JP2016069392A - Heat storage material, catalyst unit, and heat storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱材料、触媒ユニット、及び蓄熱システムに関する。 The present invention relates to a heat storage material, a catalyst unit, and a heat storage system.
従来、電子相転移する物質から成る蓄熱材料が知られている（特許文献１参照）。この蓄熱材料は、電子相転移にともなうエンタルピー変化を蓄熱に利用する。 Conventionally, a heat storage material made of a substance that undergoes an electronic phase transition is known (see Patent Document 1). This heat storage material uses the enthalpy change accompanying the electronic phase transition for heat storage.
特許文献１記載の蓄熱材料は、必ずしも十分な熱量を蓄えることができなかった。本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、蓄熱量が大きい蓄熱材料、触媒ユニット、及び蓄熱システムを提供することを目的としている。 The heat storage material described in Patent Document 1 cannot always store a sufficient amount of heat. The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a heat storage material, a catalyst unit, and a heat storage system having a large amount of heat storage.
本発明の蓄熱材料は、強相関電子系材料と、多孔質材料とを含む。本発明の蓄熱材料は、蓄熱量を大きくすることができる。 The heat storage material of the present invention includes a strongly correlated electron material and a porous material. The heat storage material of the present invention can increase the amount of heat storage.
本発明の実施形態を説明する。
１．蓄熱材料
（１−１）強相関電子系材料
本発明の蓄熱材料は、強相関電子系材料を含む。強相関電子系材料は、電子間の強いクーロン反発力により、電子が持つスピン・軌道・電荷の自由度のうち少なくとも一つ以上が顕在化した系である。顕在化したスピン・軌道・電荷の自由度は、それぞれ、秩序−無秩序相転移によって状態数の変化に伴う大きなエントロピー変化を示す（顕在化したスピン・軌道・電荷の自由度の相転移は、電子相転移と呼ばれる）。
An embodiment of the present invention will be described.
1. Heat storage material (1-1) Strongly correlated electron material The heat storage material of the present invention includes a strongly correlated electron material. A strongly correlated electron material is a system in which at least one of the degrees of freedom of spin, orbital, and charge possessed by an electron is manifested by strong Coulomb repulsion between electrons. The manifested degrees of freedom of spin, orbital, and charge show large entropy changes accompanying the change in the number of states due to the order-disorder phase transition, respectively. Called the phase transition).
強相関電子系材料としては、例えば、金属−絶縁体相転移するものが挙げられる。また、強相関電子系材料としては、例えば、遷移金属酸化物が挙げられる。
強相関電子系材料の具体例としては、例えば、Ｖ（１−Ｘ）ＷＸＯ２（０≦Ｘ≦０．０６５０）、Ｖ（１−Ｘ）ＴａＸＯ２（０≦Ｘ≦０．１１７）、Ｖ（１−Ｘ）ＮｂＸＯ２（０≦Ｘ≦０．１１５）、Ｖ（１−Ｘ）ＲｕＸＯ２（０≦Ｘ≦０．１５０）、Ｖ（１−Ｘ）ＭｏＸＯ２（０≦Ｘ≦０．１６１）、Ｖ（１−Ｘ）ＲｅＸＯ２（０≦Ｘ≦０．０９６４）、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＶＳ２、ＬｉＶＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＬｉＲｈ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１、Ｔｉ４Ｏ７、ＳｍＢａＦｅ２Ｏ５、ＥｕＢａＦｅ２Ｏ５、ＧｄＢａＦｅ２Ｏ５、ＴｂＢａＦｅ２Ｏ５、ＤｙＢａＦｅ２Ｏ５、ＨｏＢａＦｅ２Ｏ５、ＹＢａＦｅ２Ｏ５、ＰｒＢａＣｏ２Ｏ５．５、ＤｙＢａＣｏ２Ｏ５．５４、ＨｏＢａＣｏ２Ｏ５．４８、ＹＢａＣｏ２Ｏ５．４９等が挙げられる。これらはいずれも、金属−絶縁体相転移するものであり、遷移金属酸化物である。
Examples of strongly correlated electron materials include materials that undergo a metal-insulator phase transition. Examples of strongly correlated electron materials include transition metal oxides.
Specific examples of strongly correlated electron materials include, for example, V (1-X) W X O 2 (0 ≦ X ≦ 0.0650), V (1-X) Ta X O 2 (0 ≦ X ≦ 0. 117), V (1-X) Nb X O 2 (0 ≦ X ≦ 0.115), V (1-X) Ru X O 2 (0 ≦ X ≦ 0.150), V (1-X) Mo X O 2 (0 ≦ X ≦ 0.161), V (1-X) Re X O 2 (0 ≦ X ≦ 0.0964), LiMn 2 O 4 , LiVS 2 , LiVO 2 , NaNiO 2 , LiRh 2 O 4 , V 2 O 3 , V 4 O 7 , V 6 O 11 , Ti 4 O 7 , SmBaFe 2 O 5 , EuBaFe 2 O 5 , GdBaFe 2 O 5 , TbBaFe 2 O 5 , DyBaFe 2 O 5 , HoBaFe 2 O 5, YBaFe 2 O 5, PrBaCo 2 O 5.5, Dy aCo 2 O 5.54, HoBaCo 2 O 5.48, and the like YBaCo 2 O 5.49. All of these are metal-insulator phase transitions and are transition metal oxides.
（１−２）多孔質材料
本発明の蓄熱材は、多孔質材料を含む。多孔質材料は、ミクロポーラス材料、メソポーラス材料、及びマクロポーラス材料のいずれであってもよい。多孔質材料としては、例えば、ゼオライト、活性炭、ＳｉＯ２系多孔質材料（例えば珪藻土）等が挙げられる。
(1-2) Porous material The heat storage material of the present invention includes a porous material. The porous material may be any of a microporous material, a mesoporous material, and a macroporous material. Examples of the porous material include zeolite, activated carbon, SiO 2 porous material (for example, diatomaceous earth) and the like.
多孔質材料の比表面積は１ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。この範囲内であることにより、多孔質材料に蒸気の分子を吸着させ、蒸発潜熱を蓄熱する効果が一層顕著になる。なお、比表面積は、ＢＥＴ法により測定した値である。 The specific surface area of the porous material is preferably 1 m 2 / g or more. By being in this range, the effect of adsorbing vapor molecules to the porous material and storing latent heat of vaporization becomes more remarkable. The specific surface area is a value measured by the BET method.
多孔質材料における細孔径は０．１ｎｍ以上であることが好ましい。この範囲内であることにより、多孔質材料に蒸気の分子を吸着させ、蒸発潜熱を蓄熱する効果が一層顕著になる。なお、細孔径は、多孔質材料を撮影したＳＥＭ写真又はＴＥＭ写真において計測した細孔径から算出することができる。 The pore diameter in the porous material is preferably 0.1 nm or more. By being in this range, the effect of adsorbing vapor molecules to the porous material and storing latent heat of vaporization becomes more remarkable. The pore diameter can be calculated from the pore diameter measured in the SEM photograph or TEM photograph obtained by photographing the porous material.
（１−３）蓄熱材料の形態
本発明の蓄熱材料における、強相関電子系材料と多孔質材料との形態の例としては、例えば、図１に示す形態Ａと、図２に示す形態Ｂと、図３に示す形態Ｃとがある。形態Ａでは、強相関電子系材料を含む海１の中に、多孔質材料を含む島３が分散しており、その島３は、蓄熱材料５における表面７側に偏在している。強相関電子系材料を含む海１は、強相関電子系材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。また、多孔質材料を含む島３は、多孔質材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。
(1-3) Form of heat storage material Examples of the form of the strongly correlated electron material and the porous material in the heat storage material of the present invention include, for example, form A shown in FIG. 1 and form B shown in FIG. There is a form C shown in FIG. In the form A, the islands 3 including the porous material are dispersed in the sea 1 including the strongly correlated electron material, and the islands 3 are unevenly distributed on the surface 7 side of the heat storage material 5. The sea 1 containing a strongly correlated electron material may be made of a strongly correlated electron material, or may contain other materials. Moreover, the island 3 containing a porous material may consist of a porous material, and may further contain another material.
島が偏在する表面７は、蓄熱材料５が熱輸送媒体等から熱を受け取る側の表面であることが好ましい。島３が偏在する表面７は、蓄熱材料５における一方の表面であってもよいし、複数の側の表面（例えば、蓄熱材料５における一方の側の表面と、その反対側の表面）であってもよい。 The surface 7 where the islands are unevenly distributed is preferably the surface on the side where the heat storage material 5 receives heat from a heat transport medium or the like. The surface 7 on which the islands 3 are unevenly distributed may be one surface of the heat storage material 5 or a plurality of surfaces (for example, one surface of the heat storage material 5 and the opposite surface thereof). May be.
また、形態Ｂの蓄熱材料５では、多孔質材料を含む海９の中に、強相関電子系材料を含む島１１が分散している。多孔質材料を含む海９は、多孔質材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。また、強相関電子系材料を含む島１１は、強相関電子系材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。 Further, in the heat storage material 5 of the form B, the islands 11 including the strongly correlated electron material are dispersed in the sea 9 including the porous material. The sea 9 containing a porous material may be made of a porous material or may contain other materials. Further, the island 11 including a strongly correlated electron material may be made of a strongly correlated electron material, or may further include other materials.
また、形態Ｃの蓄熱材料５では、強相関電子系材料を含む海１３の中に、多孔質材料を含む島１５が分散している。強相関電子系材料を含む海１３は、強相関電子系材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。また、多孔質材料を含む島１５は、多孔質材料から成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。 Further, in the heat storage material 5 of the form C, the islands 15 containing the porous material are dispersed in the sea 13 containing the strongly correlated electron material. The sea 13 containing a strongly correlated electron material may be made of a strongly correlated electron material, or may contain other materials. Moreover, the island 15 containing a porous material may be made of a porous material, and may further contain other materials.
（１−４）蓄熱材料の組成比
本発明の蓄熱材料における強相関電子系材料の重量比は、２０ｗｔ％以上であることが好ましい。この範囲であることにより、蓄熱量を一層大きくすることができる。また、本発明の蓄熱材料における多孔質材料の重量比は、９０ｗｔ％以下であることが好ましい。この範囲であることにより、吸着性能が一層向上する。
(1-4) Composition ratio of heat storage material The weight ratio of the strongly correlated electron system material in the heat storage material of the present invention is preferably 20 wt% or more. By being in this range, the amount of stored heat can be further increased. Moreover, it is preferable that the weight ratio of the porous material in the heat storage material of this invention is 90 wt% or less. By being in this range, the adsorption performance is further improved.
本発明の蓄熱材料は、強相関電子系材料と多孔質材料とから成るものであってもよいし、さらに他の材料を含んでいてもよい。
（１−５）蓄熱材料の効果
強相関電子系材料は単位体積当りの蓄熱量が大きい。本発明の蓄熱材料は、その強相関電子系材料を含むため、単位体積当りの蓄熱量が大きい。
The heat storage material of the present invention may be composed of a strongly correlated electron material and a porous material, and may further contain other materials.
(1-5) Effect of heat storage material The strongly correlated electron material has a large amount of heat storage per unit volume. Since the heat storage material of the present invention includes the strongly correlated electron material, the heat storage amount per unit volume is large.
さらに、本発明の蓄熱材は、蒸気の分子を多孔質材料に吸着させることができる。このとき、蒸発潜熱が発生し、本発明の蓄熱材料は、その蒸発潜熱も蓄熱することができる。よって、本発明の蓄熱材料は、蒸気を含む環境下で蓄熱するとき、一層多くの熱を蓄熱することができる。 Furthermore, the heat storage material of the present invention can adsorb vapor molecules to the porous material. At this time, latent heat of evaporation is generated, and the heat storage material of the present invention can also store the latent heat of evaporation. Therefore, the heat storage material of the present invention can store more heat when storing heat in an environment containing steam.
また、本発明の蓄熱材料は、多孔質材料に吸着していた蒸気の分子を、多孔質材料から脱離させることができる。このとき、蓄熱材料から蒸発潜熱が奪われ、蓄熱材料は冷却される。 In addition, the heat storage material of the present invention can desorb vapor molecules adsorbed on the porous material from the porous material. At this time, latent heat of vaporization is taken from the heat storage material, and the heat storage material is cooled.
２．触媒ユニット
（２−１）触媒担体
本発明の触媒ユニットは、上述した蓄熱材料を含む触媒担体を有する。触媒担体は、蓄熱材料から成るものであってもよいし、さらにそれ以外の材料を含んでいてもよい。触媒担体の形状は、従来の触媒ユニットに用いられていた形状の中から適宜選択することができ、例えば、図４に示すハニカム形状の触媒担体１７とすることができる。
2. Catalyst unit (2-1) Catalyst carrier The catalyst unit of this invention has a catalyst carrier containing the heat storage material mentioned above. The catalyst carrier may be made of a heat storage material, and may further contain other materials. The shape of the catalyst carrier can be appropriately selected from the shapes used in conventional catalyst units. For example, the catalyst carrier 17 can have a honeycomb shape as shown in FIG.
（２−２）触媒
本発明の触媒ユニットは、上述した触媒担体に担持された触媒を含む。触媒の種類は特に限定されず、公知の触媒（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）から適宜選択できる。触媒は、例えば、ウオッシュコート法等の方法で、触媒担体の表面に担持することができる。
(2-2) Catalyst The catalyst unit of the present invention includes the catalyst supported on the catalyst carrier described above. The type of the catalyst is not particularly limited, and can be appropriately selected from known catalysts (for example, Pt, Pd, Rh, etc.). The catalyst can be supported on the surface of the catalyst carrier by a method such as a wash coat method.
（２−３）触媒ユニットの効果
本発明の触媒ユニットは、蓄熱材料を含む触媒担体を有するので、温度変化が緩和される。そのため、触媒反応を安定して行うことができる。
(2-3) Effect of catalyst unit Since the catalyst unit of the present invention has a catalyst carrier containing a heat storage material, the temperature change is alleviated. Therefore, the catalytic reaction can be performed stably.
また、蓄熱材料は多孔質材料を含むので、上述したとおり、蒸発潜熱を蓄熱することができる。そのため、蓄熱材料を含む触媒担体、及びそれに担持された触媒の温度が一層高くなり、結果として、触媒ユニットにおける触媒反応が一層促進される。 Moreover, since the heat storage material includes a porous material, the latent heat of vaporization can be stored as described above. Therefore, the temperature of the catalyst carrier including the heat storage material and the catalyst supported thereon are further increased, and as a result, the catalytic reaction in the catalyst unit is further promoted.
（２−４）触媒ユニットの用途
本発明の触媒ユニットは、種々の用途に用いることができ、例えば、内燃機関（例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）の排ガスを浄化する用途に用いることができる。排ガスを浄化する用途に用いる場合、図５に示すように、触媒担体１７に担持した触媒により、排ガス中のＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘ等を浄化することができる。また、排ガスを浄化する用途に用いる場合、排ガスに含まれる蒸気の分子が、蓄熱材料に含まれる多孔質材料における細孔に吸着する。その結果、触媒担体、及びそれに担持された触媒の温度が一層高くなり、排ガスを浄化する触媒反応が一層促進される。
(2-4) Use of catalyst unit The catalyst unit of the present invention can be used for various purposes, for example, for use in purifying exhaust gas from an internal combustion engine (eg, gasoline engine, diesel engine, etc.). When used for the purpose of purifying exhaust gas, as shown in FIG. 5, CO, CH, NOx, etc. in the exhaust gas can be purified by the catalyst supported on the catalyst carrier 17. Moreover, when using for the use which purify | cleans waste gas, the vapor | steam molecule | numerator contained in waste gas adsorb | sucks to the pore in the porous material contained in a thermal storage material. As a result, the temperature of the catalyst carrier and the catalyst supported thereon is further increased, and the catalytic reaction for purifying the exhaust gas is further promoted.
３．蓄熱システム
（３−１）熱輸送媒体の流路
本発明の蓄熱システムは、熱輸送媒体の流路を備える。流路としては、例えば、中空配管等が挙げられる。熱輸送媒体としては、例えば、エネルギー変換器が排出する排ガス、又はエネルギー変換器の冷却に用いられる冷却媒体等が挙げられる。エネルギー変換機としては、例えば、内燃機関、燃料電池等が挙げられる。冷却媒体は、液体（例えば、水、アルコール、油、有機溶媒等）であってもよいし、気体（例えば空気、窒素ガス、希ガス等）であってもよい。
3. Thermal Storage System (3-1) Channel of Heat Transport Medium The heat storage system of the present invention includes a channel of the heat transport medium. Examples of the flow path include hollow pipes. Examples of the heat transport medium include exhaust gas discharged from the energy converter, or a cooling medium used for cooling the energy converter. Examples of the energy converter include an internal combustion engine and a fuel cell. The cooling medium may be a liquid (for example, water, alcohol, oil, organic solvent, etc.) or a gas (for example, air, nitrogen gas, rare gas, etc.).
（３−２）蓄熱材料
本発明の蓄熱システムは、流路を流れる熱輸送媒体と熱交換を行う蓄熱材料を備える。蓄熱材料は、上述したものである。蓄熱材料は、例えば、流路の外周面の少なくとも一部と接触させることができる。また、蓄熱材料は、他の部材（例えば、熱伝導率が蓄熱材料より高い材料から成る部材）を介して、熱輸送媒体と熱交換を行ってもよい。熱交換は、熱輸送媒体の熱を蓄熱材料に蓄えるものであってもよいし、蓄熱材料に蓄えていた熱を熱輸送媒体に放出するものであってもよい。
(3-2) Heat storage material The heat storage system of this invention is equipped with the heat storage material which heat-exchanges with the heat transport medium which flows through a flow path. The heat storage material is as described above. The heat storage material can be brought into contact with at least a part of the outer peripheral surface of the flow path, for example. Further, the heat storage material may exchange heat with the heat transport medium via another member (for example, a member having a higher thermal conductivity than the heat storage material). The heat exchange may store heat of the heat transport medium in the heat storage material, or may release heat stored in the heat storage material to the heat transport medium.
（３−３）蒸気供給ユニット
本発明の蓄熱システムは、蓄熱材料に蒸気を供給する蒸気供給ユニットを備える。蒸気供給ユニットにより蓄熱材料に蒸気を供給し、蒸気の分子が蓄熱材料に含まれる多孔質材料に吸着すると、蒸発潜熱が発生する。そのため、本発明の蓄熱システムは、蓄熱材料に蒸発潜熱を蓄熱することができる。また、本発明の蓄熱システムは、蓄熱材料に蓄熱した蒸発潜熱を熱輸送媒体に放出することができる。
(3-3) Steam Supply Unit The heat storage system of the present invention includes a steam supply unit that supplies steam to the heat storage material. When steam is supplied to the heat storage material by the steam supply unit and vapor molecules are adsorbed to the porous material contained in the heat storage material, latent heat of evaporation is generated. Therefore, the heat storage system of the present invention can store latent heat of vaporization in the heat storage material. Moreover, the heat storage system of this invention can discharge | release the evaporation latent heat stored in the heat storage material to the heat transport medium.
（３−４）蓄熱システムの効果
本発明の蓄熱システムが備える蓄熱材料は、強相関電子系材料と、多孔質材料とを含む。そのため、本発明の蓄熱システムは、熱輸送媒体の熱を一層多く蓄積し、また、一層多くの熱を熱輸送媒体に放出することができる。
(3-4) Effects of Heat Storage System The heat storage material provided in the heat storage system of the present invention includes a strongly correlated electron material and a porous material. Therefore, the heat storage system of the present invention can accumulate more heat of the heat transport medium and can release more heat to the heat transport medium.
また、本発明の蓄熱システムは、蓄熱材料に蒸気を供給する蒸気供給ユニットを備える。本発明の蓄熱システムは、上述したとおり、蒸気供給ユニットにより、蓄熱材料に蒸発潜熱を蓄熱することができる。そのため、本発明の蓄熱システムは、一層多くの熱を熱輸送媒体に放出することができる。
（実施例１）
まず、VO2粉末を冶具の下部に充填した。その後、さらに、ゼオライト粉末とVO2粉末との混合粉末を、治具の上部に充填した。ゼオライト粉末の比表面積は３５０ｍ２／ｇである。次に、ホットプレスの手法を用いて焼結し、図１に示す形態Ａの蓄熱材料を製造した。
The heat storage system of the present invention includes a steam supply unit that supplies steam to the heat storage material. As described above, the heat storage system of the present invention can store the latent heat of vaporization in the heat storage material by the steam supply unit. Therefore, the heat storage system of the present invention can release more heat to the heat transport medium.
Example 1
First, VO 2 powder was filled in the lower part of the jig. Thereafter, a mixed powder of zeolite powder and VO 2 powder was further filled in the upper part of the jig. The specific surface area of the zeolite powder is 350 m 2 / g. Next, it sintered using the method of the hot press, and manufactured the heat storage material of the form A shown in FIG.
なお、製造した蓄熱材料のうち、ゼオライト粉末とVO2粉末との混合粉末から成る部分が、多孔質材料（ゼオライト）を含む島が分散した部分となる。
VO2粉末は強相関電子系材料の一例である。ゼオライト粉末は多孔質材料の一例である。VO2粉末に代えて、他の強相関電子系材料を用いてもよい。また、ゼオライト粉末に代えて、他の多孔質材料を用いてもよい。また、ホットプレスの手法に代えて、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）等の手法で焼結してもよい。
（実施例２）
ゼオライト粉末とVO2粉末との混合粉末を治具に充填した。このとき、ゼオライト粉末の重量は、VO2粉末の重量に比べて多くした。ゼオライト粉末の比表面積は３５０ｍ２／ｇである。次に、ホットプレスの手法を用いて焼結し、図２に示す形態Ｂの蓄熱材料を製造した。
Of the produced heat storage material, a portion made of a mixed powder of zeolite powder and VO 2 powder is a portion where islands containing the porous material (zeolite) are dispersed.
VO 2 powder is an example of a strongly correlated electron material. Zeolite powder is an example of a porous material. Instead of the VO 2 powder, another strongly correlated electron material may be used. In addition, other porous materials may be used in place of the zeolite powder. Further, instead of the hot pressing method, sintering may be performed by a method such as discharge plasma sintering (SPS) or hot isostatic pressing (HIP).
(Example 2)
A mixed powder of zeolite powder and VO 2 powder was filled in the jig. At this time, the weight of the zeolite powder was larger than the weight of the VO 2 powder. The specific surface area of the zeolite powder is 350 m 2 / g. Next, it sintered using the method of the hot press, and manufactured the thermal storage material of the form B shown in FIG.
VO2粉末に代えて、他の強相関電子系材料を用いてもよい。また、ゼオライト粉末に代えて、他の多孔質材料を用いてもよい。また、ホットプレスの手法に代えて、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）等の手法で焼結してもよい。
（実施例３）
ゼオライト粉末とVO2粉末との混合粉末を治具に充填した。このとき、ゼオライト粉末の重量は、VO2粉末の重量に比べて少なくした。ゼオライト粉末の比表面積は３５０ｍ２／ｇである。次に、ホットプレスの手法を用いて焼結し、図３に示す形態Ｃの蓄熱材料を製造した。
Instead of the VO 2 powder, another strongly correlated electron material may be used. In addition, other porous materials may be used in place of the zeolite powder. Further, instead of the hot pressing method, sintering may be performed by a method such as discharge plasma sintering (SPS) or hot isostatic pressing (HIP).
(Example 3)
A mixed powder of zeolite powder and VO 2 powder was filled in the jig. At this time, the weight of the zeolite powder was less than the weight of the VO 2 powder. The specific surface area of the zeolite powder is 350 m 2 / g. Next, it sintered using the method of the hot press, and manufactured the thermal storage material of the form C shown in FIG.
VO2粉末に代えて、他の強相関電子系材料を用いてもよい。また、ゼオライト粉末に代えて、他の多孔質材料を用いてもよい。また、ホットプレスの手法に代えて、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）等の手法で焼結してもよい。
（実施例４）
（ａ）蓄熱システム１９の構成
蓄熱システム１９の構成を図６〜図８に基づき説明する。図６に示すように、エネルギー変換器２１が排出した排ガス１０１は蓄熱システム１９内を通過する。なお、エネルギー変換器２１は、内燃機関又は燃料電池である。また、排ガス１０１は熱輸送媒体の一例である。
Instead of the VO 2 powder, another strongly correlated electron material may be used. In addition, other porous materials may be used in place of the zeolite powder. Further, instead of the hot pressing method, sintering may be performed by a method such as discharge plasma sintering (SPS) or hot isostatic pressing (HIP).
Example 4
(A) Configuration of Thermal Storage System 19 The configuration of the thermal storage system 19 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, the exhaust gas 101 discharged from the energy converter 21 passes through the heat storage system 19. The energy converter 21 is an internal combustion engine or a fuel cell. The exhaust gas 101 is an example of a heat transport medium.
蓄熱システム１９内を通過する排ガス１０１の温度が高ければ、蓄熱システム１９は排ガス１０１の熱を蓄熱する。また、排ガス１０１の温度が低ければ、蓄熱システム１９は、それまで蓄熱していた熱を排ガス１０１に放出し、排ガス１０１の温度を上げる。 If the temperature of the exhaust gas 101 passing through the heat storage system 19 is high, the heat storage system 19 stores the heat of the exhaust gas 101. If the temperature of the exhaust gas 101 is low, the heat storage system 19 releases the heat that has been stored up to that time to the exhaust gas 101 and raises the temperature of the exhaust gas 101.
排ガス１０１の温度が上がると、エネルギー変換器２１の暖気を迅速に行うことができる。また、排ガス１０１の温度が上がると、排ガス１０１を浄化する触媒反応を促進することができる。 When the temperature of the exhaust gas 101 rises, the energy converter 21 can be warmed up quickly. Further, when the temperature of the exhaust gas 101 is increased, the catalytic reaction for purifying the exhaust gas 101 can be promoted.
図７、図８に示すように、蓄熱システム１９は、中空の容器２３と、その内部に収容された蓄熱材料２５及び水２７を備える。容器２３は、その中央に細くくびれた通路２９を備える。通路２９には開閉自在のバルブ３１が設けられている。バルブ３１は、図７に示すように、通路２９を開放する状態と、図８に示すように、通路２９を閉じる状態とのうちのいずれの状態も実現できる。バルブ３１はユーザが手動で操作するものであってもよいし、蓄熱システム１９が備える制御部、又は外部からの指令に応じて自動的に動作するものであってもよい。 As shown in FIGS. 7 and 8, the heat storage system 19 includes a hollow container 23, a heat storage material 25 and water 27 accommodated therein. The container 23 is provided with a narrow constricted passage 29 in the center thereof. A valve 31 that can be opened and closed is provided in the passage 29. As shown in FIG. 7, the valve 31 can realize either a state in which the passage 29 is opened or a state in which the passage 29 is closed as shown in FIG. 8. The valve 31 may be manually operated by the user, or may be automatically operated in accordance with a control unit provided in the heat storage system 19 or an external command.
蓄熱材料２５は、容器２３の内部のうち、通路２９よりも上方に存在する。蓄熱材料２５は、メッシュ状の支持板３３により、下方に落下しないように支持されている。蓄熱材料２５は、前記実施例１で製造したものである。また、蓄熱材料２５は、前記実施例２又は前記実施例３で製造したものであってもよい。水２７は、容器２３の内部のうち、通路２９よりも下側に存在する。 The heat storage material 25 exists above the passage 29 in the container 23. The heat storage material 25 is supported by a mesh-like support plate 33 so as not to fall downward. The heat storage material 25 is manufactured in the first embodiment. Further, the heat storage material 25 may be manufactured in the second embodiment or the third embodiment. The water 27 exists below the passage 29 in the container 23.
容器２３の上方には、容器２３を横方向に貫通する媒体流路３５が設けられている。媒体流路３５と、容器２３の内部とは、容器２３の外壁３７により隔てられ、連通していない。蓄熱材料２５は媒体流路３５の周囲に配置されている。媒体流路３５は、排ガス１０１の流路である。 A medium flow path 35 penetrating the container 23 in the lateral direction is provided above the container 23. The medium flow path 35 and the inside of the container 23 are separated by the outer wall 37 of the container 23 and are not in communication. The heat storage material 25 is disposed around the medium flow path 35. The medium flow path 35 is a flow path for the exhaust gas 101.
また、容器２３の下方には、容器２３を横方向に貫通する空気流路３９が設けられている。空気流路３９と、容器２３の内部とは、容器２３の外壁３７により隔てられ、連通していない。水２７は、空気流路３９の周囲に存在する。空気流路３９は、水２７を冷却するための空気１０３の流路である。 Further, an air flow path 39 that penetrates the container 23 in the lateral direction is provided below the container 23. The air flow path 39 and the inside of the container 23 are separated by the outer wall 37 of the container 23 and are not in communication. The water 27 exists around the air flow path 39. The air flow path 39 is a flow path of the air 103 for cooling the water 27.
なお、容器２３、水２７、及びバルブ３１は、蓄熱材料２５に蒸気（水蒸気）を供給する蒸気供給ユニットの一例である。
（ｂ）蓄熱システム１９が実行する処理
（ｂ−１）蓄熱処理
排ガス１０１の温度が高いとき、排ガス１０１の熱は蓄熱材料２５に蓄熱される。このとき、バルブ３１は、図７に示すように、開の状態となる。蓄熱によって蓄熱材料２５の温度が上昇すると、後述する第１の放熱処理によって蓄熱材料２５に吸着していた水蒸気は蒸発し、通路２９を通り、容器２３の下方に移動する。そして、空気１０３により冷却されている水２７に接触し、凝縮する。上記のように、蓄熱材料２５から水蒸気が除去されることで、蓄熱材料２５は再生する。
The container 23, the water 27, and the valve 31 are an example of a steam supply unit that supplies steam (water vapor) to the heat storage material 25.
(B) Process performed by the heat storage system 19 (b-1) Heat storage heat When the temperature of the exhaust gas 101 is high, the heat of the exhaust gas 101 is stored in the heat storage material 25. At this time, the valve 31 is opened as shown in FIG. When the temperature of the heat storage material 25 rises due to the heat storage, the water vapor adsorbed on the heat storage material 25 by the first heat radiation process described later evaporates and passes through the passage 29 and moves below the container 23. Then, it contacts the water 27 cooled by the air 103 and condenses. As described above, the heat storage material 25 is regenerated by removing the water vapor from the heat storage material 25.
（ｂ−２）第１の放熱処理
第１の放熱処理では、図７に示すように、バルブ３１は開の状態となる。排ガス１０１の温度が低いとき、蓄熱材料２５は、それまで蓄熱していた熱を排ガス１０１に放出する。さらに、水２７から蒸発した水蒸気が、蓄熱材料２５に含まれる多孔質材料に吸着する。このことにより、蓄熱材料２５には、蒸発潜熱が蓄熱される。蓄熱材料２５は、その蒸発潜熱も、排ガス１０１に放出する。
(B-2) First Heat Dissipation Process In the first heat dissipation process, the valve 31 is opened as shown in FIG. When the temperature of the exhaust gas 101 is low, the heat storage material 25 releases the heat stored up to that time to the exhaust gas 101. Further, the water vapor evaporated from the water 27 is adsorbed to the porous material included in the heat storage material 25. Thereby, the latent heat of vaporization is stored in the heat storage material 25. The heat storage material 25 also releases its latent heat of vaporization to the exhaust gas 101.
水２７から水蒸気が蒸発するとき、水２７から蒸発潜熱が奪われ、水２７は冷却される。そのため、空気１０３は、水２７により冷却される。
なお、蓄熱システム１９は、第１の放熱処理と、後述する第２の放熱処理とのうちの一方を選択して行うことができる。
When the water vapor evaporates from the water 27, the latent heat of vaporization is removed from the water 27, and the water 27 is cooled. Therefore, the air 103 is cooled by the water 27.
In addition, the thermal storage system 19 can select and perform one of a 1st heat dissipation process and the 2nd heat dissipation process mentioned later.
（ｂ−３）第２の放熱処理
第２の放熱処理では、図８に示すように、バルブ３１は閉の状態となる。排ガス１０１の温度が低いとき、蓄熱材料２５は、それまで蓄熱していた熱を排ガス１０１に放出する。なお、バルブ３１は閉の状態であるので、水２７から蒸発した水蒸気が、蓄熱材料２５に含まれる多孔質材料に吸着することはない。
(B-3) Second Heat Dissipation Process In the second heat dissipation process, as shown in FIG. 8, the valve 31 is closed. When the temperature of the exhaust gas 101 is low, the heat storage material 25 releases the heat stored up to that time to the exhaust gas 101. Since the valve 31 is in a closed state, the water vapor evaporated from the water 27 is not adsorbed by the porous material included in the heat storage material 25.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
（１）前記実施例４において、蓄熱システム１９は、排ガス１０１に代えて、エネルギー変換器２１の冷却に用いられる冷却水（冷却媒体の一例）の熱を蓄熱し、蓄熱した熱を冷却水に放出してもよい。この場合、冷却水の温度を安定化し、過度に低下しないようにすることができる。そのため、エネルギー変換器２１の暖気を迅速に行うことができる。
（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
(３)上述した蓄熱材料の他、蓄熱方法等、排ガス浄化方法、熱交換方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can take a various form, without being limited to the said embodiment.
(1) In the fourth embodiment, the heat storage system 19 stores heat of cooling water (an example of a cooling medium) used for cooling the energy converter 21 instead of the exhaust gas 101, and uses the stored heat as cooling water. May be released. In this case, the temperature of the cooling water can be stabilized so that it does not decrease excessively. Therefore, warming up of the energy converter 21 can be performed quickly.
(2) The functions of one component in the above embodiment may be distributed as a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be replaced with a known configuration having the same function. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of the said embodiment. In addition, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment. In addition, all the aspects included in the technical idea specified only by the wording described in the claim are embodiment of this invention.
(3) In addition to the heat storage material described above, the present invention can be realized in various forms such as a heat storage method, an exhaust gas purification method, a heat exchange method, and the like.
１、９、１３…海、３、１１、１５…島、５…蓄熱材料、７…表面、１７…触媒担体、１９…蓄熱システム、２１…エネルギー変換器、２３…容器、２５…蓄熱材料、２７…水、２９…通路、３１…バルブ、３３…支持板、３５…媒体流路、３７…外壁、３９…空気流路、１０１…排ガス、１０３…空気 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 9, 13 ... Sea 3, 11, 15 ... Island, 5 ... Thermal storage material, 7 ... Surface, 17 ... Catalyst support, 19 ... Thermal storage system, 21 ... Energy converter, 23 ... Container, 25 ... Thermal storage material, 27 ... Water, 29 ... Passage, 31 ... Valve, 33 ... Support plate, 35 ... Medium flow path, 37 ... Outer wall, 39 ... Air flow path, 101 ... Exhaust gas, 103 ... Air
Claims (7)
前記強相関電子系材料が、金属−絶縁体相転移するものであることを特徴とする蓄熱材料。 The heat storage material according to claim 1,
The heat storage material, wherein the strongly correlated electron system material undergoes a metal-insulator phase transition.
前記強相関電子系材料が、遷移金属酸化物であることを特徴とする蓄熱材料。 The heat storage material according to claim 1 or 2,
The heat storage material, wherein the strongly correlated electron material is a transition metal oxide.
前記多孔質材料の比表面積が１ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする蓄熱材料。 The heat storage material according to any one of claims 1 to 3,
The heat storage material, wherein the porous material has a specific surface area of 1 m 2 / g or more.
前記触媒担体に担持された触媒と、
を含む触媒ユニット。 A catalyst carrier (17) comprising the heat storage material according to any one of claims 1 to 4,
A catalyst supported on the catalyst carrier;
A catalyst unit comprising:
前記流路を流れる熱輸送媒体（１０１）と熱交換を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱材料（２５）と、
前記蓄熱材料に蒸気を供給する蒸気供給ユニット（２３、２７、３１）と、
を備えることを特徴とする蓄熱システム（１９）。 A heat transport medium flow path (35);
The heat storage material (25) according to any one of claims 1 to 4, wherein heat exchange is performed with a heat transport medium (101) flowing through the flow path,
A steam supply unit (23, 27, 31) for supplying steam to the heat storage material;
A heat storage system (19), comprising:
前記熱輸送媒体は、エネルギー変換器（２１）が排出する排ガス（１０１）、又は前記エネルギー変換器の冷却に用いられる冷却媒体であることを特徴とする蓄熱システム。 The heat storage system according to claim 6,
The heat storage system, wherein the heat transport medium is exhaust gas (101) discharged from an energy converter (21) or a cooling medium used for cooling the energy converter.
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