(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、
前記排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、
前記排気流路における前記吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、
前記排気流路における前記吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、前記吸着材の下流側であって前記触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、
前記熱輸送手段は、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の上流側の前記排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の下流側であって前記触媒（６）の上流側の前記排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、前記第１の流路（３ａ）と前記第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、前記第１の流路（３ａ）を流れる前記排気ガスの熱を、前記第２の流路（３ｂ）を流れる前記排気ガスに直接、放熱させて輸送する複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）であって、
前記対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）における前記第１の流路（３ａ）の出口と前記吸着材（５）との間には、前記排気ガスの熱を大気中に放出する放熱用熱交換器（９）が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、
前記排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、
前記排気流路における前記吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、
前記排気流路における前記吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、前記吸着材の下流側であって前記触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、
前記熱輸送手段は、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の上流側の前記排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の下流側であって前記触媒（６）の上流側の前記排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、前記第１の流路（３ａ）と前記第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、前記第１の流路（３ａ）を流れる前記排気ガスの熱を、前記第２の流路（３ｂ）を流れる前記排気ガスに直接、放熱させて輸送する複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）であって、
前記対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）における前記第１の流路（３ａ）の出口と前記吸着材（５）との間には、前記排気ガスと流体とを熱交換させる排熱回収用熱交換器（９）が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記触媒（６）は、前記第２の流路（３ｂ）の下流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記触媒（６）は、前記複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）のうち、前記第１の流路（３ａ）の最上流側であって前記第２の流路（３ｂ）の最下流側に位置する対向流型熱交換器（１０ａ）における、前記第２の流路（３ｂ）に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）のうち、前記第１の流路（３ａ）の最上流側であって前記第２の流路（３ｂ）の最下流側に位置する対向流型熱交換器（１０ａ）における、前記第１の流路（３ａ）に配置された補助用触媒（４）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、
前記排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、
前記排気流路における前記吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、
前記排気流路における前記吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、前記吸着材の下流側であって前記触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、
前記熱輸送手段は、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の上流側の前記排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の下流側であって前記触媒（６）の上流側の前記排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、前記第１の流路（３ａ）と前記第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、前記第１の流路（３ａ）を流れる前記排気ガスの熱を、前記第２の流路（３ｂ）を流れる前記排気ガスに直接、放熱させて輸送する１個の対向流型熱交換器（１１）であって、
前記対向流型熱交換器（１１）における前記第１の流路（３ａ）の出口と前記吸着材（５）との間には、前記排気ガスの熱を大気中に放出する放熱用熱交換器（９）が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】
内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、
前記排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、
前記排気流路における前記吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、
前記排気流路における前記吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、前記吸着材の下流側であって前記触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、
前記熱輸送手段は、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の上流側の前記排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、前記排気流路（３）における前記吸着材（５）の下流側であって前記触媒（６）の上流側の前記排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、前記第１の流路（３ａ）と前記第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、前記第１の流路（３ａ）を流れる前記排気ガスの熱を、前記第２の流路（３ｂ）を流れる前記排気ガスに直接、放熱させて輸送する１個の対向流型熱交換器（１１）であって、
前記対向流型熱交換器（１１）における前記第１の流路（３ａ）の出口と前記吸着材（５）との間には、前記排気ガスと流体とを熱交換させる排熱回収用熱交換器（９）が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記触媒（６）は、前記対向流型熱交換器（１１）における前記第２の流路（３ｂ）の出口部に配置されており、前記第１の流路（３ａ）を流れる前記排気ガスにより直接的に加熱されていることを特徴とする請求項６または７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
前記触媒（６）は、前記第２の流路（３ｂ）の下流側に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記触媒（６）は、前記対向流型熱交換器（１１）における前記第２の流路（３ｂ）の少なくとも出口部に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記対向流型熱交換器（１１）における前記第１の流路（３ｂ）の少なくとも入口部に配置された補助用触媒（４）を備えることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ、１１）は、前記第２の流路（３ａ）と前記第１の流路（３ｂ）における仮想的な複数のポイントの間で熱輸送を行う複数の熱輸送部から構成されており、
前記第２の流路（３ａ）における仮想的な複数のポイントと、前記第１の流路（３ｂ）における仮想的な複数のポイントとの関係が、前記第２の流路（３ａ）における前記吸着材（５）から最も離れたポイントが前記第１の流路（３ｂ）における前記触媒（６）から最も近いポイントに対応するようになっていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両や船舶、建設機械等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯX）といった有害成分を、触媒により浄化して大気中に放出することが行われている。
【０００３】
一般的に触媒は所定の活性温度を有しており、触媒が活性温度に達するまで排気ガス中の有害成分は未浄化のまま大気に放出されてしまう。これを防止するため、触媒が活性温度に達するまで、吸着材によって有害物質を吸着しておく吸着システムが提案されている。
【０００４】
このような吸着システムでは排気流路における触媒の上流側に吸着材を配置し、触媒の暖機前に放出される有害成分を吸着材に一旦吸着しておいて、触媒が活性温度に達した後に吸着材から有害成分を脱離させ、触媒にて有害成分を浄化するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、通常、吸着材における吸着成分の脱離開始温度は触媒の活性温度より低いため、触媒が活性温度に達する前に吸着材から有害成分が脱離を開始してしまうという問題がある。すなわち、エンジン始動時において、排気ガス温度が吸着材の温度が脱離温度以上になり、吸着した有害成分を放出し始めても、触媒の温度はまだ活性温度にまで上昇していない場合が存在し、その間は未浄化の有害物質が大気中に排出されることとなる。
【０００６】
そこで、吸着材が脱離温度に達するより早く触媒を活性温度に到達させるものとして以下の装置が提案されている。
【０００７】
（１）特開平６−３３４７４号公報に記載の排気ガス浄化装置では、吸着材下流側に電気加熱触媒（ＥＨＣ）を配置し、このＥＨＣによって吸着材が脱離温度に達するより早く触媒を活性温度まで昇温するように構成されている。
【０００８】
（２）特開平６−７４０１９号公報に記載の排気ガス浄化装置では、排気流路を切り替える制御バルブが備えられている。吸着材で有害成分を吸着させた後、制御バルブによって排気流路を切り替えることで、下流側の触媒を昇温させ、触媒が浄化温度に達すると再度、制御バルブによって排気流路を切り替え、吸着材からの有害成分の脱離を促し、下流側の触媒にて有害成分を浄化するように構成されている。
【０００９】
ところが、上記（１）の装置では、電気加熱触媒に電力を供給するためのオルタネータ容量アップが免れず、エンジン出力の低下を招く。また、電気配線やバッテリ容量アップもコストアップにつながる。また、上記（２）の装置では、エンジン排気ガス流路を確実に切り替えるためにのバルブの気密性、高温排ガスに対する耐久性、切り替えタイミング制御の適合等が必要となる。これらの装置は、いずれも制御が必要であるとともに構造が複雑であり、高コストになるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、吸着材および触媒を備える内燃機関の排気ガス浄化装置において、簡略な構成で内燃機関の始動時に触媒を早期に活性化させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、前記排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、前記排気流路における前記吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、前記排気流路における前記吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、前記吸着材の下流側であって前記触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、熱輸送手段は、排気流路（３）における吸着材（５）の上流側の排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、排気流路（３）における吸着材（５）の下流側であって触媒（６）の上流側の排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、第１の流路（３ａ）と第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、第１の流路（３ａ）を流れる排気ガスの熱を、第２の流路（３ｂ）を流れる排気ガスに直接、放熱させて輸送する複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）であって、対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）における第１の流路（３ａ）の出口と吸着材（５）との間には、排気ガスの熱を大気中に放出する放熱用熱交換器（９）が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、吸着材（５）の上流側における排気流路（３）を通過する排気ガスから、吸着材（５）と触媒（６）との間における排気流路（３）を通過する排気ガスへと熱を伝達することが可能となる。これにより、吸着材に導入される排気ガス温度を低くするとともに、排気ガス自身の熱を利用して触媒に導入される排気ガス温度を高くすることができる。また、熱交換器を設けるだけで吸着材（５）が脱離温度に到達する前に触媒（６）を活性温度に到達させることが可能となる。従って、触媒の早期活性化のために電気加熱触媒やバルブ機構等の複雑な装置を必要とせず、動作部品削減による信頼性向上を実現することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明では、内燃機関（１）の排気ガスが通過する排気流路（３）と、排気流路（３）に配置された吸着材（５）と、排気流路における吸着材の下流側に配置された触媒（６）と、排気流路における吸着材の上流側を流れる排気ガスの熱を、吸着材の下流側であって触媒の上流側を流れる排気ガスに輸送して、この排気ガスの温度を上昇させる熱輸送手段とを備え、熱輸送手段は、排気流路（３）における吸着材（５）の上流側の排気ガスが流れる第１の流路（３ａ）と、排気流路（３）における吸着材（５）の下流側であって触媒（６）の上流側の排気ガスが流れる第２の流路（３ｂ）とを有するとともに、第１の流路（３ａ）と第２の流路（３ｂ）とを互いに逆方向に流し、第１の流路（３ａ）を流れる排気ガスの熱を、第２の流路（３ｂ）を流れる排気ガスに直接、放熱させて輸送する複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）であって、対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）における第１の流路（３ａ）の出口と吸着材（５）との間には、排気ガスと流体とを熱交換させる排熱回収用熱交換器（９）が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
また、具体的には、触媒（６）は、請求項３に記載の発明のように、第２の流路（３ｂ）の下流側に配置することができる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明では、触媒（６）は、複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）のうち、第１の流路（３ａ）の最上流側であって第２の流路（３ｂ）の最下流側に位置する対向流型熱交換器（１０ａ）における、第２の流路（３ｂ）に配置していることを特徴としている。
【００１８】
このような構成により、熱交換器（１０）により加熱された排気ガスにて触媒（６）を加熱するのではなく、熱交換器（１０）で直接的に触媒（６）を加熱するので、触媒（６）の昇温効果をより促進することできる。従って、触媒（６）をより早期に活性温度まで到達させて浄化効果を得ることができる。さらに、触媒（６）と熱交換器（１０）を一体化して小型化できる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明では、複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）のうち、第１の流路（３ａ）の最上流側であって第２の流路（３ｂ）の最下流側に位置する対向流型熱交換器（１０ａ）における、第１の流路（３ａ）に配置された補助用触媒（４）を備えることを特徴としている。
【００２０】
このような構成により、内燃機関（１）始動時の排気ガス浄化を目的とする補助用触媒（４）を設ける場合に、熱交換器（１０）と一体化でき小型化できる。また、内燃機関（１）から排出された排気ガスが熱交換器（１０）の高温側流路（３ａ）に導入されると、高温の排気熱に曝された補助用触媒（４）が活性温度に達して触媒反応が始まる。この反応は発熱反応であり、排気ガスによる熱交換に加えて、触媒反応により高温側流路（３ａ）における補助用触媒（４）の配置された部位の温度上昇が促進され、さらに、低温側流路（３ｂ）の昇温が促進される。
【００２１】
さらに、熱輸送手段は、上記のように複数の対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ）から構成される多段構成のものに限らず、請求項６、７に記載の発明のように、熱輸送手段は、排気ガスが対向して流れるように構成された１個の対向流型熱交換器（１１）とすることができる。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明のように、触媒（６）は、対向流型熱交換器（１１）における第２の流路（３ｂ）の出口部に配置されており、第１の流路（３ａ）を流れる排気ガスにより直接的に加熱されていてもよい。また、請求項９に記載の発明のように、触媒（６）は、第２の流路（３ｂ）の下流側に配置されていてもよい。また、請求項１０に記載の発明のように、触媒（６）は対向流型熱交換器（１１）における第２の流路（３ｂ）の少なくとも出口部に配置することができる。これにより、上記請求項４に記載の発明と同様の効果を得ることができる。なお、触媒（６）は、第２の流路（３ｂ）の少なくとも出口部に配置されていればよく、第２の流路（３ｂ）の全体に配置されていてもよい。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明では、対向流型熱交換器（１１）における第１の流路（３ｂ）の少なくとも入口部に配置された補助用触媒（４）を備えることを特徴としている。これにより、上記請求項５に記載の発明と同様の効果を得ることができる。なお、補助用触媒（６）は、第１の流路（３ａ）の少なくとも入口部に配置されていればよく、第１の流路（３ａ）の全体に配置されていてもよい。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明のように、対向流型熱交換器（１０ａ〜１０ｅ、１１）は、第２の流路（３ａ）と第１の流路（３ｂ）における仮想的な複数のポイントの間で熱輸送を行う複数の熱輸送部から構成されており、第２の流路（３ａ）における仮想的な複数のポイントと、第１の流路（３ｂ）における仮想的な複数のポイントとの関係が、第２の流路（３ａ）における吸着材（５）から最も離れたポイントが第１の流路（３ｂ）における触媒（６）から最も近いポイントに対応するようになっていてもよい。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に説明する第７、８実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、第１、２実施形態は、本発明の前提となる形態であり、第３、４、５、６、９、１０実施形態は参考例として示すものである。
（第１実施形態）以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。本第１実施形態は、本発明の排気ガス浄化装置を内燃機関（エンジン）を備える車両に適用したものである。
【００２７】
図１は、本第１実施形態における排気ガス浄化装置の概略構成を示している。図１に示すように、エンジン１にて発生した排気ガスは、排気マニホールド２および排気流路３を通過して大気中に放出される。
【００２８】
排気流路３におけるエンジン１近傍には白金等の触媒成分が担持されたスタート触媒（補助用触媒）４が設けられている。スタート触媒４は、下流側に配置されるメインとなる触媒６に比較して、小容量であるとともに排気流路３における上流部に配置されており、早期に温度上昇してエンジン始動直後の排気ガス浄化を行うためのものである。
【００２９】
スタート触媒４の下流側には、活性炭、ゼオライト、シリカゲル等の吸着材５が設けられている。さらに、吸着材５の下流側には白金等の触媒成分が担持された触媒６が設けられている。エンジン１始動直後における排気ガス温度上昇時に、触媒６が排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯX）といった有害成分を浄化できる所定の活性温度に達するまで、上流側の吸着材５にて有害成分を一旦吸着しておくように構成されている。
【００３０】
排気流路３における触媒６の下流側には、消音のためのサブマフラ７およびマフラ８が設けられている。
【００３１】
本第１実施形態の排気ガス浄化装置では、排気流路３における、吸着材５の上流側と、吸着材５の下流側であって触媒６の上流側との間で熱交換できる熱交換器（熱輸送手段）１０が設けられている。本第１実施形態の熱交換器１０は、複数の対向流型熱交換器１０ａ〜１０ｅが直列に配置された多段構成の熱交換器群となっている。
【００３２】
熱交換器１０には、排気流路３が対向するように通過している。これにより熱交換器１０には、２つの対向する上流側の高温側流路（第１の流路）３ａと下流側の低温側流路（第２の流路）３ｂとが形成される。高温側流路３ａと低温側流路３ｂには、排気ガスが互いに逆方向に流れるように構成されている。
【００３３】
高温側流路３ａと低温側流路３ｂとの間には吸着材５が配置され、低温側流路３ｂの下流側には触媒６が配置されている。熱交換器１０では、高温側流路３ａを流れる排気ガスから低温側流路３ｂを流れる排気ガスに熱が伝わるように構成されている。複数の熱交換器１０ａ〜１０ｅのうち、高温側流路３ａの最上流側であって低温側流路３ｂの最下流側の熱交換器１０ａが最も高温となっており、高温側流路３ａの最下流側であって低温側流路３ｂの最上流側の熱交換器１０ｅが最も低温となっている。
【００３４】
熱交換器１０は、高温側流路３ａと低温側流路３ｂにおける仮想的な複数のポイントの間で熱輸送を行う複数の熱輸送部から構成される。高温側流路３ａにおける仮想複数ポイントと、低温側流路３ｂにおける仮想複数ポイントとの関係は、高温側流路３ａにおける吸着材５から最も離れたポイントが低温側流路３ｂにおける触媒６から最も近いポイントに対応するようになっている。
【００３５】
以下、上記構成の排気ガス浄化装置の作動について説明する。まず、エンジン１が始動するとエンジン１から排出された有害成分を含む排気ガスは、排気マニホールド２からスタート触媒４を通過して、熱交換器１０の高温側流路３ａに導入される。排気ガスは熱交換器１０を通過するうちに多段構成の熱交換器１０ａ〜１０ｅにて吸熱され徐々に低温となり、熱交換器１０から流出する。
【００３６】
熱交換器１０を通過して低温となった排気ガスは吸着材５に導入され、排気ガス中の有害成分が吸着材５により吸着される。このとき、排気ガス温度は熱交換器１０にて吸熱されて低温となっているので、吸着材５による有害物質の吸着効率を向上させることができる。
【００３７】
吸着材５にて有害成分を吸着除去された排気ガスは、熱交換器１０の低温側流路３ｂに導入される。排気ガスは熱交換器１０内で高温側流路３ａから伝わる熱により徐々に昇温され、高温の排気ガスとなって熱交換器１０から流出する。
【００３８】
次に、排気ガスは触媒６に導入される。このとき排気ガスは熱交換器１０を通過して高温となっているので、触媒６を早期に活性温度まで昇温することができる。最後に、排気ガスはサブマフラ７およびマフラ８を通過して大気中に放出される。
【００３９】
以上の工程により、吸着材５が有害成分の脱離温度に達するより早く、触媒６を活性温度に到達させることが可能となる。
【００４０】
次に、熱交換器１０における熱の流れを図２に基づいて詳細に説明する。図２は熱交換器１０における排気ガスの流れと熱の流れを模式的に示したものであり、説明の便宜上熱交換器を６段構成としている。図中白抜き矢印が熱の流れを示している。
【００４１】
例えば熱交換器１０の高温側流路３ａに導入される際の排気ガス温度が４００℃で、排気ガスは各熱交換器１０ａ〜１０ｆで吸熱され５０℃ずつ温度低下するとすれば、図２に示すように熱交換器１０から流出するときの排気ガス温度は１００℃まで低下する。このとき、各熱交換器１０ａ〜１０ｆにおいて、排気ガスが有していた熱の一部が高温側流路３ａから低温側流路３ｂへと（図中上方から下方）流れる。そして排気ガスは低温となった状態で吸着材５に導入される。
【００４２】
排気ガスは吸着材５を通過した後、熱交換器１０の低温側流路３ｂに導入される。このときの排気ガス温度が５０℃とすると、排気ガスは各熱交換器１０ｆ〜１０ａを通過する際に高温側流路３ａから伝わる熱を受け取って排気ガスは順に温度上昇し、熱交換器１０から流出するときには３５０℃まで温度上昇する。そして排気ガスは高温となった状態で触媒６に導入される。
【００４３】
このように、熱交換器１０では、高温側流路３ａを通過する排気ガスは上流側から下流側に向かって徐々に温度が低下し、低温側流路３ｂを通過する排気ガスは上流側から下流側に向かって徐々に温度が上昇するように構成されている。
【００４４】
以上のような構成の熱交換器１０により、排気流路３における、吸着材５の上流側と、吸着材５の下流側であって触媒６の上流側との間で熱交換を行うことができる。すなわち、吸着材５の上流側における排気流路３を通過する排気ガスから、吸着材５と触媒６との間における排気流路３を通過する排気ガスへと熱を伝達することが可能となる。
【００４５】
これにより、吸着材５に導入される排気ガス温度を低くするとともに、排気ガス自身の熱を利用して触媒６に導入される排気ガス温度を高くすることができる。つまり、熱交換器１０を設けるだけで吸着材５が脱離温度に到達する前に触媒６を活性温度に到達させることができる。このように本第１実施形態の排気ガス浄化装置であれば、触媒の早期活性化のために電気加熱触媒やバルブ機構等の複雑な装置を必要とせず、動作部品削減による信頼性向上を実現することができる。
【００４６】
また、熱交換器１０を多段構成の熱交換器群とすることで、吸着材５に流出する排気ガス温度より触媒６に流出する排気ガス温度のほうを高く設定することも容易にできる。その結果、吸着材５と触媒６をそれぞれ適温にすることができるので、排気浄化効率を高めることができる。その際、多段構成の熱交換器１０ａ〜１０ｅの個数は任意に設定できる。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第１実施形態に比較して、熱交換器を複数の熱交換器群を一体化して１つの対向流型熱交換器１１とした点が異なるものである。この場合、熱交換器１１において、高温側流路３ａと低温側流路３ｂとの間で熱輸送が行われる仮想複数ポイントは、連続的に存在することとなる。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本第２実施形態の熱交換器１１では、高温側流路３ａにおける上流側であって低温側流路３ｂの下流側（図３中左側）が高温となっており、高温側流路３ａにおける下流側であって低温側流路３ｂの上流側（図３中右側）が低温となっている。本第２実施形態の熱交換器１１によっても、高温側流路３ａを流れる排気ガスから低温側流路３ｂを流れる排気ガスへと熱が伝えられ、高温側流路３ａを通過する排気ガスは徐々に温度が低下した後に吸着材５に導入され、低温側流路３ｂを通過する排気ガスは徐々に昇温されて触媒６に導入される。
【００４９】
このような本第２実施形態の排気ガス浄化装置の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、熱交換器１１を一体化構造とすることにより熱交換器１１の小型化を容易に行うことができる。
【００５０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第１実施形態に比較して、複数の対向流型熱交換器１０ａ〜１０ｅのうち、最も高温側の熱交換器１０ａにおける低温側流路３ｂの金属表面に触媒成分を担持して触媒６を構成している点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本第３実施形態の排気ガス浄化装置の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第３実施形態の排気ガス浄化装置のように触媒６を最高温側の熱交換器１０ａ内に設けることにより、触媒６と熱交換器１０を一体化して小型化できる。さらに、熱交換器１０により加熱された排気ガスにて触媒６を加熱するのではなく、熱交換器１０で直接的に触媒６を加熱するので、触媒６の昇温効果をより促進することできる。このとき、触媒６を複数の熱交換器１０ａ〜１０ｅのうちで最高温側の熱交換器１０ａに設けているので、触媒６をより早期に活性温度まで到達させて浄化効果を得ることができる。
【００５２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。本第４実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第２実施形態と同様に一体構成の対向流型熱交換器１１を用いたものであり、上記第２実施形態に比較して、熱交換器１１の低温側流路３ｂの金属表面に触媒成分を担持して触媒６を構成している点が異なるものである。上記第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
触媒６は、図５（ａ）に示すように熱交換器１１における低温側流路３ｂの一部に設けてもいいし、図５（ｂ）に示すように低温側流路３ｂの全体に設けてもよい。
【００５４】
本第４実施形態の排気ガス浄化装置によっても、上記第３実施形態と同様に触媒６を熱交換器１１内に設けることで、触媒６と熱交換器１１を一体化して小型化できる。さらに、熱交換器１１により加熱された排気ガスにて触媒６を加熱するのではなく、熱交換器１１で直接的に触媒６を加熱するので、触媒６の昇温効果をより促進することできる。従って、触媒６をより早期に活性温度まで到達させて浄化効果を得ることができる。
【００５５】
なお、図５（ａ）に示すように触媒成分を熱交換器１１の低温側流路３ｂの一部に触媒６を設ける場合には、熱交換器１１内でより高温となる低温側流路３ｂの出口近傍の出口部に触媒を設ける方が触媒６の昇温効果が高まり、排気ガス浄化効果が大きい。
【００５６】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図６に基づいて説明する。本第５実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第３実施形態と同様に複数の対向流型熱交換器１０ａ〜１０ｅの最も高温側の熱交換器１０ａの低温側流路３ｂの金属表面に触媒成分を担持して触媒６を構成しており、上記第３実施形態に比較して、最も高温側の熱交換器１０ａの高温側流路３ａの金属表面にも触媒成分を担持してスタート触媒４を構成している点が異なるものである。上記第３実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
エンジン１から排出された排気ガスが熱交換器１０の高温側流路３ａに導入されると、高温の排気熱に曝されたスタート触媒４が活性温度に達して触媒反応が始まる。この反応は発熱反応であり、排気ガスによる熱交換に加えて、触媒反応により高温側流路３ａにおけるスタート触媒４が設けられた部位の温度上昇が促進される。これにより低温側流路３ｂの昇温が促進され、低温側流路３ｂに設けられた触媒６の昇温が促進される。
【００５８】
また、スタート触媒４と熱交換器１０とを一体化できるので、小型化が容易となる。
【００５９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。本第６実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第４実施形態と同様に１個の対向流型熱交換器１１の低温側流路３ｂの金属表面に触媒成分を担持して触媒６を構成しており、上記第４実施形態に比較して、熱交換器１１の高温側流路３ａの金属表面にも触媒成分を担持してスタート触媒４を構成している点が異なるものである。上記第４実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
スタート触媒４および触媒６は、図７（ａ）に示すように熱交換器１１における高温側流路３ａおよび低温側流路３ｂの一部に設けてもいいし、図７（ｂ）に示すように高温側流路３ａおよび低温側流路３ｂの全体に設けてもよい。または、スタート触媒４あるいは触媒６の一方を、高温側あるいは低温側流路３ａ、３ｂの一部に設け、他方を流路３ａ、３ｂの全体に設けるようにしてもよい。
【００６１】
このような構成により、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、スタート触媒４を高温側流路３ａの一部に設けるとともに触媒６を低温側流路３ｂの一部に設ける場合には、スタート触媒４を高温側流路３ａにおいて、より高温となる入口近傍の入口部に設けて、触媒６を低温側流路３ｂにおいて、より高温となる出口近傍の出口部に設ける方が触媒６の昇温効果が高まり、排気ガス浄化効果が大きい。
【００６２】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図８に基づいて説明する。本第７実施形態の排気ガス浄化装置は上記第１実施形態に比較して、図８に示すように熱交換器１０の高温側流路３ａの出口と吸着材５との間に放熱用熱交換器９を設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
このように、熱交換器１０の高温側流路３ａの出口と吸着材５との間に放熱用熱交換器９を設けることで、熱交換器１０から流出して吸着器５に導入される排気ガスの熱を大気中に放出して、さらに低温にすることができる。このような構成により、吸着器５の温度をより低く保つことができるので、吸着器５の吸着能力を向上させることができるとともに、吸着材５からの有害成分の脱離開始を遅らせることができる。
【００６４】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図９に基づいて説明する。本第８実施形態の排気ガス浄化装置は、上記第７実施形態の排気ガス浄化装置の放熱用熱交換器９を排熱回収用熱交換器として用いたものである。上記第７実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
このような構成により、排熱回収用熱交換器９にて回収した熱を用いて、車両の潤滑オイル系を加熱してフリクションを低減させて燃費を向上させたり、あるいは、冷却水系の温度上昇を促進させて車室内ヒータの即効性を上昇させることができる。さらに、吸着材５にて吸着した有害物質を脱離させる必要がある場合には、逆に排熱回収用熱交換器９に熱を与えて吸着材５を加熱するように構成してもよい。
【００６６】
（参考例１）
次に、本発明の参考例１について図１０に基づいて説明する。本参考例１の排気ガス浄化装置は、上記第１実施形態に比較して、熱交換器１２を複数の直交流型熱交換器から構成している点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
直交流型熱交換器では、排気ガスが直交するように流れるように構成されている。本参考例１のような構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果をえることができる。さらに、本参考例１のように直交流型熱交換器を組み合わせて熱交換器群を構成することで、熱交換器１２のレイアウト、外形、配置等の自由度を大きくすることができる。
【００６８】
（参考例２）
次に、本発明の参考例２について図１１に基づいて説明する。本参考例２の排気ガス浄化装置は、上記第１実施形態に比較して、熱交換器１３において高温側流路３ａと低温側流路３ｂとが対向するように形成されておらず、図１１に示すように、吸着材５の上流に配置された熱交換器１３ａ〜１３ｃと、吸着材５と触媒６との間に配置された熱交換器１３ｄ〜１３ｆとの間でヒートパイプ１４を介して熱交換が行われる点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本参考例２の排気ガス浄化装置では、熱交換器１３が、吸着材５の上流に配置された熱交換器１３ａ〜１３ｃからなる第１熱交換器群と、吸着材５と触媒６との間に配置された熱交換器１３ｄ〜１３ｆからなる第２熱交換器群と、これらの熱交換器群を熱的に接続するヒートパイプ１４とから構成されている。
【００７０】
ヒートパイプ１４は、第１熱交換器群の熱交換器１３ａ〜１３ｃと第２熱交換器群の熱交換器１３ｄ〜１３ｆのうち、吸着材５からそれぞれ等しい位置にある熱交換器を接続している。すなわち、第１熱交換器群の最上流の熱交換器１３ａは第２熱交換器の最下流の熱交換器１３ｆと接続され、第１熱交換器群の最下流の熱交換器１３ｃは第２熱交換器の最上流の熱交換器１３ｄと接続される。
【００７１】
このような構成の熱交換器１３により、排気ガスは第１熱交換器群１３ａ〜１３ｃを通過するうちに吸熱され、低温となった状態で吸着材５に導入される。このとき、排気ガスの有していた熱は第１熱交換器群１３ａ〜１３ｃからヒートパイプ１４を介して第２熱交換器群１３ｄ〜１３ｆに伝えられる。吸着材５を通過した排気ガスは第２熱交換器群１３ｃ〜１３ｆを通過するうちに昇温され、高温となった状態で触媒６に導入される。
【００７２】
以上のような構成の本参考例２の排気ガス浄化装置によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図２】図１の熱交換器における熱の流れを示す概念図である。
【図３】第２実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図４】第３実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図５】第４実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図６】第５実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図７】第６実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図８】第７実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図９】第８実施形態の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図１０】  参考例１の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【図１１】  参考例２の排気ガス浄化装置の概略構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…排気マニホールド、３…排気流路、３ａ…高温側流路（第１の流路）、３ｂ…低温側流路第２の流路）、４…スタート触媒（補助用触媒）、５…吸着材、６…触媒、７…サブマフラ、８…マフラ、１０〜１３…熱交換器（熱輸送手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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