JP2015165178A - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる化学蓄熱装置を提供する。【解決手段】化学蓄熱装置１０は、熱交換器４の周囲に配置され、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させると共に排熱を受けてＮＨ３を脱離させる蓄熱材１３を含む反応器１１と、ＮＨ３の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材１４を含む吸着器１２と、反応器１１と吸着器１２との間に設けられ、両者間の流路を開閉させる電磁弁１６と、反応器１１と吸着器１２との間に電磁弁１６に対して並列に設けられ、反応器１１内の圧力が予め設定された開弁設定圧に達すると、機械的に開く安全弁１８とを備えている。安全弁１８は、吸着器１２から反応器１１にＮＨ３が流れるのを止める逆止弁機能を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンジンの排気系等に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置に関するものである。

従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、エンジン要素部品を加熱する無回収式加熱装置が知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、化学反応媒体としてのアンモニア（ＮＨ_３）の固定化及び脱離が可能なアンモニア吸着材を有するアンモニア吸着器と、このアンモニア吸着器と配管を介して接続され、ＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に熱源からの余剰熱によりＮＨ_３を脱離させる化学蓄熱材を有する化学蓄熱反応器と、配管に設けられた開閉弁とを備えている。

エンジンの始動時には、開閉弁を開放させることで、アンモニア吸着器のアンモニア吸着材から脱離したＮＨ_３が配管を通じて化学蓄熱反応器に供給される。そして、ＮＨ_３と化学蓄熱材との化学反応によって化学蓄熱材が発熱し、その熱によりエンジン要素部品が加熱される。エンジンの暖機後には、エンジン要素部品の余剰熱によって化学蓄熱材からＮＨ_３が脱離する。そして、そのＮＨ_３が配管を通じてアンモニア吸着材に再び固定（回収）される。その後、開閉弁が閉止される。

特開２０１３−７２５５８号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ＮＨ_３の回収時には、化学蓄熱反応器（以下、単に反応器）が高温状態となるが、その状態でエンジンを停止させると、開閉弁が電磁弁である場合には開閉弁が閉じられる。そのような状態では、反応器からアンモニア吸着器（以下、単に吸着器）にＮＨ_３を戻せないため、反応器内にＮＨ_３が充満し、反応器内が異常な過圧状態となる。このとき、反応器を破裂させないようにするには、反応器の剛性を十分高くする必要があり、反応器の体格及び重量が必要以上に増大してしまう。

また、反応器の化学蓄熱材を高温で発熱させるためには、数気圧以上の圧力が必要となる。このため、吸着器としては、その圧力に耐え得る剛性が必要となる。ところで、吸着器内の圧力は、外気温によって変動する。具体的には、外気温が高くなると、吸着器の温度が高くなり、吸着器内の圧力が高くなる。ここで、開閉弁が閉じている際には、外気温が上昇して吸着器が高温状態になっても、吸着器から反応器にＮＨ_３が移動できないため、吸着器内にＮＨ_３が充満し、吸着器内が異常な過圧状態となる。従って、外気温の変動を考慮して吸着器の設計を行う場合には、吸着器の剛性を十分高くする必要があり、吸着器の体格及び重量が必要以上に増大してしまう。

本発明の目的は、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる化学蓄熱装置を提供することである。

本発明は、加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、気体の反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有する反応器と、反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、反応器と吸着器との間に設けられ、反応器と吸着器との間の流路を開閉させる開閉弁と、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器と吸着器とを連通させる連通手段とを備えることを特徴とするものである。

このような本発明の化学蓄熱装置においては、反応器と吸着器との間に設けられた開閉弁が閉じている状態でも、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器と吸着器とが連通されるので、反応器と吸着器との間で反応媒体が移動するようになる。これにより、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる。

連通手段は、反応器と吸着器との間に設けられ、反応器の内部圧力が予め設定された第１開弁設定圧に達すると開く第１弁及び吸着器の内部圧力が予め設定された第２開弁設定圧に達すると開く第２弁の少なくとも一方とを有すると良い。このような構成では、反応器の内部圧力が第１弁の第１開弁設定圧に達すると、第１弁が開き、反応器から吸着器に反応媒体が移動するようになる。また、吸着器の内部圧力が第２弁の第２開弁設定圧に達すると、第２弁が開き、吸着器から反応器に反応媒体が移動するようになる。これにより、反応器または吸着器の内部圧力を検出するセンサを用いなくても、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを確実に防止できる。

このとき、第１弁は、吸着器から反応器への反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含み、第２弁は、反応器から吸着器への反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含むと良い。この場合には、吸着器の内部圧力が第１弁の第１開弁設定圧に達しても、吸着器から反応器へ反応媒体が移動することが無い。また、反応器の内部圧力が第２弁の第２開弁設定圧に達しても、反応器から吸着器へ反応媒体が移動することが無い。

また、反応器と吸着器との間には、第１弁及び第２弁がそれぞれ設けられており、第２開弁設定圧は、第１開弁設定圧よりも大きいと良い。この場合には、吸着器の内部圧力が比較的高い通常状態時に、第２弁が開いて吸着器から反応器に反応媒体が移動してしまうことが抑制される。

さらに、第１弁及び第２弁の何れか一方は、開閉弁と一体に構成されていると良い。この場合には、使用する弁ユニットの数が必要最小限で済むため、コスト的に有利となる。

また、連通手段は、開閉弁と並列に設けられたバイパス通路を更に有し、第１弁及び第２弁の少なくとも一方は、バイパス通路に設けられていても良い。この場合には、開閉弁、第１弁及び第２弁の構造が簡単になる。

また、連通手段は、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力を検出する検出手段と、検出手段により反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上であることが検出されると、開閉弁を開くように制御する制御手段とを有すると良い。このような構成では、反応器の内部圧力が所定値以上になると、開閉弁が開き、反応器から吸着器に反応媒体が移動するようになる。また、吸着器の内部圧力が所定値以上になると、開閉弁が開き、吸着器から反応器に反応媒体が移動するようになる。これにより、使用する弁の数を必要最小限としつつ、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを確実に防止できる。

さらに、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が予め決められたリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を更に備えると良い。この場合には、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が連通手段では対応できないほど高くなったときでも、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力がリリーフ設定値に達すると、リリーフ弁が開き、反応器及び吸着器の少なくとも一方から反応媒体が排出されるようになる。これにより、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを一層防止できる。

このとき、加熱対象物は、エンジンの排気系に設けられており、リリーフ弁は、反応器及び吸着器の少なくとも一方と排気系との間に設けられていると良い。この場合には、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力がリリーフ設定値に達すると、リリーフ弁が開き、反応器及び吸着器の少なくとも一方から排気系に反応媒体が排出されることになる。

本発明によれば、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる。これにより、反応器または吸着器を破裂させないように、反応器または吸着器の体格及び重量を必要以上に大きくしなくて済み、コストダウン化を図ることが可能となる。

本発明に係る化学蓄熱装置の第１実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図１に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第２実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図３に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第３実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図５に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第４実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図７に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第５実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図９に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第６実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図１１に示したコントローラにより実行される電磁弁制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図１１に示した化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。

以下、本発明に係る化学蓄熱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。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る化学蓄熱装置の第１実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、排気浄化システム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）の排気系に設けられ、エンジン２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。

排気浄化システム１は、エンジン２と接続された排気通路３（排気系）の途中に上流側から下流側に向けて順に配置された熱交換器４、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）５、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）６、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）７及び酸化触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）８を備えている。

熱交換器４は、エンジン２からの排気ガスと後述する反応器１１との間で熱の伝達を行う機器であり、ハニカム構造をなしている。なお、熱交換器４はハニカム構造に限らず、周知の熱交換構造を利用可能である。酸化触媒５は、排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ６は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ７は、尿素またはアンモニア（ＮＨ_３）によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒８は、ＳＣＲ７をすり抜けてＳＣＲ７の下流側に流れたＮＨ_３を酸化する触媒である。

また、排気浄化システム１は、本実施形態の化学蓄熱装置１０を備えている。化学蓄熱装置１０は、通常は排気ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに排熱を使用することにより、エネルギーレスで熱交換器４を加熱する装置である。化学蓄熱装置１０は、熱交換器４の周囲に配置された反応器１１と、熱交換器４から離間して配置された吸着器１２とを備えている。

反応器１１は、気体の反応媒体であるＮＨ_３と化学反応して、熱交換器４を加熱するための熱を発生させると共に、排熱を受けてＮＨ_３を脱離させる蓄熱材１３を含んでいる。蓄熱材１３としては、ハロゲン化物のＭＸａという組成を持つ材料が用いられる。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等である。ａは、２〜３である。

吸着器１２は、ＮＨ_３の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材１４を含んでいる。吸着材１４としては、活性炭、カーボンブラック、メソポーラスカーボン及びナノカーボン等が用いられる。吸着器１２は、ＮＨ_３を吸着材１４に物理吸着させることで、ＮＨ_３を貯蔵する。

反応器１１及び吸着器１２は、主配管１５を介して接続されている。主配管１５には、反応器１１と吸着器１２との間の流路を開閉させる開閉弁である電磁弁１６が設けられている。電磁弁１６は、コントローラ（図示せず）により制御される。

主配管１５には、バイパス配管１７（バイパス通路）が接続されている。バイパス配管１７には、機械式の安全弁１８が電磁弁１６に対して並列に設けられている。安全弁１８は、電磁弁１６と別体で構成されている。安全弁１８は、反応器１１内の圧力が開弁設定圧（第１開弁設定圧）に達すると、機械的に開くバルブ（第１弁）である。開弁設定圧は、安全弁１８に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。

安全弁１８は、吸着器１２から反応器１１にＮＨ_３が流れるのを止める逆止弁機能を有している。従って、反応器１１内の圧力が開弁設定圧に達すると、安全弁１８が開くことで、反応器１１から吸着器１２にＮＨ_３が移動するが、吸着器１２内の圧力が開弁設定圧に達しても、吸着器１２から反応器１１にＮＨ_３が移動することは無い。

ここで、安全弁１８は、反応器１１及び吸着器１２の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器１１と吸着器１２とを連通させる連通手段を構成している。

このような化学蓄熱装置１０において、エンジン２からの排気ガスの温度が低いときは、電磁弁１６が開くことで、吸着器１２から反応器１１にＮＨ_３が主配管１５を介して供給され、反応器１１の蓄熱材１３（例えばＭｇＢｒ_２）とＮＨ_３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、蓄熱材１３から熱が発生する。つまり、下記の反応式（Ａ）における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。そして、反応器１１で発生した熱によって熱交換器４が加熱される。

ＭｇＢｒ_２＋_ｘＮＨ_３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ_３）_ｘＢｒ_２＋熱 …（Ａ）

一方、エンジン２からの排気ガスの温度が高くなると、排熱が反応器１１の蓄熱材１３に与えられることで、蓄熱材１３とＮＨ_３とが分離する。つまり、上記の反応式（Ａ）における右辺から左辺への反応（再生反応）が起こる。そして、蓄熱材１３から脱離したＮＨ_３は、主配管１５を介して吸着器１２に戻り、吸着器１２の吸着材１４に物理吸着（回収）される。

ここで、排熱によるＮＨ_３の回収中にエンジン２を停止させると、電磁弁１６に電気が供給されなくなるため、電磁弁１６が閉じる。すると、図２に示すように、反応器１１内に高温のＮＨ_３ガスが充満し、反応器１１内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器１１内の圧力が安全弁１８の開弁設定圧に達すると、安全弁１８が開くため、反応器１１内のＮＨ_３がバイパス配管１７を通って吸着器１２に移動するようになる。これにより、反応器１１内が異常に過圧されることは無い。

このように本実施形態によれば、ＮＨ_３の回収中に電磁弁１６が閉じることで、反応器１１内の圧力が急激に上昇しても、安全弁１８が動作するので、反応器１１内が異常に過圧されることを防止できる。従って、反応器１１を破裂させないように反応器１１を必要以上に頑丈な構造としなくて済むため、反応器１１の体格及び重量の増大を抑制し、コストダウン化を図ることができる。

図３は、本発明に係る化学蓄熱装置の第２実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記第１実施形態における安全弁１８に代えて、安全弁ユニット２０を備えている。安全弁ユニット２０は、機械式の安全弁２１（第１弁）と、この安全弁２１に対して並列に設けられた機械式の安全弁２２（第２弁）とを有している。

安全弁２１は、反応器１１内の圧力が反応器用開弁設定圧（第１開弁設定圧）に達すると、機械的に開くバルブ（第１弁）である。反応器用開弁設定圧は、安全弁２１に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。安全弁２１は、吸着器１２から反応器１１にＮＨ_３が流れるのを止める逆止弁機能を有している。

安全弁２２は、吸着器１２内の圧力が吸着器用開弁設定圧（第２開弁設定圧）に達すると、機械的に開くバルブ（第２弁）である。吸着器用開弁設定圧は、安全弁２２に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。安全弁２２は、反応器１１から吸着器１２にＮＨ_３が流れるのを止める逆止弁機能を有している。

通常状態では、吸着器１２内の圧力が反応器１１内の圧力よりも高くなる。このため、安全弁２２の吸着器用開弁設定圧は、安全弁２１の反応器用開弁設定圧よりも高く設定されている。

ここで、安全弁２１，２２は、反応器１１及び吸着器１２の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器１１と吸着器１２とを連通させる連通手段を構成している。

ＮＨ_３の回収中にエンジン２を停止させると、上述したように電磁弁１６が閉じるため、図４（ａ）に示すように、反応器１１内に高温のＮＨ_３ガスが充満し、反応器１１内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器１１内の圧力が安全弁２１の反応器用開弁設定圧に達すると、安全弁２１が開くため、反応器１１内のＮＨ_３がバイパス配管１７を通って吸着器１２に移動するようになる。これにより、反応器１１内が異常に過圧されることは無い。

エンジン２の停止時に、外気温の上昇により吸着器１２に熱が与えられて吸着器１２が高温状態になると、電磁弁１６が閉じているため、図４（ｂ）に示すように、吸着器１２内の高温のＮＨ_３ガスにより吸着器１２内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器１２内の圧力が安全弁２２の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁２２が開くため、吸着器１２内のＮＨ_３がバイパス配管１７を通って反応器１１に移動するようになる。これにより、吸着器１２内が異常に過圧されることは無い。

従って、反応器１１を破裂させないように反応器１１を必要以上に頑丈な構造としなくて済むことに加え、吸着器１２を破裂させないように吸着器１２を必要以上に頑丈な構造としなくて済むため、反応器１１及び吸着器１２の体格及び重量の増大を抑制し、更なるコストダウン化を図ることができる。

また、安全弁２２の吸着器用開弁設定圧が安全弁２１の反応器用開弁設定圧よりも高くなっているので、吸着器１２内の圧力が高くなっても、安全弁２２が直ぐに開くことは無く、吸着器１２から反応器１１へのＮＨ_３の移動の誤動作を抑制することができる。また、安全弁２１の反応器用開弁設定圧が安全弁２２の吸着器用開弁設定圧に比べて低いため、反応器１１から吸着器１２へのＮＨ_３の移動が容易に行われるようになり、ＮＨ_３の回収を促進させることができる。

図５は、本発明に係る化学蓄熱装置の第３実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記第２実施形態における構成に加えて、リリーフ弁３０を備えている。

リリーフ弁３０は、反応器１１と排気通路３とを接続する配管３１に設けられている。配管３１の一端は、排気通路３における熱交換器４と酸化触媒５とを繋ぐ排気管３２に接続されている。

リリーフ弁３０は、反応器１１内の圧力がリリーフ設定値に達すると、機械的に開くバルブである。リリーフ設定値は、リリーフ弁３０に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。リリーフ設定値は、安全弁２１の反応器用開弁設定圧よりも高く設定されている。リリーフ弁３０は、排気管３２から反応器１１にガスが流れるのを止める逆止弁機能を有している。

エンジン２の停止時に、反応器１１及び吸着器１２の両方が高温状態になると、電磁弁１６が閉じているため、図６に示すように、反応器１１内及び吸着器１２内の高温のＮＨ_３ガスにより反応器１１内及び吸着器１２内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器１１内の圧力が安全弁２１の反応器用開弁設定圧に達すると、安全弁２１が開き、吸着器１２内の圧力が安全弁２２の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁２２が開く。しかし、反応器１１内及び吸着器１２内は、ＮＨ_３ガスにより過圧された状態のままである。

反応器１１内の圧力がリリーフ弁３０のリリーフ設定圧に達すると、リリーフ弁３０が開くため、反応器１１内のＮＨ_３が配管３１を通って酸化触媒５の前段の排気管３２に放出されるようになる。そして、排気管３２に放出されたＮＨ_３は、酸化触媒５によって酸化されてＮＯｘとなる。

このように反応器１１内及び吸着器１２内の圧力が何れも急激に上昇することで、安全弁２１，２２では対応できない状態になっても、リリーフ弁３０の動作によって反応器１１内から排気管３２にＮＨ_３が放出されるため、反応器１１内及び吸着器１２内が異常に過圧されることを防止できる。

なお、本実施形態では、反応器１１内のＮＨ_３を酸化触媒５の前段の排気管３２に放出するようにしたが、ＮＨ_３の放出先としては、特に排気管３２には限られず、熱交換器４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ６、選択還元触媒７及び酸化触媒８の何れかの前段の排気管等であっても良い。

また、本実施形態では、反応器１１と排気通路３との間に、反応器１１内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁３０を設けるようにしたが、吸着器１２内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を、吸着器１２と排気通路３との間に設けても良いし、反応器１１内または吸着器１２内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を、反応器１１と吸着器１２とをつなぐ通路に設けても良い。

図７は、本発明に係る化学蓄熱装置の第４実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記第１実施形態における電磁弁１６及び安全弁１８に代えて、電磁弁ユニット４０を備えている。

電磁弁ユニット４０は、主要部である開閉弁としての電磁弁４１に対して逆止弁４２を備えている。電磁弁４１及び逆止弁４２は、一体に構成されている。つまり、電磁弁ユニット４０は、逆止弁４２付きの電磁弁４１である。電磁弁ユニット４０は、コントローラ（図示せず）により制御される。

電磁弁４１は、反応器１１と吸着器１２との間の流路を開閉させるバルブである。逆止弁４２は、反応器１１内の圧力が開弁設定圧（第１開弁設定圧）に達すると、機械的に開くと共に、吸着器１２から反応器１１にＮＨ_３が流れるのを止めるバルブ（第１弁）である。開弁設定圧は、電磁弁ユニット４０に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。

ここで、逆止弁４２は、反応器１１及び吸着器１２の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器１１と吸着器１２とを連通させる連通手段を構成している。

ＮＨ_３の回収中にエンジン２を停止させると、電磁弁４１の動作により電磁弁ユニット４０が閉じる。すると、図８に示すように、反応器１１内に高温のＮＨ_３ガスが充満し、反応器１１内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器１１内の圧力が電磁弁ユニット４０の開弁設定圧に達すると、逆止弁４２の動作により電磁弁ユニット４０が開くため、反応器１１内のＮＨ_３が主配管１５を通って吸着器１２に移動するようになる。これにより、反応器１１内の過圧状態を緩和することができる。

図９は、本発明に係る化学蓄熱装置の第５実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記第４実施形態における構成に加えて、機械式の安全弁４５を備えている。

安全弁４５は、主配管１５に接続されたバイパス配管４６（バイパス通路）に電磁弁ユニット４０に対して並列に設けられている。安全弁４５は、吸着器１２内の圧力が吸着器用開弁設定圧（第２開弁設定圧）に達すると、機械的に開くバルブ（第２弁）である。吸着器用開弁設定圧は、安全弁４５に設けられたバネ（図示せず）により予め設定されている。安全弁４５の吸着器用開弁設定圧は、電磁弁ユニット４０の開弁設定圧（第１開弁設定圧）よりも高く設定されている。また、安全弁４５は、反応器１１から吸着器１２にＮＨ_３が流れるのを止める逆止弁機能を有している。

ここで、逆止弁４２及び安全弁４５は、反応器１１及び吸着器１２の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器１１と吸着器１２とを連通させる連通手段を構成している。

エンジン２の停止時に、外気温の上昇により吸着器１２に熱が与えられて吸着器１２が高温状態になると、電磁弁ユニット４０が閉じているため、図１０に示すように、吸着器１２内の高温のＮＨ_３ガスにより吸着器１２内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器１２内の圧力が安全弁４５の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁４５が開くため、吸着器１２内のＮＨ_３がバイパス配管４６を通って反応器１１に移動するようになる。これにより、吸着器１２内の過圧状態を緩和することができる。

図１１は、本発明に係る化学蓄熱装置の第６実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記第１実施形態における主配管１５及び電磁弁１６を有しているが、バイパス配管１７及び安全弁１８を有していない。

化学蓄熱装置１０は、吸着器１２内の圧力を検出する圧力センサ５０（検出手段）と、この圧力センサ５０と接続されたコントローラ５１（制御手段）とを備えている。コントローラ５１は、圧力センサ５０の検出値に基づいて電磁弁１６を制御する。

図１２は、コントローラ５１により実行される電磁弁制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、発熱反応時及び再生反応時以外の期間に実行される。なお、発熱反応時及び再生反応時以外の期間は、電磁弁１６は閉じた状態にある。

図１２において、まず圧力センサ５０の検出値を入力し（手順Ｓ１０１）、圧力センサ５０により検出された吸着器１２内の圧力（吸着器圧力）が設定圧よりも低いかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。設定圧は、実験等により予め設定されている。

吸着器１２内の圧力が設定圧よりも低いときは、電磁弁１６を閉じるように制御し（手順Ｓ１０３）、手順Ｓ１０１に戻る。吸着器１２内の圧力が設定圧以上であるときは、電磁弁１６を開くように制御し（手順Ｓ１０４）、手順Ｓ１０１に戻る。

ここで、圧力センサ５０及びコントローラ５１は、反応器１１及び吸着器１２の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器１１と吸着器１２とを連通させる連通手段を構成している。

エンジン２が停止していない状態でも、発熱反応時及び再生反応時以外の期間は電磁弁１６が閉じているため、外気温の上昇により吸着器１２に熱が与えられて吸着器１２が高温状態になると、図１３に示すように、吸着器１２内の高温のＮＨ_３ガスにより吸着器１２内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器１２内の圧力が設定圧に達すると、電磁弁１６が開くため、吸着器１２内のＮＨ_３が主配管１５を通って反応器１１に移動するようになる。これにより、吸着器１２内が異常に過圧されることは無い。従って、上記第２実施形態と同様に、吸着器１２の剛性を必要以上に高くしなくて済むため、吸着器１２の体格及び重量の増大を抑制することができる。

なお、本実施形態では、吸着器１２内の圧力が設定圧以上であるときに、電磁弁１６を開くように制御したが、特にそれに限られず、反応器１１内の圧力を検出する圧力センサを設け、反応器１１内の圧力が設定圧以上になったときに、電磁弁１６を開くように制御しても良い。

また、本実施形態においても、上記第３実施形態におけるリリーフ弁３０を別途備えていても良い。

以上、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無い。例えば上記第１〜第５実施形態では、反応器１１内の圧力が第１開弁設定圧に達すると、機械的に開く第１弁である安全弁１８、安全弁２１及び逆止弁４２の何れかが設けられているが、反応器１１内の圧力が第１開弁設定圧に達すると開く第１弁は設けずに、吸着器１２内の圧力が第２開弁設定圧に達すると開く第２弁を設ける構成としても良い。

また、上記第２、第３及び第５実施形態では、第２弁の第２開弁設定圧が第１弁の第１開弁設定圧よりも高く設定されているが、特にその形態には限られず、第２弁の第２開弁設定圧を第１弁の第１開弁設定圧と等しくしても良い。

また、上記実施形態では、反応器１１の蓄熱材１３と化学反応する気体の反応媒体としてＮＨ_３を使用したが、反応媒体としては、特にＮＨ_３には限られず、ＣＯ_２等を使用しても良い。反応媒体としてＣＯ_２を使用する場合、ＣＯ_２と化学反応する蓄熱材１３としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等を使用することができる。

さらに、上記実施形態では、熱交換器４の周囲に反応器１１が配置されているが、反応器１１の配置箇所としては、特にそれには限られず、例えば熱交換器４の中であっても良い。

また、上記実施形態では、吸着器１２がＮＨ_３を物理吸着する吸着材１４を含んでいるが、吸着器１２としては特にこれに限られず、ＮＨ_３を化学吸着する吸着材を含んでいても良い。

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熱交換器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部分（酸化触媒５等）を加熱するものにも適用可能である。また、本発明は、ガソリンエンジンの排気系に設けられた触媒等を加熱するもの、或いはエンジンの排気系以外の加熱対象物を加熱するものにも適用可能である。

４…熱交換器（加熱対象物）、３…排気通路（排気系）、１０…化学蓄熱装置、１１…反応器、１２…吸着器、１３…蓄熱材、１４…吸着材、１６…電磁弁（開閉弁）、１７…バイパス配管（バイパス通路）、１８…安全弁（第１弁、連通手段）、２１…安全弁（第１弁、連通手段）、２２…安全弁（第２弁、連通手段）、３０…リリーフ弁、４１…電磁弁（開閉弁）、４２…逆止弁（第１弁、連通手段）、４５…安全弁（第２弁、連通手段）、４６…バイパス配管（バイパス通路）、５０…圧力センサ（検出手段、連通手段）、５１…コントローラ（検出手段、連通手段）。

Claims (9)

1. 加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
   気体の反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有する反応器と、
   前記反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、
   前記反応器と前記吸着器との間に設けられ、前記反応器と前記吸着器との間の流路を開閉させる開閉弁と、
   前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、前記反応器と前記吸着器とを連通させる連通手段とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記連通手段は、前記反応器と前記吸着器との間に設けられ、前記反応器の内部圧力が予め設定された第１開弁設定圧に達すると開く第１弁及び前記吸着器の内部圧力が予め設定された第２開弁設定圧に達すると開く第２弁の少なくとも一方とを有することを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
3. 前記第１弁は、前記吸着器から前記反応器への前記反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含み、
   前記第２弁は、前記反応器から前記吸着器への前記反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含むことを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
4. 前記反応器と前記吸着器との間には、前記第１弁及び前記第２弁がそれぞれ設けられており、
   前記第２開弁設定圧は、前記第１開弁設定圧よりも大きいことを特徴とする請求項２または３記載の化学蓄熱装置。
5. 前記第１弁及び前記第２弁の何れか一方は、前記開閉弁と一体に構成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載の化学蓄熱装置。
6. 前記連通手段は、前記開閉弁と並列に設けられたバイパス通路を更に有し、
   前記第１弁及び前記第２弁の少なくとも一方は、前記バイパス通路に設けられていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載の化学蓄熱装置。
7. 前記連通手段は、前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力を検出する検出手段と、前記検出手段により前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が前記所定値以上であることが検出されると、前記開閉弁を開くように制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
8. 前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が予め設定されたリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を更に備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項記載の化学蓄熱装置。
9. 前記加熱対象物は、エンジンの排気系に設けられており、
   前記リリーフ弁は、前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方と前記排気系との間に設けられていることを特徴とする請求項８記載の化学蓄熱装置。

Images