JP2015001314A - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱対象の外周部を構成する配管の厚みを薄くした場合でも溶接による接合が可能かつ耐圧性能が低下しない化学蓄熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】配管内に配設される加熱対象（ＤＯＣ４）を外周部から加熱する化学蓄熱装置であって、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材９ａを有する反応器９と、反応器９に接続され、吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器とを備え、加熱対象の外周部が配管１３で構成され、その配管１３の外周面に反応材９ａが配設され、配管１３の端部に嵌合部１４ｆ，１５ｆが挿入され、この嵌合部１４ｆ，１５ｆが挿入されている部分において配管１３の端部が溶接Ｗ，Ｗによって接合され、配管１３の厚みは嵌合部１４ｆ，１５ｆの厚みよりも薄いことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、配管内に配設される加熱対象を外周部から加熱する化学蓄熱装置に関する。

車両等の排気系には、エンジンから排出される排気ガスに含まれる環境汚染物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するために、触媒等が設けられている。触媒には、浄化能力を活性化するための最適温度（活性温度）が存在する。エンジン始動時は、排気ガスの温度が低く、触媒の活性温度に達するまでに時間を要する。そこで、エンジン始動時等の排気ガスの温度が低いときに触媒の活性温度まで短時間で温度上昇させるために、触媒を暖機するための加熱装置を設ける場合がある。この加熱装置としては、エネルギロス（燃費ロス）を低減して暖機を行うために、化学反応の反応熱を利用した化学蓄熱装置がある。特許文献１には、触媒の外周部に蓄熱物質（反応材）を配置させ、蓄熱物質の化学反応の反応熱を利用して触媒を暖機する触媒暖機装置が開示されている。

化学蓄熱装置には、触媒等の加熱対象を迅速に昇温するために、加熱対象の外周部の全周に反応材を配置させ、加熱対象を全周から加熱するものがある。特許文献２には、反応熱を利用した化学蓄熱装置ではないが、暖機するために触媒の外周部の全周に蓄熱材を配設した触媒コンバータが開示されている。

特開昭５９−２０８１１８号公報 特開２００５−７６４８０号公報

触媒の外周部から加熱する場合、化学蓄熱装置の反応器と触媒との間の熱伝導性を高くするために、触媒の外周部の厚みを薄くしたほうがよい。しかし、化学蓄熱装置の反応器内の圧力は高くなるので、触媒の外周部はその圧力に耐えるだけの耐圧性能が必要となる。

特許文献１に記載の装置の場合、蓄熱物質を内蔵する筐体部の底面が触媒の外周部を構成している。この筐体部内の高い圧力に対する耐圧性能を考慮すると、筐体部の厚みを薄くできない。また、特許文献２に記載の装置の場合、筒状体（排気管に相当）が触媒の外周部を構成しており、この筒状体の外周面に蓄熱材を内蔵する外筒が設けられている。この外筒を筒状体の外周面に溶接で接合する場合、筒状体の厚みが薄いと溶接によって穴があいてしまう可能性があるので、筒状体の厚みを薄くできない。このように、耐圧性能や接合時の溶接を考慮して触媒の外周部の厚みを厚くすると、熱伝導性が低くなり、化学蓄熱装置による暖機性能が低下する。

そこで、本発明は、加熱対象の外周部を構成する配管の厚みを薄くした場合でも溶接による接合が可能かつ耐圧性能が低下しない化学蓄熱装置を提供することを課題とする。

本発明に係る化学蓄熱装置は、配管内に配設される加熱対象を外周部から加熱する化学蓄熱装置であって、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を有する反応器と、反応器に接続され、吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器とを備え、加熱対象の外周部が配管で構成され、当該配管の外周面に反応材が配設され、配管の端部に嵌合部が挿入され、当該嵌合部が挿入されている部分において配管の端部が溶接によって接合され、配管の厚みは、嵌合部の厚みよりも薄いことを特徴とする。

化学蓄熱装置は、加熱対象を外周部から加熱する。化学蓄熱装置は、吸着器と反応器を備え、吸着器と反応器とが接続されている。吸着器では、反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する。反応器では、吸着器から反応媒体が供給されると反応材と反応媒体とが化学反応して熱を発生させ、加熱対象を外周部から加熱する。加熱対象は配管内に配設されており、加熱対象の外周部が配管によって構成されている。この配管の外周面に、反応器の反応材が配設される。配管の端部には、配管に嵌め合う径を有する嵌合部が挿入される。加熱対象の外周部を構成する配管の厚みは、反応器（反応材）と加熱対象との間の熱伝導性を高くするために、嵌合部の厚みよりも薄い。したがって、薄い配管の端部には、厚い嵌合部が接触した状態で配置される（重なり合っている）。そのため、その嵌合部が重なり合っている部分においては、薄い配管の端部を溶接によって接合できる。また、反応器の加熱対象側には薄い配管が配置されているが、反応器内の圧力が最も高くなる反応器内の隅の箇所（薄い配管の端部）には厚い嵌合部が重なり合っているので、その高い圧力に耐えることができる。このように、この化学蓄熱装置は、加熱対象の外周部を構成する配管の端部に厚い嵌合部を配置させた構造とすることにより、薄い配管でも溶接接合が可能かつ耐圧性能が低下しない。

本発明の上記化学蓄熱装置では、嵌合部は、配管の内周側に挿入される構成としてもよい。この構成の場合、嵌合部の外周側に配管が配置される構造となるので、製造し易い。

本発明の上記化学蓄熱装置では、嵌合部の先端と加熱対象の端面との間に隙間を設けると好適である。嵌合部を配管の内周側に挿入した構造の場合、嵌合部の先端を加熱対象の端面に接触させた状態にすると、配管内の温度が上昇したときに嵌合部や加熱対象の熱膨張によって加熱対象等を損傷する恐れがある。そこで、このような損傷を防止するために、その熱膨張を考慮して、嵌合部の先端と加熱対象の端面との間に隙間を設けておく。

本発明の上記化学蓄熱装置では、嵌合部は、配管の外周側に挿入される構成としてもよい。この構成の場合、薄い配管が内周側に配置される構造となるので、配管内を流れる流体の速度が抑えられ、加熱対象に対する暖機性能が向上する。

本発明によれば、加熱対象の外周部を構成する配管の端部に厚い嵌合部を配置させた構造とすることにより、薄い配管でも溶接接合が可能かつ耐圧性能が低下しない。

本実施の形態に係る化学蓄熱装置を備える排気浄化システムの概略構成図である。 第１の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。 第２の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。 第３の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。 第４の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る化学蓄熱装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る化学蓄熱装置を、車両のエンジンの排気系に設けられる排気浄化システムに備えられる化学蓄熱装置に適用する。本実施の形態に係る排気浄化システムは、エンジン（特に、ディーゼルエンジン）から排出される排気ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化するシステムである。本実施の形態に係る排気浄化システムは、触媒のＤＯＣ[Diesel Oxidation Catalyst]、ＳＣＲ[SelectiveCatalytic Reduction]とＡＳＣ[Ammonia Slip Catalyst]及びフィルタのＤＰＦ[Diesel Particulate Filter]を備えている。また、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、ＤＯＣを暖機するための化学蓄熱装置も備えている。本実施の形態には、ＤＯＣ及び化学蓄熱装置の反応器周辺の構造が異なる４つの実施形態がある。

図１を参照して、第１〜第４の実施の形態で共通する排気浄化システム１の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムの概略構成図である。

排気浄化システム１は、エンジン２の排気側に接続された排気管３の上流側から下流側に向けて、ディーゼル酸化触媒（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、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）７を有している。なお、これらＤＯＣ４、ＤＰＦ５、ＳＣＲ６、ＡＳＣ７が配設される各部分は、配設されない部分の排気管３の径よりも大きくなっている。

ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化する触媒である。ＤＯＣ４の構造については、下記の各実施の形態で詳細に説明する。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、インジェクタ６ａによって排気管３内の上流側にアンモニア（ＮＨ_３）あるいは尿素水（加水分解してアンモニアになる）が供給されると、アンモニアと排気ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることによって、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６をすり抜けて下流側に流れたアンモニアを酸化する触媒である。

各触媒４，６，７には、環境汚染物質に対する浄化能力を発揮できる温度領域（すなわち、活性温度）が存在する。例えば、ＤＯＣ４の活性温度の下限は１５０℃程度である。しかし、エンジン２の始動直後などは、エンジン２から排出された直後の排気ガスの温度は１００℃程度と比較的低温である。そこで、エンジン２の始動直後などでも、各触媒４，６，７で浄化能力を発揮させるために、各触媒４，６，７での温度を迅速に活性温度にする必要がある。そのために、排気浄化システム１は、触媒の暖機を行う化学蓄熱装置８も有している。なお、排気浄化システム１には、エンジン２から排出された排気ガスの温度（あるいは、触媒の温度）を検出する温度センサが設けられている。

化学蓄熱装置８は、外部エネルギレスで触媒を暖機する化学蓄熱装置である。つまり、化学蓄熱装置８は、通常は排気ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときにその熱を使用して触媒を暖機する。特に、化学蓄熱装置８は、排気管３における上流に位置する触媒であるＤＯＣ４を外周部から暖機（加熱）する。上流で暖機することによって、暖機で昇温した排気ガスが下流の触媒（ＳＣＲ６、ＡＳＣ７）に流れる。化学蓄熱装置８は、反応器９、吸着器１０、接続管１１、開閉弁１２等を備えている。なお、本実施の形態では、ＤＯＣ４が特許請求の範囲に記載する加熱対象に相当する。

反応器９は、ＤＯＣ４の外周部の全周に設けられ、断面形状がＤＯＣ４を囲むドーナツ形状である。この断面ドーナツ形状の断面は、反応器９を排気ガスの流れる方向に対して垂直に切った流路断面である。反応器９は、アンモニア（反応媒体）と化学反応する反応材（蓄熱材）９ａを有しており、この反応材９ａがケーシング９ｂに収納されている。反応材９ａとケーシング９ｂとの間に、断熱材等を設けてもよい。反応器９では、アンモニアと反応材９ａとが化学反応して化学吸着（配位結合）し、熱を発生させる。また、反応器９では、所定温度以上になると反応材９ａとアンモニアとが分離して、アンモニアを放出し始め、それより高い所定温度になるとアンモニアを殆ど放出する。これらの各温度は、反応材９ａとアンモニアとの組み合わせによって変わる。

反応材９ａは、ＤＯＣ４の外周面の全周に接するように配設される。反応材９ａの排気ガスの流れる方向の長さは、ＤＯＣ４の長さよりも長く、ＤＯＣ４の全体を外周部で覆う十分な長さを有している。反応材９ａとしては、アンモニアと化学反応して発熱し、触媒の活性温度以上に昇温できる材料を用い、例えば、２価の塩化物（ＭＣｌ_２）、２価の臭化物（ＭＢｒ_２）、２価のヨウ化物（ＭＩ_２）であり、ＭはＭｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｒ等が適している。なお、ケーシング９ｂの構造については、下記の各実施の形態で詳細に説明する。

吸着器１０は、アンモニアと物理吸着する吸着材としての活性炭が内蔵されている。吸着器１０では、アンモニアを活性炭と物理吸着させた状態で貯蔵して、排気ガスの排熱（温まったアンモニア）を蓄えるとともに、アンモニアを活性炭から分離させてアンモニアを放出して、アンモニアを反応器９に供給する。なお、吸着器１０には、吸着器１０内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）が設けられている。

接続管１１は、反応器９と吸着器１０とを接続し、反応器９と吸着器１０との間でアンモニアを移動させる管路である。開閉弁１２は、接続管１１の途中に配設される。開閉弁１２が開弁されると、接続管１１を介して反応器９と吸着器１０との間でアンモニアの移動が可能となる。なお、この開閉弁１２の開閉制御は、エンジン２を制御するＥＣＵ[Electronic Control Unit]（図示せず）等で行われる。

それでは、図２を参照して、第１の実施の形態に係るＤＯＣ４、反応器９のケーシング９ｂ及びその周辺の構造について説明する。図２は、第１の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。

ＤＯＣ４は、円柱形状のハニカム基材４ａに酸化触媒が担持された構造である。このハニカム基材４ａの材料は、例えば、セラミックである。ハニカム基材４ａの外周部には、ＤＯＣ４の外周面を構成する円筒形状のＤＯＣ用排気管１３が配設される。ＤＯＣ用排気管１３の内径は、ハニカム基材４ａの外径に応じて決まる。ＤＯＣ用排気管１３の排気ガスの流れる方向の長さは、反応器９（ケーシング９ｂの上流側の側面と下流側の側面間）の長さに応じて決まり、ハニカム基材４ａの長さよりも長い。したがって、ＤＯＣ用排気管１３内にハニカム基材４ａが配設されると、ＤＯＣ用排気管１３の上流側と下流側の各端部にはハニカム基材４ａが配置されない部分が存在する。ＤＯＣ用排気管１３の材料は、排気管３と同じ材料であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）である。ＤＯＣ用排気管１３の厚みは、反応器９（反応材９ａ）とＤＯＣ４との間の熱伝導性を高くするために、排気管３の厚み（例えば、数ミリ）より薄く、例えば、コンマ数ミリである。なお、第１の実施の形態では、ＤＯＣ用排気管１３が特許請求の範囲に記載する加熱対象の外周部を構成する配管に相当する。

ＤＯＣ４は、上記したように、上流側や下流側の排気管３よりも大きい径を有している。したがって、ＤＯＣ用排気管１３の径は、上流側や下流側の排気管３の径よりも大きい。そのため、その径の異なるＤＯＣ用排気管１３と排気管３とを接続するために、ＤＯＣ用排気管１３の上流側には上流側フランジ１４が配設され、下流側には下流側フランジ１５が配設される。

上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５は、ＤＯＣ４を上流側の排気管３と下流側の排気管３間に配設するための部材である。また、上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５は、反応器９のケーシング９ｂの一部（側面）を構成する部材である。上流側フランジ１４は、ＤＯＣ用排気管１３の上流側の端部（ハニカム基材４ａが配置されない部分）の内側に挿入された状態で溶接接合される。また、下流側フランジ１５は、ＤＯＣ用排気管１３の下流側の端部（ハニカム基材４ａが配置されない部分）の内側に挿入された状態で溶接接合される。上流側フランジ１４と下流側フランジ１５は、同じ形状を有している。

各フランジ１４，１５は、大径部１４ａ，１５ａ、テーパ部１４ｂ，１５ｂ、小径部１４ｃ，１５ｃ、取付部１４ｄ，１５ｄ、側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅからなる。大径部１４ａ，１５ａは、ＤＯＣ用排気管１３に対応した円筒部分であり、ＤＯＣ用排気管１３の内周面に嵌り合う外径を有している。テーパ部１４ｂ，１５ｂは、大径部１４ａ，１５ａと小径部１４ｃ，１５ｃとを繋ぐ部分であり、大径部１４ａ，１５ａの径から小径部１４ｃ，１５ｃの径まで変化する径を有している。小径部１４ｃ，１５ｃは、排気管３に対応した円筒部分であり、上流側や下流側の排気管３の内径と同じ内径を有している。取付部１４ｄ，１５ｄは、上流側や下流側の排気管３の取付部（図示せず）と結合するための部分であり、締結するためのボルト孔を有している。側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅは、ケーシング９ｂの側面を構成する部分であり、大径部１４ａ，１５ａの外周面の全周に垂直に設けられている。フランジ１４，１５の材料は、排気管３と同じ材料であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）である。フランジ１４，１５（特に、大径部１４ａ，１５ａ）の厚みは、排気管３の厚みと同程度であり、例えば、数ミリである。

大径部１４ａ，１５ａの先端部分は、嵌合部１４ｆ，１５ｆとなっている。嵌合部１４ｆ，１５ｆは、ＤＯＣ用排気管１３の端部の内周側に嵌り合う部分である。嵌合部１４ｆ，１５ｆは、その外周面がＤＯＣ用排気管１３の内周面に接触した状態で挿入されている。そして、ＤＯＣ用排気管１３の各端部の外周面とフランジ１４，１５の側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅの内側面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、ＤＯＣ用排気管１３の各端部に各フランジ１４，１５が取り付けられている。このような構造とすることにより、嵌合部１４ｆ，１５ｆとＤＯＣ用排気管１３の各端部とは、重なり合う部分（オーバラップ部分）ができる。特に、嵌合部１４ｆ，１５ｆは、先端が触媒４のハニカム基材４ａに接触しないように挿入されており、先端とハニカム基材４ａの側端面との間には隙間Ｇ，Ｇができる。この隙間Ｇ，Ｇができるように、ＤＯＣ用排気管１３の長さ及びハニカム基材４ａの長さに基づいて、大径部１４ａ，１５ａの外周面に側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅを設ける位置が調整される。

オーバラップ部分を設ける理由について説明する。反応器９内では、圧力が数Ｍパスカル程度まで高くなる。特に、反応器９内の隅の部分の圧力が特に高くなる。しかし、ＤＯＣ用排気管１３は、熱伝導性を高くするために薄い。そこで、嵌合部１４ｆ，１５ｆとＤＯＣ用排気管１３の各端部とをオーバラップさせて、厚い嵌合部１４ｆ，１５ｆで薄いＤＯＣ用排気管１３の各端部（反応器９内の隅の部分）を下側から支持することによって、反応器９内で発生する高い圧力に耐えうる十分な耐圧性能を持たせている。また、薄いＤＯＣ用排気管１３が、溶接によって接合される。そこで、その溶接箇所においては薄いＤＯＣ用排気管１３に厚い嵌合部１４ｆ，１５ｆを重なり合わせることによって、薄いＤＯＣ用排気管１３での溶接を可能としている。ちなみに、溶接によって薄いＤＯＣ用排気管１３に穴があいたとしても、嵌合部１４ｆ，１５ｆがあるので、問題ない。

隙間Ｇを設ける理由について説明する。排気ガスの温度が高くなると、フランジ１４，１５やハニカム基材４ａは各熱膨張係数に応じて膨張する。特に、ステンレス等で形成されるフランジ１４，１５のほうが、セラミック等で形成されるハニカム基材４ａよりも膨張する。排気ガスの温度が高くなって、嵌合部１４ｆ，１５ｆが熱膨張で伸びると、嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端がハニカム基材４ａの側端面に接触し、ハニカム基材４ａを損傷させる可能性がある。そこで、隙間Ｇ，Ｇを予め設けておくことになり、排気ガスの温度が高くなっても、嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端がハニカム基材４ａの側端面に接触しないようにしている。隙間Ｇ，Ｇの長さは、フランジ１４，１５及びハニカム基材４ａの各熱膨張係数を考慮して、排気ガスの温度が高くなった場合でも嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端がハニカム基材４ａに接触しない十分な長さに設定される。また、隙間Ｇ，Ｇの部分については薄いＤＯＣ用排気管１３が厚い嵌合部１４ｆ，１５ｆで支持されていないので、隙間Ｇ，Ｇが長すぎると、反応器９内の圧力によってＤＯＣ用排気管１３が変形するおそれがある。そこで、このような変形がないように、隙間Ｇ，Ｇの長さは、長くなり過ぎないように設定される。

反応器９のケーシング９ｂは、各フランジ１４，１５の側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅ間に円筒形状の上面ケーシング部１６が配置されて接合されることによって構成される。このケーシング９ｂ内に、ＤＯＣ用排気管１３の外周面に沿って全周に反応材９ａが収納される。ＤＯＣ用排気管１３の外周面の全周に接するように配設された反応材９ａは、薄いＤＯＣ用排気管１３を介してＤＯＣ４全体を直接暖機できる。この加熱対象であるＤＯＣ４も、ＤＯＣ用排気管１３の内周面の全周に接するように配設されている。

以上のように構成した化学蓄熱装置８の動作を説明する。車両停止中（エンジン２が停止中）は、開閉弁１２は閉じられている。したがって、吸着器１０において活性炭からアンモニアが分離していても、接続管１１を介してアンモニアが反応器９に供給されない。

エンジンが始動後に、エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度（触媒の活性温度に基づいて設定された温度）より低いときには（エンジン２の始動直後など）、ＥＣＵによる制御によって開閉弁１２が開かれ、接続管１１を介してアンモニアが反応器９に供給される。このとき、吸着器１０の圧力が反応器９の圧力よりも高く、アンモニアが反応器９側に移動する。反応器９では、供給されたアンモニアと反応材９ａとが化学反応して化学吸着し、熱を発生する。この熱は、ＤＯＣ用排気管１３に伝わり、ＤＯＣ用排気管１３からＤＯＣ４に伝わる。特に、ＤＯＣ用排気管１３は、薄いので、熱が伝わり易い。これによって、ＤＯＣ４が加熱され、温度がＤＯＣ４の活性温度以上になると、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。

エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度より高くなると、排気ガスの排熱によって、反応器９では、アンモニアと反応材９ａとが分離し、アンモニアが発生する。この分離したアンモニアは、開閉弁１２が開かれているので、反応器９から接続管１１を介して吸着器１０に戻る。このとき、反応器９の圧力が吸着器１０の圧力よりも高く、アンモニアが吸着器１０側に移動する。吸着器１０では、吸着材がアンモニアを物理吸着して貯蔵する。吸着器１０内の圧力値がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になった場合、ＥＣＵでは開閉弁１２を閉じる。

排気ガスの温度が高くなると、各フランジ１４，１５が熱膨張し、嵌合部１４ｆ，１５ｆがＤＯＣ４側に伸びる。この際、フランジ１４，１５よりも熱膨張しないが、ＤＯＣ４のハニカム基材４ａも熱膨張する。しかし、隙間Ｇ，Ｇが設けられているので、嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端がハニカム基材４ａに接触することはなく、ハニカム基材４ａが損傷するようなことはない。また、反応器９内の圧力が高くなると、特に、隅の部分の圧力が高くなる。しかし、その隅の部分には薄いＤＯＣ用排気管１３の内側に厚い嵌合部１４ｆ，１５ｆが配置されているので、その高い圧力に十分に耐えることができる。

この第１の実施の形態に係る構造によれば、ＤＯＣ４の外周部を構成するＤＯＣ用排気管１３の端部の内周側に嵌合部１４ｆ，１５ｆを挿入して、薄いＤＯＣ用排気管１３の内側に厚い嵌合部１４ｆ，１５ｆを配置させた構造とすることにより、薄いＤＯＣ用排気管１３でも溶接接合が可能かつ耐圧性能が低下しない。また、この構造によれば、フランジ１４，１５の嵌合部１４ｆ，１５ｆの外周側にＤＯＣ用排気管１３が配置される構造となるので、製造し易い。また、この構造によれば、嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端とＤＯＣ４のハニカム基材４ａとの間に隙間Ｇ，Ｇを設けておくことにより、嵌合部１４ｆ，１５ｆやハニカム基材４ａが熱膨張しても、嵌合部１４ｆ，１５ｆの先端がハニカム基材４ａに接触することはなく、嵌合部１４ｆ，１５ｆによってハニカム基材４ａを損傷するようなことはない。

なお、ＤＯＣ用排気管１３が薄いので、反応器９(反応材９ａ)とＤＯＣ４との間の熱伝導性が高い。そのため、反応器９でＤＯＣ４を外周部から加熱する場合でも、反応材９ａからの熱を薄いＤＯＣ用排気管１３を介してＤＯＣ４に効率的に伝えることができ、化学蓄熱装置８によるＤＯＣ４への加熱効率が向上する。その結果、ＤＯＣ４を迅速に昇温でき、早期にＤＯＣ４の活性温度に達し、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。また、排気ガスの排熱によって温められたＤＯＣ４から反応材９ａへ熱を効率的に伝えることができ、反応材９ａからアンモニアの分離、回収を効率的に行うことができる。

次に、図３を参照して、第２の実施の形態に係るＤＯＣ４、反応器９のケーシング９ｂ及びその周辺の構造について説明する。図３は、第２の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。第２の実施の形態に係る構造は、第１の実施の形態に係る構造と比較すると、反応器９のケーシング９ｂの一部（側面）がフランジに一体で構成されていない点が異なる。なお、ＤＯＣ４及びＤＯＣ用排気管２３は、第１の実施の形態と同様の構造なので、説明を省略する。また、化学蓄熱装置８の動作についても、第１の実施の形態と同様の動作なので、説明を省略する。第２の実施の形態では、ＤＯＣ用排気管２３が特許請求の範囲に記載する加熱対象の外周部を構成する配管に相当する。

第２の実施の形態に係る構造では、径の異なるＤＯＣ用排気管２３とその上流側や下流側の排気管３とを接続するために、ＤＯＣ用排気管２３の上流側には上流側フランジ２４が配設され、下流側には下流側フランジ２５が配設される。上流側フランジ２４及び下流側フランジ２５は、第１の実施の形態に係る上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５と比較すると、ケーシング９ｂの一部（側面）を構成する部分を有していない点が異なる。したがって、各フランジ２４，２５は、大径部２４ａ，２５ａ（一部が嵌合部２４ｆ，２５ｆ）、テーパ部２４ｂ，２５ｂ、小径部２４ｃ，２５ｃ、取付部２４ｄ，２５ｄからなる。大径部２４ａ，２５ａ、テーパ部２４ｂ，２５ｂ、小径部２４ｃ，２５ｃ、取付部２４ｄ，２５ｄ、嵌合部２４ｆ，２５ｆは、第１の実施の形態で説明した大径部１４ａ，１５ａ、テーパ部１４ｂ，１５ｂ、小径部１４ｃ，１５ｃ、取付部１４ｄ，１５ｄ、嵌合部１４ｆ，１５ｆと同様の構造を有するので、説明を省略する。

反応器９のケーシング９ｂは、上流側の側面ケーシング部２７と下流側の側面ケーシング部２８の間に円筒形状の上面ケーシング部２６が配置されて接合されることによって構成される。側面ケーシング部２７，２８は、所定の厚さを有するドーナツ形状であり、フランジ２４，２５の大径部２４ａ，２５ａの外周面に嵌り合う孔を有している。この側面ケーシング部２７，２８は、その孔の内周面が大径部２４ａ，２５ａの外周面に接触した状態で挿入されている。そして、この側面ケーシング部２７，２８の外側面における各端部と大径部２４ａ，２５ａの外周面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、フランジ２４，２５に側面ケーシング部２７，２８が取り付けられている。

各フランジ２４，２５の嵌合部２４ｆ，２５ｆは、その外周面がＤＯＣ用排気管２３の内周面に接触した状態で挿入されている。そして、ＤＯＣ用排気管２３の各端部の外周面と側面ケーシング部２７，２８の内側面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、ＤＯＣ用排気管２３の各端部に各フランジ２４，２５が取り付けられている。このような構造とすることにより、嵌合部２４ｆ，２５ｆとＤＯＣ用排気管２３の各端部とは、オーバラップ部分ができる。また、第１の実施の形態に係る構造と同様に、嵌合部２４ｆ，２５ｆの先端と触媒４のハニカム基材４ａとの間には隙間Ｇ，Ｇができるようにしている。この隙間Ｇ，Ｇができるように、ＤＯＣ用排気管２３の長さ及びハニカム基材４ａの長さに基づいて、各フランジ２４，２５の大径部２４ａ，２５ａに側面ケーシング部２７，２８を配置させる位置が調整される。

この第２の実施の形態に係る構造によれば、第１の実施の形態に係る構造と同様の効果を有している。

次に、図４を参照して、第３の実施の形態に係るＤＯＣ４、反応器９のケーシング９ｂ及びその周辺の構造について説明する。図４は、第３の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。第３の実施の形態に係る構造は、第１の実施の形態に係る構造と比較すると、反応器９のケーシング９ｂの一部（側面）がフランジに一体で構成されていない点及び嵌合部がそのケーシング９ｂの一部に一体に構成されている点が異なる。なお、ＤＯＣ４及びＤＯＣ用排気管３３は、第１の実施の形態と同様の構造なので、説明を省略する。また、化学蓄熱装置８の動作についても、第１の実施の形態と同様の動作なので、説明を省略する。第３の実施の形態では、ＤＯＣ用排気管３３が特許請求の範囲に記載する加熱対象の外周部を構成する配管に相当する。

第４の実施の形態に係る構造では、径の異なるＤＯＣ用排気管３３とその上流側や下流側の排気管３とを接続するために、ＤＯＣ用排気管３３の上流側には上流側フランジ３４が配設され、下流側には下流側フランジ３５が配設される。上流側フランジ３４及び下流側フランジ３５は、第１の実施の形態に係る上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５と比較すると、反応器９のケーシング９ｂの一部（側面）を構成する部分を有していない点及び大径部の先端部分が嵌合部になっていない点が異なる。各フランジ３４，３５は、大径部３４ａ，３５ａ、テーパ部３４ｂ，３５ｂ、小径部３４ｃ，３５ｃ、取付部３４ｄ，３５ｄ、接合部３４ｇ，３５ｇからなる。テーパ部３４ｂ，３５ｂ、小径部３４ｃ，３５ｃ、取付部３４ｄ，３５ｄは、第１の実施の形態で説明したテーパ部１４ｂ，１５ｂ、小径部１４ｃ，１５ｃ、取付部１４ｄ，１５ｄと同様の構造を有するので、説明を省略する。

大径部３４ａ，３５ａの先端には、接合部３４ｇ，３５ｇが繋がっている。接合部３４ｇ，３５ｇは、フランジ３４，３５をケーシング９ｂ（ひいては、ケーシング９ｂを介してＤＯＣ用排気管３３）に接合するための部分であり、大径部３４ａ，３５ａの先端から外周側に垂直に延びる部材である。

反応器９のケーシング９ｂは、上流側の側面ケーシング部３７と下流側の側面ケーシング部３８の間に円筒形状の上面ケーシング部３６が配置されて接合されることによって構成される。側面ケーシング部３７，３８は、側面部３７ａ，３８ａと嵌合部３７ｂ，３８ｂからなり、第２の実施の形態に係る側面ケーシング部２７，２８と同様にドーナツ形状の部分を有するとともにそのドーナツ形状部分の内周側の端部に円筒部分を有している。この側面ケーシング部３７，３８におけるドーナツ形状部分が、側面部３７ａ，３８ａであり、ケーシング９ｂの側面となる部分である。この側面部３７ａ，３８ａの外側に、各フランジ３４，３５の接合部３４ｇ，３５ｇが接触した状態で配置されている。そして、接合部３４ｇ，３５ｇの各先端部と側面部３７ａ，３８ａの外周面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、フランジ３４，３５に側面ケーシング部３７，３８が取り付けられている。

側面ケーシング部３７，３８における円筒部分が、嵌合部３７ｂ，３８ｂとなっており、ＤＯＣ用排気管３３の端部の内周側に嵌り合う部分である。嵌合部３７ｂ，３８ｂは、ＤＯＣ用排気管３３の内周側に嵌り合う外径を有している。嵌合部３７ｂ，３８ｂは、その外周面がＤＯＣ用排気管３３の内周面に接触した状態で挿入されている。そして、ＤＯＣ用排気管３３の各端部の外周面と側面ケーシング部３７，３８の側面部３７ａ，３８ａの内側面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、ＤＯＣ用排気管３３の各端部に側面ケーシング部３７，３８（ひいては、各フランジ３４，３５）が取り付けられている。このような構造とすることにより、嵌合部３７ｂ，３８ｂとＤＯＣ用排気管３３とは、オーバラップ部分ができる。また、第１の実施の形態に係る構造と同様に、嵌合部３７ｂ，３８ｂの先端が触媒４のハニカム基材４ａとの間には隙間Ｇ，Ｇができるようにしている。この隙間Ｇ，Ｇができるように、ＤＯＣ用排気管３３の長さ及びハニカム基材４ａの長さに基づいて、側面ケーシング部３７，３８の嵌合部３７ｂ，３８ｂの長さが調整される。

この第３の実施の形態に係る構造によれば、第１の実施の形態に係る構造と同様の効果を有している。

次に、図５を参照して、第４の実施の形態に係るＤＯＣ４、反応器９のケーシング９ｂ及びその周辺の構造について説明する。図５は、第４の実施の形態に係るＤＯＣ及び反応器周辺の側断面図である。第４の実施の形態に係る構造は、第１の実施の形態に係る構造と比較すると、各フランジの嵌合部がＤＯＣ用排気管の外側に挿入される点が異なる。なお、ＤＯＣ４、ＤＯＣ用排気管４３及びケーシング９ｂは、第１の実施の形態と同様の構造なので、説明を省略する。また、化学蓄熱装置８の動作についても、第１の実施の形態と同様の動作なので、説明を省略する。第４の実施の形態では、ＤＯＣ用排気管４３が特許請求の範囲に記載する加熱対象の外周部を構成する配管に相当する。

第４の実施の形態に係る構造では、径の異なるＤＯＣ用排気管４３とその上流側や下流側の排気管３とを接続するために、ＤＯＣ用排気管４３の上流側には上流側フランジ４４が配設され、下流側には下流側フランジ４５が配設される。上流側フランジ４４及び下流側フランジ４５は、第１の実施の形態に係る上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５と比較すると、嵌合部４４ｆ，４５ｆをＤＯＣ用排気管４３の外側に配置させる点が異なる。各フランジ４４，４５は、大径部４４ａ，４５ａ（一部が嵌合部４４ｆ，４５ｆ）、テーパ部４４ｂ，４５ｂ、小径部４４ｃ，４５ｃ、取付部４４ｄ，４５ｄ、側面ケーシング部４４ｅ，４５ｅからなる。テーパ部４４ｂ，４５ｂ、小径部４４ｃ，４５ｃ、取付部４４ｄ，４５ｄ、側面ケーシング部４４ｅ，４５ｅは、第１の実施の形態で説明したテーパ部１４ｂ，１５ｂ、小径部１４ｃ，１５ｃ、取付部１４ｄ，１５ｄ、側面ケーシング部１４ｅ，１５ｅと同様の構造を有するので、説明を省略する。大径部４４ａ，４５ａは、ＤＯＣ用排気管４３に対応した円筒部分であり、ＤＯＣ用排気管４３の外周面に嵌り合う内径を有している。

大径部４４ａ，４５ａの先端部分は、嵌合部４４ｆ，４５ｆとなっている。嵌合部４４ｆ，４５ｆは、ＤＯＣ用排気管４３の端部の外周側に嵌り合う部分である。嵌合部４４ｆ，４５ｆは、その内周面がＤＯＣ用排気管４３の外周面に接触した状態で挿入されている。そして、ＤＯＣ用排気管４３の各端部の先端と各フランジ４４，４５の大径部４４ａ，４５ａの内周面との間が全周の溶接Ｗ，Ｗによって接合され、ＤＯＣ用排気管４３の各端部に各フランジ４４，４５が取り付けられている。このような構造とすることにより、嵌合部４４ｆ，４５ｆとＤＯＣ用排気管４３とは、オーバラップ部分ができる。この嵌合部４４ｆ，４５ｆの長さは、少なくともハニカム基材４ａの側端面の位置まで届く長さとし、ハニカム基材４ａの側端面の位置より少し内側まで入る長さとしてもよい。嵌合部４４ｆ，４５ｆをこのような長さとするのは、嵌合部４４ｆ，４５ｆの長さがハニカム基材４ａの側端面の位置よりも短いと、反応器９内の圧力を薄いＤＯＣ用排気管４３だけで受ける部分ができるからである。

この第４の実施の形態に係る構造によれば、ＤＯＣ４の外周部を構成するＤＯＣ用排気管４３の端部の外周側に嵌合部４４ｆ，４５ｆを挿入して、薄いＤＯＣ用排気管４３の外側に厚い嵌合部４４ｆ，４５ｆを配置させた構造とすることにより、薄いＤＯＣ用排気管４３でも溶接接合が可能かつ耐圧性能が低下しない。また、この構造によれば、ＤＯＣ用排気管４３の外周側にフランジ４４，４５が配置される構造となるので、ＤＯＣ用排気管４３（ハニカム基材４ａ）の径が同じあれば、排気ガスが流れる流路断面の面積が大きくなるので、排気ガスの流速が抑えられ、暖機性能が向上する。また、この構造によれば、嵌合部４４ｆ，４５ｆがハニカム基材４ａよりも外側に配置されているので、嵌合部４４ｆ，４５ｆの先端がハニカム基材４ａに接触する可能性がなく。熱膨張した嵌合部４４ｆ，４５ｆによってハニカム基材４ａを損傷するようなことはない。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では触媒としてＤＯＣ、ＳＣＲ及びＡＳＣ、フィルタとしてＤＰＦを備える排気浄化システムに適用したが、他の様々な構成の排気浄化システムに適用できる。また、車両もディーゼルエンジン車としたが、ガソリンエンジン車等にも適用できる。また、車両以外の排気浄化システムにも適用できる。また、排気浄化システム以外にも適用できる。

また、本実施の形態では化学蓄熱装置の加熱対象として触媒のＤＯＣとしたが、加熱対象としては他のものでよく、例えば、ＳＣＲ等の他の触媒がある。また、本実施の形態では化学蓄熱装置における化学反応の反応媒体をアンモニアとしたが、二酸化炭素、アルコール、水等の他の媒体でもよい。また、本実施の形態では反応器をＤＯＣの外周部の全周に設ける構成としたが、全周に設けない構成でもよい。

また、本実施の形態では嵌合部及びＤＯＣ（加熱対象）の外周部を構成するＤＯＣ用排気管（配管）の構造として４つの形態を示したが、嵌合部及び加熱対象の外周部を構成する配管の構造について配管の端部に嵌合部が挿入される構造であれば、様々な構造が適用可能である。

また、第４の実施の形態では第１の実施の形態と同様の構造を持つフランジの嵌合部をＤＯＣ用排気管の外周側に挿入する構成としたが、第２の実施の形態と同様の構造を持つフランジの嵌合部をＤＯＣ用排気管の外周側に挿入する構成としてもよし、第３の実施の形態と同様の構造を持つ側面ケーシング部の嵌合部をＤＯＣ用排気管の外周側に挿入する構成としてもよい。

１…排気ガス浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、４ａ…ハニカム基材、５…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）、６…選択還元触媒（ＳＣＲ）、６ａ…インジェクタ、７…アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）、８…化学蓄熱装置、９…反応器、９ａ…反応材、９ｂ…ケーシング、１０…吸着器、１１…接続管、１２…開閉弁、１３，２３，３３，４３…ＤＯＣ用排気管、１４，２４，３４，４４…上流側フランジ、１４ａ，２４ａ，３４ａ，４４ａ…大径部、１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ…テーパ部、１４ｃ，２４ｃ，３４ｃ，４４ｃ…小径部、１４ｄ，２４ｄ，３４ｄ，４４ｄ…取付部、１４ｅ，４４ｅ…側面ケーシング部、１４ｆ，２４ｆ，４４ｆ…嵌合部、３４ｇ…接合部、１５，２５，３５，４５…下流側フランジ、１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ…大径部、１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ…テーパ部、１５ｃ，２５ｃ，３５ｃ，４５ｃ…小径部、１５ｄ，２５ｄ，３５ｄ，４５ｄ…取付部、１５ｅ，４５ｅ…側面ケーシング部、１５ｆ，２５ｆ，４５ｆ…嵌合部、３５ｇ…接合部、１６，２６，３６，４６…上面ケーシング部、２７，２８，３７，３８…側面ケーシング部、３７ａ，３８ａ…側面部、３７ｂ，３８ｂ…嵌合部。

Claims (4)

1. 配管内に配設される加熱対象を外周部から加熱する化学蓄熱装置であって、
   反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を有する反応器と、
   前記反応器に接続され、吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器と、
   を備え、
   前記加熱対象の外周部が配管で構成され、当該配管の外周面に前記反応材が配設され、
   前記配管の端部に嵌合部が挿入され、当該嵌合部が挿入されている部分において前記配管の端部が溶接によって接合され、
   前記配管の厚みは、前記嵌合部の厚みよりも薄いことを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記嵌合部は、前記配管の内周側に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置。
3. 前記嵌合部の先端と前記加熱対象の端面との間に隙間を設けることを特徴とする請求項２に記載の化学蓄熱装置。
4. 前記嵌合部は、前記配管の外周側に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置。

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