JP2007536081A - 排気ガス処理部材を支持するためのシート、該シートと連係する装置、製造方法及び排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】織物シート（８）が処理ユニット（１４）の回りに、該処理ユニット（１４）と、排気ガス流れのための導管（１２）を形成する覆い（１６）との間に配置される。織物シート（１８）はマットレスを備え、該マットレスの外側には、アルミノシリケート含有コーティング（３０）が形成されている。本発明は、自動車の排気ラインのため使用されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンからの排気ガスを処理するための部材を支持するための支持シートに係り、該シートは、処理部材と排気ガス流れダクトを形成するケーシングとの間の処理部材の回りに配置するために設けられ、該シートは、外側コーティングを与えるマットを備えている。

エンジン、特に自動車のディーゼルエンジン又はガソリンエンジンの汚染を浄化するため、１つ以上のガス処理装置、特に、粒子フィルターを組み込んだ触媒処理及び／又は装置を提供するための装置を、排気システムに適合させることが知られている。

環境に依存して、粒子フィルターにより又は触媒浄化部材により構成することができる処理部材は、外側ケーシングにより形成されたガス流れダクト内に配置される。膨張状態に依らずに処理部材が適所に保持されることを確実にするためには、処理部材とケーシングとの間に中間シートを介在することが知られている。このシートは、膨張式（例えば、Ｉｂｉｄｅｎ１００又はＸＰＥＡＶ２）、又は、非膨張式（例えば、エコフレックス２００^ＴＭ又はフレックＮ２６３^ＴＭ）のいずれであってもよい。

当該シートは、最初にケーシングの長さ方向軸に対して横方向に処理部材を保持し、次に、当該部材を、ケーシングの内部にしっかりと保持することにより軸方向に保持するように機能する。

上記のような装置は、完全な充足状態を提供しない。排気ガスの作用下で、シートは、排気システムの使用の間に腐食し、ケーシングの内部に保持される処理部材に有害となり得る。

上記に鑑み、本発明の目的は、装置の長期間の利用を通して信頼性のある態様で処理部材がケーシングの内部に保持されることを確実にする支持シートを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、上記のように特定されるシートを提供し、該シートは、前記コーティングがアルミノシリケートを含むことを特徴とする。
特定の実施態様では、シートは、次の特徴のうち１つ以上を備えている。

・前記アルミノシリケートは、アルミナ−シリカ系リン酸塩を含む。
・前記アルミノシリケートは、該アルミノシリケートの総重量に対して、４０重量％から６０重量％の酸化シリコンと、１０重量％から３０重量％のリン酸化物と、１０重量％から３０重量％の酸化アルミニウムとを含む。

・前記アルミノシリケートは、該アルミノシリケートの総重量に対して、５重量％から１０重量％の酸化ナトリウム及び／又は酸化カリウムと、０．５重量％から２重量％の酸化鉄とを更に含む。

・前記アルミノシリケートは、次の一般的な公式
Ｍ_ｎ[−（ＳｉＯ_２）_ａ−ＡｌＯ_２−]_ｎ
を有するモチーフを与える、ポリ（シリコン−オキソ−アルミネート）を含む。ここで、ｎは１より大きい整数である。ａは、１乃至３０の範囲内にある整数である。Ｍは、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｈ_３Ｏ^＋及びそれらの混合物から選択されたカチオンである。

・前記コーティングは、前記シートのボディ上に水性分散物を塗布する方法によって得ることができ、該水性分散物は２０％から５０％の範囲にある乾燥抽出物を与える。
本発明は、エンジン排気ガスを処理するための装置も提供し、該装置は、排気流れダクトを形成するケーシングと、前記ダクト内に配置された少なくとも１つの処理部材と、上述したようなシートであって、該シートは前記処理部材と前記ケーシングとの間で前記処理部材の回りに配置されている、前記シートと、を備えることを特徴とする。

特定の実施態様では、本装置は、次の特徴のうち１つ以上を備えている。
・前記シートは、上流横断面と下流横断面とを有し、両方の横断面は、前記処理部材の長さ方向軸（Ｘ−Ｘ’）に実質的に垂直であり、前記上流横断面及び前記下流横断面のうち少なくとも１つが前記コーティングを与える。

・前記シートは、前記ケーシング及び前記処理部材に対して各々支持する２つの側面を与え、該側面のうち少なくとも１つが前記コーティングを与える。
本発明は、上述したような装置を製造する方法も提供し、該方法は、コーティングを形成するためアルミノシリケートを含む結合剤を少なくとも部分的に使用して、前記シートの面を被覆し、前記処理部材に対して前記シートをあてがい、前記処理部材及び前記シートを前記ケーシング内に配置する、各工程を備えることを特徴とする。

本方法は、次の特徴を更に備えていてもよい。即ち、前記面は、前記結合剤に噴霧することによって被覆される。
本発明は、上述されたような装置を備えることを特徴とする排気システムも提供する。

本発明は、単なる例を用いて与えられる次の説明を、添付図面を参照しつつ読むことによって、より良く理解される。

図１は、排気ガスを処理するための装置１０を示しており、該装置は、例えばディーゼルエンジン式車両等のエンジンにより駆動される車両の排気システムにおけるセグメントを形成する。当該セグメントは、例えば触媒浄化部材又は粒子フィルター等の第１の処理部材１４を備える排気体積部１２を備えている。

排気体積部１２は、排気ガスのための流れ通路を形成する円柱ケーシング１６により形成される。円柱ケーシング１６の両端部は、収束セグメントにより及び発散セグメントにより延長される。ここで、収束及び発散の方向は、排気体積部のガス流れ方向に対するものとして理解されるべきである。

以下では、「上流」及び「下流」という用語は、ケーシング１６を通した排気ガスの流れ方向に対するものとして理解されるべきである。
膨張材料（ユニフラックスからのＸＰＥＡＶ２（ＴＭ））から作られる中間シート１８は、処理部材１４と、円柱ケーシング１６との間に介在されている。このシートは、例えば、交錯セラミック繊維、又は、無機結合剤又は有機結合剤により互いに連結された繊維のマットにより構成される。

シート１８の厚さは、約３ｍｍである。
略円柱ケーシング１６は、処理部材１４から下流側に円錐部２０を与え、該円錐部は、肩部を内側に形成し、該肩部に対して、シート１８は処理部材１４を軸方向に保持するように支持する。特に、処理部材１４の外側区分は、円錐部２０を超えてケーシング１２の内側区分よりも大きい。

第２の処理部材（図示せず）を、第１の部材１４から下流側に、ケーシング１６内に設けることができる。状況に応じて、第２の処理部材は、触媒浄化部材又は粒子フィルターのいずれかであってもよい。それは、周囲シートを使って、第１の部材１４と同じ態様で配列され、特に保持される。

図１に示されるように、シート１８は、例えば、矩形等の形状で、略管状となっている。それは、処理部材１４の回りに巻き付けるのに適している。かくして、その断面は、処理部材１４の外側断面に相補的である形状を持っている。

シート１８は、処理部材１４の外側表面に対して支持する内側面２２と、円柱ケーシング１６の内側壁に対して支持する外側面２４とを提供する。シート１８は、各端部で、上流環状横断面２６と、下流環状横断面２８と、を与える。両方の断面は、処理部材１４の長さ方向軸Ｘ−Ｘ’に実質的に垂直である。

図１に示される例では、内側面２２と外側面２４とは、アルミノシリケートを含む各々の表面コーティング３０を与える。
アルミノシリケートを基にしたコーティング３０は、シート１８の外側面２４とケーシング１６との間の摩擦係数を最初に増大させ、次に、内側面２２と処理部材１４との間の摩擦係数を増大させる。更には、コーティング３０は、特に、シートが無機結合剤及び有機結合剤のいずれも無しに交錯繊維から構成されているときシート１８の粘着性を維持する。

長さ方向軸Ｘ−Ｘ’に垂直な軸に沿って測定されたコーティング３０の厚さは、２ｍｍより小さく、好ましくは、５０マイクロメートル（μｍ）から１ｍｍの範囲にある。
内側面２２及び外側面２４上のコーティング３０は、連続的である。変形例において、内部孔を与えることができる。

「アルミノシリケート」という用語は、後述されるように、好ましくは一緒に化学的に結合されているシリコン酸化物及びアルミニウム酸化物を含む物質を指し示している。
アルミノシリケートは、アルミナ−シリカ系リン酸塩を含むのが好ましい。図示の例では、アルミナ−シリカ系リン酸塩は、コーティング３０のアルミノシリケートの総重量に対して、４０重量％から６０重量％の酸化シリコンと、１０重量％から３０重量％のリン酸と、を含んでいる。

更に加えて、アルミナ−シリカ系リン酸塩は、コーティングのアルミノシリケートの総重量に対して、５重量％から１０重量％の酸化ナトリウム及び／又は酸化カリウムと、０．５重量％から２重量％の酸化鉄と、を含んでいる。

コーティングは、「ポリ（シアレート）」としても知られているポリ（シリコン−オキソ−アルミネート）種の無機ポリマー材料を含むのが好ましい。
この種の無機ポリマーは、酸素原子により交互に一緒に結合した、ＳｉＯ_４及びＡｌＯ_４のテトラヒドラから構成される格子を有する。当該格子は、２方向性又は３方向性であってもよい。

更には、格子内のアルミニウムは、ＩＶの配位数を有する。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属から選択されたカチオン、又は、他のカチオンは、配位数ＩＶとアルミニウムの負電荷とをバランスさせるため格子によって形成された構造的空洞部内に与えられる。カチオンは、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｈ_３Ｏ^＋及びそれらの混合物により構築された群から選択されるのが好ましい。

かくして、ポリ（シアレート）は、次の一般的な公式を有するモチーフを与える。
Ｍ_ｎ[−（ＳｉＯ_２）_ａ−ＡｌＯ_２−]_ｎ
ここで、ｎは１より大きい整数である。ａは、範囲１乃至３０内の整数である。Ｍは、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｈ_３Ｏ^＋及びそれらの混合物から選択されたカチオンである。

好ましくは、アルミノシリケート内におけるシリコンとアルミニウムとの間のモル比率は、３より大きく、３乃至６の範囲内にある。
この種のポリ（シアレート）は、例えば、シリケート及びアルミノシリケートの粉末と溶解可能なシリケートの強アルカリ水性溶液とを含む基本的な混合物を重合させる方法によって得られる。

シリケート及びアルミノシリケートの粉末は、例えば、（２ＳｉＯ_２、ＡｌＯ_２）から（４０ＳｉＯ_２、ＡｌＯ_２）の範囲内にある組成のアルミノシリケート酸化物粉末を含んでいる。

シリケートの強アルカリ水性溶液は、例えば、当該範囲又は０．５から１に等しいＭ_２Ｏ／ＳｉＯ_２モル比率を与える。ここで、Ｍ_２Ｏは、酸化ナトリウム若しくは酸化カリウム、又は、酸化ナトリウム及び酸化カリウムの混合物のいずれかである。

アルミノシリケート、リン酸鉄、リン酸銅、リン酸亜鉛、及び、それらの混合物から選択された金属酸化物は、重合前に基本的な混合物に追加されるのが好ましい。
ポリ（シアレート）の例及びそのようなポリ（シアレート）等を得る方法は、例えば、フランス特許出願ＦＲ２８３８７３３号に記載されている。

コーティング３０は、後述されるように、シート１８上にアルミナ−シリカ系リン酸塩の水性分散物を塗布することによって得られるのが好ましい。
この水性分散物は、２０％から５０％の範囲にある乾燥抽出物を与える。

「乾燥抽出物」という用語は、水性分散物の与えられたサンプルに対して、サンプルが１００℃より高い温度でオーブン内で乾燥された後に残った乾燥物質の重量と、乾燥前のサンプルの初期重量との間の所定比率を指定している。

図２に示された例では、コーティング３０を形成するためシート１８に適用されたアルミナ−シリカ系リン酸塩の水性分散物は、フランスの製造業者のジオポリメーレから販売されている、結合剤ジオポリミート（Ｒ）ＣＴＡＢ０４である。結合剤は、３５％の乾燥抽出物と、以下の表で詳細に特定されるような酸化組成物と、を有する。

図１に示された装置１０を作る方法は、例を用いて以下に記載される。
最初に、ユフレックス供給業者から入手されるＸＰＥＡＶ２^ＴＭ式の膨張シート１８の内側面２２及び外側面２４は、結合剤のジオポリミーテ（Ｒ）ＣＴ ＡＢ ０４の水性分散物によって被覆される。

当該コーティングは、結合剤を含むレセプタクル内にシート１８を漬けることによって、又は、シート１８の面上に結合剤を噴霧することによって、実施することができる。浸漬工程は、シート１８の面のすべてを被覆することを可能にし、これに対して、噴霧工程は、シート１８の１つ以上の面上にコーティングを選択的に実施することを可能にしている。

本方法は、１時間に亘る１２０℃のオーブン内における熱処理工程を備えている。変形例では、熱処理工程を省略することができる。
このようにして形成されたコーティングは、１０ｍｍ未満の厚さを与えている。

シート１８は、処理部材１４の回りに巻かれ、部材１４の外側表面に対して押圧する。
その後、処理部材１４及びシート１８により構築されるアッセンブリは、ケーシング１６内に強制的に挿入される。シート１８及び処理部材１４は、内部にきっちりと保持されることによってケーシング１６内に保持される。

上記に詳細を説明したように、アルミノシリケートに基づくコーティング３０は、シート１８の外側面２４とケーシング１６との間で最初に摩擦係数を増大させ、次いで内側面２２と処理部材１４との間で摩擦係数を増大させる。その結果、長さ方向軸Ｘ−Ｘ’に沿ったケーシング１６に対する処理部材１４の任意の運動は、たとえ処理部材１４から下流側の排気ガスの圧力が高かったとしても非常に制限される。

更には、コーティング３０は、特にシートが無機結合材及び有機結合材のいずれも持っていない場合、シート１８を形成する繊維の間に、粘着性を提供する。
かくして、シート１８の物理的特性及び化学的特性は、例えば４００℃から８００℃の範囲にある、排気システムの利用温度において、長期間の使用に亘って維持される。

図２に示された、本発明の第２の装置４０では、アルミノシリケートに基づくコーティング３０は、シート１８の環状の上流面２６及び下流面２８に位置される。
この変形例では、コーティング３０は、実質的に連続的であり、よって排気ガスがシート１８内へと貫通することを防止し、これによって、その化学的劣化を制限する。

この第２の装置４０を作る方法は、シート１８の環状面２６及び環状面２８を被覆する工程によって本発明の第１の方法とは異なり、該工程は、処理部材１４及びシート１８がケーシング１６内に挿入された後、実行される。そのような状況の下で、コーティングは、約１０ｍｍ以下である厚さを与えている。

コーティング３０の存在は、シート１８を腐食から保護することによって、耐久性のある態様でケーシング１６に関連した位置に処理部材１４を最小のコストで維持することを可能にする。

変形例では、シート１８の外側面２２、２４、２６及び２８の全ては、アルミノシリケートを含むコーティング３０を与えている。

図１は、本発明の第１の処理装置の縦断面図である。 図２は、本発明の第２の装置を示す図１に類似した図である。

Claims (12)

1. エンジンからの排気ガスを処理するための部材（１４）を支持するための支持シート（１８）であって、
   前記シートは、前記処理部材（１４）と排気ガス流れダクト（１２）を形成するケーシング（１６）との間で、前記処理部材（１４）の回りに配置され、
   前記シート（１８）は外側コーティング（３０）を与えるマットを備え、
   前記シートは、前記コーティング（３０）がアルミノシリケートを含むことを特徴とする、支持シート。
2. 前記アルミノシリケートは、アルミナ−シリカ系リン酸塩を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシート（１８）。
3. 前記アルミノシリケートは、該アルミノシリケートの総重量に対して、４０重量％から６０重量％の酸化シリコンと、１０重量％から３０重量％のリン酸化物と、１０重量％から３０重量％の酸化アルミニウムとを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のシート（１８）。
4. 前記アルミノシリケートは、該アルミノシリケートの総重量に対して、５重量％から１０重量％の酸化ナトリウム及び／又は酸化カリウムと、０．５重量％から２重量％の酸化鉄とを更に含むことを特徴とする、上記請求項のうちいずれか１項に記載のシート（１８）。
5. 前記アルミノシリケートは、次の一般的な公式
   Ｍ_ｎ[−（ＳｉＯ_２）_ａ−ＡｌＯ_２−]_ｎ
   を有するモチーフを与える、ポリ（シリコン−オキソ−アルミネート）を含むことを特徴とし、ここで、ｎは１より大きい整数であり、ａは、１乃至３０の範囲内にある整数であり、Ｍは、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋、Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｈ_３Ｏ^＋及びそれらの混合物から選択されたカチオンである、上記請求項のうちいずれか１項に記載のシート（１８）。
6. 前記コーティング（３０）は、前記シート（１８）のボディ上に水性分散物を塗布する方法によって得ることができ、該水性分散物は２０％から５０％の範囲にある乾燥抽出物を与える、上記請求項のうちいずれか１項に記載のシート（１８）。
7. エンジン排気ガスを処理するための装置（１０、４０）であって、該装置は、
   排気流れダクト（１２）を形成するケーシング（１６）と、
   前記ダクト（１２）内に配置された少なくとも１つの処理部材（１４）と、
   前記請求項のうちいずれか１項に記載のシート（１８）であって、該シート（１８）は前記処理部材（１４）と前記ケーシング（１６）との間で前記処理部材（１４）の回りに配置されている、前記シート（１８）と、
   を備えることを特徴とする、装置。
8. 前記シート（１８）は、上流横断面（２６）と下流横断面（２８）とを有し、両方の横断面は、前記処理部材（１４）の長さ方向軸（Ｘ−Ｘ’）に実質的に垂直であり、前記上流横断面（２６）及び前記下流横断面（２８）のうち少なくとも１つが前記コーティング（３０）を与えることを特徴とする、請求項７に記載の装置（４０）。
9. 前記シート（１８）は、前記ケーシング（１６）及び前記処理部材（１４）に対して各々支持する２つの側面（２２、２４）を与え、該側面（２２、２４）のうち少なくとも１つが前記コーティング（３０）を与えることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置（１０）。
10. 請求項７ないし８のいずれか１項に係る装置（１０、４０）を製造する方法であって、
    コーティング（３０）を形成するためアルミノシリケートを含む結合剤を少なくとも部分的に使用して、前記シート（１８）の面（２２、２４、２６、２８）を被覆し、
    前記処理部材（１４）に対して前記シート（１８）をあてがい、
    前記処理部材（１４）及び前記シート（１８）を前記ケーシング（１６）内に配置する、各工程を備えることを特徴とする方法。
11. 前記面（２２、２４、２６、２８）は、前記結合剤に噴霧することによって被覆されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項７ないし９のいずれか１項に係る装置（１０、４０）を備えることを特徴とする、排気システム。

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