JP2012219650A

JP2012219650A - 配管用遮熱カバー及びその製造方法

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Publication number: JP2012219650A
Application number: JP2011083527A
Authority: JP
Inventors: Keiji Tsukahara; 啓二塚原; Takahiro Niwa; 隆弘丹羽; Toshihiko Kumasaka; 敏彦熊坂; Satonao Hiraoka; 聡直平岡; Masatake Onodera; 正剛小野寺
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: JP5866145B2

Abstract

【課題】湾曲している排気管に容易に装着でき、遮熱効果にも優れる配管用遮熱カバーを提供する。
【解決手段】金属箔製蛇腹管の谷部内面、または芯材に巻き付けた開口を開けた無機繊維マットの外周面に接着剤を塗布し、接着剤が未硬化の間に、前記無機繊維マットを巻き付けた芯材を前記金属箔製蛇腹管に挿入し、前記無機繊維製マットと前記金属箔製蛇腹管の谷部内面とが当接した状態で前記接着剤を硬化させた後、前記芯材のみを抜き取ることにより、前記金属箔製蛇腹管の谷部内面に前記無機繊維製マットが接合した配管用遮熱カバーを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車の排気管等のように高温になる配管に被嵌して遮熱するための遮熱カバー、並びにその製造方法に関する。

一般に、自動車エンジンの排気ガスは、排気管を通って触媒コンバータに送られ、触媒コンバータで大気汚染物質を除去した後にマフラーから大気中に放出される。触媒コンバータでは、触媒を活性化温度まで短時間で昇温させる観点から、排気ガス温度が高いことが望まれており、触媒コンバータに至るまでの間に排気ガスの温度低下を防ぐために、排気管の遮熱が行われている。また、排気ガスを再度吸気側に送る熱回収機構の配管でも、エンジンの急速暖機を行うために同様の遮熱が行われている。

排気管の遮熱構造は、排気管と外管との間に空気層を介在させた二重管構造が一般的であるが、排気管は各種の部品を回避するために複雑に湾曲しているため、例えば特許文献１では、金属線材を排気管に螺旋状に巻き付けてスペーサとし、外管を被嵌した後、所定の位置にて排気管と外管とを一緒に湾曲させている。しかし、排気管及び外管が共に金属製であるため、湾曲させるための治具が必要で、また金属線材が巻かれているとはいえ、大きく湾曲させたときに座屈しやすく、遮熱効果が十分ではなくなるおそれもある。

また、本出願人も先に、特許文献２において、湾曲している排気管の外周面に任意の間隔でリング状のスペーサを固着し、金属箔の内面にガラスクロスを接合した可撓性の外管を装着することを提案している。しかしながら、スペーサの固着作業が必要であり、また、スペーサの熱容量により、排気管を流れるガスの温度が低下することも考えられる。

特開２００２−２２８０５５号公報特開２００４−２８５８４９号公報

本発明はこのような背景に鑑み、湾曲している排気管に容易に装着でき、遮熱効果にも優れる配管用遮熱カバーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記の配管用遮熱カバー及びその製造方法を提供する。
（１）金属箔からなる蛇腹管の谷部内面に、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを接合したことを特徴とする配管用遮熱カバー。
（２）無機繊維製マットにおける開口率が２５〜８５％であることを特徴とする上記（１）記載の配管用遮熱カバー。
（３）無機繊維製マットがガラス繊維製マットであることを特徴とする上記（１）または（２）記載の配管用遮熱カバー。
（４）金属箔がステンレス箔であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の配管用遮熱カバー。
（５）平板状に成形され、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを、芯材に巻き付ける工程と、
前記無機繊維製マットの外周面、または金属箔製蛇腹管の谷部内面に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が未硬化の間に、前記無機繊維製マットが巻き付けられた芯材を前記金属箔製蛇腹管に挿入する工程と、
前記接着剤を硬化させて、前記金属箔製蛇腹管の谷部内面に前記無機繊維製マットの外周面を接着させる工程と、
前記接着剤が硬化した後、前記芯材のみを抜き取る工程と、
を有することを特徴とする配管用遮熱カバーの製造方法。
（６）円筒状に成形され、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを、芯材に外嵌する工程と、
前記無機繊維製マットの外周面、または金属箔製蛇腹管の谷部内面に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が未硬化の間に、前記無機繊維製マットを外嵌した芯材を前記金属箔製蛇腹管に挿入する工程と、
前記接着剤を硬化させて、前記金属箔製蛇腹管の谷部内面に前記無機繊維製マットの外周面を接着させる工程と、
前記接着剤が硬化した後、前記芯材のみを抜き取る工程と、
を有することを特徴とする配管用遮熱カバーの製造方法。

本発明の配管用遮熱カバーは、金属箔からなる蛇腹管と、開口が開けられた無機繊維製マットとの接合体であるため、湾曲した配管へも容易に装着することができる。また、無機繊維製マットが、蛇腹管と配管との間のスペーサとして機能するため、スペーサを別途設ける必要もない。更には、無機繊維製マットの開口が空気層となって良好な断熱を実現する。

また、配管用遮熱カバーを製造する方法も簡便であり、生産性に優れ安価に製造することができる。

本発明の配管用遮熱カバーを、長手方向に沿って示した断面図である。配管用遮熱カバーを排気管に装着した状態を、図１のＡ部分を拡大して示した図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、無機繊維製マットの例を示す平面図である。（Ｄ）、（Ｅ）は無機繊維製マットの他の例を示す平面図である。実施例及び比較例の遮熱カバーの（出口温度／入口温度）比の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の配管用遮熱カバーについて図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の配管用遮熱カバーを、その長手方向に沿って示めす断面図であり、図２は、配管に装着した状態を、図１のＡ部分を拡大して示した図である。図示されるように、配管用遮熱カバーは、金属箔製蛇腹管１の谷部内面１ａに、厚み部分を貫通する複数の開口１１が開けられた無機繊維製マット１０を接合したものである。

金属箔製蛇腹管１の材質としては、アルミニウム箔や、ステンレス箔が挙げられるが、耐熱性の観点からステンレス箔製であることが好ましい。また、強度や湾曲のし易さを考慮すると、厚さは１００〜３００μｍ、蛇腹の頂部と頂部との間隔は１．５〜２．５ｍｍ、頂部と谷部との高低差は２〜３ｍｍが適当である。こうした構成により、屈曲可能で、湾曲しやすい配管用遮熱カバーを提供することができる。

無機繊維製マット１０には、ガラス繊維やセラミック繊維の織布や、ガラス繊維やセラミック繊維を堆積したものをニードルパンチによってマット化したものを用いることができる。中でも、安価で、柔軟性にも優れることから、ガラス繊維製であることが好ましい。また、繊維長が長いほど平面方向に配向しやすくなるため、３０ｍｍ以上のガラス繊維を堆積してニードルパンチによりマット化したものが好ましい。更に、ロービングとヤーンとを、重量比で、ロービング／ヤーン比を５０／５０〜０／１００とすることが好ましく、２０／８０〜４０／６０とすることがより好ましい。ここで、ロービングとはファイバー（単繊維で少なくとも直径の１００倍の長さを有する）を撚らずに集合させた粗糸を意味し、ヤーンとは一本以上のストランド（縒りのない単繊維の束）を撚り合わせた加工糸を意味する。

無機繊維製マット１０に開口１１を形成するには、無機繊維製マット１０を複数枚重ねて一度に処理できることから、打ち抜きプレスを用いる方法が簡便で、好ましい。

また、無機繊維製マット１０は、円筒状に成形されていてもよい。円筒状の無機繊維製マット１０を作製するには、上記と同様に、無機繊維を堆積してニードルパンチでマット化し、打ち抜きプレスで開口１１を形成した後、芯材に巻き付け、水に無機バインダーを分散させた分散液中に浸漬し、乾燥後に芯材を抜き取る等の方法がある。無機バインダーとしてはベントナイトが好ましい。また、無機バインダーの含浸量が多くなるほど無機繊維製マット１０は硬くなり、本発明の配管用遮熱カバーの特性である可撓性が損なわれるようになるため、適度の柔軟性になるように含浸量を適宜調整する。

無機繊維製マット１０が含有する有機分は、無機繊維製マット全量に対して３質量％以下であることが好ましく、１質量％以下であることがより好ましい。有機分は、ロービングやヤーンに加工するときに使用される結束剤が主である。有機分が少なくなるほど、配管に組み込まれた後に熱が加えられた際に揮発ガスが少なくなるので好ましい。ここで、有機分は７００℃で３０分加熱した後の強熱減量率で代用できる。

尚、ガラスマットの密度は、変形や自身の熱容量を考慮すると５０〜３００ｋｇ／ｍ^３が適当であり、好ましくは１００〜３００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１５０〜２５０ｋｇ／ｍ^３である。この密度調整は、堆積させる繊維の目付量(単位面積当たりの重量)、ニードルパンチの針本数(単位面積当たりの打ち抜き本数)で調整することができる。ニードルパンチの針本数は５〜４０本／ｃｍ^２であれば良く、好ましくは２０〜４０本／ｃｍ^２である。針本数が多いほど、開口１１の形成に際し、細かい打ち抜きが可能になる。

また、無機繊維製マット１０はスペーサとして機能するため、薄くなりすぎると金属箔製蛇腹管１が開口１１を通じて排気管３０とするおそれがある。一方、厚くなりすぎると自身の熱容量の影響が大きくなり、遮熱効果が低下するようになる。そこで、マット厚は０．５〜１０ｍｍが適当であり、好ましくは１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜５ｍｍである。

開口率、即ち無機繊維製マット１０の面積に対する開口の総面積の割合は２５〜８５％が好ましく、５０〜８０％がより好ましく、６５〜８０％がさらに好ましい。開口率が大きくなるほど排気管３０に装着したときの空気層が多くなり、また無機繊維製マット１０と排気管３０との接触面積が小さくなって自身の熱容量の影響も少なくなるため、遮熱効果がより高まる。但し、開口率が大きくなるほど、開口１１と開口１１との間に形成される無機繊維製マット１０の桟（例えば、図３（Ａ）または（Ｂ）の１０ｂ）が細くなるため、後述するように遮熱カバーの製造時に変形するおそれがある。また、個々の開口１１が大きくなるため、金属箔製蛇腹管１が撓んで排気管３０と接触するおそれもある。

尚、開口１１の形状は、このような開口率になれば制限はなく、例えば図３の（Ａ）に示すように矩形の開口を規則的に形成したり、（Ｂ）に示すように三角形の開口を規則的に形成したり、（Ｃ）に示すように大小の円を多数形成してもよい。尚、（Ａ）に示す矩形の開口１１は、図示される長方形の他に正方形でもよい。また、開口１１は無定形であってもよい。

本発明の配管用遮熱カバーを製造するには、先ず、金属箔製蛇腹管１を用意し、その谷部内面１ａに接着剤を塗布する。接着剤は施工後の発生ガスの観点から無機系接着剤が望ましい。接着剤は金属と無機繊維とを接着できれば制限はなく、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ムライト、炭化珪素などのセラミック系、珪酸ナトリウム、珪酸ソーダ等の水ガラス系、または水和反応を利用したセメント等を使用することができる。一方で、円筒状または円柱状の芯材に、開口１１を開けた無機繊維製マット１０を、その長手方向の縁１０ａ同士が当接するように巻き付けたものを用意する。そして、接着剤が未硬化の状態の間に、金属箔製蛇腹管１に芯材ごと無機繊維製マット１０を挿入し、無機繊維製マット１０と金属性蛇腹管１の谷部内面１ａとが当接した状態で接着剤を硬化させた後に芯材のみを抜き取る。

また、金属箔製蛇腹管１の谷部内面１ａに接着剤を塗布する代わりに、芯材に巻き付けた無機繊維製マット１０の外周面に接着剤を塗布し、芯材ごと無機繊維製マット１０を金属箔製蛇腹管１に挿入してもよい。

円筒状の無機繊維製マットを用いた場合も同様であり、金属箔製蛇腹管１の谷部内面１ａに接着剤を塗布し、もしくは芯材に外嵌した円筒状の無機繊維製マットの外周面に接着剤を塗布して、芯材ごと金属箔製蛇腹管１に挿入し、接着剤が硬化した後、芯材のみを抜き出す。

尚、このような製造方法を考慮すると、図３（Ａ）に示したような矩形の開口１１や、（Ｂ）に示したような三角形の開口１１を開けた無機繊維製マット１０では、開口間の格子の桟１０ｂが細く、金属箔製蛇腹管１への挿入の際に谷部内面１ａと接触して格子の桟１０ｂが変形するおそれがあるため、図３（Ｃ）に示したような大小の円形の開口１１を開けた無機繊維製マット１０が好ましい。

また、矩形の開口１１であっても、図４の（Ｄ）に示すように、長径部が長手方向に沿った長方形とすることにより、挿入性は向上する。特に好ましくは、図４（Ｅ）に示すように、長径部が長手方向に沿った楕円状の開口１１を開けた無機繊維製マット１０である。

本発明の配管用遮熱カバーは、配管の保温に有効であるが、後述する実施例にも示すように、配管を流通する流体の温度が３００〜６００℃の範囲で特に顕著な保温効果を示す。そのため、自動車のエンジン近傍に配置される排気管への適用が好適である。

さらに、本発明の配管用遮熱カバーによれば、自動車の早期暖機を実現することが期待される。すなわち、従来の二重管構造に比べて熱容量が低いため、エンジン始動直後において排気管の熱が奪われにくくなり、暖機時間を短縮されることが期待される。

また、本発明の配管用遮熱カバーは、屈曲可能で、湾曲しやすく、屈曲配管に対しても容易に装着することができる。さらに、こうした屈曲配管に装着した場合、配管の屈曲部において、無機繊維製マットにより配管と金属箔製蛇腹管との接触が妨げられる。その結果、従来の二重管構造において懸念されていた屈曲部における配管と外管とが接触して熱スポットが形成されてしまい保温性が損なわれることが回避される。

以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１）
気流を用いてガラス繊維を堆積させた後、ニードルパンチによってマット化し、更にこのマットを含浸成形法によりベントナイトをバインダーとして成形してガラス繊維製マットを作製し、打ち抜き加工により同一の円形を複数箇所に形成して開口率を７５％とした。尚、ガラス繊維製マットの厚さは２．３ｍｍ、密度１９０ｋｇ／ｍ^３であった。

このガラス繊維製マットを、外径φ３８．１ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ５００ｍｍのＳＵＳ３０４製直管に巻き付け、その外周面にＳＵＳ４２９製で蛇腹状の箔を接着して測定試料とした。

（実施例２）
ガラス繊維製マットの開口率を５０％にした以外は、実施例１と同様にして測定試料を作製した。

（実施例３）
ガラス繊維製マットの開口率を２５％にした以外は、実施例１と同様にして測定試料を作製した。

（比較例１）
ガラス繊維製マットを使用しない（開口率１００％）こと以外は、実施例１と同様にして測定試料を作製した。

（遮熱特性評価）
作製した測定試料の直管に、温度が約５００℃、質量流量が約５ｇ／ｓの空気を１００秒間流し、空気の入口部及び出口部の温度を計測した。計測した入口温度及び出口温度は、測定環境から受ける微細な影響を排除するために、それぞれ室温を差し引いて補正した。そして、測定試料の遮熱特性を評価するために、（出口温度／入口温度）比の時間変化を求めた。

上述の測定結果を図５に示すが、何れの測定試料も加熱開始直後は内管の温度上昇に熱エネルギーが消費されるため、時間経過に伴って配管温度が上昇すると共に熱エネルギーロスが低減して（出口温度／入口温度）比が上昇していく。但し、各実施例の測定試料は、加熱開始直後、断熱材の熱容量分だけエネルギーロスが大きいため、比較例の測定試料に対して（出口温度／入口温度）比が低い値となっている。しかし、各実施例の測定試料は、加熱開始後、僅か５０秒程度で比較例の測定試料よりも高い（出口温度／入口温度）比を示しており、従来の２重管よりも優れた遮熱性能が得られている。また、開口率が５０％の実施例２、２５％の実施例３は、開口率７５％の実施例１に比べて遮熱性能に優れている。

１金属箔製蛇腹管
１０無機繊維製マット
１１開口

Claims

金属箔からなる蛇腹管の谷部内面に、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを接合したことを特徴とする配管用遮熱カバー。
無機繊維製マットにおける開口率が２５〜８５％であることを特徴とする請求項１記載の配管用遮熱カバー。
無機繊維製マットがガラス繊維製マットであることを特徴とする請求項１または２記載の配管用遮熱カバー。
金属箔がステンレス箔であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の配管用遮熱カバー。
平板状に成形され、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを、芯材に巻き付ける工程と、
前記無機繊維製マットの外周面、または金属箔製蛇腹管の谷部内面に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が未硬化の間に、前記無機繊維製マットが巻き付けられた芯材を前記金属箔製蛇腹管に挿入する工程と、
前記接着剤を硬化させて、前記金属箔製蛇腹管の谷部内面に前記無機繊維製マットの外周面を接着させる工程と、
前記接着剤が硬化した後、前記芯材のみを抜き取る工程と、
を有することを特徴とする配管用遮熱カバーの製造方法。
円筒状に成形され、厚み部分を貫通する開口が開けられた無機繊維製マットを、芯材に外嵌する工程と、
前記無機繊維製マットの外周面、または金属箔製蛇腹管の谷部内面に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が未硬化の間に、前記無機繊維製マットを外嵌した芯材を前記金属箔製蛇腹管に挿入する工程と、
前記接着剤を硬化させて、前記金属箔製蛇腹管の谷部内面に前記無機繊維製マットの外周面を接着させる工程と、
前記接着剤が硬化した後、前記芯材のみを抜き取る工程と、
を有することを特徴とする配管用遮熱カバーの製造方法。