(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱対象を加熱する際に、排気管と加熱対象との間の伝熱性能の低下を抑制することができる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化装置１は、エンジンと接続される排気管１３と、排気管１３の内部に配置された酸化触媒４と、酸化触媒４を排気管１３の外側から加熱する化学蓄熱ユニットと、を備える。化学蓄熱ユニットは、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる蓄熱材１８を含む反応器１４と、反応器１４と接続され、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵器とを有している。酸化触媒４は、触媒物質を担持する複数の基材１２からなる。複数の基材１２は、酸化触媒４の周方向に沿って分割されている。各基材１２間には、基材１２よりも膨張係数の大きい膨張材１１が配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記内燃機関と接続される排気管と、
前記排気管の内部に配置された加熱対象と、
前記加熱対象を前記排気管の外側から加熱する加熱手段と、
を備え、
前記加熱対象は、前記加熱対象の周方向に沿って分割された複数の部材からなり、
前記各部材間には、前記部材よりも膨張係数の大きい膨張材が配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記膨張材は、前記加熱対象の径方向に延びるように設けられていることを特徴とする、
請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記膨張材は、前記排気管の径方向中心部に配置されていることを特徴とする、
請求項１または２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記膨張材は、円柱状又は円筒状をなしていることを特徴とする、
請求項３記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記加熱対象は、触媒であり、
前記部材は、触媒物質が担持される基材であり、
前記膨張材は、前記触媒物質が担持される補助的な基材として構成されていることを特徴とする請求項３記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスを浄化する排ガス浄化装置としては、下記の特許文献１に記載されているようなものが知られている。特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、触媒の外周部に蓄熱材を含む化学蓄熱装置を配置し、蓄熱材の化学反応の反応熱を利用して触媒を暖機（加熱）するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−２０８１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されているように、触媒を外周部より加熱して暖機する場合、排ガスの漏れを抑制するために触媒を排気管の中に配置し、排気管を挟んで触媒の外周側に化学蓄熱装置等の加熱手段を配置することがある。
【０００５】
しかしながら、そのような構成では、触媒を形成する基材の膨張係数が排気管の膨張係数に比べて小さい場合には、触媒を加熱した際、排気管と基材との間に隙間が生じ、排気管と触媒との間の伝熱性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、加熱対象を加熱する際に、排気管と加熱対象との間の伝熱性能の低下を抑制することができる排ガス浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、内燃機関と接続される排気管と、排気管の内部に配置された加熱対象と、加熱対象を排気管の外側から加熱する加熱手段と、を備え、加熱対象は、加熱対象の周方向に沿って分割される複数の部材からなり、各部材間には、部材よりも膨張係数の大きい膨張材が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明の排ガス浄化装置では、加熱対象を形成する部材が加熱対象の周方向に沿って複数に分割され、各部材間に部材より膨張係数の高い膨張材が配置されている。このため、加熱手段によって加熱対象を加熱する際、膨張材が排気管の径方向外側に向かって膨張して、部材を排気管に押し付けることになる。よって、排気管と部材との膨張係数の違いにより排気管と部材との間に隙間が生じることが抑制される。これにより、排気管と加熱対象との間の伝熱性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
好ましくは、膨張材は、加熱対象の径方向に延びるように設けられている。この場合には、加熱対象の加工が行いやすくなる。また、排気管の径方向中心部が加熱対象として使用可能となるため、加熱対象の断面積を大きくすることができる。これにより、加熱対象による浄化性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、好ましくは、膨張材は、排気管の径方向中心部に配置されている。この場合には、加熱対象を加熱した際に膨張材が排気管の中心部から排気管の径方向外側に向かって膨張しやすくなるため、膨張材が部材を排気管に十分に押し付けることができる。
【００１１】
また、好ましくは、膨張材は、円柱状又は円筒状をなしている。この場合には、膨張材を簡単な構造で構成することができる。
【００１２】
また、好ましくは、加熱対象は、触媒であり、部材は、触媒物質が担持される基材であり、膨張材は、触媒物質が担持される補助的な基材として構成されている。この場合、膨張材は触媒としても機能することになるため、触媒の断面積を大きくすることができる。これにより、触媒による浄化性能の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加熱対象を加熱する際に、排気管と加熱対象との間の伝熱性能の低下を抑制することができる。これにより、加熱対象を効率的に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る排ガス浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した酸化触媒を排気管および反応器と共に示す断面図である。
【図３】図２に示した膨張材の変形例を示す断面図である。
【図４】図２に示した膨張材の他の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る排ガス浄化装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る排ガス浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。排ガス浄化装置１は、車両のディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２という）等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する装置である。
【００１７】
排ガス浄化装置１は、エンジン２と接続された排気通路３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒（ＤＯＣ）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６及び酸化触媒（ＡＳＣ）７を備えている。酸化触媒４は、排ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、添加弁８より尿素やアンモニア（ＮＨ３）を供給して、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６の下流側に流れたＮＨ３を酸化する触媒である。
【００１８】
排気通路３の一部は、排気管１３によって構成されている（図２参照）。排気管１３は、円筒状の配管であり、例えばステンレスから構成されている。排気管１３の内部には酸化触媒４が配置されている。
【００１９】
酸化触媒４は、図２に示すように、触媒物質を担持する複数の基材１２からなる。基材１２は、ハニカム状（格子状）からなっている。基材１２は、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）や、コージェライト等のセラミックで形成されている。基材１２の膨張係数は、排気管１３の膨張係数よりも小さい。基材１２に担持される触媒物質としては、白金やパラジウム等の貴金属が用いられる。
【００２０】
基材１２は、酸化触媒４の周方向に沿って分割（ここでは４分割）されている。各基材１２間には膨張材１１が配置されている。
【００２１】
膨張材１１は、排ガスの流れる方向（車両の前後方向）から見て断面十字状となるように、つまり酸化触媒４の径方向に延びるように配置されている。膨張材１１の膨張係数は、基材１２の膨張係数よりも大きい。膨張材１１は、例えばステンレスなどの金属材料で形成される。
【００２２】
一般に酸化触媒４等の酸化触媒には、環境汚染物質の浄化能力を発揮させる温度領域（活性温度）が存在する。従って、酸化触媒４の温度を活性温度にするために、酸化触媒４を加熱する必要がある。
【００２３】
排ガス浄化装置１は、図１に示すように、エネルギーレスで酸化触媒４を排気管１３の外周から加熱する加熱手段である化学蓄熱ユニット１０を備えている。化学蓄熱ユニット１０は、通常は排ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに蓄えた熱を使用するというものである。
【００２４】
化学蓄熱ユニット１０は、反応器１４と、この反応器１４に媒体供給通路９を介して接続され、反応媒体としてのアンモニア（ＮＨ３）を貯蔵する貯蔵器１５を有している。媒体供給通路９には、開閉弁９ａが設けられている。
【００２５】
反応器１４は、図２に示すように、金属（例えばステンレス）で形成された円筒状のケース１７を有している。ケース１７内には、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる蓄熱材１８が収容されている。蓄熱材１８は、排気管１３の外周面全体に接触するようにリング状に形成されている。蓄熱材１８は、例えばＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＭｇＢｒ２、ＭｇＩ２等で形成されている。ケース１７と蓄熱材１８との間には、断熱材（図示せず）が介在されていてもよい。
【００２６】
媒体供給通路９は、図１に示すように、反応器１４の蓄熱材１８と貯蔵器１５とを接続する通路である。貯蔵器１５には、ＮＨ３を物理吸着する活性炭が内蔵されている。活性炭にＮＨ３が物理吸着されることで、ＮＨ３が貯蔵器１５に貯蔵されるようになる。
【００２７】
以上のように排ガス浄化装置１を構成した場合、エンジン２からの排ガスの温度が低いときは、貯蔵器１５に貯蔵されたＮＨ３が媒体供給通路９を介して反応器１４の蓄熱材１８に供給され、蓄熱材１８の材料（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、蓄熱材１８から熱を発生させることができる。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応が起こる。
【００２８】
ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３  ⇔  Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱
【００２９】
そして、蓄熱材１８から発生した熱が排気管１３を介して酸化触媒４に伝えられ、酸化触媒４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで加熱されるようになる。
【００３０】
このとき、酸化触媒４の各基材１２の間には基材１２よりも膨張係数の高い膨張材１１が配置されているため、膨張材１１が排気管１３の径方向外側に向かって膨張し、基材１２を排気管１３に押し付けることになる。つまり、膨張材１１が膨張することにより、基材１２が排気管１３の内周面に当接した状態となる。このため、排気管１３と基材１２との膨張係数の違いにより排気管１３と基材１２との間に隙間が生じることが抑制される。これにより、排気管１３から酸化触媒４へ伝熱性能の低下を抑制することができ、酸化触媒４を活性温度まで効率良く加熱することができる。
【００３１】
一方、エンジン２からの排ガスの温度が高くなると、排ガスの熱（排熱）が排気管１３を介して蓄熱材１８に与えられることでＭｇＣｌ２とＮＨ３とが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応が起こる。そして、ＭｇＣｌ２から分離したＮＨ３は、媒体供給通路９を介して貯蔵器１５に戻って回収されるようになる。
【００３２】
このときでも、排熱により膨張材１１が排気管１３の径方向外側に向かって膨張し、基材１２を排気管１３に押し付けるため、排気管１３と基材１２との間に隙間が生じることが抑制される。これにより、酸化触媒４から排気管１３へ伝熱性能の低下を抑制することができ、ＮＨ３を反応器１４から貯蔵器１５に効率良く回収することができる。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、排気管１３と酸化触媒４との間の伝熱性能の低下が抑制されるため、酸化触媒４を効率よく加熱することができると共に、ＮＨ３を効率よく回収することができる。
【００３４】
また、膨張材１１が酸化触媒４の径方向に延びるように設けられていることで、排気管１３の径方向中心部が酸化触媒４として使用可能となるため、酸化触媒４の断面積を大きくすることができる。これにより、酸化触媒４による浄化性能の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、酸化触媒４は、通常、複数の基材を接着することで、一つの円筒状の基材が形成されるようになっている。本実施形態では、断面十字状の膨張材１１を用いることにより、分割された基材１２がそのまま使用されるため、基材１２を別途加工する必要がなくなると共に、基材１２の接着を行う必要もなくなる。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、膨張材１１は排ガスの流れる方向から見て断面十字状となるように配置されているが、膨張材１１の配置角度としては、特にそれには限られず、例えば、排ガスの流れる方向から見て断面×状となるように膨張材１１を配置しても良い。また、膨張材１１としては、断面クロス状に一体で設ける必要はなく、板状の膨張材を各基材１２間に配置して断面クロス状としてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、排ガスの流れる方向から見て断面クロス状となるような膨張材１１を使用したが、膨張材１１としてはこれに限定されない。膨張材１１の変形例を図３に示す。図３では、円柱形の膨張材１１が、排ガスの流れる方向に延びるように設けられている。また、膨張材１１は、排気管１３の径方向中心部に配置されている。
【００３８】
このように、膨張材１１を排気管１３の径方向中心部に配置することにより、酸化触媒４が加熱された際に膨張材１１が排気管１３の中心部から排気管１３の径方向外側に向かって膨張しやすくなるため、基材１２を排気管１３に十分に押し付けることができる。なお、膨張材１１は、円筒状をなしていてもよい。
【００３９】
膨張材１１の他の変形例を図４に示す。図４では、膨張材１１が、触媒物質が担持される補助的なハニカム状の基材２２として構成されている。基材２２は、ステンレスやアルミニウム等のメタル（金属材料）で形成されている。この場合には、膨張材１１は酸化触媒４の一部としても機能することになるため、酸化触媒４の断面積を大きくすることができる。これにより、酸化触媒４による浄化性能の低下を抑制することができる。
【００４０】
また、図２に示す断面クロス状の膨張材１１と図３に示す円柱状又は円筒状の膨張材１１、あるいは図４に示す補助的な基材２２として構成された膨張材１１とを組み合わせた構成としても良い。
【００４１】
以上、好適な実施形態について説明したが、本実施形態により得られる排ガス浄化装置は、上述した形態に限定されるものではなく、変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、上記実施形態では、酸化触媒４を形成する基材１２が４分割されているが、基材１２の分割数は４つに限定されない。
【００４２】
また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ３とＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２等の蓄熱材１８とを化学反応させて熱を発生させるようにしたが、反応媒体としては、特にＮＨ３には限られず、例えばＨ２Ｏとしても良い。この場合には、Ｈ２Ｏと化学反応させる蓄熱材としては、ＣａＯ等を使用する。また、酸化触媒４を加熱する手段としては、特にそのような化学蓄熱方式には限られず、ヒータ等であっても良い。
【００４３】
さらに、上記実施形態は、ディーゼルエンジン２の排気系に設けられた酸化触媒４を加熱するものであるが、本発明は、ディーゼルエンジン２の排気系に設けられた他の排気触媒を加熱するもの、或いはガソリンエンジンの排気系に設けられた何れかの排気触媒を加熱するものにも適用可能である。また、本発明は、排気管１３の内部に配置された分散板等の加熱対象を加熱するものにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…排ガス浄化装置、２…ディーゼルエンジン（エンジン）、３…排気通路、４…酸化触媒（加熱対象）、１０…化学蓄熱ユニット（加熱手段）、１１…膨張材、１２…基材、１３…排気管、１４…反応器、１５…貯蔵器、１７…ケース、１８…蓄熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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