009-06-17 2010-12-23 Borsig Gmbh Wärmetauscher zum Kühlen von Spaltgas
DE102009040288B4 (de) * 2009-09-04 2015-08-20 Festo Ag & Co. Kg Ventileinrichtung
US9140388B2 (en) * 2010-03-22 2015-09-22 Fmc Technologies, Inc. Bi-directional seal assembly
SG187949A1 (en) * 2010-09-09 2013-03-28 Coltec Ind Inc Annular sealing device
DE102010049935B4 (de) * 2010-10-28 2016-04-07 Festo Ag & Co. Kg Ventileinrichtung
US9611712B2 (en) * 2012-02-09 2017-04-04 Onesubsea Ip Uk Limited Lip seal
FR2987878B1 (fr) 2012-03-12 2014-05-09 Air Liquide Nouveau joint ceramique/metal et son procede d'elaboration
IN2014KN03029A (ko) * 2012-07-06 2015-05-08 Toshiba Kk
CN102943883B (zh) * 2012-11-23 2015-12-16 四川中自尾气净化有限公司 一种弹性密封定位装置
US8968509B2 (en) 2013-05-09 2015-03-03 Bloom Energy Corporation Methods and devices for printing seals for fuel cell stacks
JP6275546B2 (ja) * 2014-05-21 2018-02-07 三菱電線工業株式会社 金属シール
US10767565B2 (en) * 2016-08-18 2020-09-08 Pratt & Whitney Canada Corp. System and method for sealing a fluid system in a safety condition
DE102017217604A1 (de) * 2016-10-04 2018-04-05 National Coupling Company, Inc. Unterwasser-Hydraulikkupplung mit mehreren druckerregten Metalldichtungen
US11614187B2 (en) 2016-10-04 2023-03-28 National Coupling Company, Inc. Undersea hydraulic coupling with multiple pressure-energized metal seals
US11920704B2 (en) 2016-10-04 2024-03-05 National Coupling Company, Inc. Undersea hydraulic coupling with multiple pressure-energized metal seals
US10400541B2 (en) * 2016-10-04 2019-09-03 National Coupling Company Undersea hydraulic coupling with multiple pressure-energized metal seals
US10662854B2 (en) * 2016-10-10 2020-05-26 Egc Enterprises, Inc. Exhaust sealing joint
CN110600394B (zh) * 2018-06-12 2021-12-17 北京北方华创微电子装备有限公司 用于半导体热处理设备的排风系统、半导体热处理设备
CN108722060A (zh) * 2018-07-08 2018-11-02 飞潮（无锡）过滤技术有限公司 一种新型耐高温陶瓷纤维滤管
FR3090063B1 (fr) * 2018-12-14 2021-03-19 Commissariat Energie Atomique Joint d’étanchéité métallique comportant une couche externe d’étanchéité texturée
BR112021024386A2 (pt) 2019-07-31 2022-02-08 Halliburton Energy Services Inc Método para monitorar a expansão de um vedante metálico de fundo de poço e sistema de medição do vedante metálico de fundo de poço
US11761290B2 (en) * 2019-12-18 2023-09-19 Halliburton Energy Services, Inc. Reactive metal sealing elements for a liner hanger
WO2021133584A1 (en) 2019-12-27 2021-07-01 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Dynamic seal
JP7481277B2 (ja) 2020-02-26 2024-05-10 日本アイリッヒ株式会社 シール機構、および原料撹拌装置
CN112610699A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 北京动力机械研究所 一种高温气体动密封结构
EP4321784A3 (en) * 2021-03-23 2024-05-01 SMC Corporation Shaft sealing structure
US11879304B2 (en) 2021-05-17 2024-01-23 Halliburton Energy Services, Inc. Reactive metal for cement assurance
CN114776913B (zh) * 2022-04-14 2024-03-19 中国航发沈阳发动机研究所 一种大通径高温空气管路连接结构
US20240068573A1 (en) * 2022-08-31 2024-02-29 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Seal and method of using and making the same

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2650683A (en) * 1949-11-03 1953-09-01 Collins Radio Co Metal-to-ceramic seal
US2862775A (en) * 1956-07-23 1958-12-02 Harry P Kupiec Packing gland and sealing ring
US3012802A (en) * 1958-12-04 1961-12-12 Associated Spring Corp High temperature seal
US3047300A (en) * 1959-07-01 1962-07-31 Lockheed Aircraft Corp Metal sealing assembly
US3163431A (en) * 1960-06-06 1964-12-29 Charles L Tanner Seal ring means
US3183008A (en) * 1963-03-04 1965-05-11 Allegheny Plastics X-seal
US3285632A (en) * 1964-03-09 1966-11-15 Johns Manville Conduit joint construction
US3594012A (en) 1969-06-17 1971-07-20 Greene Tweed & Co Inc Sealing device
US3653672A (en) 1970-07-13 1972-04-04 Sacomo Sierra Inc Seal ring
US3892418A (en) 1973-04-04 1975-07-01 Sacomo Sierra Inc Seal ring
DE2346332A1 (de) * 1973-09-14 1975-03-27 Babcock & Wilcox Ag Dichtung fuer den verschluss eines druckbehaelters
US4309738A (en) 1980-04-28 1982-01-05 The Bendix Corporation Igniter plug
DE3245338C2 (de) 1982-12-08 1985-10-31 Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim Dichtung
EP0150791B1 (en) * 1984-01-26 1990-05-30 Asahi Glass Company Ltd. Sealing structure between at least one tube and a tube support plate
DE3527213A1 (de) * 1985-07-30 1987-02-12 Witzenmann Metallschlauchfab Verbindung zweier rohre einer leitung fuer heisse medien
US4642864A (en) * 1985-12-20 1987-02-17 Solar Turbines Incorporated Recuperator tube assembly
US4735635A (en) 1986-01-10 1988-04-05 Westinghouse Electric Corp. Apparatus and process for filtering high temperature gas streams
GB2187805B (en) * 1986-02-07 1988-10-19 Terence Peter Nicholson Improvements relating to hollow metallic sealing rings
GB2202013B (en) * 1987-03-13 1990-06-13 Heat Transfer Technology Improvements relating to ring seals
EP0333943B1 (en) 1988-03-23 1992-07-22 Cooper Industries, Inc. Valve stem seal
JPH0227545A (ja) 1988-07-15 1990-01-30 Canon Inc 光磁気記録層及びその成膜方法
GB2231104B (en) 1989-03-11 1993-08-25 Dowty Seals Ltd Seal for a hydraulic ram
NL9001662A (nl) 1990-07-20 1992-02-17 Velterop F M Bv Werkwijze voor het verbinden van een keramisch materiaal met een ander materiaal.
US5561373A (en) 1990-10-09 1996-10-01 Fujitsu Limited Method and device for detecting electrostatic stress applied to a product semiconductor device during each production process
GB2250324A (en) * 1990-11-05 1992-06-03 Nicholson Seals Ltd Seal
US5092610A (en) 1990-11-15 1992-03-03 Itt Corporation High pressure piston seal
US5358262A (en) 1992-10-09 1994-10-25 Rolls-Royce, Inc. Multi-layer seal member
US5401406A (en) 1992-12-11 1995-03-28 Pall Corporation Filter assembly having a filter element and a sealing device
US5580497A (en) 1993-04-16 1996-12-03 Amoco Corporation Oxygen ion-conducting dense ceramic
DE4318789A1 (de) 1993-06-05 1994-12-08 Bosch Gmbh Robert Dichtung für ein Sensorelement eines Gassensors
US6355093B1 (en) 1993-12-08 2002-03-12 Eltron Research, Inc Two component-three dimensional catalysis
US5505498A (en) * 1994-05-16 1996-04-09 Eg&G Pressure Science, Inc. Flexible pressure-energized joint
US5681373A (en) 1995-03-13 1997-10-28 Air Products And Chemicals, Inc. Planar solid-state membrane module
US5599383A (en) 1995-03-13 1997-02-04 Air Products And Chemicals, Inc. Tubular solid-state membrane module
DE19532090C2 (de) 1995-08-30 1997-09-18 Bosch Gmbh Robert Dichtung für ein Sensorelement eines Gassensors
ATE250734T1 (de) * 1996-08-29 2003-10-15 Flexitallic Investments Inc Dichtungsring und verfahren zum abdichten eines spalts
JPH1078135A (ja) * 1996-09-03 1998-03-24 Mitsubishi Cable Ind Ltd シール構造
US5725218A (en) 1996-11-15 1998-03-10 The University Of Chicago High temperature seal for joining ceramics and metal alloys
US5820654A (en) 1997-04-29 1998-10-13 Praxair Technology, Inc. Integrated solid electrolyte ionic conductor separator-cooler
US5820655A (en) 1997-04-29 1998-10-13 Praxair Technology, Inc. Solid Electrolyte ionic conductor reactor design
JPH11101346A (ja) * 1997-09-30 1999-04-13 Eagle Ind Co Ltd 金属シール部材及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150153B1 (ko) * 2008-10-02 2012-05-25 한국표준과학연구원 다이나믹 고압 실링장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001050394A (ja) 2001-02-23
TW468014B (en) 2001-12-11
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US6302402B1 (en) 2001-10-16
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ATE333061T1 (de) 2006-08-15
EP1067320A2 (en) 2001-01-10
AU742038B2 (en) 2001-12-13
ZA200003418B (en) 2002-01-07
CA2313292A1 (en) 2001-01-07
DE60029275D1 (de) 2006-08-24
NO20003484L (no) 2001-01-08
AU4513400A (en) 2001-01-11
EP1067320B1 (en) 2006-07-12
EP1067320A3 (en) 2003-08-13
KR100370447B1 (ko) 2003-01-29
ES2267434T3 (es) 2007-03-16
NO20003484D0 (no) 2000-07-06

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