JP4324185B2 - 触媒コンバーター等の脆弱構造体用の支持要素 - Google Patents
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Description
本発明の別の目的は、前記のように支持要素を含む装置であって、前記支持要素がアルミナ及びシリカからなる高指数溶融形成セラミックファイバーから形成されている装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、前記のように溶融形成セラミックファイバーの実質的に非膨張性プライを含む装置であって、前記プライが少なくとも990℃〜約1400℃で熱処理温度に依存しての30分以上の熱処理による溶融形成セラミックファイバーにおける制御されたムライト微結晶形成の結果である装置を提供することである。
明細書から明らかになる触媒コンバーター及びその他の排気ガス処理装置に関する既知のものに対する有利な効果を伴う前記目的の1以上は、後述及び請求項に記載される本発明により達成される。
本発明のプライに利用されるファイバーは溶融形成されたものであり、好ましくは化学的に高純度のスパンファイバーであり、好ましくは約1〜約10μm、より好ましくは約3〜6.5μmの平均直径を有している。ファイバーは当該技術分野において周知の方法で選別され、90%よりも大きいファイバーインデックス(fiber index)を得る。これは、ファイバーが10%未満、好ましくは約5%のショットを含むことを意味する。
ファイバーを前記のパラメーターまで結晶化した後、支持要素へと形成するだろう。典型的には、犠牲的バインダー(sacrificial binder)を用いてファイバー同士を最初に結合する。本発明に使用するバインダーは典型的には有機バインダーである。「犠牲的」とは、バインダーが最終的にマウント用マットの外で焼成(burn)し、最終の支持要素としては溶融形成セラミックファイバーのみが残ることを意味する。
乾燥空気レイヤリング技術を使用する場合、代替として含浸によりバインダーをマットに添加することによりマットを加工して不連続繊維複合材料を形成してもよい。この技術においては、従来の製紙技術に関して前記したようにマットのプリプレグを形成するよりも、マットの形成後にバインダーを添加する。マットを製造するこの方法は、破損の減少により繊維強度の維持を援助する。この方法を使用するとき、ファイバーの長さは一般的に約1〜約10cm、好ましくは約1.25〜約7.75cmである。
マットにバインダーを含浸させる方法には、液体バインダー系にマットを完全に沈める方法又は代替としてマットにスプレーする方法が含まれる。連続的手順において、ロール形態で輸送することができるセラミックファイバーマットを、コンベヤ又はスクリム等の上で巻き戻して移動し、スプレーノズルを通過させ、バインダーをマットに適用する。次いでマット/バインダープリプレグを、過剰量の液体を除去し、プリプレグをほぼ所望の厚さに圧密化するプレスロールの間を通過させる。
次いで圧密化プリプレグをオーブン中を通過させて全ての残留溶媒を除去し、必要ならばバインダーを部分的に硬化させて複合体を形成する。乾燥及び硬化温度は(使用するならば)、バインダー及び溶媒に主に依存する。次いで複合体を保存又は輸送のために切断又は巻き取ることができる。
マット部分に液体バインダーを含浸させる工程、プリプレグを取り出す工程及び圧縮して過剰量の液体を除去する工程、その後乾燥して複合体を形成し、保存し、サイズに切断することにより、バッチ態様でマウント用マットを製造することもできる。
破壊することなしに触媒支持構造体18の周りに容易かつ柔軟に適合させ、触媒コンバーターハウジング12へ組み立てて、過剰量の材料をフランジ16領域へ押し出し又は流して最小のフラッシング又はフラッシングのない触媒支持構造体18に対する弾性的な支持体を形成し、これによりギャップ膨張の200又は1000サイクルの後の900℃の公称温度下において少なくとも27579Pa(4psi)の触媒支持構造体18に対する保持圧力を提供する。より好ましくは、プライは、200サイクルの後の900℃の公称温度下で少なくとも68948Pa(10psi)、又は少なくとも41369Pa(6psi)、特に好ましくは1000サイクルの後に900℃で少なくとも82737Pa(12psi)の触媒構造体に対する最小残留支持圧力を提供する。
例えばEガラス等のその他のファイバーをマウント用マット組成物へ2%以下の少量で添加してもよいことが理解されるだろう。研究は完成していないけれども、Eガラスは本発明のマットに利益を与えるものではなく、ある時間期間の間に分解を引き起こすものであると考えている。
これらの実施例は説明のみを目的とするものであって、特に述べない限り、全ての点において限定するものではないことが理解されるだろう。これらの実施例は本発明の実施を証明するためのみに用いられる。
最初に、約47〜約53%のアルミナ及び約47〜約53%のシリカを含む高純度化学物質からなる溶融形成セラミックファイバーを製造した。ファイバーは約5.4〜約6.2μmの平均直径を有していた。ファイバーを従来の方法で洗浄し、90%をこえるファイバーインデックスを得、その後、少なくとも900〜約1400℃の温度下で熱処理した。より詳細には、これらの実施例のほとんどは約1100〜1150℃で熱処理した。特定の熱処理スケジュールは約1000〜1150℃の標的温度における1時間のランプ時間(ramp time)及び2時間の浸積時間を含んでいた。熱処理したファイバーを、約8%のラテックスバインダーを使用した従来の製紙方法によりマット形態へ一体化した。いくつかの例においては、約2%までのEガラスをファイバーのプライに添加したが、Eガラスは本発明の本質的な性質に影響するものではないと考えている。
各マットについて得られた最小保持圧力を記録し、表1に示した。これらの試験結果を、100%のムライトゾルゲルファイバーから製造した比較用マット(例A)、約75%のゾルゲルセラミックファイバー及び約25%の非晶質アルミノケイ酸塩ファイバーの混合物から製造した比較用マット(例B)について行った同一の試験の結果と比較した。その他のマットは、英国特許第1,481,133号の開示にしたがい製造した。これらには、高純度メルトブラウン小直径アルミノケイ酸塩ファイバー(例C)及び大直径カオリンベースファイバー(例D)が含まれた。比較結果を表1に示す。
更なるデータに関して、図2及び3は、900℃における完全な1000サイクルの圧縮試験の間の最小及び最大圧力の認識可能かつ予測可能なパターンを示す種々のデータポイントを示している。試験したマットが、高温曝露及び機械的サイクルによる分解に関して予測可能な挙動を示したという事実は、これらのマットを更に有用なものとしている。
図6は、マットの比較的耐久性パフォーマンスを示している。試験した全てのサンプルにおける減容はかなり無視することができること及び結果の間の外観上比較的大きな差異は基本的に意味がないことに注意すべきであろう。0.3cc未満の減容を有する全ての製品は適切な耐久性を有すると考えられる。
本発明のマウント用マットは、化学産業において用いられる触媒コンバーターに使用することができ、これは保護的にマウントされる脆弱性のハニカム構造を含んでいる排気ガス又は排出煙突内に置かれる。
Claims (8)
- 排気ガス処理装置であって、
ハウジングであって、一端に入口と、他端に出口とを有し、そこを通して排気ガスが流動するハウジング、
前記ハウジング内に弾性的にマウントされた脆弱構造体であって、該脆弱構造体が、外面と、前記ハウジングの入口と連通している入口端の端部表面と、前記ハウジングの出口端と連通する出口端の端部表面とを有する脆弱構造体、
前記ハウジングと、前記脆弱構造体との間に配置された支持要素であって、前記支持要素は約40〜約60質量%のアルミナ及び約60〜約40質量%のシリカを含む、溶融形成したセラミックファイバーからなる一体型の実質的に非膨張性の層を含み、前記ファイバーは約1〜約14μmの平均直径を有し、X線回折により検出される少なくとも約5〜約50%の結晶化度と、約50〜約500Åの結晶の大きさとを有する支持要素、
を有し、
前記支持要素が、900℃で200サイクルのギャップ膨張試験後に前記ハウジング内における前記脆弱構造体を保持するために少なくとも27579Pa(4psi)の最小残留圧力を発揮することを特徴とする排気ガス処理装置。 - 前記ファイバーが、更に、以下の少なくとも一つの特徴を有する請求項1に記載の排気ガス処理装置。
(1)前記ファイバーが、約3〜約6.5μmの平均直径を有する。
(2)前記ファイバーが、約10%よりも少ないショットを有する。 - 前記支持要素が、900℃で200サイクルのギャップ膨張試験後に前記ハウジング内に前記脆弱構造体を保持するための少なくとも68948Pa(10psi)の最小残留圧力を有する請求項1に記載の排気ガス処理装置。
- 前記支持要素が、900℃で1000サイクルのギャップ膨張試験後に前記ハウジング内に前記脆弱構造体を保持するための少なくとも41369Pa(6psi)の最小残留圧力を発揮する請求項1に記載の排気ガス処理装置。
- 前記支持要素が、900℃で1000サイクルのギャップ膨張試験後に前記ハウジング内に前記脆弱構造体を保持するための少なくとも82737Pa(12psi)の最小残留圧力を発揮する請求項4に記載の排気ガス処理装置。
- 前記支持要素が、以下の工程、
(1)前記ファイバーを溶融形成する工程、
(2)前記ファイバーを、
(i)X線回折により検出される少なくとも約5〜約50%の結晶化度を有し、かつ約50Å〜約500Åの結晶の大きさを有するファイバーを形成するために、少なくとも990℃で1時間よりも長い時間のファイバーの熱処理か、又は
(ii)少なくとも約1100℃で前記結晶化度及び前記結晶の大きさを形成するのに十分な時間のファイバーの熱処理、
の時間−温度処理のうちの1つのみの熱処理により熱処理する工程、
(3)前記ファイバーを、マットの形状に形成する工程、
を含む方法により、調製される、請求項1に記載の排気ガス処理装置。 - 触媒コンバーター又はディーゼル微粒子トラップを構成する請求項1〜6のいずれか1項に記載の排気ガス処理装置。
- 脆弱構造体に断熱性及び機械的ショック耐性を提供するために、ハウジングを有する装置内に少なくとも1つの入口面を有する脆弱構造体をマウントする方法であって、
約40〜約60質量%のアルミナ及び約60〜約40質量%のシリカを含む溶融形成セラミックファイバーからなる一体型の実質的に非膨張性の層を含む可撓性支持要素を製造する工程であって、前記ファイバーは約1〜約14μmの平均直径を有し、X線回折により検出される少なくとも約5〜約50%の結晶化度を有し、かつ約50〜約500Åの結晶の大きさを有する工程、
前記入口面に隣接する前記構造体表面の少なくとも一部の外辺部全体を前記可撓性支持要素で包む工程、
前記包んだ構造体の周囲にハウジングを形成する工程、及び、
前記構造体と前記ハウジングとの間の前記支持要素を放射状に圧縮する工程、
を含み、前記支持要素は900℃で200サイクルのギャップ膨張試験後に前記ハウジング内に前記脆弱構造体を保持するための少なくとも27579Pa(4psi)の最小圧力を発揮することを特徴とする方法。
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