KR100872757B1 - 유지 시일재 및 배기가스 처리 장치 - Google Patents

Abstract

배기가스의 누설을 억제할 수 있는 유지 시일재 및 이러한 유지 시일재를 사용한 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.

제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고, 무기 섬유를 포함하는 유지 시일재로서, 상기 제 1 표면은, 그 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리보다 내측에 있는 영역에 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 유지 시일재가 제공된다.

유지 시일재, 배가가스 처리 장치

Description

유지 시일재 및 배기가스 처리 장치 {HOLDING SEALER AND EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE}

도 1 은 종래의 유지 시일재를 배기가스 처리체에 감아 돌려 제작한 배기가스 처리 장치의 개략적인 측면도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 유지 시일재의 형상의 일예이다.

도 3 은 본 발명에 의한 유지 시일재를 배기가스 처리체와 함께, 케이싱내에 장착된 상태를 나타내는 개략도이다.

도 4 는 유지 시일재의 제 1 표면에 형성된 홈 패턴의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5 는 유지 시일재의 제 1 표면에 형성된 홈 패턴의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6 은 유지 시일재의 제 1 표면에 형성된 홈 패턴의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 7 은 유지 시일재의 제 1 표면에 형성된 홈 패턴의 또 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8 은 도 4 의 홈의 치수를 설명하기 위한 평면도이다.

도 9 는 유지 시일재의 제 1 표면에 형성된 딤플 패턴의 예를 개략적으로 나 타낸 도면이다.

도 10 은 압입 방식에 의해, 피복 배기가스 처리체를 케이싱내에 설치하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 11 은 클램쉘 방식에 의해, 피복 배기가스 처리체를 케이싱내에 설치하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 12 는 감아 조임 방식에 의해, 피복 배기가스 처리체를 케이싱내에 설치하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 13 은 사이징 방식에 의해, 피복 배기가스 처리체를 케이싱내에 설치하는 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 14 는 본 발명의 배기가스 처리 장치의 일 구성예를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2: 도입관 4: 배기관

10, 410: 배기가스 처리 장치 12, 412: 케이싱

20, 420: 배기가스 처리체 24, 424: 유지 시일재

50: 끼워 맞춤 볼록부 60: 끼워 맞춤 오목부

80: 제 1 표면 121, 122, 123, 124: 케이싱

210: 피복 배기가스 처리체 310, 311, 313, 315, 318: 홈

320: 딤플 325: 딤플 열

450: 개구

본 발명은, 무기 섬유를 포함한 유지 시일재, 및 그 유지 시일재를 포함한 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.

자동차의 대수는 금세기에 접어들어 비약적으로 증가하고 있어, 거기에 따라, 자동차의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 양도 급격한 증대 일로를 걷고 있다. 특히, 디젤 엔진의 배기가스 중에 포함되는 여러 가지의 물질은, 오염을 일으키는 원인이 되기 때문에, 현재에는 세계 환경에 있어 심각한 영향을 주고 있다.

이러한 사정 아래, 종래부터 각종 배기가스 처리 장치가 제안되어 실용화되고 있다. 일반적인 배기가스 처리 장치는, 엔진의 배기가스 매니폴드에 연결된 배기관상에, 금속 등으로 구성되는 케이싱을 마련해 그 중에 셀벽에 의해 구획된 다수의 셀을 갖는 배기가스 처리체를 배치한 구조로 되어 있다. 이들의 셀은, 허니컴 구조로 구성되는 것이 많아, 특히 이 경우, 배기가스 처리체는, 허니컴 구조체라고도 불리고 있다. 배기가스 처리체의 일예로서는, 촉매 담지체, 및 디젤 파티큘레이트 필터 (DPF) 등의 배기가스 필터가 있다. 예를 들어, DPF 의 경우, 상기 기술한 구조에 의해, 배기가스가 각 셀을 지나 배기가스 처리체를 통과할 때에, 셀벽에 미립자가 포획되어 배기가스 중으로부터 미립자를 제거할 수 있다. 배기가스 처리체의 구성 재료로는, 금속이나 합금, 세라믹 등이다. 세라믹으로 이루어지는 배기가스 처리체의 대표예로서는, 코디어라이트제의 허니컴 필터가 알려져 있다. 최근에는, 내열성, 기계적 강도, 화학 목표 안정성 등의 관점으로부터, 다공질 탄화규소 소결체가 배기가스 처리체의 재료로서 이용되고 있다.

이러한 배기가스 처리체와 케이싱의 사이에는, 통상 유지 시일재가 설치된다. 유지 시일재는, 차량 주행중 등에 있어서의 배기가스 처리체와 케이싱 내면의 맞닿음에 의한 파손을 막아, 한층 더 케이싱과 배기가스 처리체와의 간극으로부터 배기가스가 누설하는 것을 방지하기 위해서 사용되다. 또한, 유지 시일재는, 배기가스의 배압에 의해 배기가스 처리체가 탈락하는 것을 방지하는 역할을 갖는다. 또한, 배기가스 처리체는, 반응성을 유지하기 위해 고온으로 유지할 필요가 있어, 유지 시일재에는 단열성능도 요구된다. 이들의 요건을 채우는 부재로서는, 알루미나계 섬유 등의 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재가 있다.

이 유지 시일재는, 배기가스 처리체의 개구면을 제외한 외주면의 적어도 일부에 휘감겨져 있다. 예를 들어, 유지 시일재의 양단부가 결합되고, 유지 시일재는 테이핑 등에 의해 배기가스 처리체와 일체 고정화되어 이용된다. 그 후, 이 일체의 물건은, 케이싱내에 압입되어 배기가스 처리 장치가 구성된다.

그런데, 원통형의 배기가스 처리체에 유지 시일재를 감았을 경우, 유지 시일재의 두께에 기인한 외주와 내주의 원주 길이 차이에 의해, 유지 시일재의 내주측에는 「주름」이 생겨 배기가스 처리체와 유지 시일재의 사이에 간극이 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 배기가스 처리 장치에 도입되는 배기가스의 일부는, 배기가스 처리체 내에 유통되지 않고 , 상기 기술한 간극을 통해 그대로 배출되기 때 문에, 이 주름은, 배기가스가 누설되는 원인이 된다.

이 때문에, 이러한 주름의 발생에 의한 미처리 배기가스의 누설을 방지하기 위해, 유지 시일재의 배기가스 처리체와 접하는 측 (즉, 내주측) 의 표면에, 유지 시일재의 권회방향과 직교하여, 예를 들어, 유지 시일재의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부까지 연신하는 다수의 홈을 형성하는 것이 제안되었다 (예를 들어, 일본특허공보 제 3072281 호). 이하 방법은 상기 특허공보에 기재되어 있다. 이 방법에서는, 유지 시일재에 설치된 홈의 존재에 의해, 주름의 발생이 억제되어 미처리된 배기가스의 누설을 억제할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본특허공보 제 3072881 호

그러나, 특허 문헌 1 과 같은 유지 시일재가 적용된 배기가스 처리 장치를 배기가스의 유입 방향으로부터 보았을 경우, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유지 시일재 (424) 는, 홈의 배기가스 유입측 단부의 개구 (450) 가 외부에 노출된 상태로, 배기가스 처리 장치 (410) 에 장착되게 된다. 이러한 배치에서는, 유지 시일재 (424) 와 배기가스 처리체 (420) 의 사이에, 배기가스 처리 장치 (410) 의 배기가스 유입측으로부터 배출측을 따라 관통하는, 배기가스의 관통 유로가 생기기 쉬워진다. 그 때문에, 배기가스 처리 장치 (410) 에 도입된 배기가스는, 배기가스 처리체 (420) 내로 유통하지 않고, 관통 유로를 따라 유출될 우려가 있다. 따라서, 이 방법에 있어서도, 유지 시일재의 시일성은 아직도 불충분하다.

요즘에는, 배기가스의 고압화, 및 배기가스 처리체의 중량 증가가 진행되는 가운데, 지금까지와 마찬가지로, 유지 시일재에 의해 배기가스 처리체를 적정하게 유지할 필요가 있기 때문에, 유지 시일재의 두께는 두꺼워지는 경향이 있다. 이러한 두꺼운 유지 시일재를 배기가스 처리체에 감았을 경우, 유지 시일재의 외주길이와 내주길이의 차이가 보다 커지기 때문에, 유지 시일재의 외주측의 표면 (노출되는 표면) 에 균열이 생기기 쉬워진다. 이러한 균열은, 상기 기술한 주름의 발생에 의해 생기는 간극과 같이, 미처리된 배기가스의 누설을 조장할 가능성이 있다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위한 것으로, 배기가스의 누설을 한층 억제하는 것이 가능한 유지 시일재를 제공하고 또한 이러한 유지 시일재를 사용한 배기가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고, 무기 섬유를 포함하는 유지 시일재로서, 상기 제 1 표면은 그 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리보다 내측에 있는 영역에 오목부를 갖는 유지 시일재가 제공된다. 본 발명에 의한 유지 시일재를, 제 1 의 표면을 내주측으로서 예를 들어, 배기가스 처리체 등의 부품의 외주면에 감았을 경우, 본 유지 시일재에 있어서, 일방의 단면으로부터 타방의 단면까지 관통하는 관통 유로의 발생을 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 의한 유지 시일재를, 예를 들어 배기가스 처리체에 감았을 때, 오목부에 의해, 유지 시일재의 원주 길이 차이 (외주길이 - 내주길이) 에 의한 영향이 억제되기 때문에, 두꺼운 유지 시일재를 사용해도, 유지 시일재의 외주측에 균열이 생기기 어려워진다.

또한, 상기 오목부는 제 1 표면에 형성된 복수의 딤플 열인 것을 특징으로 하는 유지 시일재를 제공한다. 상기 오목부는 제 1 표면에 병렬 형성된 복수의 홈인 것을 특징으로 한다. 이 경우, 유지 시일재에 상기 오목부를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제 1 표면은, 그 유지 시일재를 물체에 감을 때의 권회방향과 그 권회방향과 직교하는 수직방향을 가져, 상기 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리는, 상기 수직 방향에 있는 당해 유지 시일재의 양단부의 각각으로부터, 5 mm 이상의 거리인 것이 바람직하다.

특히, 상기 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리는, 상기 수직 방향에 있는 당해 유지 시일재의 양단부의 각각으로부터, 5Omm 미만의 거리인 것이 바람직하다. 이로써, 본 발명에 의한 유지 시일재를 배기가스 처리체의 외주면에 감아 돌릴 때에, 유지 시일재의 외주 측에 균열이 보다 생기기 어렵게 된다.

또한, 본 발명에 따른 유지 시일재에 있어서, 유지 시일재는 무기 결합재 및/또는 유기 결합재를 함유해도 된다. 유지 시일재에 이러한 결합재를 첨가함으로써, 섬유끼리의 접합력이 높아져, 유지 시일재 취급이 용이해진다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 양태에 따라 배기가스 처리 장치가 제공되고, 이 장치는

배기가스 처리체와,

제 1 표면 및 제 2 표면을 가져, 상기 배기가스 처리체의 외주면의 적어도 일부에, 상기 제 1 표면이 상기 배기가스 처리체의 외주면에 직접 맞닿도록 감아 돌려지는, 무기 섬유를 함유한 유지 시일재로서, 상기 제 1 표면이, 그 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리보다 내측의 영역에, 오목부를 갖는 유지 시일재와,

상기 배기가스 처리체 및 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱 하우징을 포함한다.

상기 배기가스 처리 장치는, 상기 유지 시일재의 효과에 의해, 미처리 배기가스가 유지 시일재로부터 누설되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 상기 배기가스 처리체는, 촉매 담지체 또는 배기가스 필터일 수도 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 본 발명의 유지 시일재를 배기가스 처리 장치에 사용함으로써, 유지 시일재로부터의 미처리 배기가스의 누설을 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면과 연결시켜 파악할 때 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 도면과 함께 설명한다.

도 2 에는, 본 발명에 의한 유지 시일재의 형상의 일예를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 유지 시일재는, 도 2 의 형상에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 3 에는, 본 발명에 관련되는 유지 시일재를 포함한 배기가스 처리 장치의 분해 구성도를 나타낸다.

본 발명에 의한 유지 시일재는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 권회방향 (X방향) 과 수직인 각각의 단면 (70, 71) 에 한 쌍의 끼워 맞춤 볼록부 (50) 및 끼워 맞춤 오목부 (60) 을 가지고 있다. 이 유지 시일재 (24) 가 촉매 담지체 등의 배기가스 처리체 (20) 에 휘감겨졌을 때에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 끼워 맞춤 볼록부 (50) 및 끼워 맞춤 오목부 (60) 가 끼워 맞춤되어 유지 시일재 (24) 가, 배기가스 처리체 (20) 에 고정된다. 그 후, 유지 시일재 (24) 가 돌려 감아진 배기가스 처리체 (20) 는, 예를 들어 압입 방식에 의해, 금속 등으로 구성된 통 모양의 케이싱 (12) 내에 압입되어 장착된다.

여기서, 본 발명에서는, 유지 시일재 (24) 의 배기가스 처리체 (20) 로 직접 맞닿음하는 표면 (이후, 제 1 표면 또는 내주면이라고도 한다) (80) 에, 복수의 홈 (310) 을 구비하고 있다. 이들의 홈 (310) 은, 도 2 의 예에서는, 유지 시일재의 권회방향 (X방향) 과 실질적으로 직교하는 방향 (Y방향) 을 따라, 등간격으로 설치되어 있다. 그러나, 이들의 홈 (310) 은, 유지 시일재 (24) 의 Y방향의 단부들까지는 연신하고 있지 않다.

이러한 홈 (310) 은, 통상의 유지 시일재를 배기가스 처리체 (20) 에 감아 돌렸을 때에 생기는, 유지 시일재의 외주 (LO) 와 내주 (LI) 의 주장 (circumference lengths) 차이 (L(=LO-LI)) 로 인한 영향을 억제한다. 홈 (310) 은, 내주 (LI) 에 대해서, 주장 차이 (L) 를 보충하도록 기능하기 때문이다. 따라서, 유지 시일재 (24) 에 이러한 홈 (310) 을 형성함으로써, 유지 시일재 (24) 를 배기가스 처리체 (20) 에 감아 돌렸을 때에, 유지 시일재의 외주 (LO) 와 내주 (LI) 의 주장 차이 (L(=LO-LI)) 에 기인해 생기는, 내주측에서의 주름 및 외주측에서의 균열을 억제할 수 있다.

게다가, 이러한 홈 (310) 에서는, 유지 시일재 (24) 를 배기가스 처리체 (20) 에 감아 돌렸을 때에, 배기가스의 유입면측에, 도 1 에 나타낸 것 같은 홈의 개구 (450) 는 생기지 않는다. 그 때문에, 유지 시일재 (24) 의 일방의 단부로부터 타방의 단부에 걸쳐서 연신하는 관통 유로의 발생이 억제된다.

이상과 같이, 본 발명의 유지 시일재 (24) 에서는, 배기가스 처리체 (20) 에 감아 돌렸을 때의, 외주측의 균열과 내주측의 주름의 발생의 방지, 및 유지 시일재 (24) 의 관통 유로의 발생의 억제의 양쪽 모두의 효과를 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 유지 시일재를 사용한 배기가스 처리 장치에서는, 유지 시일재 측에서의 미처리 배기가스의 누설을 유효하게 억제하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 기술한 홈 (310) 은, 유지 시일재의 Y 방향 (도 2) 의 양단부에까지 연신하고 있지 않으면, 형상에 관해서 제약은 없다.

도 4 내지 도 7 에는, 본 발명에 따른 유지 시일재의 제 1 표면에 형성되는 홈의 형상의 예를 나타낸다. 도 4 의 예에서는, 유지 시일재 (24) 의 제 1 표면 (80) 에, 유지 시일재 (24) 의 권회방향 (X 방향) 과 실질적으로 직교하는 복수의 홈 (311) 이 등간격으로 형성되어 있다.

또한, 도 5 에서는, 도 4 의 홈과 같은 방향으로 연신하는 홈의 열이, 등간격으로 형성되어 있다. 또한, 각 홈의 열은, 길이가 짧은 복수 (도 5 에서는 2개) 의 홈 (313) 을 단속적으로 배열함으로써 구성되어 있다. 또한, 도 6 에서는, 홈 (315) 이, 유지 시일재 (24) 의 Y 방향에 대해서 경사 각도 (α) 로 형성되어 있다. 이 경사 각도 (α) 는 특별히 한정되지 않지만, 상기 기술한 홈의 기 능 (특히, 균열 및 주름의 발생 방지 기능) 을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 경사 각도 (α) 는 Y 방향에 대해서 ±30˚내의 범위인 것이 바람직하다. 게다가, 도 7 에서는, 제 1 의 표면 (80) 에, 지그자그 형상의 홈 (318) 이 등간격으로 형성되어 있다. 또한, 도 4 내지 도 7 에 나타내는 각 열은, 등간격으로 형성될 필요는 없고, 비등간격으로 구성되어도 좋다. 게다가, 홈의 단면 형상은 특별히 한정되지 않고, 삼각형상, 반원형상, 반타원형상, 직사각형상 또는 사다리꼴 형상의 단면 등, 여러 가지 형상의 것이 이용될 수 있다.

또한, 홈 (310) 은, 유지 시일재의 Y 방향의 양단부까지 연신하고 있지 않는 한, 치수에 관해서도, 특히 제약은 없는 것에 유의할 필요가 있다.

도 8 은, 유지 시일재의 제 1 의 표면에 설치되는, 도 4 에 나타내는 것 같은 형상의 홈 (310) 의 각 치수를 모식적으로 나타낸 것이다. 홈 (310) 의 치수의 일예에 대해 설명한다.

홈 (310) 의 길이는, 특별히 한정되지 않는다. 단, 이후의 실시예에 나타난 바와 같이, 홈의 양종단 (M1 및 M2) 은, 그 홈 (310) 의 연신 방향에 있는 유지 시일재 (24) 의 양단부의 각각으로부터, 적어도 5 mm 이상 내측에 있는 것이 바람직하다. 즉, 유지 시일재 (24) 의 단부에서 홈의 단부 (M1 및 M2) 까지의 거리 D는, 5 mm≤D 인 것이 바람직하다. 특히, 배기가스의 누설 방지 효과를 최대한으로 발휘시키기 위해서는, 거리 D 는, 5 mm≤D<50 mm 인 것이 보다 바람직하다.

또한, 홈의 깊이는, 유지 시일재의 두께의 약 1/2 정도인 것이 바람직하다. 이것보다 깊은 경우, 핸들링시에, 홈을 기점으로 유지 시일재에 균열이 생길 우려가 있고, 또한, 홈의 깊이가 이것보다 얕으면 유지 시일재의 상기 기술한 바와 같은 기능 (원주길이 차이의 영향을 억제하는 효과) 이 충분히 발휘되지 않을 가능성이 있기 때문이다.

홈 (310) 의 폭 (w) 및 피치 (P1) 는, 자유롭게 설정할 수 있다. 단, 상기 기술한 홈의 기능을 고려하면, 홈의 폭 (w) 과 피치 (P1) 는, 제 1 의 표면 (80) 에 형성되는 각 홈 (310) 의 폭 (w) 의 총합이 상기 기술한 원주길이 차이 (L) 와 동일해지도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 경우, 유지 시일재를 감아 돌렸을 때에 생기는 외주와 내주의 원주길이 차이의 영향이 가장 작아져, 외주측에서의 균열의 발생 및 내주측에서의 주름의 발생이 한층 확실하게 억제될 수 있기 때문이다.

예컨대, 배기가스 처리체 (20) 의 외경이 P, 유지 시일재의 두께가 T 인 경우, 유지 시일재의 내원주길이는, LI = Pπ, 외원주길이는, LO = (P+2T)π, 원주길이 차이 (L) 는, L = 2πT 가 된다. 또한, 홈의 피치 (P1) 는, 유지 시일재 (24) 의 권회방향 (X 방향) 의 전체 길이 (A) 와 유지 시일재 안의 홈의 갯수 (N) 에 의해 예컨대 다음과 같이 나타내어 진다.

P1 = A/N (1)

상기 기술한 바와 같이, 홈의 폭 (W) 의 총합이 원주길이 차이 (L) 와 동일해질 때, 원주길이 차이에 의한 영향이 최소한으로 억제되고, 이 경우, 다음의 관계가 성립한다.

WN = 2πT (2)

즉, 홈의 피치 (P1) 와 홈의 폭 (W) 과의 사이에 다음의 관계가 성립하도록, 홈의 피치 (P1) 와 홈의 폭 (W) 을 설정하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

P1 = AW/(2πT) (3)

마찬가지로, 제 1 의 표면에 홈 대신에 딤플 열을 형성하는 경우도, 딤플 및/또는 딤플 패턴의 치수 형상 등에 관해서는, 특히 제약은 없다. 예를 들어, 딤플의 단면 형상은, 반원형상, 반타원형상, 삼각형상, 직사각형상 또는 사다리꼴 형상이다. 예를 들어, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 복수의 반구상의 딤플 (320) 을 제 1 의 표면 (80) 에 설치해, 유지 시일재 (24) 의 권회방향 (X 방향) 과 실질적으로 직교하는 딤플 열 (325) 을 등간격으로 구성해도 된다. 여기서, 각각의 딤플 열 (325) 내의 각 딤플은, 치수 형상이 동일하거나 달라도, 또한, 등간격으로 설치되어도 비등간격으로 설치되어도 좋다.

게다가, 상기 기술한 바와 같은 홈 (310) 과 딤플 (320)(또는 딤플 열) 을 조합하여도 좋다.

이러한 홈 (310) 및/또는 딤플 (320) 을 갖는 유지 시일재 (24) 는, 제 1 의 표면 (80) 이 내측 (즉, 배기가스 처리체의 측면) 이 되도록 배기가스 처리체 (20) 의 외주에 휘감겨져, 그 단부가 정합되고 고정되어 사용된다. 이 유지 시일재 (24) 가 휘감겨진 배기가스 처리체 (20) 는, 그 후, 압입 방식, 크램쉘 방식, 감아 조이는 방식 또는 사이징 (sizing) 방식의 몇 개의 장착 방식에 의해, 케이싱 (12) 내에 설치되어, 배기가스 처리 장치 (10) 가 구성된다.

이하, 각 장착 방식에 대해 도면을 이용해 설명한다. 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13 은, 각각, 압입 방식, 크램쉘 방식, 감아 조이는 방식 및 사이징 방식에 의해, 유지 시일재 (24) 가 휘감겨진 배기가스 처리체 (20) (이하, 「피복 배기가스 처리체」(210) 라고 한다) 를 케이싱내에 장착하는 방법을 모식적으로 나타낸 것이다.

압입 방식은, 피복 배기가스 처리체 (210) 를, 케이싱 (121) 의 개구면의 일방으로부터 밀어넣는 것에 의해, 피복 배기가스 처리체 (210) 를 소정의 위치에 장착해, 배기가스 처리 장치 (10) 를 구성하는 방법이다. 피복 배기가스 처리체 (210) 의 케이싱 (121) 에의 삽입을 용이하게 하기 위해, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 내경이 일단으로부터 타단을 향해 점차 작아지도록 형성되고 최소 내경이 케이싱 (121) 의 내경과 거의 동등의 치수가 되도록 조정된 압입 공구 (230) 가 사용되는 경우도 있다. 이 경우, 피복 배기가스 처리체 (210) 는, 상기 압입 공구 (230) 의 넓은 내경측으로부터 삽입되어 최소 내경측을 통해 케이싱 (121) 내에 장착된다.

또한, 크램쉘 방식에서는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 상호 서로 마주 보게 했을 때에 한 쌍의 케이싱이 완성되도록 분할된 (예를 들어, 도 11 의 예에서는 2 분할된) 케이싱 부재 (122A, 122B) 가 사용된다. 이들 케이싱 부재의 하나에 피복 배기가스 처리체 (210) 를 설치하고 나서, 나머지의 케이싱 부재를 조합하고, 이어서 이들 부재끼리를, 예를 들어, 플랜지부 (220)(220A, 220B) 에서 용접해 케이싱 (122) 을 구성함으로써, 피복 배기가스 처리체 (210) 가 소정의 위치에 장착 된 가스 처리 장치 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 감아 조이는 방식은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 피복 배기가스 처리체 (210) 의 주위에, 케이싱 부재로서의 금속판 (123) 을 휘감은 후, 이 금속판 (123) 을 와이어 로프 등을 이용해 단단히 조여, 금속판 (123) 을 피복 배기가스 처리체 (2 사이징 처리에 의해, 금속 쉘 (124) 의 내경이 원하는 치수에 정확하게 조정되는 것과 동시에, 피복 배기가스 처리체 (210) 를 소정의 위치에 설치할 수가 있다.

또한, 이들의 장착 방식에서 사용되는 케이싱의 재질로서는, 통상, 내열합금 등의 금속이 사용된다.

이와 같이 구성되는 배기가스 처리 장치 (10) 의 구조가 도 14 에 도시된다. 도 14 의 예에서는, 배기가스 처리체 (20) 는, 가스 흐름에 평행한 방향으로 다수의 관통공을 갖는 촉매 담지체이다. 예컨대, 촉매 담지체는 허니컴 형상의 다공질 탄화규소 등으로 구성된다. 또한, 본 발명의 배기가스 처리 장치 (10) 는 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 배기가스 처리체 (20) 는 관통공의 단부가 체크무늬 형상으로 밀봉되는 DPF 도 가능하다. 이러한 배기가스 처리 장치에서는, 장치 내에 도입되는 배기가스가 유지 시일재를 관통하여 적절한 처리로 배출된다.

이하, 본 발명의 유지 시일재의 제조 방법의 일예를 설명한다.

본 발명의 유지 시일재는, 예를 들어 제지법 (papermaking method) 을 이용해 제작할 수 있다. 제지법이란, 통상 습식 처리라고도 불리며, 제지와 같이, 섬유의 혼합, 교반, 개섬, 슬러리화, 제지 성형 및 압축 건조의 각 처리를 거쳐 유지 시일재를 제작하는 처리 방법이다.

우선, 소정량의 무기 섬유 원료, 무기 결합재 및 유기 결합재를 수중에서 혼합한다. 무기 섬유 원료로서는, 알루미나와 실리카의 혼합 섬유의 원래의 면 벌크가 사용된다. 그러나, 무기 섬유 재료는, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 알루미나 또는 실리카만으로 구성되어도 좋다. 무기 결합재로서는, 예를 들어 알루미나 졸 및 실리카 졸 등이 사용된다. 또한, 유기 결합재로서는, 라텍스 등이 사용된다.

다음으로, 얻어진 혼합물이 제지기 (papermaker) 등에서 교반되며, 개섬된 슬러리가 준비된다. 통상, 교반 및 개섬 처리는, 약 20 초 ~ 120 초 동안 실행된다. 그 후, 얻어진 슬러리를 성형기에 넣어 원하는 형상으로 성형되며, 한층 더 탈수를 실시함으로써 유지 시일재의 원료 매트를 얻을 수 있다.

또한, 이 원료 매트를 프레스기 등을 이용해 압축하고, 90 ~ 150℃ 의 온도로 가열 건조시킨다. 이에 의해, 유지 시일재를 얻을 수 있다. 여기서, 예를 들어, 유지 시일재의 표면에 형성되는 홈 (또는 딤플 라인) 의 형상 치수에 대응하는 돌기 패턴이 기계의 표면에 형성된 프레스기를 이용해, 원료 매트를 압축 함으로써, 제 1 표면에 원하는 홈 (또는 딤플 라인) 을 갖는 유지 시일재를 제조 할 수 있다. 또한 통상, 압축 처리는, 압축마무리 후의 유지 시일재의 밀도가 약 0.10 g/㎤ ~ 0.40 g/㎤ 이 되도록 실행된다.

상기한 바와 같이 제조된 유지 시일재는, 핸들링을 용이하게 하기 위해 재단 되어 한층 더 소정의 최종 형상으로 절단되어 사용된다. 또한 재단 전 또는 후에, 얻어진 유지 시일재를 이용해, 한층 더 이하의 처리를 실시해도 좋다.

필요에 따라, 재단된 유지 시일재에는, 수지와 같은 유기계 바인더가 함침된다. 이로써, 유지 시일재의 부피가 커짐을 억제할 수가 있어 유지 시일재를 배기가스 처리 장치 내의 배기가스 처리체에 감을 때의 장착성이 개선된다. 게다가 배기가스 처리 장치에 고온 배기가스가 도입되었을 경우, 유지 시일재의 유기 바인더가 소실된다. 이에 의해, 압축된 유지 시일재가 복원되어 유지 시일재의 유지력이 향상된다.

유기 바인더의 함유량은, 1.0 ~ 10.0 중량% 인 것이 바람직하다. 유기 바인더의 함유량이 1.0 중량% 미만이라면, 장착성의 개선 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 유기 바인더의 함유량이 10.0 중량% 를 초과한다면, 배기가스 처리 장치의 사용시에 배출되는 유기 성분의 양이 증가한다.

또한 유기계 바인더로서는, 예를 들어 아크릴 계 수지 (ACM), 아크릴로니트릴-부타디엔 검 (NBR) 및 스티렌-부타디엔 검 (SBR) 등을 이용하는 것이 바람직하다.

상기의 유기계 바인더와 물로 조제한 수분산액 (aqueous dispersion) 을 이용해 스프레이 코팅에 의해 유지 시일재에 수지를 함침시킨다. 또한 유지 시일재 안에 포함되는 여분의 코팅된 고형분 및 물은, 다음 공정에서 제거된다.

다음 단계에서, 여분의 고형 분이 제거되고, 건조 처리가 실행된다. 여분의 고형 분의 제거는, 흡인법 (vacuum aspiration) 으로 실행된다. 또한, 여 분의 수분의 제거는, 가열 압축 건조법에 따라 실행된다. 이 방법에서, 프레싱 압력이 유지 시일재에 적용되기 때문에, 과잉의 수분이 제거될 수 있고, 유지 시일재가 얇아질 수 있다. 건조 공정은 95 ~ 155 ℃ 정도의 온도로 실행된다.

95 ℃ 보다 온도가 낮으면, 건조 시간이 길어져 생산 효율이 저하한다. 또한, 건조 온도가 155 ℃ 를 초과한다면, 유기계 바인더의 자체적인 분해가 개시되어 유기계 바인더에 의한 접착성이 손상된다.

이에 의해, 제작된 본 발명에 의한 유지 시일재를 사용해, 배기가스 처리 장치를 구성 함으로써, 미처리 배기가스의 누설이 바람직하게 억제된 배기가스 처리 장치를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 효과를 실시예에 의해 설명한다.

본 발명의 효과를 검증하기 위해서, 본 발명의 유지 시일재를 이용해, 각종 시험을 실시했다. 유지 시일재는, 이하의 순서에 의해 제작했다.

유지 시일재의 제작 1

알루미나 섬유의 원면 벌크 1200 g, 유기 바인더(라텍스) 60 g, 무기 바인더(알루미나 졸) 12 g 및 물을 더하여, 원료액중의 섬유 농도가 0.5 wt% 가 되도록 혼합물을 혼합했다. 다음에, 이 원료액을 제지기로 60 초간 교반하였다. 이에 의해, 교반 및 개섬된 원료액을, 930×515×400 mm 의 치수의 성형기로 옮겼다. 다음에, 성형기의 저면에 설치한 메쉬를 통하여 수분을 분리 제거함으로써, 알루미나 섬유의 원료 매트를 얻었다.

다음에 이 원료 매트를 여러가지 표면 패턴을 갖는 프레스기을 이용해, 120 ℃ 에서 30 분간 프레스 건조시켰다. 각 프레스기의 표면에는, 완성 후의 유지 시일재의 일측면에, 도 8 또는 도 9 에 나타내는 형상 패턴의 오목부가 형성되도록, 선형상 돌기열 또는 점형상 돌기열이 설치되고 있다. 프레스기의 표면 패턴 내의 이들의 돌기열은, 서로 동일한 길이를 가지며, 이들은 등간격 또한 평행으로 설치되어 있다. 다만, 열의 전체 길이는, 각 프레스기의 표면 (7 종류) 패턴 마다 차이가 난다 (단 돌기의 높이는, 모든 표면 패턴에서 4 mm 임). 이러한 각 표면 패턴을 갖는 프레스기에 의한 프레스 공정을 거쳐, 두께 13 mm 및 밀도 0.20 g/㎤ 의 유지 시일재를 얻었다. 이 유지 시일재를, 도 2 에 나타내는 것 같은 형상의, (세로 (Y방향) 200 mm, 가로 (X선방향) 440 mm (끼워맞춤 오목부 및 끼워맞춤 볼록부를 제외함)) 의 치수에 절단된다. 이에 의해, 실시예 1 내지 6 및 비교예에 관한 평가용 샘플을 얻었다.

실시예 1 내지 6 및 비교예에 관한 평가용 샘플의 오목부 형상 및 치수 등이 표 1 에 도시된다.

번호	오목부 형상	T 매트 두께 (mm)	D 유지시일 단부까지의 거리 (mm)	W X 방향 폭 (mm)	P1 X 방향 피치 (mm)	P2 Y 방향 피치 (mm)	E 깊이 (mm)	누출양 (m·cm/kPa/sec)	권취 시험 결과
실시예 1	딤플 열	13	5	5	30	10	4	0.04	○
실시예 2	딤플 열	13	30	5	30	10	4	0.04	○
실시예 3	딤플 열	13	50	5	30	10	4	0.04	×
실시예 4	홈	13	5	5	30	-	4	0.05	○
실시예 5	홈	13	30	5	30	-	4	0.05	○
실시예 6	홈	13	50	5	30	-	4	0.05	×
비교예 1	홈	13	0	5	30	-	4	0.23	○

알루미나 섬유의 원면 벌크 800g 과, 유기 바인더 (라텍스) 60g 과, 무기 바인더 (알루미나 졸) 12g 과, 물을 더해 원료액 중의 섬유 농도가 0.5 중량% 로 되도록 혼합했다. 다음에, 이 원료액을 초지기에서 60초간 교반하였다. 이와 같이 해 교반 개시된 원료액을, 930×515×400mm 의 치수의 성형기로 옮겼다. 다음으로, 성형기의 바닥면에 설치한 메쉬를 통하여 수분을 분리 제거함으로써, 알루미나 섬유의 원료 매트를 얻었다.

다음으로, 이 원료 매트를 여러가지 표면 패턴을 갖는 프레스기를 이용하여, 120℃ 에서 30 분간 프레스 건조시켰다. 각 프레스기의 표면에는, 완성 후의 유지 시일재의 한쪽면에, 도 9 에 나타낸 형상 패턴의 오목부가 형성되도록, 점 형상 돌기열이 설치되어 있다. 하나의 프레스기의 표면 패턴 내의 이들 돌기열은, 서로 동일한 전체 길이로, 등간격이며 평행하게 설치되어 있다. 단, 열의 전체 길이는, 각 프레스기의 표면 (4 종류) 패턴별로 다르게 되어 있다 (단, 돌기의 높이는, 어느 표면 패턴에서도 4 mm). 이러한 각 표면 패턴을 갖는 프레스기에 의한 프레스 공정을 거쳐, 두께 9 mm, 밀도 0.20 g/㎤ 의 유지 시일재를 얻었다.

이 유지 시일재를, 도 2 에 나타낸 바와 같은 형상의, 세로 (Y 방향) 200 mm, 가로 (X 선 방향) 440 mm (맞춤 오목부 및 맞춤 볼록부를 제외한다) 의 치수로 절단하였다. 그래서, 실시예 7 내지 10 에 대한 평가용 샘플을 얻었다.

실시예 7 내지 10 에 대한 평가용 샘플의 오목부 형상 및 치수 등을 정리해 표 2 에 나타낸다.

번호	오목부 형상	T 매트 두께 (mm)	D 유지시일단부까지의 거리 (mm)	W X 방향의 폭 (mm)	P1 X 방향 피치 (mm)	P2 Y 방향피치 (mm)	E 깊이 (mm)	누출량 (m·cm/kPa/sec)	권취시험 결과
실시예7	딤플열	9	5	5	30	10	4	0.04	○
실시예8	딤플열	9	30	5	30	10	4	0.04	○
실시예9	딤플열	9	50	5	30	10	4	0.04	○
실시예10	딤플열	9	70	5	30	10	4	0.04	×

표 1 및 2 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ~ 3, 및 실시예 7 ~ 10 에 관한 유지 시일재는, 제 1 의 표면에 딤플 열 (325) 을 가지며, 실시예 4 ~ 6 및 비교예에 관한 유지 시일재는, 제 1 의 표면에 홈 (310) 을 갖는다. 또한, 표 1, 2 에서, 딤플 열 및 홈에 대한, 유지 시일재 단부까지의 거리 D (mm), X 방향폭 W (mm), X 방향 피치 P1 (mm), Y 방향 피치 P2 (mm) 는, 각각 도 9 및 도 8 에 나타낸 각각의 치수를 나타낸다. 단, 도 8 로부터 분명한 바와 같이, 오목부 형상이 홈의 경우는, Y 방향의 피치 P2 는 규정되지 않는다. 또한, 비교예의 유지 시일재에서는, 홈이 Y 방향을 따라, 유지 시일재의 양단부에까지 연장되어 있기 때문에, 홈으로부터 유지 시일재 단부까지의 거리 D 는 0 이다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서, 딤플 또는 홈의 깊이는 4 mm 이었다.

또한, 실시예 4 ~ 6 및 비교예에서의 홈의 X 방향폭 (D) 와 X 방향 피치 (P1) 의 관계는, 이들의 유지 시일재 (두께 13 mm) 를, 외경이 5 인치 (약 127 mm) 의 원통의 외주부에 감아 돌렸을 때에, 상기 기술한 관계식 (3) 을 만족하도록 설계되어 있을 것에 유의할 필요가 있다.

[평가 시험]

다음으로, 상기 기술한 방법으로 제작한 각 유지 시일재 샘플을 이용해, 누출 시험 및 권취 시험을 실시했다.

누출 시험은, 이하와 같이 행해졌다. 우선, 각각의 유지 시일재 샘플을 외경이 5 인치의 원주체 (비중공체) 에 감아, 단부끼리 결합하여 고정시킨다. 다음으로, 이 일체화된 것을 압입 방식으로 금속제 케이싱내에 장착하여, 시험체로 한다. 장착 후의 유지 시일재의 밀도는 0.45 g/㎤ 이었다. 다음으로, 이 시험체를 케이싱의 외형과 거의 동일한 내경을 갖는 치구에 설치한다. 이 상태에서, 시험체 축방향을 따라, 일측으로부터 다른측을 향하여, 압력 및 유속이 공지된 공기를 유입시킨다. 시험체의 타측에 설치된 유량계를 이용하여, 시험체로부터 배출되는 공기의 양을 측정한다. 이상의 시험에 의해, 이하와 같이하여 누출량을 산출한다.

누출량 (m·cm/kPa/sec) = 배출 공기의 유속 (m/sec) / [유입 압력(kPa) / 공기유입방향에서의 샘플의 길이 (cm)]

또는, 권취 시험에서는, 각 유지 시일재 샘플을 외경이 5 인치의 원주에 감아, 상기 기술한 바와 같이, 단부끼리를 결합하여 고정했을 때에, 샘플에 균열이 생기는지 여부를 육안으로 평가했다.

[시험 결과]

각 시트재에 대해서 얻어진 누출 시험 및 권취 시험의 결과를 정리해 표 1 및 2 에 나타낸다. 이 표로부터, 실시예 1 ~ 10 의 유지 시일재에서는, 비교예의 유지 시일재에 비해, 배기가스의 누출량이 유리하게 저하하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 배기가스의 누설 방지 효과는, 오목부 형상에는 그다지 의존하지 않고, 딤플 또는 홈에, 동등의 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 3, 6 및 10 에 관련된 유지 시일재에서는, 권취 시험에서, 유지 시일재의 외주면측에, 균열을 생기는 것을 알았다. 이는 이하의 원인에 의한다. 즉, 오목부 (딤플 열 단부 또는 홈 열 단부) 로부터 유지 시일재 단부까지의 거리 D 가 커지면, 둘레 길이 차이의 영향을 억제하는 효과가 나타나기 어려워지기 때문이다.

단, 누출 시험에서, 실시예 3, 6 및 10 의 유지 시일재의 누출량은, 실시예 1, 2, 실시예 4, 5 및 실시예 7 ~ 9 의 것과 동등하다. 따라서, 이 결과로부터는, 유지 시일재의 외주면에 생기는 균열이 배기가스 처리 장치의 시일성의 저하에 미치는 영향은, 현저하지 않다. 그러나, 이러한 균열은, 한층 더 진전됨으로써, 배기가스의 누설로 연결될 가능성이 있다. 따라서, 유지 시일재 단부로부터 딤플 열 또는 홈까지의 거리에 대해서는 상한치를 설정하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 표 1 및 2 의 비교, 즉, 실시예 1 ~ 3 과 실시예 7 ~ 10 의 비교에 의하면, 유지 시일재의 외주면에 균열이 생길 때의, 유지 시일재 단부로부터 딤플 열까지의 거리 D 의 값은, 유지 시일재의 두께에 의해 변화한다. 따라서, 상기 기술한 상한치를 하나의 값에 규정하는 것은 어렵지만, 유지 시일재의 두께가 적어도 약 13 mm 또는 그 이하이면, 상한치를 50 mm 미만으로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

본 발명의 유지 시일재 및 배기가스 처리 장치는, 차량용 배기가스 처리 장 치 등에 이용할 수 있다.

Claims (8)

1. 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖고, 무기 섬유를 포함하는 유지 시일재로서,

   상기 제 1 표면은 그 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리보다 내측에 있는 영역에 오목부를 갖는 유지 시일재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부는 상기 제 1 표면에 형성된 복수의 딤플 열인 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부는 제 1 표면에 병렬 형성된 복수의 홈인 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 표면은, 대상물 둘레에 유지 시일재를 감는 권회방향과, 상기 권회방향과 직교하는 수직방향을 가지고,

   상기 제 1 표면의 단부로부터의 일정한 거리는, 상기 수직방향에 있는 유지 시일재의 양단부로부터 각각 5 mm 이상의 거리인 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 표면의 단부로부터의 일정한 거리는, 상기 수직 방향에 있는 상기 유지 시일재의 양단부로부터 각각 50 mm 미만의 거리인 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 무기 결합재 및/또는 유기 결합재를 포함하는 유지 시일재.
7. 배기가스 처리체,

   제 1 표면 및 제 2 표면을 가지고, 상기 제 1 표면이 상기 배기가스 처리체의 외주면과 직접 접촉하도록, 상기 배기가스 처리체의 외주면의 적어도 일부에 감겨지는 무기 섬유를 포함하는 유지 시일재이고, 상기 제 1 표면이 그 제 1 표면의 단부로부터 일정한 거리보다 내측에 있는 영역에 오목부를 갖는 유지 시일재, 및

   상기 배기가스 처리체 및 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 배기가스 처리체는 촉매 담지체 또는 배기가스 필터인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.

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