KR20170048534A - 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 위한 장착 매트 - Google Patents

오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 위한 장착 매트 Download PDF

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크리스토프 로샤즈
니콜 게르베르스
클라우스 미덴도르프
울리히 이 쿤제
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)의 기재(2)를 파지하는 장착 매트(4)가 제공되며, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)는 하나를 초과하는 기재(2)를 포함하고, 기재(2)는 전면(2f), 후면(2r), 및 전면(2f)과 후면(2r) 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면(4)을 포함하며, 장착 매트(4)는 그것이 두 개의 평평한 측면(4)이 에워싸는 에지(5)를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는다.

Description

오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 위한 장착 매트{MOUNTING MAT FOR A POLLUTION CONTROL ELEMENT OR A CHEMICAL REACTOR}
본 발명은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 세라믹 기재(ceramic substrate)를 파지하는 장착 매트(mounting mat)에 관한 것이며, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 하나를 초과하는 기재를 포함한다. 본 발명은 그러한 장착 매트를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기에 관한 것이기도 하며, 본 발명은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 그러한 장착 매트와 조립하는 방법에 관한 것이다.
오염 억제 기기는, 예를 들어 자동차, 선박 또는, 예컨대 고정식 산업 엔진(stationary industrial engine)인 기타의 엔진 상에서, 대기 오염을 억제하기 위해 채택될 수 있다. 그러한 기기는 촉매 변환기 및 디젤 미립자 필터 또는 포집기를 포함할 수 있다. 촉매 변환기는 전형적으로 촉매(예컨대, 촉매 담체 또는 요소)를 지지하는 세라믹 일체식 구조를 갖는다. 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter) 또는 포집기는 전형적으로 다공 결정질 세라믹 재료(즉, 필터 요소(filter element))로 제조된 전형적으로 벌집 모양 일체식 구조를 갖는 월 플로 필터(wall flow filter)이다. 이러한 기기의 각각은 일반적으로 오염 억제 요소 또는 몇 개의 오염 억제 요소를 함유하는 금속 하우징(metal housing)(전형적으로 스테인리스 강(stainless steel))을 갖는다. 세라믹 섬유를 포함하는 매트는 전형적으로 하우징 내에 오염 억제 요소를 장착하고 보호하기 위해 사용된다. 화학 반응기에서, 자세하게는 기체 상태에서의 반응을 위한 플로-스루 반응기에서, 촉매로 코팅된 세라믹 일체식 구조가 사용될 수도 있다.
US 2001/0030355 A1은 다중 정사각형, 직사각형 또는 기타의 평평한 측면을 가진 촉매 코팅된 기재를 포함하는 촉매 변환기 카트리지(catalytic converter cartridge)를 개시하며, 그것의 각각 기재는 압축성 매트 재료가 덮고 있는 그것의 평평한 측면들의 각각을 갖는다. 이러한 다중 매트가 덮고 있는 기재 또는 모듈(module)들은 각각의 모듈이 바람직하게는 판금 스페이서(sheet metal spacer)에 의해 인접한 모듈로부터 분리된 채로 금속 외피(metal shell) 내에 에워싸인 다중 모듈 어레이(multiple module array)로 배열된다. 매트 및 금속 스페이서 외에, 금속 스페이서처럼 정위치에 남겨질 수 있는 모서리 조립 보조물이 예상된다.
DE 30 46 921 A1은 직사각형 단면을 갖는 평평한 측면을 가진 다중 기재를 포함하는 촉매 변환기를 개시한다. 기재를 정위치에 파지하기 위해, 기재의 양단에 배치되는 견고한 L자형 파지 요소가 제공된다. 파지 요소는 각각의 파지 요소에 직각으로 연장하는 추가적 파지 에지(holding edge)를 제공한다.
WO2012084609A1은 다중 세라믹 기재를 촉매를 위한 담체로서 활용하는 화학 반응기를 개시한다.
위 종래기술에 비추어, 더 단순한 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하고 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하는 단순해진 방법을 제공할 수 있게 하는 장착 매트에 대한 요구가 여전히 있다. 또한, 더 단순한 오염 억제 요소 또는 화학 반응기 그 자체에 대한 요구도 여전히 있다.
본 발명은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 기재를 파지하는 장착 매트를 제공한다. 하나를 초과하는 기재를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기에서, 기재는 전면, 후면 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면을 포함하고, 장착 매트는 두 개의 평평한 측면들이 에워싸는 에지(에워싸인 에지)를 그것이 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는다.
본 발명에서의 에워싸인 에지는 사전 조립 단계에서 장착 매트에 의해 덮인 두 개의 평평한 측면들이 에워싸는 에지이다. 본 발명의 의미에서의 인접한 에지는 사전 조립되는 단계에서 장착 매트에 의해 덮인 하나의 평평한 측면 및 장착 매트에 의해 덮이지 않은 하나의 평평한 측면이 에워싸는 에지이다. 사전 조립되는 단계는 장착 매트가 기재에 이미 부착되어 있지만 장착 매트를 가진 기재는 하우징 속에 아직 합체되지 않은 때인 단계를 의미한다.
본 발명에 따른 오염 억제 요소는, 예컨대 자동차, 선박 또는 예를 들어 가스 터빈인 예컨대 고정식 산업 엔진과 같은 기타의 엔진에서, 대기 오염을 억제하기 위해 사용되는 요소일 수 있다. 오염 억제 요소에 대한 실시예는 촉매 변환기 및 디젤 미립자 필터를 포함할 수 있다. 다른 실시예는, 예컨대 세라믹 기재인, 기재를 포함하는 선택적 촉매 환원 요소 또는 화학 반응기일 수 있다. 본 발명에 따른 화학 반응기는 화학 반응을 수행하는 시스템이다. 이러한 화학 반응을 위해 촉매가 요구되면, 촉매를 갖고 있는 화학 반응기 내측의 세라믹 기재를 반응을 위해 사용하는 것이 가능할 수 있다.
오염 억제 요소는 일반적으로 기재를 포함한다. 화학 반응기도 기재를 포함할 수 있다. 촉매 변환기는, 예를 들어 플로-스루 기재(flow-through substrate), 예컨대 세라믹 플로-스루 기재를 포함한다. 디젤 미립자 필터는, 예를 들어 다공 결정질 세라믹 재료로 제조된 벌집 모양 일체식 구조를 갖는 월-플로 필터(wall-flow filter)를 전형적으로 포함한다.
특히, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기가 하나를 초과하는 기재를 포함할 때는, 파지 및 밀폐 기능이 단지 하나의 기재를 갖는 시스템에 비해 더 복잡해지는데, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 기재와 하우징 사이에서 뿐만 아니라, 두 개의 기재 사이에서도 파지 및 밀폐가 수행될 것을 요구하기 때문이다.
본 발명은 전면, 후면 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면을 포함하는 기재에 관한 것이다. 대부분의 경우에, 기재는 네 개의 평평한 측면을 포함한다. 그러나, 본 발명은 그러한 네 개의 측면을 갖는 실시형태에 제한되지 않는다. 전면 및 후면은 기재의 내측에서의 기체 유동에 사실상 직각으로 배향되는 기재의 면이다. 다시 말해서, 그것들은 들어가는 기체 유동에 대면하거나 또는 그것들은 기재의 빠져나가는 기체 유동에 대면한다. 측면들은 기재의 내측에서의 기체 유동에 사실상 평행하게 배향되며, 그것들은 전면 및 후면에 사실상 직각으로 배향될 수 있다. 본 발명은 위에서 기술된 기재에 제한되지 않는다. 측면들이 전면 및/또는 후면에 직각이 아닌 각도로 배향되는 것도 가능하다. 전면 및 후면이 기재의 내측에서의 기체 유동에 대해 90°가 아닌 각도로 배향되는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 측면들은 기하학적으로 사실상 평평하거나 또는 평탄하다. 그것은 두 개의 평평한 측면들이 에지를 에워싸는 것을 의미하며, 여기서 에워싸인 에지는 두 개의 평평한 측면들을 연결하는 본질적으로 직선이라고 정의된다. 에워싸인 에지가 - 제조상의 이유로 인해 - 직선 방향으로 연장하는 약간 둥그스름한 형상을 포함하는 것도 물론 가능하다. 측면들은, 예를 들어 직사각형 또는 정사각형과 같은 어떤 적합한 형상이든 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 장착 매트는 두 개의 평평한 측면들이 에워싸는 에지를 그것이 - 적어도 부분적으로 - 덮게 하는 형상을 갖는다. 제각기 평평한 측면을 위한 장착 매트를 갖는 대신에, 장착 매트는 그것들이 단지 하나가 아닌 더 많은 평평한 측면을 덮을 수 있게 하는 형상을 갖는다. 이것은 하나의 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 위해 요구되는 장착 매트의 수를 감소시킬 수 있다. 더 적은 장착 매트가 요구되면, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하기 위한 더 적은 단계가 또한 요구된다. 이것은 생산 공정에서 시간 및 비용을 절감한다. 에워싸인 에지를 적어도 부분적으로 덮는다는 것은, 장착 매트가 전면으로부터 후면까지 연장하고 에워싸인 에지 전체를 덮을 수 있음을 의미한다. 장착 매트가 전면과 후면 사이에서 단지 부분적으로만 연장하는 것도 가능하다. 예를 들어, 장착 매트가 측면과 전면/후면 사이에서 에지까지 완전히 연장하지 않는 것이 가능하다. 그러한 구성은, 조립되는 단계(하우징의 내측의 기재)에서, 장착 매트가 하우징의 외측으로 불룩해지지 않게 하는 것을 돕는다. 다른 한 가능성은, 하나를 초과하는, 예컨대 두 개의 장착 매트가 서로 평행하게 배열되고, 각각의 매트는 에워싸인 에지를 부분적으로 덮는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 장착 매트는 무기 섬유(inorganic fiber)를 포함하는 부직 장착 매트(non-woven mounting mat)이다. 일반적으로, 가요성 및 내열성이 있으며 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 기재를 정위치에 파지하고 기재 둘레의 면적을 밀폐하여 기재를 격리시킬 수 있는, 모든 보편적으로 알려진 장착 매트가 사용될 수 있다. 보편적으로 알려진 장착 매트는 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함한다. 장착 매트는 발포성 매트 또는 비-발포성 매트일 수 있다. 그것이 발포성 매트이면, 그것은 질석 또는 흑연과 같은 발포제를 포함할 수도 있다. 장착 매트를 압축하기 위해, 접합제가 사용될 수 있거나 및/또는 그것이 예를 들어 바늘로 꿰매기와 같은 기계적 공정에 의해 압축될 수 있다.
본 발명의 다른 한 양태에 따르면, 기재는 세라믹 기재이다. 어떤 공지의 세라믹 기재든 본 발명에 사용될 수 있다. 기재의 응용에 따라, 예를 들어 플로-스루 특성 또는 월-플로 특성을 제공할 수 있다. 그것들은 기재 상에 코팅되거나 또는 기재에 합체되는 촉매를 포함할 수 있다.
오염 억제 요소가 촉매 담체이면, 기재는 촉매 코팅된 세라믹 기재 또는 오산화바나듐 등 작용 입자와 같은 촉매를 포함하는 세라믹 기재일 수 있다. 이 경우에, 세라믹 기재는 예를 들어 오산화바나듐 및 산화텅스텐을 갖는 이산화티타늄을 포함할 수 있다. 오염 억제 요소가 디젤 미립자 필터이면, 기재는 탄화규소, 알루미늄 티탄염 또는 근청석을 포함할 수 있다. 기재가 벌집 모양 촉매이면, 그것은 산화티타늄, 산화텅스텐 및 오산화바나듐을 포함할 수 있다. 기재의 요구되는 기계적 강도는 예를 들어 유리 섬유를 첨가함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 기재는 전면과 후면 사이에서 연장하는 네 개의 평평한 측면을 포함할 수 있고, 기재는 사각형으로 나뉜 단면을 포함할 수 있다. 네 개의 평평한 측면은 모두 동일한 형상을 포함할 수 있다. 그것들은 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 네 개의 평평한 측면들 중 적어도 두개가 동일한 형상을 포함하는 것도 가능하다.
장착 매트는 그것이 두 개의 평평한 측면을 적어도 부분적으로 덮고(2면이 감겨진 기재), 기재의 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 에지(에워싸인 에지)를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 가질 수 있다. 모든 가능한 구성은 장착 매트가 두 개의 평평한 측면들을 적어도 부분적으로 덮고 두 개의 평평한 측면 사이의 에지를 적어도 부분적으로 덮을 것이 요구될 것으로 생각된다. 장착 매트는, 예를 들어 에워싸인 에지로부터 각각 인접한 에지까지는 두 개의 평평한 측면의 폭 전체를 따라, 그리고 전면으로부터 후면을 향해서는 기재의 길이 전체를 따라 연장할 수 있다. 다른 한 선택사양은, 본 발명에 따른 장착 매트가 두 개의 평평한 측면 사이의 에지(에워싸인 에지)에 관해서는 기재의 길이 전체를 따라 연장하지만, 예컨대 에워싸인 에지로부터 평평한 측면들의 중간을 향해서는 기재의 폭 및 두 개의 평평한 측면들의 일부만을 덮는 것이다. 한 측면은 완전히 덮이고 다른 측면은 부분적으로 덮이는 것도 가능하다.
장착 매트는 그것이 세 개의 평평한 측면을 적어도 부분적으로 덮고(3면이 감겨진 기재), 기재의 제각기 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 두 개의 에지(에워싸인 에지)를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 가질 수 있다. 모든 가능한 구성은 장착 매트가 세 개의 평평한 측면을 적어도 부분적으로 덮고 제각기 두 개의 평평한 측면 사이의 두 개의 에지를 적어도 부분적으로 덮는 것을 요구할 것으로 생각된다. 장착 매트는, 예를 들어 에워싸인 에지로부터 인접한 에지까지는 세 개의 평평한 측면의 폭 전체를 따라 연장하고 전면으로부터 후면을 향해서는 기재의 길이 전체를 따라 연장할 수 있다. 다른 한 선택사양은, 본 발명에 따른 장착 매트가 세 개의 평평한 측면 사이의 두 개의 에지(에워싸인 에지)에 대해서는 기재의 길이 전체를 따라 연장하지만, 두 개의 외측의 평평한 측면의 일부만을 덮는 것이다. 평평한 측면들 중 하나 또는 두개는 완전히 덮이고, 잔여 측면들은 부분적으로 덮이는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 한 실시형태에 따르면, 장착 매트는 기재의 인접한 에지까지 에지를 에워싸는 두개 또는 세 개의 완전한 평평한 측면(2면이 감겨진 또는 3면이 감겨진 기재)을 덮을 수 있다. 완전한 평평한 측면은, 전면으로부터 후면까지 및 에워싸인 에지로부터 인접한 에지까지 평평한 측면의 사실상 완전한 표면에 대해 장착 매트가 연장하는 것을 의미한다. 그럼으로써, 매트는 정확하게 전면으로부터 후면까지 및 두 개의 평평한 측면들 사이의 한 에지로부터 두 개의 평평한 측면들 사이의 다른 에지까지 연장할 수 있다. 하우징 속의 기재와 조립될 때 매트가 압착되는 것을 회피하기 위해 - 이미 위에서 언급한 바와 같이 - 전면과 후면의 각각의 에지에서 공간을 남기는 것도 가능하다.
2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재가 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 생산 공정에서 사전 조립되는 구성요소로서 사용될 수 있다. 그러한 사전 조립되는 구성요소의 경우에, 모든 종류의 상이한 오염 억제 구성, 예컨대 기재들을 열로 배열하는 상이한 방식들을 조립하는 것이 가능하다. 그렇게 하기 위해, 단지 최소량의 상이한 구성요소들, 즉 a) 기재, b) 두 개의 평평한 측면을 적어도 부분적으로 덮고 그것들 사이의 에지를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트, 및 c) 세 개의 평평한 측면을 적어도 부분적으로 덮고 제각기 두 개의 평평한 측면 사이의 두 개의 에지를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트만 요구된다. 요구되는 상이한 부품들의 감소된 수는 전체 생산 공정의 복잡성을 감소시킨다. 그것은 공정 단계의 수 및 조립 공정 동안 부품들을 취급하는 복잡성을 감소시킨다. 이러한 모든 사실은 공정 비용을 감소시키고, 잠재적 작업자 실수의 위험도 감소되므로 공정을 더 신뢰 가능하게 한다.
장착 매트가 인접한 에지 전의 정의된 폭 또는 거리까지만 연장하는 것도 가능하다. 기재의 평평한 측면이 장착 매트로 덮이지 않는 이 공간 또는 수용부는, 예를 들어 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 인접한 기재의 일부 또는 장착 매트를 위한 수용부로서 사용될 수 있다.
장착 매트는 인접한 에지에 대해 연장하고, 조립될 때, 위에서 기술된 수용부에 배치될 수도 있다. 인접한 에지에 대해 연장하는 장착 매트의 부분은 추가적 밀폐 목적으로 사용될 수 있다.
본 발명은 위에서 기술한 바와 같이 장착 매트뿐만 아니라 하나를 초과하는 기재를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기에 관한 것이기도 하다.
본 발명의 한 실시형태에 따르면, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 두 개의 기재의 두 개의 열로 배열되는 네 개의 기재를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 한 실시형태에 따르면, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 세 개의 기재의 세 개의 열로 배열되는 아홉 개의 세라믹 기재를 포함할 수 있다. 이러한 두 가지 구성은 오염 억제 시스템에서 보편적으로 사용되는 기재의 구성이다. 이러한 구성을 위해, 아래는 사전 조립되는 구성요소(2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재)의 요구되는 수를 계산하기 위한 방식이다.
2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 사전 조립되는 구성요소들이 존재하면, 다음은 요구되는 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 수를 계산하기 위한 방식이며: z가 한 열에서의 기재의 수 및 열의 수일 때; x가 3면이 감겨진 기재의 수이며, y가 2면이 감겨진 기재의 수일 때, x는 z의 2 배와 같고, y는 (z - 2)를 z로 곱한 것과 같다.
예를 들어, 한 열의 기재의 수 u 및 기재의 열의 수 v와 같은, 모든 다른 구성도 가능하다. v가 2보다 크면, 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 수는 다음과 같이 계산될 수 있다: x가 3면이 감겨진 기재의 수일 때 및 y가 2면이 감겨진 기재의 수일 때, x는 u + v와 같고, y는 v - x의 u 배와 같다.
본 발명은 단지 한 열의 기재만 갖는 시스템을 포함할 수도 있다. 본 발명은 한 매트로 완전히 감겨진(예컨대 4면이 감겨진) 적어도 하나의 기재를 갖는 시스템을 포함할 수도 있다. 그리고, 본 발명은 장착 매트가 전혀 감기지 않는 적어도 하나의 기재를 갖는 시스템을 포함할 수도 있다.
본 발명은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기 - 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 하나를 초과하는 기재를 포함함 - 를 조립하는 방법에 관한 것이기도 하며, 방법은:
a) 하나를 초과하는 기재 - 기재는 전면, 후면 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면을 포함함 - 를 제공하는 단계;
b) 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 장착 매트를 제공하는 단계;
c) 기재의 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 에지를 적어도 부분적으로 덮도록 기재의 둘레를 매트로 감고 매트를 고정시키는 단계;
d) 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하기 위해 기재가 요구되는 만큼 자주 단계 c)를 반복하는 단계;
e) 모든 기재들의 평평한 측벽이 장착 매트 옆에 배치되도록 감겨진 기재를 서로의 옆에 배치하는 단계; 및
f) 기재를 하우징의 내측에 배치하는 단계를 포함한다.
장착 매트를 고정시키는 것은, 예를 들어 접착제에 의해 행해질 수 있다. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하면서 접착제를 도포하는 것이 가능하다. 예컨대 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하면서 접착제가 액체 접착제의 형태로 도포될 수 있다. 접착제는 테이프(tape), 예컨대 양면 테이프의 형태로 도포될 수도 있다. 테이프는 라이너(liner)를 포함할 수 있다. 그러므로, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하기 위한 구성요소로서의 테이프 및 라이너를 갖는 매트를 갖는 것이 가능할 것이다.
예를 들어 기재를 하우징 속에 채우고 배치하며 기재 둘레의 하우징을 폐쇄한 후, 하우징 등을 용접하는 것과 같은, 하우징의 내측에 기재를 배치하는 모든 전형적 방법이 사용될 수 있다.
이제, 본 발명의 특정한 실시형태를 예시하는 다음의 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세하게 기술할 것이며:
도 1은 본 발명에 따른 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 전면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 사시도이며;
도 3은 기재, 및 세 개의 평평한 측면 및 두 개의 각각의 측면이 에워싸는 에지를 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하고;
도 4는 기재, 및 두 개의 평평한 측면 및 두 개의 각각의 측면이 에워싸는 에지를 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하며;
도 5는 기재, 및 세 개의 평평한 측면 및 두 개의 각각의 측면이 에워싸는 에지를 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 사전 조립되는 구성요소의 다른 한 실시형태이고;
도 6은 기재, 및 두 개의 평평한 측면 및 두 개의 각각의 측면이 에워싸는 에지를 덮게 하는 형상을 갖는 장착 매트를 포함하는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기의 사전 조립되는 구성요소의 다른 한 실시형태이며;
도 7은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 네 개의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하고;
도 8은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하기 위한 방법의 단계들을 개략적으로 도시하며;
도 9는 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 아홉 개의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하고;
도 10은 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 아홉 개의 상이한 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하며;
도 11은 추가적 밀폐 요소를 갖는 도 3의 네 개의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시하고;
도 12는 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 사전 조립되는 구성요소의 추가적 실시형태를 개략적으로 도시하며;
도 13은 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 사전 조립되는 구성요소의 다른 한 실시형태를 개략적으로 도시하고;
도 14는 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 사전 조립되는 구성요소의 또다른 한 실시형태를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서 본 발명의 아래의 다양한 실시형태들이 기술되고 도면에 도시되며, 여기서 유사한 요소들에는 동일한 인용 번호들이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 장착 매트(3)에 의해 감겨진 네 개의 기재(2)를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)를 도시한다. 도 2는 네 개의 기재(2)를 그것들이 도 1의 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)에 배치될 때의 그것들의 장착 매트와 함께 도시한 차원 도면이다. 기재는 전면(2f), 후면(2r) 및 네 개의 측면(4)(여기서, 장착 매트로 덮임)을 포함한다. 다음의 도면을 을 참조하여, 본 발명에 따라 기재(2)가 장착 매트와 감겨지는 방법 및 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)가 조립되는 방법을 설명하겠다.
도 3은 도 1에 도시된 오염 억제 요소 또는 화학 반응기에서 활용되는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)의 사전 조립되는 구성요소(1)를 개략적으로 도시한다. 사전 조립되는 구성요소(1)는 기재(2) 및 장착 매트(3)를 포함한다. 도 3에서, 그것들은 단면도로 도시된다. 기재(2)는 사각형으로 나뉜 단면을 포함한다. 그것은 전면 및 후면(도 2에 도시된 바와 같은)뿐만 아니라 네 개의 평평한 측면(4)을 포함하기도 한다. 장착 매트(3)는 세 개의 평평한 측면(4)을 완전히 덮고 두 개의 각각의 측면(4)이 에워싸는 에지(5)(에워싸인 에지)를 덮게 하는 형상을 갖는다. 기재(2)의 제4 평평한 측면(4)은 장착 매트가 덮지 않는다. 장착 매트(3)는 기재(2)를 그것의 길이 전체에 대해, 전면으로부터 후면까지 덮는다. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기가 조립될 때 장착 매트(3)가 하우징의 밖에서 압착되는 것을 방지하기 위해 전방에서 및 후방에서 약간의 공간을 남기는 것이 가능하다.
도 3에 도시된 것과 달리, 도 4는 장착 매트(3)가, 세개 대신에, 기재(2)의 단지 두 개의 평평한 측면(4)만을 덮는, 도 1에 도시된 바와 같은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)의 사전 조립되는 구성요소(1)를 개략적으로 도시한다. 두 개의 다른 평평한 측면(4)은 장착 매트(3)로 덮이지 않는다.
도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4의 사전 조립되는 구성요소(1)를 개략적으로 도시한다. 도 5 및 도 6의 사전 조립되는 구성요소(1)는, 장착 매트(4)가 기재의 에지를 돌출시키는 한 단부에서 장착 매트(4)가 돌기(8)를 포함한다는 점에서, 도 3 및 도 4에 도시된 것들과 다르다. 도 11 및 도 12를 참조하여 더 상세하게 기술될 것이지만, 돌기는 기재의 조립체를 밀폐하기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 도 3의 사전 조립되는 구성요소(1)의 네개를 개략적으로 도시한다. 상좌측 구성요소(1a)(3면이 감겨진 구성요소)는 장착 매트(3)로 덮이지 않는 하나의 평평한 측면(4a)을 포함한다. 이 평평한 측면(4a)은 도면의 우측으로 지향된다. 모든 다른 측면들은 장착 매트(3a)로 덮여 있다. 상우측 구성요소(1b)는 장착 매트(3)로 덮이지 않는 하나의 평평한 측면(4b)을 포함한다. 이 평평한 측면(4b)은 도면의 하측으로 지향된다. 모든 다른 측면들은 장착 매트(3b)로 덮여 있다. 하좌측 구성요소(1c)는 장착 매트(3)로 덮이지 않는 하나의 평평한 측면(4c)을 포함한다. 이 평평한 측면(4c)은 도면의 상측으로 지향된다. 모든 다른 측면들은 장착 매트(3c)로 덮여 있다. 하우측 구성요소(1d)는 장착 매트(3)로 덮이지 않는 평평한 측면(4d)을 포함한다. 이 평평한 측면(4d)은 도면의 좌측으로 지향된다. 모든 다른 측면들은 장착 매트(3d)로 덮여 있다. 기술되는 배열은 네 개의 기재(2a, 2b, 2c, 2d)의 모든 측부가 조립되는 단계에서 장착 매트(3)에 의해 덮여 있음을 보장한다. 기술되는 배열의 이점은 오염 억제 요소 또는 화학 반응기가 네 개의 동일한 사전 조립되는 구성요소(1a, 1b, 1c, 1d)로 구성될 수 있다는 것이다. 그래서, 조립 공정은 매우 단순하고, 그러므로 비용 절감적이다. 기술된 배열의 다른 한 이점은 부품들의 감소된 수 및 감소된 공정 단계로 인해, 공정이 덜 복잡하고, 그러므로 작업자의 잠재적 실수가 제지될 수 있다는 것이다. 종래기술에 따른 오염 억제 요소 또는 화학 반응기에 비해, 모든 평평한 측벽이 단지 한 층의 장착 매트 재료만으로 덮여 있으므로, 장착 매트를 위한 더 적은 재료가 요구된다. 어떤 추가적 파지 또는 분리 수단도 요구되지 않는다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 따른 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)를 조립하는 한 방법을 개략적으로 도시한다. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)는 하나를 초과하는 기재를 포함한다. 제1 단계로서, 기재(2)가 제공되며, 여기서 기재는 전면, 후면 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 네 개의 평평한 측면(4)을 포함한다 도 8a, 도 8b 및 도 8c에서, 기재(2)의 단지 하나의 단면만 도시된다. 그러므로, 이 도면에서 단지 전면만 도시된다. 도 3을 참조하여 이미 기술된 바와 같이, 기재(2)는 장착 매트(3)에 의해 감겨진다. 장착 매트는 그것이 세 개의 평평한 측면(4)뿐만 아니라, 기재(2)의 제각기 두 개의 평평한 측면(4) 사이의 두 개의 에지를 덮게 하는(3면이 감겨진) 형상을 갖는다. 장착 매트(3)는 적절한 수단에 의해, 예컨대 접착제에 의해 기재(2)에 고정된다. 위에서 기술된 단계들은 네 개의 기재(2)가 기재(2)의 세 개의 평평한 측면(4) 상에서 장착 매트(3)로 감겨질 때까지 네 번 반복된다. 각각의 기재(2)는 장착 매트(3)로 덮이지 않는 하나의 평평한 측면(4)을 제공한다. 네 개의 동일한 사전 조립되는 구성요소를 사용하는 대신에, 발생할 수 있을 중간의 개구를 밀폐하기 위해. 도 7에 도시된 바와 같이 세 개의 동일한 구성요소 및 도 5에 도시된 바와 같이 돌기(8)를 갖는 하나의 사전 조립되는 구성요소를 사용하는 것도 가능하다.
오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하는 방법의 다음 단계로서, 모든 기재들의 평평한 측벽이 장착 매트, 그 특정한 기재에 고정된 장착 매트(3)의 일부 또는 인접한 기재의 장착 매트의 일부의 옆에 배치되도록, 사전 조립되는 구성요소(감겨진 기재)가 서로의 옆에 배치된다. 그렇게 하는 하나의 가능성이 도 7을 참조하여 기술되었다.
끝으로, 둘레가 장착 매트(3)로 감겨진 모든 기재(2)는 적절한 하우징(6)의 내측에 배치된다. 하우징의 내측에 배치하는 것은, 기재 둘레의 하우징을 채우고, 밀봉하고, 폐쇄하며, 예컨대 용접함으로써 그것을 고정시키는 것과 같은, 기재(2)를 하우징(6)에 배치하는 모든 일반적으로 알려진 방법들에 의해 행해질 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 장착 매트(3)를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 아홉 개의 사전 조립되는 구성요소를 개략적으로 도시한다. 도 9의 조립체는 도 7에 도시된 조립체 - 네 개의 사전 조립되는 구성요소들 각각은 3면이 감겨진 기재(2)를 포함함 - 에 의해 시작되며, 도 7뿐만 아니라, 도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하여 이미 기술되었다. 네 개의 3면이 감겨진 기재(2) 외에, 도 9의 조립체는 세 개의 2면이 감겨진 기재(2'') 및 두 개의 3면이 감겨진 기재(2''')를 포함한다. 다시 말해서, 기재는 각각의 평평한 측벽이 장착 매트(3)의 적어도 일부, 그 특정한 기재에 고정되는 장착 매트(3)의 일부 또는 인접한 기재의 장착 매트의 일부에 의해 덮이도록 배열된다. 좌측으로부터 우측으로 상측 열은 먼저 3면이 감겨진 기재(2''') 및 그 후 두 개의 2면이 감겨진 기재(2'')를 포함하고; 제2 열은 세 개의 3면이 감겨진 기재를 포함하며, 제3 열은 먼저 2면이 감겨진 기재(2'') 및 그 후 두 개의 3면이 감겨진 기재(2''')를 포함한다. 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재가 배열되는 방식은 다를 수 있지만, 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 수는 동일하게 유지된다.
다음은 요구되는 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 수를 계산하기 위한 방식이며, 한 열에 있는 기재들과 동일한 수의 열을 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(사각형으로 나뉜 조립체)라면:
z가 한 열에 있는 기재의 수 및 열의 수일 때; x가 3면이 감겨진 기재의 수일 때, 그리고 y가 2면이 감겨진 기재의 수일 때, x는 z의 2 배와 같고, y는(z - 2)에 z를 곱한 것과 같다.
도 9에 도시된 조립체의 경우, 이것이 의미하는 것은:
z = 3, 그러므로
x = 2 x 3 = 6 (3면이 감겨진 기재(2''')), 그리고
y =(3-2) x 3 = 3 (2면이 감겨진 기재(2'')).
정사각형이 아닌 구성의 경우, 열의 수가 2보다 많으면, 2면이 감겨진 기재 및 3면이 감겨진 기재의 수를 계산하기 위해 다음의 수학식이 사용될 수 있다:
u는 한 열에서의 기재의 수이고,
v는 열의 수이며,
x는 3면이 감겨진 기재의 수이고,
y는 2면이 감겨진 기재의 수이며,
x = u + v, 그리고
y = u * v - x.
도 13에 도시된 조립체의 경우, 이것이 의미하는 것은:
u = 4, 그리고
v = 3, 그러므로
x = 4 + 3 = 7 (3면이 감겨진 기재(2''')), 그리고
y = 4 * 3 - 7 = 5 (2면이 감겨진 기재(2'')).
도 10은 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 아홉 개의 상이한 사전 조립되는 구성요소를 갖는 조립체의 다른 한 실시형태를 개략적으로 도시한다. 이 실시형태에서는, 장착 매트(3)가 없는 하나의 기재(2)와 마찬가지로, 단지 한 종류의 사전 조립되는 구성요소 - 3면이 감겨진 기재(2''') - 만 사용된다. 장착 매트(3)로 감기지 않은 기재(2)가 중간에 배치된다. 3면이 감겨진 기재(2''')는 장착 매트(3)를 갖지 않는 기재(2)의 둘레에 배치된다. 3면이 감겨진 기재(2''')는 장착 매트(4)로 덮이지 않는 제각기 평평한 측면(4)이 인접한 3면이 감겨진 기재(2''')를 향해 대면하도록 배향된다. 그래서, 모든 기재(2, 2''')의 모든 평평한 측면들이 장착 매트(4)의 적어도 일부에 의해 덮인다.
기재들의 공차 및 장착 매트들의 형상에 따라, 감겨진 기재들을 서로의 옆에 배치한 후, 기재들/장착 매트들 사이에 공간 또는 공간들이 존재하는 것이 가능하고, 그것은 밀폐될 것을 요구한다. 그러한 공간을 위한 가능한 면적은 네 개의 감겨진 기재 또는 사전 조립되는 구성요소들이 서로 닿는 면적일 수 있다. 이 공간을 밀폐하기 위해, 밀폐 재료의 추가적 조각 - 예컨대 롤로부터의 좁은 인터람(Interam ™) 밴드를 사용하는 것이 가능하다. 이 재료는, 공간을 충분히 밀폐하기 위해, 예를 들어 롤로부터 우측 길이/폭으로 절단될 수 있다. 밀폐 목적으로 추가적 재료를 사용하는 이점은, 예를 들어 중심이 완전히 채워지고 밀폐될 수 있다는 것이다.
별도의 조각의 밀폐 재료를 사용하는 대신에, 장착 매트(4)가 한 단부에서 기재를 연장시키는(연장부(8)), 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 사전 조립되는 구성요소가 사용될 수 있다. 이것은 조립 전이 도 11에 도시되고, 조립 후가 도 12에 도시된다.
도 14는 본 발명에 따른 장착 매트를 갖는 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 구성하기 위해 하우징에 배치되는 것과 같이 배향되는 사전 조립되는 구성요소의 다른 한 실시형태를 도시한다. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 네 개의 기재들 중 한 열을 포함한다. 모든 네 개의 기재는 3면이 감겨진 기재이다. 장착 매트가 덮지 않는 오른손 쪽의 기재의 측면은, 예를 들어 단지 한 측면을 덮기 위한 형상을 갖는 장착 매트로 덮일 수 있다. 모두 네 개의 측부 상에서 장착 매트 상에 덮이는 기재를 3면이 감겨진 기재의 대신에 오른손 쪽의 기재로서 이용하는 것도 가능하다.

Claims (15)

  1. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기(10)의 기재를 파지하는 장착 매트(mounting mat)로서, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 하나를 초과하는 기재(2)를 포함하고, 기재는 전면(2f), 후면(2r), 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면(4)을 포함하며, 장착 매트(3)는 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 에지(5)를 그것이 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는, 장착 매트.
  2. 제1항에 있어서, 장착 매트(3)는 무기 섬유를 포함하는 부직 장착 매트인, 장착 매트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기재(2)는 세라믹 기재(ceramic substrate)인, 장착 매트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기재(2)는 전면(2f)과 후면(2r) 사이에서 연장하는 네 개의 평평한 측면(4)을 포함하고, 기재는 사각형으로 나뉜 단면을 포함하는, 장착 매트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 매트(3)는 그것이 두 개의 평평한 측면(4)을 적어도 부분적으로 덮고, 기재(2)의 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 에지(edge)(5)를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는, 장착 매트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 매트(3)는 그것이 세 개의 평평한 측면(4)을 적어도 부분적으로 덮고, 기재의 제각기 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 두 개의 에지(5)를 적어도 부분적으로 덮게 하는 형상을 갖는, 장착 매트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 매트(4)는 기재의 인접한 에지(5)까지 에지(5)를 에워싸는 완전한 두 개의 또는 세 개의 평평한 측면(4)을 덮는, 장착 매트.
  8. 제7항에 있어서, 장착 매트(4)는 기재(2)의 인접한 에지(5)에 대해 연장할 수 있는, 장착 매트.
  9. 하나를 초과하는 기재(2)와 함께, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 장착 매트(4)를 포함하는, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  10. 제9항에 있어서, 오염 억제 요소(10)는 두 개의 기재로 된 두 개의 열로 배열되는 네 개의 기재(2)를 포함하는, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 오염 억제 요소(10)는 세 개의 기재로 된 세 개의 열로 배열되는 아홉 개의 기재(2)를 포함하는, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 기재(2) 사이에 단지 하나의 장착 매트(4)만 배치된, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 한 열의 기재(2)의 수는 열의 수와 동일한, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  14. 제13항에 있어서,
    z가 한 열의 기재의 수 및 열의 수일 때;
    x가 3면이 감겨진 기재의 수일 때; 그리고
    y가 2면이 감겨진 기재의 수일 때;
    x는 z의 2 배와 같고, y는 (z - 2)에 z를 곱한 것과 같거나,
    또는
    u가 한 열의 기재의 수일 때,
    v가 열의 수일 때,
    x가 3면이 감겨진 기재의 수일 때
    y가 2면이 감겨진 기재의 수일 때
    x는 u + v와 같고, y는 u * v - x와 같은, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기.
  15. 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립하는 방법으로서, 오염 억제 요소 또는 화학 반응기는 하나를 초과하는 기재를 포함하고, 방법은,
    a) 하나를 초과하는 기재 - 기재는 전면, 후면, 및 전면과 후면 사이에서 연장하는 적어도 세 개의 평평한 측면을 포함함 - 를 제공하는 단계;
    b) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 장착 매트를 제공하는 단계;
    c) 매트가 기재의 두 개의 평평한 측면이 에워싸는 에지를 적어도 부분적으로 덮도록 매트를 기재의 둘레에 감고 매트를 고정시키는 단계;
    d) 기재가 오염 억제 요소 또는 화학 반응기를 조립할 것이 요구되는 만큼 자주 단계 c)를 반복하는 단계;
    e) 모든 기재들의 평평한 측벽이 장착 매트의 옆에 배치되도록 감겨진 기재들을 서로의 옆에 배치하는 단계; 및
    f) 하우징의 내측에 기재를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
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