JPH11311117A

JPH11311117A - 触媒加熱装置

Info

Publication number: JPH11311117A
Application number: JP10119073A
Authority: JP
Inventors: Seiji Inoue; 誠司井上; Shin Honda; 伸本田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒体を加熱することによって触媒体の活性
化を図る触媒加熱装置において、構成の簡素化を図る。【解決手段】エンジンからの排気ガスが流れるガス通
路管１内には、自動車用排気ガス浄化触媒としての触媒
体２が配設されている。触媒体２の上流には、被吸着媒
体５である水の吸着・脱離により発熱・吸熱する吸着剤
４を収納した第１容器３が配設されている。第１容器３
と、ガス通路管１外部に配設され被吸着媒体５を収納す
る第２容器７とは、開閉弁１１を連通管１０にて連通さ
れている。開閉弁１１を開けると、吸着剤４の吸着に伴
う発熱により近接する触媒体２が加熱活性化され、触媒
体２が十分活性化されると、逆に触媒体２の熱を受けた
吸着剤４が脱離を行い再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒体を加熱する
ことによって触媒体の活性化を図る触媒加熱装置に関
し、排気ガス浄化用触媒や触媒式燃焼ヒータ等に用いて
好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の触媒加熱装置として、特
開平４−２７９７１６号公報に記載のものが提案されて
いる。これは、触媒にゼオライトを担持し、水をかける
ことで発生する熱により触媒を急速に加熱し活性化を促
進させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、水を消費するため、水を供給するための装
置が必要となるため装置構成が複雑化する。そこで、本
発明は上記点に鑑みて、触媒体を加熱することによって
触媒体の活性化を図る触媒加熱装置において、構成の簡
素化を図ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、水等の被吸着媒体が吸着及び脱離することに
より発熱及び吸熱を行う吸着剤を用い、この吸着剤の発
熱により触媒加熱を行うことに着目してなされたもので
ある。すなわち、請求項１記載の発明においては、吸着
剤（４）を収納するとともに触媒体（２）と熱交換可能
な形態で配置された第１容器（３）と、吸着剤（４）に
吸着・脱離される被吸着媒体（５）を収納する第２容器
（７）とを、途中部に開閉弁（１１）を備える連通管
（１０）にて連通した構成としたことを特徴としてい
る。

【０００５】それによって、開閉弁（１１）を開けて、
第２容器（７）から被吸着媒体（５）を第１容器（３）
内の吸着剤（４）に吸着させ、吸着剤（４）の発熱によ
り触媒体（２）を加熱活性化させることができる。ま
た、触媒体（２）が十分活性化したときには、吸着剤
（４）は、触媒体（２）の熱により、吸着した被吸着媒
体（５）を第２容器（７）に向けて脱離し再生される。
そして、再生後は開閉弁（１１）を閉じる。

【０００６】このように本発明では、吸着剤（４）の吸
着による発熱を利用して触媒体（２）の活性化を行うこ
とができ、また、吸着剤（４）を収納する第１容器
（３）と被吸着媒体（５）を収納する第２容器（７）と
を連通路（１０）にて連通することで、両容器（３、
７）内及び連通路（１０）内の密閉空間にて、被吸着媒
体（５）の吸着・脱離が行われるため、従来のように、
被吸着媒体（５）の供給が不要となり、構成の簡素化が
図れる。

【０００７】ここで、請求項２及び請求項３記載の発明
は、触媒体（２）と第１容器（３）との配置形態の具体
的手段を提供するものである。請求項２記載の発明で
は、内部を一端側から他端側に気体が通過する触媒体
（２）に対して、第１容器（３）を、気体が内部を貫流
可能な形状とするとともに、触媒体（２）の気体の流れ
の上流側に配置したことを特徴としており、触媒体
（２）を活性化させる際には、第１容器（３）を通過し
て吸着剤（４）の発熱により加熱された高温気体を、触
媒体（２）に通過させることで、加熱活性化が行われ
る。

【０００８】また、請求項３記載の発明では、第１容器
（３）を触媒体（２）の内部に埋設したことを特徴とし
ており、第１容器（３）と触媒体（２）とを一体化した
コンパクトな構成とでき、また、吸着剤（４）の熱を第
１容器（３）から熱伝導により触媒体（２）に伝えるこ
ともできるため、触媒体（２）を効率よく加熱活性化す
ることが可能となる。

【０００９】さらに、請求項４記載の発明では、請求項
３記載の第１容器（３）を複数の収納室（３ａ）に分割
し、且つ各収納室（３ａ）に吸着剤（４）を収納したも
のとし、これら複数の収納室（３ａ）を触媒体（２）の
内部に互いに所定間隔を開けて配置したことを特徴とし
ており、触媒体（２）全体を均一に加熱活性化すること
が簡単にできる。

【００１０】また、請求項５記載の発明では、第１容器
（３）から触媒体（２）内部に向けて吸着剤（４）の熱
を伝導させる伝熱フィン（３１）を設け、請求項３及び
請求項４記載の発明において、吸着剤（４）から触媒体
（２）への熱伝導を、より効率良く行うことができる。
また、請求項６記載の発明では、被吸着媒体（５）を収
納する第２容器（７）を外気と熱交換可能な位置に設置
したことを特徴としており、被吸着媒体（５）の過熱等
による第２容器（７）内の圧力上昇を防止できる。その
ため、例えば吸着剤（４）の再生時に、吸着した被吸着
媒体（５）を第２容器（７）に向けて効率よく脱離で
き、再生がスムーズに行われる。

【００１１】また、請求項７記載の発明では、第２容器
（７）に、被吸着媒体（５）を加熱するための電気ヒー
タ（９）を設置したことを特徴としており、第２容器
（７）内の温度や内圧が低い場合、被吸着媒体（５）を
加熱して連通路（１０）から第１容器（３）に移動し易
くすることで、被吸着媒体（５）の吸着剤（４）への吸
着を促進させることができる。

【００１２】また、請求項８記載の発明では、第１容器
（３）に、第２容器（７）からの被吸着媒体（５）を浸
透させる繊維状物質からなる浸透部材（６）を収納し、
それによって、被吸着媒体（５）の吸着剤（３）への吸
着を促進させることを特徴としている。また、請求項９
記載の発明では、第２容器（７）に、被吸着媒体（５）
を浸透させる繊維状物質からなる保持部材（８）を収納
し、それによって、第２容器（７）にて被吸着媒体
（５）を均等に保持することを特徴としている。ここ
で、これら繊維状物質としてはグラスウール等を用いる
ことが出来る。

【００１３】また、吸着剤（４）は、請求項１０記載の
発明のように、化学的な発熱反応を利用する物質を用い
ることができる。上記従来技術では、触媒が高温になる
とゼオライトの吸水性が劣化する恐れがあったが、本発
明では、触媒が高温になった場合でも効率よく吸着剤
（４）を再生できる。そのような吸着剤（４）として
は、具体的に、請求項１１記載の発明のように、Ｃａ
Ｏ、ＳｒＯ及びＢａＯから選択された物質を用いること
が出来る。

【００１４】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本第１実施形態
は、本発明の触媒加熱装置を自動車用排気ガス触媒を加
熱するものとして述べる。図１は本実施形態に係る触媒
加熱装置１００の構成を示す説明図である。図１におい
て、１は気体としてのエンジン（図示せず）からの排気
ガスの通路を形成するガス通路管であり、エンジン作動
中は、矢印Ｇに示す様に、左側から右側に排気ガスが流
れるようになっている。

【００１６】２は上記自動車用排気ガス触媒としてのモ
ノリス型の触媒体であり、ガス通路管１内に設けられて
いる。触媒体２は、アルミナやコージェライト等からな
る円柱状のハニカム担体に白金等の貴金属触媒を担持し
てなり、その内部を一端側（図１の左側）から他端側
（図１の右側）に気体が通過するようになっている。そ
して、排気ガスはこの触媒体２にて燃焼し浄化される。

【００１７】３は、後述の吸着剤４を収納する第１容器
であり、触媒体２の上流に触媒体２と近接して設けら
れ、触媒体２と熱輻射及び熱放射により熱交換可能な形
態で配設されている。第１容器３の詳細構成を図２及び
図３に示す。ここで図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
第１容器３は耐熱性、熱伝導性に優れた金属（本例では
ステンレス）等からなる。

【００１８】図２に示す様に、第１容器３は薄型の中空
箱形状で、片面側から他面側に貫通する貫通穴３１と、
この貫通穴３１に設けられたフィン（本例ではコルゲー
ト状）３２とを備える。そして、ガス通路管１を流れる
排気ガスは、貫通穴３１をフィン３２に接触しつつ貫流
するようになっている。上記吸着剤４は、被吸着媒体５
が吸着する際に発熱し、脱離する際に吸熱するものであ
り、図３に示す様に、第１容器３内部に粉末の形で充填
されている。ここで、吸着剤４内部には、被吸着媒体５
を浸透可能な繊維状物質（例えばグラスウール等）から
なる浸透部材６が埋設されており、それによって、被吸
着媒体５を吸着剤４全体に行き渡り易くし、被吸着媒体
５の吸着剤４への吸着を促進させるようになっている。

【００１９】ここで、吸着剤４としては、脱離再生を容
易とするために、被吸着媒体５としての水、アルコール
及びフロン等の吸着による化学的な発熱反応を利用する
物質を用いることが好ましい。具体的には、ＣａＯ、Ｓ
ｒＯ及びＢａＯから選択された物質を用いることがで
き、例えば、被吸着媒体５として水を用いた場合には、
吸着時に水和熱で発熱し、上記従来技術のゼオライトよ
りも高温（例えば４００〜８００℃）を得ることができ
る。

【００２０】また、７は上記被吸着媒体５を収納する第
２容器であり、ガス通路管１外部において外気と熱交換
可能な位置に配設されている。第２容器７の詳細につい
て図４の断面図を参照して説明する。第２容器７は、第
１容器３と同様の材質からなり、外壁に外気との熱交換
の効率を高めるためのフィン７１を備える中空箱型形状
を有し、内部に被吸着媒体（本例では水）５を収納す
る。

【００２１】この第２容器７内には、繊維状物質（例え
ばグラスウール等）からなる保持部材８が、内壁の底面
から側面に渡って設けられ、被吸着媒体５を浸透させ均
等に保持するようになっている。また、第２容器７の外
壁（図示例では底面外壁）には、被吸着媒体５を加熱す
るための電気ヒータ９が設けられている。この電気ヒー
タ９は通電用の一対の配線９ａを有し、第２容器７内の
温度をモニタする図示しない温度センサが所定温度より
低いと判断した場合に、図示しない制御回路により、作
動し加熱を行なうようになっている。

【００２２】そして、上記第１及び第２容器３、７は、
ガス通路管１を貫通して設けられた連通管１０により連
通しており、連通管１０を通じて被吸着媒体５が、第１
容器３内と第２容器７内とを行き来可能となっている。
なお、連通管１０がガス通路管１を貫通する部分は、排
気ガスが漏れないようになっている。また、連通管１０
の途中には、連通管１０を開閉する開閉弁１１が介在設
定されている。

【００２３】開閉弁１１は、本例では自動車のイグニッ
ションキーと連動して作動するようになっている。詳し
くは、イグニッションキーがオンとなったとき（つまり
エンジンがかかったとき）に、開閉弁１１が開状態とな
り、イグニッションキーがオフとなったとき（つまりエ
ンジンが停止したとき）に、開閉弁１１が閉状態となる
ようになっている。

【００２４】かかる上記各部材３〜１１により本実施形
態の触媒加熱装置１００が構成されているが、次にその
作動を述べる。まず、触媒加熱装置１００による触媒体
２の加熱時すなわち吸着剤４の発熱時の作動について述
べる。イグニッションキーがオンとされると、開閉弁１
１が開く。それと同時に第２容器７内の被吸着媒体
（水）５は、連通路１０を通って第１容器３内に至り、
吸着剤４に吸着される。このとき、被吸着媒体５は浸透
部材６により、吸着剤４全体にスムーズに行き渡るた
め、吸着が促進される。一方、エンジンからの排気ガス
がガス通路管１内を矢印Ｇのように流れる。

【００２５】被吸着媒体５が吸着剤４に吸着されると、
吸着剤４は急速に発熱する。この熱は、輻射熱あるいは
排気ガスの流れ（矢印Ｇ）により、触媒体２に伝達され
る。そして、触媒体２は急速に加熱され、高効率で作動
する温度（例えば２００℃〜３００℃）にまで活性化さ
れる。なお、第２容器７内の被吸着媒体５である水は、
吸着剤４の吸着作用により第１容器３へ移動するが、外
気温が低く凍結している場合や内圧が低すぎる場合で
も、電気ヒータ９で水を加熱するため、第１容器３への
移動はスムーズに行なわれる。

【００２６】次に、吸着剤４の再生時の作動について述
べる。触媒体２が十分に活性化すると、その熱が近接す
る第１容器３に伝達される。そのため、吸着剤４は再生
温度以上に加熱され、吸着した水を脱離して放出する。
放出された水分すなわち被吸着媒体５は、連通路１０を
通って第２容器７内で移動する。そして、ここで外気に
よって冷却され凝縮し、液相状態の水に戻る。この作用
はエンジン作動中、継続するため、吸着剤４は十分再生
される。

【００２７】そして、イグニッションキーがオフとされ
ると、開閉弁１１が閉じられ連通路１０が遮断される。
そのため、再生された吸着剤４に対して第２容器７から
被吸着媒体５が吸着されることはなくなり、次回の吸着
に備えることができる。ここで、第２容器７内において
被吸着媒体５は保持部材８に保水されるが、この保持部
材８により、被吸着媒体５を均等に保持することができ
るとともに、保水表面積が増大し、第２容器７内での伝
熱性が向上するため、次回の吸着を効率的に行なうこと
が出来る。

【００２８】ところで、本実施形態によれば、吸着剤４
の吸着による発熱を利用して触媒体２の活性化を行うこ
とができ、また、第１及び第２容器３、７及び連通路１
１にて形成される密閉空間にて、被吸着媒体５の吸着・
脱離が行われるため、上記従来技術のように被吸着媒体
としての水を供給する装置が不要となり、構成の簡素化
が図れる。

【００２９】また、本実施形態では、被吸着媒体５を収
納する第２容器７を外気と熱交換可能な位置に設置して
いるため、吸着剤４の再生時等に高温となった被吸着媒
体（例えば高温の水蒸気）５による第２容器７内の圧力
上昇を防止できる。そのため、吸着剤４の再生時に、吸
着した被吸着媒体５を第２容器７に向けて効率よく脱離
でき、再生がスムーズに行われる。

【００３０】また、本実施形態では、第２容器７内の温
度や内圧が低い場合でも、第２容器７に設置された電気
ヒータ９により被吸着媒体５を加熱することで、連通路
１０から第１容器３に移動し易くでき、吸着作用を促進
させることができる。また、本実施形態では、被吸着媒
体５を浸透させる浸透部材６が第１容器３に収納されて
いるため、吸着作用を促進できる。

【００３１】また、上記従来技術では、触媒が高温にな
るとゼオライトの吸水性が劣化する恐れがあったが、本
実施形態では、吸着剤４として化学的な発熱反応を利用
する物質を用いているため、触媒体２が高温になった場
合でも効率よく吸着剤４が再生できる。このように、本
実施形態では、エンジン始動初期に触媒体２を急速に活
性化させることができるため、触媒体２の早期始動が可
能とできる等、良好な排ガス浄化性能を発揮することが
できる。

【００３２】（第２実施形態）本第２実施形態に係る触
媒加熱装置１００の構成を図５及び図５のＢ−Ｂ断面図
である図６に示す。本実施形態は、第１容器３を触媒体
２の内部に埋設した構造としたことが、上記第１実施形
態と異なる。つまり、本実施形態では吸着剤４の熱を第
１容器３から熱伝導により触媒体２に伝えることができ
る。以下、主として上記第１実施形態と異なる部分につ
いて述べ、同一部分については、図中同一符号を付して
説明を省略する。

【００３３】第１容器３は中空円筒形をなし、外周面に
は触媒体２内に向けて径方向に延びる複数の板状フィン
（伝熱フィン）３１を有する。そして、第１容器３は円
筒形長軸方向を、排気ガスの流れに略平行として触媒体
２内部の略中心部に埋設されている。板状フィン３１
は、触媒体２のハニカム担体に隙間を設け、その隙間に
おいてハニカム担体に熱伝導可能なように接触して配置
されている。

【００３４】このように、本実施形態によれば、第１容
器３と触媒体２とを一体化したコンパクトな構成とでき
るため、よりいっそう構成の簡素化が図れ、また、吸着
剤４の熱を第１容器３の板状フィン３１から熱伝導によ
り、触媒体２の全域に渡って伝えることもできるため、
触媒体２を、より効率よく加熱活性化することが可能と
なる。

【００３５】（第３実施形態）本第３実施形態に係る触
媒加熱装置１００の構成を図７及び図７のＣ−Ｃ断面図
である図８に示す。本実施形態は、上記第２実施形態と
同じく第１容器３を触媒体２の内部に埋設した構造であ
るが、第１容器３を、触媒体２の内部に互いに所定間隔
を開けて配置された複数の収納室３ａに分割し、且つ各
収納室３ａに吸着剤４を収納したものとしたことが、上
記第２実施形態と異なる。以下、主として上記両実施形
態と異なる部分について述べ、同一部分については、図
中同一符号を付して説明を省略する。

【００３６】第１容器３において、各収納室３ａは各々
が連通管１１と連通した管からなり、触媒体２内部にて
排気ガスの流れに略平行に延びるように所定間隔を開け
て配置されている。そして、各収納室３ａには吸着剤４
が充填されている。なお、本実施形態においても、浸透
部材６を各収納室３ａに収納してよい。そして本実施形
態によれば、板状フィン３１の熱伝導により加熱する上
記第２実施形態に比べて、実質的に吸着剤４を触媒体２
内部全域に分布させた構造に等しいため、触媒体２全体
を均一に、より急速に加熱活性化することができる。

【００３７】なお、上記各実施形態では、本発明の触媒
加熱装置を自動車用排気ガス触媒を加熱するものとして
述べてきたが、本発明の適用はこれに限定されるもので
はなく、例えば、触媒式燃焼ヒータの触媒を加熱するの
に用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る触媒加熱装置を示
す構成図である。

【図２】図１における第１容器の詳細構成を示す図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１における第２容器の詳細構成を示す断面図
である。

【図５】本発明の第２実施形態に係る触媒加熱装置を示
す構成図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る触媒加熱装置を示
す構成図である。

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

２…触媒体、３…第１容器、３ａ…収納室、４…吸着
剤、５…被吸着媒体（水）、６…浸透部材、７…第２容
器、８…保持部材、９…電気ヒータ、１０…連通路、１
１…開閉弁、３１…板状フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒体（２）を加熱することによって前
記触媒体（２）の活性化を図る触媒加熱装置であって、前記触媒体（２）と熱交換可能な形態で配置された第１
容器（３）と、前記第１容器（３）に収納され、被吸着媒体（５）が吸
着及び脱離することにより発熱及び吸熱を行う吸着剤
（４）と、前記被吸着媒体（５）を収納する第２容器（７）と、前記第１及び第２容器（３、７）を連通する連通管（１
０）と、前記連通管（１０）の途中部に設けられ前記連通管（１
０）を開閉する開閉弁（１１）とを備えることを特徴と
する触媒加熱装置。
【請求項２】前記触媒体（２）は、その内部を一端側
から他端側に気体が通過するようになっており、前記第１容器（３）は、前記触媒体（２）を通過する前
記気体の流れの上流側に配置されるとともに、前記気体
が内部を貫流可能な形状となっていることを特徴とする
請求項１に記載の触媒加熱装置。
【請求項３】前記第１容器（３）は前記触媒体（２）
の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１に記
載の触媒加熱装置。
【請求項４】前記第１容器（３）は複数の収納室（３
ａ）に分割されており、前記吸着剤（４）は前記各収納室（３ａ）に収納されて
おり、前記各収納室（３ａ）は、前記触媒体（２）の内部に互
いに所定間隔を開けて配置されていることを特徴とする
請求項３に記載の触媒加熱装置。
【請求項５】前記第１容器（３）から前記触媒体
（２）内部に向けて、前記吸着剤（４）の熱を伝導させ
る伝熱フィン（３１）が設けられていることを特徴とす
る請求項３または４に記載の触媒加熱装置。
【請求項６】前記第２容器（７）は、外気と熱交換可
能な位置に設置されていることを特徴とする請求項１な
いし５のいずれか１つに記載の触媒加熱装置。
【請求項７】前記第２容器（７）には、前記被吸着媒
体（５）を加熱するための電気ヒータ（９）が設置され
ていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１
つに記載の触媒加熱装置。
【請求項８】前記第１容器（３）には、前記第２容器
（７）からの前記被吸着媒体（５）を浸透させて、前記
被吸着媒体（５）の前記吸着剤（４）への吸着を促進さ
せる繊維状物質からなる浸透部材（６）が収納されてい
ることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに
記載の触媒加熱装置。
【請求項９】前記第２容器（７）には、前記被吸着媒
体（５）を浸透させて前記被吸着媒体（５）を均等に保
持するための繊維状物質からなる保持部材（８）が収納
されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
か１つに記載の触媒加熱装置。
【請求項１０】前記吸着剤（４）は化学的な発熱反応
を利用する物質であることを特徴とする請求項１ないし
９のいずれか１つに記載の触媒加熱装置。
【請求項１１】前記吸着剤（４）は、ＣａＯ、ＳｒＯ
及びＢａＯから選択された物質であることを特徴とする
請求項１０に記載の触媒加熱装置。