JP2019085999A - 排ガス浄化装置の断熱材、排ガス浄化装置の断熱構造体、排ガス浄化装置およびその製造方法 - Google Patents
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しかしながら、複数に分割したカバー断熱構造では、断熱材を組み付ける際に位置ずれが生じやすく、また、その修正に時間を要する。また、3次元成形体では、異なる形状の配管シェルごとに異なる3次元の型を必要とするため、コスト増の要因となる。また、3次元形状であるため嵩張るため、梱包、搬送時の積載効率が悪いという問題がある。
本発明の断熱材は、無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成される断熱材であって、複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群と第一の方向と交差する第二の短冊群から構成され、織物構造体は第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材にはニードルパンチが施されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材は、さらに無機バインダーを含んでもよい。
本発明の断熱材において、無機繊維は、アルミナおよび/またはシリカを含んでもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体は筒状であってもよい。
本発明の断熱材において、織物構造体の端部には、織物構造体を端部において締め付可能なフック部が配設されていてもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の幅は5〜50mmであってもよい。
本発明の断熱材において、短冊状マット材の厚みは1〜25mmであってもよい。
本発明の断熱材において、複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅は0.5〜30mmであってもよい。
本発明の断熱材の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
本発明の断熱構造体は、金属からなる管状構造体の外側の一部または全面に上記実施形態の断熱材が配設さるものである。
本発明の断熱構造体は、断熱材が金属からなる管状構造体の端部において、フック部を含むフック材により金属からなる管状構造体に固定されていてもよい。
本発明の排ガス浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部に耐熱テープが配設されていてもよい。
本発明の浄化装置は、断熱材の外側の少なくとも一部にカバーが配設されていてもよい。
本発明の断熱構造体の製造方法は、短冊状マット材を作製する工程が、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含んでもよい。
(a)に示すように、本実施形態の断熱材は無機繊維を含む複数の短冊状マット材11〜24が織り合せられた織物構造体から構成される。図1(a)において複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群11、12、13、14と第一の方向と交差する第二の短冊群21、22、23、34から構成されている。図1(b)に示すように、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材11、12、13、14と第二の短冊群中の一部23の短冊状マット材が織物構造体の表面に交互に現れている。
本発明の短冊状マット材は、例えば抄造法を用いて製作することができる。抄造法とは、通常湿式処理とも呼ばれ、いわゆる「紙抄き」のように、繊維の混合、撹拌、開繊、スラリー化、抄紙成形、圧縮乾燥の各処理を経て保持シール材を製作する処理方法である。
次に得られた混合物を抄紙器等の混合器内で撹拌し、開繊されたスラリーを調製する。通常、撹拌開繊処理は、20秒〜120秒程度行われる。その後、得られたスラリーを成型器に入れて所望の形状に成形し、さらに脱水を行うことにより短冊状マット材の原料マットが得られる。
さらにこの原料マットをプレス器等を用いて圧縮し、例えば90〜150℃の温度で加熱、乾燥させることにより、マット材を得ることができる。なお通常、圧縮処理は、圧縮後の保持シール材の密度が0.10g/cm3〜0.40g/cm3程度となるように行われる。
このようにして製作されたマット材を裁断することによって短冊状マット材を得ることができる。
本発明の一実施形態の断熱材において、短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていてもよい。短冊状マットはマット材を裁断することにより形成した場合、裁断部の端面(側面)から無機繊維が飛散する可能性がある。このため、短冊状マットの表面の一部または全部に飛散抑制部を設けることができる。飛散抑制部の形成方法としては、例えば、マット材の表面にアルミ箔を蒸着、接着してから短冊状マットに裁断する方法や、短冊状マットの表面の一部または全部に無機系バインダーを塗布するなどの方法がある。無機系バインダーとしては、通常のコロイダルシリカ、アルミナゾル、チタニアゾル等が挙げられる。
X方向の対角線の長さ 2(d+s)cosθ・・・・(1)
Y方向の対角線の長さ 2(d+s)sinθ・・・・(2)
となり、断熱材の現か伸び量は、式(2)の対角線の長さが短冊幅以下にならないことから、限界伸びとなるときの最小角度θlimitは、
2(d+s)×(sinθlimit)=d・・・・(3)となり、
θlimit=sin―1(d/2(d+s))・・・・(4)で求められる。
径方向の縮小率(短冊状マットの幅の縮小率)は(sinθlimit)/(sinθ0)で表される。
本発明の一実施形態の織物構造体を金属からなる管状構造体の周囲に装着した際の、伝熱状態のイメージを図5に示した。管状構造体51を通過する排ガスにより発生した熱は管状構造体51から断熱材の織物構造52を伝わり放熱される。図5に示されるように織物構造52は管状構造体51との接触面積が小さくなり、熱が逃げる接点が少なくなる上に、短冊状マットの交差点から交差点への伝熱については距離が長くなり、伝熱しにくくなる。ここで、図2に示した短冊状マットの幅dと短冊状マット間の隙間sを用いると、管状構造体51と断熱材52の接点の面積率はd2/(s+d)2となり、隙間sを大きくすることで接点の面積率を小さくすることができる。したがって、例えば、管状構造体が自動車用の排ガス浄化装置の場合において、初期暖機時において断熱材に奪われる熱量を低下することができる。
図4には、図4(a)に示される自動車の排ガスパイプの金属からなる管状構造体41に、図4(b)に示されるように筒状の織物構造体からなる断熱材42を被せた後、図4(c)に示されるように、長手方向に引っ張ることにより自動車用排ガスパイプに簡易に密着して装着した例を示している。
排ガス処理体61は、通常、主として多孔質セラミックからなり、その形状は略円筒状である。また、排ガス処理体61は、隔壁を隔てて長手方向に多数の貫通孔は併設されたはにかむ構造体とされている。排ガス処理体61では、ハニカム構造体の隔壁に排ガス中に含まれるCO、HC、NOx等の有害なガス成分を浄化するための触媒が担持されている。触媒としては、白金などが使用される。
次に、複数の短冊状マット材を第一の方向と第一の方向と交差する第二方向に織り合せて、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れる筒状の織物構造体からなる断熱材を作製する。この際、第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせる。短冊状マットの一部とは、短冊状マットが一つの場合と複数の編列した場合を含むことを意味しており、例えば、第一方向の短冊状マットと第二方向の短冊状マットが一つずつ表面に交互に現れるように織り合せてもよいし、複数の並列した短冊状マットが表面に交互に現れるように織り合せてもよい。
次いで、例えば、図4(b)に示されるように、金属からなる管状構造体41に断熱材42を被せた後、図4(c)に示されるように断熱材42を金属からなる管状構造体41の長手方向に引張り、断熱材42を管状構造体41に密着させる。これにより断熱材を金属からなる管状構造体に簡易に固定することができる。
アルミナ−シリカ組成を有するアルミナ繊維性の素地マットとして、組成比がAl2O3:SiO2=72:28である素地マットを用意した。この素地マットに対し、ニードリング処理を施すことで、嵩密度が0.15g/cm3であり、坪量が430g/cm2であるニードル処理マットを作製した。次に、ニードル処理マットを全長900mm、幅20mmに裁断し、短冊状マットを得た。
図8に示される円筒部およびコーン部を有する排気管内に直径101.6mm、長さ127mmの形状のコーディエライト製三元触媒からなる排ガス処理体を設置した。次に、実施例1〜8および比較例1および2の断熱材を排気管の外周に装着して、以下の評価指標により、(1)組み付け時の搭載性、(2)保温性、(3)梱包時の積載性を評価した。評価結果を表1に示した。表1において、それぞれの評価指標に基づいて、◎は非常に評価が高い、○は評価が高い、△は普通、×は評価が低い、ことを示している。
排気管に組み付ける際の搭載性を装着時間として評価した。断熱材を固定するためのホースクランプを用いて、断熱材を直接固定した。装着開始から排気管に装着、固定されるまでに要した時間を測定し、搭載性の評価指標とした。装着時間が15秒未満を◎、15秒以上20秒未満を○、20秒以上30秒未満を△、30秒以上×とした。
組みたてた排気管に、所定温度600℃のガスを流入し、排気管から排出されるガスの温度計測し、保温性の評価指標とした。計測された温度が595℃以上を◎、589℃以上595℃未満を○、580℃以上589℃未満を△、580℃未満を×とした。
(3)梱包時の積載性
実施例1〜8の織物構造体の断熱材、比較例1のブランケット、比較例2の3次元成形体について、図8に示される排気管に使用される分量を断熱材1個として、幅300mm×長さ420mm×深さ180mmの箱の中に積載できる断熱材の個数により積載性の評価指標とした。14個以上を◎、11〜13個を○、8〜10個を△、7個以下を×とした。
これに対して、比較例1では特に扇型部の搭載性が良くないため搭載性の評価が低く、また、比較例2では積載性の評価が低かった。
2 第二の短冊群
11 第一の短冊群の短冊状マット
12 第一の短冊群の短冊状マット
13 第一の短冊群の短冊状マット
14 第一の短冊群の短冊状マット
22 第二の短冊群の短冊状マット
23 第二の短冊群の短冊状マット
24 第二の短冊群の短冊状マット
25 排気管
26 織物構造体(断熱材)
31 短冊状マット
32 ひも
33 ピン
41 金属からなる管状構造体(排ガス管)
42 断熱材
51 管状構造体
52 断熱材(織物構造体)
60 排ガス浄化装置
61 排ガス処理体
62 ケーシング
63 保持シール材
64 コーン部
65 断熱材(織物構造体)
s 短冊状マット間の隙間
d 短冊状マットの幅
θ0 X軸と第1方向の角度(引き伸ばし前)
θ X軸と第1方向の角度(引き伸ばし後)
Claims (20)
- 無機繊維を含む複数の短冊状マット材が織り合せられた織物構造体から構成される断熱材であって、
前記複数の短冊状マット材は第一の方向に延伸する第一の短冊群と前記第一の方向と交差する第二の短冊群から構成され、
前記織物構造体は前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が前記織物構造体の表面に交互に現れていることを特徴とする排ガス浄化装置の断熱材。 - 前記短冊状マット材にはニードルパンチが施されていることを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材は、さらに無機バインダーを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記無機繊維は、アルミナおよび/またはシリカを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記織物構造体が複数積層されて構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材の表面の少なくとも一部には繊維飛散抑制部が設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記織物構造体は筒状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記織物構造体の端部には、前織物構造体を前記端部において締め付可能なフック部が配設されていることを特徴とする請求項7に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材の幅は5〜50mmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記短冊状マット材の厚みは1〜25mmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 前記複数の短冊状マット材が互いに隣接する隙間の幅は0.5〜30mmであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材。
- 無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、
前記複数の短冊状マット材を第一の方向と前記第一の方向と交差する第二方向に織り合せる工程とを有する断熱材の製造方法であって、
前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れるように織り合わせることを特徴とする排ガス浄化装置の断熱材の製造方法。 - 前記短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の排ガス浄化装置の断熱材の製造方法。
- 金属からなる管状構造体の外側の一部または全面に請求項1〜11のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の断熱材が配設されることを特徴とする断熱構造体。
- 前記断熱材が前記金属からなる管状構造体の端部において、前記フック部を含むフック材により前記金属からなる管状構造体に固定されていることを特徴とする請求項14に記載の排ガス浄化装置の断熱構造体。
- 請求項14または15に記載の断熱構造体を有する排ガス浄化装置であって、
前記金属からなる管状構造体は、
排ガス処理体と、前記排ガス処理体を収容するケーシングと、前記排ガス処理体と前記ケーシングの間に配設される保持シール材と、前記ケーシングの前後の少なくとも一方に配設されるコーン部とを備えた触媒コンバータであることを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記断熱材の外側の少なくとも一部に耐熱テープが配設されていることを特徴とする請求項16に記載の排ガス浄化装置。
- 前記断熱材の外側の少なくとも一部にカバーが配設されていることを特徴とする請求項16に記載の排ガス浄化装置。
- 金属からなる管状構造体と、前記金属からなる管状構造体の外側の一部または全部に配設された断熱材を備える断熱構造体の製造方法であって、
無機繊維を含む複数の短冊状マット材を作製する工程と、
前記複数の短冊状マット材を第一の方向と前記第一の方向と交差する第二方向に織り合せて、前記第一の短冊群中の一部の短冊状マット材と前記第二の短冊群中の一部の短冊状マット材が表面に交互に現れる筒状の織物構造体からなる断熱材を作製する工程と、
前記金属からなる管状構造体に前記断熱材に被せる工程と、
前記断熱材を前記金属からなる管状構造体の長手方向に引張り、前記断熱材を前記管状構造体に密着させる工程と、
前記断熱材を前記金属からなる管状構造体に固定する工程と、
を含む排ガス浄化装置の断熱構造体の製造方法。 - 前記短冊状マット材を作製する工程は、ロール状のマット材を所定の幅に切断する工程を含むことを特徴とする請求項19に記載の排ガス浄化装置の断熱構造体の製造方法。
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