JP2010223575A - 蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1反応物Aを固体状態で収容する第1容器11と、第2反応物Bを液体状態で収容する第2容器12と、反応熱によって加熱対象物Fを加熱する加熱部13と、第1反応物Aおよび第2反応物Bを混合させる混合部14と、第2容器12に収容された第2反応物Bを混合部14へ導く第1通路41と、混合部14にて混合された混合物を加熱部13へ導く第2通路42と、第2反応物Bを第1容器11から第2容器12へ導く第3通路43と、第1〜第3通路41〜43を開閉する第1〜第3開閉手段51〜53と、第1〜第3開閉手段51〜53の作動を制御する制御部7とを設ける。
【選択図】図2
Description
また、請求項6に記載の発明では、第1反応物(A)は、溶解・水和の際に発熱する金属ハロゲン化物、金属硝酸化物、または金属硫酸化物であって、第2反応物(B)は、水であることを特徴としている。
また、請求項17に記載の発明では、内熱機関(2)を備える車両に適用され、外部熱は、内燃機関(2)の排気が有する熱であることを特徴としている。
本発明の第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。本実施形態の蓄熱装置は、車両の内燃機関(エンジン)の排気が有する熱を蓄熱して、この熱を自動変速機(AT)の暖機促進に利用するものである。
SrBr2・NH3(固体)+7NH3(液体)→SrBr2・8NH3(液体または固液混相)
また、加熱部13から流出した臭化ストロンチウムアンミン錯体およびアンモニアの反応後の物質、すなわち化合物は、第4通路44を通過して再び第1容器11へ流入する。
次に、本発明の第2実施形態について図5および図6に基づいて説明する。本実施形態は、上記第1実施形態と比較して、蓄熱モード時の第2容器12内の温度が異なっている。すなわち、本実施形態では、第1、第2容器11、12は、蓄熱モード時に第1容器11内の温度が90℃、第2容器12内の温度が40℃となるようにそれぞれ構成されている。
次に、本発明の第3実施形態について図7および図8に基づいて説明する。本実施形態では、第1反応物Aとして金属ハロゲン化物である塩化カルシウムを用い、第2反応物Bとして水を用いている。
CaCl2(固体)+aq(液体)→CaCl2aq(液体)
他方、当量比が43より大きく50以下の範囲(以下、析出熱発生範囲という)においても、当量比が大きいほど発熱量が大きくなる。上記析出熱発生範囲では、混合溶液中に塩化カルシウム六水和物の結晶が析出する。この際に生じる反応の化学反応式は、上記塩化カルシウムの溶解(すなわち上記化学式2)に加えて、次の化学式3に示されるものがあると考えられる。
CaCl2aq(液体)+6H2O(液体)→CaCl2・6H2O(固体)+aq(液体)
また、当量比が50よりも大きい範囲においては、当量比が大きいほど発熱量が小さくなる。
次に、本発明の第4実施形態について図9に基づいて説明する。本実施形態は、上記第3実施形態と比較して、第1反応物Aとして臭化カルシウム(CaBr2)を用いた点が異なっている。
次に、本発明の第5実施形態について図10〜図12に基づいて説明する。本実施形態は、上記第1〜第4実施形態と比較して、第1反応物Aとしてハロゲンを含むマグネシウム塩である塩化マグネシウム(MgCl2)、またはハロゲンを含む亜鉛塩である塩化亜鉛(ZnCl2)を用い、第2反応物Bとして水を用いた点が異なっている。
本実施例1では、第1反応物Aとして塩化マグネシウムを用いている。図11は、本第5実施形態の実施例1における塩化マグネシウムおよび水の当量比と発熱量との関係を示す特性図である。
本実施例2では、第1反応物Aとして塩化亜鉛を用いている。図12は、本第4実施形態の実施例2における塩化亜鉛および水の当量比と発熱量との関係を示す特性図である。
次に、本発明の第6実施形態について図13に基づいて説明する。本実施形態は、上記第1〜第5実施形態と比較して、第1反応物Aとして、マグネシウムのハロゲン化物である塩化マグネシウムに、このハロゲン化物と同一のハロゲンのアンモニウム塩である塩化アンモニウム(NH4Cl)を添加したものを用い、第2反応物Bとして水を用いた点が異なっている。
MgCl2+6H2O→MgCl(OH)+HCl↑+5H2O
他方、この場合における蓄熱モードでは、塩化マグネシウムの脱水反応とは別に、下記化学式5に示す副次反応が生じる場合がある。この化学式5によれば、MgO(酸化マグネシウム)が固体として生成するのと同時に、更に塩化水素が気体として生成する。すなわち、蓄熱モードにおいても、副次反応により塩化水素が発生し得る。
MgCl(OH)→MgO+HCl↑
この場合における加熱/蓄熱モードの実行の際、上記化学式4、5に基づいて塩化水素が気体として発生し得る。この塩化水素は気体として発生するため、反応の系外へ放出され易く、発生した塩化水素を用いて上記化学式4、5の逆反応を起こすのは困難である。換言すれば、上記化学式4、5は、不可逆の反応となる。したがって、この加熱/蓄熱モードが繰返し実行されると、反応物のマテリアルバランスが維持されず、水和/脱水反応すべき反応物の量が減少していく。この結果、この加熱/蓄熱モードの実行を繰り返していくと、熱出力が徐々に低下していく虞がある。
MgCl2+6H2O+NH4Cl⇔MgCl2・NH4Cl・6H2O
図13は、塩化マグネシウムに塩化アンモニウムを添加することの効果を説明するための図である。図13中、Aは塩化アンモニウムを添加した場合における塩化水素の発生量を示しており、Bは塩化アンモニウムを添加しない場合における塩化水素の発生量を示している。
次に、本発明の第7実施形態について図14に基づいて説明する。本実施形態は、上記第6実施形態と比較して、第1反応物Aとして、MgX(OH)(Xはハロゲン原子を表す)である塩化水酸化マグネシウム(MgCl(OH))を用い、第2反応物Bとして塩酸(塩化水素(HCl)の水溶液)を用いた点が異なっている。
MgCl(OH)(s)+HCl(aq)⇔MgCl2(aq)
図14は、本第7実施形態における塩化水酸化マグネシウムおよび塩酸の当量比と発熱量との関係を示す特性図である。ここで、本実施形態における当量比とは、「5.3mol/Lの塩酸100g」に対する「塩化水酸化マグネシウムの質量[g]」の割合を100分率にて表したものである。
次に、本発明の第8実施形態について図15、16に基づいて説明する。本実施形態の蓄熱装置は、車両外部の商用電源等を用いて走行用モータに電力を供給するバッテリの充電が可能(プラグイン方式)となっている電気自動車に搭載されている。
図16は、本第8実施形態に係る蓄熱装置1を示す全体構成図である。図16に示すように、本実施形態の蓄熱装置1は、第1反応物Aおよび第2反応物Bの反応時の反応熱によって、バッテリ82の電解液を加熱するように構成されている。したがって、バッテリ82の電解液が本発明の加熱対象物Fに相当している。
次に、本発明の第9実施形態について図17に基づいて説明する。本実施形態の蓄熱装置は、車両外部の商用電源等を用いて走行用モータに電力を供給するバッテリの充電が可能(プラグイン方式)となっている電気自動車に搭載されている。
なお、上記第1、第2実施形態では、第1反応物Aとして臭化ストロンチウムアンミン錯体を用いた例について説明したが、これに代えて、塩化ストロンチウムアンミン錯体を用いてもよい。これによっても、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、第1反応物Aとしては、上記2種以外の金属ハロゲン化物のアンミン錯体を用いてもよい。
3 自動変速機(変速機構)
7 制御部(制御手段)
11 第1容器
12 第2容器
13 加熱部
14 混合部
41〜43 第1〜第3通路
51〜53 第1〜第3開閉弁(第1〜第3開閉手段)
82 バッテリ(蓄電手段)
85 ヒータ(電熱変換手段)
Claims (19)
- 第1反応物(A)および第2反応物(B)を反応させて化合物を生成する際に生じる反応熱によって加熱対象物(F)を加熱し、前記化合物を前記第1反応物(A)および前記第2反応物(B)に分離させることによって前記反応の系外にて発生する熱である外部熱を蓄熱する蓄熱装置であって、
前記第1反応物(A)を固体の状態で収容する第1容器(11)と、
前記第2反応物(B)を液体の状態で収容する第2容器(12)と、
前記反応熱によって前記加熱対象物(F)を加熱する加熱部(13)と、
前記第1反応物(A)および前記第2反応物(B)を混合させる混合部(14)と、
前記第2容器(12)に収容された前記第2反応物(B)を前記混合部(14)へ導く第1通路(41)と、
前記混合部(14)にて混合された混合物を前記加熱部(13)へ導く第2通路(42)と、
前記第2反応物(B)を前記第1容器(11)から前記第2容器(12)へ導く第3通路(43)と、
前記第1通路(41)を開閉する第1開閉手段(51)と、
前記第2通路(42)を開閉する第2開閉手段(52)と、
前記第3通路(43)を開閉する第3開閉手段(53)と、
前記第1〜第3開閉手段(51〜53)の作動を制御する制御手段(7)とを備え、
前記加熱対象物(F)を加熱する加熱モードでは、前記制御手段(7)が前記第1開閉手段(51)および前記第2開閉手段(52)を開くとともに前記第3開閉手段(53)を閉じることによって、前記混合部(14)にて混合された前記混合物が前記加熱部(13)にて前記化合物を生成するように前記加熱部(13)へ導かれ、
前記外部熱を蓄熱する蓄熱モードでは、前記制御手段(7)が前記第1開閉手段(51)および前記第2開閉手段(52)を閉じるとともに前記第3開閉手段(53)を開くことによって、前記加熱部(13)から流出して前記第1容器(11)へ流入した前記化合物が前記外部熱にて加熱されることによって分離され、この分離された前記第2反応物(B)が凝縮されて前記第2容器(12)に収容されることを特徴とする蓄熱装置。 - 前記混合部(14)は、前記第1容器(11)の内部にあることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記混合部(14)は、前記第1容器(11)の外部にあることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記第1反応物(A)は、金属ハロゲン化物のアンミン錯体であって、
前記第2反応物(B)は、アンモニアであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蓄熱装置。 - 前記金属ハロゲン化物のアンミン錯体は、臭化ストロンチウムのアンミン錯体、または塩化ストロンチウムのアンミン錯体であって、
前記第2容器(12)は、前記第2容器(12)内の前記アンモニアの温度が40℃以下となるように配設されており、
前記蓄熱モードでは、前記加熱部(13)から流出して前記第1容器(11)へ流入した前記化合物が、90℃以上となるように加熱されることによって分離されることを特徴とする請求項4に記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、溶解・水和の際に発熱する金属ハロゲン化物、金属硝酸化物、または金属硫酸化物であって、
前記第2反応物(B)は、水であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、塩化カルシウムであって、
前記加熱モードでは、前記混合部(14)に流入する前記水の重量に対する前記塩化カルシウムの重量の割合が10重量パーセント以上、かつ、50重量パーセント以下となっていることを特徴とする請求項6に記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、少なくともハロゲンを含むマグネシウム塩、または少なくともハロゲンを含む亜鉛塩であって、
前記第2反応物(B)は、少なくとも水を含む溶液であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、塩化マグネシウムであって、
前記第2反応物(B)は、水であって、
前記加熱モードでは、前記混合部(14)に流入する前記水の重量に対する前記塩化マグネシウムの重量の割合が10重量パーセント以上、かつ、74重量パーセント以下となっていることを特徴とする請求項8に記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、塩化亜鉛であって、
前記第2反応物(B)は、水であって、
前記加熱モードでは、前記混合部(14)に流入する前記水の重量に対する前記塩化亜鉛の重量の割合が10重量パーセント以上、かつ、81重量パーセント以下となっていることを特徴とする請求項8に記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、マグネシウムのハロゲン化物または亜鉛のハロゲン化物に、前記ハロゲン化物に含まれるハロゲンと同一のハロゲンのアンモニウム塩を添加したものであることを特徴とする請求項8に記載の蓄熱装置。
- 前記第1反応物(A)は、塩化マグネシウムに塩化アンモニウムを添加したものであることを特徴とする請求項11に記載の蓄熱装置。
- 前記第1反応物(A)は、MgX(OH)またはZnX(OH)であって(Xはハロゲン原子を表す)、
前記第2反応物(B)は、前記第1反応物(A)に含まれるハロゲンと同一のハロゲンの水素化物の水溶液であることを特徴とする請求項8のいずれか1つに記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、塩化水酸化マグネシウムであって、
前記第2反応物(B)は、水中に塩化水素を含有する塩酸であって、
前記加熱モードでは、前記混合部(14)に流入する前記塩酸に対する前記塩化水酸化マグネシウムの割合が、前記塩化水酸化マグネシウムのモル数を前記塩化水素のモル数で除した値で0.25以上、かつ、1.0以下の範囲と等価な範囲内の割合となっていることを特徴とする請求項13に記載の蓄熱装置。 - 前記第1反応物(A)は、臭化カルシウムまたはヨウ化カルシウムであることを特徴とする請求項6に記載の蓄熱装置。
- 前記第1反応物(A)は、臭化カルシウムであって、
前記加熱モードでは、前記混合部(14)に流入する前記水の重量に対する前記臭化カルシウムの重量の割合が10重量パーセント以上、かつ、57重量パーセント以下となっていることを特徴とする請求項15に記載の蓄熱装置。 - 内熱機関(2)を備える車両に適用される請求項1ないし16のいずれか1つに記載の蓄熱装置であって、
前記外部熱は、前記内燃機関(2)の排気が有する熱であることを特徴とする蓄熱装置。 - 外部電力を蓄電する蓄電手段(82)と、前記外部電力を熱へ変換する電熱変換手段(85)とを備える車両に適用される請求項1ないし16のいずれか1つに記載の蓄熱装置であって、
前記外部熱は、前記電熱変換手段(85)にて変換された熱であることを特徴とする蓄熱装置。 - 前記車両は、流体により駆動力の伝達を行う変速機構(3)を備え、
前記加熱対象物(F)は、前記流体であることを特徴とする請求項17または18に記載の蓄熱装置。
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