JP2017180327A - Diffusion member, exhaust gas emission control device and use of diffusion member in exhaust gas emission control device - Google Patents

Diffusion member, exhaust gas emission control device and use of diffusion member in exhaust gas emission control device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffusion member capable of suppressing temperature reduction of exhaust gas, excellent in corrosion resistance against a by-product of urine, easy to connect to an exhaust pipe, and capable of extremely easily changing design according to a shape of the exhaust pipe or a flow passage.SOLUTION: A diffusion member is installed in an exhaust pipe, and configured to obstruct part of flow of exhaust gas inflowing from an upstream side of the exhaust pipe. The diffusion member comprises a ceramic member and a metal member. The metal member is a rod-like body. The ceramic member covers the periphery of the rod-like body so as to expose both ends of the rod-like body. The volume of the ceramic member constituting the diffusion member is made larger than the volume of the metal member.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、拡散部材、排ガス浄化装置及び排ガス浄化装置における拡散部材の使用に関する。 The present invention relates to a diffusion member, an exhaust gas purification device, and use of the diffusion member in the exhaust gas purification device.

ディーゼル機関においてはNOxの発生が不可避であるため、これを除去する方法が必須となっている。NOxの除去としては、還元剤として尿素を用いた選択的触媒還元システム(尿素SCRシステム)が実用化されている。 Since generation of NOx is inevitable in a diesel engine, a method for removing this is essential. For removing NOx, a selective catalytic reduction system (urea SCR system) using urea as a reducing agent has been put into practical use.

尿素SCRシステムでは、尿素水を排気管内に噴射する。噴射された尿素水は排ガスの熱により加水分解及び熱分解を起こしてアンモニアとなり、NOxをNへと還元する還元剤として作用する。従って、排ガス中のNOxを充分に還元するためには、還元剤であるアンモニアと排ガスを充分に混合する必要がある。
なお、排気管内において排ガスを充分に混合することは、尿素SCRシステムに限らず、各種センサと併用する場合にも重要である。
In the urea SCR system, urea water is injected into the exhaust pipe. The injected urea water is hydrolyzed and thermally decomposed by the heat of the exhaust gas to become ammonia, and acts as a reducing agent that reduces NOx to N 2 . Therefore, in order to sufficiently reduce NOx in the exhaust gas, it is necessary to sufficiently mix ammonia as a reducing agent and the exhaust gas.
It should be noted that it is important to sufficiently mix the exhaust gas in the exhaust pipe not only in the urea SCR system but also when used in combination with various sensors.

上述した尿素SCRシステム等において、排気管の内径が充分に大きい場合や排気管の長さが充分に長い場合は、排ガスは充分に混合されるが、車両構造の制限等のため、排気管の内径を充分に大きくできないことや、排気管の長さを充分に長くできないことがある。このような場合に排ガスを混合する方法として、特許文献1には、排気管内に静止ミキサを設ける方法が開示されており、特許文献2には、排気管内に混合器やスワラーを設け、排ガスに旋回流を発生させる方法が開示されている。 In the above-described urea SCR system or the like, when the exhaust pipe has a sufficiently large inner diameter or a sufficiently long exhaust pipe, the exhaust gas is sufficiently mixed. There are cases where the inner diameter cannot be made sufficiently large and the length of the exhaust pipe cannot be made sufficiently long. As a method for mixing the exhaust gas in such a case, Patent Document 1 discloses a method of providing a stationary mixer in the exhaust pipe, and Patent Document 2 provides a mixer or swirler in the exhaust pipe, A method for generating a swirling flow is disclosed.

特表2001−516635号公報Special table 2001-516635 gazette 特開2008−280882号公報JP 2008-280882 A

しかしながら、特許文献1に記載された静止ミキサや特許文献2に記載された混合器・スワラーを用いた場合、排ガスの熱エネルギーが静止ミキサ、混合器及びスワラーに奪われてしまうことによって、排ガスの温度が低下してしまうという問題があった。排ガスの温度が、下流に搭載された排ガス浄化触媒の作動温度域よりも低下した場合、充分な浄化作用を発揮することができないことがあった。特許文献1には、静止ミキサがプラスチック或いは金属からなることが開示されているが、プラスチックからなる静止ミキサでは、耐熱性及び耐久性に問題があり、金属からなる静止ミキサでは、尿素水及びアンモニアによる腐食が懸念されるだけでなく、上述したように排ガスの温度を低下させるという問題があった。 However, when the static mixer described in Patent Document 1 or the mixer / swirler described in Patent Document 2 is used, the heat energy of the exhaust gas is deprived by the static mixer, the mixer, and the swirler. There was a problem that temperature fell. When the temperature of the exhaust gas is lower than the operating temperature range of the exhaust gas purification catalyst mounted downstream, it may not be possible to exert a sufficient purification action. Patent Document 1 discloses that a static mixer is made of plastic or metal. However, a static mixer made of plastic has a problem in heat resistance and durability. In a static mixer made of metal, urea water and ammonia are disclosed. In addition to concern about corrosion due to, there was a problem of reducing the temperature of exhaust gas as described above.

なお、尿素SCRシステムにおいては排気管内に尿素水を噴射し、排ガスの熱により加水分解を起こして還元剤となるアンモニアを生成するが、このとき、排気管内部の温度が低すぎると尿素水の加水分解及び熱分解が正常に進行せずに副生成物(以下、尿素水の副生成物ともいう)が生じやすくなる。尿素水の副生成物はアンモニアよりも腐食性が強いため、特許文献1に記載された金属からなる静止ミキサを尿素SCRシステムに用いた場合、排ガスの温度が低下することによって触媒担体におけるNOx浄化反応の効率が低下するだけでなく、尿素水の副生成物により静止ミキサがより腐食されやすくなるという問題があった。そのため、尿素SCRシステムにおいて使用される静止ミキサとしては、上述した排ガスの温度低下の問題だけでなく、尿素水の副生成物に対する耐腐食性の問題をも解決することが求められている。 In the urea SCR system, urea water is injected into the exhaust pipe and is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia as a reducing agent. At this time, if the temperature inside the exhaust pipe is too low, the urea water is Hydrolysis and thermal decomposition do not proceed normally, and by-products (hereinafter also referred to as urea water by-products) tend to be generated. Since the by-product of urea water is more corrosive than ammonia, when the stationary mixer made of metal described in Patent Document 1 is used in the urea SCR system, the temperature of the exhaust gas is lowered to reduce NOx in the catalyst carrier. Not only does the efficiency of the reaction decrease, but there is a problem that the static mixer is more easily corroded by the by-product of urea water. Therefore, the stationary mixer used in the urea SCR system is required to solve not only the above-described problem of exhaust gas temperature decrease but also the problem of corrosion resistance to urea water by-products.

なお、静止ミキサがプラスチック製の場合には上述した腐食を受けにくいが、プラスチック製の静止ミキサは、そのままでは排気管内部に固定することができない。そのため、プラスチック製の静止ミキサを別途金属部材等に固定し、この金属部材を排気管内部に溶接等することによって固定する必要が生じるという課題があった。 When the static mixer is made of plastic, it is difficult to receive the above-described corrosion, but the plastic static mixer cannot be fixed inside the exhaust pipe as it is. Therefore, there is a problem that it is necessary to fix the stationary mixer made of plastic separately to a metal member or the like, and to fix the metal member by welding or the like inside the exhaust pipe.

なお、特許文献2には、混合器やスワラーをどのような材料で製造するか、及び、混合器やスワラーによって排ガスの温度低下が発生することについてはなんら開示されていない。 Patent Document 2 does not disclose what kind of material the mixer and swirler are made of and how the temperature of exhaust gas is reduced by the mixer and swirler.

上記課題に鑑みて本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、拡散部材を棒状形状の金属部材(棒状体ともいう)と、該棒状体の両端部が露出するように該棒状体の周囲を覆うセラミック部材で構成することで、金属製の拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができ、尿素水の副生成物に対する耐腐食性に優れ、排気管との接続が容易で、排気管の形状や流路に応じて極めて容易に設計変更が可能となることを見出し、本発明に到達したものである。 As a result of intensive studies by the present inventors in view of the above-mentioned problems, the diffusion member is formed into a rod-shaped metal member (also referred to as a rod-shaped body) and the periphery of the rod-shaped body so that both ends of the rod-shaped body are exposed. Composed of a ceramic member to cover, can suppress the temperature drop of exhaust gas compared to a metal diffusion member, has excellent corrosion resistance against by-products of urea water, and is easy to connect to the exhaust pipe It has been found that the design can be changed very easily according to the shape and flow path of the exhaust pipe, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明の拡散部材は、排気管内に設置されて、排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害する拡散部材であって、上記拡散部材はセラミック部材と金属部材とからなり、上記金属部材は棒状体であり、上記セラミック部材が上記棒状体の両端部が露出するように上記金属部材の周囲を覆っており、上記拡散部材を構成する上記セラミック部材の体積は上記金属部材の体積よりも大きいことを特徴とする。 That is, the diffusion member of the present invention is a diffusion member that is installed in the exhaust pipe and partially obstructs the flow of exhaust gas flowing in from the upstream of the exhaust pipe, and the diffusion member includes a ceramic member and a metal member, The metal member is a rod-shaped body, the ceramic member covers the periphery of the metal member so that both ends of the rod-shaped body are exposed, and the volume of the ceramic member constituting the diffusion member is the volume of the metal member It is characterized by being larger than.

本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。すなわち、拡散部材を構成する材料の多くはセラミックとなっている。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。 The diffusion member of the present invention includes a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member is larger than the volume of the metal member. That is, most of the material constituting the diffusion member is ceramic. Therefore, the temperature reduction of exhaust gas can be suppressed as compared with a diffusion member made of only metal.

本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。すなわち、本発明の拡散部材は、この金属部材が露出した部分を排気管内部に溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
In the diffusing member of the present invention, the ceramic member covers the periphery of the metal member so that a part of the metal member is exposed. That is, the diffusion member of the present invention can be easily disposed in the exhaust pipe by welding the exposed portion of the metal member to the inside of the exhaust pipe.
And since the ceramic member has covered the surface except the location where the metal member mentioned above is exposed, it is hard to receive the corrosion by the by-product of urea water.

本発明の拡散部材は、棒状形状の金属部材(棒状体ともいう)と該金属部材の両端部が露出するように金属部材の周囲を覆っているセラミック部材からなる。
拡散部材が上述した形状であると、拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置することにより、拡散部材による効果を、設置する排気管の形状ごとに最適化することが容易となる。そのため、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
The diffusion member of the present invention is composed of a rod-shaped metal member (also referred to as a rod-shaped body) and a ceramic member covering the periphery of the metal member so that both ends of the metal member are exposed.
When the diffusing member has the shape described above, it is easy to optimize the effect of the diffusing member for each shape of the exhaust pipe to be installed by combining a plurality of the diffusing members and arranging them in the exhaust pipe. Therefore, it is not necessary to prepare a new mold or the like for each exhaust gas purifying apparatus having a different configuration, and the manufacturing cost can be suppressed.

本発明の拡散部材では、上記拡散部材の最表面において、上記セラミック部材の露出面積が上記金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
本発明の拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きければ、排ガスの熱が拡散部材に伝わりにくくなり、さらに、尿素水の副生成物による腐食もより受けにくくなる。
In the diffusing member of the present invention, it is preferable that the exposed area of the ceramic member is larger than the exposed area of the metal member on the outermost surface of the diffusing member.
If the exposed area of the ceramic member is larger than the exposed area of the metal member on the outermost surface of the diffusion member of the present invention, the heat of the exhaust gas is not easily transmitted to the diffusion member, and further, it is more susceptible to corrosion by the byproduct of urea water. It becomes difficult.

本発明の拡散部材において、上記セラミック部材には気孔が形成されていることが好ましい。
セラミック部材に気孔が形成されていると、気孔がセラミック部材内部の熱伝導を妨げるため、優れた断熱性が得られ、排ガスの温度が低下することをさらに抑制することができる。
In the diffusion member of the present invention, it is preferable that pores are formed in the ceramic member.
If pores are formed in the ceramic member, the pores prevent heat conduction inside the ceramic member, so that excellent heat insulation can be obtained and the temperature of the exhaust gas can be further suppressed from decreasing.

本発明の拡散部材において、上記セラミック部材の気孔率は5〜60%であることが好ましい。
セラミック部材の気孔率が5〜60%であると、拡散部材の機械的強度及び排ガスの温度低下を抑制する効果を両立させる観点から特に好ましい。
In the diffusion member of the present invention, the ceramic member preferably has a porosity of 5 to 60%.
A porosity of the ceramic member of 5 to 60% is particularly preferable from the viewpoint of achieving both the mechanical strength of the diffusion member and the effect of suppressing the temperature decrease of the exhaust gas.

本発明の拡散部材において、上記セラミック部材には連通気孔が形成されていないことが好ましい。
セラミック部材に連通気孔が形成されていると、セラミック部材の機械的強度が低下しやすくなる。さらに、連通気孔が存在すると、拡散部材と接触した排ガスがセラミック部材中を移動して金属部材と接触し易くなるため、金属部材の腐食を抑制する観点から、セラミック部材に連通気孔が形成されていないことが好ましい。
なお、連通気孔とは、セラミック部材の排ガスと接触し得る表面からセラミック部材の金属部材と接触する界面まで連続的に形成された気孔である。セラミック部材と金属部材との間に隙間が形成されている場合にあっては、セラミック部材の排ガスと接触し得る表面からセラミック部材の該隙間に露出する表面まで連続的に形成された気孔である。
In the diffusing member of the present invention, it is preferable that the ceramic member is not formed with a continuous air hole.
When the continuous air hole is formed in the ceramic member, the mechanical strength of the ceramic member is likely to be lowered. Further, if there is a continuous air hole, the exhaust gas that has contacted the diffusion member moves through the ceramic member and easily comes into contact with the metal member. Therefore, the continuous air hole is formed in the ceramic member from the viewpoint of suppressing corrosion of the metal member. Preferably not.
The continuous air holes are pores formed continuously from the surface of the ceramic member that can contact the exhaust gas to the interface of the ceramic member that contacts the metal member. In the case where a gap is formed between the ceramic member and the metal member, the pores are continuously formed from the surface that can contact the exhaust gas of the ceramic member to the surface exposed to the gap of the ceramic member. .

本発明の拡散部材において、上記セラミック部材に形成された気孔は閉気孔であることが好ましい。
セラミック部材に形成された気孔が閉気孔であると、排ガスがセラミック部材の内部に浸透して金属部材を腐食させることを防止することができる。
In the diffusing member of the present invention, the pores formed in the ceramic member are preferably closed pores.
When the pores formed in the ceramic member are closed pores, it is possible to prevent the exhaust gas from penetrating into the ceramic member and corroding the metal member.

本発明の拡散部材において、上記金属部材と上記セラミック部材の間には隙間が存在することが好ましい。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
In the diffusion member of the present invention, it is preferable that a gap exists between the metal member and the ceramic member.
If there is a gap between the metal member and the ceramic member, it is easy to suppress the occurrence of cracks resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the metal member.

本発明の拡散部材において、上記セラミック部材は、結晶性無機材及び/又は非晶性無機材からなることが好ましい。
セラミック部材が結晶性無機材を含んでなると、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
セラミック部材が非晶性無機材を含んでなると、セラミック部材中に粗大気孔及び連通気孔が形成されにくくなるため、金属部材が排ガスと接触することを抑制しやすくなる。
さらに、セラミック部材が非晶性無機材及び結晶性無機材からなると、結晶性無機材が非晶性無機材からなるセラミック部材を機械的に強化する役割を果たすため、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
In the diffusing member of the present invention, the ceramic member is preferably made of a crystalline inorganic material and / or an amorphous inorganic material.
When the ceramic member contains a crystalline inorganic material, the heat resistance and mechanical strength of the ceramic member can be improved.
When the ceramic member contains an amorphous inorganic material, it becomes difficult to form rough atmospheric holes and continuous air holes in the ceramic member, so that the metal member can be easily prevented from coming into contact with the exhaust gas.
Further, when the ceramic member is made of an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material, the crystalline inorganic material plays a role of mechanically strengthening the ceramic member made of the amorphous inorganic material. Strength can be improved.

本発明の拡散部材において、上記結晶性無機材はアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
結晶性無機材がアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなると、セラミック部材が耐熱性及び断熱性能に優れたものとなる。
In the diffusing member of the present invention, the crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, zircon, yttria, calcia, magnesia, ceria and hafnia.
When the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, zircon, yttria, calcia, magnesia, ceria and hafnia, the ceramic member is excellent in heat resistance and heat insulation performance.

本発明の拡散部材において、上記結晶性無機材はジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなることが好ましい。
結晶性無機材がジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなると、セラミック部材が耐熱性及び断熱性に特に優れたものとなる。
In the diffusing member of the present invention, the crystalline inorganic material is preferably made of at least one selected from the group consisting of zirconia and zircon.
When the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of zirconia and zircon, the ceramic member is particularly excellent in heat resistance and heat insulation.

本発明の排ガス浄化装置は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が1つ以上配置されており、上記拡散部材は、金属部材が露出する部分で上記排気管と溶接されていることを特徴とする。 The exhaust gas purification apparatus of the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows, a urea injection apparatus that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe, and a downstream side of the exhaust pipe. An exhaust gas purifying device comprising a provided catalyst carrier, wherein one or more diffusion members of the present invention are arranged at a site where exhaust gas contacts downstream of the urea injector and upstream of the catalyst carrier. The diffusion member is welded to the exhaust pipe at a portion where the metal member is exposed.

本発明の排ガス浄化装置は、尿素噴射装置よりも下流側、かつ、触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が1つ以上配置されている。
そのため、本発明の排ガス浄化装置は、尿素噴射装置から噴射した尿素水の副生成物によって拡散部材が腐食しにくく、さらに、排ガスの温度低下が抑制されるため、触媒担体におけるSCR反応の反応効率がよい。加えて、製造時に拡散部材を設置することが容易である。
なお、拡散部材の金属部材が露出する部分と排気管とを溶接する際には、拡散部材を構成する金属部材と排気管とを直接溶接してもよく、ろう付け等により溶接してもよい。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, one or more diffusion members of the present invention are arranged at a site where the exhaust gas contacts downstream of the urea injection device and upstream of the catalyst carrier.
Therefore, the exhaust gas purification apparatus of the present invention is less susceptible to corrosion of the diffusion member by the by-product of the urea water injected from the urea injection device, and further, the temperature reduction of the exhaust gas is suppressed, so that the reaction efficiency of the SCR reaction in the catalyst carrier Is good. In addition, it is easy to install the diffusing member during manufacturing.
When welding the portion of the diffusion member where the metal member is exposed and the exhaust pipe, the metal member constituting the diffusion member and the exhaust pipe may be directly welded or may be welded by brazing or the like. .

本発明の排ガス浄化装置において、上記金属部材が露出する部分と上記排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていることが好ましい。
金属部材が露出する部分と排気管との溶接部に、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていると、溶接部が尿素水の副生成物による腐食を受けることを抑制することができる。
In the exhaust gas purification apparatus of the present invention, it is preferable that a ceramic coat layer covering the welded portion is formed at a welded portion between the portion where the metal member is exposed and the exhaust pipe.
When the ceramic coat layer which covers a welding part is formed in the welding part of the part which a metal member exposes, and an exhaust pipe, it can suppress that a welding part receives the corrosion by the by-product of urea water.

本発明の拡散部材の使用は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、上記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び/又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するための本発明の拡散部材の使用である。 Use of the diffusion member of the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows, a urea injection device that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe, and a downstream side of the exhaust pipe The flow of exhaust gas flowing in from the upstream of the exhaust pipe at a site where the exhaust gas contacts the exhaust gas purification device comprising a catalyst carrier provided on the downstream side of the urea injection device and upstream of the catalyst carrier And, when the urea injected from the urea injection device is sufficiently mixed with the exhaust gas to reduce the bias of the components contained in the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas is suppressed from decreasing, and The use of the diffusion member of the present invention to prevent the diffusion member from being corroded by urea and / or decomposition products of the urea injected from the urea injection device.

上述したように、本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。そのため、この金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
従って、本発明の拡散部材を、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に使用することで、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び/又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止することができる。ここで、尿素の分解物とは、アンモニア及び尿素水の副生成物を指す。
なお本発明の拡散部材の使用にあたっては、拡散部材のうち金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、排気管内に容易に配置することができる。
As described above, the diffusion member of the present invention includes a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member is larger than the volume of the metal member. Therefore, the temperature reduction of exhaust gas can be suppressed as compared with a diffusion member made of only metal. Furthermore, in the diffusion member of the present invention, the ceramic member covers the periphery of the metal member so that a part of the metal member is exposed. Therefore, the diffusion member can be easily disposed in the exhaust pipe by welding the exposed portion of the metal member to the inside of the exhaust pipe.
Therefore, the diffusion member of the present invention is provided with an exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows, a urea injection device that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe, and a downstream side of the exhaust pipe Injecting from the urea injection device by using the exhaust gas purification device comprising the catalyst carrier provided on the downstream side of the urea injection device and the upstream side of the catalyst carrier at the site where the exhaust gas contacts When reducing the deviation of components contained in the exhaust gas by sufficiently mixing the released urea with the exhaust gas, the temperature of the exhaust gas is suppressed and urea injected from the urea injection device and / or the urea It is possible to prevent the diffusion member from being corroded by the decomposition product. Here, the decomposition product of urea refers to a by-product of ammonia and urea water.
When the diffusion member of the present invention is used, the portion of the diffusion member where the metal member is exposed can be easily placed in the exhaust pipe by welding or the like with the inside of the exhaust pipe.

図1(a)は、本発明の拡散部材の一例を模式的に示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)におけるA−A線断面図である。Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the diffusion member of this invention, and FIG.1 (b) is the sectional view on the AA line in Fig.1 (a). 図2は、本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置した例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example in which a plurality of diffusion members of the present invention are combined and arranged in the exhaust pipe. 図3(a)は、本発明の拡散部材の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図3(b)は図3(a)におけるB−B線断面図である。Fig.3 (a) is a perspective view which shows typically another example of the diffusion member of this invention, FIG.3 (b) is a BB sectional drawing in Fig.3 (a). 図4(a)は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す模式図であり、図4(b)は、図4(a)における破線部領域Hの拡大図である。FIG. 4A is a schematic view schematically showing the exhaust gas purification apparatus of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of a broken line region H in FIG. 4A.

(発明の詳細な説明)
以下、本発明の拡散部材について詳述する。
(Detailed description of the invention)
Hereinafter, the diffusion member of the present invention will be described in detail.

本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい。すなわち、拡散部材を構成する材料の多くはセラミックとなっている。そのため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。 The diffusion member of the present invention includes a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member is larger than the volume of the metal member. That is, most of the material constituting the diffusion member is ceramic. Therefore, the temperature reduction of exhaust gas can be suppressed as compared with a diffusion member made of only metal.

本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っている。すなわち、本発明の拡散部材は、この金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。
そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。
In the diffusing member of the present invention, the ceramic member covers the periphery of the metal member so that a part of the metal member is exposed. That is, the diffusion member of the present invention can be easily disposed in the exhaust pipe by welding the exposed portion of the metal member to the inside of the exhaust pipe.
And since the ceramic member has covered the surface except the location where the metal member mentioned above is exposed, it is hard to receive the corrosion by the by-product of urea water.

本発明の拡散部材の形状について説明する。
本発明の拡散部材は、円柱形状、多角柱形状等の棒状形状の金属部材(棒状体ともいう)と、該棒状体の両端部が露出するように該棒状体の周囲を覆うセラミック部材からなる。このような形状の拡散部材を排気管内に1個以上、適当な配置で固定することにより、各排ガス浄化装置の構成(排ガスの温度、排気管の形状、触媒担体までの距離、尿素水噴射ノズルの位置及び噴射角度など)に応じて、拡散部材の配置を最適化させることができるため、あらゆる構成の排ガス浄化装置に適用することができる。さらに、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がないため、製造コストを抑制することができる。
The shape of the diffusion member of the present invention will be described.
The diffusing member of the present invention includes a rod-shaped metal member (also referred to as a rod-shaped body) such as a cylindrical shape or a polygonal column shape, and a ceramic member that covers the periphery of the rod-shaped body so that both ends of the rod-shaped body are exposed. . By fixing one or more diffusion members having such a shape in the exhaust pipe in an appropriate arrangement, the configuration of each exhaust gas purification device (temperature of exhaust gas, shape of exhaust pipe, distance to catalyst carrier, urea water injection nozzle Since the arrangement of the diffusing member can be optimized according to the position and the injection angle, the present invention can be applied to exhaust gas purification apparatuses having any configuration. Furthermore, since it is not necessary to prepare a new mold or the like for each exhaust gas purifying apparatus having a different configuration, the manufacturing cost can be suppressed.

本発明の拡散部材は、金属部材とセラミック部材との間に隙間が形成されていることが好ましい。
金属部材とセラミック部材との間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
In the diffusing member of the present invention, a gap is preferably formed between the metal member and the ceramic member.
If there is a gap between the metal member and the ceramic member, it is easy to suppress the occurrence of cracks resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the metal member.

本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス、鋼、鉄、銅、インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)、インバー(登録商標)等が挙げられる。
金属部材がこれらの材料から構成されていると、拡散部材の機械的強度を向上させることができ、さらに、排気管との接合が容易となる。
In the diffusing member of the present invention, examples of the material constituting the metal member include aluminum, stainless steel, steel, iron, copper, Inconel (registered trademark), Hastelloy (registered trademark), and Invar (registered trademark).
When the metal member is made of these materials, the mechanical strength of the diffusing member can be improved, and further, joining to the exhaust pipe is facilitated.

本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料の熱膨張係数は、セラミック部材を構成する材料の熱膨張係数に近いことが好ましく、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が10.0×10−6−1以下であることが好ましい。
本発明の拡散部材において、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が10.0×10−6−1以下であると、金属部材を構成する材料とセラミック部材を構成する材料の熱膨張の差に起因したクラックの発生を抑制することができる。
In the diffusion member of the present invention, the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal member is preferably close to the thermal expansion coefficient of the material constituting the ceramic member, and the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal member and the ceramic member are configured. It is preferable that the difference of the thermal expansion coefficient of the material to perform is 10.0 * 10 <-6> K <-1> or less.
In the diffusion member of the present invention, when the difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal member and the thermal expansion coefficient of the material constituting the ceramic member is 10.0 × 10 −6 K −1 or less, the metal member is configured. Generation of cracks due to the difference in thermal expansion between the material to be formed and the material constituting the ceramic member can be suppressed.

本発明の拡散部材において、金属部材は、連続した単一の金属部材で構成されていてもよく、複数個の金属部材から構成されていてもよい。 In the diffusing member of the present invention, the metal member may be composed of a single continuous metal member, or may be composed of a plurality of metal members.

本発明の拡散部材は、拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
本発明の拡散部材の最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きければ、排ガスの熱が拡散部材に伝わりにくくなり、さらに、尿素水の副生成物による腐食もより受けにくくなる。
本発明の拡散部材の最表面におけるセラミック部材の面積及び金属部材の面積の割合は、目視で判定することができる。より精密に測定したい場合には、拡散部材を撮影した画像データを拡散部材の形状に応じて補正して算出することができる。
なお、セラミック部材の露出面積及び金属部材の露出面積を算出するにあたっては、セラミック部材と金属部材とが隙間を挟んで対向している領域を考慮しないこととする。
In the diffusing member of the present invention, the exposed area of the ceramic member is preferably larger than the exposed area of the metal member on the outermost surface of the diffusing member.
If the exposed area of the ceramic member is larger than the exposed area of the metal member on the outermost surface of the diffusion member of the present invention, the heat of the exhaust gas is not easily transmitted to the diffusion member, and further, it is more susceptible to corrosion by the byproduct of urea water. It becomes difficult.
The ratio of the area of the ceramic member and the area of the metal member on the outermost surface of the diffusion member of the present invention can be determined visually. When it is desired to measure more precisely, the image data obtained by photographing the diffusion member can be corrected and calculated according to the shape of the diffusion member.
In calculating the exposed area of the ceramic member and the exposed area of the metal member, a region where the ceramic member and the metal member face each other with a gap therebetween is not considered.

本発明の拡散部材におけるセラミック部材の体積及び金属部材の体積の割合は、セラミック部材及び金属部材からなる拡散部材を切断した断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することによって測定することができる。セラミック部材及び金属部材の厚さ方向の全域が入るようにSEMの倍率を調整し、セラミック部材の厚さが300μm未満の場合は500倍、300以上500μm未満の場合は200倍、500μm以上1000μm未満の場合は150倍とする。また1000μm以上の場合は150倍以下とする。なお、セラミック部材と金属部材との間に隙間が形成されている部分については、セラミック部材と金属部材とを別々に観察してもよい。
上記方法により撮影されたSEM画像により求めた、セラミック部材の厚さ及び金属部材とセラミック部材との接触部の形状と、拡散部材の外形寸法から、金属部材及びセラミック部材の体積を求める。撮影するSEM画像の数は、セラミック部材及び金属部材の形状を正確に把握できる数であれば特に限定されず、セラミック部材及び金属部材の形状の複雑さに応じて測定箇所を適宜増やしてもよい。なお、セラミック部材中に形成された気孔の体積はセラミック部材の体積に含め、セラミック部材と金属部材との間の隙間の体積はセラミック部材及び金属部材のいずれの体積にも含めない。
The volume ratio of the ceramic member and the volume of the metal member in the diffusion member of the present invention can be measured by observing a cross section of the diffusion member made of the ceramic member and the metal member with a scanning electron microscope (SEM). . The SEM magnification is adjusted so that the entire thickness direction of the ceramic member and metal member is included. When the thickness of the ceramic member is less than 300 μm, it is 500 times, when it is 300 or more and less than 500 μm, it is 200 times, and 500 μm or more and less than 1000 μm. In this case, the magnification is 150 times. In the case of 1000 μm or more, it is 150 times or less. In addition, about the part in which the clearance gap is formed between the ceramic member and the metal member, you may observe a ceramic member and a metal member separately.
The volumes of the metal member and the ceramic member are obtained from the thickness of the ceramic member, the shape of the contact portion between the metal member and the ceramic member, and the outer dimensions of the diffusion member, which are obtained from the SEM image photographed by the above method. The number of SEM images to be taken is not particularly limited as long as the shape of the ceramic member and the metal member can be accurately grasped, and the number of measurement points may be appropriately increased according to the complexity of the shape of the ceramic member and the metal member. . The volume of pores formed in the ceramic member is included in the volume of the ceramic member, and the volume of the gap between the ceramic member and the metal member is not included in the volume of either the ceramic member or the metal member.

セラミック部材に連通気孔が形成されているかどうかは、金属部材の表面の法線方向に拡散部材を切断した断面図を、セラミック部材の体積及び金属部材の体積を測定する方法と同様の条件で撮影したSEM画像により判断する。ランダムに撮影された10枚のSEM画像全てに、セラミック部材の表面から金属部材の表面まで連続する気孔が形成されていない場合、当該セラミック部材に連通気孔は形成されていないと判断する。ランダムに選択された10枚のSEM画像のいずれか1箇所でも、セラミック部材の表面から金属部材の表面まで連続する気孔が形成されている場合、当該セラミック部材には連通気孔が形成されていると判断する。 Whether or not continuous vents are formed in the ceramic member is obtained by photographing a cross-sectional view of the diffusion member in the normal direction of the surface of the metal member under the same conditions as the method for measuring the volume of the ceramic member and the volume of the metal member. Judgment is made based on the SEM image. If no continuous pores are formed from the surface of the ceramic member to the surface of the metal member in all of the ten SEM images photographed at random, it is determined that no continuous ventilation hole is formed in the ceramic member. In any one of 10 randomly selected SEM images, when continuous pores are formed from the surface of the ceramic member to the surface of the metal member, continuous air holes are formed in the ceramic member. to decide.

本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料としては、非晶性無機材及び結晶性無機材等が挙げられ、いずれか1種又はこれら2種以上の混合物又は複合物であってもよいが、セラミック部材の断熱性及び耐腐食性の観点から、セラミック部材は非晶性無機材を含んでいることが好ましく、非晶性無機材と結晶性無機材を含んでいることがより好ましく、非晶性無機材中に結晶性無機材の粒子が分散している材料であることがさらに好ましい。
セラミック部材が結晶性無機材を含んでなると、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。
セラミック部材が非晶性無機材を含んでなると、セラミック部材中に粗大気孔及び連通気孔が形成されにくくなるため、金属部材が排ガスと接触することを抑制しやすくなる。
In the diffusing member of the present invention, examples of the material constituting the ceramic member include an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material, and any one kind or a mixture or composite of two or more kinds thereof may be used. However, from the viewpoint of heat insulation and corrosion resistance of the ceramic member, the ceramic member preferably contains an amorphous inorganic material, more preferably contains an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material, More preferably, the amorphous inorganic material is a material in which particles of the crystalline inorganic material are dispersed.
When the ceramic member contains a crystalline inorganic material, the heat resistance and mechanical strength of the ceramic member can be improved.
When the ceramic member contains an amorphous inorganic material, it becomes difficult to form rough atmospheric holes and continuous air holes in the ceramic member, so that the metal member can be easily prevented from coming into contact with the exhaust gas.

本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料が非晶性無機材と結晶性無機材を含んでなると、結晶性無機材の粒子がセラミック部材を機械的に強化する役割を果たすため、セラミック部材の耐熱性及び機械的強度を向上させることができる。 In the diffusion member of the present invention, when the material constituting the ceramic member includes an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material, the particles of the crystalline inorganic material serve to mechanically strengthen the ceramic member. The heat resistance and mechanical strength of the member can be improved.

本発明の拡散部材において、セラミック部材を構成する材料中に結晶性無機材が存在していると、セラミック部材が高温になった際に、結晶性無機材の粒子がセラミック部材中に存在する気孔の移動を妨げるため、気孔の合体により断熱性能が低下することを防止することができる。 In the diffusion member of the present invention, when the crystalline inorganic material is present in the material constituting the ceramic member, the pores in which the particles of the crystalline inorganic material are present in the ceramic member when the ceramic member is at a high temperature Therefore, it is possible to prevent the heat insulation performance from being deteriorated due to coalescence of pores.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の機械的強度が増加すると、排気管の振動による衝撃やエンジンから排出される排ガスに含まれる溶接スパッタ等の異物の衝突によってセラミック部材が破壊されることを抑制することができる。 When the mechanical strength of the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention is increased, the ceramic member is destroyed due to impact caused by vibration of the exhaust pipe or collision of foreign matter such as welding spatter contained in exhaust gas discharged from the engine. Can be suppressed.

本発明の拡散部材において、セラミック部材は、第1のセラミック部材と、第1のセラミック部材の表面に形成された第2のセラミック部材とから構成されていてもよい。
第1のセラミック部材及び第2のセラミック部材を構成する材料は、上述したセラミック部材を構成する材料を好適に用いることができ、例えば、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材は、結晶性無機材からなる第1のセラミック部材と非晶性無機材からなる第2のセラミック部材から構成されていてもよく、非晶性無機材からなる第1のセラミック部材と非晶性無機材からなる第2のセラミック部材から構成されていてもよい。
第1のセラミック部材の製造方法と、第2のセラミック部材の製造方法は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
In the diffusing member of the present invention, the ceramic member may be composed of a first ceramic member and a second ceramic member formed on the surface of the first ceramic member.
As the material constituting the first ceramic member and the second ceramic member, the material constituting the above-described ceramic member can be suitably used. For example, the ceramic member constituting the diffusion member of the present invention is crystalline. The first ceramic member made of the equipment and the second ceramic member made of the amorphous inorganic material may be configured, and the first ceramic member made of the amorphous inorganic material and the first ceramic member made of the amorphous inorganic material. It may be composed of two ceramic members.
The manufacturing method of the first ceramic member and the manufacturing method of the second ceramic member may be the same or different.

本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いることのできる非晶性無機材は、非晶質シリカを含むことが好ましく、非晶質シリカを20重量%以上含有していることがより好ましく、軟化点が300〜1000℃である低軟化点ガラスであることがさらに好ましい。 In the diffusion member of the present invention, the amorphous inorganic material that can be used as the material of the ceramic member preferably contains amorphous silica, and more preferably contains 20% by weight or more of amorphous silica. More preferably, the glass is a low softening point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C.

上記低軟化点ガラスの種類は特に限定されるものではないが、ソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、チタンクリスタルガラス、バリウムガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、ソーダバリウムガラス等が挙げられる。
これらの低軟化点ガラスは、単独で用いてもよいし、2種類以上が混合されていてもよい。
The kind of the low softening point glass is not particularly limited, but soda lime glass, alkali-free glass, borosilicate glass, potash glass, crystal glass, titanium crystal glass, barium glass, strontium glass, alumina silicate glass, soda zinc Examples thereof include glass and soda barium glass.
These low softening point glasses may be used alone, or two or more kinds may be mixed.

本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いる非晶性無機材が、軟化点が300〜1000℃である低軟化点ガラスであると、セラミック部材の成形段階において低軟化点ガラスを溶融又は軟化させることが容易となる。溶融又は軟化した低融点ガラスは金属部材の表面に密着するため、金属部材との密着性に優れたセラミック部材を容易に形成することができる。
ただし、金属部材の材料をアルミニウムとし、金属部材の表面に直接セラミック部材を形成する場合、非晶性無機材は軟化点が300〜550℃の低軟化点ガラスであることが好ましい。
非晶性無機材が軟化点300〜550℃の低軟化点ガラスであると、金属部材であるアルミニウムが溶融する温度よりも低い温度で非晶性無機材が軟化するため、金属部材を劣化させることなく、セラミック部材を形成することができる。
In the diffusion member of the present invention, when the amorphous inorganic material used as the material of the ceramic member is a low softening point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C., the low softening point glass is melted or formed in the ceramic member forming stage. It becomes easy to soften. Since the melted or softened low-melting glass adheres to the surface of the metal member, a ceramic member having excellent adhesion to the metal member can be easily formed.
However, when the material of the metal member is aluminum and the ceramic member is directly formed on the surface of the metal member, the amorphous inorganic material is preferably a low softening point glass having a softening point of 300 to 550 ° C.
If the amorphous inorganic material is a low softening point glass having a softening point of 300 to 550 ° C., the amorphous inorganic material softens at a temperature lower than the temperature at which the aluminum that is the metal member melts, so that the metal member is deteriorated. The ceramic member can be formed without any problem.

非晶性無機材の軟化点が300℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、軟化した非晶性無機材が溶融等により流れ易く、セラミック部材の形状を所望の形状とすることが困難となる。一方、非晶性無機材の軟化点が1000℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により金属部材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。 When the softening point of the amorphous inorganic material is less than 300 ° C., the temperature of the softening point is too low, so that during the heat treatment, the softened amorphous inorganic material easily flows due to melting or the like, and the shape of the ceramic member is reduced. It becomes difficult to obtain a desired shape. On the other hand, when the softening point of the amorphous inorganic material exceeds 1000 ° C., on the contrary, it is necessary to set the temperature of the heat treatment to be extremely high, so that the mechanical characteristics of the metal member may be deteriorated by heating.

なお、本発明の拡散部材において、セラミック部材の材料として用いる非晶性無機材の軟化点は、JIS R 3103−1:2001に規定される方法に基づき、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置(SSPM−31)を用いて測定することができる。 In the diffusion member of the present invention, the softening point of the amorphous inorganic material used as the material of the ceramic member is based on a method defined in JIS R 3103-1: 2001, for example, a glass automatic manufactured by Opt Corp. It can be measured using a softening point / strain point measuring apparatus (SSPM-31).

上記硼珪酸ガラスの種類は、特に限定されないが、SiO−B−ZnO系ガラス、SiO−B−Bi系ガラス等が挙げられる。上記クリスタルガラスは、PbOを含むガラスであり、その種類は特に限定されないが、SiO−PbO系ガラス、SiO−PbO−B系ガラス、SiO−B−PbO系ガラス等が挙げられる。上記バリウムガラスの種類は、特に限定されないが、BaO−SiO系ガラス等が挙げられる。
また、非晶性無機材は、上述した低軟化点ガラスのうちの一種類のみからなるものであってもよいし、複数種類の低軟化点ガラスからなるものであってもよい。
Kind of the borosilicate glass is not particularly limited, SiO 2 -B 2 O 3 -ZnO type glass, SiO 2 -B 2 O 3 -Bi 2 O 3 system glass. The crystal glass is a glass containing PbO, and the type thereof is not particularly limited, but SiO 2 —PbO glass, SiO 2 —PbO—B 2 O 3 glass, SiO 2 —B 2 O 3 —PbO glass. Etc. Kind of the barium glass is not particularly limited, include BaO-SiO 2 based glass or the like.
Further, the amorphous inorganic material may be composed of only one kind of the above-mentioned low softening point glasses, or may be composed of plural kinds of low softening point glasses.

軟化点が300〜550℃の低軟化点ガラスとしては、SiO−TiO系ガラス、SiO−PbO系ガラス、SiO−PbO−B系ガラス、B−PbO系ガラス、Al−SiO−B−PbO系ガラス、NaO−P−SiO系ガラス等が挙げられる。 Examples of the low softening point glass having a softening point of 300 to 550 ° C. include SiO 2 —TiO 2 glass, SiO 2 —PbO glass, SiO 2 —PbO—B 2 O 3 glass, and B 2 O 3 —PbO glass. Al 2 O 3 —SiO 2 —B 2 O 3 —PbO glass, Na 2 O—P 2 O 5 —SiO 2 glass, and the like.

続いて、結晶性無機材について説明する。 Subsequently, the crystalline inorganic material will be described.

本発明の拡散部材において、セラミック部材に結晶性無機材を含む場合、結晶性無機材としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア、ハフニア、フォルステライト、ステアタイト、コージェライト、ムライト、チタン酸アルミニウム、チタン酸カリウム及びマイカからなる群より選択される少なくとも1種から構成されていることが好ましく、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも1種から構成されていることがより好ましく、ジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも1種から構成されていることがさらに好ましい。
さらに、結晶性無機材は、セラミック部材の機械的強度及び耐腐食性の観点から、少なくともジルコニアを含有していることが好ましく、ジルコニアを20重量%以上含有していることがより好ましく、ジルコニアを50重量%以上含有していることがさらに好ましい。
In the diffusion member of the present invention, when the ceramic member contains a crystalline inorganic material, the crystalline inorganic material includes alumina, silica, zirconia, zircon, yttria, calcia, magnesia, ceria, hafnia, forsterite, steatite, cordierite. It is preferably composed of at least one selected from the group consisting of mullite, aluminum titanate, potassium titanate and mica, and consists of alumina, silica, zirconia, zircon, yttria, calcia, magnesia, ceria and hafnia. It is more preferably composed of at least one selected from the group, and further preferably composed of at least one selected from the group consisting of zirconia and zircon.
Furthermore, the crystalline inorganic material preferably contains at least zirconia, more preferably contains 20% by weight or more of zirconia, from the viewpoint of mechanical strength and corrosion resistance of the ceramic member, More preferably, the content is 50% by weight or more.

ジルコニアは、イットリア、カルシア、マグネシア、アルミナ、セリア等の安定化剤を添加した安定化ジルコニアであることが好ましい。
安定化ジルコニアとしては、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、アルミナ安定化ジルコニア、セリア安定化ジルコニアなどが挙げられる。
安定化剤の含有量は、安定化ジルコニア全量の5〜30重量%が好ましい。
なお、ジルコニアを構成するジルコニウムの一部がハフニウムに置換されていてもよい。
The zirconia is preferably stabilized zirconia to which a stabilizer such as yttria, calcia, magnesia, alumina, ceria is added.
Examples of the stabilized zirconia include yttria stabilized zirconia, calcia stabilized zirconia, magnesia stabilized zirconia, alumina stabilized zirconia, and ceria stabilized zirconia.
The content of the stabilizer is preferably 5 to 30% by weight of the total amount of stabilized zirconia.
A part of zirconium constituting zirconia may be substituted with hafnium.

マイカは、天然マイカ、人工マイカのいずれであってもよい。また、マイカと他の結晶性無機材との複合体であってもよい。マイカと他の結晶性無機材との複合体としては、例えば、マイカとガラスの混合物を熱間成形したマイカレックス(登録商標)などが挙げられる。 The mica may be either natural mica or artificial mica. Moreover, the composite_body | complex of mica and another crystalline inorganic material may be sufficient. Examples of the composite of mica and other crystalline inorganic material include Micalex (registered trademark) obtained by hot forming a mixture of mica and glass.

シリカは、非晶質シリカを含んでいてもよい結晶質シリカであり、これらと他の結晶性無機材及び/又は無機繊維等を混合して成形した成形体並びにこの粉末であってもよい。
シリカ微粒子と無機繊維を混合して成形した成形体及びこの粉末としては、マイクロサーム(登録商標)などが挙げられる。
Silica is crystalline silica which may contain amorphous silica, and may be a molded body obtained by mixing these with other crystalline inorganic materials and / or inorganic fibers, and this powder.
Examples of the molded body formed by mixing silica fine particles and inorganic fibers and this powder include Microtherm (registered trademark).

本発明の拡散部材において、セラミック部材はさらに、無機繊維を含んでいてもよい。無機繊維としては、シリカアルミナ繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、ジルコニア繊維及びチタン酸カリウム繊維等が挙げられる。
セラミック部材が無機繊維を含むと、セラミック部材の機械的強度を向上させることができる。
In the diffusion member of the present invention, the ceramic member may further contain inorganic fibers. Examples of the inorganic fiber include silica alumina fiber, mullite fiber, alumina fiber, silica fiber, glass fiber, carbon fiber, silicon carbide fiber, silicon nitride fiber, zirconia fiber, and potassium titanate fiber.
When the ceramic member contains inorganic fibers, the mechanical strength of the ceramic member can be improved.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材には、気孔が形成されていることが好ましい。
セラミック部材に気孔が形成されていると、気孔がセラミック部材内部の熱伝導を妨げるため、優れた断熱性が得られ、排ガスの温度が低下することをさらに抑制することができる。
It is preferable that pores are formed in the ceramic member constituting the diffusion member of the present invention.
If pores are formed in the ceramic member, the pores prevent heat conduction inside the ceramic member, so that excellent heat insulation can be obtained and the temperature of the exhaust gas can be further suppressed from decreasing.

本発明の拡散部材におけるセラミック部材の気孔率は、5〜60%であることが好ましく、10〜55%であることがより好ましく、15〜50%であることがさらに好ましい。本発明の拡散部材におけるセラミック部材の気孔率が5〜60%であると、拡散部材の機械的強度及び排ガスの温度低下を抑制する効果を両立させる観点から特に好ましい。 The porosity of the ceramic member in the diffusing member of the present invention is preferably 5 to 60%, more preferably 10 to 55%, and still more preferably 15 to 50%. The porosity of the ceramic member in the diffusing member of the present invention is particularly preferably 5 to 60% from the viewpoint of achieving both the mechanical strength of the diffusing member and the effect of suppressing the temperature reduction of the exhaust gas.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が5〜60%であり、さらにセラミック部材中の気孔が均一に分散していると、セラミック部材中の熱の伝達をさらに効果的に遮断することができるため、特に良好な断熱性を発揮することができる。 When the porosity of the ceramic member constituting the diffusion member of the present invention is 5 to 60% and the pores in the ceramic member are evenly dispersed, the heat transfer in the ceramic member is more effectively blocked. Therefore, particularly good heat insulation can be exhibited.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率は、アルキメデス法により、具体的には、例えば以下の方法で求めることができる。
まず、前処理として、気孔率測定の対象となる試料を、イオン交換水及びアセトンを用いて超音波で洗浄を行った後、100℃で乾燥する。
次に、前処理を終了した試料をイオン交換水とともに3時間煮沸して飽水試料を作製する。続いて、飽水試料を水中にて糸で吊るして飽水試料の浮力(W1)を電子天秤で測定する。また、飽水試料の質量(W2)を電子天秤で測定し、120℃、60分間乾燥した後、乾燥試料の質量(W3)を測定する。
上記方法により得られた結果を用い、以下の計算式により、気孔率を算出する。
{[飽水試料の質量(W2)−乾燥試料の質量(W3)]/飽水試料の浮力(W1)}×100(%)
なお、セラミック部材が第1のセラミック部材及び第2のセラミック部材から構成されている場合には、第1のセラミック部材の気孔率及び第2のセラミック部材の気孔率をそれぞれ個別に測定し、セラミック部材を構成する体積割合を乗じた値の合計値をセラミック部材の気孔率とする。
The porosity of the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention can be determined by the Archimedes method, specifically, for example, by the following method.
First, as a pretreatment, a sample to be subjected to porosity measurement is washed with ultrasonic waves using ion-exchanged water and acetone, and then dried at 100 ° C.
Next, the sample subjected to the pretreatment is boiled with ion-exchanged water for 3 hours to prepare a saturated sample. Subsequently, the saturated sample is hung with a thread in water, and the buoyancy (W1) of the saturated sample is measured with an electronic balance. Further, the mass (W2) of the saturated sample is measured with an electronic balance, dried at 120 ° C. for 60 minutes, and then the mass (W3) of the dried sample is measured.
Using the results obtained by the above method, the porosity is calculated by the following calculation formula.
{[Mass of saturated sample (W2) −mass of dry sample (W3)] / buoyancy of saturated sample (W1)} × 100 (%)
In addition, when the ceramic member is comprised from the 1st ceramic member and the 2nd ceramic member, the porosity of the 1st ceramic member and the porosity of the 2nd ceramic member are measured separately, respectively. The total value of the values multiplied by the volume ratio constituting the member is defined as the porosity of the ceramic member.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が5%未満であると、気孔の割合が少なすぎるため、断熱性が充分でないことがある。一方、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の気孔率が60%を超えると、気孔の割合が多くなりすぎるため、気孔同士の合体による断熱性能の低下及び機械的強度の低下がおこりやすくなる。 When the porosity of the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention is less than 5%, the proportion of pores is too small, and thus the heat insulation may not be sufficient. On the other hand, when the porosity of the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention exceeds 60%, the ratio of the pores is excessively increased, so that the heat insulation performance and mechanical strength are reduced due to coalescence of the pores. .

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径は、小さいほうが、気孔内の放射伝熱、対流伝熱による熱移動を低減することができる。具体的には、0.1〜150μmであることが好ましく、0.1〜50μmがより好ましく、0.1〜5μmがさらに好ましい。気孔の平均気孔径が0.1〜150μmであると、セラミック部材中の熱伝達を気孔により有効に阻止することができ、セラミック部材の高断熱性を維持することができる。 As the average pore diameter of the pores in the ceramic member constituting the diffusion member of the present invention is smaller, heat transfer due to radiant heat transfer and convective heat transfer in the pores can be reduced. Specifically, the thickness is preferably 0.1 to 150 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, and still more preferably 0.1 to 5 μm. When the average pore diameter of the pores is 0.1 to 150 μm, heat transfer in the ceramic member can be effectively prevented by the pores, and high thermal insulation of the ceramic member can be maintained.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径を0.1μm未満とすることは技術的に難しく、このような気孔を形成するには、非常に小さな造孔材を使用するなど特別な材料を使う必要があるため、材料コストが急激に増加してしまい、好ましくない。一方、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径が50μmを超えているとセラミック部材の固体部分が少ないため、セラミック部材の機械的特性が低下する。また、150μmを超える径の気孔は、気孔内で対流熱伝達によって放熱効果が促進されるため、断熱性が低下するおそれがある。 It is technically difficult to make the average pore diameter of pores in the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention less than 0.1 μm, and in order to form such pores, a very small pore former is used. It is necessary to use a special material such as, which is not preferable because the material cost increases rapidly. On the other hand, when the average pore diameter of the pores in the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention exceeds 50 μm, the ceramic member has few solid portions, so that the mechanical properties of the ceramic member are deteriorated. In addition, pores having a diameter exceeding 150 μm have a risk of reducing heat insulation because heat dissipation effect is promoted by convective heat transfer in the pores.

本発明の拡散部材を構成するセラミック部材中の気孔の平均気孔径は、拡散部材を切断して断面をデジタルマイクロスコープもしくはSEM等を用いて観察することによって測定することができる。 The average pore diameter of the pores in the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention can be measured by cutting the diffusing member and observing the cross section with a digital microscope or SEM.

具体的には、デジタルマイクロスコープ画像もしくはSEM画像をセラミック部材の所定の領域(500μm×500μm)が入るように撮影して、所定の領域に存在する全ての気孔についての気孔径を測定し、平均値を求めることにより平均気孔径が得られる。気孔の形状が略球状でない場合、その気孔の直径は、投影面積円に相当する直径(ヘイウッド径)とする。
なお、セラミック部材が第1のセラミック部材及び第2のセラミック部材から構成されている場合には、第1のセラミック部材中の気孔の平均気孔径及び第2のセラミック部材中の気孔の平均気孔径をそれぞれ個別に測定し、セラミック部材を構成する体積割合を乗じた値の合計値をセラミック部材中の気孔の平均気孔径とする。
Specifically, a digital microscope image or SEM image is taken so that a predetermined region (500 μm × 500 μm) of the ceramic member enters, and the pore diameters of all the pores existing in the predetermined region are measured, and the average The average pore diameter can be obtained by determining the value. When the shape of the pores is not substantially spherical, the diameter of the pores is the diameter corresponding to the projected area circle (Haywood diameter).
When the ceramic member is composed of the first ceramic member and the second ceramic member, the average pore diameter of the pores in the first ceramic member and the average pore diameter of the pores in the second ceramic member Are individually measured, and the total value of the values obtained by multiplying the volume ratio of the ceramic member is defined as the average pore diameter of the pores in the ceramic member.

本発明の拡散部材において、セラミック部材には連通気孔が形成されていないことが好ましい。
セラミック部材に連通気孔が形成されていると、セラミック部材の機械的強度が低下しやすくなる。さらに、連通気孔が存在すると、拡散部材と接触した排ガスがセラミック部材中を移動して金属部材と接触し易くなるため、金属部材の腐食を抑制する観点から、セラミック部材に連通気孔が形成されていないことが好ましい。
In the diffusing member of the present invention, it is preferable that the ceramic member has no continuous air hole.
When the continuous air hole is formed in the ceramic member, the mechanical strength of the ceramic member is likely to be lowered. Further, if there is a continuous air hole, the exhaust gas that has contacted the diffusion member moves through the ceramic member and easily comes into contact with the metal member. Therefore, the continuous air hole is formed in the ceramic member from the viewpoint of suppressing corrosion of the metal member. Preferably not.

本発明の拡散部材において、セラミック部材に形成された気孔は閉気孔であることが好ましい。
セラミック部材に形成された気孔が閉気孔であると、排ガスがセラミック部材の内部に浸透して金属部材を腐食させることを防止することができる。
In the diffusion member of the present invention, the pores formed in the ceramic member are preferably closed pores.
When the pores formed in the ceramic member are closed pores, it is possible to prevent the exhaust gas from penetrating into the ceramic member and corroding the metal member.

本発明の拡散部材は、その最表面において、セラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいことが好ましい。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積よりも大きいと、排ガスの温度低下を効果的に抑制することができる。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の露出面積が金属部材の露出面積以下の場合には、金属部材の露出面積が大きすぎるため、排ガスの温度が低下し過ぎてしまうことがある。さらに、金属部材は尿素水の副生成物による腐食を受けやすいため、拡散部材の腐食の進行を充分に抑制できないことがある。
The diffusion member of the present invention preferably has an exposed area of the ceramic member larger than an exposed area of the metal member on the outermost surface.
When the exposed area of the ceramic member on the outermost surface of the diffusing member is larger than the exposed area of the metal member, the temperature reduction of the exhaust gas can be effectively suppressed.
When the exposed area of the ceramic member on the outermost surface of the diffusion member is equal to or smaller than the exposed area of the metal member, the exposed area of the metal member is too large, and the temperature of the exhaust gas may be excessively lowered. Furthermore, since the metal member is easily corroded by the by-product of urea water, the progress of the corrosion of the diffusion member may not be sufficiently suppressed.

本発明の拡散部材において、拡散部材の最表面におけるセラミック部材の表面粗さ(Rzjis)は0.1〜10μmであることが好ましい。
拡散部材の最表面におけるセラミック部材の表面粗さ(Rzjis)が0.1〜10μmであると、拡散部材の表面を通過した排ガスの流れを充分に乱すことができるため、排ガス中に含まれる成分の偏りを充分に低減することができる。
なお、本明細書において表面粗さ(Rzjis)とは、JIS B 0601−2013の附属書JAに規定された、JIS B 0601−1994に準拠する方法により測定される十点平均粗さ(Rz)である。
In the diffusing member of the present invention, the surface roughness (Rzjis) of the ceramic member on the outermost surface of the diffusing member is preferably 0.1 to 10 μm.
Since the surface roughness (Rzjis) of the ceramic member on the outermost surface of the diffusing member is 0.1 to 10 μm, the flow of the exhaust gas that has passed through the surface of the diffusing member can be sufficiently disturbed. Can be sufficiently reduced.
In this specification, the surface roughness (Rzjis) is a ten-point average roughness (Rz) measured by a method according to JIS B 0601-1994, which is defined in Annex JA of JIS B 0601-2013. It is.

本発明の拡散部材は、金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在することが好ましい。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在すると、セラミック部材と金属部材の熱膨張係数の差に由来するクラックの発生を抑制しやすくなる。
なお、金属部材を構成する材料の熱膨張係数とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差が10.0×10−6−1を超えるとき、金属部材を構成する材料とセラミック部材を構成する材料の熱膨張係数の差に起因したクラックが発生しやすくなるため、これを抑制するために、金属部材とセラミック部材の間に隙間を設けることが特に好ましい。
The diffusion member of the present invention preferably has a gap between the metal member and the ceramic member.
If there is a gap between the metal member and the ceramic member, it is easy to suppress the occurrence of cracks resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic member and the metal member.
When the difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting the metal member and the thermal expansion coefficient of the material constituting the ceramic member exceeds 10.0 × 10 −6 K −1 , the material constituting the metal member and the ceramic member are Since cracks due to differences in the thermal expansion coefficients of the constituent materials are likely to occur, it is particularly preferable to provide a gap between the metal member and the ceramic member in order to suppress this.

本発明における金属部材及びセラミック部材の熱膨張係数は、以下の方法により測定した線熱膨張係数を指す。 The thermal expansion coefficient of the metal member and ceramic member in the present invention refers to a linear thermal expansion coefficient measured by the following method.

<熱膨張係数の測定方法>
金属部材及びセラミック部材を3mm×3mm×15mmの大きさで切り出して測定用サンプルとし、この測定用サンプルを、測定装置(NETZSCH社製 熱膨張計 TD5000SA)に設置して、熱膨張係数を測定する。
測定条件は、大気雰囲気、昇温速度は10℃/分、温度範囲は25〜430℃とする。
<Measurement method of thermal expansion coefficient>
A metal member and a ceramic member are cut out to a size of 3 mm × 3 mm × 15 mm to obtain a measurement sample, and this measurement sample is installed in a measurement device (thermal expansion meter TD5000SA manufactured by NETZSCH) to measure the thermal expansion coefficient. .
The measurement conditions are an air atmosphere, a temperature increase rate of 10 ° C./min, and a temperature range of 25 to 430 ° C.

本発明の拡散部材の形状についてさらに詳述する。
本発明の拡散部材の形状としては、例えば、図1に示す形状が挙げられる。
図1(a)は、本発明の拡散部材の一例を模式的に示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)におけるA−A線断面図である。
図1(a)及び図1(b)に示す拡散部材10は、棒状の金属部材11と、その周囲を覆うセラミック部材12からなり、金属部材11の両端部11a及び11bはセラミック部材に覆われておらず、最表面に露出している。
拡散部材10を排気管内に設置する場合には、最表面に露出している金属部材11の両端部11a及び11bを排気管内部に溶接することにより、容易に固定することができる。
なお、拡散部材10は所望の効果を得るために排気管内に複数個設置してもよい。
The shape of the diffusion member of the present invention will be further described in detail.
Examples of the shape of the diffusing member of the present invention include the shape shown in FIG.
Fig.1 (a) is a perspective view which shows typically an example of the diffusion member of this invention, and FIG.1 (b) is the sectional view on the AA line in Fig.1 (a).
A diffusion member 10 shown in FIGS. 1A and 1B includes a rod-shaped metal member 11 and a ceramic member 12 covering the periphery thereof, and both end portions 11a and 11b of the metal member 11 are covered with the ceramic member. It is not exposed and is exposed on the outermost surface.
When the diffusion member 10 is installed in the exhaust pipe, it can be easily fixed by welding both end portions 11a and 11b of the metal member 11 exposed on the outermost surface to the inside of the exhaust pipe.
A plurality of diffusion members 10 may be installed in the exhaust pipe in order to obtain a desired effect.

本発明の拡散部材を排気管内部に配置する方法としては、特に限定されず、排気管の形状、尿素水の噴射位置、及び、触媒担体までの位置等を考慮し、1つ以上の拡散部材を適宜組み合わせて配置してもよく、例えば、図2のように複数個の拡散部材を組み合わせて排気管内部に配置してもよい。図2は、本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置した例を示す斜視図である。
図2に示す排気管の内部には、3個×3個の合計9個の拡散部材10が互いに略直角となり格子を形成するよう、配置されている。
The method for disposing the diffusion member of the present invention inside the exhaust pipe is not particularly limited, and one or more diffusion members are considered in consideration of the shape of the exhaust pipe, the urea water injection position, the position to the catalyst carrier, and the like. For example, a plurality of diffusion members may be combined and arranged inside the exhaust pipe as shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an example in which a plurality of diffusion members of the present invention are combined and arranged in the exhaust pipe.
In the exhaust pipe shown in FIG. 2, a total of nine diffusion members 10 of 3 × 3 are arranged so as to be substantially perpendicular to each other to form a lattice.

本発明の拡散部材の形状としては、例えば、図3に示す形状が挙げられる。
図3(a)は、本発明の拡散部材の別の一例を模式的に示す斜視図であり、図3(b)は図3(a)におけるB−B線断面図である。
図3(a)に示す拡散部材20は、棒状の金属部材21と、その周囲を覆うセラミック部材22からなり、金属部材21の両端部21a及び21bはセラミック部材22に覆われておらず、最表面に露出している。さらに、図3(b)に示すように、金属部材21とセラミック部材22との間には隙間23が形成されている。
Examples of the shape of the diffusing member of the present invention include the shape shown in FIG.
Fig.3 (a) is a perspective view which shows typically another example of the diffusion member of this invention, FIG.3 (b) is a BB sectional drawing in Fig.3 (a).
The diffusion member 20 shown in FIG. 3A is composed of a rod-shaped metal member 21 and a ceramic member 22 covering the periphery thereof. Both end portions 21a and 21b of the metal member 21 are not covered with the ceramic member 22, Exposed on the surface. Further, as shown in FIG. 3B, a gap 23 is formed between the metal member 21 and the ceramic member 22.

なお、セラミック部材の露出面積及び金属部材の露出面積を算出するにあたっては、セラミック部材と金属部材とが隙間を挟んで対向している領域を考慮しないこととする。
すなわち、例えば、図3(a)及び図3(b)に示す拡散部材20にあっては、セラミック部材22の表面のうち隙間23を挟んで金属部材21と対向している領域22aをセラミック部材22の露出面積とはみなさず、金属部材21の表面のうち隙間23を挟んでセラミック部材22と対向している領域21cを金属部材21の露出面積としてみなさない。
In calculating the exposed area of the ceramic member and the exposed area of the metal member, a region where the ceramic member and the metal member face each other with a gap therebetween is not considered.
That is, for example, in the diffusing member 20 shown in FIGS. 3A and 3B, a region 22 a facing the metal member 21 across the gap 23 in the surface of the ceramic member 22 is made of the ceramic member. The exposed area of the metal member 21 is not regarded as the exposed area of the metal member 21.

次に、本発明の拡散部材を製造する方法について説明する。
本発明の拡散部材を製造する方法としては、例えば、所望する拡散部材の寸法よりも小さい寸法に加工した金属部材の表面に、セラミック部材の原料となる原料組成物(セラミック原料ともいう)を塗布して乾燥、焼成する方法や、金属部材を金型内に設置して原料組成物を金型内に流し込み、乾燥、焼成する方法、セラミック部材となる材料を金属部材の表面に溶射して皮膜を形成する方法などが挙げられる。
なお、セラミック部材は必ずしも金属部材の表面で形成される必要はなく、金属部材とセラミック部材を別々に作成して最後に組み合わせることによって拡散部材を製造してもよい。
Next, a method for producing the diffusion member of the present invention will be described.
As a method for producing the diffusion member of the present invention, for example, a raw material composition (also referred to as a ceramic raw material) serving as a raw material for a ceramic member is applied to the surface of a metal member processed to a size smaller than the desired size of the diffusion member A method of drying and firing, a method of placing a metal member in a mold and pouring the raw material composition into the mold, drying and firing, and a film by spraying a material to be a ceramic member on the surface of the metal member The method of forming is mentioned.
The ceramic member is not necessarily formed on the surface of the metal member, and the diffusion member may be manufactured by separately creating the metal member and the ceramic member and combining them at the end.

[金属部材準備工程]
金属部材は、原料となる金属材料を所望の形状に加工することにより得ることができる。
金属部材を所望の形状に加工する方法としては、従来公知の金属加工技術を用いることができ、例えば、プレス機による成形や、切削加工による成形等が挙げられる。また、複数の金属材料を溶接等により接合してもよい。
[Metal member preparation process]
The metal member can be obtained by processing a metal material as a raw material into a desired shape.
As a method of processing a metal member into a desired shape, a conventionally known metal processing technique can be used, and examples thereof include molding by a press machine and molding by cutting. A plurality of metal materials may be joined by welding or the like.

本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材準備工程では、必要に応じて、金属部材の表面の不純物を除去するための洗浄処理を行ってもよい。洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を行うことができ、具体的には、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法などを用いることができる。 In the method for producing the diffusion member of the present invention, in the metal member preparation step, a cleaning process for removing impurities on the surface of the metal member may be performed as necessary. The cleaning process is not particularly limited, and a conventionally known cleaning process can be performed. Specifically, a method of performing ultrasonic cleaning in an alcohol solvent or the like can be used.

本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材準備工程では、必要に応じて、金属部材の表面を粗化する粗化処理を行ってもよい。金属部材の表面を粗化することにより、金属部材の比表面積が増加するため、セラミック部材との密着性が向上する。
また、粗化処理の後に上述した洗浄処理を行ってもよい。
In the method for producing the diffusion member of the present invention, in the metal member preparation step, a roughening treatment for roughening the surface of the metal member may be performed as necessary. By roughening the surface of the metal member, the specific surface area of the metal member is increased, so that the adhesion with the ceramic member is improved.
Moreover, you may perform the washing | cleaning process mentioned above after the roughening process.

[セラミック部材準備工程]
セラミック部材を形成する方法としては、セラミック部材となる原料組成物を焼成する方法や、セラミック部材となる原料を金属部材の表面に溶射して皮膜を形成する方法が挙げられる。
[Ceramic material preparation process]
Examples of the method for forming the ceramic member include a method of firing a raw material composition to be a ceramic member, and a method of forming a film by spraying a raw material to be a ceramic member on the surface of a metal member.

まず、原料組成物を用いる方法について説明する。
金属部材の表面にセラミック部材となる原料組成物を塗布して焼成する場合、原料組成物の塗布と焼成を複数回繰り返して、セラミック部材を積層させてもよい。
First, a method using a raw material composition will be described.
When applying the raw material composition used as a ceramic member on the surface of a metal member, and baking it, you may laminate | stack a ceramic member by repeating application | coating and baking of a raw material composition in multiple times.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物としては、セラミック部材を構成する非晶性無機材及び/又は結晶性無機材等と、必要に応じて、無機バインダ、有機バインダ、造孔材、分散媒、成形助剤等を混合した混合物を用いることができる。このとき、セラミック部材の機械的強度を向上させる為に、原料組成物に無機繊維等を添加してもよい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, as a raw material composition to be a raw material of the ceramic member, an amorphous inorganic material and / or a crystalline inorganic material constituting the ceramic member, If necessary, a mixture in which an inorganic binder, an organic binder, a pore former, a dispersion medium, a molding aid and the like are mixed can be used. At this time, in order to improve the mechanical strength of the ceramic member, inorganic fibers or the like may be added to the raw material composition.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい無機バインダとしては、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト、ベーマイト等が挙げられ、これらを2種類以上併用してもよい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the inorganic binder that may be added to the raw material composition used as the raw material of the ceramic member includes alumina sol, silica sol, titania sol, water glass, sepiolite, attapulgite Boehmite and the like, and two or more of these may be used in combination.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい有機バインダとしては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、これらを2種類以上併用してもよい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the organic binder that may be added to the raw material composition used as the raw material of the ceramic member is methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, phenol Resins, epoxy resins and the like can be mentioned, and two or more of these may be used in combination.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい分散媒としては、水や、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒等が挙げられる。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the dispersion medium that may be added to the raw material composition used as the raw material of the ceramic member includes water, organic solvents such as methanol, ethanol, and acetone. Etc.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい成形助剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、これらを2種以上併用してもよい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the molding aid that may be added to the raw material composition used as the raw material of the ceramic member includes ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, poly Alcohol etc. are mentioned, You may use these 2 or more types together.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の原料となる原料組成物に添加してもよい造孔材としては、酸化物系セラミックを成分とする微小中空球体であるバルーン、球状アクリル粒子、グラファイト等のカーボン及び炭酸塩等の発泡剤等が挙げられる。
これらのうち、セラミック部材に高い断熱性を付与する観点からは、小さい径の気孔がセラミック部材中に均一に分散していることが好ましいため、グラファイト等のカーボン及び炭酸塩等の発泡剤が好ましい。
When the diffusion member of the present invention is produced by the method using the raw material composition, the pore former that may be added to the raw material composition used as the raw material of the ceramic member is a micro hollow sphere containing an oxide ceramic as a component Examples thereof include balloons, spherical acrylic particles, carbon such as graphite, and foaming agents such as carbonate.
Among these, from the viewpoint of imparting high heat insulating properties to the ceramic member, it is preferable that pores having a small diameter are uniformly dispersed in the ceramic member, and therefore, a foaming agent such as carbon such as graphite and a carbonate is preferable. .

炭酸塩の発泡剤としては、CaCO、BaCO、NaHCO、NaCO、(NHCO等が挙げられる。 Examples of the carbonate foaming agent include CaCO 3 , BaCO 3 , NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 and the like.

これらの造孔材のなかでは、グラファイト等のカーボンがより好ましい。カーボンは、粉砕等の処理により、拡散部材用塗料中に細かい粒子として分散させることができ、加熱、焼成により分解し、好適な気孔径を有する気孔を形成することができるからである。 Among these pore formers, carbon such as graphite is more preferable. This is because carbon can be dispersed as fine particles in the coating material for a diffusion member by a treatment such as pulverization, and can be decomposed by heating and baking to form pores having a suitable pore size.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、セラミック部材の形成に用いられる原料組成物を調製する際には、各原料を調合した後、湿式粉砕を行うが、非晶性無機材及び結晶性無機材は、最初に適当な粒子径に調節したものを用いてもよく、原料の調合後、湿式粉砕により目的の粒子径のものを得てもよい。 When the diffusion member of the present invention is manufactured by the method using the raw material composition, when preparing the raw material composition used for forming the ceramic member, after preparing each raw material, wet pulverization is performed, The inorganic inorganic material and the crystalline inorganic material may be those initially adjusted to an appropriate particle size, or may be obtained with a target particle size by wet pulverization after the raw materials are prepared.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する非晶性無機材の最終的な平均粒子径は、0.1〜100μmが好ましく、1〜20μmがより好ましい。1〜20μmの範囲では、粒子表面に帯電している電気による影響が少ないためと推測されるが、粒子が均一に分散しやすい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the final average particle diameter of the amorphous inorganic material constituting the raw material composition is preferably 0.1 to 100 μm, and preferably 1 to 20 μm. More preferred. In the range of 1 to 20 μm, it is presumed that the influence of electricity charged on the particle surface is small, but the particles are easily dispersed uniformly.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する結晶性無機材の最終的な平均粒子径は0.1〜150μmであることが好ましい。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the final average particle diameter of the crystalline inorganic material constituting the raw material composition is preferably 0.1 to 150 μm.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の平均粒子径は0.1〜25μmであることが好ましく、0.5〜10μmであることがより好ましい。
原料組成物を構成する造孔材の平均粒子径が0.1〜25μmであると、セラミック部材中の平均気孔径を、0.1〜150μmに調整しやすくなる。
When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the average particle diameter of the pore former constituting the raw material composition is preferably 0.1 to 25 μm, and preferably 0.5 to 10 μm. It is more preferable.
It becomes easy to adjust the average pore diameter in a ceramic member to 0.1-150 micrometers as the average particle diameter of the pore former which comprises a raw material composition is 0.1-25 micrometers.

本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の粒子の平均粒子径が0.1μm未満であると、原料組成物中に造孔材を良好に分散することが難しくなり、その結果、形成されるセラミック部材中の気孔の分散度合いが低下し、高温になった際、気孔が合体し易くなる。 When the diffusion member of the present invention is produced by a method using a raw material composition, the pore former is included in the raw material composition when the average particle size of the pore former particles constituting the raw material composition is less than 0.1 μm. Is difficult to disperse well, and as a result, the degree of dispersion of the pores in the formed ceramic member is reduced, and the pores are likely to coalesce at a high temperature.

一方、本発明の拡散部材を、原料組成物を用いる方法によって製造する場合、原料組成物を構成する造孔材の粒子の平均粒子径が25μmを超えた場合には、セラミック部材中に形成される気孔の径が大きくなりすぎ、セラミック部材の断熱性及び機械的強度が低下し易くなる。 On the other hand, when the diffusion member of the present invention is produced by the method using the raw material composition, when the average particle diameter of the pore former constituting the raw material composition exceeds 25 μm, it is formed in the ceramic member. The pore diameter becomes too large, and the heat insulating property and mechanical strength of the ceramic member tend to be lowered.

本発明の拡散部材を製造するにあたって、金属部材の周囲にセラミック部材を形成する方法としては、上述した原料組成物を金属部材の表面に塗布する方法などが挙げられる。
原料組成物を金属部材の表面に塗布する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、インクジェット、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り、又は、電着塗装等の方法を用いることができる。
また、原料組成物中に金属部材を浸漬することにより、金属部材の表面に原料組成物を塗布してもよい。
このとき、金属部材の一部に原料組成物を塗布しない領域を作ることで、金属部材の一部を拡散部材の表面に露出させることができる。
金属部材の一部に原料組成物を塗布しない領域を作る方法としては、従来公知の方法を用いることができ、マスキングテープやマスキングゾル等のマスキング剤を使用する方法が挙げられる。
In producing the diffusion member of the present invention, examples of the method for forming the ceramic member around the metal member include a method of applying the above-described raw material composition to the surface of the metal member.
As a method for applying the raw material composition to the surface of the metal member, for example, a method such as spray coating, electrostatic coating, inkjet, transfer using a stamp or roller, brush coating, or electrodeposition coating may be used. it can.
Moreover, you may apply | coat a raw material composition to the surface of a metal member by immersing a metal member in a raw material composition.
At this time, a part of the metal member can be exposed on the surface of the diffusion member by creating a region where the raw material composition is not applied to a part of the metal member.
As a method for forming a region where the raw material composition is not applied to a part of the metal member, a conventionally known method can be used, and a method using a masking agent such as a masking tape or a masking sol can be used.

金属部材の表面に塗布された原料組成物は、乾燥後に加熱焼成することにより、セラミック部材となる。
なお、原料組成物の乾燥には、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等の乾燥機を用いることができる。
The raw material composition applied to the surface of the metal member becomes a ceramic member by heating and firing after drying.
In addition, dryers, such as a microwave dryer, a hot air dryer, a dielectric dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, a freeze dryer, can be used for drying the raw material composition.

原料組成物に有機バインダ等の有機物を含む場合、原料組成物の乾燥後に脱脂処理を施しても良い。
脱脂処理の条件は、乾燥後に原料組成物に含まれる有機物の種類及び量によって適宜選択することができ、例えば、200〜500℃で2〜6時間加熱することが好ましい。
When the raw material composition includes an organic substance such as an organic binder, the raw material composition may be degreased after drying.
The degreasing conditions can be appropriately selected depending on the type and amount of organic matter contained in the raw material composition after drying, and for example, heating at 200 to 500 ° C. for 2 to 6 hours is preferable.

焼成温度は、原料組成物を構成する結晶性無機材及び非晶性無機材の物性にもよるが、非晶性無機材を含む場合には、非晶性無機材の軟化点以上の温度に加熱することが好ましい。具体的には、金属部材が劣化しない温度であればよく、700〜1100℃が好ましく、700〜1000℃がより好ましく、750〜950℃がさらに好ましい。
ただし、金属部材を構成する材料がアルミニウムであって、原料組成物に非晶性無機材を含む場合、非晶性無機材として軟化点が300〜550℃の低軟化点ガラスを用いて、300〜600℃で加熱することが好ましい。
The firing temperature depends on the physical properties of the crystalline inorganic material and the amorphous inorganic material constituting the raw material composition, but when the amorphous inorganic material is included, the firing temperature is set to a temperature equal to or higher than the softening point of the amorphous inorganic material. It is preferable to heat. Specifically, it may be a temperature at which the metal member does not deteriorate, preferably 700 to 1100 ° C, more preferably 700 to 1000 ° C, and further preferably 750 to 950 ° C.
However, when the material constituting the metal member is aluminum and the raw material composition includes an amorphous inorganic material, a low softening point glass having a softening point of 300 to 550 ° C. is used as the amorphous inorganic material. It is preferable to heat at ~ 600 ° C.

続いて、溶射を用いた本発明の拡散部材の製造方法について説明する。
溶射とは、皮膜となる材料(溶射材ともいう)を加熱により溶融又は軟化させ、微粒子状にして加速し、対象物の表面に吹き付ける方法である。
溶射では、加熱により溶融又は軟化する材料であれば、ほとんどあらゆる材料の皮膜を形成することができると考えられる。そのため、溶射により、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材を容易に形成することができる。
Then, the manufacturing method of the diffusion member of the present invention using thermal spraying is explained.
Thermal spraying is a method in which a material to be a coating (also referred to as a thermal spraying material) is melted or softened by heating, accelerated into fine particles, and sprayed onto the surface of an object.
In thermal spraying, it is considered that a film of almost any material can be formed as long as it is a material that melts or softens by heating. Therefore, the ceramic member which comprises the diffusion member of this invention can be easily formed by thermal spraying.

溶射材は、結晶性無機材を含むことが好ましく、さらに非晶性無機材及び無機バインダを含んでいてもよい。 The thermal spray material preferably contains a crystalline inorganic material, and may further contain an amorphous inorganic material and an inorganic binder.

溶射材を構成する結晶性無機材としては、ジルコニア又はアルミナがより好ましい。ジルコニアの組成として、より具体的には、カルシア安定化ジルコニア(5wt%CaO−ZrO、8wt%CaO−ZrO、31wt%CaO−ZrO)、マグネシア安定化ジルコニア(20wt%MgO−ZrO、24wt%MgO−ZrO)、イットリア安定化ジルコニア(6wt%Y−ZrO、7wt%Y−ZrO、8wt%Y−ZrO、10wt%Y−ZrO、12wt%Y−ZrO、20wt%Y−ZrO)、ジルコン(ZrO−33wt%SiO)、セリア安定化ジルコニア等が挙げられる。安定化剤の含有量は、安定化ジルコニア全量の5〜30重量%が好ましい。なお、ジルコニアを構成するジルコニウムの一部がハフニウムに置換されていてもよい。
また、アルミナの組成として、より具体的には、ホワイトアルミナ(Al)、グレイアルミナ(Al−1.5〜4wt%TiO)、アルミナ・チタニア(Al−13wt%TiO、Al−20wt%TiO、Al−40wt%TiO、Al−50wt%TiO)、アルミナ・イットリア(3Al・5Y)、アルミナ・マグネシア(Mg・Al)、アルミナ・シリカ(3Al・2SiO)等が挙げられる。
これらの中では、耐熱性及び耐腐食性に優れ、25℃での熱伝導率が4W/m・K以下である低熱伝導率のジルコニアが好ましく、イットリア安定化ジルコニアがより好ましい。
As the crystalline inorganic material constituting the thermal spray material, zirconia or alumina is more preferable. More specifically, as the composition of zirconia, calcia-stabilized zirconia (5 wt% CaO—ZrO 2 , 8 wt% CaO—ZrO 2 , 31 wt% CaO—ZrO 2 ), magnesia stabilized zirconia (20 wt% MgO—ZrO 2 , 24 wt% MgO—ZrO 2 ), yttria stabilized zirconia (6 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 , 7 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 , 8 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 , 10 wt% Y 2 O 3 − ZrO 2 , 12 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 , 20 wt% Y 2 O 3 —ZrO 2 ), zircon (ZrO 2 —33 wt% SiO 2 ), ceria-stabilized zirconia, and the like can be given. The content of the stabilizer is preferably 5 to 30% by weight of the total amount of stabilized zirconia. A part of zirconium constituting zirconia may be substituted with hafnium.
As the composition of alumina, more specifically, white alumina (Al 2 O 3 ), gray alumina (Al 2 O 3 -1.5 to 4 wt% TiO 2 ), alumina / titania (Al 2 O 3 -13 wt) % TiO 2, Al 2 O 3 -20wt% TiO 2, Al 2 O 3 -40wt% TiO 2, Al 2 O 3 -50wt% TiO 2), alumina-yttria (3Al 2 O 3 · 5Y 2 O 3), alumina magnesia (Mg · Al 2 O 4) , alumina-silica (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) , and the like.
Among these, zirconia having excellent heat resistance and corrosion resistance, low thermal conductivity having a thermal conductivity at 25 ° C. of 4 W / m · K or less is preferable, and yttria-stabilized zirconia is more preferable.

溶射材を構成する結晶性無機材の平均粒子径は、特に限定されないが、0.1〜100μmが好ましく、1〜20μmがより好ましい。 Although the average particle diameter of the crystalline inorganic material which comprises a thermal spray material is not specifically limited, 0.1-100 micrometers is preferable and 1-20 micrometers is more preferable.

溶射材に含まれていてもよい非晶性無機材としては、本発明の拡散部材においてセラミック部材を構成する非晶性無機材と同様のものを好適に用いることができる。 As the amorphous inorganic material that may be contained in the thermal spray material, the same amorphous inorganic material that constitutes the ceramic member in the diffusion member of the present invention can be suitably used.

溶射材に含まれていてもよい無機バインダとしては、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、水ガラス、セピオライト、アタパルジャイト、ベーマイト等が挙げられ、これらを2種類以上併用してもよい。 Examples of the inorganic binder that may be contained in the thermal spray material include alumina sol, silica sol, titania sol, water glass, sepiolite, attapulgite, and boehmite, and two or more of these may be used in combination.

溶射法としては、プラズマ溶射、フレーム溶射、高速フレーム溶射、減圧溶射、アーク溶射、ワイヤー溶射、又は、爆発溶射等の方法を用いることができる。これらの中では、耐熱性に優れるセラミック部材を形成することができるプラズマ溶射が好ましく、ガスプラズマ溶射がより好ましい。
ガスプラズマ溶射を用いた方法では、金属部材の表面上に、Ar−H等のガスプラズマを用いて、セラミック部材を構成する結晶性無機材の粉末を溶射することにより、セラミック部材を形成する。
ガスプラズマ溶射を用いてセラミック部材を形成する場合、溶射電流、溶射電圧、溶射距離、粉末供給量、及び、Ar/H量等の溶射条件は、溶射粒子(溶融又は軟化した結晶性無機材の粒子)の温度、目的とするセラミック部材の厚さ等に応じて適宜決定される。
As the thermal spraying method, plasma spraying, flame spraying, high-speed flame spraying, reduced pressure spraying, arc spraying, wire spraying, or explosion spraying can be used. In these, the plasma spraying which can form the ceramic member excellent in heat resistance is preferable, and gas plasma spraying is more preferable.
In the method using gas plasma spraying, the ceramic member is formed on the surface of the metal member by spraying a crystalline inorganic material powder constituting the ceramic member using a gas plasma of Ar—H 2 or the like. .
When a ceramic member is formed using gas plasma spraying, the spraying conditions such as spraying current, spraying voltage, spraying distance, powder supply amount, Ar / H 2 amount, etc. are sprayed particles (melted or softened crystalline inorganic material). Of the particles), the thickness of the target ceramic member, and the like.

溶射によりセラミック部材を形成する場合、金属部材のうちセラミック部材を形成したくない領域にマスキングを施してもよい。マスキングを施すことにより、セラミック部材が形成されない領域を作成し、セラミック部材の形状を制御することができる。マスキングの方法としては、マスキングテープやマスキングゾル等のマスキング剤を使用する方法が挙げられる。 When the ceramic member is formed by thermal spraying, masking may be performed on a region of the metal member where the ceramic member is not desired to be formed. By performing masking, a region where the ceramic member is not formed can be created, and the shape of the ceramic member can be controlled. Examples of the masking method include a method using a masking agent such as a masking tape or a masking sol.

なお、溶射によりセラミック部材を形成する場合、金属部材の表面に直接材料を溶射することによってセラミック部材を形成してもよく、上述した原料組成物を用いた方法によって形成された第1のセラミック部材の表面に、溶射により第2のセラミック部材を形成してもよい。 In addition, when forming a ceramic member by thermal spraying, you may form a ceramic member by spraying a material directly on the surface of a metal member, and the 1st ceramic member formed by the method using the raw material composition mentioned above A second ceramic member may be formed on the surface by thermal spraying.

なお、第1のセラミック部材上に第2のセラミック部材を形成する際、第1のセラミック部材を加熱し、第1のセラミック部材を構成する非晶性無機材(ガラス等)を軟化させた状態で溶射を行うことがより好ましい。第1のセラミック部材を構成する非晶性無機材を軟化させた状態で溶射を行うことにより第1のセラミック部材に溶射層となる溶射粒子がより食い込み、第1のセラミック部材及び第2のセラミック部材をさらに強固に密着させることができるためである。 When the second ceramic member is formed on the first ceramic member, the first ceramic member is heated to soften the amorphous inorganic material (glass or the like) constituting the first ceramic member. More preferably, thermal spraying is performed. By performing thermal spraying in a state where the amorphous inorganic material constituting the first ceramic member is softened, the thermal spraying particles that become the thermal spraying layer bite into the first ceramic member, and the first ceramic member and the second ceramic This is because the member can be more firmly adhered.

本発明の拡散部材を製造する方法において、金属部材の周囲に形成されたセラミック部材は、必要に応じて、切削や研磨等を行ってもよい。金属部材の周囲に形成されたセラミック部材を切削することで、拡散部材の形状を調整することができる。また、金属部材の周囲に形成されたセラミック部材を研磨することにより、セラミック部材の表面粗さ(Rzjis)を調整することができる。 In the method for producing the diffusing member of the present invention, the ceramic member formed around the metal member may be cut or polished as necessary. The shape of the diffusion member can be adjusted by cutting the ceramic member formed around the metal member. Moreover, by polishing the ceramic member formed around the metal member, the surface roughness (Rzjis) of the ceramic member can be adjusted.

なお、上述した方法では、本発明の拡散部材を構成する金属部材とセラミック部材の間に隙間を形成することが困難である。
金属部材とセラミック部材の間に隙間が存在する拡散部材を製造する場合には、想定される金属部材よりも寸法の大きい構造体に対して隙間が無いような形状にセラミック部材を作製することにより、金属部材との間に隙間を設けることができる。
In the method described above, it is difficult to form a gap between the metal member and the ceramic member constituting the diffusing member of the present invention.
When manufacturing a diffusion member in which a gap exists between a metal member and a ceramic member, by producing the ceramic member in a shape such that there is no gap for a structure having a size larger than that of the assumed metal member. A gap can be provided between the metal member and the metal member.

上記手順により、本発明の拡散部材を製造することができる。 The diffusion member of the present invention can be manufactured by the above procedure.

本発明の排ガス浄化装置について説明する。
本発明の排ガス浄化装置は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に本発明の拡散部材が1つ以上配置されており、上記拡散部材は金属部材が露出する部分で上記排気管と溶接されていることを特徴とする。
The exhaust gas purification apparatus of the present invention will be described.
The exhaust gas purification apparatus of the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows, a urea injection apparatus that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe, and a downstream side of the exhaust pipe. An exhaust gas purifying device comprising a provided catalyst carrier, wherein one or more diffusion members of the present invention are arranged at a site where exhaust gas contacts downstream of the urea injector and upstream of the catalyst carrier. The diffusion member is welded to the exhaust pipe at a portion where the metal member is exposed.

本発明の排ガス浄化装置においては、耐熱性に優れた本発明の拡散部材が、尿素噴射装置よりも下流側かつ触媒担体よりも上流側に設けられているため、尿素噴射装置より噴射された尿素を窒素酸化物を含む排ガスと充分に混合することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。さらに、本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っているため、金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。そして、上述した金属部材が露出した箇所以外については、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。 In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the diffusion member of the present invention having excellent heat resistance is provided on the downstream side of the urea injection apparatus and on the upstream side of the catalyst carrier, so that the urea injected from the urea injection apparatus Can be sufficiently mixed with exhaust gas containing nitrogen oxides. Furthermore, since the diffusion member of the present invention is composed of a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member is larger than the volume of the metal member, the temperature reduction of the exhaust gas is suppressed as compared with a diffusion member made of only metal. Can do. Furthermore, since the diffusion member of the present invention covers the periphery of the metal member so that a part of the metal member is exposed, by welding the exposed portion of the metal member with the inside of the exhaust pipe, It becomes easy to arrange the diffusion member in the exhaust pipe. And since the ceramic member has covered the surface except the location where the metal member mentioned above is exposed, it is hard to receive the corrosion by the by-product of urea water.

本発明の排ガス浄化装置においては、拡散部材を構成する金属部材のうち最表面に露出している部分を排気管と溶接することにより、拡散部材が排気管内に固定されている。
拡散部材を構成する金属部材と排気管とを溶接する方法は、従来公知の溶接方法を好適に用いることができ、例えば、アーク溶接、レーザー溶接、抵抗溶接、ろう接等を用いることができる。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the diffusion member is fixed in the exhaust pipe by welding a portion of the metal member constituting the diffusion member exposed to the outermost surface to the exhaust pipe.
As a method for welding the metal member constituting the diffusing member and the exhaust pipe, a conventionally known welding method can be suitably used. For example, arc welding, laser welding, resistance welding, brazing, or the like can be used.

なお、本発明の排ガス浄化装置を構成する排気管、尿素噴射装置、触媒担体については、従来公知のものを好適に使用することができる。 In addition, conventionally well-known things can be used suitably about the exhaust pipe, urea injection apparatus, and catalyst carrier which comprise the exhaust gas purification apparatus of this invention.

本発明の排ガス浄化装置において、金属部材が露出する部分と排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていることが好ましい。
金属部材が露出する部分と排気管との溶接部に、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されていると、溶接部が尿素水の副生成物による腐食を受けることを抑制することができる。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, it is preferable that a ceramic coat layer covering the welded portion is formed at a welded portion between the portion where the metal member is exposed and the exhaust pipe.
When the ceramic coat layer which covers a welding part is formed in the welding part of the part which a metal member exposes, and an exhaust pipe, it can suppress that a welding part receives the corrosion by the by-product of urea water.

本発明の排ガス浄化装置において、排気管内部に固定された拡散部材に金属部材が露出している箇所がある場合、金属部材が露出しないように、当該箇所にもセラミックコート層が形成されていることがより好ましい。
排気管内部に固定された拡散部材の金属部材が露出している箇所にセラミックコート層が形成されている場合、拡散部材を構成する金属部材が実質的に排ガスと接触することがなくなるため、排ガスによる拡散部材の腐食を抑制することができる。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, when there is a portion where the metal member is exposed to the diffusion member fixed inside the exhaust pipe, a ceramic coat layer is also formed at the portion so that the metal member is not exposed. It is more preferable.
When the ceramic coat layer is formed at a location where the metal member of the diffusion member fixed inside the exhaust pipe is exposed, the metal member constituting the diffusion member is not substantially in contact with the exhaust gas. Corrosion of the diffusion member due to can be suppressed.

本発明の排ガス浄化装置において、溶接部を覆うセラミックコート層は、セラミックコート層の原料となるセラミックコート原料を該溶接部に塗布し、加熱することにより形成することができる。
セラミックコート原料としては、本発明の拡散部材を構成するセラミック部材の原料と同様のものを好適に用いることができ、非晶性無機材と結晶性無機材を含んでなることがより好ましい。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the ceramic coat layer covering the welded portion can be formed by applying a ceramic coat raw material to be a raw material of the ceramic coat layer to the welded portion and heating.
As the ceramic coat raw material, the same material as the raw material of the ceramic member constituting the diffusion member of the present invention can be suitably used, and more preferably comprises an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material.

本発明の拡散部材の働きについてさらに詳述する。
図4(a)は、本発明の排ガス浄化装置を模式的に示す模式図であり、図4(b)は、図4(a)における破線部領域Hの拡大図である。
図4(a)に示すように、排ガス浄化装置1は、排ガスが流通する排気管100と、排気管100の上流側に設けられ、尿素を排気管100内に噴射する尿素噴射装置500と、排気管100の下流側に設けられた触媒担体400からなり、尿素噴射装置500よりも下流側、かつ、触媒担体400よりも上流側で排ガスが接触する部分に拡散部材10が配置されている。
拡散部材10を排気管100内に設置した場合、排気管上流から流入する排ガスは、拡散部材10を通過する際に、その流れの一部が阻害されて、排ガスが混合される(排ガスの流れを矢印Gで模式的に示す)。
従って、拡散部材10を通過した排ガスは、旋回しながらケーシング200内部に流入するため、保持シール材300によってケーシング200内部に配置された触媒担体400の排ガス流入側端面400aに排ガスが到達する際には、排ガス中の成分の偏り及び/又は温度分布の偏りが低減されることとなる。
そして、尿素水噴射装置500から噴射された尿素水は、排ガス中に充分に分散した状態で触媒担体400へと到達するため、尿素SCRシステムを充分に作用させることができる。そして、拡散部材10におけるセラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、排ガスの熱が拡散部材へと伝わりにくく、排ガス温度の低下を抑制することができる。
さらに、図4(b)に示すように、拡散部材10を構成する金属部材11が排気管100と溶接されており、溶接部600を形成している。さらに、溶接部600及び金属部材11の表面には、セラミックコート層700が設けられている。
The function of the diffusing member of the present invention will be further described in detail.
FIG. 4A is a schematic view schematically showing the exhaust gas purification apparatus of the present invention, and FIG. 4B is an enlarged view of a broken line region H in FIG. 4A.
As shown in FIG. 4A, the exhaust gas purification apparatus 1 includes an exhaust pipe 100 through which exhaust gas flows, a urea injection apparatus 500 that is provided upstream of the exhaust pipe 100 and injects urea into the exhaust pipe 100, The diffusion member 10 includes a catalyst carrier 400 provided on the downstream side of the exhaust pipe 100, and the diffusion member 10 is disposed at a portion where the exhaust gas contacts with the downstream side of the urea injection device 500 and the upstream side of the catalyst carrier 400.
When the diffusing member 10 is installed in the exhaust pipe 100, the exhaust gas flowing in from the upstream of the exhaust pipe is partially blocked when passing through the diffusing member 10, and the exhaust gas is mixed (flow of exhaust gas). Is schematically shown by arrow G).
Accordingly, since the exhaust gas that has passed through the diffusion member 10 flows into the casing 200 while turning, when the exhaust gas reaches the exhaust gas inflow side end surface 400a of the catalyst carrier 400 disposed inside the casing 200 by the holding sealing material 300, This reduces the bias of the components in the exhaust gas and / or the bias of the temperature distribution.
Since the urea water injected from the urea water injection device 500 reaches the catalyst carrier 400 in a sufficiently dispersed state in the exhaust gas, the urea SCR system can be sufficiently operated. And since the volume of the ceramic member in the diffusion member 10 is larger than the volume of a metal member, the heat | fever of waste gas cannot be easily transmitted to a diffusion member, and can suppress the fall of waste gas temperature.
Further, as shown in FIG. 4B, the metal member 11 constituting the diffusing member 10 is welded to the exhaust pipe 100 to form a welded portion 600. Further, a ceramic coat layer 700 is provided on the surface of the welded portion 600 and the metal member 11.

上述の理由から、本発明の拡散部材は、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、上記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、上記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、上記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、上記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、上記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、上記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び/又は上記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するために好適に使用することができる。 For the reasons described above, the diffusion member of the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows, a urea injection device that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe, and the exhaust pipe. Of the exhaust gas purification device comprising a catalyst carrier provided on the downstream side of the exhaust gas from the upstream side of the exhaust pipe at a site where the exhaust gas contacts downstream of the urea injection device and upstream of the catalyst carrier. Suppresses the temperature of the exhaust gas when partially blocking the flow of the exhaust gas and reducing the deviation of components contained in the exhaust gas by thoroughly mixing the urea injected from the urea injection device with the exhaust gas In addition, it can be suitably used for preventing the diffusion member from being corroded by urea and / or decomposition products of urea injected from the urea injection device.

なお、排ガス浄化装置に用いられる触媒担体としては、セラミック製のハニカム触媒等、従来からこの分野で用いられている触媒担体を使用することができる。 In addition, as a catalyst carrier used for the exhaust gas purification apparatus, a catalyst carrier conventionally used in this field such as a ceramic honeycomb catalyst can be used.

また、尿素水噴射装置を備えていない排気管であっても、排ガス中の成分及び/又は温度の偏りを低減するために上記拡散部材は有効である。 Even in an exhaust pipe that does not include a urea water injection device, the diffusion member is effective in order to reduce the components and / or temperature deviation in the exhaust gas.

以下に、本発明の拡散部材の作用効果について列挙する。
(1)本発明の拡散部材は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きいため、金属のみからなる拡散部材と比較して排ガスの温度低下を抑制することができる。
Below, it enumerates about the effect of the diffusion member of this invention.
(1) The diffusion member of the present invention is composed of a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member is larger than the volume of the metal member. be able to.

(2)本発明の拡散部材は、セラミック部材が、金属部材の一部が露出するように金属部材の周囲を覆っているため、金属部材が露出した部分を排気管内部と溶接等することにより、拡散部材を排気管内に配置することが容易となる。 (2) Since the diffusion member of the present invention covers the periphery of the metal member so that a part of the metal member is exposed, the exposed portion of the metal member is welded to the inside of the exhaust pipe. It becomes easy to dispose the diffusion member in the exhaust pipe.

(3)本発明の拡散部材は、上述した金属部材が露出した箇所以外は、セラミック部材が表面を覆っているため、尿素水の副生成物による腐食を受けにくい。 (3) In the diffusion member of the present invention, the ceramic member covers the surface except for the portion where the above-described metal member is exposed.

(4)本発明の拡散部材を複数個組み合わせて排気管内に配置することにより、拡散部材による効果を、設置する排気管の形状ごとに最適化することが容易となる。そのため、構成の異なる排ガス浄化装置ごとに新たな金型等を準備する必要がなく、製造コストを抑制することができる。 (4) By combining a plurality of diffusion members of the present invention and disposing them in the exhaust pipe, it becomes easy to optimize the effect of the diffusion members for each shape of the exhaust pipe to be installed. Therefore, it is not necessary to prepare a new mold or the like for each exhaust gas purifying apparatus having a different configuration, and the manufacturing cost can be suppressed.

(5)本発明の排ガス浄化装置は、セラミック部材と金属部材とからなり、セラミック部材の体積は金属部材の体積よりも大きい拡散部材を備えているため、拡散部材が排ガスの熱エネルギーを吸収しにくく、排ガスの温度低下を抑制することができる。 (5) The exhaust gas purifying apparatus of the present invention comprises a ceramic member and a metal member, and the volume of the ceramic member includes a diffusion member that is larger than the volume of the metal member, so that the diffusion member absorbs the thermal energy of the exhaust gas. It is difficult to suppress the temperature reduction of the exhaust gas.

(6)本発明の拡散部材は、上述したように、尿素噴射装置より噴射された尿素を窒素酸化物を含む排ガスと充分に混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減することができ、かつ、排ガスの温度が低下することを抑制することができるため、窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の尿素噴射装置よりも下流側、かつ、触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に好適に使用することができる。 (6) As described above, the diffusion member of the present invention can sufficiently reduce the bias of components contained in the exhaust gas by sufficiently mixing urea injected from the urea injection device with the exhaust gas containing nitrogen oxides. In addition, since it is possible to suppress a decrease in the temperature of the exhaust gas, an exhaust pipe through which the exhaust gas containing nitrogen oxide flows, and a urea injection device that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe And a catalyst carrier provided on the downstream side of the exhaust pipe can be suitably used for a portion where the exhaust gas contacts downstream of the urea injection device of the exhaust gas purification device and upstream of the catalyst carrier. .

1 排ガス浄化装置
10、20 拡散部材
11、21 金属部材
12、22 セラミック部材
23 隙間
100 排気管
200 ケーシング
300 保持シール材
400 触媒担体
500 尿素水噴射装置
600 溶接部
700 セラミックコート層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification apparatus 10, 20 Diffusion member 11, 21 Metal member 12, 22 Ceramic member 23 Crevice 100 Exhaust pipe 200 Casing 300 Holding sealing material 400 Catalyst carrier 500 Urea water injection device 600 Welding part 700 Ceramic coat layer

Claims (13)

排気管内に設置されて、排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害する拡散部材であって、
前記拡散部材はセラミック部材と金属部材とからなり、
前記金属部材は棒状体であり、
前記セラミック部材が、前記棒状体の両端部が露出するように前記金属部材の周囲を覆っており、
前記拡散部材を構成する前記セラミック部材の体積は前記金属部材の体積よりも大きいことを特徴とする拡散部材。
A diffusion member that is installed in the exhaust pipe and partially blocks the flow of exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust pipe,
The diffusion member comprises a ceramic member and a metal member,
The metal member is a rod-shaped body,
The ceramic member covers the periphery of the metal member such that both ends of the rod-shaped body are exposed;
The volume of the ceramic member which comprises the said diffusion member is larger than the volume of the said metal member, The diffusion member characterized by the above-mentioned.
前記拡散部材の最表面において、前記セラミック部材の露出面積が前記金属部材の露出面積よりも大きい請求項1に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 1, wherein an exposed area of the ceramic member is larger than an exposed area of the metal member on the outermost surface of the diffusion member. 前記セラミック部材には気孔が形成されている請求項1又は2に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 1, wherein pores are formed in the ceramic member. 前記セラミック部材の気孔率は5〜60%である請求項3に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 3, wherein the ceramic member has a porosity of 5 to 60%. 前記セラミック部材には連通気孔が形成されていない請求項3又は4に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 3 or 4, wherein the ceramic member has no continuous air hole. 前記セラミック部材に形成された気孔は閉気孔である請求項3〜5のいずれかに記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 3, wherein the pores formed in the ceramic member are closed pores. 前記金属部材と前記セラミック部材の間には隙間が存在する請求項1〜6のいずれかに記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 1, wherein a gap exists between the metal member and the ceramic member. 前記セラミック部材は、結晶性無機材及び/又は非晶性無機材からなる請求項1〜7のいずれかに記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 1, wherein the ceramic member is made of a crystalline inorganic material and / or an amorphous inorganic material. 前記結晶性無機材はアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、カルシア、マグネシア、セリア及びハフニアからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項8に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 8, wherein the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, zircon, yttria, calcia, magnesia, ceria, and hafnia. 前記結晶性無機材はジルコニア及びジルコンからなる群から選択される少なくとも一種からなる請求項8又は9に記載の拡散部材。 The diffusion member according to claim 8 or 9, wherein the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of zirconia and zircon. 窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、
前記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、
前記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置であって、
前記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、前記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位に請求項1〜10のいずれかに記載の拡散部材が1つ以上配置されており、
前記拡散部材は、金属部材が露出する部分で前記排気管と溶接されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
An exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides flows;
A urea injection device that is provided upstream of the exhaust pipe and injects urea into the exhaust pipe;
An exhaust gas purification apparatus comprising a catalyst carrier provided on the downstream side of the exhaust pipe,
One or more diffusion members according to any one of claims 1 to 10 are arranged at a site where exhaust gas contacts downstream of the urea injection device and upstream of the catalyst carrier,
The exhaust gas purifier according to claim 1, wherein the diffusion member is welded to the exhaust pipe at a portion where the metal member is exposed.
前記金属部材が露出する部分と前記排気管との溶接部には、溶接部を覆うセラミックコート層が形成されている請求項11に記載の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 11, wherein a ceramic coat layer covering the welded portion is formed at a welded portion between the portion where the metal member is exposed and the exhaust pipe. 窒素酸化物を含む排ガスが流通する排気管と、前記排気管の上流側に設けられ、尿素を排気管内に噴射する尿素噴射装置と、前記排気管の下流側に設けられた触媒担体とからなる排ガス浄化装置の、前記尿素噴射装置よりも下流側、かつ、前記触媒担体よりも上流側で排ガスが接触する部位において、
前記排気管上流から流入する排ガスの流れを一部阻害し、かつ、前記尿素噴射装置から噴射された尿素を排ガスと充分混合して排ガス中に含まれる成分の偏りを低減する際に、排ガスの温度が低下することを抑制し、かつ、尿素噴射装置から噴射される尿素及び/又は前記尿素の分解物によって拡散部材が腐食されることを防止するための請求項1〜10のいずれかに記載の拡散部材の使用。
An exhaust pipe through which exhaust gas containing nitrogen oxides circulates, a urea injector provided upstream of the exhaust pipe and injecting urea into the exhaust pipe, and a catalyst carrier provided downstream of the exhaust pipe In the exhaust gas purifying device, at the site where the exhaust gas contacts on the downstream side of the urea injection device and on the upstream side of the catalyst carrier,
When partially reducing the flow of the exhaust gas flowing in from the upstream of the exhaust pipe and reducing the bias of the components contained in the exhaust gas by sufficiently mixing the urea injected from the urea injection device with the exhaust gas, 11. The method according to claim 1, wherein the temperature drop is suppressed and the diffusion member is prevented from being corroded by urea and / or a decomposition product of the urea injected from the urea injection device. Use of diffusion members.
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