JP2019100260A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の熱を効率的に利用して触媒の温度を維持すると共に、蓄熱材へ蓄熱しない場合に排気に対する圧力損失を小さくする。【解決手段】排気浄化装置１２は、触媒１８を担持する触媒担持体１６を有し、さらに、蓄熱材を備え、排気管１４の排気流路の断面積を小さくすることで排気からの受熱量を相対的に多くする第一状態と、排気流路の断面積を大きくすることで排気からの受熱量を相対的に小さくする第二状態と、のいずれかを採る蓄熱部材２４と、蓄熱部材２４を第一状態と第二状態とに切り替える切替部材と、を有する。【選択図】図１

Description

本願は、排気浄化装置に関する。

特許文献１には、エンジンの排気通路における触媒よりも上流側に、融解点と凝固点とが触媒の活性温度領域内の設定温度近傍にある物質で構成された蓄熱材を設けたエンジンの排気ガス浄化装置が記載されている。

特許文献２には、排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒ケースと、触媒を通過する排気ガスの熱を回収するとともに触媒との間で熱伝達を行う排熱回収部とを持つ触媒ケース装置が記載されている。

特許文献３には、エンジンの排気ガスが通過する排気通路に触媒を直列に複数個配設すると共に、上流側の触媒と下流側の触媒との間に蓄熱体を配設した排気ガス浄化装置が記載されている。

特開昭６０−２１２６０８号公報 特開２０００−１７９３３８号公報 特開２０００−２７４２３１号公報

特許文献１に記載の技術では、排気通路が、分流部で蓄熱部とバイパス部に分流されている。蓄熱材が介設された蓄熱部を排気が通るときには、蓄熱部の配管からも放熱されてしまうため、蓄熱材や触媒に排気の熱を効率的に伝えることができない。

引用文献２に記載の技術では、排熱回収部が、触媒ケースの筒体の外周側に固定されており、排気の熱を直接的に受けることができない。

引用文献３に記載の技術では、蓄熱体が常に排気通路内に位置しているため、蓄熱体に蓄熱する必要がない場合には、排気に対する圧力損失が大きくなる。

このように、いずれの特許文献に記載の技術も、排気の熱を効率的に利用して触媒の温度を維持すると共に、蓄熱材へ蓄熱しない場合に排気に対する圧力損失を小さくする点で改善の余地がある。

本発明では、排気の熱を効率的に利用して触媒の温度を維持すると共に、蓄熱材へ蓄熱しない場合に排気に対する圧力損失を小さくすることが目的である。

第一の態様では、排気管内に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体と、前記排気の熱を受けて蓄熱する蓄熱材を備え、前記排気管の排気流路の断面積を小さくすることで排気からの受熱量を相対的に多くする第一状態と前記排気流路の断面積を大きくすることで排気からの受熱量を相対的に小さくする第二状態と、のいずれかを採る蓄熱部材と、前記蓄熱部材を前記第一状態と前記第二状態とに切り替える切替部材と、を有する。

この排気浄化装置では、触媒担持体に担持された触媒により、排気管を流れる排気を浄化できる。

蓄熱部材には、排気の熱を受けて蓄熱する蓄熱材が備えられており、切替部材によって、第一状態と第二状態とに切り替えられる。

蓄熱部材の第一状態では、排気管の排気流路の断面積を小さくすることで、排気からの受熱量が相対的に多くなる。これにより、効率的に排気の熱を蓄熱材に伝えることができる。蓄熱材に蓄えられた熱が、たとえば触媒の温度低下時に触媒に作用して触媒の温度低下が抑制されることで、触媒の排気浄化能力を維持できる。

蓄熱部材の第二状態では、排気流路の断面積を大きくすることで、排気からの受熱量が相対的に小さくなる。排気流路の断面積が大きいので、排気管を流れる排気に対する圧力損失が小さい。

しかも、蓄熱部材の第一状態と第二状態との切り替えを、切替部材により、確実に行うことができる。

第二の態様では、第一の態様において、前記切替部材が、前記排気管に備えられた回転軸を備え、前記蓄熱部材が、前記回転軸に取り付けられ回転により前記第一状態及び前記第二状態を採る。

蓄熱部材を、回転軸を中心として回転させる簡単な構成で、第一状態と第二状態とを切り替えできる。

第三の態様では、第二の態様において、前記回転軸が、前記排気流路の内部に備えられている。

回転軸が、排気流路の外部にはみ出さないので、排気管の構造を簡素化できる。

第四の態様では、第三の態様において、前記回転軸が、前記排気の流れ方向と直交する方向で、互いに平行に複数配置されている。

複数の回転軸に蓄熱部材を取り付けるので、蓄熱部材のそれぞれは小型化できる。蓄熱部材のそれぞれを小型化することで、第一状態と第二状態との切り替えが容易となる。

第五の態様では、第二の態様において、前記回転軸が、前記排気流路の外部に備えられている。

回転軸が排気流路の内部には存在しないので、第一状態にある蓄熱部材が排気から熱を受ける面積を広く確保できる。蓄熱部材が第二状態にある場合には、排気流路において、実質的に排気が流れる領域を広く確保できる。

第六の態様では、第一の態様において、前記切替部材が、前記蓄熱部材を、前記排気流路の内部に位置する前記第一状態としての内部位置と、前記排気流路の外部に位置する前記第二状態としての外部位置と、を移動させる。

蓄熱部材は、内部位置と外部位置とを移動することで、第一状態と第二状態とで確実に切り替えできる。蓄熱部材は、内部位置では排気流路の内部に位置するので、排気の熱を確実に受けることができ、外部位置では、排気流路の外部に位置するので、排気に対する圧力損失が小さい状態を確実に実現できる。

第七の態様では、第六の態様において、前記排気管を部分的に径方向外側に拡大して設けられ、前記外部位置にある前記蓄熱部材が格納される格納部を有する。

蓄熱部材を格納部に格納することで、蓄熱部材を外部位置に確実に維持できる。格納部は排気管を部分的に径方向外側に拡大して設けられるので、格納部を構成するためのあらたな部材が不要で、部品点数が増加しない。

第八の態様では、第一〜第七のいずれか１つの態様において、前記蓄熱部材が、前記蓄熱材が封入された複数の蓄熱材容器が焼結された蓄熱材焼結体を有する。

蓄熱材は蓄熱材容器に封入されており、漏出が抑制される。蓄熱材焼結体により、複数の蓄熱材容器を焼結して一点の形状に維持できる。複数の蓄熱材容器を焼結しており、接着剤等が不要なので、蓄熱材容器の表面積を広く確保して、蓄熱材容器の内部と外部とで効率的な熱移動が可能となる。

第九の態様では、第一〜第七のいずれか１つの態様において、前記蓄熱部材が、前記蓄熱材が封入された蓄熱材容器と、通気性を有し前記蓄熱材容器が収容された収容体と、を有する。

蓄熱材は蓄熱材容器に封入されており、漏出が抑制される。蓄熱材容器は収容体に収容されるので、一定の形状に維持できる。収容体は通気性を有するので、第一状態において、排気流路における排気の流れを妨げない。

第十の態様では、第八又は第九の態様において、前記触媒が前記蓄熱材容器の外側にも担持される。

触媒担持体に担持された触媒だけでなく、蓄熱材容器の外側に担持された触媒によっても排気を浄化することができる。

第十一の態様では、第八〜第十のいずれか１つの態様において、前記蓄熱材容器がセラミック製である。

蓄熱材容器が、たとえば金属製である構成と比較して、セラミック製なので、排気に対する耐性を高く維持しやすい。

本発明は上記構成としたので、排気の熱を効率的に利用して触媒の温度を維持すると共に、蓄熱材へ蓄熱しない場合に排気に対する圧力損失を小さくできる。

図１は第一実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図２は第一実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で示す図１の２−２線断面図である。 図３は第一実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図４は第一実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で示す図３の４−４線断面図である。 図５は第一実施形態の排気浄化装置の蓄熱材容器を一部破断して示す斜視図である。 図６は第二実施形態の排気浄化装置を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図７は第二実施形態の排気浄化装置を示す図６の７−７線断面図である。 図８は第二実施形態の排気浄化装置の蓄熱材容器を一部破断して示す斜視図である。 図９は第三実施形態の排気浄化装置を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図１０は第三実施形態の排気浄化装置を示す図９の１０−１０線断面図である。 図１１は第三実施形態の排気浄化装置の蓄熱材容器を収容部材に収容された状態で示す斜視図である。 図１２は第三実施形態の排気浄化装置の蓄熱材容器を一部破断して示す斜視図である。 図１３は第四実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図１４は第四実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で示す図１３の１４−１４線断面図である。 図１５は第四実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図１６は第四実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で示す図１５の１６−１６線断面図である。 図１７は第五実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図１８は第五実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で示す図１７の１８−１８線断面図である。 図１９は第五実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図２０は第五実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第二状態で示す図１９の２０−２０線断面図である。 図２１は第五実施形態の排気浄化装置を蓄熱部材の第一状態で示す斜視図である。 図２２は各実施形態の排気浄化装置に適用可能な蓄熱材容器の図５とは異なる変形例を一部破断して示す斜視図である。 図２３は各実施形態の排気浄化装置に適用可能な蓄熱材焼結体の内部構造を示す図である。

以下、図面を参照して第一実施形態の排気浄化装置１２を説明する。

排気浄化装置１２は、一例として、エンジンを有する自動車に適用される。図１及び図２に示すように、排気浄化装置１２は、自動車の排気管１４の内部に取り付けられる触媒担持体１６を有している。触媒担持体１６には、エンジンから排出される排気を浄化する触媒１８が担持されている。本実施形態では、排気管１４は略円筒形であるが、長手方向の一部分は他の部分よりも径が太い太径配管１４Ｂである。触媒担持体１６は太径配管１４Ｂに配置されている。

以下において、単に「上流側」及び「下流側」というときは、排気管１４内での排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）における上流側及び下流側をそれぞれいうものとする。

太径配管１４Ｂの内部において、触媒担持体１６が配置された部分よりも上流側には、複数の回転軸２０が配置されている。回転軸２０のそれぞれは、排気の流れ方向と直交する方向に延在されており、一定の間隔をあけて平行に配置されている。

回転軸２０のそれぞれには、蓄熱材容器２４が取り付けられている。蓄熱材容器２４は、第一実施形態では、蓄熱部材２２の一例である。図２及び図４に示す例では、いずれの回転軸２０においても、回転軸２０の長手方向（矢印Ｊ１方向）に一定の間隔をあけて、複数の蓄熱材容器２４が取り付けられている。

図５に示すように、蓄熱材容器２４のそれぞれは、有底筒状の部材であり、直径Ｄ１よりも、軸方向の長さＬ１の方が長い。蓄熱材容器２４の材料としては、たとえば金属であってもよいが、本実施形態ではセラミックである。そして、この外殻２６の内側に、蓄熱材３６が封入されている。蓄熱材３６は、高温の排気からの熱を受けることで、この熱を蓄えることが可能であり、また、低温の環境に対しては、蓄えた熱を放出することができる。

回転軸２０のそれぞれは、切替部材の一例である駆動機構２８によって回転駆動されるようになっている。駆動機構２８の具体的構造としては、たとえば、モータ３０の回転駆動力を回転軸２０に直接的に、あるいはギヤやベルト等を介して伝える構造を挙げることができる。

そして、回転軸２０が回転することで、蓄熱部材２２は、図１及び図２に示す第一状態Ｓ１と、図３及び図４に示す第二状態Ｓ２とを採る。第一状態Ｓ１では、排気の流れに対し蓄熱材容器２４の側面が対向しており、排気管１４の排気流路ＦＰにおいて、排気が流れる断面積が狭くなっている。これに対し、第二状態Ｓ２では、排気の流れに対し蓄熱材容器２４の底面が対向しており、排気が流れる断面積が広くなっている。

排気流路ＦＰを流れる排気が蓄熱材容器２４に当たる面積は、第二状態Ｓ２よりも第一状態Ｓ１の方が相対的に広い。このため、蓄熱材容器２４の蓄熱材３６に対する排気からの受熱量は、第一状態Ｓ１の方が多い。これに対し、排気管１４を排気が通過できる面積は、第一状態Ｓ１より第二状態Ｓ２の方が相対的に広い。このため、第二状態Ｓ２の方が第一状態Ｓ１よりも、排気管１４内を排気が流れやすい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図１及び図２に示すように、蓄熱部材２２が第一状態Ｓ１であるときは、第二状態Ｓ２であるときと比較して、蓄熱部材２２により、排気流路ＦＰを排気が流れる断面積は狭くなっており、排気が蓄熱材容器２４に当たる面積は広くなっている。排気管１４を高温の排気が流れた場合に、この排気が、蓄熱材容器２４の側面に当たるので、蓄熱材容器２４の蓄熱材３６に排気の熱を効率的に蓄えることができる。

たとえばエンジンの停止時等に排気管１４を排気が流れていない状態では、蓄熱材３６に蓄えられた熱により、蓄熱部材２２の温度低下が抑制され、さらにこの熱が触媒担持体１６の触媒１８に作用して、触媒１８の温度低下が抑制される。蓄熱材３６を有さない構造の排気浄化装置と比較して、触媒１８の温度を長時間にわたって高く、たとえば活性温度以上に維持できる。この「活性温度」は、触媒１８が排気を浄化する効果を高く発揮する下限温度である。

そして、たとえば停止していたエンジンが再始動し排気管１４を低温の排気が流れた場合でも、触媒担持体１６の触媒１８の温度が高く維持されていれば、触媒１８によって排気を浄化する効果を高く発揮できる。さらに、蓄熱材３６に蓄えられた熱が排気の流れにより触媒担持体１６の触媒１８に作用することで、触媒１８の温度低下が抑制される。

このように、本実施形態では、蓄熱部材２２の第一状態Ｓ１において、排気管１４の内部に、蓄熱材容器２４に封入された蓄熱材３６が存在している状態を実現している。このため、高温の排気が排気管１４を流れると、排気の熱を効率的に蓄熱材３６に作用させて蓄熱できる。

そして、蓄熱材３６に蓄えられた熱を触媒担持体１６の触媒１８に作用させることで、触媒１８が排気を浄化する効果を高く維持できる。

また、本実施形態では、蓄熱部材２２が第二状態Ｓ２であるときは、第一状態Ｓ１であるときと比較して、排気流路ＦＰの断面積が広くなっている。このため、排気管１４を流れる排気に対し、蓄熱材容器２４による抵抗、すなわち圧力損失が小さい。たとえば、エンジンの回転数や発生トルクが高く、排気の圧力が高い場合でも、排気を排気管１４内でスムーズに流すことができる。換言すれば、高トルクや高回転が要求され、排気管１４を流れる排気の流量が多くなる状況下では、蓄熱部材２２を第二状態Ｓ２とする。これにより、蓄熱材容器２４に起因する排気への圧力損失を小さくして、エンジンの出力トルクや回転数に与える影響を小さくすることが可能である。

加えて、本実施形態では、蓄熱部材２２が第二状態Ｓ２にあるとき、排気が蓄熱部材２２に当たらず、直接的に触媒担持体１６に達する。これにより、排気の熱を効率的に触媒担持体１６の触媒１８に作用させて、短時間で触媒１８を昇温することも可能である。

しかも、本実施形態では、蓄熱材３６への蓄熱及び放熱を行うか否かの切り替えのために、排気管１４にバイパス経路などを設ける必要がない。バイパス経路が排気管１４に設けられないので、排気の熱がバイパス経路へ逃げることもなく、効率的に排気の熱を蓄熱材３６に伝えたり、蓄熱材３６の熱を触媒担持体１６の触媒１８に伝えたりすることができる。

本実施形態では、蓄熱部材２２の第一状態Ｓ１と第二状態Ｓ２との切り替えを、切替部材の一例である回転軸２０の回転により行っている。すなわち、回転軸２０を回転させて蓄熱材容器２４の姿勢を変化させることで、第一状態Ｓ１と第二状態Ｓ２とを確実に切り替えることができる。

上記では、蓄熱部材２２が採り得る状態として、第一状態Ｓ１と第二状態Ｓ２とを挙げているが、回転軸２０の回転量を調整することで、これらの中間の状態も採り得る。具体的には、蓄熱材容器２４のそれぞれが、排気の流れ方向に対し傾斜した姿勢となっている状態である。蓄熱部材２２が中間の状態にあるときは、第一状態Ｓ１よりも、排気に対する圧力損失が小さく、第二状態よりも蓄熱材３６に効率的に排気の熱を蓄えることができる。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図６及び図７に示すように、第二実施形態の排気浄化装置４２では、排気管１４の一部に、径方向外側に拡大した格納部４４が設けられている。図６に示した例では、触媒担持体１６の上流側に格納部４４が設けられている。排気管１４（太径配管１４Ｂ）の格納部４４が設けられた部分において、格納部４４以外の領域が、排気が通過する排気流路ＦＰである。

格納部４４には、回転軸４６が配置されている。第二実施形態では、回転軸４６は１つであり、格納部４４内の下流側で、排気の流れ方向と直交する方向に延在されている。

回転軸４６には、蓄熱材容器５０が取り付けられている。第二実施形態の蓄熱材容器５０は、図８にも示すように、長尺状に形成された複数の蓄熱材容器５０が、全体として櫛形に並べられている。それぞれの蓄熱材容器５０の内部には蓄熱材３６が封入されている。複数の蓄熱材容器５０は、排気管１４の内周面に沿うように長さが設定されており、周囲が環状の枠部５２で保持されている。

回転軸４６は、駆動機構２８によって回転駆動される。そして、回転軸４６が回転することで、蓄熱部材４８は、図６に実線で示す内部位置ＮＰと、同じく図６に二点鎖線で示す外部位置ＧＰとを採る。内部位置ＮＰでは、蓄熱部材４８は排気流路ＦＰの内側に位置しており、内部位置ＮＰは第一状態Ｓ１の一例である。これに対し、外部位置ＧＰでは、蓄熱部材４８は排気流路ＦＰの外側に位置しており、外部位置ＧＰは第二状態Ｓ２の一例である。

蓄熱部材４８が内部位置ＮＰにある状態（第一状態Ｓ１）では、排気の流れに対し蓄熱材容器５０の側面が対向しており、排気流路ＦＰの断面積が小さい。排気が当たる面積は、第二状態Ｓ２よりも相対的に広くなるので、排気からの受熱量は多い。これに対し、蓄熱部材４８が外部位置ＧＰにある状態（第二状態Ｓ２）では、排気の流れに対し蓄熱材容器５０の底面が対向しており、排気管１４の排気流路ＦＰの断面積が、内部位置ＮＰにある状態よりも広い。排気が当たる面積は内部位置ＮＰにある状態よりも相対的に広くなるので、排気管１４内を排気が流れやすい。

このように、第二実施形態の構造であっても、蓄熱材容器５０を、第一状態Ｓ１と第二状態Ｓ２とに確実に切り替えることができる。

第二実施形態では、回転軸４６が格納部４４に配置されている。回転軸４６が排気流路ＦＰに存在しないので、蓄熱部材４８が第一状態Ｓ１にあるとき、排気流路ＦＰの全体を、蓄熱部材４８が排気から熱を受ける領域として利用できる。また、蓄熱部材４８が第二状態にあるときにも、排気流路ＦＰに回転軸４６が存在しないので、排気流路ＦＰに回転軸４６が存在する構造と比較して、排気の流路の抵抗（圧力損失）を小さくできる。

さらに、第二実施形態では、第二状態Ｓ２にある蓄熱部材４８は、格納部４４に格納される。蓄熱部材４８が排気流路ＦＰに存在しないので、この点においても、排気流路ＦＰに蓄熱部材４８が存在する構造と比較して、排気の流路の抵抗（圧力損失）を小さくできる。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態又は第二実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、第三実施形態の排気浄化装置６２では、蓄熱部材６４として、回転軸４６に収容部材６６が取り付けられた構造である。収容部材６６は、回転軸４６の回転によって、図９に実線で示す内部位置ＮＰ（第一状態Ｓ１）と、同じく図９に二点鎖線で示す外部位置ＧＰ（第二状態Ｓ２）とを採る。

収容部材６６の内部には、蓄熱材容器３４が収容されている。本実施形態の蓄熱材容器３４は、図１２に示すように、球形の外殻３８を有しており、外殻３８の外径は、たとえば１〜１０ｍｍ程度である。蓄熱材容器３４の外殻３８の材料としては、たとえば金属であってもよいが、本実施形態ではセラミックである。この外殻３８の内側に、蓄熱材３６が封入されている。

図１０に示すように、収容部材６６の形状は、第一状態Ｓ１にあるとき、排気管１４の内周面に沿う形状である。

図１１に示すように、収容部材６６は、蓄熱材容器３４の直径よりも小さな内寸の通気孔６６Ｈが形成された板状あるいは膜状の部材で形成されている。具体的にはメッシュ部材やパンチングメタルを例示できる。通気孔６６Ｈの内寸は蓄熱材容器３４の外径よりも小さいので、蓄熱材容器３４は収容部材６６の内部に保持される。これに対し、排気は、通気孔５６Ｈを通って収容部材６６に出入り可能である。

第三実施形態では、複数の蓄熱材容器３４が収容部材６６に収容されているので、複数の蓄熱材容器３４を、全体として一定の形状に維持できる。そして、収容部材６６に収容された複数の蓄熱材容器３４を、第一状態Ｓ１と第二状態Ｓ２とに確実に切り替えることができる。

なお、蓄熱材容器３４の間には、収容部材６６に収容された状態で隙間が生じている。この隙間を排気が通過するので、蓄熱部材６４が第二状態Ｓ２にあるときでも排気は排気流路ＦＰを流れる。そして、蓄熱材容器３２４内の蓄熱材３６は、排気から効率的に熱を受けることが可能である。

次に、第四実施形態について説明する。第四実施形態において、第一〜第三のいずれかの実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図１３〜図１６に示すように、第四実施形態の排気浄化装置７２では、蓄熱材容器３４を収容する収容部材７４が、排気管１４の内周面に沿う外周面を有する円筒形状である。太径配管１４Ｂには、格納部７６が設けられており、収容部材７４は、図１３及び図１４に示すように、排気流路ＦＰの内部に位置する内部位置ＮＰ（第一状態Ｓ１）と、排気流路ＦＰの外部に位置する外部位置ＧＰ（第二状態Ｓ２）とを採り得る。収容部材７４には、蓄熱材容器３４の直径よりも小さな内寸の通気孔７４Ｈが形成されている。

収容部材７４は、駆動機構７８によって、内部位置ＮＰと外部位置ＧＰとを移動するようになっている。駆動機構７８の構造は限定されないが、図１３及び図１５に示す例では、たとえば油圧によって、シリンダ７８Ｃ内でピストン７８Ｐを移動させている。そして、ピストン７８Ｐにピストンロッド７８Ｒを介して連結した収容部材７４を内部位置ＮＰと外部位置ＧＰとの間で移動させる構造である。この他にも、たとえば、モータの回転を往復動に変換する機構や、ソレノイドの通電でプランジャを往復動させる機構でもよい。

第四実施形態の排気浄化装置７２においても、蓄熱材容器３４を、内部位置ＮＰと外部位置ＧＰとに確実に切り替えることができる。

蓄熱材容器２４が内部位置ＮＰにある状態（第一状態Ｓ１）では、蓄熱材容器２４の間の隙間を排気が通過するので、排気は排気流路ＦＰを流れる。そして、蓄熱材容器２４内の蓄熱材３６は、排気から効率的に熱を受けることが可能である。

蓄熱材容器２４が外部位置ＧＰにある状態（第二状態Ｓ２）では、蓄熱材容器２４は排気流路ＦＰに存在していないので、排気流路ＦＰに蓄熱材容器２４が存在する構造と比較して、排気の流路の抵抗（圧力損失）を小さくできる。

次に、第五実施形態について説明する。第五実施形態において、第一〜第四のいずれかの実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図１７〜図２０に示すように、第五実施形態の排気浄化装置８２では、駆動機構８４が、排気の流れ方向と平行で、排気流路ＦＰの外部に配置された回転軸８６を有している。駆動機構８４によって回転軸８６が回転することで、収容部材７４は、内部位置ＮＰと外部位置ＧＰとを移動する。第五実施形態の駆動機構８４も、その構造は特に限定されないが、たとえば、モータ３０によって回転軸８６を直接的に、あるいはギヤやベルト等を介して回転させる機構を例示できる。

図２１にも示すように、排気管１４には、排気流路ＦＰの外側に格納部８８が設けられている。収容部材７４は、内部位置ＮＰにある状態（第一状態Ｓ１）では、排気流路ＦＰの内側に位置し、外部位置ＧＰにある状態（第二状態Ｓ２）では、排気流路ＦＰの外側に位置する。

第五実施形態の排気浄化装置８２においても、蓄熱材容器２４を、内部位置ＮＰと外部位置ＧＰとに確実に切り替えることができる。

蓄熱材容器２４が内部位置ＮＰにある状態（第一状態Ｓ１）では、蓄熱材容器２４の間の隙間を排気が通過するので、排気は排気流路ＦＰを流れる。そして、蓄熱材容器２４内の蓄熱材３６は、排気から効率的に熱を受けることが可能である。

蓄熱材容器２４が外部位置ＧＰにある状態（第二状態Ｓ２）では、蓄熱材容器２４は排気流路ＦＰに存在していないので、排気流路ＦＰに蓄熱材容器２４が存在する構造と比較して、排気の流路の抵抗（圧力損失）を小さくできる。

上記第三〜第五の各実施形態において、図２２に示す変形例の蓄熱材容器５４を用いることも可能である。この蓄熱材容器５４では、外殻３８の外側に、触媒１８が担持されている。触媒１８は、たとえば、触媒担持体１６に担持された触媒１８と同種であってもよいし異種であってもよい。

変形例の構造では、蓄熱材容器５４に担持された触媒１８によっても、排気を浄化することができる。

しかも、この触媒１８は、蓄熱材容器５４に接触しており、蓄熱材３６の熱を受けることで温度低下を抑制する効果が高い。

さらに、蓄熱材容器５４に担持された触媒１８の触媒反応が発生すると、通過する排気を、この触媒反応により昇温することが可能である。そして、昇温された排気の熱を、触媒担持体１６の触媒１８に作用させることで、触媒担持体１６の触媒１８の温度低下を抑制したり、昇温時間を短縮したりすることが可能である。

なお、外殻３８がセラミック製であれば、セラミックの微細構造（微小な凹凸や穴）に触媒１８を担持しやすく、また、外殻３８からの触媒１８の脱落も抑制できる。

また、外殻３８をセラミック製とすることで、たとえば、金属製と比較して、排気の接触による劣化を抑制することが可能である。そして、外殻３８の劣化が抑制されることで、長期間にわたって、蓄熱材３６を外殻３８に封止した状態に維持できる。

上記した実施形態の排気浄化装置において、蓄熱部材としては、図２３に示す蓄熱材焼結体９０を用いてもよい。蓄熱材焼結体９０は、複数の蓄熱材容器３４が焼結されて一体化され、一定形状を維持するように構成されている。

このような蓄熱材焼結体９０では、蓄熱材容器３４が相互に焼結されて固着されており、蓄熱材容器３４の間に隙間ＧＰが生じている。この隙間ＧＰを排気が通過するので、蓄熱材容器３４の内部の蓄熱材３６（図１２参照）と熱交換できる。蓄熱材焼結体９０では、蓄熱材容器３４を相互に固着するための接着剤等の部材が不要であるため、隙間ＧＰを広く確保でき、排気と蓄熱材３６との効率的な熱交換が可能である。

いずれにしても、上記した実施形態の排気浄化装置において、蓄熱材３６としては、高温の排気からの熱を受けて蓄熱することができると共に、低温の排気に対して放熱できれば特に限定されない。たとえば、１００℃以上６００℃以下の範囲に融点がある溶融塩を用いることができる。溶融塩は、常温で固体の塩や酸化物を、加熱により融解して液体にした物質であり、陽イオンと陰イオンとで構成されている。そして、相変化（融解、一次転移又は二次転移）に伴ってエンタルピーが変化し、蓄熱及び放熱する。

各実施形態において実際に蓄熱及び放熱する際の蓄熱材３６の相変化は、固相と液相との相転移を伴う融解であってもよく、相変化時には蓄熱材は潜熱として蓄熱及び放熱する。これに対し、固相と液相との相転移を伴わない相変化で蓄熱及び放熱してもよい。

蓄熱材３６の相変化の温度は、触媒１８の活性温度以上の温度であることが好ましい。これにより、蓄熱材３６の相転移時の温度が、触媒１８を活性温度以上となるので、触媒１８が効率的に排気を浄化できる状態を維持しやすい。

なお、蓄熱材が相転移をしない温度域であっても、顕熱として蓄熱及び放熱するので、この顕熱としての蓄熱及び放熱を触媒１８の温度低下抑制に用いてもよい。

溶融塩において、特に、相変化温度が１００℃以上６００℃以下の範囲の溶融塩は、排気との熱交換を効率よく行うことができ、各実施形態及び変形例の排気浄化装置に好ましく適用できる。

なお、溶融塩の種類によっては、相変化によって体積変化する溶融塩もある。体積変化する溶融塩を用いる場合は、蓄熱材容器３４において、溶融塩の体積変化を吸収できるように十分な容積を外殻３８の内部に確保しておけばよい。

１２ 排気浄化装置
１４ 排気管
１６ 触媒担持体
１８ 触媒
２０ 回転軸
２２ 蓄熱部材
２４ 蓄熱材容器
２８ 駆動機構（切替部材の一例）
３０ モータ
３４ 蓄熱材容器
３６ 蓄熱材
３８ 外殻
４２ 排気浄化装置
４４ 格納部
４６ 回転軸
４８ 蓄熱部材
５０ 蓄熱材容器
５４ 蓄熱材容器
６２ 排気浄化装置
６４ 蓄熱部材
６６ 収容部材
７２ 排気浄化装置
７４ 収容部材
７６ 格納部
７８ 駆動機構（切替部材の一例）
８２ 排気浄化装置
８４ 駆動機構（切替部材の一例）
８６ 回転軸
８８ 格納部
９０ 蓄熱材焼結体

Claims (11)

1. 排気管内に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体と、
   前記排気の熱を受けて蓄熱する蓄熱材を備え、前記排気管の排気流路の断面積を小さくすることで排気からの受熱量を相対的に多くする第一状態と前記排気流路の断面積を大きくすることで排気からの受熱量を相対的に小さくする第二状態と、のいずれかを採る蓄熱部材と、
   前記蓄熱部材を前記第一状態と前記第二状態とに切り替える切替部材と、
   を有する排気浄化装置。
2. 前記切替部材が、前記排気管に備えられた回転軸を備え、
   前記蓄熱部材が、前記回転軸に取り付けられ回転により前記第一状態及び前記第二状態を採る請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記回転軸が、前記排気流路の内部に備えられている請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記回転軸が、前記排気の流れ方向と直交する方向で、互いに平行に複数配置されている請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記回転軸が、前記排気流路の外部に備えられている請求項２に記載の排気浄化装置。
6. 前記切替部材が、前記蓄熱部材を、前記排気流路の内部に位置する前記第一状態としての内部位置と、前記排気流路の外部に位置する前記第二状態としての外部位置と、を移動させる請求項１に記載の排気浄化装置。
7. 前記排気管を部分的に径方向外側に拡大して設けられ、前記外部位置にある前記蓄熱部材が格納される格納部を有する請求項６に記載の排気浄化装置。
8. 前記蓄熱部材が、前記蓄熱材が封入された複数の蓄熱材容器が焼結された蓄熱材焼結体を有する請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
9. 前記蓄熱部材が、
   前記蓄熱材が封入された蓄熱材容器と、
   通気性を有し前記蓄熱材容器が収容された収容体と、
   を有する請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
10. 前記触媒が前記蓄熱材容器の外側にも担持される請求項８又は請求項９に記載の排気浄化装置。
11. 前記蓄熱材容器がセラミック製である請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置。