JP2017072310A - Chemical heat storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a chemical heat storage device.
従来の化学蓄熱装置として、車両の内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化システム等に適用され、内燃機関の排気系に設けられた加熱対象を加熱する化学蓄熱装置が知られている。例えば、特許文献1に記載の化学蓄熱装置では、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、加熱対象の周囲又は内部に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を含む反応器と、反応器と貯蔵器との間を接続し、貯蔵器から反応器に反応媒体を供給する第一供給流路と、第一供給流路に対して並列となるように反応器と貯蔵器との間を接続し、反応器から貯蔵器に反応媒体を供給する第二供給流路と、を備えている。 As a conventional chemical heat storage device, a chemical heat storage device that is applied to an exhaust gas purification system that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine of a vehicle and that heats a heating target provided in the exhaust system of the internal combustion engine is known. For example, in the chemical heat storage device described in Patent Document 1, a reservoir that stores a reaction medium, and a reactor that is disposed around or inside a heating target and includes a reaction material that chemically reacts with the reaction medium to generate heat. A first supply channel connecting the reactor and the reservoir and supplying the reaction medium from the reservoir to the reactor; and the reactor and the reservoir in parallel with the first supply channel; And a second supply flow path for supplying the reaction medium from the reactor to the reservoir.
ここで、従来の一般的な化学蓄熱装置では、内燃機関から排出された排気の温度が暖機開始温度よりも低くなると、貯蔵器に貯蔵された反応媒体が供給管を通って反応器に供給される。これにより、供給された反応媒体と反応器の反応材とが化学反応して熱が発生する。すなわち、発熱反応が生じる。この発熱反応により発生した熱によって加熱対象が加熱される。また、内燃機関から排出された排気の温度が反応媒体再生温度より高くなると、排気の熱が反応器内の反応材に与えられ、反応器内において反応媒体が反応材から脱離する。すなわち、再生反応が生じる。そして、脱離された反応媒体が供給管を通って貯蔵器に回収され、再生反応の最終段階で、供給管に配設されたバルブが閉じられる。 Here, in the conventional general chemical heat storage device, when the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine becomes lower than the warm-up start temperature, the reaction medium stored in the reservoir is supplied to the reactor through the supply pipe. Is done. As a result, the supplied reaction medium and the reaction material in the reactor react chemically to generate heat. That is, an exothermic reaction occurs. The object to be heated is heated by the heat generated by the exothermic reaction. Further, when the temperature of the exhaust discharged from the internal combustion engine becomes higher than the reaction medium regeneration temperature, the heat of the exhaust is given to the reaction material in the reactor, and the reaction medium is desorbed from the reaction material in the reactor. That is, a regeneration reaction occurs. Then, the desorbed reaction medium is collected in the reservoir through the supply pipe, and the valve disposed in the supply pipe is closed at the final stage of the regeneration reaction.
上記のような貯蔵器と反応器との間における反応媒体の移動は、反応器内の圧と貯蔵器内の圧との間に生じた差圧を利用して行われる。このため、再生反応の最終段階でバルブが閉じられた後、供給管内における反応器とバルブとの間に反応媒体が残ってしまう。この残った反応媒体が反応器内の反応材と再度反応する結果、次回の発熱反応時に反応する反応材の量が減ってしまい、次回の発熱反応時における発熱性能が低下するという問題がある。 The movement of the reaction medium between the reservoir and the reactor as described above is performed by utilizing a differential pressure generated between the pressure in the reactor and the pressure in the reservoir. For this reason, after the valve is closed in the final stage of the regeneration reaction, the reaction medium remains between the reactor and the valve in the supply pipe. As a result of the remaining reaction medium reacting again with the reaction material in the reactor, the amount of the reaction material that reacts at the next exothermic reaction is reduced, and there is a problem that the exothermic performance at the next exothermic reaction is lowered.
このような問題に対し、上記特許文献1に記載の化学蓄熱装置では、第二供給流路に設けられた強制回収手段によって反応器内の圧力を強制的に下げることで、反応器から貯蔵器へ強制的に反応媒体を回収している。しかしながら、上記特許文献1に記載の化学蓄熱装置では、反応媒体の回収時に強制回収手段を常時稼働して反応器内の圧力を直接下げているため、強制回収手段の稼働時間が長くなり、消費電力が多くなってしまう。 With respect to such a problem, in the chemical heat storage device described in Patent Document 1, the pressure in the reactor is forcibly lowered by the forced recovery means provided in the second supply flow path, so that the reactor is stored in the reservoir. The reaction medium is forcibly recovered. However, in the chemical heat storage device described in Patent Document 1, since the forced recovery means is always operated during the recovery of the reaction medium and the pressure in the reactor is directly reduced, the operation time of the forced recovery means becomes longer, and the consumption Electricity will increase.
そこで、本発明は、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる化学蓄熱装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the chemical heat storage apparatus which can suppress the fall of heat-generating performance, suppressing power consumption.
本発明に係る化学蓄熱装置は、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応媒体との化学反応により発熱すると共に加熱されると反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、貯蔵器と反応器とを接続する主配管と、主配管に配設され、反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、主配管における第一バルブよりも貯蔵器側と主配管における第一バルブよりも反応器側とを接続するバイパス配管と、バイパス配管に配設され、且つ、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引して貯蔵器へ強制的に回収する回収部と、を備える。 The chemical heat storage device according to the present invention includes a reservoir for storing a reaction medium, a reactor having a reaction material that generates heat and desorbs the reaction medium when heated by a chemical reaction with the reaction medium, and a reaction between the reservoir and the reactor. A main pipe connecting the vessel, a first valve disposed in the main pipe for opening and closing the flow path of the reaction medium, a reaction from the first valve in the main pipe and the reservoir side and the first valve in the main pipe. The bypass pipe connecting the reactor side, and the reaction medium disposed in the bypass pipe and the first valve closed, sucks the reaction medium remaining between the reactor and the first valve in the main pipe And a recovery part forcibly recovering to the reservoir.
本発明に係る化学蓄熱装置では、回収部によって、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が吸引され、当該反応媒体が貯蔵器へ強制的に回収される。よって、例えば再生反応の最終段階において第一バルブが閉じられた後、主配管内における反応器と第一バルブとの間に反応媒体が残っている場合であっても、当該反応媒体が、回収部によって吸引されて貯蔵器へ強制的に回収される。このため、当該反応媒体が反応器内の反応材と再度反応するという不具合が発生しにくくなる。その結果、次回の発熱反応時に反応する反応材の量の減少が抑制され、次回の発熱反応時における発熱性能の低下が抑制される。さらに、回収部は、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引するため、反応媒体の回収時に回収部を常時稼働することで第一バルブの開閉状態によらずに反応器内から反応媒体を直接吸引する場合と比べて、反応媒体を吸引するために必要な稼働時間が短くなり、消費電力が抑えられる。以上より、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。 In the chemical heat storage device according to the present invention, when the first valve is closed by the recovery unit, the reaction medium remaining between the reactor and the first valve in the main pipe is sucked, and the reaction medium is It is forcibly recovered into the reservoir. Thus, for example, even when the reaction medium remains between the reactor and the first valve in the main pipe after the first valve is closed in the final stage of the regeneration reaction, the reaction medium is recovered. It is sucked by the unit and is forcibly recovered into the reservoir. For this reason, it becomes difficult to generate | occur | produce the malfunction that the said reaction medium reacts again with the reaction material in a reactor. As a result, a decrease in the amount of the reaction material that reacts during the next exothermic reaction is suppressed, and a decrease in the exothermic performance during the next exothermic reaction is suppressed. Furthermore, the recovery unit sucks in the reaction medium remaining between the reactor and the first valve in the main pipe when the first valve is closed, so that the recovery unit is always operated during the recovery of the reaction medium. As a result, the operation time required for sucking the reaction medium is shortened and power consumption can be reduced as compared with the case where the reaction medium is sucked directly from the reactor regardless of the open / close state of the first valve. As described above, it is possible to suppress a decrease in heat generation performance while suppressing power consumption.
本発明に係る化学蓄熱装置において、バイパス配管における回収部よりも反応器側に配設され、反応媒体の流路を開閉する第二バルブと、第一バルブ及び第二バルブの開閉の制御と、回収部の稼働の制御と、を行う制御部と、を更に備え、制御部は、反応器から貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値を取得し、回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、第一バルブを閉制御すると共に第二バルブを開制御し、且つ、回収部を稼働させてもよい。この場合、反応器から貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、回収部が稼働するため、当該回収量に関する値が第一所定値を超えていない場合にまで回収部が稼働することが防止される。その結果、回収部の稼働時間を確実に短くし、消費電力を確実に抑えることができる。 In the chemical heat storage device according to the present invention, a second valve that is disposed closer to the reactor than the recovery unit in the bypass pipe, opens and closes the flow path of the reaction medium, and controls the opening and closing of the first valve and the second valve; And a control unit for controlling the operation of the recovery unit, the control unit acquires a value related to the recovery amount of the reaction medium recovered from the reactor to the reservoir, and the value related to the recovery amount is a first predetermined value. When the value is exceeded, the first valve may be controlled to close, the second valve may be controlled to open, and the recovery unit may be operated. In this case, when the value related to the recovery amount of the reaction medium recovered from the reactor to the reservoir exceeds the first predetermined value, the recovery unit operates, so the value related to the recovery amount exceeds the first predetermined value. The recovery unit is prevented from operating until there is no such event. As a result, the operation time of the recovery unit can be reliably shortened and power consumption can be reliably suppressed.
本発明に係る化学蓄熱装置において、制御部は、回収部が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過した場合に、第二バルブを閉制御し、且つ、回収部の稼働を停止してもよい。この場合、回収部が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過すると、回収部の稼働が停止するため、回収部の稼働時間をさらに短くし、消費電力を一層抑えることができる。 In the chemical heat storage device according to the present invention, the control unit may close the second valve and stop the operation of the recovery unit when a predetermined time has elapsed at the latest after the recovery unit has started to operate. In this case, since the operation of the recovery unit is stopped when a predetermined time has elapsed after the recovery unit has started to operate, the operation time of the recovery unit can be further shortened to further reduce power consumption.
本発明に係る化学蓄熱装置において、制御部は、回収部が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、回収量に関する値が第一所定値よりも大きい第二所定値になった場合に、第二バルブを閉制御し、且つ、回収部の稼働を停止してもよい。この場合、回収量に関する値が第二所定値に到達するまで回収部が稼働するため、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が貯蔵器に十分に回収される。その結果、発熱性能の低下を確実に抑制することができる。さらに、回収部が稼働し始めてから所定時間が経過する前であっても、回収量に関する値が第二所定値に到達した時点で回収部の稼働が停止するため、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が貯蔵器へ十分に回収された後にまで回収部が稼働することを防止し、消費電力をより一層抑えることができる。 In the chemical heat storage device according to the present invention, when the value related to the recovery amount becomes a second predetermined value larger than the first predetermined value before the predetermined time has elapsed since the recovery unit started to operate, The second valve may be controlled to be closed and the operation of the recovery unit may be stopped. In this case, since the recovery unit operates until the value related to the recovery amount reaches the second predetermined value, the reaction medium remaining between the reactor and the first valve in the main pipe is sufficiently recovered in the reservoir. The As a result, it is possible to reliably suppress a decrease in heat generation performance. Furthermore, since the operation of the recovery unit stops when the value related to the recovery amount reaches the second predetermined value even before the predetermined time has elapsed since the recovery unit started to operate, the reactor in the main pipe It is possible to prevent the recovery section from operating until after the reaction medium remaining between the first valve and the storage valve is sufficiently recovered to the reservoir, thereby further reducing power consumption.
本発明によれば、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in heat generation performance while suppressing power consumption.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
図1を参照して、本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気浄化システムを説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 With reference to FIG. 1, the exhaust gas purification system provided with the chemical heat storage apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust purification system including a chemical heat storage device according to an embodiment of the present invention.
排気浄化システム1は、車両の内燃機関であるディーゼルエンジン2(以下、単にエンジン2という)の排気系に配設され、エンジン2から排出される排気中に含まれる有害物質(環境汚染物質)を浄化する。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である排気管3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:SelectiveCatalytic Reduction)7、及び酸化触媒(ASC:Ammonia Slip Catalyst)8を備えている。
The exhaust purification system 1 is disposed in an exhaust system of a diesel engine 2 (hereinafter simply referred to as an engine 2) that is an internal combustion engine of a vehicle, and removes harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust discharged from the
熱交換器4は、エンジン2からの排気と後述する反応材14との間で熱の伝達を行う。熱交換器4は、例えばハニカム構造をなしている。DOC5は、排気中に含まれるHC及びCO等を酸化して浄化する。DPF6は、排気中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集して取り除く。SCR7は、尿素またはアンモニア(NH3)によって、排気中に含まれるNOxを還元して浄化する。ASC8は、SCR7をすり抜けてSCR7の下流側に流れたNH3を酸化して浄化する。
The heat exchanger 4 transfers heat between the exhaust from the
排気管3における熱交換器4の上流側及び下流側には、排気温度センサ21が配置されている。排気温度センサ21は、排気管3内を流れるエンジン2からの排気の温度を検出する。排気温度センサ21は、例えば一定時間毎に、エンジン2からの排気の温度を検出し、検出した温度情報を後述するコントローラ20に出力する。
DOC5、SCR7、及びASC8の各触媒には環境汚染物質の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。しかし、エンジン2の始動直後等は、エンジン2から排出された直後の排気の温度は100℃程度と比較的低温であり、各触媒の活性温度より低い場合がある。このような場合でも各触媒で浄化能力を発揮させるために、各触媒の温度を迅速に活性温度にする必要がある。
Each catalyst of DOC5, SCR7, and ASC8 has a temperature range that can exhibit the ability to purify environmental pollutants, that is, an activation temperature. However, immediately after the
そこで、本実施形態に係る排気浄化システム1は、排気管3の最も上流側に配置される熱交換器4を介して排気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が熱交換器4を介して排気を加熱することによって、熱交換器4の下流側には上流側よりも温度が上昇した排気が流れることとなり、触媒を早期に活性化することができる。
Therefore, the exhaust gas purification system 1 according to the present embodiment includes a chemical
化学蓄熱装置10は、反応媒体としてNH3を用いて、可逆的な化学反応を利用することにより、外部エネルギーレスで加熱対象である排気を、熱交換器4を介して加熱する。つまり、化学蓄熱装置10は、通常は、後述する反応材14とNH3とを分離した状態にすることで熱を蓄えておき、熱交換器4の加熱が必要なときに、NH3を反応材14に供給することで反応材14から熱を発生させて熱交換器4を介して排気を加熱する。
The chemical
化学蓄熱装置10は、ストレージ11(貯蔵器)と、ヒータ12(反応器)と、主配管15と、バルブ16(第一バルブ)と、バイパス配管17と、ポンプ30(回収部)と、バルブ18(第二バルブ)と、温度センサ22と、圧力センサ23と、コントローラ20(制御部)と、を備えている。
The chemical
ストレージ11は、NH3の物理吸着による保持及びNH3の脱離が可能な吸着材13を含む。吸着材13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、又はゼオライト等が用いられる。ストレージ11は、NH3を吸着材13に物理吸着させることで、NH3を貯蔵する。
ヒータ12は、熱交換器4の周囲に熱交換器4を加熱可能に配置されている。ヒータ12は、例えば熱交換器4を囲む断面円環形状を有している。この断面円環形状の断面は、ヒータ12を排気管3における排気の流れ方向に対して垂直に切った面である。
The
ヒータ12は、NH3と化学反応して熱を発生すると共に、高温となった排気の熱により加熱されることで蓄熱してNH3を脱離する反応材14を有している。よって、ヒータ12においては、ストレージ11からNH3が供給されると、当該NH3と反応材14とが化学反応して、発熱する。また、ヒータ12においては、脱離開始温度以上の熱が加えられると反応材14からNH3が脱離して、NH3を放出し始める。発熱温度及び脱離開始温度は、反応媒体(本実施形態ではNH3)と反応材14の組み合わせによって異なるため、加熱対象の目標加熱温度に応じて、反応材14が適宜選択される。
The
反応材14としては、組成式MXaで表されるハロゲン化物が用いられる。ここで、Mは、Mg、Ca、又はSr等のアルカリ土類金属、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、又はZn等の遷移金属である。Xは、Cl、Br、又はI等である。aは、Mの価数により特定される数であり、2〜3である。反応材14は、例えば、20〜100MPaの圧力でプレス成型されていてもよい。このプレス成型により反応材14は板状、ペレット状、又はタブレット状等の成型体に成型される。
As the
ヒータ12内に配置される反応材14には、反応材14よりも熱伝導率が高く、反応材14で発生した熱を熱交換器4に効率的に伝える熱伝導パスとなる熱伝導材料を混合してもよい。例えば、反応材14を板状、ペレット状、又はタブレット状の成型体に成型する際に粉末状の反応材14と熱伝導材料とを粉体混合器等で均一に混合し、その混合物を型に入れてプレス成型加工を施して押し固めてもよい。熱伝導材料としては、例えばカーボンファイバ、カーボンビーズ、SiCビーズ、金属ビーズ、高分子ビーズ、又は高分子ファイバ等が用いられる。金属ビーズとしては、例えばCu、Ag、Ni、Ci−Cr、Al、Fe、又はステンレス鋼等の金属ビーズが用いられる。また、熱伝導材料として、グラファイトシート、又はアルミ等の金属シート等を加工した材料を用いてもよい。
The
主配管15は、ストレージ11とヒータ12とを接続し、ストレージ11とヒータ12との間でNH3を流通させる。すなわち、主配管15は、ストレージ11とヒータ12との間をNH3が移動する供給流路を構成している。
The
バルブ16は、主配管15に配設されている。すなわち、バルブ16は、ストレージ11とヒータ12との間に配設されている。バルブ16は、ストレージ11とヒータ12との間でNH3の流路を開閉させる。例えば、バルブ16は、電磁開閉弁である。バルブ16の開閉の制御は、コントローラ20によって行われる。
The
また、バルブ16は、発熱反応時において高温となるヒータ12から十分に離れた位置に配置されている。これにより、バルブ16がヒータ12の熱の影響を受けにくくなる。
The
バイパス配管17は、主配管15におけるバルブ16よりもストレージ11側と主配管15におけるバルブ16よりもヒータ12側とを接続する。バイパス配管17は、バルブ16をバイパスするように、主配管15におけるストレージ11とバルブ16との間と、主配管15におけるヒータ12とバルブ16との間とを接続している。すなわち、バイパス配管17は、バルブ16を迂回するようにNH3を流通させる迂回流路を構成している。
The
また、バイパス配管17と、主配管15におけるバルブ16よりもヒータ12側との接続位置は、ヒータ12から十分に離れている。これは、発熱反応時において高温となるヒータ12から十分に離れた位置にバルブ18を配置するためである。これにより、バルブ18がヒータ12の熱の影響を受けにくくなる。
Further, the connection position between the
ポンプ30は、バイパス配管17に配設されている。ポンプ30は、バルブ16が閉じられた状態において、主配管15内におけるヒータ12とバルブ16との間に残っているNH3を吸引する。そして、ポンプ30は、吸引したNH3をストレージ11へ強制的に回収する。ポンプ30の稼働の制御は、コントローラ20によって行われる。
The
バルブ18は、バイパス配管17におけるポンプ30の上流側(ポンプ30よりもヒータ12側)に配設されている。なお、バイパス配管17における上流側とは、ポンプ30によりNH3が吸引される際に、バイパス配管17内をNH3が流れる方向の上流側をいう。バルブ18は、バイパス配管17内を流れるNH3の流路を開閉させる。例えば、バルブ18は、電磁開閉弁である。バルブ18の開制御及び閉制御は、コントローラ20によって行われる。
The
温度センサ22は、ストレージ11に設けられている。温度センサ22は、例えば一定時間毎に、ストレージ11内の温度を検出し、検出した温度情報をコントローラ20に出力する。
The
圧力センサ23は、ヒータ12に設けられている。圧力センサ23は、例えば一定時間毎に、ヒータ12内の圧力を検出し、検出した圧力情報をコントローラ20に出力する。
The
コントローラ20は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなる。コントローラ20は、排気温度センサ21、温度センサ22、圧力センサ23等の各種センサと接続されており、これら複数のセンサより、適宜、制御に必要な情報を取得する。また、コントローラ20は、バルブ16と接続されており、取得した情報に基づいて所定の処理を行い、必要に応じてバルブ16の開制御及び閉制御を行う。なお、コントローラ20は、化学蓄熱装置10専用でもよいし、エンジンECU(Electronic Control Unit)等のECUの一機能として組み込まれていてもよい。
The
コントローラ20は、バルブ開閉部24と、ポンプ稼働部25と、回収量取得部26と、判定部27と、を有している。
The
バルブ開閉部24は、バルブ16,18の開閉の制御を行う。バルブ開閉部24は、エンジン2の稼働中、排気温度センサ21で検出された熱交換器4の上流側での排気の温度が暖機開始温度より低いか否かを判定する。そして、バルブ開閉部24は、例えば、エンジン2の起動直後などの排気の温度が低温である場合等に、排気の温度が暖機開始温度よりも低いと判定すると、バルブ16の開制御を行う。すなわち、バルブ開閉部24は、バルブ16に電流を供給してバルブ16を閉状態から開状態に切り替える。ここで、暖機開始温度は、例えば、排気浄化システム1のDOC5等の触媒活性温度、又は、触媒活性温度よりも所定値だけ低い閾値温度として設定される。この暖機開始温度は、DOC5等の触媒の活性温度等に基づき設定される。
The valve opening /
また、バルブ開閉部24は、バルブ16の開制御を行う際、バルブ18が閉状態となるようにする。すなわち、バルブ開閉部24は、バルブ18が開状態となっている場合には、バルブ18への電流の供給を停止して、バルブ18を開状態から閉状態へ切り替える。バルブ開閉部24は、バルブ18が閉状態となっている場合には、バルブ18への電流の供給を停止したままにして、バルブ18の閉状態を維持する。
Further, the valve opening /
上記のように排気の温度が暖機開始温度より低いときにバルブ16が開かれることで、ストレージ11内に収容されたNH3が主配管15を通してヒータ12に供給され、ヒータ12の反応材14(例えばMgBr2)とNH3とが化学反応して化学吸着(配位結合)し、反応材14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。ヒータ12で発生した熱によって熱交換器4が加熱され、熱交換器4を介して排気が加熱される。
MgBr2+xNH3 ⇔ Mg(NH3)xBr2+熱 …(A)
As described above, when the temperature of the exhaust gas is lower than the warm-up start temperature, the
MgBr 2 + xNH 3 MgMg (NH 3 ) xBr 2 + heat (A)
バルブ16が開かれてから所定時間経過後、又はエンジン2からの排気の温度が予め設定された暖機終了温度以上となると、バルブ開閉部24によってバルブ16が閉制御され、エンジン2の稼働中における暖機が終了する。そして暖機終了後、エンジン2が定常運転状態となり、エンジン2から排出される排気の温度が十分に高くなってくると、今度は、排気の熱が熱交換器4を介してヒータ12の反応材14に与えられることになる。つまり、反応材14は熱交換器4を介して排気により加熱される。
After a predetermined time has elapsed since the
そして、排気の温度が所定の回収温度以上となると、ヒータ12の内部ではNH3を化学吸着した状態の反応材14からNH3が脱離する再生反応(上記の反応式(A)における右辺から左辺への反応)が生じる。ここで、所定の回収温度とは、反応材14からNH3を脱離させるのに十分な熱を反応材14に与えることができる排気の温度である。例えば排気の温度が所定の回収温度となると、バルブ開閉部24によってバルブ16が開制御され、反応材14から脱離したNH3が主配管15を通ってヒータ12からストレージ11へ移動可能となる。ストレージ11内にNH3が戻ると、NH3がストレージ11内の吸着材13に物理吸着されて回収される。
When the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than a predetermined recovery temperature, a regeneration reaction in which NH 3 is desorbed from the
本実施形態では、当該主配管15を通してのNH3回収時において、バルブ開閉部24によるバルブ16,18の開閉の制御と、ポンプ稼働部25によるポンプ30の稼働の制御とが、回収量取得部26により取得されたNH3の回収量に関する値に基づいて行われる。ここで、NH3の回収量に関する値とは、ヒータ12からストレージ11へ回収されるNH3の回収量に関する値であって、NH3の回収量そのもの(以下、「NH3回収量」ともいう)でもよいし、NH3の回収率(以下、「NH3回収率」ともいう)等のNH3回収量に基づき算出される値でもよい。本実施形態において、NH3の回収量に関する値として、NH3回収率を用いている。
In the present embodiment, at the time of NH 3 recovery through the
具体的に、バルブ開閉部24は、判定部27によってNH3回収率が第一回収目標値(第一所定値)を超えたと判定された場合に、バルブ16を閉制御すると共に、バルブ18を開制御する。これにより、主配管15におけるNH3の流れが遮断されると共に、バイパス配管17をNH3が移動可能となる。ここで、第一回収目標値とは、使用者等によって適宜設定される値であって、例えば、次回の発熱反応において加熱対象を目標温度に加熱することができるNH3の量である。第一回収目標値は、ストレージ11に回収されずにヒータ12又は主配管15に留まるNH3を考慮して、例えば約80%に設定される。
Specifically, when the
また、ポンプ稼働部25は、判定部27によってNH3回収率が第一回収目標値を超えたと判定された場合に、ポンプ30を稼働させる。すなわち、ポンプ稼働部25は、ポンプ30をOFF状態からON状態へと切り替える。これにより、バルブ16が閉じられた状態において主配管15内におけるヒータ12とバルブ16との間に残っているNH3は、ポンプ30によって吸引され、ストレージ11側へ供給される。すなわち、主配管15内におけるヒータ12とバルブ16との間に残っているNH3は、ポンプ30によって吸引されることによってバイパス配管17を通ってストレージ11内に戻り、ストレージ11内の吸着材13に物理吸着されて回収される。
The
このバイパス配管17を通して行われるNH3の回収において、判定部27によって例えばポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過したと判定された場合、バルブ開閉部24はバルブ18を閉制御し、ポンプ稼働部25はポンプ30の稼働を停止する。所定時間とは、使用者等によって適宜設定される値であって、例えばポンプ30が稼働し始めてから約1分程度である。
In the recovery of NH 3 performed through the
また、例えば、ポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、判定部27によってNH3回収率が第二回収目標値(第二所定値)になったと判定された場合、バルブ開閉部24はバルブ18を閉制御し、ポンプ稼働部25はポンプ30の稼働を停止する。ここで、第二回収目標値とは、使用者等によって適宜設定される値であって、第一回収目標値よりも大きい値である。第二回収目標値は、例えば約85%に設定される。従って、ポンプ30が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過した場合には、バルブ18が閉制御されると共に、ポンプ30の稼働が停止されることとなる。
For example, when the
回収量取得部26は、例えば図2に示すマップデータを用いてNH3回収率を取得する。図2は、NH3回収率の取得に用いられるマップデータを示すグラフである。図2の(a)は、ストレージ11内の温度とNH3の飽和蒸気圧との関係を示すグラフであり、横軸はストレージ11内の温度[℃]を示し、縦軸はNH3の飽和蒸気圧[kPa]を示す。図2の(b)は、ストレージ11内の吸着材13の相対圧力に対するNH3吸着量との関係を示すグラフであり、横軸は相対圧力を示し、縦軸はNH3吸着量[g]を示す。ここで、相対圧力とは、NH3の飽和蒸気圧とストレージ11内の圧力との比(P/Psat)である。なお、吸着材13の相対圧力に対するNH3吸着量の関係は、予め実験により求められている。
The recovery
回収量取得部26には、図2の(a)及び(b)のグラフで示されるマップデータが予め設定されている。回収量取得部26は、当該関係を用いてNH3吸着量を取得し、取得したNH3吸着量に基づきNH3回収率を取得する。具体的には、回収量取得部26は、温度センサ22から出力された温度情報が示すストレージ11内の温度Tに基づき、図2の(a)のグラフで示される関係を有するマップデータを用いてNH3の飽和蒸気圧Psatを取得する。
In the collection
続いて、回収量取得部26は、取得したNH3の飽和蒸気圧Psatと、圧力センサ23から出力された圧力情報が示すストレージ11内の圧力Pとに基づき、飽和蒸気圧Psatと圧力Pとの比である相対圧力を算出する。続いて、回収量取得部26は、算出した相対圧力に基づき、図2の(b)のグラフで示される関係を有するマップデータを用いてNH3吸着量Yを取得する。このように、ストレージ11内の温度T及び圧力Pから、ストレージ11に貯蔵されているNH3吸着量Yが推定される。
Subsequently, the recovery
回収量取得部26は、このNH3吸着量Yから、暖機時においてストレージ11及びヒータ12の圧力を所定圧に保つためにストレージ11に残存している残存量を減算して、ヒータ12からストレージ11に回収されているNH3回収量を取得する。さらに、回収量取得部26は、そのNH3回収量を、ヒータ12での発熱反応において所望の熱量を得るために必要とされるNH3の量、つまり、ヒータ12へ移動させるNH3の量(以下、「NH3総回収量」ともいう)で除算することにより、NH3回収率を取得する。
The recovery
判定部27は、回収量取得部26によって取得されたNH3回収率に基づき、種々の判定を行い、その判定結果をバルブ開閉部24及びポンプ稼働部25へ出力する。具体的に、判定部27は、NH3回収率が第一回収目標値を超えているか否かを判定する。また、判定部27は、ポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する。また、判定部27は、ポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、NH3回収率が第二回収目標値になったか否かを判定する。
The
次に、図3を参照して、バルブ開閉部24、ポンプ稼働部25、及び判定部27の処理手順を説明する。図3は、バルブ開閉部24、ポンプ稼働部25、及び判定部27の処理手順を示すフロー図である。なお、図3のフロー図では、再生反応の最終段階における処理手順を示している。また、以下の処理手順において、エンジン2の稼働中における暖機が終了する直前は、バルブ16,18が閉状態になっているとする。
Next, processing procedures of the valve opening /
エンジン2の稼働中における暖機が終了するとき、バルブ開閉部24は、バルブ16を開状態にする。これにより、主配管15を通したヒータ12からストレージ11内へのNH3の回収が開始される。この主配管15を通したNH3の回収時において、まず、判定部27は、回収量取得部26により取得されたNH3回収率が、第一回収目標値(ここでは、約80%)を超えているか否かを判定する(S1)。判定部27によってNH3回収率が第一回収目標値を超えていないと判定された場合(S1;NO)、バルブ開閉部24は、バルブ16の開状態及びバルブ18の閉状態を維持し、S1の処理を繰り返す。
When the warm-up during the operation of the
判定部27によってNH3回収率が第一回収目標値を超えたと判定された場合(S1;YES)、バルブ開閉部24は、バルブ16を閉状態にすると共に、バルブ18を開状態とする(S2)。すなわち、バルブ開閉部24は、バルブ16への電流の供給を停止すると共に、バルブ18へ電流を供給する。これにより、主配管15におけるNH3の流れが遮断され、主配管15を通したヒータ12からストレージ11内へのNH3の回収が終了すると共に、バイパス配管17をNH3が移動可能となる。
When the
そして、ポンプ稼働部25は、ポンプ30を稼働させる(S3)。すなわち、ポンプ稼働部25は、ポンプ30をOFF状態からON状態へと切り替える。これにより、主配管15内におけるヒータ12とバルブ16との間に残っているNH3(以下、「残留NH3」ともいう)が、ポンプ30によって吸引され、ストレージ11側へ供給される。すなわち、ポンプ30を利用した残留NH3の回収が開始される。ポンプ30の吸引によってバイパス配管17を通った残留NH3は、ストレージ11内に戻り、ストレージ11内の吸着材13に物理吸着されて回収される。
Then, the
続いて、判定部27は、ポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する(S4)。判定部27によって所定時間が経過したと判定された場合(S4:YES)、バルブ開閉部24は、バルブ18を閉状態とする(S5)。すなわち、バルブ開閉部24は、バルブ18への電流の供給を停止する。これにより、バイパス配管17におけるNH3の流れが遮断される。そして、ポンプ稼働部25は、ポンプ30の稼働を停止する(S6)。すなわち、ポンプ稼働部25は、ポンプ30をON状態からOFF状態へと切り替える。これにより、ポンプ30を利用した残留NH3の回収が終了する。
Subsequently, the
また、判定部27によって所定時間が経過していないと判定された場合(S4:NO)、判定部27は、更に、NH3回収率が第二回収目標値(ここでは、約85%)になったか否かを判定する(S7)。判定部27によってNH3回収率が第二回収目標値になっていないと判定された場合(S7;NO)、バルブ開閉部24は、バルブ18の開状態を維持し、S4の処理を繰り返す。
When the
判定部27によってNH3回収率が第二回収目標値になったと判定された場合(S7;YES)、S5及びS6の処理へ進む。すなわち、バルブ開閉部24は、バルブ18を閉状態とし(S5)、ポンプ稼働部25は、ポンプ30の稼働を停止する(S6)。これにより、ポンプ30を利用した残留NH3の回収が終了する。以上により、再生反応の最終段階におけるバルブ開閉部24、ポンプ稼働部25、及び判定部27の処理手順が終了する。
When the
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置10によれば、例えば再生反応の最終段階においてバルブ16が閉じられた後、主配管15内のヒータ12とバルブ16との間にNH3が残っている場合であっても、この残留NH3が、ポンプ30によって吸引されてストレージ11へ強制的に回収される。このため、この残留NH3がヒータ12内の反応材14と再度反応するという不具合が発生しにくくなる。その結果、次回の発熱反応時に反応する反応材14の量の減少が抑制され、次回の発熱反応時における発熱性能の低下が抑制される。さらに、ポンプ30は、バルブ16が閉じられた状態において残留NH3を吸引するため、NH3の回収時にポンプ30を常時稼働することでバルブ16の開閉状態によらずにヒータ12内からNH3を直接吸引する場合と比べて、NH3を吸引するために必要な稼働時間が短くなり、消費電力が抑えられる。以上より、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。
As described above, according to the chemical
ここで、バルブ16は、発熱反応時において高温となるヒータ12から十分に離れた位置に配置されている。この場合、バルブ16がヒータ12の熱の影響を受けにくくなる一方、主配管15内におけるヒータ12とバルブ16との間の距離が長くなるため、残留NH3が生じ易い。本実施形態によれば、この残留NH3をポンプ30によって吸引してストレージ11へ強制的に回収することができる。よって、バルブ16に対するヒータ12の熱の影響を抑制しつつ、残留NH3により発熱性能が低下するという上記問題を解決することができる。
Here, the
また、本実施形態によれば、NH3回収率が第一回収目標値を超えた場合に、ポンプ30が稼働するため、当該NH3回収率が第一回収目標値を超えていない場合にまでポンプ30が稼働することが防止される。その結果、ポンプ30の稼働時間を確実に短くし、消費電力を確実に抑えることができる。
In addition, according to the present embodiment, when the NH 3 recovery rate exceeds the first recovery target value, the
また、本実施形態によれば、ポンプ30が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過するとポンプ30の稼働が停止するため、ポンプ30の稼働時間をさらに短くし、消費電力を一層抑えることができる。
In addition, according to the present embodiment, since the operation of the
また、本実施形態によれば、NH3回収率が第二回収目標値に到達するまでポンプが稼働するため、残留NH3がストレージ11に十分に回収される。その結果、発熱性能の低下を確実に抑制することができる。さらに、ポンプ30が稼働し始めてから所定時間が経過する前であっても、NH3回収率が第二回収目標値に到達した時点でポンプ30の稼働が停止するため、残留NH3がストレージ11へ十分に回収された後にまでポンプ30が稼働することを防止し、消費電力をより一層抑えることができる。
Further, according to the present embodiment, the pump is operated until the NH 3 recovery rate reaches the second recovery target value, so that the remaining NH 3 is sufficiently recovered in the
また、従来の化学蓄熱装置のように、第一供給流路及び第二供給流路を並列に二つ備えている場合、ヒータとストレージとの間でNH3を移動させる供給流路として機能する配管が並列に二つあるため、供給流路として機能する配管が一つである場合に比べて化学蓄熱装置の全体として配管の体積が増加し、ヒータ内のNH3の圧力が低下してしまう結果、反応材の発熱温度が低下するという問題がある。これに対し、本実施形態によれば、ヒータ12とストレージ11との間でNH3を移動させる供給流路として機能する主配管15が一つであり、バイパス配管17は、バルブ16をバイパスするように設けられている。よって、従来のように供給流路として機能する配管が並列に二つある場合に比べ、化学蓄熱装置10の全体として配管の体積を小さくすることができる。これにより、ヒータ内のNH3の圧力の低下を抑制することができる結果、反応材14の発熱温度の低下を抑制することができる。
In addition, when two first supply channels and two second supply channels are provided in parallel as in a conventional chemical heat storage device, it functions as a supply channel that moves NH 3 between the heater and the storage. Since there are two pipes in parallel, the volume of the pipe as a whole of the chemical heat storage device is increased and the pressure of NH 3 in the heater is reduced as compared with the case where there is one pipe functioning as a supply flow path. As a result, there is a problem that the exothermic temperature of the reaction material is lowered. On the other hand, according to this embodiment, there is one
以上、本発明の一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ず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, You may change in the range which does not change the summary described in each claim, or may apply to others.
例えば、上記実施形態において、バルブ16,18の開閉の制御及びポンプ30の稼働の制御は、コントローラ20によって行われるとしたが、これに限られず、例えば手動等によって行ってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the opening / closing control of the
上記実施形態では、回収部としてポンプ30を用いているが、これに限られない。例えば、回収部としては圧縮機等を用いてもよい。
In the said embodiment, although the
また、上記実施形態において、ヒータ12は、熱交換器4の周囲に配置され、断面円環形状を有しているとしたが、これに限られない。例えば、ヒータは、排気管の外部以外の箇所に配置してもよく、例えば排気を加熱するために排気管の内部に配置してもよい。排気管の内部にヒータを配置する場合には、例えば複数のヒータと熱交換部とを交互に積層した構成として、ヒータに熱交換部を一体化し、ヒータによって熱交換部を介して排気を加熱してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
熱交換器4の表面の一部又は全部には、触媒コート層が形成されていてもよい。また、上記実施形態では、加熱対象を熱交換器4としたが、加熱対象としては、例えばDOC5等の他の触媒、又は排気管3を流れる排気でもよい。
A catalyst coat layer may be formed on part or all of the surface of the heat exchanger 4. In the above embodiment, the heating object is the heat exchanger 4, but the heating object may be another catalyst such as
また、上記実施形態で反応媒体をNH3としたが、アルコール、水等の他の反応媒体でもよい。また、上記実施形態では反応媒体がNH3の場合の蓄熱材、吸着材の各材料をそれぞれ例示したが、化学蓄熱装置で用いられる反応媒体に応じて、蓄熱材、吸着材は適宜他の材料が用いられる。 In the above embodiment, the reaction medium is NH 3 , but other reaction medium such as alcohol or water may be used. Further, the heat storage material in the case of NH 3 reaction medium in the above embodiment has illustrated respectively the materials of the adsorbent, depending on the reaction medium used in the chemical heat storage device, the heat storage material, adsorbent suitable other materials Is used.
上記実施形態では、化学蓄熱装置10は、車両の内燃機関であるディーゼルエンジン2に適用されるとしたが、これに限られない。例えば、化学蓄熱装置は、ガソリンエンジン等に適用されてもよい。
In the said embodiment, although the chemical
また、例えば、化学蓄熱装置10は、エンジン2の排気系以外に設けられた加熱対象を加熱する装置であってもよい。そのような加熱対象としては、エンジンオイル、冷却水、又は空気等の種々の熱媒体等であってもよい。このとき、熱媒体が流れる経路上に熱交換器を配置して、その熱交換器を化学蓄熱装置で加熱するとしてもよい。例えば、化学蓄熱装置10を図4に示すようなオイル循環システム1Aに適用してもよい。
In addition, for example, the chemical
図4において、オイル循環システム1Aは、車両のエンジン2内の各部を潤滑するためのエンジンオイルを循環させる。オイル循環システム1Aは、オイルパン41と、オイルポンプ42と、オイルフィルタ43と、熱交換器44とを備えている。オイルパン41は、エンジンオイルを溜めておく。エンジン2内の各部を循環したエンジンオイルは、オイルパン41に戻る。
In FIG. 4, the
オイルポンプ42は、オイルパン41に溜まっているエンジンオイルを吸い上げてエンジン2内に圧送する。オイルフィルタ43は、エンジンオイルの汚れを濾過する。熱交換器44は、オイルパン41とオイルポンプ42との間に配置されている。熱交換器44は、オイルポンプ42により吸い上げられたエンジンオイルと化学蓄熱装置10のヒータ12との間で熱交換を行う。
The
さらに、化学蓄熱装置10は、エンジン以外に適用してもよい。
Furthermore, you may apply the chemical
10…化学蓄熱装置、11…ストレージ(貯蔵器)、12…ヒータ(反応器)、14…反応材、15…主配管、16…バルブ(第一バルブ)、17…バイパス配管、18…バルブ(第二バルブ)、20…コントローラ(制御部)、30…ポンプ(回収部)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
反応媒体との化学反応により発熱すると共に加熱されると反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、
前記貯蔵器と前記反応器とを接続する主配管と、
前記主配管に配設され、反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、
前記主配管における前記第一バルブよりも前記貯蔵器側と前記主配管における前記第一バルブよりも前記反応器側とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管に配設され、且つ、前記第一バルブが閉じられた状態において、前記主配管内における前記反応器と前記第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引して前記貯蔵器へ強制的に回収する回収部と、を備える、化学蓄熱装置。 A reservoir for storing the reaction medium;
A reactor having a reaction material that generates heat and desorbs the reaction medium when heated by a chemical reaction with the reaction medium;
Main piping connecting the reservoir and the reactor;
A first valve disposed in the main pipe and opening and closing a flow path of the reaction medium;
A bypass pipe connecting the reservoir side with respect to the first valve in the main pipe and the reactor side with respect to the first valve in the main pipe;
In the state where the bypass valve is disposed and the first valve is closed, the storage medium is sucked in the reaction medium remaining between the reactor and the first valve in the main pipe. A chemical heat storage device comprising: a recovery unit that forcibly recovers.
前記第一バルブ及び前記第二バルブの開閉の制御と、前記回収部の稼働の制御と、を行う制御部と、を更に備え、
前記制御部は、前記反応器から前記貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値を取得し、前記回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、前記第一バルブを閉制御すると共に前記第二バルブを開制御し、且つ、前記回収部を稼働させる、請求項1に記載の化学蓄熱装置。 A second valve that is disposed closer to the reactor than the recovery unit in the bypass pipe and opens and closes a flow path of the reaction medium;
A control unit that performs control of opening and closing of the first valve and the second valve, and control of operation of the recovery unit, and
The control unit obtains a value related to the recovery amount of the reaction medium recovered from the reactor to the reservoir, and closes the first valve when the value related to the recovery amount exceeds a first predetermined value. The chemical heat storage device according to claim 1, wherein the second valve is controlled to open and the recovery unit is operated.
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