JP2016023907A - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる化学蓄熱装置を提供する。
【解決手段】化学蓄熱装置は、反応器付き熱交換器４と、反応器付き熱交換器４と接続され、ＮＨ_３を吸着する吸着器とを備えている。反応器付き熱交換器４は、反応部１５Ａ〜１５Ｊと排気ガス流路を形成する熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとが交互に積層されてなる積層体１７と、積層体１７を取り囲むように設けられた円筒状の配管とを備えている。積層体１７は、反応部１５Ａ〜１５Ｊと熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとが円筒状の配管に沿って交互に積層されるように構成されている。反応部１５Ａ〜１５Ｊは、偏平状のチューブ２４と、チューブ２４内に収容され、ＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に排熱の蓄熱によりＮＨ_３を脱離する反応材２５を含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス等の熱媒体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、反応媒体を貯蔵する貯蔵容器と、この貯蔵容器と連通路を介して接続された反応器とを備えている。反応器は、フィルム状の部材で形成された矩形状の反応容器を有している。反応容器の内部には、反応媒体と可逆的に反応する化学蓄熱材から形成された蓄熱部材が配設されている。反応容器は、波形のフィンを介して複数積層されている。

特許第５３８１８６１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、貯蔵容器から反応容器（反応部）の蓄熱部材に反応媒体が供給されると、化学蓄熱材と反応媒体との化学反応により熱が発生すると共に、化学蓄熱材の体積が膨張する。そして、反応容器の内壁には、化学蓄熱材の体積膨張に伴う圧力（内圧）が作用する。このとき、蓄熱部材を収容する反応容器をフィルム状の部材のみで構成すると、反応容器の内壁に作用する圧力により反応容器が変形したり損傷したりする虞がある。このため、特許文献１に記載のような、フィルム状の部材からなる矩形状の反応容器がフィン（熱交換部）を介して複数個積層された略直方体状の積層体においては、その積層体の周囲に金属プレート等の肉厚の部材を配置して、積層体を取り囲むことで、化学蓄熱材の体積膨張による容器変形を抑える必要がある。その結果、化学蓄熱装置の大型化、重量増加、コストアップにつながってしまう。

本発明の目的は、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる化学蓄熱装置を提供することである。

本発明は、熱媒体を加熱する化学蓄熱装置であって、複数の反応部と、複数の反応部と協働して積層体を構成し、熱媒体を流通させる熱媒体流路を形成すると共に熱媒体と反応部との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、積層体を取り囲むように設けられた円筒状の管部材と、反応媒体を貯蔵する貯蔵部と、複数の反応部と貯蔵部との間で反応媒体を流通させる反応媒体流路とを備え、反応部は、偏平状のチューブと、チューブ内に収容され、反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により反応媒体を脱離する化学蓄熱材とを有し、積層体は、反応部と熱交換部とが円筒状の管部材に沿って交互に積層されるように構成されていることを特徴とする。

このような本発明の化学蓄熱装置では、貯蔵部から各反応部に反応媒体流路を通って反応媒体が供給されると、反応媒体と化学蓄熱材とが化学反応して熱が発生し、その熱により各熱交換部を流通する熱媒体が加熱される。このとき、反応媒体の吸蔵により化学蓄熱材が体積膨張するため、反応部のチューブに圧力（内圧）が作用する。そこで、本発明においては、複数の反応部及び複数の熱交換部から構成される積層体を円筒状の管部材により取り囲むと共に、反応部と熱交換部とを円筒状の管部材に沿って交互に積層している。従って、化学蓄熱材の体積膨張に伴う各反応部のチューブに作用する圧力を、円筒状の管部材の内周面で受けることになる。ここで、管部材の形状を円筒状（断面円形状）とした場合には、管部材の形状を断面矩形状とした場合に比べて、耐圧性が高くなる。これにより、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む管部材を薄肉化することができる。

チューブにおける熱交換部と対向しない一端部には、開口部が設けられており、チューブの開口部は、蓋部材により塞がれていてもよい。この場合には、開口部を介してチューブ内に蓄熱材を収容可能となると共に、蓋部材によってチューブ内に熱媒体が流入することが防止される。

熱交換部は、チューブにろう付けにより接合されており、蓋部材は、チューブに溶接により接合されており、熱交換部とチューブとのろう付け部分は、蓋部材とチューブとの溶接部分から離間していてもよい。この場合には、蓋部材とチューブとの溶接時に、熱交換部とチューブとのろう付け部分が溶融することが防止される。

積層体と円筒状の管部材との間には、断熱材が配置されていてもよい。この場合には、各反応部の化学蓄熱材から発生した熱が管部材の外部に逃げることが防止される。

本発明によれば、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる。これにより、化学蓄熱装置の小型化、軽量化及び低コスト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一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に示した反応器付き熱交換器の斜視図である。 図２に示した反応器付き熱交換器の一部の分解斜視図である。 図２に示した反応器付き熱交換器を製作する工程を示す斜視図である。 図２に示した反応器付き熱交換器を製作する工程を示す斜視図である。 比較例として、従来の反応器付き熱交換器の一つを示す斜視図である。 図３〜図５に示した積層体の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、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一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から排出される熱媒体である排気ガス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、排気ガスが流れる排気通路３と、排気通路３の途中に配設された反応器付き熱交換器４、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：DieselOxidation 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及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）８とを備えている。反応器付き熱交換器４、ＤＯＣ５、ＤＰＦ６、ＳＣＲ７及びＡＳＣ８は、排気通路３において排気ガスの流れ方向の上流側（排気上流側）から排気ガスの流れ方向の下流側（排気下流側）に向けて順に配置されている。

反応器付き熱交換器４については、後で詳述する。ＤＯＣ５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。ＡＳＣ８は、ＳＣＲ７をすり抜けたＮＨ_３を酸化する触媒である。

また、排気浄化システム１は、排気通路３を流れる排気ガスを加熱する化学蓄熱装置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、エネルギーレスで排気ガスを加熱する装置である。

化学蓄熱装置１０は、上記の反応器付き熱交換器４と、この反応器付き熱交換器４とＮＨ_３供給管１１を介してＮＨ_３（アンモニア）を流通可能に接続された吸着器１２とを備えている。ＮＨ_３供給管１１には、反応器付き熱交換器４と吸着器１２との間の流路を開閉させるバルブ１３が設けられている。

吸着器１２は、気体の反応媒体である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、ナノカーボン及びゼオライト等の何れかが用いられる。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を貯蔵する貯蔵部である。

図２は、反応器付き熱交換器４の斜視図である。図３は、図２に示した反応器付き熱交換器４の一部の分解斜視図である。

各図において、反応器付き熱交換器４は、反応部１５Ａ〜１５Ｊと熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとが交互に積層されてなる略円柱状の積層体１７と、この積層体１７を取り囲むように設けられた円筒状の配管（管部材）１８とを備えている。配管１８の形状は、真円筒状（断面真円形状）である。配管１８は、例えばステンレス鋼等で形成されている。

なお、以下の説明では、反応部１５Ａ〜１５Ｊを単に反応部１５ということがあり、熱交換部１６Ａ〜１６Ｉを単に熱交換部１６ということがある。また、配管１８の排気上流側（エンジン２側）の端部は、排気通路３の一部を形成する排気管２０とテーパ管２１を介して連結され、配管１８の排気下流側（ＤＯＣ５側）の端部は、排気通路３の一部を形成する排気管２２とテーパ管２３を介して連結される（図１参照）。

反応部１５は、偏平状のチューブ２４と、このチューブ２４内に収容され、ＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に排熱の蓄熱によりＮＨ_３を脱離する反応材（化学蓄熱材）２５とを有している。チューブ２４における熱交換部１６と対向しない部分である配管１８の軸方向の一端部（排気上流側端部）には、開口部２４ａが設けられている。チューブ２４は、熱伝導性が高く且つＮＨ_３に対する耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼等）で形成されている。

反応材２５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。

反応部１５Ａ〜１５Ｊは、積層体１７の積層方向の一方側から他方側に向けて順に配置されている。反応部１５Ａ〜１５Ｊにおける積層体１７の積層方向及び配管１８の軸方向に垂直な方向の長さ（以下、単に反応部１５Ａ〜１５Ｊの長さ）は、円筒状の配管１８に沿うように異なっている。具体的には、積層体１７の積層方向の中央側から端側に向けて、反応部１５Ａ〜１５Ｊの長さが短くなっている。このとき、反応部１５Ａ，１５Ｊの長さは同じであり、反応部１５Ｂ，１５Ｉの長さは同じであり、反応部１５Ｃ，１５Ｈの長さは同じであり、反応部１５Ｄ，１５Ｇの長さは同じであり、反応部１５Ｅ，１５Ｆの長さは同じである。

積層体１７の排気上流側の端部付近には、ＮＨ_３流路用パイプ２６が取り付けられている。ＮＨ_３流路用パイプ２６は、反応部１５Ａ〜１５Ｊと繋がるように積層体１７の積層方向に延びている。そして、ＮＨ_３流路用パイプ２６の一部は、積層体１７から突出し、上記のＮＨ_３供給管１１と連結されている。ＮＨ_３流路用パイプ２６は、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４にろう付けにより接合されている。なお、ＮＨ_３流路用パイプ２６及びＮＨ_３供給管１１は、反応部１５Ａ〜１５Ｊと吸着器１２との間でＮＨ_３を流通させる反応媒体流路を構成している。

ＮＨ_３流路用パイプ２６は、反応部１５Ａ〜１５Ｊにおけるチューブ２４の開口部２４ａ側の端面から排気下流側に離間するように配置されている。そして、ＮＨ_３流路用パイプ２６における反応部１５Ａ〜１５Ｊに対応する位置には、連通孔（図示せず）が形成されている。これにより、ＮＨ_３流路用パイプ２６内から反応部１５Ａ〜１５Ｊの反応材２５にＮＨ_３が供給されると共に、反応部１５Ａ〜１５Ｊの反応材２５からＮＨ_３流路用パイプ２６内にＮＨ_３が供給される。なお、ＮＨ_３流路用パイプ２６は、特に積層体１７の排気上流側の端部付近には限られず、積層体１７の排気下流側に設けられていてもよい。

反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４の開口部２４ａは、蓋部材２７によって塞がれている。蓋部材２７は、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４の開口部２４ａに対応する形状を有する複数の蓋本体部２８と、これらの蓋本体部２８を連結する連結部２９とを有している。連結部２９は、各蓋本体部２８の中央部同士を繋いでいる。蓋部材２７は、熱交換部１６Ａ〜１６Ｉへの排気ガスの流入を許容するように構成されている。蓋部材２７は、チューブ２４と同じ金属材料で形成されている。蓋部材２７は、チューブ２４の開口部２４ａ側の端面に溶接により接合されている。なお、溶接手段としては、例えばレーザ溶接が用いられる。

このような蓋部材２７を設けることにより、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４内への排気ガスの流入を防止することができる。また、複数の蓋本体部２８と連結部２９とが一体化された１つの蓋部材２７を使用するので、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４の開口部２４ａに対する蓋部材２７の位置合わせを容易に行うことができる。これにより、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４と蓋部材２７との溶接が行いやすくなる。

熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、排気ガスを流通させる流路（熱媒体流路）を形成すると共に、排気ガスと反応部１５Ａ〜１５Ｊとの間で熱交換を行う。熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、例えばフィンで構成されている。熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、熱伝導性が高く且つ排気ガスに対する耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼等）で形成されている。熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、反応部１５Ａ〜１５Ｊと協働して積層体１７を構成している。熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、反応部１５Ａ〜１５Ｊのうち積層体１７の積層方向に隣り合う２つの反応部１５の間に配置されている。

熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、反応部１５Ａ〜１５Ｊにおけるチューブ２４の開口部２４ａ側の端面から排気下流側に離間するように配置されている。つまり、熱交換部１６Ａ〜１６Ｉの排気上流側の端は、反応部１５Ａ〜１５Ｊにおけるチューブ２４の開口部２４ａ側の端面よりも所定距離だけ排気下流側に位置している。

熱交換部１６Ｂ〜１６Ｈは、チューブ２４における積層体１７の積層方向に垂直な面にろう付けにより接合されている。熱交換部１６Ａ〜１６Ｉは、上述したようにチューブ２４の開口部２４ａ側の端面から離間している。これにより、チューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとのろう付け部分は、チューブ２４と蓋部材２７との溶接部分から離間している。

積層体１７と配管１８の内周面との間には、円筒状の硬質断熱材３０が介在されている。硬質断熱材３０は、例えばゾノライト系ケイ酸カルシウム等を主成分としたセラミック材料で形成されている。このような硬質断熱材３０を設けることにより、反応部１５Ａ〜１５Ｊの反応材２５で発生した熱が配管１８の外部に逃げにくくなる。

なお、硬質断熱材３０及び配管１８には、積層体１７を圧入する際（図５参照）にＮＨ_３流路用パイプ２６をガイドするための切欠部３０ａ，１８ａがそれぞれ形成されている。

図４及び図５は、反応器付き熱交換器４を製作する工程を示す斜視図である。反応器付き熱交換器４を製作する場合は、まず図４（ａ）に示すように、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉ及びＮＨ_３流路用パイプ２６とを一括ろう付けすることで、ＮＨ_３流路用パイプ２６が取り付けられた積層体１７を形成する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４内に開口部２４ａを介して反応材２５を充填する。そして、図５（ａ）に示すように、反応部１５Ａ〜１５Ｊにおけるチューブ２４の開口部２４ａ側の端面に蓋部材２７を溶接接合することで、各チューブ２４の開口部２４ａを塞ぐ。

次いで、図５（ｂ）に示すように、ＮＨ_３流路用パイプ２６が取り付けられた積層体１７を硬質断熱材３０内に圧入して収容することで、中間構造体３１を得る。そして、その中間構造体３１を配管１８内に圧入して収容する。これにより、図２に示すような反応器付き熱交換器４が得られる。

以上のような排気浄化システム１において、エンジン２から排出される排気ガスの温度が低いときは、バルブ１３を開くことで、吸着器１２から反応器付き熱交換器４の各反応部１５にＮＨ_３がＮＨ_３供給管１１及びＮＨ_３流路用パイプ２６を通して供給される。そして、各反応部１５の反応材２５（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、反応材２５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、各反応部１５から発生した熱（反応熱）が各熱交換部１６に伝わる。これにより、各熱交換部１６が加熱され、これに伴って各熱交換部１６を流れる排気ガスが加熱される。つまり、各熱交換部１６により排気ガスが熱交換されて加熱される。そして、暖められた排気ガスによってＤＯＣ５が汚染物質の浄化に適した活性温度まで上昇する。
ＭｇＢｒ_２＋_ｘＮＨ_３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ_３）_ｘＢｒ_２＋熱 …（Ａ）

一方、エンジン２から排出される排気ガスの温度が高くなると、排気ガスの熱（排熱）が各熱交換部１６を通して各反応部１５の反応材２５に与えられることで、反応材２５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、反応材２５から脱離したＮＨ_３は、ＮＨ_３流路用パイプ２６及びＮＨ_３供給管１１を通して吸着器１２に戻り、吸着器１２の吸着材１４に物理吸着（回収）される。

図６は、比較例として、従来の反応器付き熱交換器の一つを示す斜視図である。図６において、反応器付き熱交換器５０は、複数の熱交換部５１と複数の反応部５２とが交互に積層されてなる直方体状の積層体５３とを備えている。熱交換部５１は、フィンで構成されている。反応部５２は、偏平状のチューブ５５と、このチューブ５５内に充填された反応材５６とを有している。特に図示はしないが、チューブ５５の開口部５５ａは、蓋部材で塞がれている。熱交換部５１とチューブ５５とは、ロウ付けにより接合されている。チューブ５５と蓋部材（図示せず）とは、レーザ溶接等の溶接手段により接合されている。また、特に図示はしないが、積層体５３の周囲には、断面矩形状の配管を形成するプレートが配置されている。

ところで、各反応部５２の反応材５６にＮＨ_３が導入されると、ＮＨ_３の吸蔵により反応材５６が体積膨張するため、反応部５２のチューブ５５に内圧（圧力）が作用する。その反応部５２のチューブ５５に作用する内圧は、断面矩形状の配管を形成するプレート（図示せず）で受けることになる。このとき、反応部５２のチューブ５５に作用する圧力によりプレートの変形及び損傷が発生しないようにするためには、プレートの板厚を厚くする必要がある。しかし、プレートの板厚を必要以上に厚くすると、反応部５２から発生した反応熱がプレートに奪われやすくなる。また、化学蓄熱装置の大型化及び重量増加につながると共に、コストが高くなる。

また、反応器付き熱交換器５０を製作する際には、各熱交換部５１と各反応部５２のチューブ５５とを一括でロウ付けにより接合した後、各反応部５２のチューブ５５内に反応材５６を充填し、各反応部５２のチューブ５５の開口部５５ａ側の端面に蓋部材（図示せず）を溶接により接合する。このとき、熱交換部５１とチューブ５５とのロウ付け部分と、チューブ５５と蓋部材（図示せず）との溶接部分とが近いため、チューブ５５と蓋部材の溶接時に、熱交換部５１とチューブ５５とのロウ付け部分が溶融することがある。

これに対し本実施形態では、反応部１５Ａ〜１５Ｊ及び熱交換部１６Ａ〜１６Ｉからなる積層体１７を円筒状の配管１８により取り囲むと共に、反応部１５Ａ〜１５Ｊ及び熱交換部１６Ａ〜１６Ｉを円筒状の配管１８に沿うように交互に積層してなる構造としたので、上記の不具合を解決することができる。

即ち、吸着器１２から反応器付き熱交換器４の反応部１５Ａ〜１５Ｊの反応材２５にＮＨ_３が導入されると、ＮＨ_３の吸蔵により反応材２５が体積膨張するため、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４に内圧（圧力）が作用する。そのチューブ２４に作用する内圧は、硬質断熱材３０を介して円筒状の配管１８で受けることになる。

ここで、一般に構造力学及び材料力学等の観点から、配管の形状を円筒状（断面円形状）とした場合には、配管の形状を断面矩形状とした場合に比べて、配管の耐圧性が高くなる。このため、配管の形状を断面円形状とした場合に任意の圧力に耐え得る配管の厚さを、配管の形状を断面矩形状とした場合に同じ圧力に耐え得る配管の厚さよりも薄くすることができる。

従って、配管１８の形状を円筒状とすることにより、配管１８の厚さを薄くしても、反応材２５の体積膨張に伴ってチューブ２４に作用する内圧を当該配管１８により十分に受け止めることができる。このように配管１８を薄肉化することで、配管１８の表面積（体積）が小さくなるため、反応部１５から発生した反応熱が配管１８に奪われる割合を低くすることが可能となる。また、化学蓄熱装置１０の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることも可能となる。

また、熱交換部１６Ａ〜１６Ｉ及びＮＨ_３流路用パイプ２６が反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４の開口部２４ａ側の端面から離間していることで、チューブ２４と蓋部材２７との溶接部分がチューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉ及びＮＨ_３流路用パイプ２６とのロウ付け部分から離間している。これにより、チューブ２４と蓋部材２７との溶接時に、チューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉ及びＮＨ_３流路用パイプ２６とのロウ付け部分が溶けることを防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、配管１８の形状が真円筒状（断面真円形状）であるが、配管１８の形状としては、特にそれには限られず、楕円筒状（断面楕円形状）としてもよい。

また、上記実施形態では、反応部１５Ａ〜１５Ｊと熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとが交互に積層されてなる積層体１７が略円柱状を有しているが、積層体の形状としては、複数の反応部と複数の熱交換部とが円筒状の配管１８に沿って交互に積層されていれば、特に略円柱状には限られない。図７は、上記の積層体１７の変形例を示す斜視図である。なお、図７では、ＮＨ_３流路用パイプ２６は省略している。

図７において、積層体４０は、反応部４１Ａ〜４１Ｈと熱交換部４２Ａ〜４２Ｉとが交互に積層されている。反応部４１Ａ〜４１Ｈは、偏平状のチューブ４３と、このチューブ４３内に収容された反応材２５とを有している。チューブ４３は、直方体形状を呈している。反応部４１Ａ〜４１Ｈの長さは、円筒状の配管１８に沿うように異なっている。反応部４１Ａ〜４１Ｈの各チューブ４３の開口部は、矩形状の蓋部材４４Ａ〜４４Ｈによってそれぞれ塞がれている。積層体４０と配管１８の内周面との間には、硬質断熱材３０が介在されている。なお、各チューブ４３に収容される反応材２５を多層構造とし、隣り合う反応材２５の層間に、ＮＨ_３の流路となる多孔質のシートを挟んでもよい。

さらに、上記実施形態では、反応部１５Ａ〜１５Ｊのチューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉ及びＮＨ_３流路用パイプ２６とがロウ付けにより接合され、チューブ２４と蓋部材２７とが溶接により接合されているが、接合方法としては特にそれには限られず、例えばチューブ２４と熱交換部１６Ａ〜１６Ｉとを溶接により接合してもよい。

また、上記実施形態では、チューブ２４における配管１８の軸方向の一端部に開口部２４ａが設けられているが、チューブ２４に設ける開口部の数としては、特に１つには限られず、チューブ２４における熱交換部１６に対向しない側面の複数箇所に設けてもよい。その場合、各開口部はそれぞれ蓋部材で塞がれる。

また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ_３と組成がＭＸａである反応材２５とを化学反応させて発熱させるようにしたが、反応媒体としては、特にＮＨ_３には限られず、例えばＣＯ_２またはＨ_２Ｏ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と化学反応する反応材としては、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。反応媒体としてＨ_２Ｏを使用する場合、Ｈ_２Ｏと化学反応する反応材としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等を使用することができる。

さらに、上記実施形態は、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスを加熱する装置であるが、本発明は、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを加熱する装置、或いはエンジンの排気系以外の熱媒体、例えばオイル等を加熱する装置にも適用可能である。

１０…化学蓄熱装置、１１…ＮＨ_３供給管（反応媒体流路）、１２…吸着器（貯蔵部）、１４…吸着材、１５，１５Ａ〜１５Ｊ…反応部、１６，１６Ａ〜１６Ｉ…熱交換部、１７…積層体、１８…配管（管部材）、２４…チューブ、２４ａ…開口部、２５…反応材（化学蓄熱材）、２６…ＮＨ_３流路用パイプ（反応媒体流路）、２７…蓋部材、３０…硬質断熱材（断熱材）、４０…積層体、４１Ａ〜４１Ｈ…反応部、４２Ａ〜４２Ｉ…熱交換部、４３…チューブ、４４Ａ〜４４Ｈ…蓋部材。

Claims (4)

1. 熱媒体を加熱する化学蓄熱装置であって、
   複数の反応部と、
   前記複数の反応部と協働して積層体を構成し、前記熱媒体を流通させる熱媒体流路を形成すると共に前記熱媒体と前記反応部との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、
   前記積層体を取り囲むように設けられた円筒状の管部材と、
   反応媒体を貯蔵する貯蔵部と、
   前記複数の反応部と前記貯蔵部との間で前記反応媒体を流通させる反応媒体流路とを備え、
   前記反応部は、偏平状のチューブと、前記チューブ内に収容され、前記反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により前記反応媒体を脱離する化学蓄熱材とを有し、
   前記積層体は、前記反応部と前記熱交換部とが前記円筒状の管部材に沿って交互に積層されるように構成されていることを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記チューブにおける前記熱交換部と対向しない一端部には、開口部が設けられており、
   前記チューブの前記開口部は、蓋部材により塞がれていることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
3. 前記熱交換部は、前記チューブにろう付けにより接合されており、
   前記蓋部材は、前記チューブに溶接により接合されており、
   前記熱交換部と前記チューブとのろう付け部分は、前記蓋部材と前記チューブとの溶接部分から離間していることを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
4. 前記積層体と前記円筒状の管部材との間には、断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の化学蓄熱装置。
   

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