KR20120074284A - 다층 매트 및 배기 가스 처리 장치 - Google Patents

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KR20120074284A
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아미트 쿠마르
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유니프랙스 아이 엘엘씨
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Abstract

배기 가스 처리 장치의 하우징내에 촉매 지지 구조물을 장착하기 위한 하이브리드 장착 매트이다. 배기 가스 처리 장치는 외부 하우징, 취성 촉매 지지 구조물, 및 상기 하우징과 상기 취성 촉매 지지 구조물 사이의 틈에 배치되는 장착 매트를 포함한다. 추가로, 하이브리드 장착 매트를 제조하고 또한 이러한 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제조하는 방법이 기재되어 있다.

Description

다층 매트 및 배기 가스 처리 장치 {MULTIPLE LAYER MAT AND EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE}
자동차 배기 시스템에 사용되는 촉매 변환기 또는 디젤 미립자 트랩과 같은 배기 가스 처리 장치에 사용하는 매트가 제공된다. 이러한 매트는, 취성 일체물 (fragile monolith) 을 배기 가스 처리 장치의 외부 하우징내에 장착하기 위한 장착 매트로서 또는 배기 가스 처리 장치의 단부 원뿔의 단열재로서 사용될 수 있다.
배기 가스 처리 장치는 엔진 방출물로부터 대기 오염을 저감시키도록 자동차에 사용된다. 광범위하게 사용되는 배기 가스 처리 장치의 예로는 촉매 변환기, 디젤 미립자 트랩을 포함한다.
자동차 엔진의 배기 가스를 처리하는 촉매 변환기는 하우징, 일산화탄소와 탄화수소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 달성하기 위해 사용되는 촉매를 유지하는 취성 촉매 지지 구조물, 및 하우징 내에 취성 촉매 지지 구조물을 탄성적으로 유지하도록 하우징의 내부면 및 취성 촉매 지지 구조물의 외부면 사이에 배치되는 장착 매트를 포함한다.
디젤 엔진에 의해 생성되는 오염물을 제어하기 위한 디젤 미립자 트랩은, 일반적으로 하우징, 디젤 엔진 방출물로부터 미립자를 포집하는 취성 미립자 필터 또는 트랩, 및 하우징 내에 취성 필터 또는 트랩 구조물을 탄성적으로 유지하도록 하우징의 내부면과 필터 또는 트랩의 외부면 사이에 배치되는 장착 매트를 포함한다.
취성 구조물은 일반적으로 산화알루미늄, 이산화규소, 산화마그네슘, 지르코니아, 코디어라이트, 및 탄화규소 등과 같은 취성의 세라믹 재료 또는 취성의 금속 재료로 제조되는 일체 구조물 (monolithic structure) 을 포함한다. 이러한 재료는 복수의 가스 유동 채널을 가진 골조형 구조물을 제공한다. 이러한 일체 구조물은 취성이어서 작은 충격 부하 또는 응력에도 균열 또는 파괴되기에 충분할 수 있다. 열적 및 기계적 충격 및 전술한 바와 같은 다른 응력에 대하여 취성 구조물을 보호하고 뿐만 아니라 단열 및 가스 시일을 제공하기 위해서, 취성 구조물 및 하우징 사이의 틈에 장착 매트가 위치된다.
사용되는 장착 매트의 재료는 취성 구조물 제조사 또는 배기 가스 처리 장치 제조사에 의해 제시된 다수의 설계 또는 물리적 요건 중 어떠한 것도 만족시킬 수 있어야 한다. 예를 들어, 배기 가스 처리 장치가 광범위한 온도 변동을 받아, 취성 구조물에 비하여 금속 하우징에 상당한 팽창 및 수축을 유발하여서, 결국 기간에 걸쳐 장착 매트에 대하여 상당한 압축 및 해제 사이클을 유발할 때라도, 장착 매트의 재료는 취성 구조물에 유효 잔류 유지압 (effective residual holding pressure) 을 가할 수 있어야 한다.
배기 가스 처리 장치에 사용되는 세라믹 및 금속 기재는 무기 섬유계 장착 매트를 가진 금속 하우징 내에 대부분 장착된다. 이러한 장착 매트의 재료는 무기 섬유만을 포함할 수도 있다. 하지만, 장착 매트의 재료는 또한 다른 유형의 섬유, 유기 바인더, 무기 바인더 및 팽창성 재료 (intumescent materials) 를 포함할 수도 있다.
장착 매트는 기재의 위치를 효과적으로 유지하도록 광범위한 작동 온도에 걸쳐 기능하여야 한다. 기재는 진동으로 인해 이 기재에 작용하는 축방향 힘을 받게 된다. 장착 매트는 또한 금속 하우징이 기재 자체보다 다소 팽창하는 것을 보상해준다. 다양한 배기가스 처리 장치는 대기 조건, 약 20℃ ~ 약 1200℃ 의 온도 범위에 걸쳐 작동한다. 그리하여, 장착 매트는 이러한 광범위한 온도 범위에 걸쳐 강력한 유지압 성능을 제공하여야 한다.
어떠한 상업적으로 이용가능한 비팽창성 장착 매트는, 통상적으로 법규 (regulations) 에 맞도록 큰 직경의 비통기성 (non-respirable) 섬유를 사용한다. 하지만, 큰 직경의 비통기성 섬유만을 포함하는 장착 매트는 바람직하지 않은 높은 열전도 특성을 가진다.
상업적으로 이용가능한 생분해성 무기 섬유는 비교적 작은 직경을 가지고 또한 비교적 낮은 열전도성을 나타낸다.
이 산업분야에서는, 높은 작동 온도에 사용될 수 있고 또한 낮은 열전도성을 나타내는 배기 가스 처리 장치용 장착 매트가 필요하다.
생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 층에 인접하고 또한 상기 생분해성 무기 섬유와는 상이한 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하는 배기 가스 처리 장치를 위한 장착 매트가 개시되어 있다.
어떠한 실시형태에 따르면, 상기 장착 매트는, 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 평균 직경보다 큰 제 2 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다.
어떠한 실시형태에 따르면, 상기 장착 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 비통기성 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다.
하우징; 상기 하우징내에 탄성적으로 장착되는 취성 구조물; 및 상기 하우징과 상기 취성 구조물 사이에 배치되는 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 개시되어 있고, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 층에 인접하고 또한 상기 생분해성 무기 섬유와는 상이한 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 매트는 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 평균 직경보다 큰 제 2 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 하우징에 인접하게 배치되며, 상기 제 2 층은 상기 취성 구조물에 인접하게 위치된다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 비통기성 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다.
하우징; 상기 하우징내에 탄성적으로 장착되는 취성 구조물; 상기 하우징과 상기 취성 구조물 사이의 틈에 배치되는 장착 매트; 이중벽 단부 원뿔 하우징; 및 상기 단부 원뿔 하우징의 벽들 사이에 배치되는 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 추가로 기재되어 있고, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 층에 인접하고 또한 상기 생분해성 무기 섬유와는 상이한 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층은 상기 외부 원뿔 하우징에 인접하게 배치되고, 상기 제 2 층은 상기 내부 원뿔 하우징에 인접하게 배치된다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 장착 매트는 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 상기 제 1 평균 직경보다 큰 제 2 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 외부 원뿔 하우징에 인접하게 배치되며, 상기 제 2 층은 상기 내부 원뿔 하우징에 인접하게 위치된다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 비통기성 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다.
외부 금속 원뿔; 내부 금속 원뿔; 및 단부 원뿔 하우징의 벽들 사이에 배치되는 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 위한 단부 원뿔이 추가로 기재되어 있고, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층; 및 상기 제 1 층에 인접하고 또한 상기 생분해성 무기 섬유와는 상이한 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층은 상기 외부 원뿔 하우징에 인접하게 배치되고, 상기 제 2 층은 상기 내부 원뿔 하우징에 인접하게 배치된다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 장착 매트는 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 상기 제 1 평균 직경보다 큰 제 2 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 외부 원뿔 하우징에 인접하게 배치되며, 상기 제 2 층은 상기 내부 원뿔 하우징에 인접하게 위치된다. 어떠한 실시형태에 따라서, 상기 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 비통기성 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다.
하이브리드 매트는 배기 가스 처리 장치에 사용하기 위한 다층 장착 매트를 포함할 수 있다. 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층 및 이 제 1 층의 생분해성 무기 섬유와 상이한 화학적 조성의 무기 섬유로 된 별도의 별개층을 포함할 수 있다.
다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 별도의 별개층 및 다층 매트를 형성하도록 인접하여 접촉하게 되고 또한 이 제 1 층의 생분해성 무기 섬유와 상이한 화학적 조성의 무기 섬유로 된 제 2 별도의 별개층을 포함할 수 있다. 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 별도의 별개층 및 다층 매트를 형성하도록 어떠한 적절한 수단에 의해 함께 연결되고 또한 이 제 1 층의 생분해성 무기 섬유와 상이한 화학적 조성의 무기 섬유로 된 제 2 별도의 별개층을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 따라서, 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층을 형성한 다음에 이 제 1 층의 생분해성 무기 섬유와 상이한 화학적 조성의 무기 섬유로 된 제 2 별개층을 상기 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층에 직접 형성함으로써 달성될 수 있다.
다층 장착 매트는 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 상기 제 1 평균 직경과 상이한 제 2 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다. 어떠한 실시형태에 있어서, 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층 및 상기 장착 매트의 제 1 층의 생분해성 섬유의 평균 직경보다 큰 평균 직경으로 된 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함한다. 다층 장착 매트는 취성 구조물, 예를 들어 취성 일체 촉매 지지 기재 또는 디젤 미립자 필터 등의 취성 구조물의 외부면과 하우징의 내부면 사이에 배치된다. 다른 실시형태에 따라서, 다층은 배기 가스 처리 장치의 단부 원뿔의 2 개의 하우징 사이에 배치되는 단열재로서 사용될 수도 있다.
어떠한 실시형태에 따라서, 다층 장착 매트는 약 6 미크론 미만의 평균 직경을 가진 섬유로 된 제 1 층 및 약 6 미크론 초과의 평균 직경을 가진 섬유로 된 제 2 층을 포함할 수 있다.
어떠한 예시적인 실시형태에 따라서, 다층 장착 매트는 약 6 미크론 미만의 평균 직경을 가진 생분해성 무기 섬유의 제 1 층 및 이 제 1 층의 생분해성 무기 섬유와 상이한 화학적 조성의 졸-겔 유도된 무기 섬유의 제 2 층을 포함할 수 있고, 상기 제 2 층의 섬유는 약 6 미크론 초과의 평균 직경을 가진다. 장착 매트는, 섬유의 제 2 층이 취성 구조물에 인접하여 배치되고 또한 생분해성 무기 섬유의 층이 외부 금속 하우징의 내부면에 인접하여 배치되도록 배기 가스 처리 장치내에 배치될 수 있다.
어떠한 예시적인 실시형태에 따라서, 다층 장착 매트는 약 6 미크론 미만의 평균 직경을 가진 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층 및 약 6 미크론 초과의 평균 직경 및 제 1 층의 열전도도보다 큰 열전도도를 가진 비통기성 무기 섬유로 된 제 2 층을 포함할 수 있다. 장착 매트는, 섬유의 제 2 층이 취성 구조물에 인접하여 배치되고 또한 생분해성 무기 섬유의 층이 외부 금속 하우징의 내부면에 인접하여 배치되도록 배기 가스 처리 장치내에 배치될 수 있다.
배기 가스 처리 장치는, 일반적으로 하우징, 상기 하우징내에 배치되는 취성 구조물, 및 하우징과 이 하우징내에 적절하게 배치된 취성 일체물을 탄성적으로 유지하는 취성 구조물 사이에 배치되는 다층 장착 매트를 포함한다. 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층 및 장착 매트의 제 1 층에서 생분해성 무기 섬유의 평균 직경보다 큰 평균 입경을 가진 무기 섬유로 된 제 2 층을 포함할 수 있다. 다층의 제 1 층은 하우징의 내부면에 인접하여 배치될 수 있고, 제 2 층은 취성 구조물의 외부면에 인접하여 배치될 수 있다.
배기 가스 처리 장치를 위한 단부 원뿔이 더 기재되어 있다. 단부 원뿔은 외부 금속 원뿔 하우징, 내부 금속 원뿔 하우징, 및 단부 원뿔 하우징들사이에 배치된 다층 절연 매트를 포함한다. 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층 및 장착 매트의 제 1 층에서 생분해성 무기 섬유의 평균 직경보다 큰 평균 입경을 가진 무기 섬유로 된 제 2 층을 포함할 수 있다. 다층 매트의 제 1 층은 하우징의 외부면에 인접하여 배치될 수 있고, 제 2 층은 외부 원뿔 하우징의 내부면에 인접하여 배치될 수 있다.
어떠한 예시적인 실시형태에 따라서, 배기 가스 처리 장치는, 하우징, 상기 하우징내에 배치되는 취성 구조물, 하우징과 이 하우징내에 적절하게 배치된 취성 일체물을 탄성적으로 유지하는 취성 구조물 사이의 틈에 배치되는 장착 매트, 및 이중벽 단부 원뿔 하우징을 포함한다. 다층 장착 매트는 이중벽 단부 원뿔의 내부 및 외부 원뿔 하우징들 사이에 또한 배치된다. 다층 장착 매트는 생분해성 무기 섬유로 된 제 1 층 및 장착 매트의 제 1 층에서 생분해성 무기 섬유의 평균 직경보다 큰 평균 입경을 가진 무기 섬유로 된 제 2 층을 포함할 수 있다. 다층 매트의 제 1 층은 외부 원뿔 하우징의 내부면에 인접하여 배치되고, 제 2 층은 내부 원뿔 하우징의 외부면에 인접하여 배치된다.
어떠한 실시형태에 있어서, 더 큰 직경의 비통기성 무기 섬유를 포함하는 장착 매트의 층은 더 작은 직경의 생분해성 무기 섬유로 된 층에 비하여 더 큰 열전도성을 가진다. 하지만, 더 큰 직경의 비통기성 무기 섬유로 된 층은 더 작은 직경의 생분해성 무기 섬유로 된 층에 비하여 더 높은 온도를 견딜 수 있다. 다층 장착 매트는, 더 큰 직경의 비통기성 무기 섬유로 된 층이 취성 구조물의 외부면에 인접하게 (즉, 촉매 변환기의 취성 촉매 지지 구조물의 외부면에 인접하게 또는 디젤 미립자 트랩의 디젤 미립자 필터의 외부면에 인접하게) 배치되도록 배치된다. 생분해성 무기 섬유로 된 층은 배기 가스 처리 장치의 외부 하우징의 내부면에 인접하게 배치된다. 그리하여, 더 큰 직경의 비통기성 무기 섬유로 된 층은 "고온측 (hot side)" 과 상호작용하고, 더 작은 직경의 생분해성 무기 섬유로 된 층은 장치의 외부 하우징에 인접하게 "저온측 (cold side)" 과 상호작용한다. 취성 구조물에 인접한 층의 더 큰 직경의 무기 섬유는 취성 구조물의 경계면에서 (즉, 취성 촉매 지지 구조물 또는 디젤 미립자 필터 및 큰 직경의 비통기성 섬유로 된 층 사이의 경계에서) 발생하는 더 높은 온도를 견딜 수 있다. 그리하여, 다층 장착 매트는 "생 (green)" 섬유 (즉, 비통기성 및/또는 생분해성 섬유) 에 관련된 규칙을 따르는 무기 섬유로 된 층을 포함한다. 다층 장착 매트는, 적절하게 낮은 열전도도를 유지하면서, 촉매 변환기 및 디젤 미립자에서 경험하는 바와 같이, 배기 가스 처리 장치의 정상 작동시 발생하는 높은 작동 온도에서 유용하다.
기재는 배기 물질을 개질하는 배기 가스 처리 장치의 구성품이다. 기재를 포함할 수 있는 다양한 종류의 배기 가스 처리 장치가 있다. 일 유형의 배기 가스 처리 장치로는 촉매 변환기이다. 촉매 변환기의 활성부는 일산화탄소와 탄화수소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 촉진시키도록 촉매로 코팅된 또는 촉매로 함침된 기재를 포함하여, 배기 스트림에서의 바람직하지 않은 연소 생성물을 제거한다.
기재 일체물은 통상적으로 타원형 또는 둥근형 단면 형상이지만 다른 형상도 가능하다. 기재는, 사용된 장치의 종류 및 구성, 예를 들어 촉매 변환기, 디젤 촉매 구조물 또는 디젤 미립자 트랩에 따라서 변할 수 있는 틈의 폭 간격만큼 하우징으로부터 이격된다. 일부 실시형태에서, 상기 틈은 적어도 약 0.05 inch (1.27 ㎜) 일 수 있고, 다른 실시형태에서 상기 틈은 최대 약 1 inch (25.4 ㎜) 일 수 있다. 상기 틈의 폭은 통상적으로 약 3 ㎜ ~ 약 25 ㎜ 범위일 수 있고, 상업적으로 통상적인 폭은 약 3 ㎜ ~ 약 8 ㎜ 범위이다. 기재 장착 시스템은 외부 환경에 대한 단열 및 세라믹 일체 기재에 대한 기계적인 지지 둘 다를 제공하도록 상기 공간에 배치되어, 기계적인 충격으로 인한 손상으로부터 기재를 보호한다.
디젤 미립자 필터는 다른 유형의 배기 가스 처리 장치이다. 디젤 미립자 필터의 활성부는 필터로서 작용하는 기재를 포함한다. 디젤 미립자 트랩은 1 개 이상의 다공성 관형 또는 허니콤형 구조물 (하지만 일 단부에서 폐쇄되는 채널을 구비함) 를 포함할 수 있고, 이러한 구조물은 내열성 재료에 의해 하우징내에 장착된다. 미립자는, 통상적으로 고온 연소 프로세스에 의해 재생될 때까지, 다공성 구조물에서 배기 가스로부터 포집된다.
다른 유형의 배기 가스 처리 장치로는 선택적인 촉매 환원 유닛이다. 선택적인 촉매 환원 유닛의 활성부는 배기 스트림에서의 화학적 환원 및 바람직하지 않은 생성물의 제거를 개선하도록 촉매로 피복된 기재를 포함한다.
다른 유형의 배기 가스 처리 장치로는 NOx 트랩이다. 이 NOx 트랩의 활성부는 알칼리 또는 알칼리 토류 물질을 포함하는 촉매 기재를 포함한다. 이 트랩은 주기적으로; "흡인 (sorbtion)" 프로세스 및 "재생" 프로세스 사이의 주기로 작동한다. 흡인시, 기재는 NOx 종류를 흡인하고 질산염 종류로서 촉매 기재의 표면상에서 이러한 종류를 포획한다. 재생시, NOx 트랩에 환원 물질이 도입되고, 질산염 종류는 기재로부터 제거되고 질소로 환원된다.
본원의 장착 시스템에 대한 비자동차 분야로서는 화학 산업 배출 (배기) 적층체를 위한 촉매 변환기를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
배기 가스 처리 장치에서, 기재는 실질적으로 대기 온도 (약 20℃) 이상의 온도에서 작동할 수 있다. 비한정적으로, 배기 가스 처리 장치의 어떠한 실시형태를 위한 작동 온도는 약 1000℃ 이다. 작동시 실질적으로 상승된 온도로 인해, 기재는 통상적으로 우수한 내열성: 매우 높은 용융점 및 매우 낮은 열팽창계수를 가진 재료를 포함한다. 이러한 특성을 가진 많은 재료는 광범위하게 다양한 세라믹, 텅스텐, 레늄 및 보다 외래적인 (exotic) 재료를 포함한다. 우수한 내열성을 나타내는 매우 통상적인 재료 중 일 그룹은 세라믹이다. 배기 가스 처리 장치 기재는 통상적으로, 취성 재료, 예를 들어 취성, 내화성 세라믹 재료로 형성되는 일체 구조물, 예를 들어 산화알루미늄, 이산화규소, 산화마그네슘, 지르코니아, 코디어라이트, 탄화규소 등을 포함하고, 이에 한정되지 않는다.
많은 공통의 세라믹 특성은 낮은 인성이다. 즉, 많은 세라믹은 경질이거나, 단단하거나 또는 경질이면서 단단한 반면, 세라믹은 낮은 인성을 나타내고 또한 낮은 변형 레벨에서 파괴되는 경향을 가진다. 이는, 열 주기 동안 배기 가스 처리 장치에 의해 통상적으로 겪게 되는 기계적 부하 조건에서 세라믹 성분이 균열되거나 파괴되기 쉽도록 한다. 그리하여, 기재를 보호하기 위한 수단을 포함하는 것은 통상적이다.
하우징은 기재를 적어도 부분적으로 둘러싸거나 또는 덮는 중공체이다. 하우징은 기재를 손상시킬 수 있는 충격, 비틀림, 인장, 압축 또는 다른 기계적 부하로부터 기재를 보호한다. 어떠한 실시형태에 있어서, 하우징은 얇은 쉘을 포함한다. 하우징은 양호한 내열성: 높은 용융점 및 높은 내열성을 가진 재료를 포함한다. 배기 가스 처리 장치 하우징을 구성하는 재료는, 통상적으로 일체물보다 낮은 내열성, 일체물보다 높은 열팽창 계수 및 일체물보다 높은 내충격성을 가진 연성 재료이다. 비한정적으로, 어떠한 실시형태에 있어서, 배기 가스 처리 장치 하우징은 금속 또는 금속 합금, 예를 들어 내고온성 강을 포함한다.
"생분해성" 무기 섬유라는 용어는, 생리학적 매체 또는 시뮬레이팅된 생리학적 매체, 예를 들어 시뮬레이팅된 폐액 (lung fluid) 등에 용해가능하거나 그렇지 않으면 분해가능한 무기 섬유를 말한다. 섬유의 용해도는 시간에 따라서 시뮬레이팅된 생리학적 매체에서의 섬유의 용해도를 측정함으로써 평가될 수 있다. 생리학적 매체에서의 섬유의 생분해성 (즉, 내구성이 없음) 을 측정하는 방법은, Unifrax 에게 허여된 미국특허 제 5,874,375 에 개시되어 있고, 이 특허 문헌은 본원에 참조되었다. 다른 방법은 무기 섬유의 생분해성을 평가하는데 적합하다. 어떠한 실시형태에 따라서, 생분해성 섬유는, 0.1 g 의 샘플로서 37℃ 에서 0.3 ㎖/min 의 시뮬레이팅된 폐액 유동에 노출될 때, 적어도 30 ng/㎠-hr 의 용해도를 나타낸다. 다른 실시형태에 따라서, 생분해성 무기 섬유는, 0.1 g 의 샘플로서 37℃ 에서 0.3 ㎖/min 의 시뮬레이팅된 폐액 유동에 노출될 때, 적어도 50 ng/㎠-hr 의 용해도, 또는 적어도 100 ng/㎠-hr 의 용해도, 또는 적어도 1000 ng/㎠-hr 의 용해도를 나타낼 수 있다.
비한정적으로, 배기 가스 처리 장치용 장착 매트를 준비하는데 사용될 수 있는 생분해성 무기 섬유의 적절한 예로는, 본원에 참조된 미국특허 제 6,953,757 호, 제 6,030,910 호, 제 6,025,288 호, 제 5,874,375 호, 제 5,585,312 호, 제 5,332,699 호, 제 5,714,421 호, 제 7,259,118 호, 제 7,153,796 호, 제 6,861,381 호, 제 5,955,389 호, 제 5,928,075 호, 제 5,821,183 호 및 제 5,811,360 호에 개시된 생분해성 무기 섬유를 포함한다.
어떠한 실시형태에 따라서, 생분해성 알칼리 토류 실리케이트 섬유는 마그네슘 및 실리카의 산화물 혼합물의 섬유화 생성물을 포함할 수도 있다. 이러한 섬유는 일반적으로 마그네슘 실리케이트 섬유라고 한다. 마그네슘 실리케이트 섬유는 일반적으로 약 60 ~ 약 90 중량% 실리카, 0 초과 ~ 약 35 중량% 마그네시아 및 약 5 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함한다. 어떠한 실시형태에 따라서, 알칼리 토류 실리케이트 섬유는 약 65 ~ 약 86 중량% 실리카, 약 14 ~ 약 35 중량% 마그네시아, 0 ~ 약 7 중량% 지르코니아 및 약 5 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함한다. 다른 실시형태에 따라서, 알칼리 토류 실리케이트 섬유는 약 70 ~ 약 86 중량% 실리카, 약 14 ~ 약 30 중량% 마그네시아, 및 약 5 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함한다. 마그네시아 실리케이트 섬유에 대한 더 많은 정보는, 본원에 참조된 미국특허 제 5,874,375 호에서 발견할 수 있다.
적절한 마그네슘 실리케이트 섬유는 Unifrax I LLC (뉴욕주, 나이아가라폴시 소재) 에서 등록 상표 ISOFRAX
Figure pct00001
로 상업적으로 시판되고 있다. 상업적으로 시판되고 있는 ISOFRAX
Figure pct00002
섬유는 일반적으로 약 70 ~ 약 80 중량% 실리카, 약 18 ~ 약 27 중량% 마그네시아 및 약 4 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함한다.
어떠한 실시형태에 따라서, 생분해성 알칼리 토류 실리케이트 섬유는 칼슘, 마그네슘 및 실리카의 산화물 혼합물로 된 섬유화 생성물을 포함할 수도 있다. 이러한 섬유는 일반적으로 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유라고 한다. 어떠한 실시형태에 따라서, 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유는 약 45 ~ 약 90 중량% 실리카, 0 초과 ~ 약 45 중량% 칼시아, 0 초과 ~ 약 35 중량% 마그네시아 및 약 10 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함한다. 통상적으로, 생분해성 칼시아-마그네시아-실리카 섬유는 약 15 ~ 약 35 중량% 칼시아, 약 2.5 ~ 약 20 중량% 마그네시아, 및 약 60 ~ 약 70 중량% 실리카를 포함한다.
유용한 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유는 Unifrax I LLC (뉴욕주, 나이아가라폴시 소재) 로부터 등록 상표 INSULFRAX
Figure pct00003
로 상업적으로 시판되고 있다. INSULFRAX
Figure pct00004
섬유는 일반적으로 약 61 ~ 약 67 중량% 실리카, 약 27 ~ 약 33 중량% 칼시아, 약 2 ~ 약 7 중량% 마그네시아로 된 섬유화 생성물을 포함한다. 다른 적절한 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유로는 Thermal Ceramics (조지아주 오거스타에 소재) 로부터 상표명 SUPERWOOL
Figure pct00005
607 및 SUPERWOOL
Figure pct00006
607 MAX 로 상업적으로 시판되고 있다. SUPERWOOL
Figure pct00007
607 섬유는 약 60 ~ 약 70 중량% 실리카, 약 25 ~ 약 35 중량% 칼시아, 및 약 4 ~ 약 7 중량% 마그네시아 및 미량의 알루미나를 포함한다. SUPERWOOL
Figure pct00008
607 MAX 섬유는 약 60 ~ 약 70 중량% 실리카, 약 16 ~ 약 22 중량% 칼시아, 약 12 ~ 약 19 중량% 마그네시아, 및 미량의 알루미나를 포함한다.
비통기성 섬유로 된 층은 졸-겔 유도된 섬유를 포함할 수 있다. 졸-겔 유도된 섬유는 액체내에 산화물 전구체를 용해시키고 또한 섬유를 형성하도록 방적시킴으로써 형성된다. 방적된 섬유는 건조 및 하소되어 최종 산화물 섬유를 형성하게 된다. 방적 단계는, 원심 방적, 인발, 송풍, 택-방적 (tack-spinning), 스피너렛을 통한 액체의 압출 또는 이들의 적합한 조합에 의해 달성될 수 있다. 미국특허 제 4,159,205 호 및 제 4,277,269 호에는 졸-겔 유도된 섬유를 형성하는 다양한 방법이 개시되어 있다. 적합한 졸-겔 유도된 섬유로는, 비한정적으로, 알루미나 섬유, 고 알루미나 섬유 및 물라이트 섬유를 포함한다. 어떠한 실시형태에 있어서, 알루미나 섬유는 적어도 약 60 중량% 알루미나를 포함할 수도 있다. 어떠한 실시형태에 있어서, 고 알루미나 섬유는 적어도 약 95 중량% 알루미나를 포함할 수 있고, 나머지는 통상적으로 실리카이지만 아마도 추가의 산화물일 수도 있다. 어떠한 실시형태에 있어서, 물라이트 섬유는 약 72 중량% 알루미나 및 약 28 중량% 실리카를 포함하고, 선택적으로 추가의 산화물이 소량으로 존재한다.
비통기성 섬유로 된 층은 침출된 유리 섬유를 포함할 수 있다. 어떠한 실시형태에 따르면, 침출된 유리 섬유는 적어도 약 67 중량% 의 실리카 성분을 포함할 수 있다. 어떠한 실시형태에 있어서, 침출된 유리 섬유는 적어도 약 90 중량%, 어떠한 경우에, 약 90 중량% ~ 약 99 중량% 미만의 실리카를 포함한다. 이러한 침출된 유리 섬유의 평균 섬유 직경은 약 6 미크론일 수 있다. 평균적으로, 유리 섬유는 통상적으로 약 9 미크론, 최대 약 14 미크론의 평균 직경을 가진다. 그리하여, 이러한 침출된 유리 섬유는 비통기성이다.
실리카 함량이 높고 또한 촉매 변환기 또는 다른 공지된 가스 처리 장치용 장착 매트를 제조하는데 사용하기에 적합한 침출된 유리 섬유의 일예는, 독일 소재의 BelChem Fiber Materials GmbH 사로부터 상표명 BELCOTEX
Figure pct00009
, 캘리포니아주 가디너에 소재하는 Hitco Carbon Composites, Inc. 사로부터 등록 상표명 REFRASIL
Figure pct00010
, 및 벨로루시 공화국 소재의 Polotsk-Steklovolokno 사로부터 명칭 PS-23
Figure pct00011
으로 이용가능한 침출된 유리 섬유를 포함한다.
BELCOTEX
Figure pct00012
섬유는 표준 유형의 인조 섬유 예비사 (pre-yarns) 이다. 이러한 섬유는 약 550 tex 의 평균 섬도 (fineness) 를 가지고 또한 일반적으로 알루미나에 의해 개질된 규산 (silicic acid) 으로 제조된다. BELCOTEX
Figure pct00013
섬유는 무정형이고 일반적으로 약 94.5 % 실리카, 약 4.5 % 알루미나, 약 0.5 % 미만의 산화나트륨, 및 약 0.5 % 미만의 다른 성분을 포함한다. 이러한 섬유는 약 9 미크론의 평균 섬유 직경 및 약 1500℃ ~ 약 1550℃ 범위의 용융점을 가진다. 이러한 섬유는 최대 1100℃ 의 내열성을 가지고, 통상적으로 쇼트 (shot) 가 없고 또한 바인더도 없다.
REFRASIL
Figure pct00014
섬유는, BELCOTEX
Figure pct00015
섬유처럼, 1000℃ ~ 1100℃ 온도 범위에 적용하기 위해 단열성을 제공하도록 실리카 함량이 높은 무정형 침출된 유리 섬유이다. 이러한 섬유는 약 6 ~ 약 13 미크론의 직경이고 또한 약 1700℃ 의 용융점을 가진다. 이 섬유는, 침출 후에, 통상적으로 약 95 중량% 실리카 함량을 가진다. 알루미나는 약 4 중량% 의 양으로 존재하고, 다른 성분은 약 1 % 이하의 양으로 존재한다.
Polotsk-Steklovolokno 사로부터의 PS-23
Figure pct00016
섬유는, 실리카 함량이 높은 무정형 유리 섬유이고 또한 적어도 약 1000℃ 에 대한 저항을 필요로 하는 적용에 대하여 단열에 적합하다. 이러한 섬유는 약 5 ~ 약 20 ㎜ 범위의 섬유 길이 및 약 9 미크론의 섬유 직경을 가진다. 이러한 섬유는, REFRASIL
Figure pct00017
섬유처럼, 약 1700℃ 의 용융점을 가진다.
어떠한 실시형태에 있어서, 비통기성 섬유는 약 3 ㎛ 이상의 평균 직경을 가진 섬유이다. 다른 예시적인 실시형태에 있어서, 비통기성 섬유는 약 6 ㎛ 이상의 평균 직경을 가진 섬유이다. 더욱이, 약 100 ㎛ 보다 큰 섬유 길이를 특징으로 하는 섬유는 어떠한 연구에서 섬유 직경과는 별개로 비통기성인 것으로 나타났다. 다른 연구에서는, 약 200 ~ 약 250 ㎛ 보다 큰 섬유 직경을 특징으로 하는 섬유가 섬유 직경과는 별개로 비통기성인 것으로 나타났다.
어떠한 실시형태에 있어서, 장착 매트의 1 이상의 층은 팽창성 재료를 포함할 수 있거나 또는 별개의 팽창성 층을 포함할 수 있다. 팽창성 재료는, 비팽창된 질석, 하이드로흑운모 (hydrobiotite), 수팽창성 4 규소 플루오르 운모 (tetrasilicic fluorine mica), 알칼리 금속 실리케이트, 또는 팽창가능한 흑연을 포함할 수 있고, 또한 원하는 정도의 습식 강도를 제공하도록 유기 및/또는 무기 바인더를 사용하여 시트에 형성될 수 있다. 팽창성 재료의 시트는, 본원에 참조된 미국특허 제 3,458,329 호에 개시된 바와 같이 표준 제지 형성 기술에 의해 제조될 수 있다.
가요성, 탄성, 팽창성 섬유계 장착 매트는 종래의 제지 형성 공정, 핸드 레이드 (hand laid) 또는 머신 레이드 (machine laid) 를 포함하는 여러 개의 상이한 방식으로 제조될 수 있다. 핸드시트 몰드, Fourdrinier 제지 기계, 또는 rotoformer 제지 기계는 가요성, 팽창성 섬유계 장착 매트를 제조하는데 사용될 수 있다. 어떠한 경우에 있어서, 다수의 성분을 포함하는 응집된 수성 슬러리는 가압되어 대부분의 물을 제거한 후, 매트를 건조시킨다. 이러한 공정은 당업자에게 잘 공지되어 있다.
다른 실시형태에 있어서, 가요성 섬유계 장착 매트는 내고온성 섬유 및 바인더의 실질적으로 비팽창성 복합 시트를 포함할 수 있다. 어떠한 실시형태에서, 장착 매트는 "일체" 이고, 즉 제조 후에, 장착 매트는 직물, 플라스틱 또는 제지 (매트에 스티치-결합되는 것을 포함) 로 된 보강층 또는 봉쇄층을 필요로 하지 않는 자체 지지 구조물을 가지며 또한 해리 (disintegration) 없이 처리 또는 조절될 수 있다. "실질적으로 비팽창성" 이라는 것은, 시트가 팽창성 층에서 예상되는 바와 같이 열 적용시 쉽게 팽창하지 않는다는 것이다. 물론, 열팽창계수에 기초로 하여 시트의 일부 팽창이 발생할 수 있다. 하지만, 팽창 양은 팽창 특성에 기초로 하여 발생하는 팽창에 비하여 실질적이지 않다. 이러한 실질적으로 비팽창성 장착 매트에서는 팽창성 재료가 실질적으로 없음을 이해할 것이다.
비팽창성 장착 매트에 사용되는 바인더는 통상적으로 자연적으로 희생될 수 있는 유기 바인더이다. "희생" 이라는 것은, 장착 매트의 온도가 처음에 작동 온도로 증가됨에 따라, 유기 바인더가 결국에 장착 매트 중에서 연소되어, 최종 장착 매트로서 섬유 및 다른 선택적인 성분만이 남아있는 것을 의미한다. 적합한 바인더는 수성 및 비수성 바인더를 포함하지만, 사용된 바인더는 종종 경화 후에 전술한 바와 같이 설치된 장착 매트 중에서 연소될 수 있는 가요성 재료인 반응성, 열경화성 라텍스이다. 적합한 바인더 또는 수지의 예로서는, 아크릴, 스티렌-부타디엔, 비닐피리딘, 아크릴로니트릴, 비닐 클로라이드, 폴리우레탄 등의 수계 라텍스를 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 다른 수지로는, 저온, 가요성 열경화성 수지, 예를 들어 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지 및 폴리비닐 에스테르를 포함한다. 특별히 유용한 바인더로서는, 아크릴로니트릴계 라텍스용 B.F. Goodrich Co. (오하이주 애크론 소재) 사로부터의 HI-STRETCH V-60TM 을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바인더용 용매는 물 또는 적합한 유기 용매, 예를 들어 아세톤을 포함할 수 있다. 용매 (사용된다면) 에서의 바인더의 용해 강도는, 바인더 시스템의 가공성 (점도, 고형물 함량 등) 및 원하는 바인더 부하에 기초하여 종래의 방법에 의해 결정될 수 있다.
유사하게, 비팽창성 장착 매트는 종래의 제지 형성 기술에 의해 준비될 수 있다. 이러한 공정을 사용하여, 무기 섬유는 바인더와 혼합되어 혼합물 또는 슬러리를 형성한다. 그 후, 이 슬러리는 물과 희석되어 형성물을 향상시킬 수 있고 또한 최종적으로 응집제 및 배수 보유 보조 화학물질 (drainage retention aid chemicals) 로 응집될 수 있다. 그 후, 응집된 혼합물 또는 슬러리는 제지 형성 기계에 배치되어 세라믹 제지 매트로 형성될 수 있다. 매트 또는 시트는 종래의 제지 형성 장비에 의해 슬러리 또는 혼합물을 진공 주조함으로써 형성될 수 있고 또한 오븐에서 건조될 수 있다.
대안으로, 섬유는 건조 공기 배치 등의 종래의 수단에 의해 매트로 처리될 수 있다. 이 단계에서, 매트는 매우 작은 구조적 무결성을 가지고 또한 종래의 촉매 변환기 및 디젤 트랩 장착 매트에 비하여 매우 두껍다. 이러한 대안적인 기술이 사용되면, 매트는 함침에 의해 매트에 바인더를 첨가함으로써 추가로 처리되어 불연속 섬유 복합재를 형성할 수 있다. 바인더는, 종래의 제지 형성 기술에 비하여 여기에 기재된 바와 같이 매트를 형성할 때보다는 매트를 형성한 후에 첨가된다.
선택적으로, 비팽창성 장착 매트는 바인더를 포함한다. 적합한 바인더로서는 수성 및 비수성 바인더를 포함할 수 있지만, 사용되는 바인더는, 경화 후에 최대 적어도 약 350℃ 까지 안정적인 가요성 재료인 반응성, 열경화성 라텍스일 수 있다. 약 5 ~ 약 10 % 라텍스를 사용할 수 있다.
단일 종류의 바인더 또는 일 종류 이상의 바인더의 혼합물은 장착 매트내에 포함될 수 있다. 적합한 바인더로는 유기 바인더, 무기 바인더 및 이러한 2 종류의 바인더의 혼합물을 포함한다. 어떠한 실시형태에 따라서, 팽창성 또는 비팽창성 장착 매트는 1 종 이상의 유기 바인더를 포함한다. 유기 바인더는 고상, 액상, 용액, 분산물, 라텍스, 또는 유사한 형태로 제공될 수 있다. 유기 바인더는, 경화 후에 설치된 장착 매트 중에서 연소될 수 있는 가요성 재료인 열가소성 또는 열경화성 바인더를 포함할 수 있다. 적합한 유기 바인더의 예로서는, 비한정적으로, 아크릴 라텍스, (메트)아크릴 라텍스, 스티렌과 부타디엔의 공중합체, 비닐피리딘, 아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴과 스티렌의 공중합체, 염화비닐, 폴리우레탄, 비닐 아세테이트와 에틸렌의 공중합체, 폴리아미드, 실리콘 등을 포함한다. 다른 수지로는 저온 가요성 열경화성 수지, 예를 들어 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지 및 폴리비닐 에스테르를 포함한다.
유기 바인더는, 장착 매트의 전체 중량에 기초하여, 0 초과 ~ 약 20 중량%, 약 0.5 ~ 약 15 중량%, 약 1 ~ 약 10 중량%, 또는 약 2 ~ 약 8 중량% 양으로 장착 매트에 포함될 수 있다.
장착 매트는, 수지계 또는 액상 바인더 대신에 또는 이와 조합하여 중합 바인더 섬유를 포함할 수 있다. 이러한 중합 바인더 섬유는, 열처리된 섬유들을 함께 결합할 시 보조하도록, 전체 조성물의 100 중량% 에 기초하여, 0 초과 ~ 약 20 중량%, 약 1 ~ 약 15 중량%, 약 2 ~ 약 10 중량% 범위의 양으로 사용될 수 있다. 바인더 섬유의 적합한 예로서는, 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리올레핀 섬유, 예를 들어 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 아크릴 섬유, 폴리에스테르 섬유, 에틸 비닐 아세테이트 섬유, 나일론 섬유 및 이들의 조합을 포함한다.
유기 바인더가 사용되면, 상기 성분들은 혼합되어 혼합물 또는 슬러리를 형성한다. 그 후, 섬유 및 바인더로 된 슬러리는 매트 구조물에 형성되고, 바인더는 제거되어, 열처리된 섬유 (및 선택적으로 추가의 섬유) 를 포함하는 장착 매트를 제공하게 된다. 통상적으로, 희생 바인더 (sacrificial binder) 는 초기에 섬유들을 함께 결합시키는데 사용된다. "희생" 이라는 것은, 유기 바인더가 결국에 장착 매트 중에서 연소되어, 취성 구성물을 지지하기 위한 장착 매트로서 열처리된 섬유 (및, 사용된다면, 다른 세라믹 또는 유리 섬유) 만을 남길 것이라는 것을 의미한다.
장착 매트는, 또한, 유기 바인더 이외에, 무기 바인더 재료를 포함할 수 있다. 비한정적으로, 적합한 무기 바인더 재료로는 무기 미립자 재료, 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 된 콜로이드 분산물을 포함한다.
장착 매트는 장착 매트의 준비시 통상적으로 사용되는 어떠한 공지된 기술에 의해 준비될 수 있다. 예를 들어, 제지 형성 공정을 사용하여, 섬유는 바인더 또는 다른 바인더 섬유와 혼합되어 혼합물 또는 슬러리를 형성할 수 있다. 섬유 성분은 약 0.25 % ~ 약 5 % 에서 일정하게 또는 고형물 성분 (약 0.25 ~ 약 5 부분 고형물 내지 약 99.75 ~ 약 95 부분 물) 과 혼합될 수 있다. 그 후, 슬러리는 물과 희석되어 형성물을 향상시키고, 최종적으로 응집제 및 배수 유지 보조 화학물질로 응집될 수 있다. 응집된 혼합물 또는 슬러리는 제지 형성 기계에 배치되어 섬유 함유 제지의 파일 또는 시트로 형성될 수 있다. 대안으로, 파일 또는 시트는 슬러리를 진공 주조함으로써 형성될 수 있다. 어떠한 경우에, 파일 또는 시트는 오븐에서 건조될 수 있다. 사용되는 표준 제지 형성 기술의 보다 자세힌 설명에 대해서는, 본원에 참조된 미국특허 제 3,458,329 호를 참조하면 된다.
다른 실시형태에 있어서, 열처리된 섬유는 종래의 수단, 예를 들어 건조 공기 배치에 의해 매트로 가공될 수 있다. 이러한 단계에서 매트는 매우 적은 구조적 무결성을 가지고 또한 종래의 촉매 변환기 및 디젤 트랩 장착 매트에 비하여 매우 두껍다. 그리하여, 최종 매트는 당업계에 통상적으로 공지된 바와 같이 건조 니들링처리되어 매트를 조밀화시키고 또한 매트의 강도를 증가시킬 수 있다.
건조 공기 배치 기술을 사용하면, 대안으로 매트는 함침에 의해 매트에 바인더를 추가함으로써 섬유 복합재를 형성한다. 이러한 기술에서, 바인더는 종래의 제지 형성 기술에 비하여 여기에 개시된 매트를 형성할 때보다는 매트를 형성한 이후에 첨가된다.
매트에 바인더를 함침시키는 방법으로는, 액상 바인더 시스템에 매트를 완전 함침, 또는 다르게는 매트의 브러싱, 코팅, 딥핑, 압연, 스플래싱, 또는 분무를 포함한다. 연속 프로세서에서, 롤 형태로 이송될 수 있는 섬유 매트는 비권취되고 또한 컨베이어 또는 스크림 등 상에서 바인더를 매트에 도포하는 분무 노즐을 통하여 이동된다. 대안으로, 매트는 분무 노즐을 통하여 중력 공급될 수 있다. 그 후, 매트는 가압 롤 사이를 통과하여, 여분의 액체를 제거하고 또한 매트를 대략 원하는 두께로 조밀화시킨다. 그 후, 조밀화된 매트는 오븐을 통과하여 어떠한 잔류 용매를 제거하고 필요하다면 바인더를 부분적으로 경화하여 복합재를 형성할 수 있다. 건조 및 경화 온도는 주로 바인더 및 사용된 (필요하다면) 용매에 따른다. 그 후, 복합재는 저장 또는 운반을 위해 절단되거나 압연될 수 있다.
장착 매트는 또한 배치 모드에서 매트 일부를 액상 바인더에 함침시키는 것, 매트를 제거하는 것, 또한 가압하여 여분의 액체를 제거하는 것, 그 후 건조하여 복합재를 형성하는 것, 및 저장하거나 사이즈 절단하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 섬유로 제조되는 장착 매트는 어떠한 촉매 변환기 적용시 용이하게 사용하기에 밀도가 매우 낮을 수 있음을 알 수 있다. 그리하여, 장착 매트는 고밀도를 제공하도록 당업계에 공지된 어떠한 방식으로 추가로 조밀화될 수 있다. 이러한 조밀화의 한 방법으로는 섬유를 서로 꼬고 얽히게 하도록 이 섬유를 니들 펀치하는 것이다. 추가적으로 또는 대안으로, 하이드로-얽힘 (hydro-entangling) 방법을 사용할 수도 있다. 다른 대안으로는 가압 롤러를 통하여 섬유를 압연함으로써 이 섬유를 매트 형태로 가압하는 것이다. 원하는 형태의 장착 매트를 얻기 위해서는 매트의 이러한 임의의 조밀화 방법 또는 이러한 방법의 조합을 용이하게 사용할 수 있다.
전술한 어느 기법을 사용하는가와 무관하게, 장착 매트는 다이 스탬핑 등에 의해 절단되어 재현가능한 (reproducible) 공차를 가진 정확한 형상과 크기의 장착 매트를 형성할 수 있다. 장착 매트는 니들링처리 등에 의해 조밀화되면 적절한 취급 특성을 나타내는데, 즉 용이하게 취급할 수 있지만, 다양한 다른 섬유 블랭킷 또는 매트와 같이 손으로 부서질 정도로 취성이지 않다. 이러한 매트는 촉매 지지 구조물 등 취성 구조물 주변에 균열없이 용이하게 또한 가요적으로 장착되거나 둘러싸여진 후 촉매 변환기 하우징 내에 배치될 수 있다. 일반적으로, 장착 매트로 둘러싸인 취성 구조물은 하우징 안으로 삽입될 수 있거나 이 하우징이 장착 매트로 둘러싸인 취성 구조물 주변에 형성되거나 또는 그렇지 않으면 제작될 수 있다.
배기 가스 장치가 대기 온도에서 작동 온도까지의 주기에 따라, 이러한 장치를 구성하는 구성품은 개별 작동 온도에 도달하게 된다. 배기 가스 처리 장치에서의 어떠한 주어진 구성품에 대한 작동 온도는 장치 그 자체에 대한 작동 온도 미만일 수 있는데, 이는 일부 구성품이 고온 구성품으로부터 단열되기 때문이다. 구성품을 가열함에 따라, 이러한 구성품은 그 열팽창 계수에 비례하여 팽창할 것이다.
다양한 도면에 도시된 바와 같이, 장착 매트와 배기 가스 처리 장치가 다양한 예시적인 실시형태를 결부시켜 기술되었지만, 다른 유사한 실시형태들이 사용될 수도 있고 또는 동일한 기능을 수행하기 위해 기술한 실시형태를 수정하고 부가시킬 수도 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 다양한 예시적인 실시형태는 원하는 결과를 얻도록 조합될 수 있다. 따라서, 장착 매트와 배기 가스 처리 장치는 임의의 단일 실시형태로 국한되어서는 안 되고, 첨부된 청구항의 폭과 범위에서 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 생분해성 무기 섬유를 가지는 제 1 층, 및
    상기 제 1 층에 인접하고 또한 상기 생분해성 무기 섬유와는 상이한 무기 섬유를 가지는 제 2 층을 포함하는 매트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층은 제 1 평균 직경으로 된 생분해성 무기 섬유를 포함하고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 평균 직경보다 큰 제 2 평균 직경으로 된 비통기성 섬유를 포함하는 매트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 생분해성 섬유는 칼슘-알루미네이트 섬유, 칼시아-마그네시아-실리카 섬유, 마그네시아-실리카 섬유 또는 이들의 조합물을 포함하는 매트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마그네시아-실리카 섬유는 약 65 ~ 약 86 중량% 실리카, 약 14 ~ 약 35 중량% 마그네시아, 및 약 5 중량% 이하의 불순물로 된 섬유화 생성물을 포함하는 매트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 칼시아-마그네시아-실리카 섬유는 약 45 ~ 약 90 중량% 실리카, 0 초과 ~ 약 45 중량% 칼시아, 및 0 초과 ~ 약 35 중량% 마그네시아로 된 섬유화 생성물을 포함하는 매트.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 무기 섬유는 졸-겔 유도된 섬유를 포함하는 매트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 졸-겔 유도된 섬유는 고알루미나 섬유를 포함하는 매트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 졸-겔 유도된 섬유는 물라이트 섬유를 포함하는 매트.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 평균 직경은 약 6 ㎛ 미만이고, 상기 제 2 평균 직경은 약 6 ㎛ 초과인 매트.
  10. 하우징,
    상기 하우징내에 탄성적으로 장착되는 취성 구조물, 및
    상기 하우징과 상기 취성 구조물 사이에 배치되는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 장착 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치.
  11. 하우징,
    상기 하우징내에 탄성적으로 장착되는 취성 구조물,
    상기 하우징과 상기 취성 구조물 사이의 틈에 배치되는 장착 매트,
    이중벽 단부 원뿔 하우징, 및
    상기 단부 원뿔 하우징의 벽들 사이에 배치되는 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치로서,
    상기 절연 매트는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치.
  12. 외부 금속 원뿔,
    내부 금속 원뿔, 및
    단부 원뿔 하우징의 벽들 사이에 배치되는 절연 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 위한 단부 원뿔로서,
    상기 절연 매트는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 매트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 위한 단부 원뿔.
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