WO2022014616A1 - 排気管 - Google Patents

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WO2022014616A1
WO2022014616A1 PCT/JP2021/026363 JP2021026363W WO2022014616A1 WO 2022014616 A1 WO2022014616 A1 WO 2022014616A1 JP 2021026363 W JP2021026363 W JP 2021026363W WO 2022014616 A1 WO2022014616 A1 WO 2022014616A1
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WO
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porous layer
inorganic porous
exhaust pipe
less
mass
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PCT/JP2021/026363
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Inventor
裕亮 尾下
崇弘 冨田
Original Assignee
日本碍子株式会社
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N13/16—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups

Definitions

  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-031346 (hereinafter referred to as Patent Document 1) describes an exhaust pipe of an internal combustion engine in which an inorganic porous layer (heat insulating material) is arranged between a metal inner pipe and a metal outer pipe. It has been disclosed.
  • an inorganic porous layer is provided between the inner pipe and the outer pipe to insulate the space between the inner pipe and the outer pipe, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst provided downstream of the exhaust pipe. The decline is suppressed. By suppressing the temperature drop of the exhaust gas flowing into the catalyst, the warm-up of the catalyst is completed at an early stage.
  • the adhesion between the tubular body (metal tube) and the inorganic porous layer is not particularly required.
  • an inorganic porous layer is provided inside the inner pipe of the double pipe or inside the single pipe. Since the flow path of the exhaust gas is narrowed by the amount of the inorganic porous layer, the exhaust gas exerts a force on the side surface of the inorganic porous layer on the gas inlet side of the exhaust pipe, and the inorganic porous layer is separated from the metal pipe. Alternatively, the inorganic porous layer may be damaged.
  • the exhaust pipe disclosed in the present specification may include a metal pipe and an inorganic porous layer provided at a portion of the inner surface of the metal pipe through which the exhaust gas passes.
  • the thickness of the inorganic porous layer may be increased from the longitudinal end portion of the exhaust pipe toward the longitudinal central portion.
  • the perspective view of the exhaust pipe of an Example is shown.
  • the partially enlarged view of the radial cross section of the exhaust pipe of an Example is shown.
  • the radial sectional view of the exhaust pipe of an Example is shown.
  • the partially enlarged view of the longitudinal cross section of the exhaust pipe of an Example is shown.
  • a partially enlarged view of the longitudinal cross section of the exhaust pipe of the modified example is shown.
  • a partially enlarged view of the longitudinal cross section of the exhaust pipe of the modified example is shown.
  • a partially enlarged view of a longitudinal cross section of a conventional exhaust pipe is shown.
  • the results of the experimental example are shown.
  • the results of the experimental example are shown.
  • the exhaust pipe disclosed in the present specification includes a metal pipe and an inorganic porous layer provided at a portion of the inner surface of the metal pipe through which the exhaust gas passes. Therefore, the heat transfer of the exhaust gas to the metal pipe is suppressed (the metal pipe is insulated), and the temperature drop of the exhaust gas is suppressed.
  • the term "porous” as used herein means that the porosity (porosity) of the inorganic porous layer is 45% by volume or more.
  • the inorganic porous layer protrudes into the exhaust gas flow path.
  • the exhaust gas exerts a force on the side wall of the inorganic porous layer (the end face in the longitudinal direction of the exhaust pipe), and the inorganic porous layer may be peeled off or the inorganic porous layer may be damaged.
  • the exhaust pipe disclosed in the present specification adjusts the shape of the end portion of the inorganic porous layer, reduces the force applied to the inorganic porous layer from the exhaust gas, and improves the durability of the inorganic porous layer.
  • the thickness of the inorganic porous layer becomes thicker from the longitudinal end portion of the exhaust pipe toward the longitudinal central portion.
  • the inorganic porous layer has a tapered shape that becomes thinner toward the longitudinal end edge.
  • the exhaust gas flowing into the exhaust pipe can smoothly move in the exhaust pipe along the tapered side wall of the inorganic porous layer. That is, the force applied from the exhaust gas to the side wall of the inorganic porous layer is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the inorganic porous layer from peeling off from the metal tube and the inorganic porous layer from being damaged.
  • the exhaust pipe can improve the durability of the inorganic porous layer without reducing the thickness of the inorganic porous layer (while maintaining the heat insulating property).
  • the ends of the inorganic porous layer may be tapered at both ends of the exhaust pipe, or the ends of the inorganic porous layer may be tapered at one end of the exhaust pipe. When the tapered shape is formed at one end of the exhaust pipe, the exhaust pipe is arranged so that the side where the tapered shape is formed is located upstream of the exhaust system.
  • the angle (hereinafter referred to as a taper angle) formed by the back surface (the surface in contact with the inner surface of the metal pipe) and the side surface (the end surface in the longitudinal direction of the exhaust pipe) of the inorganic porous layer is 10 degrees or more and 60 degrees or less. It's okay.
  • the taper angle is 10 degrees or more, the exhaust gas moving along the tapered side wall of the inorganic porous layer collides with the exhaust gas moving straight along the longitudinal direction of the exhaust pipe, and the exhaust gas of the exhaust gas Molecular motion is promoted.
  • the molecular motion of the exhaust gas is promoted, the temperature drop of the exhaust gas is suppressed.
  • the taper angle of the inorganic porous layer may be 20 degrees or more, 30 degrees or more, 40 degrees or more, or 50 degrees or more. Further, the taper angle of the inorganic porous layer may be 50 degrees or less, 40 degrees or less, 30 degrees or less, or 20 degrees or less.
  • the inorganic porous layer may contain ceramic fibers. Further, the inorganic porous layer may be composed of 15% by mass or more of an alumina component and 45% by mass or more of a titania component. Since the inorganic porous layer contains ceramic fibers, the inorganic porous layer itself can absorb the influence of the difference in the coefficient of thermal expansion between the metal tube and the inorganic porous layer. Further, when the inorganic porous layer contains ceramic fibers, it is possible to suppress a decrease in the strength (mechanical strength) of the inorganic porous layer itself.
  • the shape of the inorganic porous layer can be maintained even when exposed to high-temperature exhaust gas. ..
  • the alumina component contained in the inorganic porous layer may be 25% by mass or more, 30% by mass or more, or 40% by mass or more.
  • Equation 1 0.5 ⁇ 1 / ⁇ 2 ⁇ 1.2
  • the inorganic porous layer may contain flat plate-shaped plate-shaped ceramic particles.
  • the plate-shaped ceramic particles may have an aspect ratio of 10 or more and 60 or less when the cross section is observed by SEM.
  • the aspect ratio of the cross section of the plate-shaped ceramic particles contained in the inorganic porous layer can be confirmed by observing the cross section of the inorganic porous layer by SEM.
  • the plate-shaped ceramic particles appear in a rod shape in the SEM.
  • the plate-shaped ceramic particles can suppress a decrease in the strength (mechanical strength) of the inorganic porous layer itself.
  • the plate-shaped ceramic particles having a cross-sectional aspect ratio of 10 or more and 60 or less can have an aspect ratio in the manufacturing process of the inorganic porous layer by using, for example, plate-shaped ceramic particles having a cross-sectional aspect ratio of 60 or more and 100 or less as a raw material. Becomes smaller and remains in the inorganic porous as a result.
  • the plate-shaped ceramic particles By using the plate-shaped ceramic particles, a part of the ceramic fiber can be replaced with the plate-shaped ceramic particles.
  • the length of the plate-like ceramic particles (longitudinal size) is shorter than the length of the ceramic fibers.
  • the heat transfer path in the inorganic porous layer is divided, and heat transfer in the inorganic porous layer is less likely to occur.
  • the heat insulating performance of the inorganic porous layer is further improved.
  • the inorganic porous layer may contain granular particles of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. When the inorganic porous layer is formed (baked), the ceramic fibers are bonded to each other via granular particles to obtain a high-strength inorganic porous layer.
  • the thickness of the inorganic porous layer may be 1 mm or more, although it depends on the required performance. The above-mentioned function (heat insulating property) can be fully exhibited. If the thickness of the inorganic porous layer is too thick, it becomes difficult to obtain an improvement in characteristics commensurate with the cost (manufacturing cost, material cost). Therefore, although not particularly limited, the thickness of the inorganic porous layer may be 30 mm or less, 20 mm or less, 15 mm or less, 10 mm or less, and 5 mm or less.
  • the difference in thermal conductivity between the metal tube and the inorganic porous layer is large.
  • the thermal conductivity of the metal tube may be 100 times or more the thermal conductivity of the inorganic porous layer.
  • the thermal conductivity of the metal tube may be 150 times or more the thermal conductivity of the inorganic porous layer, 200 times or more the thermal conductivity of the inorganic porous layer, and the heat of the inorganic porous layer.
  • the conductivity may be 250 times or more, and the thermal conductivity of the inorganic porous layer may be 300 times or more.
  • the thermal conductivity of the metal tube may be 10 W / mK or more and 400 W / mK or less.
  • the thermal conductivity of the metal tube may be 25 W / mK or more, 50 W / mK or more, 100 W / mK or more, 150 W / mK or more, and 200 W / mK or more. It may be 250 W / mK or more, 300 W / mK or more, or 380 W / mK or more.
  • the thermal conductivity of the metal tube may be 350 W / mK or less, 300 W / mK or less, 250 W / mK or less, 200 W / mK or less, 150 W / mK or less. May be.
  • the thermal conductivity of the inorganic porous layer may be 0.05 W / mK or more and 3 W / mK or less.
  • the thermal conductivity of the inorganic porous layer may be 0.1 W / mK or more, 0.2 W / mK or more, 0.3 W / mK or more, and 0.5 W / mK or more. It may be 0.7 W / mK or more, 1 W / mK or more, 1.5 W / mK or more, or 2 W / mK or more.
  • the thermal conductivity of the inorganic porous layer may be 2.5 W / mK or less, 2.0 W / mK or less, 1.5 W / mK or less, and 1 W / mK or less. It may be 0.5 W / mK or less, 0.3 W / mK or less, and 0.25 W / mK or less.
  • the metal tube may be linear, the whole (or a part) may be curved, the intermediate portion may be tapered, or the metal tube may be a branch tube.
  • the inorganic porous layer may cover the entire surface (inner surface) of the metal tube, or may cover a part of the surface of the metal tube.
  • the inorganic porous layer may cover a portion other than the end portion (one end or both ends) of the metal tube.
  • the inorganic porous layer may be made of a uniform material in the thickness direction (range from the surface in contact with the metal pipe to the surface constituting the flow path of the exhaust gas). That is, the inorganic porous layer may be a single layer. Further, the inorganic porous layer may be composed of a plurality of layers having different compositions in the thickness direction. That is, the inorganic porous layer may have a multi-layer structure in which a plurality of layers are laminated. Alternatively, the inorganic porous layer may have an inclined structure in which the composition gradually changes in the thickness direction. When the inorganic porous layer is a single layer, the exhaust pipe can be easily manufactured (the step of forming the inorganic porous layer on the inner surface of the metal pipe).
  • the characteristics of the inorganic porous layer can be changed in the thickness direction.
  • the structure of the inorganic porous layer can be appropriately selected depending on the exhaust pipe.
  • the porosity of the inorganic porous layer may be 45% by volume or more and 90% by volume or less. When the porosity is 45% by volume or more, the heat insulating property can be sufficiently exhibited. Further, if the porosity is 45% by volume or more, sufficient strength can be secured if the porosity is 90% by volume or less.
  • the porosity of the inorganic porous layer may be 55% by volume or more, 60% by volume or more, or 65% by volume or more. Further, the porosity of the inorganic porous layer may be 85% by volume or less, 80% by volume or less, 70% by volume or less, 65% by volume or less, and 60% by volume. It may be as follows.
  • the porosity of the inorganic porous layer may be 45% by volume or more and 90% by volume or less as a whole, and the porosity may differ in the thickness direction. .. In this case, there may be a portion having a porosity of less than 45% by volume or a portion having a porosity of more than 90% by volume.
  • the inorganic porous layer is composed of one or more materials of ceramic particles (granular particles), plate-shaped ceramic particles, and ceramic fibers.
  • the ceramic particles, the plate-shaped ceramic particles, and the ceramic fibers may contain alumina and / or titania as constituent components.
  • the ceramic particles, the plate-shaped ceramic particles, and the ceramic fibers may be formed by alumina and / or titania. That is, the inorganic porous layer may contain 15% by mass or more of an alumina component and 45% by mass or more of a titania component in the entire constituent material (constituting substance).
  • the inorganic porous layer contains at least ceramic fibers, although the constituent components are arbitrary (alumina component and titania component may or may not be contained).
  • the ceramic particles may be used as a bonding material for joining aggregates forming the skeleton of an inorganic porous layer such as plate-shaped ceramic particles and ceramic fibers.
  • the ceramic particles may be granular particles of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the ceramic particles may have a larger particle size due to sintering or the like in the manufacturing process (for example, firing process). That is, as a raw material for producing the inorganic porous layer, the ceramic particles may be granular particles having a size of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less (average particle size before firing).
  • the ceramic particles may be 0.5 ⁇ m or more, and may be 5 ⁇ m or less.
  • a metal oxide may be used as the material of the ceramic particles.
  • metal oxide alumina (Al 2 O 3), spinel (MgAl 2 O 4), titania (TiO 2), zirconia (ZrO 2), magnesia (MgO), mullite (Al 6 O 13 Si 2) , cordierite (MgO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ SiO 2), yttria (Y 2 O 3), steatite (MgO ⁇ SiO 2), forsterite (2MgO ⁇ SiO 2), lanthanum aluminate (LaAlO 3), strontium titanate (SrTiO 3 ) and the like can be mentioned.
  • These metal oxides have high corrosion resistance. Therefore, by using the above metal oxide as a material for ceramic particles, it can be suitably applied as a protective layer for an exhaust pipe.
  • the plate-shaped ceramic can function as an aggregate or a reinforcing material in the inorganic porous layer. That is, the plate-shaped ceramic, like the ceramic fiber, improves the strength of the inorganic porous layer and further suppresses the shrinkage of the inorganic porous layer in the manufacturing process. By using the plate-shaped ceramic particles, the heat transfer path in the inorganic porous layer can be divided. Therefore, by using the plate-shaped ceramic, the heat insulating property can be improved as compared with the form in which only the ceramic fiber is used as the aggregate.
  • the surface shape (shape observed from the thickness direction) of the flat plate-shaped ceramic particles is not particularly limited, and is, for example, a polygon such as a rectangle, a substantially circular shape, a curved line, and / or an indefinite shape surrounded by a straight line.
  • the longitudinal size when observing the cross section may be 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. When the size in the longitudinal direction is 5 ⁇ m or more, excessive sintering of the ceramic particles can be suppressed. When the size in the longitudinal direction is 100 ⁇ m or less, the effect of dividing the heat transfer path in the inorganic porous layer can be obtained as described above, and it can be suitably applied to an exhaust pipe through which high-temperature exhaust gas flows.
  • the plate-shaped ceramic particles may have an aspect ratio of 5 or more and 100 or less.
  • the aspect ratio is 5 or more, the sintering of the ceramic particles can be satisfactorily suppressed, and when the aspect ratio is 100 or less, the decrease in the strength of the plate-shaped ceramic particles itself is suppressed.
  • talc Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2
  • minerals such as mica and kaolin, clay, glass and the like. Can also be used.
  • the ceramic fiber can function as an aggregate or a reinforcing material in the inorganic porous layer. That is, the ceramic fiber improves the strength of the inorganic porous layer and further suppresses the shrinkage of the inorganic porous layer in the manufacturing process.
  • the length of the ceramic fiber in the raw material for forming the inorganic porous layer may be 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the diameter (average diameter) of the ceramic fiber may be 1 to 20 ⁇ m.
  • the ceramic fiber can be confirmed by observing the cross section of the inorganic porous layer by SEM.
  • the ceramic fibers are substantially circular in the SEM image. That is, the radial cross section of the ceramic fiber appears in the SEM image.
  • the ceramic fiber can be discriminated (confirmed) by performing EDS analysis.
  • the volume fraction of the ceramic fiber in the raw material for forming the inorganic porous layer may be 5% by volume or more and 25% by volume or less.
  • the raw material of the inorganic porous layer contains 5% by volume or more of ceramic fibers, the shrinkage of the ceramic particles in the inorganic porous layer can be sufficiently suppressed in the manufacturing process (firing step) of the inorganic porous layer.
  • the heat transfer path in the inorganic porous layer is set. It can be divided and can be suitably applied to an exhaust pipe.
  • the ratio (volume ratio) of the ceramic fiber in the inorganic porous layer should be measured by image processing the result of EDS analysis. Can be done.
  • alumina Al 2 O 3
  • spinel MgAl 2 O 4
  • titania TiO 2
  • zirconia ZrO 2
  • magnesia MgO
  • mullite Al 6 O 13 Si 2
  • cordierite MgO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ SiO 2
  • yttria Y 2 O 3
  • steatite MgO ⁇ SiO 2
  • forsterite 2MgO ⁇ SiO 2
  • LaAlO 3 lanthanum aluminate
  • strontium The same material as the above-mentioned ceramic particles such as titanate (SrTiO 3) can be used.
  • the inorganic porous layer may contain one or more kinds of ceramic fibers formed of the above materials.
  • the content of aggregates and reinforcing materials (ceramic fibers, plate-shaped ceramic particles, etc., hereinafter simply referred to as aggregates) in the raw materials for forming the inorganic porous layer is 15% by mass or more and 55% by mass or less. May be.
  • the content of the aggregate in the raw material is 15% by mass or more, the shrinkage of the inorganic porous layer in the firing step can be sufficiently suppressed.
  • the content of the aggregate in the raw material is 55% by mass or less, the aggregates are satisfactorily bonded to each other by the ceramic particles.
  • the content of the aggregate in the raw material may be 20% by mass or more, 30% by mass or more, 50% by mass or more, or 53% by mass or more.
  • the content of the aggregate in the raw material may be 53% by mass or less, 50% by mass or less, 30% by mass or less, or 20% by mass or less.
  • both the ceramic fiber and the plate-shaped ceramic particle can function as an aggregate and a reinforcing material in the inorganic porous layer.
  • the inorganic porous layer is used.
  • the content of the ceramic fiber in the raw material when forming the layer may be at least 5% by mass or more.
  • the content of the ceramic fiber in the raw material may be 10% by mass or more, 20% by mass or more, 30% by mass or more, or 40% by mass or more.
  • the content of the ceramic fiber in the raw material may be 50% by mass or less, 40% by mass or less, 30% by mass or less, 20% by mass or less, and 10% by mass. It may be less than or equal to%.
  • the ratio (weight ratio) of the plate-shaped ceramic particles to the entire aggregate may be 70% or less. That is, in terms of mass ratio, at least 30% or more of the aggregate may be ceramic fibers.
  • the ratio (weight ratio) of the plate-shaped ceramic particles to the total aggregate may be 67% or less, 64% or less, 63% or less, 60% or less, and 50. It may be less than or equal to%.
  • the plate-shaped ceramic particles are not always essential as an aggregate.
  • the ratio of the plate-shaped ceramic particles to the entire aggregate may be 40% or more, 50% or more, 60% or more, 62% or more, 63% or more. It may be 65% or more.
  • the content of the plate-shaped ceramic particles in the raw material for forming the inorganic porous layer may be 5% by mass or more, 10% by mass or more, and 20% by mass or more. It may be 30% by mass or more, and may be 33% by mass or more.
  • the content of the plate-shaped ceramic particles in the raw material may be 35% by mass or less, 33% by mass or less, 30% by mass or less, or 20% by mass or less. It may be 10% by mass or less.
  • SiO 2 contained in the inorganic porous layer may be 25% by mass or less.
  • the formation of an amorphous layer in the inorganic porous layer is suppressed, and the heat resistance (durability) of the inorganic porous layer is improved.
  • a raw material in which a binder, a pore-forming material, and a solvent are mixed may be used in addition to ceramic particles, plate-shaped ceramic particles, and ceramic fibers.
  • a binder an inorganic binder may be used.
  • the inorganic binder include alumina sol, silica sol, titania sol, zirconia sol and the like. These inorganic binders can improve the strength of the inorganic porous layer after firing.
  • a polymer-based pore-forming material, carbon-based powder, or the like may be used as the pore-forming material.
  • the pore-forming material may have various shapes depending on the purpose, and may be, for example, spherical, plate-shaped, fibrous, or the like. By selecting the addition amount, size, shape, etc. of the pore-forming material, the porosity and pore size of the inorganic porous layer can be adjusted.
  • the solvent may be any solvent as long as the viscosity of the raw material can be adjusted without affecting other raw materials, and for example, water, ethanol, isopropyl alcohol (IPA) or the like can be used.
  • the above-mentioned inorganic binder is also a constituent material of the inorganic porous layer. Therefore, when alumina sol, titania sol, etc. are used to form the inorganic porous layer, the inorganic porous layer contains 15% by mass or more of the alumina component and 45% by mass or more of the titania component in the entire constituent material including the inorganic binder. It may be included.
  • the composition and raw material of the inorganic porous layer are adjusted according to the metal tube to be protected.
  • stainless steel such as SUS430, SUS424, SUS444, iron, cast iron, copper, Hastelloy, Inconel, Kovar, nickel alloy and the like can be used.
  • the composition and raw material of the inorganic porous layer may be adjusted according to the coefficient of thermal expansion of the metal tube used. Specifically, when the coefficient of thermal expansion of the inorganic porous layer is ⁇ 1 and the coefficient of thermal expansion of the metal is ⁇ 2, the adjustment may be made so as to satisfy the following equation 4.
  • the coefficient of thermal expansion ⁇ 1 is 6 ⁇ 10 -6 / K ⁇ 1 ⁇ 14 ⁇ 10 -6 / K, and more preferably the coefficient of thermal expansion ⁇ 1 is 6 ⁇ 10 -6.
  • the composition and raw materials of the inorganic porous layer may be adjusted so that / K ⁇ 1 ⁇ 11 ⁇ 10-6 / K.
  • the coefficient of thermal expansion ⁇ 1 is 8.5 ⁇ 10 -6 / K ⁇ 1 ⁇ 20 ⁇ 10 -6 / K, and more preferably, the coefficient of thermal expansion ⁇ 1 is 8.5.
  • composition and raw materials of the inorganic porous layer may be adjusted so that ⁇ 10-6 / K ⁇ 1 ⁇ 18 ⁇ 10-6 / K.
  • the value of " ⁇ 1 / ⁇ 2" may be 0.55 or more, 0.6 or more, 0.65 or more, 0.75 or more, and 0.8. It may be the above. Further, the value of " ⁇ 1 / ⁇ 2" may be 1.15 or less, 1.1 or less, 1.05 or less, or 1.0 or less. Equation 4: 0.5 ⁇ 1 / ⁇ 2 ⁇ 1.2
  • the above raw material may be applied to the inner surface of the metal pipe, dried and fired to form an inorganic porous layer on the inner surface of the metal pipe.
  • a method for applying the raw material dip coating, spin coating, aerosol deposition (AD) method, brush coating, trowel coating, mold cast molding and the like can be used. If the target inorganic porous layer is thick, or if the inorganic porous layer has a multi-layer structure, the application of the raw material and the drying of the raw material are repeated multiple times to adjust the thickness to the target or the multi-layer structure. You may.
  • the above coating method can also be applied as a coating method for forming a coating layer, which will be described later.
  • a coating layer may be provided on the surface of the inorganic porous layer.
  • the material of the coating layer may be a porous or dense ceramic.
  • the porous ceramic used in the coating layer include zirconia (ZrO 2 ), partially stabilized zirconia, stabilized zirconia and the like.
  • yttria-stabilized zirconia ZrO 2- Y 2 O 3 : YSZ
  • a metal oxide obtained by adding Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Er 2 O 3, etc.
  • the dense ceramic used in the coating layer examples include alumina, silica, zirconia and the like. Further, since the ceramic fiber is removed from the constituent material of the inorganic porous layer described above to obtain a low porosity (dense), it may be used as a coating layer. By using the porous or dense ceramic as the coating layer, the inorganic porous layer can be reinforced and the inorganic porous layer can be prevented from peeling off from the surface of the metal tube. When a dense ceramic is used as the coating layer, for example, it is possible to suppress the permeation of high-temperature gas through the inorganic porous layer and the retention of exhaust gas in the inorganic porous layer. As a result, the effect of suppressing the heat transfer of the exhaust gas to the metal pipe can be expected.
  • the exhaust pipe 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the exhaust pipe 10 is provided with an inorganic porous layer 4 on the inner surface of a metal pipe 2 made of SUS430.
  • the exhaust pipe 10 was manufactured by immersing the metal pipe 2 in the raw material slurry, drying and firing the metal pipe 2 with the outer surface of the metal pipe 2 masked.
  • the pipe made by SUS430
  • the pipe having an inner diameter of 47 mm, a thickness of 1.5 mm, and a length of 300 mm was immersed in the raw material slurry with the outer surface masked, and the inorganic porous layer was applied to the inner wall of the pipe.
  • each sample was prepared by drying at 200 ° C. and calcining at 800 ° C.
  • the raw material slurry of the inorganic porous layer 4 includes alumina fibers (average fiber length 140 ⁇ m), plate-shaped alumina particles (average particle diameter 6 ⁇ m), titania particles (average particle diameter 0.25 ⁇ m), and alumina sol (alumina amount 1. 1% by mass), acrylic resin (average particle size 8 ⁇ m), and ethanol were mixed to prepare the mixture.
  • the raw material slurry was adjusted so that the viscosity was 3000 mPa ⁇ s.
  • the metal tube 2 After immersing the metal tube 2 in the raw material slurry for the inorganic porous layer and applying the raw material to the inner surface of the metal tube 2, the metal tube 2 was put into a dryer and dried at 200 ° C. (atmospheric atmosphere) for 1 hour. As a result, an inorganic porous layer 4 having a thickness of 500 ⁇ m was formed on the inner surface of the metal tube 2. Then, the step of immersing the metal tube 2 in the raw material slurry for the inorganic porous layer and drying it was repeated four times to form the inorganic porous layer 4 having a thickness of 2 mm on the inner surface of the metal tube 2.
  • the metal pipe 2 was placed in an electric furnace and fired at 800 ° C. in an atmospheric atmosphere to prepare an exhaust pipe 10.
  • the inorganic porous layer 4 was formed on the entire inner surface of the metal tube 2 (see FIG. 3).
  • the end portion of the inorganic porous layer 4 was polished with sandpaper, and the side wall 4e of the inorganic porous layer 4 was tapered. That is, in the exhaust pipe 10, the thickness of the inorganic porous layer 4 increases from the longitudinal end portion of the exhaust pipe 10 toward the longitudinal central portion.
  • the timing for processing the side wall 4e of the inorganic porous layer 4 into a tapered shape should be performed after the fourth (last) application of the raw material (before drying) or after the fourth (last) drying (before firing). You can also.
  • the side wall 4e of the inorganic porous layer 4 is tapered in a tapered shape without polishing. You can also do it.
  • the exhaust pipe 10 is connected to the exhaust system of an internal combustion engine (not shown) via a connecting pipe 20.
  • Exhaust gas 30 is introduced into the exhaust pipe 10 from the connecting pipe 20.
  • the exhaust gas 32 moving near the inner wall of the connecting pipe 20 is introduced into the exhaust pipe 10, it is located on the center side (radial center side) of the exhaust pipe 10 along the tapered side wall 4e. While moving, it moves in the longitudinal direction of the exhaust pipe 10. Since the side wall 4e has a tapered shape, the exhaust gas 32 moves in the exhaust pipe 10 without applying an excessive force to the side wall 4e.
  • the exhaust gas 32 collides with the side wall 4e of the inorganic porous layer 4 and exerts an excessive force on the inorganic porous layer 4. Therefore, the exhaust pipe 110 may deteriorate due to the use of the exhaust pipe 110 for a long period of time, such as cracks in the side wall 4e or peeling of the inorganic porous layer 4 from the metal pipe 2. Since the force applied to the side wall 4e of the exhaust pipe 10 is suppressed, deterioration of the inorganic porous layer 4 can be suppressed.
  • the exhaust gas 32 moves to the center side of the exhaust pipe 10 along the tapered side wall 4e, it collides with the exhaust gas 34 moving on the center side of the exhaust pipe 10.
  • the exhaust gases exhaust gases 32 and 34
  • the exhaust pipe 10 can suppress a decrease in the temperature of the exhaust gas (improve the heat insulating property) by causing the exhaust gases to collide with each other in the pipe.
  • the taper angle ⁇ 1 of the inorganic porous layer 4 (the angle ⁇ 1 formed by the back surface of the inorganic porous layer 4 (contact surface with the metal tube 2) and the side wall 4e) is adjusted to 10 degrees or more and 60 degrees or less.
  • the taper angle ⁇ 1 of the inorganic porous layer 4 is measured nondestructively using X-ray CT.
  • the taper angle ⁇ 1 of the side wall 4e is substantially constant from the back surface to the front surface of the inorganic porous layer 4. That is, when observing the cross section of the inorganic porous layer 4, the side wall 4e is substantially straight. However, in the exhaust pipe 10a shown in FIG. 5, the taper angle of the side wall 4e changes on the way from the back surface to the front surface of the inorganic porous layer 4.
  • the side wall 4e has a linear side wall 41 extending from the back surface of the inorganic porous layer 4 (the end edge in the longitudinal direction of the inorganic porous layer 4) and an inorganic side wall 41. It is composed of a linear side wall 42 extending from an intermediate portion in the thickness direction of the porous layer 4 to the surface.
  • the exhaust pipe 10a can also suppress the excessive force applied from the exhaust gas to the side wall 4e, and can suppress the deterioration of the inorganic porous layer 4 while maintaining the heat insulating property.
  • the angle ⁇ 1 formed by the back surface of the inorganic porous layer 4 and the side wall 41 is referred to as a taper angle of the side wall 4e.
  • the side wall 4e appears as a curved line.
  • the taper angle of the side wall 4e continues to change from the back surface to the front surface of the inorganic porous layer 4.
  • the exhaust pipe 10b can also suppress the excessive force applied from the exhaust gas to the side wall 4e, and can suppress the deterioration of the inorganic porous layer 4 while maintaining the heat insulating property.
  • the angle ⁇ 1 formed by the side wall 4e is referred to as a taper angle of the side wall 4e.
  • Example 1 The taper angle ⁇ 1 of the side wall 4e of the inorganic porous layer 4 was changed, and the durability of the inorganic porous layer 4 and the heat insulating property of the exhaust pipe 10 were evaluated. Specifically, an inorganic porous layer 4 having a thickness of 2 mm is formed on the inner surface of a pipe made of SUS430 having an inner diameter of ⁇ 47 mm, a thickness of 1.5 mm, and a length of 300 mm, and a high-temperature gas inflow test is performed to perform durability and heat insulating properties. was evaluated.
  • the raw material slurry for forming the inorganic porous layer 4 is a raw material in which 30% by mass of alumina fibers, 20% by mass of plate-shaped alumina particles, and 50% by mass of titania particles are mixed, and 10% by mass of alumina sol and 40% by mass of acrylic resin 40 are applied externally. It was prepared by adding mass% and adjusting the slurry viscosity with ethanol. Using this raw material slurry, the exhaust pipe 10 was manufactured by the above-mentioned method. In this case, the alumina component contained in the inorganic porous layer 4 is 51% by mass, and the titania component is 48% by mass.
  • FIG. 8 shows the taper angle ⁇ 1 of each sample.
  • the taper angle ⁇ 1 of each sample was measured using X-ray CT.
  • the taper angle can be measured by using, for example, a three-dimensional measuring machine instead of the X-ray CT.
  • the temperature difference between the pipes is small (10 degrees or less) at both ends in the longitudinal direction (gas inlet side and gas outlet side) of the exhaust pipe.
  • the sample (Sample 1) having a taper angle of less than 10 degrees the temperature difference between the pipes is large (more than 10 degrees) at both ends in the longitudinal direction of the exhaust pipe. That is, it was confirmed that a sample having a taper angle of 10 degrees or more can obtain excellent heat insulating properties. This result shows that by setting the taper angle to 10 degrees or more, the exhaust gases can collide with each other in the exhaust pipe, and it is possible to suppress the decrease in the temperature of the exhaust gas.
  • the side wall of the inorganic heat insulating layer is tapered so that the thickness of the inorganic porous layer becomes thicker from the longitudinal end to the longitudinal center of the exhaust pipe, thereby achieving high heat insulation and high height. It was confirmed that a durable exhaust pipe can be realized.
  • Example 2 As described above, for the inorganic porous layer, a raw material slurry in which alumina fibers, plate-like alumina particles, titania particles, alumina sol, acrylic resin and ethanol are mixed is prepared, a metal tube is immersed in the raw material slurry, and then dried and It was created by firing.
  • an inorganic porous layer was formed on the surface of the metal plate instead of the metal tube and evaluated.
  • the proportions of the alumina fibers, the plate-shaped alumina particles and the titania particles were changed, and the alumina fibers were replaced with mullite fibers and the plate-shaped alumina particles were replaced with the plate-shaped mica to form an inorganic porous layer.
  • the state of the inorganic porous layer after firing was confirmed.
  • the blending amounts of ceramic fibers (alumina fibers,glasse fibers), plate-shaped ceramic particles (plate-shaped alumina particles, plate-shaped mica), titania particles, and zirconia particles are changed as shown in FIG. , Plate-shaped ceramic particles, titania particles and zirconia particles are blended so that the total is 100% by mass, and further, 10% by mass of alumina sol (1.1% by mass of alumina contained in the alumina sol), acrylic resin 40 A raw material slurry was prepared by adding mass% and adjusting the slurry viscosity with ethanol. The sample 15 does not use plate-shaped ceramic particles, and the samples 11 to 17, 20, 22 and 23 do not use zirconia particles.
  • the raw material slurry was applied to the SUS430 plate, and for the samples 19 and 20, the raw material slurry was applied to the copper plate, dried at an air atmosphere of 200 ° C. for 1 hour, and then the air atmosphere 800. It was baked at ° C for 3 hours.
  • the number of times the raw material slurry was applied (the number of times the metal plate was immersed) in each sample was adjusted so that an inorganic porous layer of about 1.2 mm was formed on the metal plate (SUS430 plate and copper plate).
  • the purpose of this experimental example is to confirm the effect of the amounts of the alumina component (ceramic fiber, plate-shaped ceramic particles) and the titania component on the appearance of the inorganic porous layer (presence or absence of cracks, peeling, etc.).
  • the heat insulating property of the porous layer has not been evaluated.
  • the coefficient of thermal expansion was obtained by molding the above-mentioned raw material slurry into a bulk body of 3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 20 mm and then calcining the bulk body at 800 ° C. to prepare a sample for measurement. Then, the measurement sample was measured using a thermal expansion meter in accordance with JIS R1618 (a method for measuring thermal expansion by thermomechanical analysis of fine ceramics). The coefficient of thermal expansion was measured separately for the inorganic porous layer and the metal plate.
  • thermal conductivity of the inorganic porous layers of Samples 11 to 14 and 23 and the metal plates of Samples 11 to 23 was measured. Thermal conductivity was also measured separately for the inorganic porous layer and the metal plate. The thermal conductivity was calculated by multiplying the thermal diffusivity, the specific heat capacity and the bulk density. For the heat diffusion rate, a laser flash method heat constant measuring device is used, and for the specific heat capacity, a DSC (differential scanning calorimetry) is used. Method) was measured at room temperature.
  • the bulk density (unit: g / cm 3 ) of the inorganic porous layer was calculated from the following formula (5).
  • the thermal diffusivity is obtained by molding the above-mentioned raw material slurry into a bulk body having a diameter of 10 mm ⁇ 1 mm
  • the specific heat capacity is obtained by molding the above-mentioned raw material slurry into a bulk body having a diameter of 5 mm ⁇ a thickness of 1 mm, and then each bulk body is 800.
  • the proportion of the alumina component in the sample 21 is less than 15% by mass, it is presumed that the bonding force between the ceramics (particles, fibers) is reduced and cracks are generated in the inorganic porous layer. Further, since the proportion of the titania component in the sample 22 is less than 45% by mass, it is presumed that the bonding force between the ceramics is lowered and cracks are generated in the inorganic porous layer. Further, in the sample 22, the content of the titania component (titania particles) having a high coefficient of thermal expansion is low, and the ratio of the coefficient of thermal expansion to the metal ( ⁇ 1 / ⁇ 2) is small (less than 0.5).
  • the inorganic porous layer was separated from the metal based on the difference in thermal expansion. From the above, regardless of the type of ceramic fiber (alumina fiber, mullite fiber) and the type of plate-shaped ceramic particles (plate-shaped alumina particle, plate-shaped mica), 15% by mass or more of alumina component and 45% by mass or more of titania component. It was confirmed that the inorganic porous layer containing the above was less likely to cause deterioration such as cracks and peeling after firing.

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Abstract

排気管は、金属管と、金属管の内面の排気ガスが通過する部位に設けられている無機多孔質層を備えている。この排気管では、無機多孔質層の厚みが、排気管の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなっている。

Description

排気管
　本出願は、２０２０年７月１３日に出願された日本国特許出願第２０２０－１２０２６４号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書は、排気管に関する技術を開示する。
　特開２０１８－０３１３４６号公報（以下、特許文献１と称する）に、金属製の内管と金属製の外管の間に無機多孔質層（断熱材）が配置された内燃機関の排気管が開示されている。特許文献１は、内管と外管の間に無機多孔質層を設けることにより、内管と外管の間を断熱し、排気管の下流に設けられている触媒に流入する排気ガスの温度低下を抑制している。触媒に流入する排気ガスの温度低下を抑制することにより、触媒の暖機が早期に完了する。
　特許文献１のように、二重管の間に無機質多孔質層を配置する場合、管体（金属管）と無機質多孔質層の密着性は特に要求されない。しかしながら、金属管と排気ガスが直接接触することを防止して排気ガスの温度低下をさらに抑制するため、二重管の内管の内側、あるいは、単管の内側に無機質多孔質層を設ける場合、無機質多孔質層を設けた分だけ排気ガスの流路が狭くなるので、排気管のガス入口側で排気ガスが無機多孔質層の側面に力を加え、無機多孔質層が金属管から剥離、あるいは、無機多孔質層が破損することがある。無機質多孔質層の厚みを薄くすれば、上記不具合が発生する可能性を低くすることができる。しかしながら、この場合、十分な断熱性を得ることが困難となる。そのため、管体の内側に無機質多孔質層を設けた排気管では、断熱性と耐久性がトレードオフの関係を有する。本明細書は、断熱性を維持しながら耐久性が改善された排気管を提供することを目的とする。
　本明細書で開示する排気管は、金属管と、金属管の内面の排気ガスが通過する部位に設けられている無機多孔質層と、を備えていてよい。この排気管では、無機多孔質層の厚みが、排気管の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなっていてよい。
実施例の排気管の斜視図を示す。 実施例の排気管の径方向断面の部分拡大図を示す。 実施例の排気管の径方向断面図を示す。 実施例の排気管の長手方向断面の部分拡大図を示す。 変形例の排気管の長手方向断面の部分拡大図を示す。 変形例の排気管の長手方向断面の部分拡大図を示す。 従来の排気管の長手方向断面の部分拡大図を示す。 実験例の結果を示す。 実験例の結果を示す。
　本明細書で開示する排気管は、金属管と、金属管の内面の排気ガスが通過する部位に設けられている無機多孔質層を備えている。そのため、排気ガスの熱が金属管に伝熱することが抑制され（金属管が断熱され）、排気ガスの温度低下が抑制される。なお、本明細書でいう「多孔質」とは、無機多孔質層の気孔率（空隙率）が４５体積％以上であることを意味する。金属管の内面に無機多孔質層を設けると、無機多孔質層の厚み分（正確には、厚みの２倍分）だけ、排気管の内径が金属管の内径より小さくなる。そのため、排気管を相手部材に取付けると、無機多孔質層が排気ガス流路に突出した格好となる。その結果、排気ガスが無機多孔質層の側壁（排気管の長手方向端面）に力を加え、無機多孔質層が剥離したり、無機多孔質層が損傷することがある。本明細書で開示する排気管は、無機多孔質層の端部の形状を調整し、排気ガスから無機多孔質層に加わる力を低減し、無機多孔質層の耐久性を向上させる。具体的には、本明細書で開示する排気管では、無機多孔質層の厚みが、排気管の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなっている。換言すると、排気管の長手方向端部において、無機多孔質層が、長手方向端縁に向かって厚みが薄くなるテーパー状である。
　上記排気管では、排気管に流入する排気ガスが、無機多孔質層のテーパー状の側壁に沿って、排気管内をスムーズに移動することができる。すなわち、排気ガスから無機多孔質層の側壁に加わる力が抑制される。そのため、無機多孔質層が金属管から剥離したり、無機多孔質層が損傷することが抑制される。上記排気管は、無機多孔質層の厚みを薄くすることなく（断熱性を維持したまま）、無機多孔質層の耐久性を向上させることができる。なお、排気管の両端で無機多孔質層の端部がテーパー状であってもよく、排気管の一端で無機多孔質層の端部がテーパー状であってもよい。テーパー形状が排気管の一端に形成されている場合、テーパー形状が形成された側が排気系の上流に位置するように排気管を配置する。
　上記排気管では、無機多孔質層の裏面（金属管内面と接する面）と側面（排気管の長手方向端面）が成す角度（以下、テーパー角度と称する）が、１０度以上６０度以下であってよい。テーパー角度が１０度以上であれば、無機多孔質層のテーパー状の側壁に沿って移動する排気ガスが、排気管の長手方向に沿って直進して移動する排気ガスと衝突し、排気ガスの分子運動が促進される。排気ガスの分子運動が促進されると、排気ガスの温度低下が抑制される。すなわち、テーパー角度が１０度以上であれば、排気管の断熱性を向上させることができる。また、テーパー角度が６０度以下であれば、排気ガスから無機多孔質層の側壁に加わる力が十分に低減され、より確実に無機多孔質層の劣化（剥離，損傷）を抑制することができる。無機多孔質層のテーパー角度は、２０度以上であってよく、３０度以上であってよく、４０度以上であってよく、５０度以上であってもよい。また、無機多孔質層のテーパー角度は、５０度以下であってよく、４０度以下であってよく、３０度以下であってよく、２０度以下であってもよい。
　無機多孔質層は、セラミック繊維を含んでいてよい。さらに、無機多孔質層は、１５質量％以上のアルミナ成分と、４５質量％以上のチタニア成分によって構成されていてよい。無機多孔質層がセラミック繊維を含むことにより、無機多孔質層自体が、金属管と無機多孔質層の熱膨張率差の影響を吸収することができる。また、無機多孔質層にセラミック繊維が含まれていると、無機多孔質層自体の強度（機械的強度）が低下することも抑制される。また、無機多孔質層が１５質量％以上のアルミナ成分と４５質量％以上のチタニア成分によって構成されていると、高温の排気ガスに曝されても無機多孔質層の形状を維持することができる。なお、無機多孔質層に含まれるアルミナ成分は、２５質量％以上であってよく、３０質量％以上であってよく、４０質量％以上であってもよい。
　無機多孔質層の熱膨張係数をα１とし、金属管の熱膨張係数をα２としたときに、下記式（１）を満足していてよい。無機多孔質層が金属管から剥離する現象を、より確実に防止することができる。
式１：０．５＜α１/α２＜１．２
　無機多孔質層は、扁平板状の板状セラミック粒子を含んでいてよい。板状セラミック粒子は、断面をＳＥＭで観察したときのアスペクト比が１０以上６０以下であってよい。無機多孔質層に含まれる板状セラミック粒子の断面のアスペクト比は、無機多孔質層の断面をＳＥＭ観察することにより確認することができる。板状セラミック粒子は、ＳＥＭにおいて棒状に現れる。板状セラミック粒子は、無機多孔質層自体の強度（機械的強度）が低下することを抑制することができる。なお、断面のアスペクト比１０以上６０以下の板状セラミック粒子は、例えば、原料として断面のアスペクト比が６０以上１００以下の板状セラミック粒子を用いることにより、無機多孔質層の製造過程においてアスペクト比が小さくなり、結果として無機多孔質内に残存する。板状セラミック粒子を用いることにより、セラミック繊維の一部を板状セラミック粒子に置換することができる。典型的に、板状セラミック粒子の長さ（長手方向サイズ）は、セラミック繊維の長さより短い。そのため、板状セラミック粒子を用いることにより、無機多孔質層内の伝熱経路が分断され、無機多孔質層内の熱伝達が起こりにくくなる。その結果、無機多孔質層の断熱性能がさらに向上する。
　無機多孔質層に、０．１μｍ以上１０μｍ以下の粒状粒子が含まれていてよい。無機多孔質層を成形（焼成）する際、セラミック繊維同士が粒状粒子を介して結合され、高強度の無機多孔質層が得られる。また、無機多孔質層の厚み（テーパーが形成されていない部分の厚み）は、要求性能に依るが、１ｍｍ以上であってよい。上記した機能（断熱性）を十分に発揮することができる。なお、無機多孔質層の厚みが厚すぎると、コスト（製造コスト、材料コスト）に見合う特性の向上が得られにくくなる。そのため、特に限定されないが、無機多孔質層の厚みは、３０ｍｍ以下であってよく、２０ｍｍ以下であってよく、１５ｍｍ以下であってよく、１０ｍｍ以下であってよく、５ｍｍ以下であってよい。
　金属管と無機多孔質層は、熱伝導率の差が大きいことが好ましい。具体的には、金属管の熱伝導率は、無機多孔質層の熱伝導率の１００倍以上であってよい。なお、金属管の熱伝導率は、無機多孔質層の熱伝導率の１５０倍以上であってよく、無機多孔質層の熱伝導率の２００倍以上であってよく、無機多孔質層の熱伝導率の２５０倍以上であってよく、無機多孔質層の熱伝導率の３００倍以上であってもよい。
　金属管の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍＫ以上４００Ｗ／ｍＫ以下であってよい。なお、金属管の熱伝導率は、２５Ｗ／ｍＫ以上であってよく、５０Ｗ／ｍＫ以上であってよく、１００Ｗ／ｍＫ以上であってよく、１５０Ｗ／ｍＫ以上であってよく、２００Ｗ／ｍＫ以上であってよく、２５０Ｗ／ｍＫ以上であってよく、３００Ｗ／ｍＫ以上であってよく、３８０Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。また、金属管の熱伝導率は、３５０Ｗ／ｍＫ以下であってよく、３００Ｗ／ｍＫ以下であってよく、２５０Ｗ／ｍＫ以下であってよく、２００Ｗ／ｍＫ以下であってよく、１５０Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。
　無機多孔質層の熱伝導率は、０．０５Ｗ／ｍＫ以上３Ｗ／ｍＫ以下であってよい。なお、無機多孔質層の熱伝導率は、０．１Ｗ／ｍＫ以上であってよく、０．２Ｗ／ｍＫ以上であってよく、０．３Ｗ／ｍＫ以上であってよく、０．５Ｗ／ｍＫ以上であってよく、０．７Ｗ／ｍＫ以上であってよく、１Ｗ／ｍＫ以上であってよく、１．５Ｗ／ｍＫ以上であってよく、２Ｗ／ｍＫ以上であってもよい。また、無機多孔質層の熱伝導率は、２．５Ｗ／ｍＫ以下であってよく、２．０Ｗ／ｍＫ以下であってよく、１．５Ｗ／ｍＫ以下であってよく、１Ｗ／ｍＫ以下であってよく、０．５Ｗ／ｍＫ以下であってよく、０．３Ｗ／ｍＫ以下であってよく、０．２５Ｗ／ｍＫ以下であってもよい。
　金属管は、直線状であってもよく、全体（または一部）が曲線状であってもよく、中間部分がテーパー状であってもよく、また、分岐管であってもよい。無機多孔質層は、金属管の表面（内面）の全面を被覆していてもよいし、金属管の表面の一部を被覆していてもよい。例えば、無機多孔質層は、金属管の端部（一端または両端）を除く部分を被覆していてよい。
　また、無機多孔質層は、厚み方向（金属管と接する面から排気ガスの流路を構成する面に至る範囲）において、均一の材料で構成されていてよい。すなわち、無機多孔質層は単層であってよい。また、無機多孔質層は、厚み方向において、組成の異なる複数の層で構成されていてもよい。すなわち、無機多孔質層は、複数の層が積層した多層構造であってよい。あるいは、無機多孔質層は、厚み方向において、組成が除々に変化する傾斜構造であってもよい。無機多孔質層が単層の場合、排気管の製造（金属管内面に無機多孔質層を成形する工程）を容易に行うことができる。無機多孔質層が多層又は傾斜構造の場合、厚み方向において、無機多孔質層の特性を変化させることができる。無機多孔質層の構造（単層、多層、傾斜構造）については、排気管に応じて適宜選択することができる。
　無機多孔質層の気孔率は、４５体積％以上９０体積％以下であってよい。気孔率が４５体積％以上であれば、断熱性を十分に発揮し得る。また、気孔率が４５体積％以上であれば、気孔率が９０体積％以下であれば、十分な強度を確保することができる。なお、無機多孔質層の気孔率は、５５体積％以上であってよく、６０体積％以上であってよく、６５体積％以上であってもよい。さらに、無機多孔質層の気孔率は、８５体積％以下であってよく、８０体積％以下であってよく、７０体積％以下であってよく、６５体積％以下であってよく、６０体積％以下であってもよい。また、無機多孔質層が多層構造又は傾斜構造の場合、無機多孔質層の気孔率は、全体として４５体積％以上９０体積％以下であればよく、厚み方向で気孔率が異なっていてもよい。この場合、部分的に、気孔率が４５体積％未満の部分、あるいは、気孔率が９０体積％超の部分が存在していてよい。
　無機多孔質層は、セラミック粒子（粒状粒子）、板状セラミック粒子、セラミック繊維のうちの１以上の材料により構成されている。なお、セラミック粒子、板状セラミック粒子及びセラミック繊維は、構成成分として、アルミナ、及び／又は、チタニアを含んでいてよい。換言すると、アルミナ、及び／又は、チタニアによって、セラミック粒子、板状セラミック粒子、セラミック繊維が形成されていてよい。すなわち、無機多孔質層は、構成材料（構成物質）全体で、１５質量％以上のアルミナ成分と４５質量％以上のチタニア成分を含んでいればよい。但し、無機多孔質層は、構成成分は任意（アルミナ成分、チタニア成分を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい）であるが、少なくともセラミック繊維を含んでいる。
　セラミック粒子は、板状セラミック粒子，セラミック繊維等の無機多孔質層の骨格をなす骨材同士を接合する接合材として用いられてよい。セラミック粒子は、０．１μｍ以上１０μｍ以下の粒状粒子であってよい。なお、セラミック粒子は、製造過程（例えば焼成工程）において、焼結等により粒径が大きくなってもよい。すなわち、無機多孔質層を製造する原料として、セラミック粒子は、０．１μｍ以上１０μｍ以下（焼成前の平均粒径）の粒状粒子であってよい。なお、セラミック粒子は、０．５μｍ以上であってよく、５μｍ以下であってもよい。セラミック粒子の材料として、例えば金属酸化物を利用してよい。金属酸化物の一例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）、コージェライト（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ３）、ストロンチウムチタネート（ＳｒＴｉＯ３）等が挙げられる。これらの金属酸化物は、高い耐蝕性を有する。そのため、セラミック粒子の材料として上記金属酸化物を用いることにより、排気管の保護層として好適に適用することができる。
　板状セラミックは、無機多孔質層内において、骨材、補強材として機能し得る。すなわち、板状セラミックは、セラミック繊維と同様に、無機多孔質層の強度を向上させ、さらに、製造工程において無機多孔質層が収縮することを抑制する。なお、板状セラミック粒子を用いることにより、無機多孔質層内の伝熱経路を分断することができる。そのため、板状セラミックを用いることにより、骨材としてセラミック繊維のみを用いる形態と比較して、断熱性を向上させることができる。
　扁平板状の板状セラミック粒子は、表面形状（厚み方向から観察した形状）は特に限定されず、例えば、矩形等の多角形、略円形、曲線及び／又は直線で囲まれた不定形であってよく、断面を観察したときの長手方向サイズが５μｍ以上１００μｍ以下であってよい。長手方向サイズが５μｍ以上であれば、セラミック粒子の過剰な焼結を抑制することができる。長手方向サイズが１００μｍ以下であれば、上述したように無機多孔質層内の伝熱経路を分断する効果が得られ、高温の排気ガスが流通する排気管に好適に適用し得る。また、板状セラミック粒子は、アスペクト比が５以上１００以下であってよい。アスペクト比が５以上であればセラミック粒子の焼結を良好に抑制することができ、１００以下であれば板状セラミック粒子自体の強度低下が抑制される。なお、板状セラミック粒子の材料として、上記したセラミック粒子の材料として用いられる金属酸化物に加え、タルク（Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２）、マイカ、カオリン等の鉱物・粘土、ガラス等を用いることもできる。
　セラミック繊維は、無機多孔質層内において、骨材、補強材として機能し得る。すなわち、セラミック繊維は、無機多孔質層の強度を向上させ、さらに、製造工程において無機多孔質層が収縮することを抑制する。無機多孔質層を形成する際の原料中のセラミック繊維の長さは、５０μｍ以上２００μｍ以下であってよい。また、セラミック繊維の直径（平均径）は、１～２０μｍであってよい。セラミック繊維は、無機多孔質層の断面をＳＥＭ観察することにより確認することができる。セラミック繊維は、ＳＥＭ画像において略円形である。すなわち、ＳＥＭ画像には、セラミック繊維の径方向断面が現れる。また、セラミック繊維の材料が無機多孔質層を構成する他の材料と異なる場合、ＥＤＳ分析を行うことによってセラミック繊維を判別（確認）することもできる。無機多孔質層を形成する際の原料に占めるセラミック繊維の体積率は、５体積％以上２５体積％以下であってよい。無機多孔質層の原料が５体積％以上のセラミック繊維を含むことにより、無機多孔質層の製造過程（焼成工程）において無機多孔質層内のセラミック粒子の収縮を十分に抑制することができる。また、原料中のセラミック繊維の体積率を２５体積％以下（すなわち、無機多孔質層内のセラミック繊維の体積率が２５体積％以下）とすることにより、無機多孔質層内の伝熱経路を分断することができ、排気管に好適に適用し得る。なお、セラミック繊維の材料が無機多孔質層を構成する他の材料と異なる場合、ＥＤＳ分析の結果を画像処理することにより、無機多孔質層内のセラミック繊維の割合（体積率）を測定することができる。
　なお、セラミック繊維の材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）、コージェライト（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ３）、ストロンチウムチタネート（ＳｒＴｉＯ３）等、上記したセラミック粒子と同様の材料を用いることができる。また、無機多孔質層内に、上記材料で形成された一種または複数種のセラミック繊維が含まれていてよい。
　また、無機多孔質層を形成する際の原料に占める骨材、補強材（セラミック繊維，板状セラミック粒子等。以下、単に骨材と称する）の含有率は、１５質量％以上５５質量％以下であってよい。原料中の骨材の含有率が１５質量％以上であれば、焼成工程における無機多孔質層の収縮を十分に抑制することができる。また、原料中の骨材の含有率が５５質量％以下であれば、セラミック粒子によって骨材同士が良好に接合される。原料中の骨材の含有率は、２０質量％以上であってよく、３０質量％以上であってよく、５０質量％以上であってよく、５３質量％以上であってもよい。また、原料中の骨材の含有率は、５３質量％以下であってよく、５０質量％以下であってよく、３０質量％以下であってよく、２０質量％以下であってもよい。
　上記したように、セラミック繊維及び板状セラミック粒子は、ともに無機多孔質層内において骨材、補強材として機能し得る。しかしながら、排気管の作製後（焼成後）に無機多孔質層が収縮することを確実に抑制するため、骨材としてセラミック繊維と板状セラミック粒子の双方を用いる場合であっても、無機多孔質層を形成する際の原料に占めるセラミック繊維の含有量は、少なくとも５質量％以上であってよい。なお、原料中のセラミック繊維の含有量は、１０質量％以上であってよく、２０質量％以上であってよく、３０質量％以上であってよく、４０質量％以上であってよい。また、原料中のセラミック繊維の含有量は、５０質量％以下であってよく、４０質量％以下であってよく、３０質量％以下であってよく、２０質量％以下であってよく、１０質量％以下であってもよい。
　骨材としてセラミック繊維と板状セラミック粒子の双方を用いる場合、骨材全体に占める板状セラミック粒子の割合（重量比）は、７０％以下であってよい。すなわち、質量比で、骨材の少なくとも３０％以上がセラミック繊維であってよい。骨材全体に占める板状セラミック粒子の割合（重量比）は、６７％以下であってよく、６４％以下であってよく、６３％以下であってよく、６０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。なお、板状セラミック粒子は必ずしも骨材として必須ではない。また、骨材全体に占める板状セラミック粒子の割合は、４０％以上であってよく、５０％以上であってよく、６０％以上であってよく、６２％以上であってよく、６３％以上であってよく、６５％以上であってもよい。具体的には、無機多孔質層を形成する際の原料に占める板状セラミック粒子の含有量は、５質量％以上であってよく、１０質量％以上であってよく、２０質量％以上であってよく、３０質量％以上であってよく、３３質量％以上であってよい。また、原料中の板状セラミック粒子の含有量は、３５質量％以下であってよく、３３質量％以下であってよく、３０質量％以下であってよく、２０質量％以下であってよく、１０質量％以下であってもよい。
　無機多孔質層に含まれるＳｉＯ２が２５質量％以下であってよい。無機多孔質層内に非晶質層が形成されることが抑制され、無機多孔質層の耐熱性（耐久性）が向上する。
　無機多孔質層を形成する際、セラミック粒子、板状セラミック粒子、セラミック繊維の他に、バインダ、造孔材、溶媒を混合した原料を用いてよい。バインダとして、無機バインダを使用してよい。無機バインダの一例として、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル等が挙げられる。これらの無機バインダは、焼成後の無機多孔質層の強度を向上させることができる。造孔材として、高分子系造孔材、カーボン系粉等を使用してよい。具体的には、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレン粒子、ポリスチレン粒子、カーボンブラック粉末、黒鉛粉末等が挙げられる。造孔材は、目的に応じて種々の形状であってよく、例えば、球状、板状、繊維状等であってよい。造孔材の添加量、サイズ、形状等を選択することにより、無機多孔質層の気孔率、気孔サイズを調整することができる。溶媒は、他の原料に影響を及ぼすことなく原料の粘度を調整可能なものであればよく、例えば、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等を使用することができる。
　なお、上記した無機バインダも無機多孔質層の構成材料である。そのため、無機多孔質層を形成する際にアルミナゾル、チタニアゾル等を用いる場合、無機多孔質層は、無機バインダを含む構成材料全体で、１５質量％以上のアルミナ成分と４５質量％以上のチタニア成分を含んでいればよい。
　無機多孔質層の組成及び原料は、保護する金属管に応じて調整する。本明細書で開示する排気管では、特に限定されないが、ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４２９，ＳＵＳ４４４等のステンレス鋼、鉄、鋳鉄、銅、ハステロイ、インコネル、コバール、ニッケル合金等を用いることができる。無機多孔質層の組成及び原料は、用いる金属管の熱膨張係数に応じて調整してよい。具体的には、無機多孔質層の熱膨張係数をα１とし、金属の熱膨張係数をα２としたときに、下記式４を満足するように調整してよい。例えば、金属管がＳＵＳ４３０の場合、熱膨張係数α１が６×１０－６／Ｋ＜α１＜１４×１０－６／Ｋとなるように、より好ましくは、熱膨張係数α１が６×１０－６／Ｋ＜α１＜１１×１０－６／Ｋとなるように、無機多孔質層の組成及び原料を調整してよい。また、金属管が銅の場合、熱膨張係数α１が８．５×１０－６／Ｋ＜α１＜２０×１０－６／Ｋとなるように、より好ましくは、熱膨張係数α１が８．５×１０－６／Ｋ＜α１＜１８×１０－６／Ｋとなるように、無機多孔質層の組成及び原料を調整してよい。なお、「α１/α２」の値は、０．５５以上であってよく、０．６以上であってよく、０．６５以上であってよく、０．７５以上であってよく、０．８以上であってもよい。また、「α１/α２」の値は、１．１５以下であってよく、１．１以下であってよく、１．０５以下であってよく１．０以下であってもよい。
式４：０．５＜α１/α２＜１．２
　本明細書で開示する排気管では、金属管の内面に上記原料を塗布し、乾燥、焼成を経て金属管の内面に無機多孔質層を形成してよい。原料の塗布方法として、ディップコート、スピンコート、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法、刷毛塗り、コテ塗り、モールドキャスト成形等を用いることができる。なお、目的とする無機多孔質層の厚みが厚い場合、あるいは、無機多孔質層が多層構造の場合、原料の塗布、原料の乾燥を複数回繰り返し、目的とする厚み、あるいは、多層構造に調整してもよい。上記塗布方法は、後述する被覆層を形成する塗布方法として適用することもできる。
　上記したように、本明細書で開示する排気管では、無機多孔質層の表面に、被覆層が設けられていてもよい。被覆層の材料は、多孔質または緻密質なセラミックであってよい。被覆層で用いられる多孔質セラミックの一例として、ジルコニア（ＺｒＯ２），部分安定化ジルコニア，安定化ジルコニア等が挙げられる。また、イットリア安定化ジルコニア（ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３：ＹＳＺ）、ＹＳＺにＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３等を添加した金属酸化物、ＺｒＯ２－ＨｆＯ２－Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２－ＨｆＯ２－Ｙ２Ｏ３－Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２－Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２－Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｓｍ２Ｚｒ２Ｏ７、ＬａＭｎＡｌ１１Ｏ１９、ＹＴａ３Ｏ９、Ｙ０．７Ｌａ０．３Ｔａ３Ｏ９、Ｙ１．０８Ｔａ２．７６Ｚｒ０．２４Ｏ９、Ｙ２Ｔｉ２Ｏ７、ＬａＴａ３Ｏ９、Ｙｂ２Ｓｉ２Ｏ７、Ｙ２Ｓｉ２Ｏ７、Ｔｉ３Ｏ５等が挙げられる。被覆層で用いられる緻密質なセラミックの一例として、アルミナ、シリカ、ジルコニアなどが挙げられる。また、上述した無機多孔質層の構成材料からセラミック繊維を除去することにより、低気孔率（緻密質）となるため、被覆層として用いてもよい。被覆層として多孔質または緻密質セラミックを用いることにより、無機多孔質層が補強され、無機多孔質層が金属管の表面から剥がれることを抑制することができる。なお、被覆層として緻密質なセラミックを用いると、例えば高温ガスが無機多孔質層を透過することを抑制したり、無機多孔質層内で排気ガスが滞留することを抑制することができる。その結果、排気ガスの熱が金属管に伝熱することを抑制する効果が期待できる。
　図１から図４を参照し、排気管１０について説明する。排気管１０は、ＳＵＳ４３０製の金属管２の内面に無機多孔質層４が設けられている。排気管１０は、金属管２の外面をマスキングした状態で、金属管２を原料スラリーに浸漬し、乾燥、焼成を行って製造した。具体的には、内径φ４７ｍｍ、厚み１．５ｍｍ、長さ３００ｍｍのパイプ（ＳＵＳ４３０製）の外面をマスキングした状態で原料スラリーに浸漬し、無機多孔質層をパイプの内壁に塗布した。その後、２００℃で乾燥、８００℃で焼成して各試料を作製した。無機多孔質層４の原料スラリーは、アルミナ繊維（平均繊維長１４０μｍ）と、板状アルミナ粒子（平均粒子径６μｍ）と、チタニア粒子（平均粒子径０．２５μｍ）と、アルミナゾル（アルミナ量１．１質量％）と、アクリル樹脂（平均粒子径８μｍ）と、エタノールを混合し、作成した。なお、原料スラリーは、粘度が３０００ｍＰａ・ｓとなるように調整した。
　金属管２を無機多孔質層用原料スラリーに浸漬して金属管２の内面に原料を塗布した後、金属管２を乾燥機に投入し、２００℃（大気雰囲気）で１時間乾燥させた。これにより、金属管２の内面に厚み５００μｍの無機多孔質層４が形成された。その後、金属管２を無機多孔質層用原料スラリーに浸漬して乾燥する工程を４回繰り返し、金属管２の内面に厚み２ｍｍの無機多孔質層４を形成した。
　その後、金属管２を電気炉内に配置し、大気雰囲気で８００℃で焼成し、排気管１０を作成した。無機多孔質層４は金属管２の内面全体に形成された（図３を参照）。次に、無機多孔質層４の端部をサンドペーパーで研磨し、無機多孔質層４の側壁４ｅをテーパー状にした。すなわち、排気管１０では、無機多孔質層４の厚みが、排気管１０の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなっている。なお、無機多孔質層４の側壁４ｅをテーパー状に加工するタイミングは、４回目（最後）の原料塗布後（乾燥前）、あるいは、４回目（最後）の乾燥後（焼成前）に行うこともできる。また、金属管２に円錐台の治具を嵌めた状態で金属管２を無機多孔質層用原料スラリーに浸漬することにより、研磨することなく、無機多孔質層４の側壁４ｅをテーパー状にすることもできる。
　排気管１０の利点について説明する。図４に示すように、排気管１０は、接続管２０を介して内燃機関（図示省略）の排気系に接続される。排気管１０には、接続管２０より排気ガス３０が導入される。排気ガス３０のうち、接続管２０の内壁近傍を移動する排気ガス３２は、排気管１０に導入されると、テーパー状の側壁４ｅに沿って排気管１０の中心側（径方向中心側）に移動しながら、排気管１０の長手方向に移動する。側壁４ｅがテーパー状なので、排気ガス３２は、側壁４ｅに過度な力を加えることなく、排気管１０内を移動する。一方、図７に示す従来の排気管１１０の場合、排気ガス３２が、無機多孔質層４の側壁４ｅに衝突し、無機多孔質層４に過度な力を加える。そのため、排気管１１０は、長期間の使用により、側壁４ｅにクラックが発生したり、金属管２から無機多孔質層４が剥離する等、無機多孔質層４が劣化することがある。排気管１０は、側壁４ｅに加わる力が抑制されるので、無機多孔質層４の劣化を抑制することができる。
　また、図４に示すように、排気ガス３２は、テーパー状の側壁４ｅに沿って排気管１０の中心側に移動するので、排気管１０の中心側を移動する排気ガス３４と衝突する。排気ガス同士（排気ガス３２，３４）が衝突すると、排気ガスの分子運動が促進され、排気ガスの温度が低下しにくくなる。排気管１０は、管内で排気ガス同士を衝突させることにより、排気ガスの温度低下を抑制する（断熱性を高くする）ことができる。なお、無機多孔質層４のテーパー角度θ１（無機多孔質層４の裏面（金属管２との接触面）と側壁４ｅの成す角度θ１）は、１０度以上６０度以下に調整される。無機多孔質層４のテーパー角度θ１は、Ｘ線ＣＴを用いて非破壊で測定する。
　以下、図５及び図６を参照し、排気管１０の変形例について説明する。排気管１０では、側壁４ｅのテーパー角度θ１が、無機多孔質層４の裏面から表面に至るまでほぼ一定である。すなわち、無機多孔質層４の断面を観察したときに、側壁４ｅがほぼ一直線である。しかしながら、図５に示す排気管１０ａでは、側壁４ｅのテーパー角度が、無機多孔質層４の裏面から表面に至る途中で変化している。具体的には、無機多孔質層４の断面を観察すると、側壁４ｅは、無機多孔質層４の裏面（無機多孔質層４の長手方向の端縁）から伸びる直線状の側壁４１と、無機多孔質層４の厚み方向中間部分から表面に伸びる直線状の側壁４２によって構成されている。排気管１０ａも、側壁４ｅに排気ガスから過度な力が加わることを抑制でき、断熱性を維持しながら無機多孔質層４の劣化を抑制することができる。なお、排気管１０ａの場合、無機多孔質層４の裏面と側壁４１が成す角度θ１を、側壁４ｅのテーパー角度と称する。
　図６に示す排気管１０ｂでは、無機多孔質層４の断面を観察すると、側壁４ｅが曲線で現れる。換言すると、側壁４ｅのテーパー角度が、無機多孔質層４の裏面から表面に至るまでの間、変化し続けている。排気管１０ｂも、側壁４ｅに排気ガスから過度な力が加わることを抑制でき、断熱性を維持しながら無機多孔質層４の劣化を抑制することができる。なお、排気管１０ｂの場合、無機多孔質層４の厚みＴの中点部分（０．５Ｔ部分）の中点側壁部４４と無機多孔質層４の端縁（側壁４ｅの金属管２に接触する部分）が成す角度θ１を、側壁４ｅのテーパー角度と称する。
（実験例１）
　無機多孔質層４の側壁４ｅのテーパー角度θ１を変化させ、無機多孔質層４の耐久性及び排気管１０の断熱性の評価を行った。具体的には、内径φ４７ｍｍ、厚み１．５ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ４３０製のパイプの内面に、厚さ２ｍｍの無機多孔質層４を形成し、高温ガス流入試験を行い、耐久性及び断熱性の評価を行った。無機多孔質層４を形成するための原料スラリーは、アルミナ繊維３０質量％、板状アルミナ粒子２０質量％、チタニア粒子５０質量％を混合した原料に、外掛けでアルミナゾル１０質量％、アクリル樹脂４０質量％を加え、エタノールでスラリー粘度を調整し、作成した。この原料スラリーを用いて、上述した方法で排気管１０を作製した。なお、この場合、無機多孔質層４に含まれるアルミナ成分は５１質量％となり、チタニア成分は４８質量％となる。
　その後、無機多孔質層４の端部を研磨し、テーパー角度θ１が異なる試料１～６を作製した。図８に、各試料のテーパー角度θ１を示す。なお、試料６（テーパー角度９０度）は、無機多孔質層４の端部を研磨していない。また、各試料を作製した後、無機多孔質層４の端部（側壁）の外観観察を行った結果、いずれの試料も、クラック及び剥離は確認されなかった。各試料のテーパー角度θ１は、Ｘ線ＣＴを用いて測定した。なお、テーパー角度は、Ｘ線ＣＴに代え、例えば、三次元測定機等を使用して測定することもできる。
　高温ガス流入試験は、パイプ内に６００度の高温ガスを２Ｎｍ３／分で１時間供給した後、無機多孔質層４の端部（側壁）の外観を評価した。図８に、外観変化なし（クラック及び剥離なし）の試料に「〇」、クラック又は剥離が確認された試料（剥離なし）に「△」、クラック及び剥離が確認された試料に「×」を付して示す。また、高温ガスをパイプ内に供給している間、パイプ入口側端部の内壁を流れるガス温度が４００度に達したときの、パイプ出口側端部の内壁を流れるガス温度との差を測定し、評価した。図８に、パイプ入口側端部の内壁を流れるガス温度が４００度に達したときの、パイプ出口側端部の内壁を流れるガス温度との差を示す。
　図８に示すように、テーパー角度が６０度以下の試料（試料１～４）は、試験後に、無機多孔質層の端部にクラック，剥離等の劣化は確認されなかった。一方、テーパー角度が６０度超の試料（試料５，６）は、試験後に、無機多孔質層の端部に劣化が確認された。この結果は、無機多孔質層の側壁をテーパー状にすることにより、排気ガスから無機多孔質層に加わる力が低減され、無機多孔質層の劣化が抑制されることを示している。また、テーパー角度が１０度以上の試料（試料２～６）は、排気管の長手方向両端（ガス入口側とガス出口側）で、パイプの温度差が小さい（１０度以下である）。一方、テーパー角度が１０度未満の試料（試料１）は、排気管の長手方向両端で、パイプの温度差が大きい（１０度超である）。すなわち、テーパー角度が１０度以上の試料は、優れた断熱性が得られることが確認された。この結果は、テーパー角度を１０度以上にすることにより、排気管内で排気ガス同士を衝突させることができ、排気ガスの温度が低下することを抑制することができることを示している。以上のように、無機断熱層の側壁をテーパー状にし、無機多孔質層の厚みが、排気管の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなるようにすることにより、高断熱、高耐久性の排気管を実現することができることが確認された。
（実験例２）
　上記したように、無機多孔質層は、アルミナ繊維、板状アルミナ粒子、チタニア粒子、アルミナゾル、アクリル樹脂及びエタノールを混合した原料スラリーを作成し、金属管を原料スラリーに浸漬させた後、乾燥及び焼成を行い作成した。本実験例では、アルミナ成分及びチタニア成分の量が無機多孔質層の特性に与える影響を確認するため、金属管に代えて金属板の表面に無機多孔質層を形成し、評価を行った。具体的には、アルミナ繊維、板状アルミナ粒子及びチタニア粒子の割合を変化させ、また、アルミナ繊維をムライト繊維に代えるとともに板状アルミナ粒子を板状マイカに代えて無機多孔質層を形成し、焼成後の無機多孔質層の状態を確認した。
　具体的には、セラミック繊維（アルミナ繊維，ムライト繊維）、板状セラミック粒子（板状アルミナ粒子，板状マイカ）、チタニア粒子及びジルコニア粒子の配合量を図９に示すように変化させ、セラミック繊維、板状セラミック粒子、チタニア粒子及びジルコニア粒子の合計が１００質量％になるように配合し、さらに、外掛けでアルミナゾル１０質量％（アルミナゾルに含まれるアルミナ量１．１質量％）、アクリル樹脂４０質量％を加え、エタノールでスラリー粘度を調整して原料スラリーを作成した。なお、試料１５は板状セラミック粒子を用いておらず、試料１１～１７，２０，２２及び２３はジルコニア粒子を用いていない。その後、試料１１～１８，２１～２３についてはＳＵＳ４３０板に原料スラリーを塗布し、試料１９及び２０については銅板に原料スラリーを塗布し、大気雰囲気２００℃で１時間乾燥させた後、大気雰囲気８００℃で３時間焼成した。なお、金属板（ＳＵＳ４３０板及び銅板）上に約１．２ｍｍの無機多孔質層が形成されるように、各試料における原料スラリーの塗布回数（金属板の浸漬回数）を調整した。
　なお、本実験例は、アルミナ成分（セラミック繊維、板状セラミック粒子）及びチタニア成分の量が無機多孔質層の外観に及ぼす影響（クラック、剥離等の有無）を確認することを目的とし、無機多孔質層の断熱性の評価は行っていない。
　焼成後の試料について、外観の評価を行った。外観評価は、目視にて、クラック及び剥離の発生の有無を観察した。図９に、クラック及び剥離等が発生しなかった試料に「〇」を付し、クラックと剥離の一方が発生した試料に「△」を付し、クラックと剥離の両方が発生した試料に「×」を付している。
　また、作成した試料１１～２３について、無機多孔質層におけるアルミナ成分とチタニア成分の割合（質量％）の測定と、無機多孔質層の気孔率（体積％）の測定、無機多孔質層及び金属板の熱膨張係数の測定も行った。アルミナ及びチタニア成分は、ＩＣＰ発光分析装置（（株）日立ハイテクサイエンス製、ＰＳ３５２０ＵＶ－ＤＤ）を用いてアルミニウム及びチタン量を測定し、酸化物換算（Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２）した結果を示している。
　気孔率は、水銀ポロシメーターを用いてＪＩＳ　Ｒ１６５５（ファインセラミックの水銀圧入法による成形体気孔径分布試験方法）に準拠して測定した全細孔容積（単位：ｃｍ3／ｇ）と、ガス置換式密度測定計（マイクロメリティックス社製、アキュピック１３３０）により測定した見掛け密度（単位：ｇ／ｃｍ3）を用いて、下記式（２）より算出した。
式２：気孔率［％］＝全細孔容積／｛（１／見掛け密度）＋全細孔容積｝ ×１００
　熱膨張係数は、上記した原料スラリーを３ｍｍ×４ｍｍ×２０ｍｍのバルク体に成形した後、バルク体を８００℃で焼成して測定用試料を作製した。その後、測定用試料を、熱膨張計を用いてＪＩＳ　Ｒ１６１８（ファインセラミックの熱機械分析による熱膨張の測定方法）に準拠して測定した。なお、熱膨張係数の測定は、無機多孔質層と金属板を別個に測定した。
　また、試料１１～１４，２３の無機多孔質層、及び、試料１１～２３の金属板について、熱伝導率の測定を行った。熱伝導率も、無機多孔質層と金属板を別個に測定した。熱伝導率は、熱拡散率、比熱容量及び嵩密度を乗算し、算出した。熱拡散率は、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置を用い、比熱容量はＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いて、ＪＩＳ　Ｒ１６１１（ファインセラミックのレーザーフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率試験方法）に準拠して室温で測定した。金属板の嵩密度は、φ１０ｍｍ×厚み１ｍｍのバルク体の重量を測定し、その重量を体積で割った値を嵩密度（単位：ｇ／ｃｍ3）とした。また、無機多孔質層の嵩密度（単位：ｇ／ｃｍ3）は下記式（５）から算出した。なお、熱拡散率は上記した原料スラリーをφ１０ｍｍ×厚み１ｍｍのバルク体に成形し、また、比熱容量は上記した原料スラリーをφ５ｍｍ×厚み１ｍｍのバルク体に成形した後、それぞれのバルク体を８００℃で焼成して熱拡散率および比熱容量測定用試料を作製し、測定した。測定結果を図９に示す。
式５：無機多孔質層の嵩密度＝見掛け密度×（１－気孔率［％］／１００）
　図９に示すように、試料１１～２０，２３は、焼成後の無機多孔質層にクラック及び剥離が確認されなかった。一方、試料２１は、剥離は確認されなかったもののクラックの発生が確認された。また、試料２２は、クラックと剥離の両方が確認された。この結果は、無機多孔質層内のアルミナ成分（セラミック繊維及び板状セラミック粒子）が少ない（１５質量％未満）、又は、チタニア成分が少ない（４５質量％未満）場合、焼成の際に金属－無機多孔質層間に力が作用し、無機多孔質層の特性が低下することを示している。具体的には、試料２１は、アルミナ成分の割合が１５質量％未満であるため、セラミック（粒子、繊維）間の結合力が低下し、無機多孔質層にクラックが発生したと推察される。また、試料２２は、チタニア成分の割合が４５質量％未満であるため、セラミック間の結合力が低下し、無機多孔質層にクラックが発生したと推察される。さらに試料２２は、熱膨張係数が高いチタニア成分（チタニア粒子）の含有率が低く、金属に対する熱膨張係数比（α１／α２）が小さいので（０．５未満）、金属と無機多孔質層間の熱膨張差に基づいて無機多孔質層が金属から剥離したと推察される。以上より、セラミック繊維の種類（アルミナ繊維，ムライト繊維）及び板状セラミック粒子の種類（板状アルミナ粒子，板状マイカ）に係わらず、１５質量％以上のアルミナ成分と４５質量％以上のチタニア成分を含む無機多孔質層は、焼成後にクラック及び剥離等の劣化が生じにくくなることが確認された。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
２：金属管
４：無機多孔質層
１０：排気管
 

Claims (10)

  1. 　金属管と、金属管の内面の排気ガスが通過する部位に設けられている無機多孔質層と、を備えている排気管であって、
    　無機多孔質層の厚みが、排気管の長手方向端部から長手方向中央部に向かうに従って厚くなっている排気管。
  2. 　無機多孔質層の裏面と側面が成す角度が、１０度以上６０度以下である請求項１に記載の排気管。
  3. 　無機多孔質層が、セラミック繊維を含むとともに、１５質量％以上のアルミナ成分と４５質量％以上のチタニア成分によって構成されている請求項１または２に記載の排気管。
  4. 　金属管の熱伝導率が、無機多孔質層の熱伝導率の１００倍以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の排気管。
  5. 　無機多孔質層の熱伝導率が、０．０５Ｗ／ｍＫ以上３Ｗ／ｍＫ以下である請求項４に記載の排気管。
  6. 　金属管の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍＫ以上４００Ｗ／ｍＫ以下である請求項４または５に記載の排気管。
  7. 　無機多孔質層の熱膨張係数をα１とし、金属管の熱膨張係数をα２としたときに、下記式（４）を満足する請求項１から６のいずれか一項に記載の排気管。
    ０．５＜α１/α２＜１．２　　　（４）
  8. 　無機多孔質層に、板状セラミック粒子が含まれている請求項１から７のいずれか一項に記載の排気管。
  9. 　無機多孔質層に、０．１μｍ以上１０μｍ以下の粒状粒子が含まれている請求項１から８のいずれか一項に記載の排気管。
  10. 　無機多孔質層の厚みが１ｍｍ以上である請求項１から９のいずれか一項に記載の排気管。
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