JPH09511558A - 車両排気システムの熱管理を行う方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 伝導性可変な断熱手段で触媒コンバータをカバーすることによって、触媒コンバータの温度を最適レベルに維持し、触媒コンバータ温度を着火温度へ上昇させているとき熱損失を抑制し、着火温度への到達を加速するように大量な熱を保存するが、着火温度に到達した後、逆に触媒コンバータから熱を移送する。伝導性可変な断熱手段は、ガス制御手段と金属−金属熱分路手段とを有する。軸方向配置のシールド部材により、熱輻射及び熱対流による熱損失を抑制する。熱保存用媒体は、相変化材料を含む。熱交換器および熱交換用流体により、触媒コンバータから熱を移送したり該触媒コンバータへ熱を移転させたりする。

Description

【発明の詳細な説明】 車両排気システムの熱管理を行う方法および装置 詳細な説明関連特許出願についての資料 本特許出願は、１９９２年１０月１４日に提出した米国特許出願０７／９６０ ，８８５号の一部継続である。該親出願はまた、１９９２年５月２３日に提出し た米国特許出願０７／８５６，８４０号（既に特許登録、特許番号：５，１７５ ，９７５）の一部継続である。特許登録になった該親出願はまた、１９８８年４ 月１５日に提出した米国特許出願０７／１８１，９２６号（既に放棄）の継続出 願である。上記した米国特許出願０７／９６０，８８５号はまた、１９９０年６ 月１２日に提出した米国特許出願０７／５３５，７８２号（既に特許登録、特許 番号：５，１５７，８９３）の一部継続でもある。該米国特許出願０７／５３５ ，７８２号はまた、１９８８年４月１５日に提出した米国特許出願０７／１８１ ，９２６号の一部継続である。技術分野 本発明は、車両の排気システムに関し、特に触媒コンバータで発生した熱を管 理し利用するシステムに関するものである。背景の従来技術 大多数の車両排気システム、特にガソリン内燃機関により駆動される車両の排 気システムには、触媒コンバータを装備して排気ガス中の有害 成分放出を抑制している。現在、最も有効とされる触媒コンバータには、一種ま たは一種以上の金属触媒例えば白金、パラジウム、ロジウムで塗布したセラミッ ク基体を収納している。高温時の炭化水素還元に用いられる適正な貴金属は白金 であって、ロジウムは窒素酸化物および一酸化炭素を低減するために用いられて いる。現在、スリーウエー触媒コンバータは一般的に、これらの貴金属を同時に 使用している。これらの貴金属により、二種類の酸化反応が発生する。一つの酸 化反応では一酸化炭素が二酸化炭素に酸化されるが、もう一つの酸化反応では炭 化水素が二酸化炭素と水とに酸化される。それと同時に、窒素酸化物は窒素と酸 素とに還元される。これらの反応は、ある高温の条件下で非常に活発である。し かし、５０％の炭化水素が酸化されるときの温度すなわち着火温度になるまでは 、触媒コンバータの効率は非常に低い。例えば、ジェ．シー．サマーらは、「着 火触媒を用いてカリフォーニアＬＥＶ／ＵＬＥＶ標準を満たす」というタイトル の論文（触媒および排気技術誌、自動車エンジニア特別出版学会、第９６８号、 ワルレンダル、ペンシルバニア、１９９３年）で、排気管よりの炭化水素放出の うち約６０〜８０％が最初の冷態段階で発生することを指摘している。 着火温度をもっと速く達するために、排気熱をなるべく触媒コンバータに保持 することが望ましい。このような熱量保持は、少なくとも６００〜８００°Ｆの 着火温度が達成されるまで続けられる。触媒コンバータを覆う断熱ジャッケトを 設けることは、上記した熱量保持に役立っているが、着火温度が達成された後、 排気ガスとの触媒反応で発生する放熱により触媒コンバータの温度は急速に上昇 する恐れがある。長時間運転によりまたは触媒コンバータ内の燃料豊富なガスに より発生した熱は効率的に消散できないならば、この熱は蓄積されて、触媒の老 化を加速し、さらに触媒コンバータおよび周辺部材または物体を永久に損なう可 能性がある。この問題は、ディ．ベインブリジの米国特許５，１６３，２８９号 にも言及されている。該米国特許では、触媒コンバータを覆うように断熱ジャケ ットを設けており、用いられる断熱材は、高温時の伝熱性が低温時より優れた耐 火ファイバーである。このような試みは、正しい方向への第一歩とは言えるが、 排気ガス中の有害物放出を抑制すると共に触媒コンバータで発生した熱を利用す るための、触媒コンバータに対するもっと有効なコントロールおよびもっと有効 な熱管理は、依然として開発されていない。本発明の開示 本発明の主な目的は、自動車排気用の触媒コンバータシステムで着火温度に達 するための時間を短縮しさらに場合によって省略し、長時間運転条件下でも過度 な熱蓄積を防止することができる触媒コンバータ熱管理システムを提供しようと している。 本発明の他の目的は、自動車排気システムの触媒コンバータを覆うように充分 な断熱遮蔽を施し、長時間の熱態運転中にコンバータ周辺の温度敏感材を保護す ることにある。 本発明のもう一つの目的は、過度な熱が蓄積し温度が触媒コンバータの有効な 連続寿命を損ないそうなとき、自動車排気システムの触媒コンバータから熱を安 全に移送し消散させることにある。 本発明の他の目的は、触媒コンバータで発生した熱を効率的に管理する構造お よび方法を提供しようとしている。 本発明におけるもっと特殊な目的は、触媒コンバータのために、コントロール 可能な断熱措置およびコンバータジャケットを提供しようとしている。これらの 措置およびジャケットにより、長時間にわたって熱を保持すると共に着火点以上 に触媒温度を維持することができ、着火点温 度が到達されていない場合は到達するまでの時間が短縮され、過度な熱および熱 蓄積から触媒コンバータおよび周辺部材または周囲環境が保護され、触媒コンバ ータおよび排気システムにおける他の部分の操作温度が安定され、触媒コンバー タで発生した熱が効果的に利用されるようになる。 本発明における上記以外の目的、利点、新規な特徴は、一部は以下の説明に述 べられており、一部は以下の説明を吟味し或いは実施することによって当業者で あれば明瞭に理解することができる。さらに、上記した本発明の目的および利点 は、本説明文に添付してある請求の範囲からも理解できるようになっている。 上記した目的を達成するために、本発明の排気ガス管理システムは、触媒コン バータを覆うように可変かつコントロール可能な断熱手段を施している。該断熱 手段は、触媒コンバータ内で排気ガスが発生していないとき或いは触媒コンバー タの温度が最適温度または着火温度に達していないとき、オンとなり触媒コンバ ータ内に熱を保持するが、触媒コンバータの温度が最適温度または着火温度以上 になったときオフとなるように構成されている。上記した断熱手段はまた、オン とオフとの間の数種類の状態にわたってコントロールされて、触媒コンバータ組 立内の温度を緩和することが可能である。上記した可変かつコントロール可能な 断熱手段は、断熱手段の機能を選択的にオン・オフする気体または固体の伝熱制 御手段を有している。さらに、熱交換器を設けることによって、触媒コンバータ への伝熱またはそこからの熱移送ができる。該熱交換器がコンパクト真空断熱手 段によりジャケットされており、可変な断熱手段がオンとなったとき熱を保持す るようになっている。図面の簡単な説明 以下の説明で用いられ本明細書の一部となる図面は、本発明の最良形態を示し ており、これらの図面は以下の説明文と共に、本発明の原理を説明することがで きる。 図１は、本発明による触媒コンバータ熱管理システムの概略図である。 図２は、本発明による熱管理を提供するために構成された触媒コンバータおよ びそのハウジングの断面図である。 図３は、従来の触媒コンバータ排気システムにおける運転時間と温度と排気放 出との間の関係を示すグラフ図である。 図４は、従来の触媒コンバータシステムの排気放出と比較したもので、本発明 の熱管理を行うために構成された触媒コンバータ排気システムにおいて運転時間 と温度と排気放出との間の関係を示すグラフ図である。 図５は、本発明による触媒コンバータの熱管理システムの変形例を示している 。 図６は、図２および図５に示す触媒コンバータの熱伝導性を可変するために使 用される熱ショート棒を拡大して示している。 図７は、触媒基体を収容する内側ハウジング内に相変化材料が配置されている 他の実施例を示す断面図である。本発明を実施するための最良形態 図１は、本発明の熱管理システムを装備した触媒コンバータ１０を示している 。触媒コンバータ１０は、排気管Ｐに装着されているが、排気管Ｐは、内燃エン ジン（内燃機関）Ｅの排気多岐管Ｍに接続されている。排気管Ｐによって、排気 ガスがエンジンＥから触媒コンバータ１０へ移送される。触媒コンバータ１０に は、従来のスリーウエー触媒を収納しており、排気ガス中の未燃焼の燃料と反応 させて、排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素と酸化窒素などの放出を抑制する。 反応後の排気ガスは、 自動車の後端部にある端末管Ｔを介して排出される。 図２に示すように、本発明の触媒コンバータ１０は、触媒収容用の内側ハウジ ング１２を内蔵している。該内側ハウジング１２は、好ましくは金属材料または 他の気密性材料で作られており、スリーウエー触媒材料、例えば白金、パラジウ ムおよび／またはロジウムで塗布されたセラミック基体１４，１６，１８を少な くとも一つ収容している。エンジンＥ（図１）からの排気ガスは、矢印２０で示 すように触媒コンバータ１０内を流通して、セラミック基体１４，１６，１８に 形成された無数のポールまたはチャンネル２２（触媒が塗布してある）を通過し ているので、触媒反応用の有効面積が比較的に大きい。 内側ハウジング１２は、外側ハウジング２４内に装着されている。外側ハウジ ング２４の内壁と内側ハウジング１２の外壁との間には、半径方向に所定の間隔 を形成させている。外側ハウジング２４は、内側ハウジング１２と同じように、 好ましくは金属材料または他の気密性材料（高温で高い真空度の環境でも気密性 が保たれる）で作られている。このように、内側ハウジング１２と外側ハウジン グ２４との間に形成された環状のチャンバー３０が真空状態となる。チャンバー ３０の断熱性能は、後で詳述するように好ましくはコントロール可能である。こ こで充分言えることは、チャンバー３０の断熱効果によって、内側ハウジング１ ２内の触媒基体１４，１６，１８からの熱が外側ハウジング２４を介して移転し 周囲環境へ消散することが抑制されている。 一方、このような熱移転を放置した場合、排気ガスの触媒反応で発生した熱が 周囲環境へ落とされてしまう。また、熱伝導性或いは必要な断熱容量とによって 、チャンバー３０を、充分に機能する状態と全く機能しない状態との間で程度可 変にコントロールすることが望ましい。従って、熱を触媒基体１４，１６，１８ に保持するように断熱チャンバー３ ０の断熱作用を機能させることで、例えばエンジン始動直後に、触媒が着火温度 または最適運転温度に到達するに要される時間を短縮できる。一方、触媒が最適 運転温度に到達した後、断熱チャンバー３０の断熱機能を発揮させないことで、 過度な熱蓄積や高温状態を防止して、触媒基体１４，１６，１８への被害を避け ると共に、基体１４，１６，１８に塗布された触媒材料の使用寿命短縮を避ける 。なお、重要なのは、エンジンＥがオフになった後に断熱チャンバー３０を機能 させることで、熱をなるべく長く触媒基体１４，１６，１８に保持して、次回に エンジンが始動されるまで触媒の着火点以上に温度を保つようにし、或いは少な くとも周辺の環境温度以上に触媒基体１４，１６，１８を保温することで、次回 のエンジン始動時に触媒が着火点に昇温するに必要な時間を短縮する。 上記した可変な熱伝導性または断熱性をコントロールする方法および装置は、 われわれの米国特許０７／９６０，８８５号に詳細に記載されている。真空チャ ンバー３０は、排気ガスが触媒基体１４，１６，１８を流通している内側ハウジ ング１２の内部から密閉離隔されていると共に、外側ハウジング２４の外部から も密閉離隔されている。このような密閉離隔はどう行われるべきかは、各特定の 技術において特に限定されることがないが、確実な密閉離隔は、金属と金属との 溶接により行われることが望ましい。例えば、図２に示すように、内側ハウジン グ１２は、円筒部３６の両端にプレート３２および３６を溶接して形成されてい る。外側ハウジング２４も同じように、円筒部４２の両端にプレート３８および ４０を溶接して形成されている。円筒部４２の内壁面は、複数のスペーサ５０に より円筒部３６の外壁面から離れている。これらのスペーサ５０は、好ましくは 低伝熱性材料例えばセラミックで構成されており、カーブされまたはとがってい る表面を有して伝熱抵抗節点を成している。 これらの伝熱抵抗節点によって、内側ハウジング１２から外側ハウジング２４ま で熱が伝導するとき伝熱接触面が最小となる。例えば図２に示すように、スペー サ５０は、カーブされた両セラミック材４６と４８との間に球形のセラミックビ ード４４を挟ませて形成されており、合計４箇所の「近似点」を形成させ、すな わち内側ハウジング１２と外側ハウジング２４との間に極めて小さいセラミック −セラミック接触部または伝熱抵抗節点を形成させている。このような伝熱抵抗 節点では、セラミック材４６と４８のカーブされた外表面がそれぞれ円筒部３６ の外面と円筒部４２の内面と接触している。また、球形ビード４４の直径方向の 両端は、それぞれのセラミック４６と４８との内面に接触している。勿論、カー ブされたセラミック材４６および４８を省略してもよいが、これらを設けること によって、球形ビード４４を通過する熱流の抵抗を増加することができる。また 、ビード４４は、内側ハウジング１２の外周面を巻いて覆うように使用できる長 尺状のより線の形にしてもよいが、このような形状により接触面が大きくなって しまう。セラミックスペーサ５０は、ガラスや磁器または他の材料より優れてお り、その理由はセラミックを高融点材料で構成することができるからである。セ ラミックを使用することによって、触媒反応の高温環境でも触媒構造上の完全性 を保つことができる。 プレート３８とプレート３２との間に形成された排気ガスの通路、およびプレ ート３４とプレート４０との間に形成された排気ガスの通路は、それぞれのプレ ート３８，３２，３４，４０に溶接された気密性の薄い金属ホイールダクト５２ と５４によって形成されており、内側ハウジング１２と外側ハウジング２４との 間に形成された断熱チャンバー３０の真空密閉性を保っている。また好ましくは 、ダクト５２と５４を風袋のように波状に形成させておく。それにより、熱が内 側ハウジング１２か らダクト５２および５４を通じて外側ハウジング２４へ伝導するときの距離が長 くなる。さらに、複数の薄い反射性金属ホイールシールド５６は、スペーサ５８ （好ましくはセラミックで作られるが、厳格なガス抜き材料でなくてもよい）に より互いに分離されており、このようなシールド５６をチャンバー３０に設ける ことにより、内側ハウジング１２と外側ハウジング２４との間での輻射伝熱が抑 制される。 チャンバー３０は、高度真空状態とされているが、真空断熱効果を確保するた めに好ましくは１０^-5〜１０^-6トール真空度に維持することが必要である。一方 、真空断熱制御システム例えば図２に示すガス制御システム６０を設けることに よって、真空チャンバー３０の断熱効果をコントロールすることができる。この ガス制御システム６０では、われわれの米国特許０７／９６０，８８５に記載さ れているように、金属容器６６には水素ガス源例えば金属水素化物６２を収納し 、金属容器６８には、水素ウインドまたはゲート例えばパラジウム６４を収納し ており、両金属容器がコンジット７０によって真空チャンバー３０に連通してい る。金属水素化物６２が例えば電熱手段７２により加熱されたとき、水素ガスが 放出される。該水素ガスがチャンバー３０内に流入されて、チャンバー３０を介 して熱を伝達するので、チャンバー３０の断熱機能を低減し或いは作用させない ようになっている。一方、金属水素化物６２が冷却されたとき、水素ガスが金属 水素化物６２に再び捕捉されて、容器６６内に低圧水素ガスの濃度分布が形成さ れる。それにより、チャンバー３０内の水素ガスが容器６６へ吸引されるので、 チャンバー３０の断熱機能を復帰させることになる。また、パラジウムゲート６ ４は、電熱手段７２より加熱された水素ガスを通過させるが、加熱されていない 水素ガスを通過させないようになっている。従って、金属水素化物６２とパラジ ウムゲート６４とを加熱することによっていったんチャンバー ３０内に導入された水素ガスが、電熱手段７２用の電源を切ると共に加熱手段７ ４用の電源を切りパラジウムゲート６４を冷却させた場合、そのままチャンバー ３０内に保持されることが可能である。通常、パラジウムゲート６４の冷却は、 金属水素化物６２より早められいる。それにより、水素ガスのほぼ全量をチャン バー３０内に保持することができ、ガス制御システム６０によりチャンバー３０ の断熱機能を最大限に中止させることができる。さらに、チャンバー３０の断熱 機能を復帰させるとき、パラジウムゲート６４のみを瞬間的に加熱するだけで、 水素ガスがチャンバー３０内よりパラジウムゲート６４を通じて金属水素化物６ ２へ吸引されるようになる。勿論、金属水素化物６２およびパラジウムゲート６ ４に対する加熱および冷却をコントロールし、加熱および冷却の時間を設定する ことによって、水素ガスによりチャンバー３０を介しての熱伝導を所要の程度ま でコントロールすることができ、伝熱を充分に大きい程度と完全停止との間で自 由に制御することができる。 上記したガス制御システム６０用の電源は、バッテリー８８から得られている が、触媒コンバータで発生した熱を用いた熱電エネルギー源装置を利用すること も可能である。事実、このような熱電エネルギー源装置で臨界レベルの電力を作 り出すために触媒コンバータからの充分な熱出力が得られるので、該熱により断 熱チャンバー３０の熱伝導性を維持することができる。 加熱手段７２および７４は、適正な電気制御手段例えばそれぞれのリレースイ ッチ８２および８４によって、オン・オフできるようになっている。これらのリ レースイッチ８２および８４はまた、適正な電子制御ユニット８６例えばマイク ロプロセサまたは他の論理回路によってコントロールされている。また、このよ うな制御は、電気制御回路の設計・製造に従事している技術者が本発明の原理を 理解したならば充分にでき ることである。例えば、制御ユニット８６は、自動車の点火スイッチ７６に接続 されているタイミング検出回路または他の回路を有しており、このような回路に よりエンジンＥ（図１）の起動を検知することができ、触媒基体１４，１６，１ ８が最適の作業温度に達するための所定時間が経過すると、リレースイッチ８２ および８４を作動させて、断熱チャンバー３０の断熱状態を中止させる。また、 エンジンＥを停止させた後に断熱チャンバー３０の断熱状態を復帰させるように 制御ユニット８６をプログラミングすることも可能である。それにより、エンジ ンＥが作動していない間、触媒の温度を短時間に周囲の環境温度まで冷却させず に、触媒基体１４，１６，１８内に熱をなるべく長く保持することができる。こ のようなコントロールによって、触媒基体１４，１６，１８を、エンジンＥ再始 動までの長時間にわたって着火点以上の温度に保つことができる。従って次回の エンジン始動に際して、排気ガスの触媒反応が直ちにできるようになり、有害な 排気ガスの排出が抑制されると共に、触媒を周囲の環境温度から着火温度まで再 び昇温させるための操作が省略できるようになる。 上述した利点が、図３および図４を参照して判るようになっている。図３にお いて曲線９０は、従来の触媒コンバータにおけるエンジン運転時間と触媒温度と の関係を示している。曲線１００は、（時間−温度）曲線９０に対応しながら、 従来の触媒コンバータからの排気（ＣＯ）放出量とエンジン運転時間との関係を 示している。例えば、従来の触媒コンバータの場合、エンジン始動前の触媒温度 （符号９１）が実質的に周囲の環境温度Ｔｏとなっている。このような周囲環境 温度は、夏の場合は１００°Ｆ以上、冬の場合は０°Ｆ以下になる可能性がある が、何れの場合にも、触媒の通常着火温度６００〜８００°Ｆより遙かに低くな っている。開始温度Ｔｏでエンジンを始動した場合、排気ガスは温度が 比較的に低く、湿度が高く、不完全燃焼の燃料を多く含有している。そのため、 符号１０２で示されるように、冷態のエンジンおよび冷態の触媒コンバータの排 気（ＣＯ）放出量Ｅｃは、最初の暖機時期９２のとき非常に高くなっている。エ ンジンからの排気ガスの熱により作用する暖機時期（通常、約６０〜１８０秒） ９２が経過し、時間ｔ1の時点で着火点温度ＴL（約６００〜８００°Ｆ）に達し たとき、触媒コンバータで排気ガスと反応する触媒反応からの放熱によって温度 がさらに上昇し、符号９４で示されたレベルに達する。このような温度上昇は、 時間ｔ2の時点で所定の平衡操作温度ＴRになるまで続いている。上記した着火温 度は、排気ガス中の５０％の炭化水素が触媒により転化されたときの温度と定義 されている。同じ時間ｔ1〜ｔ2（約３０〜６０秒）内、符号１０４で示されるよ うに、触媒反応は一層活発になり、排気（ＣＯ）放出量が急速に通常運転レベル ＥRまで低下する。レベルＥRは、エンジンが運転している限り実質的に維持され ている量である。上記した平衡操作温度ＴRは、多数の要因、例えば排気ガス中 の燃料含有量、エンジン負荷、排気ガスの体積および流速、触媒の有効性、触媒 コンバータ経由の熱消散率などに依存して変化するが、排気減少の反応を効率的 に促進するためにＴRを充分に高い温度（１２００°Ｆ）にすることが必要であ る。一方、触媒，触媒の基体，関連の成分および触媒の構造を損なう温度になら ないように注意すべきである。また、エンジン運転がストップされたとき、例え ば時間ｔ3の時点では、（ＣＯ）放出が符号１０６で示されたように急激に停止 する。それと同時に、触媒を含む触媒コンバータは、符号９６で示されたように 速いスピードで冷却し、時間ｔ4の時点で周囲の環境温度に戻る。この現象も勿 論、多数の要因例えば気候、環境温度、触媒コンバータの構造、および触媒コン バータの交換周期などの条件に依存して変化する。一般的には、従来の触媒コン バータ が２０〜４０分の時間内に着火温度以下に冷却され、また４〜６時間の時間内に 周囲の環境温度まで冷却されるのは、普通となっている。図３において、曲線１ ００以下の斜線部分は、エンジン運転時の排気放出を示している。 図４は、本発明により構成され図２で示された触媒コンバータ１０の（時間− 温度）曲線１１０および（時間−排気放出）曲線１２０を示している。図４に示 す曲線は、改良された温度管理と減少された排気放出を実証している。断熱チャ ンバー３０の断熱効果および関連する熱保存部材の効果によって、僅か５ポンド 未満の熱保存部材または吸熱材を使用するだけで、触媒コンバータの基体１４， １６，１８に熱を４０時間以上保持することができる（勿論、周囲の環境温度と 気候による）。従って、非常に長い期間に車両を使用していない事例を除いて、 過去１２時間内にエンジンを作動していれば（これは、通勤用車両としては極普 通である）、エンジン始動前のｔoの時点で触媒の温度は周囲の環境温度Ｔoより 高くなっており、符号１１１で示すように着火温度ＴLに近づいている。さらに 、過去の短い時間内（例えば１０時間）に車両を使用していた場合、断熱チャン バー３０および関連する熱保存部材によって、触媒基体１４，１６，１８を着火 温度ＴL以上の温度（符号１１１’）に保持することができる。 時間ｔoの時点でエンジンＥ（図１）を始動したとき、１１１または１１１’ 状態の温暖触媒が、排気ガスとの放熱反応を助成する状態となっている。従って 、この時点の触媒は着火温度ＴLまたは該温度以上になっていなくても、符号１ １２で示されたように６０秒の短い時間（ｔo〜ｔ1）内で直ちに着火温度ＴLま たは該温度以上になる。この暖機時間（ｔo〜ｔ1）は、始動時点ｔoの温暖触媒 により短縮され、さらに暖機運転時に放熱反応および排気熱を触媒基体１４，１ ６，１８内に閉じ こめる断熱チャンバー３０の機能によって短縮される。従って、符号１２２で示 される高排出Ｅcの暖機時間（ｔo〜ｔ1）は、非常に短い。この暖機時間は、曲 線１００（図３から図４に付加されて破線で示されている）で示された従来の触 媒コンバータの高排出Ｅc時間より遥かに短い。さらに、着火点ＴL以上の触媒温 度でエンジンを始動した場合、符号１２２’で示されるように、その暖機時の排 気放出は一層少なくなっている。勿論、いったんｔ1の時点で着火点温度ＴLにな った場合、放熱反応によって触媒温度が急速に上昇し、符号１１４で示されたよ うにエンジン最適運転温度ＴRになる。そのときの排気放出は、符号１２４で示 されたように低いレベルＥRとなる。最適運転温度ＴRのとき、ガス制御システム ６０（図２）を作動させ断熱チャンバー３０をオフにすることで、排気ガスとの 放熱反応で発生した余分な熱を外側ハウジング２４の周囲環境へ消散させる。一 方、エンジン運転がストップされたとき、例えばｔ3の時点では、排気放出は符 号１２６で示されたように当然ストップされるようになる。しかし、ｔ3の時点 （図４）でエンジンＥ（図１）をオフにすると、ガス制御システム６０（図２） を再び作動させて断熱チャンバー３０をオンに復帰させることで、触媒が周囲の 環境温度Ｔoまで迅速に冷却することを防止できる。断熱チャンバー３０をオン にしたまま触媒が緩やかに冷却している状態は、図４の符号１１６で示されてい る。この状態では上述したように、４０時間以上の時間内に触媒を環境温度Ｔo を超える温度に維持することができる。 本発明の触媒コンバータ１０を装備した自動車のトータル排気放出は、図４の 曲線１２０以下の斜線範囲となっている。本発明の触媒コンバータ１０を使用し た場合の排気放出（曲線１２０以下の斜線範囲１２８）と、従来の触媒コンバー タを使用した場合の排気放出（曲線１００以下の斜線範囲１０８）とを比較する ことによって、本発明の触媒コンバー タ１０を使用した場合の排気放出が従来より減少されていることが判る。 図２において、制御ユニット８６は、エンジン始動後の所定時間（好ましくは 、触媒が着火温度ＴLに達するために充分な時間である）で断熱チャンバー３０ をオフさせるように作動できる状態となっているが、この分野の技術者であれば いったん本発明を理解した場合、他の入力および制御も提案できるであろう。例 えば、内側ハウジング１２の温度が所定の操作温度になったとき、内側ハウジン グ１２と接触している温度検知手段７８からの入力を利用してガス制御システム ６０を作動させることで、断熱チャンバー３０をオフさせることが可能である。 勿論、温度検知手段７８を周囲環境から断絶すると共に外側ハウジング２４から 断絶することが必要であり、それにより断熱チャンバー３０をオンさせるとき熱 が温度検知手段７８を通って伝導することが避けられる。また、温度検知手段７ ８が外側ハウジング２４に現れた箇所に対しては、漏洩防止のシーリング処理を 施す。例えばわれわれの米国特許出願０７／９６０，８８５では、セラミックに よるシーリング処理を施している。 また、温度検知手段７８の代わりに或いは追加の温度検知手段として、他の温 度検知手段７９を下流側の排気流出部１３０に設けることも可能である。該温度 検知手段７９により、触媒の温度をほぼ正確に検知することができ、ガス制御シ ステム６０を作動させるために使用可能となっている。排気流出部１３０に設け られた温度検知手段７９は、断熱チャンバー３０を横断して装着された温度検知 手段７８のように伝熱防止や真空維持のための措置をとらなくてもよい。 他の入力、例えば外側ハウジング２４の近傍に設けられた温度センサ８０は、 断熱チャンバー３０をオン・オフするように用いられている。例えば、触媒コン バータ１０の近傍にある部材や構造（図示せず）は、高い温度を耐えるとしても 、外側ハウジング２４からの熱輻射温度が所 定値を超えたとき、温度センサ８０によって制御ユニット８６が作動されて、さ らにガス制御システム６０が作動されるので、断熱チャンバー３０がオフとなる 。 一方、他の操作に際して重要なのは、内側ハウジング１２からの熱および触媒 基体１４，１６，１８からの熱を断熱チャンバー３０のオフ操作よりも速い速度 で排出することである。従って、内側ハウジング１２と外側ハウジング２４との 間の熱分路を機能させる金属−金属の接点を設けることが必要となっている。例 えば、図２に示すように、われわれの米国特許出願０７／９６０，８８５号に記 載されている方式と同じく、一つまたは一つ以上のバイメタル（二層金属）凹み 部または作動部１３２を内側ハウジングの壁部３６に設けて、壁部３６が所定の 最高温度に達したとき凹面形状から凸面形状（破線１３２’で示されている）に 変形するように設計している。上記した熱分路に用いられるポスト材１３４は、 好ましくは良い伝熱性の金属で作られており、外側ハウジング２４の外壁からそ れぞれのバイメタル作動部１３２の近傍まで延びており、これらの作動部１３２ が凸面の形状に変形したときポスト材１３４と金属間接触が形成される。このよ うな金属間接触は形成されると、ポスト材１３４により、内側ハウジング１２か らの熱が速やかに外側ハウジング２４へ移転し、さらに周囲の環境へ消散するよ うになる。 場合により、触媒基体例えば前方側の触媒基体１４と後方側の触媒基体１８が 伝熱性の弱いセラミック材で作られた場合、これらの触媒基体からの熱が内側ハ ウジング壁部３６を介して断熱チャンバー３０内に伝導するのを促進することが 必要である。そこで、一本または一本以上の細長いスパイク１３６を設けており 、スパイクの一端は触媒基体１４または１８につながっており、他端は内側ハウ ジング壁部３６を通じて断熱チャンバー３０に入っている。これらのスパイク１ ３６の長さは充分 ではなく外側ハウジング２４への金属−金属伝熱が不可能であったとしても、断 熱チャンバー３０がガス制御システム６０によりオフされたとき、触媒基体から の熱がスパイク１３６によって断熱チャンバー３０内の水素ガスに伝導可能とな っている。 或いは図６に示すように、スパイク１３６は、温度が低いとき外側ハウジング ２４へ伸びなくて温度が高いとき熱膨張により外側ハウジング壁部４２まで（符 号１３６’を参照）伸びるように設計され位置づけられている。符号１３６’で 示されるように、スパイク１３６が外側ハウジング壁部４２と接触したとき、ス パイク１３６は熱分路または熱ショートとなり、内側ハウジング１２からの熱が 直接に外側ハウジング２４の外壁４２まで伝導することができる。このような役 割を果たすために、スパイク１３６はその中間部で溶接点１３５により内側ハウ ジング壁部３６に固着している。熱を受けた場合、スパイク１３６の両端部は、 軸方向に沿って仮想線１３６’と１３６”のところまで膨張する。スパイク１３ ６が仮想線１３６’のように外側ハウジング壁部４２まで膨張するための必要な 熱を、スパイク１３６の設計時に充分考慮することが必要である。さらに考慮す べきパラメータは、溶接点１３５から外側ハウジング壁部４２までのスパイク１ ３６の長さ、スパイクを構成する金属または他の材料の熱膨張係数、スパイク１ ３６の端部と外側ハウジング壁部４２との間に形成される隙間の大きさ等である 。また、触媒コンバータ１０に対しては、長さが異なり材料（異なる熱膨張係数 を有する）が異なる複数のスパイク１３６を設けることができる。異なるスパイ クは、同一時間および同一温度下で同時に外側ハウジング壁部４２に接触するこ とがないので、熱ショートの回数を可変すると共に、チャンバー３０の全体にわ たる伝熱性をコントロールすることができる。図６に示すスパイク１３７は、ス パイク１３６の変形例として、内側ハウジング 壁部３６から外側へ半径方向に延びており、熱ショートの変形例として、内側ハ ウジング壁部３６からの熱のみを外側へ伝導させている。 さらに好ましくは図２に示すように、排気ガス経路上に熱吸収手段または伝熱 遅延手段１３８を設けて、輻射および対流による伝熱を抑制している。それによ り、内側ハウジング１２内の触媒基体１４，１６，１８からの熱が軸方向に沿っ て輻射することを抑制すると共に、周辺領域への高温排気ガスの対流を防止する ことができる。また、図２に示す熱吸収手段または伝熱遅延手段１３８は、固定 型の迷宮状構造となっているが、赤外線輻射が透過できないセラミックウールフ ァイバーからなる大きな構造でもよい。それにより、軸方向の熱輻射を遅延させ ることができる。セラミックウールファイバーによって、対流セルのサイズが縮 小されているので、対流による熱逃散が遅延される。図２では、伝熱遅延手段１ ３８は内側ハウジング１２の下流側端部に設けられているが、第一段の触媒基体 １４の直前（上流側）に設けられてもよい。 図５は、本発明による更に高率な排熱および排気管理の変形例として、熱保存 および熱交換という特徴を有した触媒コンバータ１４０を示している。しかし、 図５の触媒コンバータを説明するため、図１を参照することが必要である。図５ に示す実施例では、排気ガスとの放熱触媒反応で発生した熱を有効に利用したり 保存したり消散させたりすることができるようになっている。例えば、図５の触 媒コンバータ１４０は、始動直後の冷態エンジンＥより速いスピードで熱を発生 する。冷態エンジンは、暖機エンジンほどの運転ができないばかりか、暖機エン ジンより大量の有害ガスを発生させると共に、エンジンにかかる摩耗を増してし まう。そして、大多数の車両の内部は、熱したエンジン冷媒によって暖められる が、エンジンＥ自身が温まり更にエンジンジャケット内の冷媒が温まるまでの間 は、乗車の快適性を確保するための熱および車窓を解凍 するための熱は得られない状態となっている。 そこで、触媒コンバータ１４０で発生した熱を、周囲の環境へ消散させずに、 いったん多岐管１４２に収集してから、図１の破線１４４で示されたようにエン ジンＥのウオータージャケットに導入させている。それにより、エンジンＥがよ り速く暖められて、熱した冷媒が破線１４６で示されたホースを介して速いスピ ードで車内ヒータＨに流れている。或いは、触媒コンバータ１４０で発生した熱 は、破線１４８で示されたように車内へ直接に送られて、座席および他の箇所例 えば車窓やハンドル等のところを暖める。また、触媒コンバータ１４０内部およ び周辺温度が、標準のエンジン冷媒／不凍液にとって高すぎるようになりがちな ので、熱交換チャンバー１６４内には、伝熱用および熱保存用の流体１６６（図 ５に示され、より高い沸点を有するので高温のときでもエンジン冷媒／不凍液よ り安定している）を充填している。その結果、もう一つの熱交換器１５３（図１ ）を設けて、緩和された熱および温度レベルを、車両エンジンＥに用いられるエ ンジン冷媒／不凍液に移転させる。 自動車の通常運転中、余分な熱を必要としなくなったとき、触媒コンバータ１ ４０、エンジンＥおよび他の箇所は既に通常の運転温度に達したとき、触媒コン バータ１４０内で発生した熱は、熱保存シンク１５０または熱消散器１５２に導 入されて、或いは経路１４４を介してエンジンＥに導入される。エンジンＥに導 入された熱は、エンジン自身からの熱と共に、従来の車両放熱器Ｒを介して周囲 の大気へ放出される。ここで各種用途の配管，バルブ，制御手段は図示されてい ないが、当業者であれば本発明の内容を理解したとき当然想到できるものである 。なお、液体状のエンジン冷媒または他の液体媒体を伝熱手段として用いていれ ば、必要な循環回路には、液体を送るための配管と、液体を戻すための配管と、 ポンプと、各種バルブと、手動または自動（電気、真空または 気圧により作動する）のバルブ制御手段とを備えている。さらに、熱保存シンク １５０は、熱をいったん保存して後で始動状態のエンジンを暖めるために放熱す るように使用されており、或いは保存された熱は、触媒コンバータ内の高温をよ り長い時間にわたって維持するように用いられる。このような熱保存シンク１５ ０は、「潜熱保存」というタイトルの論文（自動車工学学会、１９９２年２月に 出版、第１００巻第２期、第５８−６１頁）で開示された熱保存装置である。ま た、特に図示されていない熱関係のパイプは、上記した伝熱流体の経路として用 いられ、触媒コンバータへ（またはそこから）の伝熱手段として使用可能となっ ている。 図５に示す触媒コンバータ１４０は、上述した触媒コンバータ１０と同じ基本 構造を持っており、すなわち、触媒基体１４，１６，１８を収納した内側ハウジ ング１２と、内側ハウジング１２と共に断熱チャンバー３０を形成させる外側ハ ウジング２４と、ガス制御システム６０と、金属−金属の熱分路用ポスト１３４ と、バイメタル作動部１３２と、軸方向の伝熱遅延手段１３８とを備えている。 なお、触媒コンバータ１４０は、外側ハウジング２４を覆うように形成された 主要熱交換器１６０を有している。該熱交換器１６０により、外壁３６からの熱 を多岐管１４２（図１）または他の箇所に移転することができる。熱交換器１６ ０は、外側ハウジング２４の外端壁３８，４０から延び半径方向へ拡大している 外側ジャケット１６２を有し、熱交換チャンバー１６４を形成させている。チャ ンバー１６４は密閉されており、中に熱交換流体１６６を収容している。該流体 １６６は液体でも気体でもよいが、好ましくは安定している流体がよい。液体の 場合は、触媒コンバータ内で発生する高温条件下でも沸点に到達しない液体を使 用すべきである。このような熱交換流体は、例えばポリエーテルまたは シリコーンである。 複数のフィン部材１６８は、外側ハウジング壁部３６から熱交換チャンバー１ ６４内へ半径方向に突出しており、熱交換のための表面積を増加している。従っ て、断熱チャンバー３０をオフしたとき、触媒基体１４と１６と１８と内側ハウ ジング１２とからチャンバー３０を介して外側ハウジング２４へ伝導された熱は 、フィン部材１６８から流体１６８に吸収される。流体１６６は、流入口１７０ より熱交換チャンバー１６４内に流入し、流出口１７２よりチャンバー１６６か ら流出している。適正なホースまたは他の配管（図示せず）によって、加熱され た流体１６６は、多岐管１４２，熱シンク１５０，熱消散器１５２，熱交換器１ ５３等のところ（図１）へ移送されている。勿論、逆の方向での熱流動も可能で ある。例えは、流体１６６によって、熱シンク１５０からの熱が触媒コンバータ １４０へ流れることが可能となっている。それにより、エンジンＥの始動前に、 触媒基体１４，１６，１８を予熱することができるようになる。 図５において、熱交換器１６０のジャケット１６２は、好ましくは断熱性の良 い材料で作られており、例えばわれわれの米国特許５，１７５，９７５号に開示 されているコンパクト真空断熱材（ＣＶＩ）で作られている。断熱チャンバー３ ０をオンしたとき、例えばエンジンＥがオフされた場合、高温状態の内側ハウジ ング１２および高温状態の触媒基体１４，１６，１８が断熱チャンバー３０によ り断熱されるだけではなくて、外側ハウジング２４の高温状態も、熱交換チャン バー１６４内の高温流体１６６によって維持されている。ＣＶＩジャケット１６ ２は、流体１６６内の熱を維持するには有効な材料である。それにより、断熱チ ャンバー３０内の温度差を低くすることができるので、触媒基体１４，１６，１ ８からの熱伝導を抑制することができる。 触媒コンバータ１４０は更に、熱交換器１７４および熱交換器１８４を有して おり、排気ガス流入部１２９および流出部１３０からの熱を回収している。図５ に示すように、流入部１２９側の熱交換器１７４は、ジャケット１７６を有し、 流入部１２９から半径方向へ突出した複数のフィン部材１７８を収納している。 熱交換器１６０内で使用されているのと同じ流体１６６が、流入口１８０より熱 交換器１７４内に流入して流出口１８０より流出しているので、フィン部材１７ ８から熱を取って熱保存器または熱消散器などの箇所へ移送している。それと同 様に、流出部１３０側の熱交換器１８４は、ジャケット１８６を有し、流入部１ ９０から半径方向へ突出した複数のフィン部材１８８を収納している。熱交換器 １６０内で使用されているのと同じ流体１６６が、流入口１９０より交換器１８ ４内に流入して流出口１９２より流出しているので、フィン部材１８８から熱を 取って熱保存器または熱消散器などの箇所へ移送している。熱交換器１７４およ び１８４は、触媒基体１４，１６，１８に熱を保持するための主な役割を果たし ているわけではないので、ＣＶＩ材で構成されたものではない。勿論、上記の熱 保持を確保し或いはこの熱が周囲の環境へ損失するのを最小限に防ぐために、Ｃ ＶＩ材を用いて熱交換器１７４および１８４を構成することも可能である。 図５に示す触媒コンバータ１４０の他の特徴は、触媒基体１４，１６，１８を 挿通している固体の熱シンクコア１９４である。この熱シンクコア１９４は、二 つの目的を達成するために用いられている。第１の目的は、この熱シンクコア１ ９４を利用することによって、触媒基体１４，１６，１８以外の区域で触媒反応 を発生させることができる。それにより、断熱チャンバー３０経由の伝熱を必要 とした場合、熱が触媒基体１４，１６，１８を通過して内側ハウジング１２に伝 導するときの熱流距離を短縮することができる。第２の目的は、大きな熱蓄積容 量を有する アルミニウムシリコンまたはマグネシウム亜鉛で熱シンクコア１９４を構成させ ることによって、触媒反応を必要としている間に大量の熱を吸収し保存すること ができる。このように、エンジンＥがオフされ断熱チャンバー３０がオンされた とき、熱シンクコア１９４に保存された熱を利用することで、触媒基体１４，１ ６，１８の温度を長時間にわたって維持することができる。従って、着火点に近 い温度または着火点を超える温度に触媒基体を維持することができ、或いは次回 のエンジン始動時に触媒基体が環境温度以上に維持されていることが確実となる 。 図２に示す触媒コンバータ１０では、制御ユニット８６は、各種装置またはセ ンサ（例えば、点火スイッチ７６、温度センサ８０、７９）からの入力信号を受 けており、断熱チャンバー３０をオン・オフさせるようにガス制御システム６０ を作動させる。例えば、ジャケット１６２付近の温度センサ８０によって、触媒 コンバータ１４０周囲の環境温度が高すぎたと検知された場合、ガス制御システ ム６０が作動されて断熱チャンバー３０がオフされ、或いは流体１６６の循環が 開始される。 また、エンジンのウオータジャケットまたは車内に装置されている遠方温度セ ンサ８９からの信号を制御ユニット６８に入力することによって、断熱チャンバ ー３０および循環用の流体１６６をオン・オフできるようになっている。符号１ ９７で示された操作信号、符号１９８で示された操作信号（バルブ等の箇所へ行 く信号）は、当業者であれば本発明の内容を理解したならば当然想到できるもの である。 触媒コンバータの能力を増加するために、特に、エンジン始動前に触媒基体１ ４，１６，１８を着火温度まで加熱するように充分な熱を長時間にわたって保存 するために、所要量の相変化材料（ＰＣＭ）、例えばわれわれの米国特許４，５ ７２，８６４および４，７０２，８５３号に開示されたような金属、金属塩水化 物、トリメチロールエタンの水素化 物、または他の多価アルコールを触媒基体１４，１６，１８の周囲に含有させ、 或いはこれらの触媒基体との熱流関係に配置することが可能である。例えば、図 ５に示す実施例では、伝熱流体１６６を熱交換器１６４に循環させずに、熱交換 器１６４内に相変化材料を充填する。そのとき、流体流入口１７０および流体流 出口１７２を設けても設けなくてもよい。内側ハウジング１２内で触媒反応によ り熱が発生するとき、断熱チャンバー３０の熱伝導機能が作動されて、熱が相変 化材料へ移転される。この熱が相変化材料に溶解熱として作用し相変化材料を溶 解させ、そして溶解した相変化材料に吸収される。相変化材料は超冷却可能また は作動可能なものであれば、例えば上記した水化物または水素化物であれば、エ ンジンＥがオフされて触媒基体１４，１６，１８が冷めたとき、相変化材料が融 点以下の温度に冷めても相変化材料中の溶解熱がまだ保持されている（米国特許 ４，８０６，７２９）。操作者はエンジンＥを始動しようとするとき、点火スイ ッチ７６からの信号によって相変化作動器を作動させることができる（米国特許 ４，８６０，７２９）。図１の符号１５４で示された作動器を、図５に示す流入 口および流出口１７０，１７２に接続させることができる。該作動器１５４が作 動されることで、相変化材料の結晶核形成が開始し、相変化材料内の溶解熱が放 出される。また、断熱チャンバー３０の伝熱機能をオンさせたとき（断熱機能が オフとなる）、相変化材内の溶解熱が内側ハウジング１２および触媒基体１４， １６，１８へ戻り、着火点温度への到達を促進することになる。 上記目的を達成するために相変化材料を用いる方法はいろいろある。例えば、 熱シンクまたは他の同様な装置にも相変化材料を使用することが可能である。ま た、上記した熱を、熱交換用液体１６６を有した外部の容器へ移転したりそこか ら移送したりすることができる。さらに、図 示省略の他のチャンバーは、チャンバー１６４から半径方向へ拡張するように配 置されて、相変化材料および伝熱流体１６６を共に使用することも可能である。 図７は、もう一つの実施例を示している。図７に示すように、環状のチャンバ ー１５７を形成したセラミック容器１５６が内側ハウジング１２内に配置されて おり、触媒基体１４，１６，１８を包囲している。 相変化材料１５８は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いるが 、環状チャンバー内を完全に充填しているわけでもない。エンジンＥの運転時に 触媒基体が加熱されると、容器１５６および相変化材料１５８が加熱されるよう になる。しかし、セラミックは伝導性の低い材料であるため、この容器および相 変化材料１５８により、触媒基体１４，１６，１８を着火温度まで加熱するため の時間を短縮することができない。一方、エンジンが長時間にわたって運転して いる場合、チャンバー１５７内の材料１５８が相当熱くなり熔解するので、触媒 コンバータが最適操作温度に到達する。環状チャンバー１５７内の若干未充填部 分は、材料１５８の熱膨張に対応するための空間部として用いられている。エン ジンＥがオフされた場合、相変化材料１５８によって、触媒基体１４，１６，１ ８内の熱がそのままそこに保持されるようになる。最初の冷却は、検知できるよ うになっているが、更に材料１５８の融点以下に冷却されると、材料１５８は溶 融熱を出しながらその温度が長時間にわたって一定となっている。その結果、材 料１５８は、触媒の着火点温度を超える融点を持ち、長時間にわたって触媒基体 １４，１６，１８を着火点以上の温度に維持することができる。 本発明に関する以上の説明は、内燃機関を有する車両に重点をおいているが、 化学工場および石油化学工場における触媒反応器の反応器温度をもコントロール することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポッター トーマス エフ. アメリカ合衆国，コロラド 80224，デン バー，ウエスト マグノーリア レーン 515

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 排気熱管理装置であって、 排気ガス中の有害成分との酸化反応または還元反応を促進するように、触媒と 、触媒表面および触媒支持構造を提供する基体とを含む触媒コンバータ手段と、 触媒コンバータ手段を収容し、排気ガスを触媒コンバータ手段に導入するよう に構成された触媒ハウジング手段と、 触媒ハウジング手段を選択的に断熱させ、第１信号に応じてハウジングから半 径方向の伝熱を抑制し、第２信号に応じて該伝熱を可能にし、上記触媒ハウジン グを包囲するように形成された伝導性可変な断熱手段と、 を備えたことを特徴とする排気熱管理装置。 ２． 上記触媒ハウジング手段は内側金属壁（内側ハウジング）を含み、上記伝 導性可変な断熱手段は、該内側金属壁を包囲すると共に該内側金属壁から半径方 向へ離れている外側金属エンクロージャーを有し、上記内側金属壁と上記外側金 属エンクロージャーとの間に断熱チャンバーを形成させていることを特徴とする 請求項１記載の装置。 ３． 上記断熱チャンバーは高度の真空となっており、上記伝導性可変な断熱手 段は、上記断熱チャンバーに接続されている断熱オフ手段を有し、上記第２信号 に応じて断熱チャンバーの断熱作用をオフさせ、上記第１信号に応じて断熱チャ ンバーの断熱作用をオンさせることを特徴とする請求項２記載の装置。 ４． 上記した断熱オフ手段は、断熱チャンバーに接続されているガス源手段を 有し、上記第２信号に応じてガスを断熱チャンバーに導入し、上記第１信号に応 じて断熱チャンバーからガスを回収することを特徴とする請求項３記載の装置。 ５． 上記ガス源手段は、加熱されると水素を放出し冷却されると水素を回収す る金属水素化物を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。 ６． 上記ガス源手段は、上記金属水素化物と上記断熱チャンバーとの間に設け られたゲート手段を有し、水素ガスの通過または遮断を選択することを特徴とす る請求項５記載の装置。 ７． 上記ゲート手段は、加熱されると水素ガスを流通させ冷却されると水素ガ スを遮断するパラジウムを含むことを特徴とする請求項６記載の装置。 ８． 上記伝導性可変な断熱手段は、排気ガスが上記触媒コンバータ手段を流通 し始めたときハウジング手段からの伝熱を抑制するようになっており、排気ガス とその反応とにより触媒コンバータの温度が着火温度以上に上昇した場合、伝導 性可変な断熱手段は上記第２信号に応じてハウジングからの伝熱を助成すること を特徴とする請求項１記載の装置。 ９． 触媒コンバータ手段を流通する排気ガスが停止すると、上記第１信号によ り伝導性可変な断熱手段が作動されて、ハウジングからの伝熱が抑制されること を特徴とする請求項８記載の装置。 １０．上記第２信号を発生させるタイマー手段を有することを特徴とする請求項 ９記載の装置。 １１．上記第２信号を発生させる温度センサ手段を有することを特徴とする請求 項９記載の装置。 １２．内側ハウジングと外側金属エンクロージャーとの間に設けられた作動可能 な熱分路手段を有し、内側ハウジングが所定の最高温度に達したとき、内側ハウ ジングと外側金属エンクロージャーとの間に金属−金属接触を形成させることを 特徴とする請求項３記載の装置。 １３．上記した熱分路手段はバイメタル部分を有し、該バイメタル部分は所定の 温度に達したとき凹面形状から凸面形状に切り替わることを特徴とする請求項１ ２記載の装置。 １４．上記した熱分路手段は、内側ハウジングに固着された熱膨張可能なスパイ クを有し、該スパイクは、内側ハウジングから半径方向で外側金属エンクロージ ャーへ延びており、熱膨張により外側金属エンクロージャーと接触するようにな ることを特徴とする請求項１２記載の装置。 １５．伝導性可変な断熱手段は、内側ハウジングと外側金属エンクロージャーと の間に設けられた複数のセラミックスペーサを有して、該スペーサは、内側ハウ ジング壁部と外側金属エンクロージャーとに対して、点接触または点に近い接触 を形成していることを特徴とする請求項３記載の装置。 １６．上記スペーサは、球形の外面を有するスペーサ部材とカーブ状外面を有す る線形部材とを含み、内側ハウジングと外側金属エンクロージャーとの間に設け られていることを特徴とする請求項１５記載の装置。 １７．上記断熱チャンバー内において、内側ハウジングと外側金属エンクロージ ャーとの間に、少なくとも一つの熱輻射シールドを設けていることを特徴とする 請求項１５記載の装置。 １８．内側ハウジングを介して触媒コンバータに延び、更に断熱チャンバー内に 延びている伝熱スパイクを有することを特徴とする請求項３記載の装置。 １９．上記スパイクは、内側ハウジングに固着されており、温度の変化により膨 張・収縮し、上記した外側金属エンクロージャーと接触したり離れたりすること を特徴とする請求項１８記載の装置。 ２０． 内側ハウジングと外側金属エンクロージャーとの間に設けられて、排気 ガスを内側ハウジングに導入する排気ガス導入管を有し、該導入管は、一端が外 側金属エンクロージャーに溶接されて他端が内側ハウジングに溶接された薄い金 属ホーイルの波状管であることを特徴とする請求項３記載の装置。 ２１． 内側ハウジングと外側金属エンクロージャーとの間に設けられて、排気 ガスを内側ハウジングより導出する排気ガス導出管を有し、該導出管は、一端が 外側金属エンクロージャーに溶接されて他端が内側ハウジングに溶接された薄い 金属ホーイルの波状管であることを特徴とす る請求項３記載の装置。 ２２． 上記触媒コンバータ手段と上記導出管との間に、熱輻射遅延手段を設け ており、触媒コンバータ手段から導出管への熱輻射を抑制することを特徴とする 請求項２１記載の装置。 ２３． 上記触媒コンバータ手段と上記導出管との間に、熱対流遅延手段を設け ており、触媒コンバータ手段から導出管への熱対流を抑制することを特徴とする 請求項２１記載の装置。 ２４． 上記した熱対流遅延手段は、セラミックウールファイバーを有すること を特徴とする請求項２３記載の装置。 ２５． 上記した外側金属エンクロージャーを覆うように形成された主要熱交換 器手段を有し、外側金属エンクロージャーから熱を移送し、或いは該エンクロー ジャーへ熱を移転させることを特徴とする請求項３記載の装置。 ２６． 上記した主要熱交換器は、外側金属エンクロージャーから半径方向へ離 れている外側ジャケットを有し、ジャケット内に熱交換流体を収納していること を特徴とする請求項２５記載の装置。 ２７． 上記した主要熱交換器に熱交換流体を導入する流入口と、該交換器から 熱交換流体を導出する流出口とを備えていることを特徴とする請求項２６記載の 装置。 ２８． 上記外側ジャケットは、コンパクトな真空断熱手段を含み、これらの断 熱手段は、互いに近づいて配置され金属間の溶接により縁端部で相互に密閉接続 されている硬くてなお湾曲可能な金属ホイールシートを含み、真空チャンバーを 形成させており、該真空チャンバーは１０^-5トールの真空度となり、両シートの 間に複数の低伝熱性スペーサを介在して所要のスペースを確保することを特徴と する請求項２７記載の装置。 ２９． 上記した主要熱交換器に流体関係で接続されている熱シンク（熱蓄積装 置）を有することを特徴とする請求項２７記載の装置。 ３０． 上記した主要熱交換器に流体関係で接続されている熱消散手段を有し、 外側金属エンクロージャーからの熱を上記流体に消散させることを特徴とする請 求項２７記載の装置。 ３１． 上記した主要熱交換器をエンジン冷媒熱交換器へ接続させ、排気ガスを 発生するエンジンのウオータジャケットへ熱を移転させる流体管路手段を備えた ことを特徴とする請求項２７記載の装置。 ３２． 内側ハウジングで発生した熱を保存するために外側金属エンクロージャ ーを覆う熱保存手段を有することを特徴とする請求項３記載の装置。 ３３． 上記した熱保存手段は、相変化材料を含むことを特徴とする請求項３２ 記載の装置。 ３４． 相変化材料を選択的に核形成させる選択的に作動可能な制御手 段を有することを特徴とする請求項３２記載の装置。 ３５． 触媒ハウジング内で発生した熱を保存するために、触媒ハウジング内に 設けられ触媒基体と接触される熱保存手段を有することを特徴とする請求項１記 載の装置。 ３６． 上記した熱保存手段は、相変化材料を含むことを特徴とする請求項３５ 記載の装置。 ３７． 排気ガスが触媒基体に到着する前に排気ガスから熱をとるように、排気 ガス流入部に付属熱交換器を接続していることを特徴とする請求項２０記載の装 置。 ３８． 排気ガスが触媒基体を通過した後に排気ガスから熱をとるように、排気 ガス流出部に付属熱交換器を接続していることを特徴とする請求項２１記載の装 置。 ３９． 触媒コンバータ中の熱を管理する方法であって、 伝熱を抑制するための「オン」と伝熱を可能にするための「オフ」との間で可 変する断熱手段で触媒コンバータをカバーすることと、 触媒コンバータ内で排気ガスが反応していないとき、熱を触媒コンバータ内に 保持するように上記可変な断熱手段をオンさせることと、 触媒コンバータ内の温度が着火温度より低いとき、上記可変な断熱手段をオン の状態に維持することと、 触媒コンバータ内の温度が着火温度より高いとき、上記可変な断熱手段をオフ させることと、 を特徴とする触媒コンバータの熱管理方法。 ４０． 触媒コンバータを所要の温度に維持するために、完全なオン状態と完全 なオフ状態との間に上記可変な断熱手段をコントロールすることを特徴とする請 求項３９記載の方法。 ４１． 上記可変な断熱手段がオフのとき、触媒コンバータで発生した熱を伝熱 流体より回収し、他の箇所へ移転させることを特徴とする請求項４０記載の方法 。 ４２． 流体中の熱を、排気ガスを発生するエンジンに移転させることを特徴と する請求項４１記載の方法。 ４３． 流体中の熱を熱保存装置へ移転させることをを特徴とする請求項４１記 載の方法。 ４４． 触媒コンバータの温度が着火温度以下のとき、排気ガスを発生するエン ジンの始動に先だって、熱保存装置から熱を触媒コンバータに戻すことをを特徴 とする請求項４３記載の方法。 ４５． 流体中の熱を自動車の車内へ移転させることを特徴とする請求項４１記 載の方法。 ４６． 流体中の熱を熱消散器へ移転させてから、周囲の大気へ消散させること をを特徴とする請求項４１記載の方法。