JP3986876B2 - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関等の機関から排出される排気ガスを浄化するための触媒を搭載する排気ガス浄化用触媒コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、排気ガス浄化用触媒コンバータは、排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、ガス入口及びガス出口を繋ぐガス流路と、ガス流路に配置され排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒収容室とを備えている。ガス入口から流入した排気ガスは、触媒収容室の触媒を通過して触媒で浄化され、ガス出口から流出される。触媒ではこれの活性化温度領域を越えると排気ガス浄化能が良好であるが、活性化温度領域未満では排気ガス浄化能は必ずしも充分ではない。
【０００３】
ところで、車両等の運転では、駆動している内燃機関を停止させた後において、再起動させることが多い。この場合、触媒の温度が活性化温度領域よりも冷えていることが多いため、内燃機関の再起動直後において、触媒は活性化温度領域未満となっていることが多く、触媒の排気ガス浄化能は必ずしも充分ではない。しかし近年、環境保護の強化等から、内燃機関の再起動直後においても、触媒の排気ガス浄化能を更に向上させることが強く要請されている。
【０００４】
そこで、特開平１１−１５３０２４号公報に係る明細書の段落番号０００５によれば、ＳＡＥ Ｔｅｃｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ ＃９６１１３４，＃９５０４０９,＃９４１９９８等に、上記した事情を考慮した触媒コンバータが開示されていると記載されている。この触媒コンバータは、触媒を内装した内筒と、内筒の外周側を覆う蓄熱部材と、蓄熱部材を覆う中間筒と、内筒及び中間筒を覆う外筒と、内筒及び中間筒と外筒との間に形成され蓄熱部材の外周側に位置する真空空間部と、真空空間部に配置された水素吸蔵合金とを備えている。この触媒コンバータによれば、内燃機関の運転時には、排気ガスの温度により水素吸蔵合金から水素を真空空間部に積極的に放出させ、真空空間部を非真空状態に維持する。この場合、触媒の熱を真空空間部内の水素を介して外筒に積極的に伝達させ、触媒の過剰な昇温を抑制する。また内燃機関の停止後には、降温に伴い真空空間部内の水素を水素吸蔵合金に吸蔵させ、真空空間部の真空度を高める。このように真空空間部の真空度が高くなると、真空空間部の断熱性及び遮熱性が高くなるため、触媒及び蓄熱部材からの熱の放散を真空空間部で遮断し、以て触媒の温度を保温し、次回の内燃機関の再起動まで活性化温度領域にできるだけ維持することをねらっている。
【０００５】
また特開平１１−１１７７３１号公報には、排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、ガス入口及びガス出口を繋ぐガス流路と、ガス流路に配置され排気ガス浄化用触媒を収容する触媒収容室とを具備する排気ガス浄化用触媒コンバータが開示されている。ガス入口と触媒収容室との間には、金属製ネットにより無機質断熱材が設けられている。この公報によれば、無機質断熱材により、排気ガスの熱がコンバータの外壁に直接伝達されることが抑制され、コンバータの熱変形が抑制される旨が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した水素吸蔵合金を用いた触媒装置によれば、水素吸蔵合金から発生した水素が内筒、中間筒、外筒の金属材料に侵入し、水素脆性を引き起こすおそれがある。また、水素吸蔵合金は触媒の外周囲に設けられており、触媒の上流に設けられていないため、内燃機関停止後に触媒の上流の空気や排気ガスを積極的に暖めることができなかった。このため内燃機関停止後に再起動させたとき、触媒に供給される前の暖められた空気や排気ガスを触媒に供給することができず、内燃機関の再起動時に触媒を積極的に暖めるには充分ではなかった。よって、内燃機関の再起動時に、触媒を活性化温度領域とするまで時間を要していた。
【０００７】
他方、特開平１１−１１７７３１号公報に係る技術によれば、無機質断熱材により、排気ガスの熱がコンバータの外壁に直接伝達されることが抑制されるものの、内燃機関停止後に触媒の上流の空気や排気ガスを積極的に暖めることができなかった。このため内燃機関停止後に再起動させたとき、触媒に供給される前の暖められた空気や排気ガスを触媒に供給することができず、内燃機関の再起動時に触媒を積極的に暖めることはできなかった。よって、内燃機関の再起動時に、触媒を活性化温度領域とするまで時間を要していた。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、水素脆性の不具合を回避しつつ、内燃機関の停止時に、触媒の上流側の空気や排気ガスを暖めることができ、内燃機関を停止させた後においても触媒を活性化温度領域にできるだけ維持し、また、触媒が活性化温度領域未満に降温するときであっても、内燃機関を再起動させたとき、触媒の上流側の暖められた空気や排気ガスを触媒に積極的に供給でき、触媒を短時間に活性化温度領域に復帰させることができる排気ガス浄化用触媒コンバータを提供することを課題とするにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータは、排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、前記ガス入口及び前記ガス出口を繋ぐガス流路と、前記ガス流路に配置され排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒収容室とを具備する排気ガス浄化用触媒コンバータにおいて、昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する蓄熱部材が設けられ、前記蓄熱部材は前記ガス入口と前記触媒収容室との間に配置されており、
前記ガス出口と前記触媒収容室との間に配置され昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する第２蓄熱部材が設けられており、前記第２蓄熱部材の凝固開始温度は前記蓄熱部材の凝固開始温度よりも高いことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する蓄熱部材が設けられている。蓄熱部材はガス入口と触媒収容室との間に配置されている。このため内燃機関等の機関の駆動時には、高温の排気ガスの熱は蓄熱部材に潜熱として蓄熱される。内燃機関等の機関の停止時には触媒は降温する。但し、ガス入口と触媒収容室との間に設けられていた蓄熱部材は、内燃機関等の機関の停止時において、潜熱として蓄積（蓄熱）していた熱を降温に伴い外部に放出するため、ガス入口と触媒との間における空気や排気ガスが暖められる。このため触媒は活性化温度領域にできるだけ長い時間維持される。
【００１１】
また、内燃機関等の機関を再起動させたとき、ガス入口と触媒との間において暖められた空気や排気ガスは、内燃機関等の機関から排出される排気ガスにより、触媒に直ちに供給される。このため内燃機関等の機関の再起動時に触媒を短時間のうちに昇温させることができる。
更に本発明によれば、触媒の上流側の排気ガスの温度よりも触媒の下流側の排気ガスの温度が高いときに対処できるように、下流側の第２蓄熱部材の凝固開始温度は上流側の蓄熱部材の凝固開始温度よりも高くされている。これにより下流側の第２蓄熱部材の蓄熱性を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータは、排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、ガス入口及びガス出口を繋ぐガス流路と、ガス流路に配置され排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒収容室とを備えている。ガス入口と触媒収容室との間に蓄熱部材が設けられている。蓄熱部材は、触媒の外周側にも設けることもでき、あるいは、触媒収容室とガス出口との間にも設けることができる。
【００１３】
蓄熱部材は、昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する。上記した蓄熱部材としては金属系とすることができ、マグネシウム、アルミニウム、スズ、アンチモン、亜鉛、リチウムのうちの少なくとも１種を主要成分とする形態を採用することができる。具体的には、マグネシウム、マグネシウム−亜鉛系合金、マグネシウム−亜鉛−アルミニウム系合金、マグネシウム−アルミニウム系合金、スズ、スズ−亜鉛系合金、マグネシウム−スズ系合金、アルミニウム、アルミニウム−スズ系合金、アンチモン、アンチモン−スズ系合金、アルミニウム−マグネシウム系合金、リチウム−マグネシウム系合金、リチウム−アルミニウム系合金から選ばれた少なくとも１種の金属で形成されている形態を採用することができる。これらの金属は、触媒をこれの活性化温度領域に保持するのに貢献できる。
【００１４】
蓄熱部材を構成する金属の凝固開始温度または凝固温度は、潜熱を発現し易い温度領域であり、触媒の活性化領域に適応させることができる。即ち、蓄熱部材を構成する金属は潜熱を発揮できる温度領域が触媒の保温に適するように選択することができる。複数の金属を共存させた合金で蓄熱部材を形成すれば、蓄熱部材を構成する金属の凝固開始温度を調整できるため、触媒の保温に適するように合金組成を選択することができる。
【００１５】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、コンバータは、ガス流路においてガス入口から触媒収容室に向かうにつれて流路面積が増加する傾斜壁を有しており、蓄熱部材が傾斜壁に装備されている形態を採用することができる。この場合、蓄熱部材も傾斜するため、コンバータの軸長寸法を抑えつつ、蓄熱部材の装入量を確保することができ、蓄熱部材による蓄熱量を増加させることができる。更に排気ガスの流れに対して触媒が抵抗となるため、また、ガス入口から触媒収容室に向かうにつれて流路面積が増加するため、触媒の上流において排気ガスの速度が低下し、排気ガスと蓄熱部材との関与度合（接触頻度）を高めることができ、排気ガスの熱を蓄熱部材に蓄熱させるのに貢献できる。
【００１６】
ここで、傾斜壁としては、ガス入口から触媒収容室に向かうにつれて円錐状または角錐状、あるいは、疑似円錐状または疑似角錐状に拡開している形態を採用することができる。傾斜壁は、密閉室を形成する内側傾斜壁及び外側傾斜壁で形成されており、蓄熱部材が密閉室に密閉状態に封入されている形態を採用することができる。この場合、蓄熱部材が密閉室に密閉状態に封入されているため、蓄熱部材の漏れ、蓄熱部材の劣化が抑制される。
【００１７】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、ガス出口と触媒収容室との間に配置され排気ガスの温度を昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する第２蓄熱部材が設けられている形態を採用する。この場合、触媒の下流側においても蓄熱性を確保することができる。第２蓄熱部材としては、上記した蓄熱部材と共通の材質で形成することができ、場合によっては、上記した蓄熱部材と別の材質で形成することもできる。また、排気ガスの温度は、触媒の上流と下流とで異なることがあるため、蓄熱部材の凝固開始温度（凝固終了温度）と第２蓄熱部材の凝固開始温度（凝固終了温度）とを異ならせる。即ち、排気ガスの温度について、触媒の下流の排気ガスの温度が触媒の上流の排気ガスの温度よりも高温となる場合に対処できるように、下流側の第２蓄熱部材の凝固開始温度は上流側の蓄熱部材の凝固開始温度よりも高く設定されている。
【００１８】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、ガス出口と触媒との間には放熱促進部が設けられている形態を採用することができる。この場合、ガス出口と触媒との間における放熱を促進させることができ、触媒の過熱が抑制される。
【００１９】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、コンバータは、真空状態または減圧状態の真空断熱室と、真空断熱室に封入され大気圧下での沸点が５５０〜１１５０℃の気化可能物質とを有する形態を採用することができる。気化可能物質の大気圧下での沸点としては、６００〜９００℃、殊に６５０〜７５０℃とすることもできるが、これらに限定されるものではない。なお本明細書では、温度確認の容易さを考慮し、沸点の温度とは大気圧下での沸点の温度を意味する。同様に凝固開始温度は大気圧下での凝固開始温度を意味する。気化可能物質としては金属系を採用することができ、具体的には亜鉛、亜鉛合金、カドミウム、カドミウム合金、セレン、セレン合金、マグネシウム、マグネシウム合金から選ばれた少なくとも１種で形成されている形態を採用することができる。気化可能物質は沸点よりも低い温度領域でも蒸発することができる。なお文献（株式会社 東京化学同人,化学辞典,第１版第１刷 １９９４年１０月１日発行,第４頁（亜鉛）、,第７６６頁（セレン）,第１３８８頁（マグネシウム）,第２７９頁（カドミウム））によれば、大気圧下において、亜鉛の沸点は９０７℃とされ、セレンの沸点は６８４．６℃とされ、マグネシウムの沸点は１１０５℃とされ、カドミウムの沸点は７６５℃とされている。複数の元素を共存させた合金で気化可能物質を形成することで、沸点を調整することもできる。
【００２０】
内燃機関等の機関の駆動時には、真空断熱室が高温となるため、真空断熱室の気化可能物質の気化が進行しており、真空断熱室の伝熱性及び放熱性が向上し、触媒や蓄熱部材の過剰熱を真空断熱室を介して放出させることができ、触媒や蓄熱部材の過熱を抑えることができる。
【００２１】
内燃機関等の機関の停止時には、気化可能物質が降温するため、真空断熱室において気化していた気化可能物質の液化または固化が進行し、真空断熱室の真空度または減圧度が高くなる。この場合、真空断熱室の断熱性及び遮熱性が向上するため、触媒や蓄熱部材の降温が抑制される。更に内燃機関等の機関の停止時には、真空断熱室において気化していた気化可能物質の液化または固化が進行し、潜熱が外部に放出されるため、触媒や蓄熱部材の降温が一層抑制される。
【００２２】
真空断熱室としては蓄熱部材に隣設されている形態を採用することができる。このように真空断熱室が蓄熱部材に隣設されていると、真空断熱室が伝熱性及び放熱性を発揮するときには、蓄熱部材の熱が真空断熱室に良好に伝達されるため、蓄熱部材の過熱を抑えることができる。また真空断熱室が断熱性及び遮熱性を発揮するときには、蓄熱部材の降温を抑えることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、第１参考例を図１を参照して具体的に説明する。
【００２４】
本参考例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータ１は、車両に搭載されている内燃機関から排出される排気ガスを浄化するためのものであり、排気ガスが流入するガス入口１０と、排気ガスが流出するガス出口１２と、ガス入口１０及びガス出口１２を繋ぐガス流路１３と、ガス流路１３の中間部に配置された触媒収容室１４とを備えている。触媒収容室１４は軸長方向に沿って直筒状に延設された延設筒部１６で形成されている。触媒収容室１４には、排気ガス浄化用の触媒２が収容されている。触媒２は、入口端面２０及び出口端面２１をもつハニカム担体に触媒物質（白金、ロジウム、パラジウムの少なくとも１種）を担持させて形成されている。なおハニカム担体は、金属担体でも良いし、セラミックス担体でも良く、上流から下流に向かうガス通路を有すれば良い。触媒２の外壁面と延設筒部１６との間に、断熱材１５が触媒２の外壁面を包囲するように介在している。ガス入口１０の口径をＤ１とし、触媒２の入口端面２０の口径をＤ２とし、ガス出口１２の口径をＤ３とすると、ガス入口１０の口径Ｄ１、ガス出口１２の口径Ｄ３は、触媒２の入口端面２０の口径Ｄ２よりも小さく設定されている（Ｄ１＜Ｄ２，Ｄ３＜Ｄ２）。なおコンバータ１の上流部及び下流部には、これを排気系に取り付けるための取付孔１７を有する取付フランジ部１８がそれぞれ設けられている。
【００２５】
コンバータ１は、ステンレス鋼等に代表される耐熱性を有する金属で形成されている。コンバータ１は、触媒２の上流側のガス流路１３においてガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて流路面積が増加する上流側の傾斜壁３を有している。上流側の傾斜壁３は、ガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて円錐状または疑似円錐状に拡開しており、触媒２の中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。上流側の傾斜壁３は、円錐形状または疑似円錐形状の密閉室３３を形成するように内側傾斜壁３０及び外側傾斜壁３１で形成されている。内側傾斜壁３０は、ガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。外側傾斜壁３１は、内側傾斜壁３０の外側に同軸的に配置され、ガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。密閉室３３は外側傾斜壁３１と内側傾斜壁３０とで形成されている。
【００２６】
外側傾斜壁３１は、密閉室３３の上部に開口する装入窓３４と、装入窓３４を閉鎖する閉鎖壁３５とを有する。密閉室３３に金属系の蓄熱部材４が密閉状態に封入されている。蓄熱部材４が密閉室３３に密閉状態に封入されているため、蓄熱部材４の漏れや劣化が抑制される。なお製造工程においては、大気雰囲気、減圧雰囲気または真空雰囲気において、液状または固体状の蓄熱部材４を装入窓３４から密閉室３３に装入し、閉鎖壁３５を溶接等の接合手段で接合して装入窓３４を閉鎖する。なお、蓄熱部材４を装入した密閉室３３を閉鎖壁３５で閉鎖する前に不活性ガス（例えばアルゴンガス、窒素ガス）を密閉室３３の空間に導入することもできる。この場合、蓄熱部材４の劣化を抑えることができる。
【００２７】
このように蓄熱部材４は傾斜壁３の内部の密閉室３３に封入されている。故に、蓄熱部材４もガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて拡開するように傾斜しているため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ、蓄熱部材４の装入量を増加させることができる。なお、密閉室３３の空間体積を１００％としたとき、蓄熱部材４は、常温において一般的には１００％のうち６０〜９９％程度、８０〜９８％程度の体積を占めるように装入されている。
【００２８】
蓄熱部材４を構成する金属は、昇温して固体状態から液体状態となるとき、潜熱を蓄積する。また蓄熱部材４を構成する金属は、降温して液体状態から固体状態となるとき、潜熱を放出する。蓄熱部材４を構成する金属が潜熱を発現できる温度は、触媒２を活性化温度領域または活性化温度領域付近の温度領域に設定されている。蓄熱部材４を構成する金属は、具体的にはスズ−亜鉛系合金で形成されている。この合金は重量比でスズ５０〜９０％、亜鉛５０〜１０％含む。但し蓄熱部材４を構成する金属は、上記合金、上記組成に限定されるものではない。このように複数の金属元素を共存させた合金で蓄熱部材４を形成すれば、凝固開始温度を調整できるため、触媒２の保温に適するように合金組成を選択することができる。
【００２９】
コンバータ１は、触媒２の下流側のガス流路１３においてガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて流路面積が増加する下流側の第２傾斜壁５を有する。下流側の第２傾斜壁５は、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて拡開している。下流側の第２傾斜壁５の表出面５ｘは、放熱性を高めるべく外気に露出しており、従ってガス出口１２と触媒２との間に位置する放熱促進部として機能することができる。この場合、触媒２の出口端面２１とガス出口１２との間における放熱を促進させることができ、触媒２の過熱が抑制される。なお本参考例によれば、図１に示すように、下流側の第２傾斜壁５においては、放熱性を高めるべく蓄熱部材は設けられておらず、更に後述する真空断熱室も設けられていない。
【００３０】
コンバータ１は、触媒２の上流側において、真空状態または減圧状態の真空断熱室６と、真空断熱室６に封入された気化可能物質としての気化可能金属６２とを有する。真空断熱室６の容積を１００％とすると、常温で１００％のうち気化可能金属６２は１０〜４０％程度を占める。但し気化可能金属６２の割合はこれに限定されるものではない。後述する説明から理解できるように、真空断熱室６は、使用環境温度が低いときには断熱性及び遮熱性を発揮し、保温性を高めるものの、使用環境温度が高くなると、断熱性及び遮熱性が次第に低下すると共に、伝熱性及び放熱性を次第に発揮するようになる。
【００３１】
真空断熱室６は、蓄熱部材４の外周側に設けられているため、断熱性及び遮熱性を発揮するときには、蓄熱部材４の熱が外気へ放出されることを抑えることができる。真空断熱室６は、上流側の傾斜壁３の外側傾斜壁３１の外周側に外壁６１を同軸的に固定することにより、外壁６１と外側傾斜壁３１とで形成されている。従ってコンバータ１の上流側において外側傾斜壁３１、内側傾斜壁３０、外壁６１の三重壁構造とされており、この意味においても、使用環境温度が低いときには、触媒２の上流における断熱性及び遮熱性が高められている。
【００３２】
外壁６１は触媒２の中心線Ｐを１周するように設けられているため、真空断熱室６も中心線Ｐを１周するように形成されている。真空断熱室６は、ガス流路１３において触媒２の上流側に配置されており、即ち、ガス入口１０と触媒収容室１４との間に配置されている。上記した気化可能金属６２としては、亜鉛または亜鉛合金（例えば亜鉛−スズ合金）、あるいは、セレンまたはセレン合金が採用されている。この気化可能金属６２の沸点は大気圧下で６７０〜１１５０℃の範囲内である。気化可能金属６２は、自身の沸点以下の温度領域においても気化可能である。
【００３３】
真空断熱室６の上部に、注入口６４ｘを有する注入部６４が設けられている。製造時には、液状または固体状の気化可能金属６２を注入部６４の注入口６４ｘから真空断熱室６に注入した後に、その真空断熱室６を真空状態または減圧状態に保持した状態で注入部６４を潰し、溶接等の接合手段により注入部６４を閉鎖することにより注入部６４の注入口６４ｘを閉鎖し、気化可能金属６２を真空断熱室６に封入する。
【００３４】
内燃機関の駆動時に、内燃機関の排気ポートから高温の排気ガスがコンバータ１のガス入口１０に矢印Ｘ方向に流入し、更に触媒２に流入する。排気ガスに含まれている窒素酸化物等の環境悪化物質は触媒２の触媒物質により浄化される。浄化された排気ガスはガス出口１２から排出される。内燃機関から排出された排気ガスは高温であるため、触媒２は加熱される。触媒２の温度がこれの活性化温度領域を越えたとき、触媒２の排気ガス浄化能は充分に発揮される。
【００３５】
内燃機関の駆動時に、前述したように高温の排気ガスがガス流路１３、触媒２に流れるため、排気ガスの熱により蓄熱部材４が加熱され、蓄熱部材４に潜熱として蓄熱される。即ち、密閉室３３内の蓄熱部材４は固体状態から液体状態となることで、潜熱を蓄積する。更に排気ガスの熱は真空断熱室６にも伝達されるため、真空断熱室６が高温となり、真空断熱室６における固体状態の気化可能金属６２の液化、更には気化が進行し、気化可能金属６２は相変化することで潜熱を蓄積する。このとき、気化可能金属６２の蒸発粒子が真空断熱室６において飛翔し、密閉室３３を形成する外壁６１及び外側傾斜壁３１に衝突する頻度が飛躍的に高くなり、真空断熱室６の断熱性及び遮熱性が低下し、真空断熱室６の伝熱性及び放熱性が高くなる。従って、蓄熱部材４や触媒２の過熱となる温度領域においては、伝熱性及び放熱性が向上した真空断熱室６を介して、蓄熱部材４や触媒２の熱を外部に放出させることができ、蓄熱部材４や触媒２の過熱が抑えられる。
【００３６】
内燃機関の駆動時に、高温の排気ガスが矢印Ｘ方向にガス流路１３及び触媒２に流れるとき、触媒２が排気ガスの流れに対して抵抗体として機能し、排気ガスの流速が触媒２の入口端面２０の上流で低下するため、触媒２の入口端面２０の上流に設けられている蓄熱部材４に排気ガスが関与する度合（接触する頻度）が高まり、蓄熱部材４の蓄熱性を高めることができる。更に上流側の傾斜壁３は流路面積が増加するように拡開して傾斜しているため、この意味においても排気ガスの流速が触媒２の入口端面２０の上流で低下し、蓄熱部材４に排気ガスが関与する度合（接触する頻度）が高まり、蓄熱部材４の蓄熱性を高めることができる。
【００３７】
本参考例によれば、真空断熱室６は蓄熱部材４に隣設して配置されている。殊に真空断熱室６は蓄熱部材４の外周側に隣設して配置されている。このように真空断熱室６が蓄熱部材４に隣設されていると、内燃機関の駆動時において蓄熱部材４の温度が高温領域となり過熱状態となったとき、伝熱性及び放熱性が向上した真空断熱室６を介して、蓄熱部材４の過剰の熱を外部に放出させることができるため、蓄熱部材４の過熱の抑制を図ることができ、蓄熱部材４の耐久性の向上を図ることができる。
【００３８】
ところで駆動していた内燃機関が停止すると、高温の排気ガスが触媒２に流れないため、触媒２が次第に降温する。同様に蓄熱部材４も降温するが、蓄熱部材４の降温と共に、蓄熱部材４は液体状態から固体状態となるため、蓄熱部材４は、潜熱として蓄積していた熱を降温と共に外部に放出する。この結果、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの空気や排気ガスが暖められる。
【００３９】
また内燃機関の停止時には、真空断熱室６も降温するため、真空断熱室６において気化していた気化可能金属６２が降温して液体状態になったり、固体状態になったりする。この結果、気化可能金属６２は、潜熱として蓄積していた熱を外部に放出するため、蓄熱部材４の高温状態をできるだけ長い時間にわたり維持することができ、ひいては蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの空気や排気ガスを長い時間にわたり暖めることができる。また前述したように真空断熱室６において気化していた気化可能金属６２が液体状態になったり、固体状態になったりすると、真空断熱室６の真空度または減圧度が高くなり、真空断熱室６の断熱性及び遮熱性が向上するため、蓄熱部材４の外気への放熱が一層抑えられる。故に、蓄熱部材４の高温状態を長い時間にわたり維持することができる。この意味においても、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの空気や排気ガスを長い時間にわたり暖めることができる。
【００４０】
以上説明したように本参考例によれば、昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する蓄熱部材４が設けられている。この蓄熱部材４は、排気ガスの流れ方向においてガス入口１０と触媒収容室１４の触媒２との間に配置されている。そして内燃機関の停止時には触媒２は降温すると共に蓄熱部材４も降温する。しかしガス入口１０と触媒収容室１４との間に設けられていた蓄熱部材４は、内燃機関の停止時において、潜熱として蓄積していた熱を外部に放出するため、触媒２をできるだけ活性化温度領域に維持することができる。
【００４１】
また内燃機関の停止時において、蓄熱部材４は、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡにおける空気や排気ガスを積極的に暖めることができる。このため内燃機関を再起動させたとき、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡにおいて暖められた空気や排気ガスは、内燃機関から排出される排気ガスにより、触媒２に直ちに供給される。そのため内燃機関の停止に伴い、触媒２が活性化温度領域未満に降温したときであっても、触媒２を短時間のうちに昇温させることができる。故に、内燃機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、再起動時における排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００４２】
更に本参考例によれば、従来技術とは異なり、水素吸蔵合金による水素を利用していないため、水素脆性の問題を回避することができ、水素脆性に起因するコンバータ１の劣化を考慮しなくて済むので、コンバータ１を構成する金属の選択の自由度を拡大することができる。
【００４３】
また本参考例によれば、蓄熱部材４は傾斜壁３と共にガス入口１０から触媒収容室１４に向かうにつれて拡開するように傾斜して配置されているため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ蓄熱部材４の装入量を増加させることができ、ひいては、昇温時における蓄熱部材４による蓄熱量を増加させることができると共に、降温時における蓄熱部材４の蓄熱に基づく放熱量を増加させることができる。そのため、内燃機関の停止後において、蓄熱部材４は、ガス入口１０と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの空気や排気ガスを積極的に暖めることができる。故に、内燃機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、再起動時における排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００４４】
内燃機関等の機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させるためには、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの容積が大きい方が好ましい。この点本参考例によれば、蓄熱部材４はガス入口１０から触媒収容室１４にかけて拡開するように傾斜して配置されているため、蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡの容積を確保することができる。この結果、上流空間ＭＡに存在する空気や排気ガスを暖める体積総量を大きくすることができる。よって、内燃機関等の機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させるのに一層貢献することができる。
【００４５】
（第２参考例）
本発明の第２参考例を図２に示す。本参考例は前記した第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。真空断熱室６は延設筒部１６の外周側にも延設されており、触媒２の外周面２ｍを包囲している。よって真空断熱室６が断熱性及び遮熱性を発揮するときには、触媒２の保温性が一層確保される。真空断熱室６が伝熱性及び放熱性を発揮するときには、触媒２の過熱が一層抑制される。本参考例によれば、図２に示すように、真空断熱室６は、その底部に気化可能金属６２を貯留する貯留室６ｗを有する。このため触媒２の外周面２ｍ及び蓄熱部材４の回りは、真空断熱室６の真空空間６ｘで包囲されており、触媒２及び蓄熱部材４の断熱性及び遮熱性が高められている。
【００４６】
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図３に示す。本実施例は前記した第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。コンバータ１は、触媒２の下流側のガス流路１３においてガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて流路面積が増加する下流側の第２傾斜壁５Ｂを有する。下流側の第２傾斜壁５Ｂは、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて拡開しており、触媒２の中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。下流側の第２傾斜壁５Ｂは、円錐形状の密閉室５３Ｂを形成するように第２内側傾斜壁５０Ｂ及び第２外側傾斜壁５１Ｂで形成されている。第２内側傾斜壁５０Ｂは、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。第２外側傾斜壁５１Ｂは、第２内側傾斜壁５０Ｂの外側に同軸的に配置され、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。第２密閉室５３Ｂは第２外側傾斜壁５１Ｂと第２内側傾斜壁５０Ｂとで形成されている。
【００４７】
第２密閉室５３Ｂに第２蓄熱部材４Ｂが密閉状態に封入されている。故に、第２傾斜壁５Ｂと共に第２蓄熱部材４Ｂも傾斜するため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ、第２蓄熱部材４Ｂの装入量を確保することができる。なお本実施例によれば、下流側の第２蓄熱部材４Ｂの凝固開始温度は、上流側の蓄熱部材４の凝固開始温度と異なる温度とする。触媒２の上流側の排気ガスの温度よりも触媒２の下流側の排気ガスの温度が高いときに対処するように、下流側の第２蓄熱部材４Ｂの凝固開始温度は上流側の蓄熱部材４の凝固開始温度よりも高く設定されている。これにより下流側の第２蓄熱部材４Ｂの蓄熱性を確保することができる。
【００４８】
コンバータ１は、下流側の第２傾斜壁５Ｂの外周側においても、真空状態または減圧状態の第２真空断熱室６Ｂと、第２真空断熱室６Ｂに封入された金属系の第２気化可能金属６２Ｂとを有する。第２真空断熱室６Ｂは、下流側の傾斜壁５Ｂの第２外側傾斜壁５１Ｂの外周側に第２外壁６１Ｂを同軸的に固定することにより、第２外壁６１Ｂと第２外側傾斜壁５１Ｂとで形成されている。従ってコンバータ１の下流側においても第２外側傾斜壁５１Ｂ、第２内側傾斜壁５０Ｂ、第２外壁６１Ｂの三重壁構造とされており、この意味においても、触媒２の下流における断熱性及び遮熱性が高められている。上記した第２気化可能金属６２Ｂとしては、亜鉛または亜鉛合金（例えば亜鉛−スズ合金）、あるいは、セレンまたはセレン合金が採用されている。第２気化可能金属６２Ｂの沸点は大気圧下で６７０〜１１５０℃の範囲内である。なお第２気化可能金属６２Ｂの沸点は気化可能金属６２の沸点と同一でも良いし、高温でも低温でも良い。
【００４９】
本実施例によれば、図３に示すように、触媒２の上流側に蓄熱部材４が設けられている他に、触媒２の下流側にも第２蓄熱部材４Ｂが設けられているため、内燃機関の駆動時には、高温の排気ガスの熱は蓄熱部材４の他に第２蓄熱部材４Ｂにも潜熱として蓄熱される。このため内燃機関の停止時において、蓄熱部材４及び第２蓄熱部材４Ｂは、潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い外部に放出するため、蓄熱部材４と触媒２との間の上流空間ＭＡにおける空気や排気ガスが暖められると共に、触媒２と第２蓄熱部材４Ｂとの間の下流空間ＭＢにおける空気や排気ガスが暖められる。この結果、内燃機関の停止時において、触媒２に対する保温性が向上し、触媒２を活性化温度領域に長い時間維持することができる。また、内燃機関の停止に伴い、触媒２が活性化温度領域未満となったとしても、内燃機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、内燃機関の再起動直後における排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００５０】
また本実施例によれば、蓄熱部材４ばかりか第２蓄熱部材４Ｂも傾斜して配置されているため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ、蓄熱部材４による蓄熱量、第２蓄熱部材４Ｂによる蓄熱量を増加させることができる。故に、内燃機関を停止させたとしても、触媒２を活性化温度領域に長い時間維持することができる。故に、内燃機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００５１】
（第３参考例）
本発明の第３参考例を図４に示す。本参考例は前記した第１参考例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１参考例と相違する部分を中心として説明する。触媒２の外周面２ｍを包囲するように真空断熱室６Ｃがリング形状に同軸的に設けられている。真空断熱室６Ｃは外壁６１Ｃにより形成されている。真空断熱室６Ｃには気化可能金属６２Ｃが封入されている。気化可能金属６２Ｃとして、亜鉛または亜鉛合金（例えば亜鉛−スズ合金）、あるいは、セレンまたはセレン合金が採用されている。気化可能金属６２Ｃの沸点は大気圧下で６７０〜１１５０℃の範囲内である。
【００５２】
内燃機関の駆動時には、排気ガスの熱は真空断熱室６Ｃにも伝達されるため、真空断熱室６Ｃが高温となり、真空断熱室６Ｃにおける気化可能金属６２Ｃの気化が進行する。このため気化可能金属６２Ｃの蒸発粒子が、密閉室３３を形成する壁に衝突する頻度が飛躍的に高くなり、真空断熱室６Ｃの断熱性及び遮熱性が低下し、真空断熱室６Ｃの伝熱性及び放熱性が次第に向上する。従って、伝熱性及び放熱性が向上した真空断熱室６Ｃを介して触媒２の熱を外部に放出させることができ、触媒２の過熱が抑えられ、触媒２の耐久性の向上を図ることができる。
【００５３】
内燃機関の停止時に、触媒２は降温すると共に蓄熱部材４も降温する。しかしガス入口１０と触媒収容室１４との間に設けられていた蓄熱部材４は、内燃機関の停止時において、潜熱として蓄積していた熱を外部に放出するため、蓄熱部材４と触媒２との間の上流空間ＭＡにおける空気や排気ガスが暖められる。このため内燃機関を再起動させたとき、空間ＭＡにおいて暖められた空気や排気ガスは、内燃機関から排出される排気ガスにより、触媒２に直ちに供給される。このため降温していた触媒２を短時間のうちに昇温させることができる。故に、内燃機関の停止後に再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、触媒２の排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００５４】
上記したように内燃機関の停止時に触媒２が次第に降温する。真空断熱室６Ｃも降温するため、真空断熱室６Ｃにおいて気化していた気化可能金属６２Ｃの液化または固化が進行し、気化可能金属６２Ｃが蓄積していた熱を外部に放出し、触媒２を暖める。更に真空断熱室６Ｃにおいて気化していた気化可能金属６２Ｃの液化または固化が進行するため、真空断熱室６Ｃの真空度または減圧度が高くなり、真空断熱室６Ｃの断熱性及び遮熱性が向上する。このため真空断熱室６Ｃの断熱効果により触媒２の降温が抑制される。即ち、内燃機関の停止後に再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００５５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図５に示す。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下、第１実施例と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、亜鉛等の気化可能金属が封入されている真空断熱室は設けられていない。本実施例に係るコンバータ１は、触媒２の下流側のガス流路１３においてガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて流路面積が増加する下流側の第２傾斜壁５Ｄを有している。下流側の第２傾斜壁５Ｄは、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて拡開しており、触媒２の中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。下流側の第２傾斜壁５Ｄは、第２密閉室５３Ｄを形成するように第２内側傾斜壁５０Ｄ及び第２外側傾斜壁５１Ｄで形成されている。第２内側傾斜壁５０Ｄは、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。第２外側傾斜壁５１Ｄは、第２内側傾斜壁５０Ｄの外側に同軸的に配置され、ガス出口１２から触媒収容室１４に向かうにつれて径が増大する形状をなしており、中心線Ｐの周りを１周するように形成されている。第２密閉室５３Ｄは第２外側傾斜壁５１Ｄと第２内側傾斜壁５０Ｄとで形成されている。
【００５６】
第２蓄熱部材４Ｄは下流側の第２傾斜壁５Ｄの内部の第２密閉室５３Ｄに封入されている。故に、第２蓄熱部材４Ｄも傾斜するため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ、第２蓄熱部材４Ｄの装入量を増加させることができる。
【００５７】
本実施例によれば図５に示すように、触媒２の上流側に蓄熱部材４が設けられていると共に、触媒２の下流側にも第２蓄熱部材４Ｄが設けられている。このため内燃機関の駆動時に、高温の排気ガスの熱は蓄熱部材４の他に第２蓄熱部材４Ｄにも潜熱として蓄熱される。このため内燃機関の停止時において、蓄熱部材４及び第２蓄熱部材４Ｄは、潜熱として蓄積していた熱を外部に放出する。故に蓄熱部材４と触媒２の入口端面２０との間の上流空間ＭＡにおける空気や排気ガスが暖められると共に、触媒２の出口端面２１と第２蓄熱部材４Ｄとの間の下流空間ＭＢにおける空気や排気ガスも暖められる。この結果、内燃機関の停止時において触媒２に対する保温性が向上し、触媒２を活性化温度領域にできるだけ長い時間維持することができる。また、内燃機関を再起動させたとき、触媒２を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００５８】
また本実施例によれば、蓄熱部材４と共に第２蓄熱部材４Ｄは傾斜して配置されているため、コンバータ１の軸長寸法を抑えつつ、蓄熱部材４による蓄熱量、第２蓄熱部材４Ｄによる蓄熱量を増加させることができる。
【００５９】
なお本実施例によれば、下流側の第２蓄熱部材４Ｄの凝固開始温度は、上流側の蓄熱部材４の凝固開始温度と異なる温度とする。触媒２の上流側の排気ガスの温度よりも触媒２の下流側の排気ガスの温度が高いときには、下流側の第２蓄熱部材４Ｄの凝固開始温度を上流側の蓄熱部材４の凝固開始温度よりも高くする。これにより下流側の第２蓄熱部材４Ｄの蓄熱性を確保することができる。
【００６０】
（その他）
上記した第１実施例ではハニカム式の触媒２に適用されているが、これに限らず、ペレット式の触媒、他の方式の触媒にも適用できるものである。蓄熱部材４を構成する金属は、具体的にはスズ−亜鉛系合金で形成されているが、これに限らず、マグネシウム系、スズ系でもよいものである。その他、本発明は上記した且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、前記ガス入口及び前記ガス出口を繋ぐガス流路と、前記ガス流路に配置された触媒収容室とを有する触媒コンバータと、触媒コンバータの触媒収容室に配置された排気ガス浄化用触媒とを有する排気ガス浄化用触媒装置において、排気ガスの温度を潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する蓄熱部材が設けられ、前記蓄熱部材は前記ガス入口と前記触媒収容室との間に配置されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、内燃機関等の機関の停止後に再起動させたとき、ガス入口と触媒収容室との間に設けられていた蓄熱部材は、潜熱として蓄積していた熱を外部に放出するため、蓄熱部材と触媒との間における空気や排気ガスを効果的に暖めることができる。このため内燃機関等の機関の停止後においても、触媒を活性化温度領域にできるだけ維持することができる。
【００６２】
また、内燃機関等の機関の停止に伴い、触媒が活性化温度領域未満に降温するときであっても、内燃機関等の機関を再起動させたとき、蓄熱部材と触媒との間において暖められた空気や排気ガスを、触媒に直ちに供給することができ、従って、再起動直後において触媒を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、再起動直後における触媒の排気ガス浄化能を向上させることができる。
【００６３】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、水素吸蔵合金を用いないため、水素脆性の不具合を回避することができ、コンバータの設計等の自由度を拡大することができる。
【００６４】
本発明に係る排気ガス浄化用触媒コンバータによれば、蓄熱部材が傾斜して配置されている場合には、コンバータの軸長寸法を抑えつつ、蓄熱部材の装入量を増加させることができ、ひいては蓄熱部材による蓄熱量を増加させることができる。故に、内燃機関等の機関の停止後においても、触媒を活性化温度領域にできるだけ維持することができる。また内燃機関等の機関の停止後においても、蓄熱部材と触媒との間の空気や排気ガスを効果的に暖めることができるため、内燃機関等の機関を再起動させたとき、触媒を活性化温度領域に短時間に復帰させることができ、再起動時における触媒の排気ガス浄化能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１参考例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。
【図２】第２参考例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。
【図３】第１実施例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。
【図４】第３参考例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。
【図５】第２実施例に係る排気ガス浄化用触媒コンバータの断面図である。
【符号の説明】
図中、１はコンバータ、１０はガス入口、１２はガス出口、１３はガス流路、２は触媒、３は傾斜壁、４は蓄熱部材、４Ｂは第２蓄熱部材、５は第２傾斜壁、６は真空断熱室、６２は気化可能金属（気化可能物質）を示す。

Claims (3)

1. 排気ガスが流入するガス入口と、排気ガスが流出するガス出口と、前記ガス入口及び前記ガス出口を繋ぐガス流路と、前記ガス流路に配置され排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒収容室とを具備する排気ガス浄化用触媒コンバータにおいて、
   昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴ない放出する蓄熱部材が設けられ、前記蓄熱部材は前記ガス入口と前記触媒収容室との間に配置されており、
   前記ガス出口と前記触媒収容室との間に配置され昇温に伴い潜熱として蓄熱すると共に潜熱として蓄積していた熱を降温に伴い放出する第２蓄熱部材が設けられており、前記第２蓄熱部材の凝固開始温度は前記蓄熱部材の凝固開始温度よりも高いことを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。
2. 請求項１において、前記コンバータは、前記ガス流路において前記ガス入口から前記触媒収容室に向かうにつれて流路面積が増加する傾斜壁を有しており、前記蓄熱部材が前記傾斜壁に装備されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。
3. 請求項２において、前記傾斜壁は、密閉室を形成する内側傾斜壁及び外側傾斜壁で形成されており、前記蓄熱部材が前記密閉室に密閉状態に封入されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。

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