JPH01237312A - 断熱構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐風速性に優れた断熱構造体、特に内燃機関
の排気系に利用することができる断熱構造体に関する。

〔従来の技術〕

従来から、自動車等の内燃機関における排気ガス浄化触
媒の昇温を速くしたり、ターボチャージャの効果を十分
発揮させたり、エンジンブロックの熱流入を少なくした
りするなどの効果を向上させるため、エンジンの排気系
を断熱する技術が必要とされている。

その具体的方法として、アルミナ質セラミックスや低熱
膨張のセラミックス、例えばアルミニウム・チタネート
からなる内壁を外壁となる金属で鋳くるむ方法が知られ
ている（「鋳物」第４８巻第５号２８７〜２９２ページ
）。しかしながら、この方法では断熱材としての一体の
セラミックスが高価であり、耐熱衝撃性や機械的強度も
不十分なため、ひろく普及していない。

近年、各種高温炉の断熱材として耐熱繊維が普及し、フ
ェルト状や多孔質レンガのような成形体として利用され
たり、吹きつけ施工法で使われたりしている。しかし、
これらの短繊維成形体は、単に繊維がからみあっている
か、部分的に結合されているのみなので、その耐風速性
は２０〜３０ｍ／ｓである。これに対し、エンジン排気
系内の風速は容易にＬｏｏｍ／ｓ以上となるので、これ
らの耐熱繊維成形体は、エンジン排気系では、排気ガス
によって少しずつ吹き飛ばされて消耗してしまい実用性
に乏しいものであった。

〔第１発明の説明〕 本第１発明（特許請求の範囲に記載の発明）は、耐風速
性に優れるとともに、耐熱衝撃性にも優れ、かつ経済性
も満たす断熱構造体を提供することを目的とする。

本第１発明の断熱構造体は、長繊維状の耐熱性物質を織
物または編物の少なくとも１種としてなる第１層と、金
属からなる第２層と、上記第１層と第２層との間に設け
られてなり、短繊維状の耐熱性物質を成形してなる中間
層とよりなる３層構造を少なくとも有し、上記第１層の
織物または編物の少なくとも１種の隙間に上記中間層の
短繊維状の耐熱性物質が充填されてなる構造を有するこ
とを特徴とするものである。

本第１発明にかかる断熱構造体は、耐風速性に優れると
ともに耐熱衝撃性にも優れる。これは、第１層の長繊維
の織物または編物が耐風速性に優れており、中間層の短
繊維の成形体が断熱性に優れるとともに耐熱衝撃性にも
優れるためである。

また、中間層の成形体は安価であるため、経済的に本第
１発明の断熱構造体を製造することができる。

上記の効果により、本第１発明の断熱構造体は、エンジ
ンの排気ガス系等に用いて有用である。

（第２発明の説明〕 以下、本第１発明をより具体的にした発明（第２発明と
する）を説明する。

本第２発明にかかる断熱構造体は、第１図に示すように
板状のものでも、あるいは第２図及び第３図に示すよう
に筒状のものでもよく、あるいはそれら以外の形状でも
よい。なお、第３図は、第２図の■−■に沿う断面図で
ある。

例えば、第２図においては自動車のエンジン排気管等に
用いることができる筒状体であり、長線維を織物または
編物の少なくとも１種とした内層１と、短繊維を成形し
てなる中間層２と、金属からなる外層３とからなるもの
である。上記中間層２の短繊維が内層１の織物または編
物の少なくとも１種の隙間を充填してなる。

第１層（第２図においては内層）■の長繊維状の耐熱性
物質としては、カーボン、ＳｉＣ，Ａｆｆｉ２０３、あ
るいは商品名ネクステル（スリーエム社製）として知ら
れるアルミノ・シリケート系ガラスの長繊維等が挙げら
れる。この第１層は長繊維が織成または編成されている
ので耐風速性に優れる。また、エンジンの排気管に用い
る場合、排気ガス温度は通常９００°Ｃ程度、高出力エ
ンジンでは最高１１００°Ｃ程度であるので、長繊維状
の耐熱性物質は、これらの温度に耐えるものを使用する
。

本発明の構造体をエンジンの排気系に用いる場合、中間
層が排気ガスなどによって吹き飛ばされるのを防止でき
ればよいので、内層１の厚さは０゜１〜１．０　ｍｍ程
度であればよい。

＝５＝ 第１層の織物または編物は、比較的に薄いためそれ自体
の形を保てず、特に管炉の断面形状を保てない。このた
め、第１層を中間層に固定しておく必要がある。このた
めには、中間層の短繊維が第１層の織物または編物の隙
間を充填するようにすればよい。なお、中間層の短繊維
は第１層の厚み全体を充填している必要はなく、その一
部を充填して、第１Ｎの自形を保持していればよい。例
えば、第１層は中間層と接する側が粗で、その反対側が
密な構造であり、中間層の短繊維が第１層の粗な部分の
みに充填している構造でもよく、それらは必要に応じて
採用すればよい。

中間層２の短繊維状の耐熱性物質としては、例えば、ア
ルミノ・シリケート系ガラスやいわゆるロックウール、
アルミナ質などの耐熱セラミックスなどの短繊維等が挙
げられる。中間層は、上記短繊維状の耐熱性物質をフェ
ルト状、マット状、あるいは多孔性の耐火レンガのよう
なブロック状の成形体に成形したものであり、軽量で断
熱性に優れる。この中間層には適度な保形能力が必要で
＝６− ある。保形能力とは、本断熱構造体の製造および使用中
に形状がくずれてしまわない程度の強度を有することを
意味する。このため、中間層は繊維が無機質バインダー
によって部分的に結合された構造とすることが望ましい
。

第２層（第２図においては外層）３は、断熱構造体全体
の形状を支持する金属であって、アルミニウム、鉄等、
目的に応じて材料を選択すればよい。

第２層と中間層の境界は中間層と第１層の境界とは逆で
、相互に成分が混在する境界層はないことが望ましい。

中間層がセラミック質あるいはガラス質繊維の成形体の
場合、第２層の金属は中間層の材質よりも２倍から約１
桁熱膨張率が大きいので、第２層の金属と中間層の繊維
質構造体をいわゆる傾斜組織とすると昇降温の繰り返し
によって、かえって中間層がくいちぎられるように破壊
されてしまう。この状態でも断熱構造体が筒状で、第２
層（外層）の金属を、例えば鋳ぐるみ法で設けた場合に
は、外層は内部に対して圧縮の応力を加えているから、
外層と内部の層とがはずれることはない。しかし、この
状態で機械的振動が加わると、中間層と外層との破壊面
の組織が、こすられて中間層側の繊維が壊れていき、遂
には隙間が生ずるようになって、内部繊維組織全体の破
壊に至る。このため中間層は外層と単に熱膨張差による
圧縮応力が固定されているのが良く、そのためには中間
層の外面は全体になめらかなことが好ましい。ただし、
滑らかさの程度は中間層の隙間に金属が浸入しない程度
である。通常、金属とガラスやセラミック質は濡れ性が
悪いから、意図して鋭角のある凹凸をつけなければ特に
問題はない。

なお、中間層と第２層との固定をより良くするために、
局所的に応力がかからない程度に部分的に凹凸を設ける
ことは有効である。

第２層と中間層とには前述のように熱膨張の不一致があ
る。この熱膨張の不一致による劣化を防止する別の方法
としては保形能力はないが変形能力の大きい応力緩和層
を中間層と第２層との間に介在させる方法がある。この
応力緩和層としては無機質バインダーを実質的に含まな
いが、微視的破壊を生ぜずに変形能力を維持する程度に
バインダーが少ない繊維質の紙あるいはフェルト状物な
どが適する。また、この応力緩和層は特別な第４の層と
して配置してもよいし、中間層を形成する時、無機質バ
インダーを内側から含浸させるなどの方法によって中間
層に無機質バインダーの濃度差をつける方法によって中
間層の第２層に接する表面を実質的に応力緩和層の役割
を持たせてもよい。応力緩和層の厚みは０．１〜１．０
＋ｎ１１１程度あればよい。

次に、本発明の断熱構造体を製造する方法として、以下
のような方法がある。

まず、第１層の中間層とは接しない表面（第２図のよう
に筒状体の場合には内層１の内側）に熱や薬品によって
、あとで容易に除去できる物体、例えば崩壊性石膏、ワ
ックスなどを充填し、第１層を目的の形状にする。この
時に、この充填物が第１層の隙間を充填してしまわない
ように、第１層と充填物の間に薄い紙または樹脂膜など
を介し＝８− て充填作業を行う。このようにして形状を保った第１層
の表面に短繊維を吹きつけたり、あるいは外側に設けた
枠と第１層との間に短繊維のスラリーを流し込むなどの
方法で短繊維を第−層の隙間に充填するとともに中間層
を形成することができる。また、筒状体の構造体を製造
する場合には、第１層（内層）の筒状体の内側に一端を
封じた多孔性の筒を挿入し、この筒と内層を短繊維のス
ラリーの中に浸漬、筒の他端を真空系に接続して真空に
引くことによって内層の隙間及び外部に短繊維層を形成
することができる。

中間層に無機バインダー、例えばコロイド状シリカなど
が配合されている場合には、第１層と中間層を一体に成
形した後、必要に応じて乾燥し、又は焼結すれば良い。

また第１層の長繊維の編物又は織物の剛性を一層大きく
するために、第１層と第２層とを一体化したあと、さら
に第１層側から無機質バインダーを含浸させることもで
きる。

第２層を第１層・中間層と一体化するには鋳ぐるみ法が
最も容易である。他に溶射法も用い得る。

＝１０− 〔実施例〕 以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ シリカを約２０ｗｔ％含むＡＩ！、２０３質繊維からな
る内径４４ｍｍのスリーブの内側に内径４４胴弱の金属
パイプを挿入し、スリーブの外側に、シリカアルミナ系
の耐熱繊維にチアス社製：ファインフレックス　Ｔ／＃
５１００）を適量の無機バインダーと共に水に分散させ
た液を吹きつけて中間層を形成した。金属パイプを抜き
取った後、乾燥し次いで１０００°Ｃで加熱硬化させ、
中間層の厚み約４ｍｍのパイプを得た。このパイプを中
子として厚み約５ｍｍとなるようにアルミニウム合金を
鋳造した。

得られた断熱パイプは、第２図及び第３図に示すごとく
、上記スリーブからなる内層１と、ファインフレックス
繊維の成形体からなる中間層２と、アルミニウム合金か
らなる外層３とからなる筒状体の３層構造のものであり
、内層１の編物の隙間にはファインフレックス繊維が部
分的に侵入し、絡み合いのある層が形成されていた。

この断熱パイプを風速約１００ｍ／ｓ、ガス温度７５０
°Ｃの条件で連続３００時間の試験を行ったところ、内
層スリーブの消耗は全く認められなかった。

実施例２ 内径５０ｍｍのＡＮ２０３質繊維（スリーエム社製　ネ
クステル３１２）のスリーブの内側に、内径５０ｍｍ弱
の金属パイプを挿入し、この金属パイプとスリーブを、
商品名カオウール繊維と適量の無機質バインダーを含む
スラリー〇中に浸漬し、乾燥した。この浸漬・乾燥の操
作を数回繰り返して中間層を形成した。金属パイプを抜
き取った後、内層のスリーブと中間層とを１１００°Ｃ
で加熱硬化させ中間層の厚み約２．５髄のパイプを得た
。カオウールのネクステル・スリーブの隙間への侵入量
は、実施例１のものよりも多いものであった。

上記のパイプを中子として鋳鉄で、その肉厚が４ｍｍと
なるように鋳くるんで、筒状体の３層構造の断熱パイプ
を製作した。

この断熱パイプの内部に、風速１５０　ｍ　／　ｓ、温
度９００°Ｃの燃焼ガスを１日１回、１回２０時間、流
す試験を１０回繰り返したが、内層スリーブの消耗は全
く認められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構造体の具体例を示す斜視図、第２
図及び第３図は、本発明の構造体の実施例であり、第２
図は斜視図、第３図は第２図の■−■に沿う断面図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　長繊維状の耐熱性物質を織物または編物の少なくとも
   １種としてなる第１層と、金属からなる第２層と、上記
   第１層と第２層との間に設けられてなり、短繊維状の耐
   熱性物質を成形してなる中間層とよりなる３層構造を少
   なくとも有し、上記第１層の織物または編物の少なくと
   も１種の隙間に上記中間層の短繊維状の耐熱性物質が充
   填されてなる構造を有することを特徴とする断熱構造体
   。