KR20160002725A - 경량의 써멀쉴드 - Google Patents

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브라이언 씨 레어
제프리 엘 바랄
존 에스 포리
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인터페이스 퍼포먼스 메터리얼스 인코포레이티드
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Abstract

경량의 써멀쉴드 제조방법은 몰딩면이 공기 및 습기를 통과시키게 하도록 구성된 형상의 지지스크린(960)을 갖고, 상기 지지스크린(960) 뒤에서 진공(972)을 형성하도록 적용된 몰드(950)를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 습식 절연재료를 지지스크린(960)의 몰딩면에 도포하하는 단계와 지지스크린(960)을 통해 습기를 제거하고 몰딩면 위에 절연재료층(930)을 응고시키기 위해 진공을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 몰딩면에서 응고된 절연재료층(933)을 제거하는 단계, 외부쉘층(920)에 응고된 절연재료층(933)을 설치하는 단계; 및 경량의 코어 절연층(930)을 형성하기 위해 외부쉘층(920)내에 응고 절연재료층(933)을 건조시키는 단계를 더 포함한다.

Description

경량의 써멀쉴드{LIGHTWEIGHT THERMAL SHIELD}
본 특허출원은 발명의 명칭이 "LIGHTWEIGHT THERMAL SHIELD"인 2013년 2월 22일자로 출원된 미국 가출원 No. 61/767,854 및 발명의 명칭이 "Lightweight Thermal Shield with a Compliant Insulation Layer"인 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 가출원 No. 61/792,346의 우선권을 주장하며, 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.
본 출원은 일반적으로 고온 적용에 사용하기 위한 써멀쉴드에 관한 것으로, 몇몇 실시예에서는 복사열원 가까이에서 온도감지 구성부품들을 보호하기 위한 차량내 경량의 써멀쉴드에 관한 것이다.
차량 적용의 히트쉴드들은 고온에서 동작하고 상당 양의 열을 방사하는 차량의 고온 구성부품들로부터 전자 패키지, 센서, 와이어링 및 기타 열감지 시스템을 보호하는데 사용된다. 이런 구성부품들의 비제한적 목록은 터버 차저, 배기 매니폴드, 배기 파이핑, 촉매 컨버터 등을 포함한다. 고온 구성부품들은 종종 600℃ 이상의 온도에서 동작하고 어떤 곳에서는 심지어 800℃에 이를 수 있으며, 전반적으로 통기가 제한된 엔진실에 또는 열감지 시스템이 열원으로부터 더 멀리 재배치될 수 없는 차량 하에 위치해 있다.
이런 적용의 한가지 종래 히트쉴드는 실질적으로 강체 중공 쉘바디를 형성하도록 소정의 3차원 형상으로 가압 또는 스탬프되고 외주 가장자리 주위에서 함께 결합된 상대적으로 두꺼운 2개의 금속시트 또는 시트 금속층으로 형성된다. 쉘 바디의 형태는 고온 구성부품과 보호되는 장치 또는 센서 사이에서 차량 내에 가용한 제한된 종종 좁은 공간 내에 끼워지는 외형이 될 수 있다. 또한, 쉘 바디를 형성하는 2개의 금속 시트들은 일반적으로 시트 금속층의 내부 표면들이 서로 접촉 또는 마찰을 막기 위해 가요성 절연 섬유로 된 얇은 코어층에 의해 분리된다. 열원에 가까운 금속 시트층의 외부면은 종종 히트쉴드로부터 멀리 복사열을 반사시키도록 구성되는 반면, 절연 섬유로 된 코어층은 2개의 시트 금속층들 간에 열전도 경로를 차단한다. 히트쉴드는 또한 일반적으로 히트쉴드를 차량의 프레임 또는 구조에 실장하기 위해 볼트 구멍 또는 클립과 같은 체결 설비들을 포함한다.
열 구성부품들 가까이 위치된 열감지 시스템 및 장치를 보호하기 위한 히트 배리어를 제공하는 것 이외에, 차량의 히트쉴드는 또한 높은 진동 수준을 견디도록 건조된다. 이런 진동수준은 내연기관, 트랜스미션, 컴프레셔, 펌프, 냉각팬, 회전벨트 및 다양한 보조 차량 시스템에 동력을 공급하는 시브(sheave)를 포함한 차량 내에 발생된 다양한 진동 소스들뿐만 아니라 타이어와 서스펜션을 통해 전달된 임의의 주행 유발된 차량 진동들에 의해 발생될 수 있다. 고사이클 피로(high-cycle fatigue)로 인한 구조적 결함을 방지하기 위해, 금속시트 또는 시트 금속층들은 종종 히트쉴드의 진동에 대한 자연발생적 응답을 줄이는 강건하고, 상대적으로 두꺼운 벽들과 단단한 구조물 또는 양각으로 설계된다. 불행히도, 이는 또한 금속층들이 알루미늄 합금으로 제조될 경우에도 차량의 무게를 가중시킨다. 함께 추가될 경우, 히트쉴드의 모든 구성부품들의 결합된 무게로 인해 차량에 대한 무게 페널티가 상당해질 수 있다.
따라서, 구조적 무결성을 유지하면서 열감지 시스템에 적절한 열 보호를 제공할 수 있고, 또한 기존의 히트쉴드보다 무게가 덜 나가는 써멀 또는 히트쉴드가 필요하다. 이는 본원이 지향하는 이런 경량의 써멀쉴드에 대한 것이다.
간략히 기술하면, 본 발명의 일실시예는 습도의 통과를 가능하게 하도록 구성된 지지스크린을 포함하는 경량의 써멀쉴드를 구비한다. 지지스크린은 상부면 또는 제 1 면, 하부면 또는 제 2 면, 외주부, 및 3차원 형상을 이루도록 평면을 벗어나 뻗어 있는 적어도 하나의 곡면부를 갖는다. 경량의 써멀쉴드는 또한 지지스크린의 상부면 또는 제 1 면에 부착되고 실질적으로 지지스크린의 형태와 일치하는 절연층을 포함한다.
본원의 또 다른 실시예는 밀봉가능한 인클로저 내에 형성되고 천공된 몰딩면을 갖는 몰드를 획득하는 단계를 포함하는 경량의 써멀쉴드 제조방법을 포함한다. 상기 방법은 또한 습기를 통과시키도록 구성되고, 몰딩면의 형태와 실질적으로 일치하는 형태를 갖는 지지스크린을 획득하는 단계; 및 몰드에서 몰딩면에 지지스크린을 설치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 몰딩면 맞은편에 상기 지지스크린의 상부면에 습식 절연재료 슬러리를 도포하는 단계; 밀봉가능한 인클로저를 밀봉하는 단계, 및 습식 절연재료로부터 습기를 제거하고 지지스크린에 부착되는 응고된 절연재료층을 형성하도록 몰드에 진공을 형성하는 단계를 더 포함한다. 완료 후, 지지스크린과 부착된 절연재료층은 몰드에서 함께 제거되고 경량의 써멀쉴드를 형성하기 위해 건조될 수 있다.
또 다른 실시예는 제 1 지지층 및 제 2 지지층을 포함하고, 각 지지층은 3차원 형태의 크기로 형성된 아직 성형가능한 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료로 제조되고, 소정의 3차원 형태를 갖고 공동을 둘러싸는 탄성적으로 휘어질 수 있는 쉴드바디를 형성하도록 각각의 외주부를 따라 함께 결합되는 경량의 써멀쉴드를 포함한다. 써멀쉴드는 제 1 및 제 2 지지층들의 내부면 사이에 공동을 실질적으로 채우는 절연재료층을 더 포함한다. 절연재료층은 제 1 및 제 2 지지층의 내부면 사이에 히트 배리어를 유지하면서 쉴드바디와 일치하도록 유연하고 휘어질 수 있다.
본원의 또 다른 실시예는 제 1 형태로 형성된 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료를 구비하고 제 1 내부면과 접한 제 1 외주부를 갖는 제 1 지지층을 획득하는 단계; 제 1 형태와 상보적인 제 2 형태로 형성된 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료를 구비하고 제 2 내부면과 접한 제 2 외주부를 갖는 제 2 지지층을 획득하는 단계; 및 유연한 절연 섬유다발을 포함한 절연재료를 획득하는 단계를 포함하는 경량의 써멀쉴드 제조방법을 포함한다. 상기 방법은 제 1 지지층의 제 1 내부면 위에 절연재료를 도포하는 단계, 및 제 1 내부면과 제 2 내부면 사이에 공동을 갖는 쉴드바디를 형성하기 위해 제 2 외주부를 제 1 외주부에 결합시키는 단계를 더 포함하고, 공동은 실질적으로 절연재료로 채워진다. 절연층은 제 1 내부면과 제 2 내부면 사이에 히트 배리어를 유지하면서 쉴드바디와 함께 휘어질 수 있다.
본원의 또 다른 실시예는 외부면, 내부면, 상기 내부면과 상기 외부면 간의 두께, 3차원 형상을 이루기 위해 평면을 벗어나 뻗어 있는 적어도 하나의 곡면부를 갖는 고체 외부쉘층을 포함한 써멀쉴드를 구비한다. 써멀쉴드는 내부면에 부착되고 상기 지지스크린의 형태와 실질적으로 일치하는 절연층을 더 포함하며, 코어 절연층은 적어도 하나의 저밀도층으로 형성되고, 건식 섬유절연재료는 외부쉘층의 두께의 약 10배 이상의 두께를 갖는다.
본원의 또 다른 실시예는 몰딩면이 공기 및 습기를 통과시키게 하도록 구성된 형상의 지지스크린을 갖는 몰드를 획득하는 단계를 포함하고 상기 몰드는 상기 지지스크린 뒤에서 진공을 형성하도록 적용되는 경량의 써멀쉴드 제조방법을 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 지지스크린의 몰딩면에 습식 절연재료를 도포하는 단계; 및 지지스크린을 통해 습기를 제거하고 몰딩면 상의 절연재료층을 응고시키기 위해 진공을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 몰딩면에서 형상 및 응고된 절연재료층을 제거하는 단계; 고체 외부쉘층에 응고된 절연재료층을 앉히는 단계; 및 경량의 코어 절연층을 형성하기 위해 외부쉘층내에 응고된 절연재료층을 건조시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 하기에 간략히 기술된 첨부도면과 결부해 아래에 나타낸 상세한 설명을 볼 때 더 잘 이해될 것이다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 현재 종래 기술에서 발견되는 바와 같이 예시적인 써멀쉴드의 사시 평면도이다.
도 2는 본원의 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 사시 평면도이다.
도 3은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 일면의 써멀쉴드를 형성하기 위한 지지스크린의 사시 평면도이다.
도 4는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 이중면 써멀쉴드를 형성하기 위한 한 쌍의 결합된 지지스크린의 사시 평면도이다.
도 5는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 몰드 및 몰드의 다공 성형된 몰딩면의 사시도이다.
도 6은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드를 만드는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 완성된 일면의 써멀쉴드의 사시도이다.
도 8은 선 A-A에서 본 도 7의 완성된 일면의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 9는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 완성된 이중면 써멀쉴드의 사시도이다.
도 10은 선 B-B에서 본 도 9의 완성된 이중면 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 11은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 12는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 13은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 14는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 15는 도 14의 경량의 써멀쉴드의 또 다른 실시예의 부분적으로 어셈블리된 사시도이다.
도 16은 도 14의 경량의 써멀쉴드의 지지층들 중 하나의 면에 대한 사시도이다.
도 17은 도 14의 경량의 써멀쉴드를 차량에 실장하기 위한 장치의 분해 개략도이다.
도 18은 경량의 써멀쉴드를 차량에 실장하기 위한 도 17의 장치의 어셈블리 개략도이다.
도 19는 본원의 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 20은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 21은 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 22a-22f는 도 20의 경량의 써멀쉴드를 제조하는 방법의 개략 횡단면도이다.
도 23a 및 23b는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 24는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
도 25는 또 다른 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다.
당업자는 통상적인 실시예에 따라, 하기에 언급된 도면의 다양한 특징들은 반드시 비율에 따라 작도되지 않았고 도면의 요소들은 본 명세서에 개시된 본원의 실시예들을 더 명확히 예시하기 위해 확대 및 축소될 수 있음을 인식하고 알 것이다.
도면을 더 상세히 참조하면, 동일한 부분들은 여러 도면들 내내 동일한 참조부호로 식별된다. 도 1은 대표적으로 종래 기술에서 발견될 수 있는 바와 같이 차량들에 대한 예시적인 히트쉴드(10)를 도시한 것이다. 종래 히트쉴드(10)는 차량의 고온 구성부품과 보호되는 열감지 장치 또는 센서를 분리하기 위해 차량내에 가용한 종종 제한된 공간에 끼워지는 소정의 3차원 형태로 펀치 또는 압인된 2개의 금속시트(12) 또는 시트 금속층으로 형성된다. 금속시트(12) 중 하나 또는 모두에 종종 히트쉴드로부터 방사된 열을 편향시키도록 구성된 반사 외부면(14)이 제공되는 한편 클램쉘(clam shells)의 내부면이 서로 접촉하는 것을 막고 이로써 써멀쉴드(10)의 바디를 통해 열전도 경로를 차단하기 위해 얇은 절연 섬유시트(미도시)가 시트들(12) 사이에 끼워져 있다.
도 1에 도시된 히트쉴드(10)의 스탬프된 금속시트(12)도 또한 히트쉴드(10)가 소정 공간에 위치되고 지향되게 하는 다양한 곡면과 엠보싱 피처(16)를 포함한다. 스탬프된 피처(16)는 또한 외부 진동에 대한 히트쉴드의 반응을 제어하기 위해 추가 지지 및 보강을 제공할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 히트쉴드(10)는 또한 쉴드를 차량의 프레임 또는 구조에 실장하기 위해 금속시트(12)와 가요성 절연 섬유 모두를 통해 형성된 볼트구멍(18)을 포함한다. 열을 제어하고 진동에 저항하는데 효과적이나, 도 1에 도시된 타입의 히트쉴드는 상대적으로 부피가 크고 무거운데, 이는 각 쉴드가 나란히 배치된 2개의 두꺼운 금속시트들을 포함하며, 이로써 히트쉴드의 모든 구성부품들의 무게들이 함께 조합될 경우 차량에 대한 무게 페널티가 상당해지기 때문이다.
본원의 한가지 대표적인 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드(100)가 도 2에 도시되어 있다. 써멀쉴드(100)는 완성된 써멀쉴드에 대한 소정의 3차원 형태의 크기로 형성된 메쉬재료로 제조된 지지스크린(110)을 포함한다. 일태양으로, 지지스크린(110)의 형태는 경량의 써멀쉴드(100)가 교체되도록 의도된 종래 금속 히트쉴드의 형태와 아주 일치할 수 있다. 지지스크린은 히트쉴드(100)가 차량 내 동일한 소정의 공간에 위치 및 지향되게 하고, 외부 진동에 대한 히트쉴드의 반응을 제어하기 위한 지지 및 보강을 또한 제공할 수 있는 유사한 표면 피처(116)와 볼트 홀(118)을 더 포함할 수 있다. 그러나, 다른 태양으로, 지지스크린과 완성된 히트쉴드의 형태는 본원의 경량의 써멀쉴드에 의해 제공된 많은 이점적 피처들을 이용한 전체적으로 새로운 구조를 포함할 수 있다.
써멀쉴드(100)는 지지스크린(110)의 내부면 또는 제 1 면에 부착될 수 있고, 실질적으로 지지스크린(110)의 형태와 일치하는 절연층(130)을 또한 포함한다. 절연층(130)은 메쉬재료의 필라멘트들 간에 공극을 채우기 위해 젖을 경우 지지스크린(110)의 메쉬재료에 주입되고, 그런 후 실질적으로 단단한 절연층(130)을 형성하도록 건조되는 절연재료(132)를 포함할 수 있다. 일태양으로, 절연재료(132)는 지지스크린(110)의 메쉬재료를 완전히 관통해 그리고 부분적으로 지지스크린의 외부면 또는 내부면 너머로 뻗을 수 있어, 지지스크린(110)은 실질적으로 절연층(130)에 의해 에워싸이고 둘러싸인다. 다시 말하면, 지지스크린(110)은 내부면 또는 제 1 면에 상의 대부분의 절연층(130)에 의해 그리고 외부면 또는 제 2 면에 상의 작은 부분의 절연층에 의해 에워싸이고 둘러싸인다
써멀쉴드(100)의 제조 동안, 절연재료(132)는 지지스크린(110)의 내부면 또는 제 1 면에 습식 슬러리로서 도포될 수 있고, 그런 후 지지스크린에 부착되거나 주입됨에 따라 지지스크린(110)의 형태와 실질적으로 일치할 수 있는 고체의 단단한 절연층(130)으로 형성되고, 탈수되고 건조될 수 있다. 일태양으로, 건식 절연재료는 실질적으로 일정한 두께를 가지며 지지스크린(110) 상에 형성될 수 있다. 더욱이, 그리고 절연 충진제로서 간단히 이용되는 종래 기술의 히트쉴드에서 일반적으로 발견된 얇고 유연한 절연 섬유재료와 달리, 절연재료(132)의 건조층(130)은 전체 써멀쉴드(100)의 강도와 구조의 상당 부분을 제공할 수 있다.
또 다른 대표적인 실시예에 따르면, 도 3은 절연층을 추가하기 전에 일면의 경량의 써멀쉴드에 대한 지지스크린(210)의 사시 평면도이다. 지지스크린(210)은 면을 벗어나 시트의 초기 면으로 뻗어 있는 곡선 피처들(216)을 갖는 3차원 형태로 형성된 메쉬재료(212)로 된 전반적으로 평평한 시트를 포함할 수 있다. 지지스크린(210)은 면을 벗어나 오목면과 볼록면을 갖는 써멀쉴드를 형성하도록 뻗어 있는 에징 또는 사이드월(217)을 더 포함할 수 있다. 곡선 피처(210) 및 사이드월(217)은 모두는 써멀쉴드에 강도를 제공할 수 있다. 절연층을 형성하도록 건식 절연재료는 지지 스크린(210)의 볼록면 또는 오목면 중 어느 하나에 부착될 수 있음을 알아야 한다.
지지스크린(210)은 압형(押型) 형태로 성형, 가압 또는 몰딩되도록 충분히 가단성(可鍛性)이 있는 한편 또 다른 형태로 가압 또는 가공될 때까지 그 형태를 실질적으로 유지하기에 충분한 강도 및 강성을 또한 포함하는 메쉬재료(212)로 제조될 수 있다. 또한, 메쉬재료(212)는 인가된 힘 또는 진동에 응답해 손상 없이 비평면 굽힘을 견디고, 그런 후 자립 상태로 다시 릴랙스하게 이완되고 허용될 경우 압형 형태로 자연스럽게 복귀할 정도로 충분히 유연하며 가요성을 지닌 점에서 압형 형태로 형성된 후에 탄성적으로-휘어질 수 있다. 그러나, 메쉬재료(212)는 비평면 방향으로 (즉, 재료층의 로컬면에 실질적으로 수직하게) 탄성적으로 휘어질 수 있으나, 메쉬재료(212)는 또한 지지스크린(210)의 면 내에서 탄성 스트레칭 또는 압축에 저항하거나 실질적으로 저항할 수 있다.
일태양으로, 메쉬재료(212)는 스테인리스 스틸 와이어로 제조된 스크린과 같은 금속 와이어 스크린일 수 있다. 다른 태양으로, 메쉬재료(212)는 복합 폴리머-강화 섬유 또는 유리섬유 재료, 실질적으로 균일한 열가소성 또는 열경화성 재료 등과 같은 비금속 재료일 수 있고, 이는 초기에 가열되고 그런 후 단단한 폴리머 메쉬를 형성하도록 냉각되는 동안 형성된다.
도 4는 또 다른 각각의 실시예에 따른 이중면 써멀쉴드에 대한 한 쌍의 결합된 지지스크린(310,340)의 사시 평면도이다. 도시된 바와 같이, 제 1 지지스크린(310)은 절연층과 접촉하기 위해 상부면 또는 내부면(314)을 갖는 메쉬재료로 형성되고, 제 2 지지스크린(340)은 절연층과 또한 접촉하는 하부면 또는 내부면(344)을 갖는 동일하거나 다른 메쉬재료(342)로 형성되고, 이로써 제조 공정 동안 습식 절연재료를 수용하도록 구성된 둘러싼 공간(318)을 형성한다.
도 5는 본원의 또 다른 각각의 실시예에 따라 형성되고 천공된 몰딩면(440)을 갖는 몰드(420)의 사시도이다. 몰드(420)는 외주 벽(428) 및 하단의에 몰면(440)과 함께 상부 공동(426)을 형성하도록 쉽게 기계가공되는 상단면(424)을 갖는 알루미늄과 같은 금속 블록(422)으로 제조될 수 있다. 몰딩면(440)은 하단면(444), 곡면 피처(446), 에징 또는 사이드월(447), 및 상술한 지지스크린(도 3)에 형성되는 구조적 피처들과 상보적인 홀들을 형성하기 위한 포스트(448)를 포함할 수 있다. 몰드(420)는 상기 몰드(420)의 외부 사이드월들(422) 주위에 끼워져 베이스 플레이트(430)의 상단면에 대해 밀봉하게 하는 밀봉가능한 커버(미도시)일 수 있는 밀봉가능한 인클로저내에 부착하기 위해 구성된다.
일태양으로, 금속(422)의 블록은 상부 공동(426)에서 바닥면까지 몰딩면(440)을 통해 천공된 복수의 통기구(442)를 더 포함할 수 있다. 통기구(422)는 몰딩면(440)의 하단면(444), 곡면 피처(446), 및 사이드월(447)을 가로질러 균일하게 이격될 수 있다. 일태양으로, 바닥면은 또한 금속 블록(422)을 관통하는 통기구(442)의 길이를 줄이는 하부 공동(미도시)를 형성하기 위해 기계가공될 수 있다. 또한, 몰드(420) 또는 지지 베이스 플레이트(430)의 바닥면은 진공 소스에 연결을 위해 형성될 수 있어, 몰드(420) 아래로부터 그리고 몰딩면(440)에 있는 통기구(442)를 통해 공기가 진공으로 당겨지거나 뽑아내질 수 있다. 진공 소스는 몰딩면(440)을 통해 뻗어 있는 통기구(442)와 유체소통하게 놓인 진공펌프 또는 유사한 장치일 수 있다.
도 6은 또 다른 각각의 실시예에 다른 경량의 써멀쉴드를 만드는 방법(400)을 도시한 흐름도이다. 상기 방법(400)은 밀봉가능한 인클로저내에 형성된 구멍이 난 몰딩면을 갖고, 상기 몰딩면 아래로부터 진공을 형성하기 위해 적용된 몰드를 얻는 단계(402)를 포함한다. 몰드는 도 5를 참조로 상술한 몰드(420)와 기능적으로 적어도 유사하나, 도시된 몰딩면(440)의 크기, 형태 및 표면 특징들은 단지 몰딩면(440)의 하나의 대표적인 실시예의 단지 예이며, 몰드와 몰딩면은 이에 따라 광범위한 크기들과 3차원 형태들로 써멀쉴드를 만들기 위한 광범위한 크기, 형태 및 표면 특징들로 형성될 수 있음을 알아야 한다.
상기 방법(400)은 또한 습기가 통과하도록 구성된 지지스크린을 얻는 단계(404)를 포함한다. 도 3에 도시된 지지스크린과 유사한, 지지스크린은 상부면 또는 제 1 면, 하부면 또는 제 2 면, 외주, 및 몰딩면의 형태와 실질적으로 일치하는 형태를 갖는다. 보다 상세하게, 하부면 또는 제 2 면의 형태는 몰딩면의 형태의 반대 또는 거울상일 수 있어 사전형성된 지지스크린은 실질적으로 몰드내에 놓일 때 몰딩면의 형태와 일치한다. 몇몇 태양에서, 지지스크린은 이중면 써멀쉴드를 형성하기 위해 도 4에 도시된 지지스크린과 유사한 한 쌍의 결합된 지지스크린으로 구성될 수 있다.
상기 방법(400)은 몰딩면 상에 지지된 하부면 또는 제 2 면과 함께 몰드에 지지스크린을 설치하는 단계(406) 및 몰드내 지지스크린의 상부면 또는 제 1 면에 습식 절연재료의 슬러리를 도포하는 단계(408)를 더 포함한다. 습식 절연 재료는 탈수, 응고, 및 건조 후에 실질적으로 단단한, 저밀도의 절연층들이 되는 다양한 혼합물들을 구비할 수 있다.
일태양으로, 습식 절연재료는 내열 및 방염 밀보드(millboard)를 만드는데 사용된 것들과 같은 펄프 또는 섬유기반의 슬러리일 수 있다. 예컨대, 절연재료는 하나 이상의 다음 타입들의 섬유들; 세라믹 섬유, 생분해성 세라믹 섬유, 광물면(mineral wool), 생분해성 광물면, 암면(rock wool), 섬유유리, 또는 고온 섬유유리를 포함할 수 있다. 섬유들은 별개로 또는 절연 혼합물의 1%에서 90% 중량부 범위의 양으로 또는 조합해 사용될 수 있다.
또 다른 태양으로, 절연재료는 별개로 또는 절연 혼합물의 1%에서 50% 중량부 범위의 양으로 또는 조합해 사용될 수 있는 콜로이드성 실리카 또는 규산나트륨과 같은 하나 이상의 결합제를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 절연재료는 또한 별개로 또는 절연 혼합물의 1%에서 70% 중량부 범위의 양으로 또는 조합해 사용될 수 있는 베노나이트 점토, 버미큘라이트(vermiculite), 또는 Sepiogel-FTM과 같은 하나 이상의 충진제를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 절연재료는 또한 별개로 또는 절연 혼합물의 1%에서 30% 중량부 범위의 양으로 또는 조합해 사용될 수 있는 Nalco 7607TM, Kymene 736TM, AlumTM, Polymin PR 971 LTM, 또는 Perform PC1279 FTM과 같은 하나 이상의 응고제를 포함할 수 있다.
또 다른 태양으로, 절연재료는 또한 별개로 또는 절연 혼합물의 1%에서 50% 중량부 범위의 양으로 또는 조합해 사용될 수 있는 Nalkat 7530TM, Nalkat 625TM, 또는 PC8179TM과 같은 하나 이상의 보유조제(retention aids)를 포함할 수 있다.
한가지 대표적인 실시예에서, 습식 섬유성 절연재료는 1401 밀보드를 만드는데 사용된 혼합물과 유사한 세라믹 섬유, 점토, 불활성 충진제, 및 유기 및/또는 무기 접합제 성분들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또 다른 대표적인 실시예에서, 섬유성 절연 혼합물은 약 47.4% 건물중(dry weight)의 Fibrox 300TM 광물면, 31.6% 건물중의 Lapinus RS-475™ 암면, 9.6 % 건물중의 Towerbond™ 벤토나이트 점토, 9.6 % 건물중의 Ludox™ 콜로이드성 실리카, 1.6 % 건물중의 Nalco 7607™, 및 0.03 % 건물중의 Nalkat 625™ 음이온 보유조제를 포함한 암면/광물면 제재를 포함할 수 있다.
또 다른 대표적인 실시예로, 섬유 절연 혼합물은 약 78.9 % 건물중의 Belcotex 225 SC 6 550 섬유유리, 9.6 % 건물중의 Towerbond™ 벤토나이트 점토, 9.6 % 건물중의 Ludox™ 콜로이드성 실리카, 1.6 % 건물중의 Nalco 7607™, 0.2 % 건물중의 PC 8179™ 양이온 보유조제, 및 0.05 % 건물중의 Nalkat 625™ 음이온 보유조제를 포함한 고온 섬유유리 제재를 포함할 수 있다.
지지스크린이 한 쌍의 결합된 지지스크린으로 구성되는 실시예에서, 습식 절연재료는 함께 사전결합된 지지스크린들 사이 공동에 주입될 수 있다. 또 다른 태양으로, 제 2 지지스크린은 습식절연재료가 균일하게 제 1 지지스크린 위에 분포된 후 습식 절연재료층에 설정될 수 있고, 그런 후 2개의 지지스크린은 절연재료가 탈수되고 응고 및 건조된 후에 이들의 외주 가장자리 주위에서 함께 결합될 수 있다.
상기 방법(400)은 또한 밀봉가능한 인클로저를 밀봉하는 단계(410) 및 습식 절연재료에서 습기를 빼고 지지스크린의 제 1 면에 부착 및/또는 지지스크린의 공극 및 틈새 내에 주입되는 절연재료층을 형성하도록 몰딩면 아래에서 진공을 형성하는 단계(412)를 포함한다. 도 5에 도시된 몰드(420)를 다시 참조하면, 밀봉가능한 인클로저는 상단면(424)과 몰드(420)의 상부 공동(426) 주위를 밀봉시킬 수 있고, 밀봉가능한 인클로저내의 공기량을 연속적으로 배기 및 감소시키는 강한 진공이 형성될 수 있도록 충분히 밀봉될 수 있다. 대안으로, 밀봉가능한 인클로저는 가령 인클로저 커버가 베이스 플레이트의 상단면과 접촉한 조인트 주위로 여전히 밀봉된 인클로저에 소량의 공기의 누출을 허용하는 적당한 진공이 형성도록 완전히 밀봉될 수 없다.
밀봉가능한 인클로저의 구성에 무관하게, 형성된 진공은 메쉬재료의 섬도(fineness)에 따라 섬유 또는 기타 고체재료들이 상단에 및/또는 지지스크린의 틈새 내에 갇히는 반면 습식 절연재료로부터 습기를 빼거나 제거하기에 충분할 수 있다. 예컨대, 섬유 또는 기타 고체재료는 미세하게 직조된 지지스크린 상단에 절연층을 형성할 수 있거나, 절연층을 지지스크린에 기계적으로 부착 또는 접착시키기 위해 성기게 직조된 메쉬재료의 틈새로 제공될 수 있다.
일태양으로, 탈수 및 응고 절연층은 약 1/8 인치에서 약 1/2 인치에 이를 수 있는 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다. 임의의 특별한 방식에 구속됨이 없이, 탈수 절연층은 진공이 몰딩면에 있는 통기구들의 격자를 통해 초기에 형성되고 그런 후 지지스크린의 와이어 메쉬 사이 갭에 의해 더 분포되기 때문에 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있음이 고려된다. 이는 경사진 또는 수직 사이드월을 포함한 지지스크린의 모든 부분에 절연재료를 실질적으로 균일한 석션으로 당길 수 있다. 또한, 탈수 및 응고 섬유층 또는 기타 고체재료층은 또한 약간 다공성일 수 있어 진공이 지지스크린에 대해 이미 끌어당겨진 섬유 또는 기타 고체재료 상의 추가 절연재료를 계속 당기게 한다.
지지스크린의 상부면 또는 제 1 면이 지지스크린의 사이드월과 함께 상방을 바라보는 오목 공동을 형성하는 본원의 또 다른 태양으로, 몰드에서 지지스크린에 도포된 습식 절연재료의 양은 상부면 또는 제 1 면과 사이드월에 의해 경계 지어진 부피를 실질적으로 채우기에 충분할 수 있어, 절연층의 노출면은 실질적으로 평평하고 절연층의 두께는 지지스크린에 형성된 곡면 피처에 따라 변하게 된다.
또 다른 태양으로, 습식 절연 재료내 습기는 원심분리기 내에 습식 절연재료와 지지스크린을 함께 스피닝하기, 프레스기에서 습식 절연재료와 지지스크린을 함께 압축하기 등과 같이 상술한 진공몰딩 프로세스와는 다른 방법 및 장비를 이용해 빼지거나 제거될 수 있다
본원의 또 다른 태양으로, 형성된 지지스크린에는 충분한 강도 및 경도가 제공될 수 있어 진공탈수 공정동안 형상을 유지하기 위해 하부 몰딩면의 지지를 필요로 하지 않는다. 대신, 형성된 지지스크린은 진공소스 위에 형성된 지지스크린을 받치거나 지지하도록 작동하는 몰드내 논컨퍼밍 프레임워크(non-conforming framework)(미도시)에 놓일 수 있다. 논컨퍼밍 프레임워크는 지지스크린의 외주 주위로 및/또는 지지스크린 바디 아래의 하나 이상의 위치들에서 형성된 지지스크린을 지탱할 수 있다. 또한, 논컨퍼밍 프레임워크는 지지스크린의 외주 가장자리 주위를 밀봉하도록 형성될 수 있어 진공이 지지스크린의 중앙부를 가로질러 습기를 빼도록 채널연결된다.
상기 방법(400)은 몰드로부터 지지스크린과 절연재료 접착층을 함께 제거하는 단계(414)를 더 포함한다.
상기 단계들 이외에, 경량의 써멀쉴드를 만드는 방법은 절연재료층을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있어, 이는 또한 절연재료층과 지지스크린 간에 접합을 완성시킬 수 있다. 일태양으로, 건조하는 단계는 지지스크린과 절연 재료층이 연전히 몰드내에 실장되어 있는 동안 수행될 수 있다. 또 다른 태양으로, 건조하는 단계는 지지스크린과 절연재료의 접착층이 몰드로부터 제거된 후에 별도의 오븐에서 수행될 수 있다. 건조 공정을 통해, 절연 재료층은, 절연층의 일측에 부착된 지지스크린 내에서 함께, 기존의 종래 금속 히트쉴드보다 실질적으로 무게가 덜 나가고 구조적 무결성을 유지하면서 열감지 시스템에 적절한 열적 보호를 제공할 수 있는 써멀쉴드가 되는 단단하나 저밀도의 구조부재가 될 수 있다.
도 7은 도 3의 지지스크린(210)의 제 1 면 또는 상부면(214)에 부착된 절연층(230)을 갖는 완성된 일태양의 써멀쉴드(200)의 사시 평면도이다. 도 8은 횡단면 선 A-A에서 본 도 7의 완성된 일태양의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다. 두 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 절연층(230)은 지지스크린(210)의 비평면 곡면 피처들(216)(도 3) 위로 층을 이룬 곡면 피처들(236) 뿐만 아니라 에징 또는 사이드월(217) 위에 층을 이룬 사이드월들(237)을 포함한 3차원 형태의 하부 지지스크린(210)과 일치하는 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다.
도 9는 도 4에 도시된 제 1 지지 스크린(210)의 제 1 면 또는 상부면(314)과 제 2 지지 스크린(340)의 하부면 또는 내부면(344) 모두에 동시에 부착된 절연층(330)을 갖는 완성된 이중면 써멀쉴드(300)의 사시 평면도이다. 도 10은 횡단면 선 B-B에서 본 도 9의 완성된 이중면의 써멀쉴드의 개략 횡단면도이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "이중면"이라는 용어는 절연층(330)의 양면에 가까이 위치된 지지스크린(310,340)을 말하고, 절연재료가 양 스크린의 내부면에 부착 또는 주입된다. 절연층(330)의 양면에 지지스크린(310,340)을 제공함으로써 써멀쉴드(300)는 차량의 높은 진동 환경에 대해 더 큰 세기와 더 큰 장기간 저항을 가질 수 있다.
도 9 및 도 10에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 절연층(330)은 실질적으로 양 지지스크린(310,340)의 3차원 형태와 일치할 수 있다. 이는 제 2 지지스크린(340)과 제 1 지지스크린(310)의 비평면 곡면 피처들(447) 사이에 층을 이룬 곡면 피처들뿐만 아니라 제 2 지지스크린(340)과 제 1 지지스크린(310)의 에징 또는 사이드월들(347,317) 사이에 층을 이룬 사이드월(337)을 포함할 수 있다.
이중면 써멀쉴드(300)의 제조 동안, 습식 절연재료가 제 1 지지스크린(310)과 제 2 지지스크린(340) 사이 공동(318)에 주입될 수 있다. 일태양으로, 절연재료는 공동(318)을 완전히 채우고 제 2 지지스크린(340)에 대해 상방으로 가압하기 위해 충분한 압력으로 주입될 수 있어, 섬유와 기타 고체들이 각각 양 지지스크린(310,340)의 내부면(314,344)에 그리고 절연재료로부터 습기를 제거하기 위해 진공으로 뽑아내기 전에 갇히게 된다.
도 11은 경량의 써멀쉴드(500)의 또 다른 실시예의 개략 횡단면도로, 절연층(530)의 노출면(534)은 반사금속호일(542)과 같은 비구조층(540)으로 덮인다. 반사금속호일(542)은 지지스크린(510)과 절연재료 부착층(530)이 제조 몰드로부터 함께 제거된 후에 추가될 수 있고, 일태양으로 접착제로 절연층(530)의 노출면(534)에 접합될 수 있다.
도시된 구성에서, 절연층(530)의 일측에 부착된 지지스크린(510)은 차량의 높은 진동환경에 대한 충분한 구조적 무결성과 장기간 내성을 써멀쉴드(500)에 제공할 수 있는 한편, 반사호일(542)은 써멀쉴드(500)로부터 멀리 복사열을 편향시킬 수 있고 절연층(530)은 써멀쉴드(500)의 바디를 통해 열전도 경로를 차단할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서, 반사호일층이 지지스크린(510)의 제 2 면 또는 외부면(515)에 도포될 수 있어 지지스크린(510)을 갖는 써멀쉴드(500)의 측면은 차량의 고온 구성부품에 가장 가까운 곳에 있는 측면일 수 있게 된다.
도 12는 절연층(630)의 노출면(634)이 경량의 열가소성 또는 열경화성 재료로 제조된 사전제조된 지지 쉴드(642)와 같이 맞춤층(640)으로 덮이는 경량의 써멀쉴드(600)의 또 다른 실시예의 개략 횡단면도이다. 사전제조된 지지 쉴드(642)는 지지스크린(610)과 절연재료의 접착층(630)이 제조 몰드로부터 함께 제거된 후에 추가될 수 있고, 일태양으로 접착제로 절연층(630)의 노출면(634)에 접합될 수 있다. 또 다른 태양으로, 사전제조된 지지 쉴드(642)는 접착제 또는 기계적 체결수단으로 써멀쉴드(600)의 외주 주위로 지지스크린(610)에 결합될 수 있다. 사전제조된 지지 쉴드(642)는 절연층(630)의 반대면에 부착된 지지스크린(610)에 보강 및 댐핑의 형태로 추가 지지를 제공하기 위해 추가될 수 있다. 일태양으로, 사전제조된 지지 쉴드(642)는 실질적으로 단단할 수 있다.
또 다른 대안적인 실시예(미도시)에서, 반사금속호일층이 지지스크린(610)의 제 2 면 또는 외부면(615)에 도포될 수 있어 지지스크린(610)을 갖는 써멀쉴드(600)의 측면은 차량의 고온 구성부품에 가장 가까운 측면이 될 수 있고, 사전제조된 지지 쉴드(642)와 같은 맞춤층(640)을 갖는 써멀쉴드(600)의 측면은 고온 구성부품으로부터 더 멀리 그리고 절연재료로 된 반사호일층(630)에 의해 제공된 써멀 배리어의 반대면에 위치될 수 있다.
도 11 및 도 12 모두를 참조하면, 다양한 타입의 추가 맞춤층들이 또한 지지스크린과 절연재료 접착층이 제조 몰드에서 함께 제거된 후 절연층의 노출면에 추가될 수 있다. 이 경우, 지지스크린과 절연재료 접착층은 고객 사양에 따라 추가 맞춤층이 절연층의 노출면에 또는 지지스크린의 제 2 면 또는 외부면에 추가되게 하는 차량용 모듈식 절연 시스템이 핵심 구성요소가 될 수 있다. 맞춤층이 제공된 추가된 열적 보호, 보완된 구조적 지지, 또는 둘 다 등에 추가될 수 있다.
도 13은 또 다른 각각의 실시예에 따른 경량의 써멀쉴드(700)의 개략 횡단면도로, 제 1 지지스크린(710)과 제 1 절연층(730)을 갖는 써멀쉴드(700)의 하부 절반(702)은 제 2 지지스크린(740)과 제 2 절연층(750)을 갖는 상부 절반(704)에서 별개로 형성된다. 절연층(730,750)은 평평한 면들과 지지스크린의 사이드월들에 의해 경계 지어진 공간을 채우기 위해 몰드내에 형성되어, 절연층(730,750)의 노출면(734,754)이 실질적으로 평평하고 절연층의 두께는 각각의 지지스크린(710,740)에 형성된 곡면 피처에 따라 변하게 된다.
더욱이, 각각의 절연층(730,750)의 중심 두께는 전반적으로 두께가 일정한 절연층들을 갖는 이들 써멀쉴드 실시예보다 더 클 수 있다. 예컨대, 각각의 절연층(730,750)의 중심 두께는 약 1/2인치에서 약 2인치 이상에 이를 수 있고, 경량의 써멀쉴드는 전체 두께가 약 1 인치에서 약 4인치 이상에 이르게 된다. 이런 두께 및 이들의 최종 발생한 절연능력은 일반적으로 더 종래의 금속시트들 또는 시트 금속층들을 이용한 종래 히트쉴드에는 불가능한데, 이는 히트쉴드가 너무 무겁고 실제 사용에 성가시기 때문이다. 따라서, 본원의 경량의 써멀쉴드는 종래기술에 서 달성될 수 없는 절연 능력에 있어 상당한 증가를 제공할 수 있다.
별도의 절반부를 제조한 후, 절연층(730,750)의 노출면(734,754)이 정렬될 수 있고 두 절반부(702,704)는 이들의 외주 플랜지(713,743)를 따라 함께 결합되어 완성된 써멀쉴드(700)를 형성한다. 두 절반부(702,704)는 리벳, 볼팅, 클립 또는 접착제와 같은 종래의 결합 시스템 또는 장치(770)를 이용해 함께 결합될 수 있다. 더욱이, 도시된 실시예에서, 추가 절연재료층(760)이 써멀쉴드(700)의 최종 어셈블리 전에 두 절반부(702,704) 사이에 놓일 수 있다. 일태양으로, 추가 절연재료층(760)은 오로지 섬유기반의 절연층(730,750)에 비해 써멀쉴드(700)의 전반적 절연성능을 더 높이도록 동작될 수 있는 매우 저밀도의 절연재료 시트일 수 있다.
도 14는 중공의 내부공동(840)을 함께 둘러싸는 제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830)으로부터 형성된 쉴드바디(810)를 포함하는 경량의 써멀쉴드(800)의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 이중면 구성에서, 공동(840)은 상술한 실질적으로 단단한 절연재료보다 더 가요성이 있으며 유연한 절연층(850)으로 채워지므로, 제 1 지지층(820)의 내부면(824)과 제 2 지지층(830)의 내부면(834) 사이에 실질적으로 일정한 써멀 배리어를 유지하면서 쉴드바디(810)와 함께 휘어질 수 있다.
제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830) 모두는 또한 면을 벗어나 시트의 초기 면으로 뻗어 있는 다양한 곡면 피처들(827,837)을 포함한 첫번째 3차원 형태로 가압된 성형가능하나 탄성적으로 휘어질 수 있는 재료의 평면 시트로 제조될 수 있다. 일태양으로, 제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830)을 형성하는 재료는 스테인리스 스틸 와이어 메쉬재료(814)일 수 있다. 메쉬재료(814)의 개개의 와이어들은 비평면 표면피처들(827,837)의 소정의 형태를 취하도록 저온가공될 수 있거나 프레스에서 영구히 휘어질 수 있다. 연이은 벤딩과 플렉싱 동안, 개개의 와이어들은 가해진 벤딩과 플렉싱 부분을 탄성적으로 수용하도록 새 외형들 주위로 계속 탄성적으로 변형될 수 있다. 어떤 특별한 이론에 속하지 않기 때문에, 복수의 상호직조된 와이어들이 또한 서로에 대해 이동되고 활주할 수 있는 것으로 생각되므로, 와이어들 간에 상대 위치 및 이격도 또한 가해진 벤딩 및 플렉싱 부분을 탄성적으로 수용하도록 변경될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 지지층(820,830)을 형성하는 재료(814)의 구조는 소정 형태를 벗어나 영구히 휘어지지 않으면서 상당한 플렉싱 및 변형을 받을 수 있다.
그러나, 제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830)은 또한 사출 몰딩을 통해 형성될 수 있는 고온 폴리머, 열가소성 또는 열경화성 재료와 같은 다른 재료 및 제조방법으로 형성될 수 있음을 알아야 한다. 제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830)을 만드는 이들 및 다른 재료들과 방법도 또한 가능하며 본원의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
2개의 지지층들(820,830)은 리벳, 볼팅, 클립 또는 접착제와 같은 종래의 결합 시스템 또는 장치를 이용해 이들 각각의 외주부를 따라 함께 결합될 수 있다. 또한, 제 1 지지층(820)과 제 2 지지층(830)은 적어도 사이드월(827,837) 사이 내부면들의 중앙부에서 실질적으로 일정할 수 있는 제 1 내부면(824)과 제 2 내부면(834) 사이 간격(844)에 따라 함께 결합될 수 있다.
일태양으로, 가요성 있는 유순한 절연재료(850)는 가요성 있는 고온의 섬유유리 또는 세라믹 기반의 섬유배팅(fiver batting)(852)과 같은 절연섬유 충진재료를 포함할 수 있다. 섬유배팅재료(852)는 쉴드바디(830)내 공동(840) 전체에 균일하게 분포될 수 있고 적어도 부분적으로 압축될 수 있어 상기 섬유배팅재료(852)는, 써멀쉴드(800)가 가해진 힘 또는 진동에 응답해 꼬이고 휘어짐에 따라 공동(840)이 변형될 수 있는 바로 그때, 실질적으로 공동(840)을 채우고 공동의 형태와 일치하는 유연한 가요성 있는 절연층(850)을 형성한다.
쉴드 바디(810)를 형성하는 탄성적으로 휘어질 수 있는 지지층(820,830)과 순응성 또는 적응성 절연층(850)의 조합은 보호하도록 구성된 열감지 시스템에 적절한 열적보호를 제공할 수 있고 경량인 히트쉴드(800)를 규정한다. 더욱이, 상기 조합은 차량 히트쉴드 적용에서 발견될 수 있는 높은 진동 수준에 더 내성이 있음이 또한 발견되었다. 경량이고 탄성적으로 휘어질 수 있는 지지층(820,830)은 저항이라기 보다는 히트쉴드에 부착된 지지구조의 동작에 따라 더 쉽게 움직일 수 있는 한편 순응성 또는 적응성 절연층(850)은 히트쉴드(800)에 적절한 정도의 진동 댐핑을 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 고싸이클 피로로 인한 구조적 피로의 가능성이 크게 감소되고 히트쉴드는 확장된 시간주기 동안 구조적 무결성을 유지할 수 있다.
도 15는 반사층 또는 배리어(870)가 지지층의 내부면과 절연층(850)을 형성하는 섬유배팅재료(852) 사이에 제공될 수 있는 써멀쉴드의 또 다른 태양을 도시한 것이다. 반사 배리어(870)는 써멀쉴드로부터 멀리 복사열을 편향시키도록 동작할 수 있는 한편 절연재료(852)는 써멀쉴드의 바디(810)를 통한 열전도 경로를 차단할 수 있다. 일태양으로, 반사 배리어(870)는 알루미늄 호일과 같은 금속호일(872)을 구비할 수 있다. 수많은 벤드들과 구김지역들(874)을 만들기 위해 금속호일(872)을 구김으로써 반사 배리어(870)가 쉴드 바디를 따라 휘어지고 꼬여질 수 있음을 더 발견했다.
상술한 반사 배리어와 유사한, 도 16에 도시된 경량의 써멀쉴드의 또 다른 태양으로, 탄성적으로 휘어질 수 있는 지지층들 중 하나 또는 모두의 외부면들은 써멀쉴드로부터 멀리 복사열의 편향을 제공할 수 있는 고반사 또는 저복사율 코팅(880)으로 코팅될 수 있는 한편 절연재료(852)는 써멀쉴드의 바디(810)를 통한 열전도 경로를 차단할 수 있다. 예컨대, 저복사율 코팅(880)은 SOLEC-Solar Energy Company에 의해 제공된 다수의 LO/MIT™ 복사 배리어 페인트들 중 하나와 같이 고온의, 저복사율 복사 배리어 페인트를 포함할 수 있다. 또한, 저복사율 코팅(880)은 지지층(820)을 형성하는 형상가능하나 탄성적으로 휘어질 수 있는 메쉬재료(814)에 산화방지를 또한 제공할 수 있음이 또한 발견되었다.
경량의 써멀쉴드(800)를 차량의 프레임 또는 브라켓(50)에 부착하기 위한 마운팅 구성(890)의 일실시예가 도 17-18에 도시되어 있다. 마운팅 구성(890)은 내부 실린더부(893)가 지지층(820)에 있는 구멍을 통해 삽입된 부싱(892) 및 지지층의 외부면에 기대어 놓인 와셔부(894)를 포함할 수 있다. 마운팅 구성(890)은 또한 맞은편 지지층(830)에 있는 구멍 주위에 위치된 별개의 외부와셔(896), 및 브라켓(50)에 있는 스레드홀(52)과 연결된 스레드 단부(899)를 갖는 체결볼트(898)를 포함할 수 있다.
써멀쉴드(800)를 브라켓(50)에 실장하기 전에(도 17), 지지층(820,830)의 내부면은 제 1 갭(834A)을 형성하도록 절연층(850)을 형성하는 유연한 절연재료(852)에 의해 약간 밀릴 수 있다. 그러나, 설치 동안, 볼트(898)는 외부 와셔(896)를 가압할 수 있고 차례로 지지층(830)을 향해 안쪽으로 지지층(820)에 힘을 가해, 절연재료(852)를 압축시키고 지지층(820,830) 사이 거리를 제 2 갭(834B)에 접근시킨다. 갭(834B)은 와셔(896)의 하단면들이 부싱(892)의 내부 실린더부(893)의 가장자리와 접촉할 때 고정될 수 있는 반면, 부싱(892)의 와셔부(894)는 브라켓(50)의 면에 밀린다. 볼트를 더 죔으로써 써멀쉴드의 절연층(850)을 더 압박하지 않고도 써멀쉴드(800)가 차량의 브라켓(50)에 더 잘 고정될 것이다.
따라서, 마운팅 구성(890)으로 써멀쉴드(800)가 차량의 히트쉴드 응용에서 발견될 수 있는 높은 진동 수준에 응답해 여전히 탄성적으로 휘어지게 하면서 경량의 써멀쉴드(800)가 차량의 프레임 또는 브라켓(50)에 단단한 체결하게 제공할 수 있다.
도 19는 계층 또는 샌드위치 구성을 갖는 경량의 써멀쉴드(900)의 또 다른 실시예의 개략 횡단면도로, 코어층(930)은 특히 도 6을 참조로 상술한 저밀도의 건조된 섬유 절연재료의 다양한 제재를 포함해 도 2-13을 참조로 전체적으로 상술한 바와 같은 절연재료(932)를 구비한다. 그러나, 이 실시예에서, 코어층의 외부면 및/또는 내부면에서 메쉬 지지스크린은 고체재료로 제조되고 실질적으로 단단한, 저밀도의 절연층(930)에 의해 채워질 수 있는 내부 공동 또는 공간(912)을 에둘러 포함한 하드쉘 바디(910)를 형성하도록 외주 가장자리(926,946)에서 함께 결합된 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)으로 대체될 수 있다. 일태양으로, 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 금속재료(922,942)로 제조될 수 있고, 바람직한 실시예에서 아주 얇으나 단단한 알루미나이즈강 시트를 포함할 수 있다. 다른 태양으로, 외부 또는 내부쉘층 중 하나 또는 모두는 또한 경량이고 단단한 고체 열경화성 또는 열가소성 재료로 제조될 수 있다.
외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 액체가 침투할 수 없고 임의의 차량 유체가 코어 절연재료(932)와 접촉하는 것을 방지하는 배리어를 형성할 수 있다. 알루미나이즈강으로 제조된 쉘층들은 또한 고온의 엔진 구성부품에서 나온 상당한 열을 써멀쉴드(900)로부터 멀리 반사시키는 반사 배리어를 제공할 수 있는 한편, 비금속 쉘층들은 유사한 보호를 제공하는 반사 금속호일로 덮일 수 있다. 그러나, 도 1을 참조로 전반적으로 상술한 종래 기술의 열과 달리, 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 그 자체로 가혹한 차량 환경에서 구조적 무결성을 유지하게 하는 필요한 형태와 강도를 써멀쉴드(900)에 제공하기에 불충분한 두께로 형성된다. 대신, 건식 절연재료(932)의 코어층(930)은 상당한 부분 및, 몇몇 태양에서는, 전체 써멀쉴드(900)의 형태 및 강도의 주요 또는 상당 부분을 제공하기에 충분한 두께 및 형태로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 구조에 필요한 형태와 강도를 제공하기 위해 조성물을 변경하고 경량의 코어층(930)의 두께를 실질적으로 늘리는 한편 내부 및 외부 금속쉘층들의 두께(및 무게)를 상당히 줄임으로써 강하고 내구력 있는 경량의 써멀쉴드(900)가 형성될 수 있다.
더욱이, 열절연 능력과 함께 써멀쉴드(900)에 구조적 형태와 강도를 제공하는 것 이외에, 코어층(930)은 또한 차량에 의해 발생된 높은 진동에 대한 써멀쉴드의 자연스러운 응답을 제어하도록 맞추어질 수 있는 상당한 댐핑 속성을 포함할 수 있다. 예컨대, 코어층(930)의 기설정된 부분에 갭을 형성하는 것과 같은 다른 기술들을 이용하는 것 또는 절연층을 형성한 후 아직 축축한 응고된 절연재료(932)의 다른 부분들을 로컬로 형성 또는 압축하는 것은 코어층(930)의 로컬 강도와 댐핑 속성들을 변경하고 써멀쉴드(900)의 전반적인 진동 응답에 영향을 주는데 사용될 수 있다.
도 19의 개략도는 반드시 비율에 따라 작도될 필요는 없으며, 쉘층들(920,940)에 대한 코어층(930)의 두께는 도면에 도시된 부분들보다 더 클 수 있음을 알아야 한다. 예컨대, 바람직한 실시예에서, 각각의 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 두께가 약 0.012 인치인 고체 알루미나이즈강으로 형성될 수 있는 반면, 코어층(930)의 두께는 약 0.25인치일 수 있다. 다시 말하면, 코어층(930)은 전반적으로 쉘층들(920,940)보다 약 20배 더 두꺼울 수 있고 써멀쉴드(900) 두께의 약 91%까지를 포함할 수 있다. 이 태양에서, 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 두께가 약 0.007 인치인 얇은 금속호일보다 약간 더 단단할 수 있고, 따라서 완성된 써멀쉴드의 전체 형태 및 구조적 강도에 단지 적은 부분만 기여할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 코어층(930)을 형성하는 건식 절연재료(932)는 국소적 충격 손상 및 파손에 민감할 수 있기 때문에, 고체쉘층들(920,940)은 상술한 다른 특징들 외에 외부 물체로부터의 접촉 및 충격으로부터 코어층(930)의 구조적 무결성을 보존하도록 도움을 주는 유익한 보호를 제공할 수 있다.
외부쉘층(920,940)에 비해 상대적으로 두꺼운 코어층(930)을 써멀쉴드(900)에 제공하는 것은 산업에서 전례가 없는 것으로 여겨진다. 이는 왜냐하면 일반적으로 높은 진동의 차량 환경에서 부서지기 쉽고 충격 손상, 균열 및 열화에 민감할 수 있는 건식 절연재료(932)로 된 코어층(930)은 상기 코어 절연층이 써멀쉴드(900)의 구조적 무결성의 주요 부분을 제공하고 유지하게 하는 식으로 히트쉴드 애플리케이션에 적용될 수 있음이 생각되지 못했기 때문이다. 예컨대, 일실시예에서, 코어층의 두께는 약 0.75인치까지 증가할 수 있고, 이 경우, 고체쉘층(920,940)은 써멀쉴드 두께의 단지 약 3%만 포함할 것이며, 코어층(930)은 나머지 97%를 제공한다. 따라서, 저밀도의 코어층(930)의 두께 증가는 단지 무게의 경미한 증가로 일반적으로 써멀쉴드(930)의 구조적 강도 및 써멀 쉴딩 능력 모두를 증가시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서, 코어층의 두께는 약 0.125인치로 줄어들 수 있고, 이 경우, 고체쉘층들(920,940)은 약 16%까지 포함할 것이고, 코어층(930)은 써멀쉴드 두께의 약 84%를 포함할 것이다. 더 얇은 실시예의 치수는 실질적으로 더 가볍기는 하지만 교체하도록 구성될 수 있고 따라서 써멀쉴드에 대한 간격이 제한되거나 고정되는 상황에 더 나은 선택일 수 있는 종래 기술의 히트쉴드의 치수와 유사할 수 있다.
따라서, 다양한 예시적인 실시예에서, 하드쉘층들의 조합된 두께는 써멀쉴드의 전체 두께의 약 16%에서 약 3%까지에 이를 수 있는 한편, 코어 절연층의 해당 두께는 써멀쉴드의 전체 두께의 약 84%에서 약 97%까지에 이를 수 있다. 다른 두께 비도 여전히 가능하며, 게다가, 본원의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수 있다.
도 20에 도시된 본원의 또 다른 태양으로, 써멀쉴드(902)의 코어층(930)은 다른 속성 및/또는 단가를 갖는 건식 절연재료로 된 2 이상의 별개 층들로 형성될 수 있다. 예컨대, 내부쉘층(940)이 고온 엔진 또는 배기 구성부품에 인접해 배치될 것이라 판단되면, 코어 절연(930)의 최내각층(934)은 시간에 따른 열화없이 더 높은 온도에 견디는 능력과 더 큰 온도 정격을 지니는 실리카 섬유들로 형성될 수 있으나, 실리카 섬유는 또한 더 고가인 경향이 있다. 덜 비싼 섬유유리 섬유들을 이용한 최외각층(936)이 내부층(934)에 도포될 수 있어 소정의 구조적 강도와 절연 특징들을 제공하는 코어 절연층(930)의 전체 두께를 완성한다. 이런 식으로, 각각의 필요한 물리적 특징과 속성들을 계속 포함하는 써멀쉴드(902)는 덜 비싼 재료들로 구성될 수 있고, 이로써 써멀쉴드(902)의 전체 단가를 줄일 수 있다.
도 21에 도시된 써멀쉴드(904)의 또 다른 실시예에서, 써멀쉴드(902)의 코어층(930)은 건식 절연재료(934,936)내 공극 또는 갭(980)으로 형성될 수 있다. 이들 갭들(980)은 써멀쉴드(904)의 진동 특징들을 제어 또는 조정하거나, 높은 진동 수준에 민감할 수 있는 써멀쉴드(904)의 부분들에서 건식 절연재료(934,936)를 제거하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 향상된 댐핑 속성들을 갖는 경량의 코어층(930)으로, 본원의 써멀쉴드가 다양한 진동모드를 갖는 본래의 주파수들을 계속 나타낼 것이 예상될 수 있다. 하나 이상의 이들 진동모드들로 인해 써멀쉴드를 따라 특정 위치에서 진동 응답이 증폭될 경우, 상기 위치에서 증가된 운동 또는 플렉싱으로 인해 절연재료가 열화될 수 있고, 이로써 써멀쉴드의 유용한 수명이 감소될 수 있다. 조기마모 또는 손상 가능성을 방지하기 위해, 절연재료(934,936)가 상기 위치에서 제거되고 증폭된 동작으로 인한 손상을 덜 겪게 할 수 있는 별개로 설치된 써멀 인서트(982)로 대체될 수 있다. 일태양으로, 써멀 인서트는 코어층(930)의 나머지에 의해 제공된 써멀 배리어를 실질적으로 유지하면서 열화 없이 써멀쉴드(904)의 증가된 동작 또는 플렉싱을 수용할 수 있는 알루미늄 호일과 같은 금속호일(984)의 구겨진 바디일 수 있다. 코어 절연층(930)의 구조적 무결성을 손상시키지 않는 식으로 경량의 써멀 인서트(982)는 또는 금속호일(984)로 채워진 갭들(980)을 이용한 실시가 또한 경량의 써멀쉴드(904)의 무게를 더 줄이는데 사용될 수 있다.
경량의 써멀쉴드를 제조하는 한가지 방법이 도 22a-22f에 도시되어 있다. 도 22a에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 일반적으로 상단 몰드면(954)과 함께 윤곽 몰드 플레이트(952)를 갖는 몰드(950)를 이용할 수 있다. 몰드 플레이트(952)는 상기 몰드 플레이트(952)를 통해 공기 및 액체의 통과를 가능하게 하는 복수의 개구들 또는 천공들(955)을 더 포함할 수 있다. 몰드(950)는 제조공정 동안 습식 절연 슬러리를 포함한 몰드 공동(958)을 정의하고, 탈수 및 응고 절연층의 외부 가장자리를 정의하기 위해 몰드 플레이트(952)를 둘러싼 사이드월(956)을 또한 포함할 수 있다. 일태양으로, 몰드는 상단 모드면(954)에 고정되고 몰드 플레이트(952) 아래 또는 뒤에 위치된 진공소스(970)로부터 당겨지는 석션 또는 진공을 더 잘 분배하는데 이용되는 미세 메쉬층 또는 스크린(960)을 더 포함할 수 있다. 또한, 스크린(960)의 미세 메쉬는 너무 작아서 절연 혼합물내 섬유재료가 통과하지 못하는 스크린 소자들 간의 공극을 정의할 수 있고, 이로써 섬유재료가 몰드 플레이트(952)내 천공들(955)을 메우는 것을 방지한다. 몰드(950)는 또한 습식 절연 슬러리에서 습기를 빼기 위해 몰드 공동내 공기 압력이 음압으로 떨어질 수 있도록 몰드 공동(958)의 상단을 덮고 밀봉할 수 있는 커버(미도시)를 포함할 수 있다.
일태양으로, 스크린(960)은 도 22a에 도시된 바와 같이 몰드 플레이트(952)의 윤곽과 일치하도록 형성될 수 있다. 대안으로, 스크린(960)은 윤곽면을 이루도록 형성될 수 있는 반면, 몰드 플레이트(952)는 실질적으로 다양한 위치에서 지지스크린을 돕는 구조적 소자들과 함께 포괄적이거나 곧다. 스크린(960)이 그 자체로 제조공정 동안 습식 절연 슬러리를 유지할 정도의 충분한 강도로 형성되면, 당업자는 고정된 또는 단단한 몰드 플레이트(952)는 선택적일 수 있고 몰드(950)에 포함될 필요가 없음을 알 수 있다.
도 20의 이중층 경량의 써멀쉴드를 생산하기 위해, 가령, 제 1 슬러리 혼합물이 몰드 공동(958)에 주입되고 그런 후 도 22b에 도시된 바와 같이 스크린(960)의 윤곽 표면적을 가로질러 실질적으로 일정한 두께를 갖는 탈수 및 응고된 절연재료(933)의 균일하게 분포된 층을 형성할 때까지 진공(972)에 의해 스크린(960)을 당길 수 있다. 탈수 절연재료(933)의 제 1 층이 형성된 후, 제 2 슬러리 혼합물이 몰드 공동(958)에 주입되고 그런 후 도 22c에 도시된 바와 같이 제 1 층(933)의 윤곽 상단면을 가로질러 실질적으로 일정한 두께를 또한 갖는 탈수 및 응고된 절연재료(935)의 제 2 층을 형성할 때까지 진공(972)에 의해 제 1 층(933)의 상단면 상에 당겨질 수 있다. 제 1 슬러리 혼합물은 축축한 탈수 및 응고 상태에서 실질적으로 천공을 유지하기 때문에, 진공(972)은 제 2 절연층(935)의 형태로 또한 탈수 및 응고될 때까지 제 1 층(933)을 통해 제 2 슬러리 혼합물로부터 유체를 계속 당길 수 있다. 이 석션동작은 또한 기계적으로 조인트 경계에서 제 1 및 제 2 절연층들을 인터믹스하고 함께 접합하는데 이용될 수 있다.
도 22d에 도시된 바와 같이, 몰드(950)에서 코어 절연층(930)의 증강이 완성된 후, 외부쉘층(920)이 몰드공동(958) 주위에 위치될 수 있고, 진공 소스는 양의 압력(974) 소스로 바뀌며, 최종 발생한 가압공기(976)가 몰드 플레이트(952) 및 스크린(960)을 통해 밀려지거나 불려져 탈수 및 응고된 코어 절연층(931)을 외부쉘층(920)으로 내보낸다. 따라서, 몰드로부터 증강 코어 절연층(930)을 손으로 제거하는 것이 반드시 필요하지 않을 수 있으므로 축축한 응고 상태의 연약한 코어 절연층(931)에 손상을 주는 위험이 실질적으로 최소화될 수 있다.
일반적으로, 코어 절연층(931)은 외부쉘층(920)으로 내보내질 때 여전히 축축하고, 따라서 외부쉘층(920)의 내부면 상의 형태에 있어 임의의 불연속성, 불규칙성 또는 변경에 가깝게 순응할 수 있다. 이는 코어 절연층(930)과 외부쉘층(920) 사이에 꽉 낀 기계적 맞춤이 건조시 확립되게 할 수 있다. 따라서, 몇몇 태양에서, 코어 절연층(930)을 외부쉘층(920)에 고정시키기 위한 접착제 또는 접합제의 사용이 반드 필요하지 않을 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 건조 공정동안 코어 절연층(930)을 외부쉘층(920)에 더 고정시키기 위해 접착제 또는 접합제가 사용될 수 있다.
더욱이, 도 22a-22d는 다양한 제조공정에 사용될 수 있는 대표적인 몰드 구성(950)의 간단한 개략도임을 또한 알아야 한다. 예컨대, 일태양으로, 몰드(950)는 기설정된 양의 절연 슬러리가 몰드 공동(958)에 주입되고 진공(972)에 의해 스크린(960)의 표면을 가로질러 균일하게 분포되는 정적 고정물일 수 있다. 그러나, 또 다른 태양으로, 몰드(950)는 진공관의 단부에 결합된 휴대용 고정물일 수 있고, 이는 그런 후 활성화 진공으로 절연 슬러리의 컨테이너에 침지되고 기설정된 시간 주기 동안 소정 두께의 절연 재료층이 스크린(960)에 증강되게 한다. 스크린(960) 및/또는 천공된 몰드 플레이트(952)는 코어 절연층(930)의 내부면으로부터 뻗어나올 수 있는 리브, 돌기부 및 기타 표면 피처들이 되는 그루브 및 오목부를 포함한 다양한 형태와 광범위한 윤곽들로 형성될 수 있다. 따라서, 증강 절연층(933,935)의 후면은 스크린(960)의 공칭면 또는 몰드 플레이트(952)의 상부면(954)으로부처 측정될 때 실질적으로 일정 두께를 가질 수 있는 반면, 제 1 절연층은 스크린(960) 또는 몰드 플레이트(952)의 국소적 윤각들에 따라 소정 부분들에서 국소적으로 두껍거나 얇을 수 있다.
더욱이, 몰드(420)(도 5)의 몰딩면(440)으로부터 외부로 돌출한 포스트(448)와 유사한 추가 표면 피처들이 또한 코어 절연층(930)내 볼트 개구, 공극(940)(도 21) 또는 기타 내부 갭들을 형성하도록 기설정된 위치에서 절연재료(933,935)의 증착을 차단하기 위해 몰드 플레이트(952) 및/또는 스크린(960)과 함께 포함될 수 있다.
도 22e를 계속 참조하면, 하나 이상의 건조 절연재료층들(934,936)을 포함한 완성된 코어 절연층(930)을 형성하도록 축축한 탈수 및 응고 코어 절연층이 외부쉘층(920) 내에 건조될 수 있다. 상술한 바와 같이, 건조공정 동안, 코어 절연층(930)은 외부쉘층(920)과 함께 단단한 접합을 나타낼 수 있어 보호 외부쉘층(920)은 경량의 써멀쉴드의 유용한 수명 내내 구조 절연층(930)에 단단히 부착된 채로 있게 된다. 응고된 코어 절연층(931)은 일반적으로 100℃ 또는 200℃ 이상 온도에서 오븐 내에 가열건조될 수 있으나, 일태양으로, 절연재료층(들)은 실온에서 더 긴 시간주기 동안 공기건조되게 두어질 수 있다.
건조된 코어 절연층(930)이 형성된 다음, 내부쉘층(940)이 내부 절연층(934)의 노출면 위에 설치될 수 있고, 외부쉘층(920) 및 내부쉘층(940)은 도 22f에 도시된 바와 같이 내부 공간(912)을 에둘러 포함한 하드쉘바디(910)를 형성하도록 외주 가장자리(926,946)에서 함께 접합된다. 도면에 또한 도시된 바와 같이, 일태양으로, 외부쉘층(920)의 외주 가장자리(926)의 추가 길이는 하드쉘바디(910)의 형성을 완료하기 위해 내부쉘층(940)의 외주 가장자리(946) 위로 접히거나 구겨질 수 있다. 그러나, 용접, 레이저 용접, 접착제, 체결장치 등과 같이 2개의 외부쉘층(920,940)을 접합하기 위한 다른 기술 및 방법도 또한 고려되고 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수 있음을 알아야 한다.
하나 이상의 건조 절연재료층들(1034,1036)을 포함하고 고체 외부쉘층(1020)에 의해 둘러싸인 코어 절연층(1030)을 갖는 써멀쉴드(1000)의 또 다른 실시예가 도 23a 및 23b에 도시되어 있다. 외부쉘층(1020)은 액체가 침투하지 못하게 하고 코어 절연층(1030)을 보호하는 배리어를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 코어 절연층(1030)은 고체 외부쉘층(1020)보다 실질적으로 더 두꺼울 수 있고, 전체 써멀쉴드(1000)의 강도와 구조의 상당 부분을 제공할 수 있다. 그러나, 도 23a 및 23b의 실시예에서, 써멀쉴드(1000)는 내부쉘층을 포함할 수 없고, 대신 코어 절연층(1030)의 내부표면(1032)은 도 23b에 도시된 고온 배기관(1090)과 같은 고온엔진 또는 배기 구성부품과 직접 접촉을 위해 노출된 채로 있을 수 있다.
도 23a 및 23b에 도시된 바와 같이, 써멀쉴드(1000)는 클램쉘(clam shell) 형태를 갖는 2개의 절반부들을 더 포함할 수 있는데, 제 1 절반부 또는 상부 절반부(1012)는 제 1 외부쉘층(1020)내에 설치된 코어 절연층(1030)을 갖고, 제 2 절반부 또는 하부 절반부(1014)는 제 2 외부쉘층(1040)내에 설치된 코어 절연층(1030)을 갖는다. 제 1 절반부(1012) 및 제 2 절반부(1014)는 고온엔진 또는 배기 구성부품 주위에 함께 위치될 수 있어 코어 절연층(1030)의 내부면(1032)이 고온 물체(1090)의 외부면(1092)과 접촉하게 된다. 외부쉘층의 외주 단부들(1026,1046)은 상술한 바와 같이 하드쉘바디(1010)의 형성을 완성하고 고온 물체(1090) 주위로 써멀쉴드(1000)를 설치하기 위해 함께 결합될 수 있다.
코어 절연층(1030)의 내부면(1032)에서 건조 절연재료는 일반적으로 고온 물체(1090)의 외부면(1092)과 코어 절연층(1030)의 내부면(1032) 간의 상대적 이동에 의한 열화 또는 더스팅(dusting) 소인 없이 고온 물체(1090)와 직접 접촉을 견디도록 구성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 코어 절연층(1030)의 내부면(1032)을 커버하기 위해 내부쉘층(1030)을 추가하는 단계를 취하지 않고도 2개의 표면들 간에 마찰 접촉량을 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 도 24에 도시딘 써멀 쉴드(1002)의 일태양으로, 스크림라이너(1050)가 코어 절연층(1030)의 노출된 내부면(1032) 위에 설치될 수 있다. 스크림라이너(1050)는 세라믹 섬유, 고온 섬유유리 등과 같은 고온 섬유로 제조된 비직조의 보강 또는 내마모 섬유를 더 포함할 수 있다.
도 25에 도시된 써멀쉴드(1004)의 또 다른 태양으로, 복수의 내열 스탠드오프(1060)가 고온물체(1090)의 외부면(1092)과 코어 절연층(1030)의 내부면(1032) 간에 공기 갭을 유지하도록 코어 절연층(1030) 내에 설치될 수 있다. 내열 스탠드오프(1060)는 고온 구성부품에서 나온 열이 코어 절연층(1030)에 전도되는 것을 방해하는 고온 세라믹 또는 유리 또는 유사한 재료를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 수행하는 최선의 방법을 나타내기 위해 본 발명자가 고려한 바람직한 실시예 및 방법 면에서 본 발명을 기술하였다. 본 발명의 범위 내에서 당업자들에 의해 예시된 실시예에 대한 광범위한 추가, 삭제, 및 변경들이 잘 행해질 수 있다. 이들 및 다른 수정들은 본 발명의 기술사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 행해질 수 있고 하기의 특허청구범위에 의해서만 구속된다.

Claims (20)

  1. 차량의 구성부품들 간에 열 전달을 억제하는 써멀쉴드로서,
    외부면, 내부면, 상기 외부면과 내부면 간의 두께, 및 3차원 형상을 이루기 위해 평면을 벗어나 뻗어 있는 적어도 하나의 곡면부를 갖는 외부쉘층; 및
    내부면에 결합되고 상기 외부쉘층의 형태와 실질적으로 일치하며, 상기 외부쉘층의 두께보다 약 10배 더 두꺼운 적어도 하나의 건식 섬유 절연재료층으로 형성된 코어 절연층을 구비하는 써멀쉴드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    코어 절연층은 외부쉘층의 두께보다 약 20배 이상의 두께를 갖는 써멀쉴드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    외부쉘층은 알루미나이즈강을 포함하는 써멀쉴드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부쉘층은 두께가 약 0.010 인치에서 약 0.018인치에 이르는 써멀쉴드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    코어 절연층은 써멀 쉴드의 전체 구조적 세기 및 강도의 상당 부분을 제공하는 써멀쉴드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    건식 섬유 절연재료는 1401 밀보드를 더 포함하는 써멀쉴드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    코어 절연층은 실리카 섬유로 형성된 제 1 건식 섬유절연재료층 및 섬유유리 섬유로 형성된 제 2 건식 섬유절연재료층을 더 포함하는 써멀쉴드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    외부쉘층의 외주에 결합되고 코어 절연층의 대향면을 커버하는 내부쉘층을 더 포함하는 써멀쉴드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    외부쉘층과 내부쉘층 사이 코어 절연층에 갭을 더 포함하는 써멀쉴드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    갭은 금속호일을 더 포함한 써멀 인서트로 채워지는 써멀쉴드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    코어 절연층의 대향면 위에 놓이고 고온 구성부품과 접촉하도록 형성된 스크림라이너를 더 포함하는 써멀쉴드.
  12. 제 1 항에 있어서,
    코어 절연층의 대향면을 통해 뻗어 있고 고온 구성부품과 접촉하도록 형성된 써멀 스탠드오프를 더 포함하는 써멀쉴드.
  13. 몰딩면이 공기 및 습기를 통과시키게 하도록 구성된 형상의 지지스크린을 갖고, 상기 지지스크린 뒤에서 진공을 형성하도록 적용된 몰드를 획득하는 단계;
    상기 지지스크린의 몰딩면에 습식 절연재료를 도포하는 단계;
    습식 절연재료로부터 습기를 제거하고 지지스크린의 몰딩면 상부에 실질적으로 일정한 두께를 갖는 절연재료층을 응고시키기 위해 상기 지지스크린을 통해 진공을 형성하는 단계;
    상기 지지스크린의 몰딩면에서 응고된 절연재료층을 제거하는 단계;
    두께를 갖는 외부쉘층에 응고된 절연재료층을 앉히는 단계; 및
    건식 절연재료의 코어 절연층을 형성하기 위해 외부쉘층내에 응고 절연재료층을 건조시키는 단계를 포함한, 경량의 써멀쉴드 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    절연재료의 두께는 외부쉘층 두께의 약 10배보다 더 큰 경량의 써멀쉴드 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    코어 절연층은 1401 밀보드를 더 포함하는 경량의 써멀쉴드 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    코어 절연층의 대향면을 커버하기 위해 외부쉘층의 외주에 결합된 내부쉘층을 결합시키는 단계를 더 포함하는 경량의 써멀쉴드 제조방법.
  17. 차량의 구성부품들 간에 열전달을 억제하기 위한 써멀쉴드로서,
    제 1 면, 제 2 면, 외주, 및 3차원 형상을 이루기 위해 평면을 벗어나 뻗어 있는 적어도 하나의 곡면부를 갖는 지지스크린; 및
    제 1 면에 부착되고 상기 지지스크린의 형태와 실질적으로 일치하는 절연층을 구비하는 써멀쉴드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 지지스크린은 스테인리스강 와이어 메쉬를 더 포함하는 써멀쉴드.
  19. 제 17 항에 있어서,
    절연층은 건식 펄프재료를 포함하는 써멀쉴드.
  20. 제 17 항에 있어서,
    지지스크린 맞은편에 절연층의 형태와 실질적으로 일치하는 제 2 층을 더 구비하는 써멀쉴드.
KR1020157025991A 2013-02-22 2014-02-21 경량의 써멀쉴드 KR20160002725A (ko)

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