JP2017207033A - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応材の再生を十分に行うことができると共に、加熱対象を十分に加熱することができる化学蓄熱装置を提供する。
【解決手段】高温の排ガスの熱を利用して、反応材１８からＮＨ_３を脱離させる、いわゆる反応材１８の再生を行う。また、内燃機関が起動されたときは、ＮＨ_３と反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱し、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。これにより、エンジンオイルを十分に加熱することができる。また、排ガス供給系１５は、排ガス配管２３（流出流路）を流通する排ガスを排ガス配管２２（供給流路）を介して反応器１２へ再循環させる再循環配管５３を有する。従って、再循環配管５３で排ガスを再度反応器１２に循環させることで、一度反応器１２で回収されなかった熱を再度回収することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、化学蓄熱装置に関する。

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、水との化学反応により発熱し脱水反応により吸熱する蓄熱材が収納された反応容器と、液体の水が貯留された凝縮容器とを備えている。エンジンオイルの温度が例えば４０℃以下の場合には、凝縮容器に貯留されている水が第１流路を通じて反応容器へ向かい、ノズルから反応容器の蓄熱材に噴霧される。すると、蓄熱材が化学反応により発熱し（発熱反応）、その熱エネルギーによってエンジンオイルが加熱される。一方、エンジンオイルが高温になると、脱水反応によって蓄熱材から水蒸気が発生し（再生反応）、第２流路を通じて凝縮して液体の水となって凝縮容器に戻る。

特開２０１０−２３０２６８号公報

上記従来技術においては、エンジンオイルの熱により蓄熱材（反応材）の再生を行っているが、エンジンオイルの熱だけでは蓄熱材を再生するための熱量が不足し、結果的に蓄熱材の再生が不十分になるおそれがある。また、上記従来技術においては、水と蓄熱材との化学反応により発生する熱によってエンジンオイル（加熱対象）を加熱しているが、水と蓄熱材との化学反応により発生する熱だけでは、エンジンオイルを十分に加熱することができない場合もある。

本発明の目的は、反応材の再生を十分に行うことができると共に、加熱対象を十分に加熱することができる化学蓄熱装置を提供することである。

本発明の一態様は、内燃機関を搭載した装置に具備され、加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、加熱対象に対して熱交換可能に配置され、反応媒体が供給されると反応媒体との化学反応により発熱すると共に熱が与えられると反応媒体が脱離する反応材を含む反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる反応媒体流通系と、内燃機関が起動されたときに、反応媒体と反応材との化学反応によって熱を発生させて加熱対象を加熱するように、反応媒体流通系を制御する発熱制御部と、内燃機関から排出される排ガスの熱を利用して反応材から反応媒体を脱離させると共に、排ガスの熱を利用して加熱対象を加熱する排ガス活用ユニットとを備え、排ガス活用ユニットは、内燃機関に接続された排気通路から反応器に向けて排ガスを供給する排ガス供給系と、排ガスの熱によって反応材から反応媒体を脱離させると共に加熱対象を加熱するように、排ガス供給系を制御する排ガス供給制御部と、を有し、排ガス供給系は、排気通路から反応器へ排ガスを供給する供給流路と、反応器から排気通路へ排ガスを流出させる流出流路と、流出流路と供給流路とを接続し、流出流路を流通する排ガスを供給流路を介して反応器へ再循環させる再循環流路と、を有する。

このような化学蓄熱装置においては、高温の排ガスの熱を利用して、反応材から反応媒体を脱離させる、いわゆる反応材の再生を行う。これにより、反応材の再生を十分に行うことができる。また、内燃機関が起動されたときは、反応媒体と反応材との化学反応によって熱を発生させて加熱対象を加熱し、高温の排ガスの熱を利用して加熱対象を加熱する。これにより、加熱対象を十分に加熱することができる。また、排ガス供給系は、流出流路を流通する排ガスを供給流路を介して反応器へ再循環させる再循環流路を有する。従って、再循環流路で排ガスを再度反応器に循環させることで、一度反応器で回収されなかった熱を再度回収することができる。これにより、反応材の再生を更に十分に行うことができる。

再循環流路には、再循環用バルブが設けられ、流出流路には排ガスの温度を検出する流出温度検出部が設けられ、排ガス供給制御部は、流出温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、再循環用バルブを開弁してよい。この場合、流出温度検出部によって、流出流路を流れる排ガスが十分な熱を有していることを把握できると共に、当該タイミングにて再循環流路で排ガスを再循環させることができる。

排ガス供給制御部は、流出温度検出部によって検出される温度が所定の閾値より低く、且つ、貯蔵器による反応媒体の回収率が所定の閾値より低い場合、再循環用バルブを閉弁してよい。この場合には、流出流路を流れる排ガスの熱が不十分な場合に、排ガスの再循環が不要に行われることを抑制できる。

供給流路には、排ガスバルブが設けられ、流出流路は、排気通路に対して、供給流路よりも下流側に接続され、再循環流路には、流出流路から供給流路へ排ガスを流すポンプが設けられていてよい。この場合、排気通路において供給流路が流出流路の上流側で接続されており、供給流路に流入した排ガスが流出流路から流出することになり、より高い温度の排ガスを反応器に供給することができる。従って、反応材の再生を十分に行うことができる。また、ポンプを再循環流路に設けているため、排ガスの再循環流量を調整することができる。

流出流路には、排ガスバルブが設けられ、流出流路は、排気通路に対して、供給流路よりも上流側に接続され、流出流路における排ガスバルブ及び再循環流路よりも上流側には、反応器から排気通路へ排ガスを流すポンプが設けられていてよい。この場合、ポンプにより排気通路から供給流路へ確実に排ガスを供給することができるとともに、排ガスの反応器への供給流量を調整することができる。

排気通路から供給流路に供給される排ガスの温度を検出する供給温度検出部が設けられ、排ガス供給制御部は、供給温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、排ガスバルブを開弁してよい。これにより、排ガスが十分に高温になったタイミングで排ガスバルブを開弁することができる。

本発明によれば、反応材の再生を十分に行うことができると共に、加熱対象を十分に加熱することができる化学蓄熱装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱装置を備えたエンジンオイル循環システムを排気浄化システムと共に示す概略構成図である。 図１に示された反応器の縦断面図である。 図１に示された反応器周辺の構成を詳細に説明するための概略構成図である。 図３に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 ＮＨ_３飽和蒸気圧特性及びＮＨ_３吸着特性を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱装置における反応器周辺の構成を詳細に説明するための概略構成図である。 図６に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。

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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱装置を備えたエンジンオイル循環システムを排気浄化システムと共に示す概略構成図である。図１において、排気浄化システム１及びエンジンオイル循環システム２は、内燃機関であるディーゼルエンジン３（以下、単にエンジン３という）を搭載した車両Ｓに具備されている。

排気浄化システム１は、エンジン３から排出される排ガス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、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：DieselOxidation Catalyst）４と、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）５と、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）６とを備えている。

ＤＯＣ４、ＤＰＦ５及びＳＣＲ６は、エンジン３と接続された排気通路７に上流側から下流側に向けて順に配設されている。ＤＯＣ４は、排ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集することにより、排ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ６は、尿素またはアンモニア（ＮＨ_３）によって、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。

エンジンオイル循環システム２は、エンジン３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。エンジンオイル循環システム２は、オイルパン８と、オイルポンプ９と、オイルクーラ１０とを備えている。オイルパン８は、エンジンオイルを溜めておく。エンジン３内の各部を流れたエンジンオイルは、オイルパン８に戻る。オイルポンプ９は、オイルパン８に溜められたエンジンオイルを吸い上げてエンジン３に向けて圧送する。オイルクーラ１０は、エンジンオイルの温度が高くなり過ぎたときに、冷却水によりエンジンオイルを所定温度に冷却する。なお、エンジンオイルを冷却する理由は、エンジンオイルの過昇温による劣化を防ぐためである。

また、エンジンオイル循環システム２は、エンジンオイルの早期昇温を可能とする化学蓄熱装置１１を備えている。化学蓄熱装置１１は、電力等の外部エネルギーを必要とせずに、エンジンオイルを加熱（暖機）する。具体的には、化学蓄熱装置１１は、排ガスの熱により反応器１２の反応材１８（後述）から反応媒体を脱離させ、その脱離した反応媒体を吸着器１３（後述）に蓄えると共に、反応媒体を反応器１２に供給して反応材１８と反応媒体とを化学反応させ、その時の反応熱によりエンジンオイルを加熱する。即ち、化学蓄熱装置１１は、可逆的な化学反応を利用して、エンジンオイルからの熱を蓄えると共にエンジンオイルに熱を供給する装置である。本実施形態では、反応媒体はアンモニア（ＮＨ_３）である。

化学蓄熱装置１１は、反応器１２と、吸着器１３と、ＮＨ_３流通系１４（反応媒体流通系）と、排ガス供給系１５とを備えている。反応器１２は、例えばエンジン３の外壁面に取り付けられ固定されている。反応器１２は、エンジンオイルが流れるオイル配管１６を介してオイルクーラ１０と接続されていると共に、エンジンオイルが流れるオイル配管１７を介してエンジン３と接続されている。反応器１２は、エンジンオイルに対して熱交換可能に配置されている。

反応器１２は、ＮＨ_３が供給されるとＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に排ガス（後述）の熱が与えられるとＮＨ_３を脱離する反応材１８を含んでいる。反応材１８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。Ｍは、Ｍｇ、ＣａまたはＳｒ等のアルカリ土類金属、若しくはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒまたは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。

吸着器１３は、ＮＨ_３を貯蔵する貯蔵器である。吸着器１３は、ＮＨ_３の物理吸着及び脱離が可能な吸着材１９を含んでいる。吸着材１９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、ナノカーボンまたはゼオライト等が用いられる。なお、ＮＨ_３は吸着材１９に化学吸着されてもよい。

ＮＨ_３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３との間でＮＨ_３を流通させる。ＮＨ_３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３とを接続し、ＮＨ_３が双方向に流れるＮＨ_３配管２０と、このＮＨ_３配管２０に配設され、ＮＨ_３の流路を開閉する電磁式のバルブ２１とを有している。

排ガス供給系１５は、排気通路７から反応器１２に向けて排ガスを供給する。排ガス供給系１５は、反応器１２と排気通路７におけるＤＯＣ４の上流側とを接続し、排気通路７から反応器１２に排ガスが流れる排ガス配管２２と、排気通路７における排ガス配管２２と排気通路７との接続箇所の下流側と反応器１２とを接続し、反応器１２から排気通路７に排ガスが流れる排ガス配管２３と、排ガス配管２２に配設され、排ガスの流路を開閉する電磁式の排ガスバルブ２４とを有している。なお、排ガス供給系１５の更に詳細な構成については図３を参照して後述する。

図２は、反応器１２の縦断面図である。図２において、反応器１２は、直方体形状を呈している。反応器１２は、反応材１８が充填された複数の反応材充填部２５と、エンジンオイルが通る複数のオイル通路部２６（加熱対象通路部）と、排ガスが通る複数の排ガス通路部２７と、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７を収容する筐体２８とを有している。筐体２８は、例えばＮＨ_３及び排ガスに対して耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼）で形成されている。

反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７は、交互に積層されている。具体的には、排ガス通路部２７上にはオイル通路部２６が積層され、オイル通路部２６上には反応材充填部２５が積層されている。オイル通路部２６は、反応材充填部２５に隣接して配置されている。排ガス通路部２７は、反応材充填部２５及びオイル通路部２６に隣接して配置されている。

筐体２８には、ＮＨ_３配管２０が接続されている。なお、図示はしないが、筐体２８内には、各反応材充填部２５にＮＨ_３を供給するための通路が設けられている。オイル通路部２６は、エンジンオイルと反応材１８との熱交換を促進させるための複数のフィンを有している。図示はしないが、各オイル通路部２６には、オイル配管１６，１７が反応器１２を挟むように分岐して接続されている。排ガス通路部２７は、排ガスと反応材１８及びエンジンオイルとの熱交換を促進させるための複数のフィンを有している。各排ガス通路部２７には、排ガス配管２２，２３が反応器１２を挟むように分岐して接続されている。従って、排ガス供給系１５は、排気通路７から反応器１２の排ガス通路部２７に排ガスを供給することとなる。

反応器１２において、オイル通路部２６をエンジンオイルが流れる方向と排ガス通路部２７を排ガスが流れる方向とは、直交している。ただし、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、平行となっていてもよい。この場合、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、同じ方向でもよいし、逆方向でもよい。

図１に戻り、化学蓄熱装置１１において、エンジン３の起動直後におけるエンジンオイルの温度が低いときは、バルブ２１が開弁されると、吸着器１３と反応器１２との圧力差によって、吸着器１３の吸着材１９からＮＨ_３が脱離し、そのＮＨ_３がＮＨ_３配管２０を通って反応器１２に供給される。そして、反応器１２の反応材１８（例えばＭｇＢｒ_２）とＮＨ_３とが化学反応（化学吸着）して熱が発生する。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１２内において、反応材１８から発生した熱がエンジンオイルに伝えられ、エンジンオイルが加熱（暖機）される。暖められたエンジンオイルは、オイル配管１７を通ってエンジン３内の各部に送られる。
ＭｇＢｒ_２＋_ｘＮＨ_３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ_３）_ｘＢｒ_２＋熱 …（Ａ）

その後、高温の排ガスが排ガス配管２２を通して反応器１２に供給されると、排ガスの熱が反応材１８に与えられることで、反応材１８からＮＨ_３が脱離する。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。このとき、バルブ２１が開弁されると、反応器１２と吸着器１３との圧力差によって、ＮＨ_３がＮＨ_３配管２０を通って吸着器１３に戻り、吸着器１３の吸着材１９に物理吸着される。これにより、ＮＨ_３が吸着器１３に回収されることとなる。

また、化学蓄熱装置１１は、温度センサ３０と、温度センサ３１と、温度センサ３２と、圧力センサ３３と、コントローラ３４とを備えている。温度センサ３０は、排ガスの温度を検出する供給温度検出部である。温度センサ３０は、例えば排ガス配管２２内を流れる排ガスの温度、つまり反応器１２に供給される排ガスの温度を検出する。温度センサ３０は、排気通路７のうち、当該排気通路７と排ガス配管２２との分岐部よりも上流側（あるいは分岐部）に設けられる。温度センサ３１は、エンジンオイルの温度を検出する。温度センサ３１は、例えばオイル配管１７内を流れるエンジンオイルの温度、つまり反応器１２よりも下流側を流れるエンジンオイルの温度を検出する。温度センサ３２は、吸着器１３の温度を検出する。圧力センサ３３は、吸着器１３内の圧力を検出する。

コントローラ３４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ３４は、発熱制御部３５と、排ガス供給制御部３６とを有している。

発熱制御部３５は、エンジン３が起動されたときに、ＮＨ_３と反応器１２の反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱するように、ＮＨ_３流通系１４を制御する。排ガス供給制御部３６は、温度センサ３０により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱によって反応材１８からＮＨ_３を脱離させると共にエンジンオイルを加熱するように、排ガス供給系１５を制御する。

排ガス供給系１５及び排ガス供給制御部３６は、温度センサ３０により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材１８からＮＨ_３を脱離させると共に、排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する排ガス活用ユニット３７を構成する。

次に、図３を参照して、排ガス供給系１５の詳細な構成について説明する。図３に示すように、排ガス供給系１５は、排気通路７から反応器１２へ排ガスを供給する供給流路としての排ガス配管２２と、反応器１２から排気通路７へ排ガスを流出させる流出流路としての排ガス配管２３と、排ガス配管２２と排ガス配管２３とを接続し、反応器１２を通過して排ガス配管２３を流れる排ガスを排ガス配管２２に戻して反応器１２へ再循環させる再循環配管（再循環流路）５３と、を有する。本実施形態では、流出流路として構成される排ガス配管２３は、排気通路７に対して、供給流路として構成される排ガス配管２２よりも下流側に接続される。従って、排ガス供給系１５は、排気通路７の上流側から排ガスを取り出し、下流側へ流出させる。

排ガス配管２２（ここでは排気通路７との分岐点付近）には、排ガスバルブ２４が設けられる。再循環配管５３には、排ガス配管２３から排ガス配管２２へ排ガスを流すポンプ５０が設けられている。再循環配管５３には、再循環用バルブ５１が設けられる。また、排ガス配管２３には排ガスの温度を検出する流出温度検出部としての温度センサ５４が設けられる。詳細には、温度センサ５４は、排ガス配管２３の再循環配管５３への分岐点と反応器１２との間（あるいは分岐点）に設けられる。このような温度センサ５４の配置により反応器１２を通過した後の排ガスの温度を検知することができる。

上述のような排ガス供給系１５に対して、排ガス供給制御部３６は、温度センサ５４によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、再循環用バルブ５１を開弁する。また、排ガス供給制御部３６は、吸着器１３によるＮＨ_３の回収率が所定の閾値より低い場合、再循環用バルブ５１を閉弁する。特に、排ガス供給制御部３６は、温度センサ５４によって検出される温度が所定の閾値より低く、且つ、吸着器１３によるＮＨ_３の回収率が所定の閾値より低い場合、再循環用バルブ５１を閉弁する。

図４は、コントローラ３４による制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。ここでは、再生処理の制御内容について記載されている。当該再生処理が行われる前段階では、加熱処理が行われる。当該加熱処理の初期状態では、バルブ２１，２４は閉弁されている。つまり、排気通路７を流れる排ガスは、排ガス配管２２に流れず、全てＤＯＣ４に流れる。また、吸着器１３の吸着材１９には、バルブ２１が開弁された際に反応器１２、吸着器１３及びＮＨ_３配管２０からなる反応系内を所定の圧力に保持するための圧力保持用ＮＨ_３と、反応器１２において所望の発熱温度を得るために反応材１８との化学反応に使用される移動用ＮＨ_３とが吸着されている。圧力保持用ＮＨ_３及び移動用ＮＨ_３の量は、反応材１８の材料等に応じて適宜決められている。

加熱処理がスタートすると、コントローラ３４は、まずイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）３８の操作信号に基づいて、エンジン３が起動されたかどうかを判断する。コントローラ３４は、エンジン３が起動されたと判断したときは、バルブ２１を開制御する。これにより、吸着器１３から反応器１２に移動用ＮＨ_３が供給され、反応器１２の反応材１８と移動用ＮＨ_３との化学反応により発生した熱によってエンジンオイルが加熱される。続いて、コントローラ３４は、温度センサ３０の検出値に基づいて、排ガスの温度が再生温度（所定温度）以上であるかどうかを判断する。再生温度は、反応材１８から移動用ＮＨ_３が脱離する、いわゆる反応材１８の再生が可能となる温度であり、例えば１００℃である。コントローラ３４によって、排ガスの温度が再生温度以上であると判断された場合に、図４に示す再生処理が開始される。

図４に示すように、再生処理がスタートしたら、コントローラ３４は、排ガスバルブ２４を開制御し、バルブ２１を開制御する（手順Ｓ１００）。これにより、排気通路７を流れる高温の排ガスが排ガス配管２２に供給され、当該排ガス配管２２を通って反応器１２の排ガス通路部２７に供給される。また、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７から反応材充填部２５に伝えられ、排ガスの熱によって反応材１８から移動用ＮＨ_３が脱離し、その移動用ＮＨ_３が反応器１２から吸着器１３に回収される。排ガス通路部２７を通過した排ガスは、排ガス配管２３から排気通路７へ流出する。

次に、コントローラ３４は、温度センサ５４によって検出された温度が、閾値Ｘ℃以上であるか否かを判定する（手順Ｓ１０１）。閾値Ｘ℃は、例えば反応材の反応媒体ＮＨ_３を脱離する温度に基づいて定められ、具体的には反応材がＭｇＢｒ_２の場合、２５０℃〜３５０℃に設定してよい。Ｓ１０１において温度センサ５４によって検出された温度が閾値Ｘ℃以上であると判定された場合、コントローラ３４は、再循環用バルブ５１を開制御し、ポンプ５０を稼働する（手順Ｓ１０２）。これにより、排ガス配管２３を流れる高温の排ガスの一部が再循環配管５３に供給され、当該再循環配管５３及び排ガス配管２２を通って反応器１２の排ガス通路部２７に再度供給される。また、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７から反応材充填部２５に伝えられ、排ガスの熱によって反応材１８から移動用ＮＨ_３が脱離し、その移動用ＮＨ_３が反応器１２から吸着器１３に回収される。排ガス通路部２７を通過した排ガスは、排ガス配管２３から排気通路７へ流出する。

次に、コントローラ３４は、温度センサ３２及び圧力センサ３３の検出値に基づいて、吸着器１３のＮＨ_３回収率を求め、当該回収率が閾値Ｙ％以上であるか否かを判定する（手順Ｓ１０３）。吸着器１３のＮＨ_３回収率は、吸着器１３に対する移動用ＮＨ_３の回収率であり、より具体的には移動用ＮＨ_３の総量と吸着器１３に対する移動用ＮＨ_３の回収量との比率である。

このとき、コントローラ３４は、温度センサ３２により検出された吸着器１３の温度と圧力センサ３３により検出された吸着器１３内の圧力とに基づいて、吸着器１３の吸着材１９に吸着されているＮＨ_３量（吸着器１３のＮＨ_３吸着量）を推定する。

ＮＨ_３吸着量の推定は、図５に示されるＮＨ_３飽和蒸気圧特性及びＮＨ_３吸着特性を用いて行われる。図５（ａ）に示されるＮＨ_３飽和蒸気圧特性は、吸着器１３の温度とＮＨ_３飽和蒸気圧との関係を示すグラフであり、吸着器１３の温度が高くなるに従ってＮＨ_３飽和蒸気圧が高くなるような特性を有している。図５（ｂ）に示されるＮＨ_３吸着特性は、相対圧力と吸着器１３のＮＨ_３吸着量との関係を示すグラフであり、相対圧力が高くなるに従って吸着器１３のＮＨ_３吸着量が多くなるような特性を有している。相対圧力は、ＮＨ_３飽和蒸気圧Ｐ_satと吸着器１３内の圧力Ｐとの比（Ｐ／Ｐ_sat）である。

コントローラ３４は、まずＮＨ_３飽和蒸気圧特性を用いて、温度センサ３２により検出された吸着器１３の温度Ｔに対応するＮＨ_３飽和蒸気圧Ｐ_satを求める。そして、コントローラ３４は、ＮＨ_３飽和蒸気圧Ｐ_satと圧力センサ３３により検出された吸着器１３内の圧力Ｐとの比である相対圧力を算出する。そして、コントローラ３４は、ＮＨ_３吸着特性を用いて、相対圧力に対応するＮＨ_３吸着量Ｓ_nh3を求める。これにより、吸着器１３のＮＨ_３吸着量が推定される。

そして、コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ_３吸着量から、吸着器１３のＮＨ_３回収率を求める。例えば、吸着器１３のＮＨ_３吸着量が圧力保持用ＮＨ_３に相当する量であるときは、吸着器１３のＮＨ_３回収率は０％であり、吸着器１３のＮＨ_３吸着量が圧力保持用ＮＨ_３に相当する量と移動用ＮＨ_３の総量に相当する量との合計値であるときは、吸着器１３のＮＨ_３回収率は１００％である。

Ｓ１０３において、コントローラ３４が吸着器１３のＮＨ_３回収率が閾値Ｙ％よりも低いと判断したときは、手順Ｓ１００から処理を再度実行する。一方、コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ_３回収率が目標値以上であると判断したときは、バルブ２１、排ガスバルブ２４、及び再循環用バルブ５１を閉制御し、ポンプ５０を停止する（手順Ｓ１０４）。これにより、排気通路７から反応器１２への排ガスの供給が終了し、反応器１２から吸着器１３への移動用ＮＨ_３の回収が終了する。これによって、図４に示す処理が終了する。排気通路７から反応器１２への排ガスの供給が停止するため、排ガスの熱によるエンジンオイルの加熱が終了する。なお、各バルブを閉制御する前に、コントローラ３４は、エンジンオイルの温度が目標温度（例えば１００℃）に達するまで、排ガスバルブ２４を開弁状態に維持してもよい。これにより、排気通路７から反応器１２への排ガスの供給が継続されるため、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７からオイル通路部２６に伝えられ、排ガスの熱によってエンジンオイルが加熱される。

一方、Ｓ１０１において、温度センサ５４によって検出された温度が閾値Ｘ℃より低いと判定された場合、コントローラ３４は、温度センサ３２及び圧力センサ３３の検出値に基づいて、吸着器１３のＮＨ_３回収率を求め、当該回収率が閾値Ｙ％以上であるか否かを判定する（手順Ｓ１０６）。Ｓ１０６において、回収率が閾値Ｙ％以上であると判定された場合、Ｓ１０４の処理へ移行する。このように、再循環配管５３を用いて排ガスを再循環させるまでもなく、目標の回収率に達している場合は、不要な再循環の処理を行わなくてもよい。

一方、Ｓ１０６において、回収率が閾値Ｙ％より低いと判定した場合、コントローラ３４は、再循環用バルブ５１を閉制御し、ポンプ５０を停止する（手順Ｓ１０７）。すなわち、再循環の処理が行われていた場合は当該処理が停止され、再循環の処理が行われていなかった場合は、当該状態が維持される。これにより、反応器１２から流出する排ガスが再度の熱回収を行える程度に高くない場合に、不要な再循環の処理が行われることを抑制できる。Ｓ１０７の処理の後、Ｓ１００へ移行する。

次に、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る化学蓄熱装置１１においては、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して、反応材１８からＮＨ_３を脱離させる、いわゆる反応材１８の再生を行う。これにより、反応材１８の再生を十分に行うことができる。また、内燃機関が起動されたときは、ＮＨ_３と反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱し、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。これにより、エンジンオイルを十分に加熱することができる。また、排ガス供給系１５は、排ガス配管２３（流出流路）を流通する排ガスを排ガス配管２２（供給流路）を介して反応器１２へ再循環させる再循環配管５３を有する。従って、再循環配管５３で排ガスを再度反応器１２に循環させることで、反応器１２で回収されなかった熱を再度回収することができる。これにより、反応材１８の再生を更に十分に行うことができる。

また、再循環配管５３には、再循環用バルブ５１が設けられ、排ガス配管２３には排ガスの温度を検出する温度センサ５４が設けられる。また、排ガス供給制御部３６は、温度センサ５４によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、再循環用バルブ５１を開弁する。この場合、排ガス供給制御部３６は、温度センサ５４によって、排ガス配管２３を流れる排ガスが十分な熱を有していることを把握できると共に、それを把握した上で再循環配管５３により排ガスを再循環させることができる。

排ガス供給制御部３６は、温度センサ５４によって検出される温度が所定の閾値より低く、且つ、吸着器１３によるＮＨ_３の回収率が所定の閾値より低い場合、再循環用バルブ５１を閉弁する。この場合には、排ガス配管２３を流れる排ガスの熱が不十分な場合に、排ガスの再循環が不要に行われることを抑制できる。

排ガス配管２２には、排ガスバルブ２４が設けられ、排ガス配管２３は、排気通路７に対して、排ガス配管２２よりも下流側に接続され、再循環配管５３には、排ガス配管２３から排ガス配管２２へ排ガスを流すポンプ５０が設けられていている。この場合、排気通路７において排ガス配管２２が排ガス配管２３の上流側で接続されており、排ガス配管２２に流入した排ガスが排ガス配管２３から流出することになり、より高い温度の排ガスを反応器１２に循環させることができる。従って、反応材１８の再生を十分に行うことができる。また、ポンプ５０を再循環配管５３に設けているため、排ガスの再循環流量を調整することができる。

排気通路７から排ガス配管２２に供給される排ガスの温度を検出する温度センサ３０が設けられ、排ガス供給制御部３６は、温度センサ３０によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、排ガスバルブ２４を開弁する。これにより、排ガスが十分に高温になったタイミングで排ガスバルブ２４を開弁することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１における反応器１２周辺の構成を詳細に説明するための概略構成図である。また、図７は、図６に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。

第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１では、排ガス配管２２が流出流路として機能し、排ガス配管２３が供給流路として機能する点が第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と主に相違する。具体的には、排ガス配管２２（流出流路）には、排ガスバルブ２４が設けられている。排ガス配管２２は、排気通路７に対して、排ガス配管２３（供給流路）よりも上流側に接続されている。排ガス配管２２における排ガスバルブ２４及び再循環配管５３よりも上流側には、反応器１２から排気通路７へ排ガスを流すポンプ５０が設けられていている。再循環配管５３上には、再循環用バルブ５１が設けられている。この場合、ポンプ５０により排気通路７から排ガス配管２３へ確実に排ガスを供給することができるとともに、排ガスの反応器１２への供給流量を調整することができる。

図７を参照して、第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１のコントローラ３４による再生処理の制御内容について説明する。図７に示すように、再生処理がスタートしたら、コントローラ３４は、ポンプ５０を稼働し、排ガスバルブ２４を開制御し、バルブ２１を開制御する（手順Ｓ２００）。これにより、ポンプ５０の吸引力により、排気通路７を流れる高温の排ガスが排ガス配管２３に供給され、当該排ガス配管２３を通って反応器１２の排ガス通路部２７に供給される。また、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７から反応材充填部２５に伝えられ、排ガスの熱によって反応材１８から移動用ＮＨ_３が脱離し、その移動用ＮＨ_３が反応器１２から吸着器１３に回収される。排ガス通路部２７を通過した排ガスは、排ガス配管２２から排気通路７へ流出する。

次のＳ１０１では第１実施形態の図４における処理と同様の処理が行われる。Ｓ１０１において温度センサ５４で検出された温度がＸ℃以上であった場合、コントローラ３４は、再循環用バルブ５１を開制御する（手順Ｓ２０２）。これにより、排ガス配管２２を流れる高温の排ガスの一部が再循環配管５３に供給され、当該再循環配管５３及び排ガス配管２３を通って反応器１２の排ガス通路部２７に再度供給される。また、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７から反応材充填部２５に伝えられ、排ガスの熱によって反応材１８から移動用ＮＨ_３が脱離し、その移動用ＮＨ_３が反応器１２から吸着器１３に回収される。排ガス通路部２７を通過した排ガスは、排ガス配管２２から排気通路７へ流出する。その後のＳ１０３、Ｓ１０４の処理は、第１実施形態の図４における処理と同様の処理が行われる。

Ｓ１０１において温度センサ５４で検出された温度がＸ℃より低い場合、第１実施形態の図４におけるＳ０１６と同様の処理が行われる。Ｓ１０６において、回収率がＹ％より低いと判定された場合、コントローラ３４は、再循環用バルブ５１を閉制御する（手順Ｓ１０７）。すなわち、再循環の処理が行われていた場合は当該処理が停止され、再循環の処理が行われていなかった場合は、当該状態が維持される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、排ガスバルブ２４の位置は上述の実施形態に限定されるものではなく、反応器１２に対して上流側と下流側のどちらに設けてもよい。排ガスバルブ２４を排ガス配管２２の排気通路７との接続箇所に設けるとともに、三方弁により構成することにより、排ガスバルブ２４の上流側の排気通路７と排ガスバルブ２４の下流側の排気通路７とを接続する流路と、排ガスバルブ２４の上流側の排気通路７と排ガス配管２２とを接続する流路とに切り替え可能に構成してもよい。また、排ガスバルブ２４を設けることなく、常に排気通路７と排ガス配管２２とを連通させてもよい。また、再循環用バルブ５１の位置は上述の実施形態に限定されるものではなく、ポンプ５０に対して上流側及び下流側の何れの位置に設けてもよい。また、ポンプ５０の位置も特に限定されるものではなく、排ガス供給系１５において排ガスを循環及び再循環させることが出来る限り、どの位置に設けられてもよく、差圧によって排ガスを循環及び再循環させることが出来る場合は、ポンプ５０を省略してもよい。また、排気通路７に対する排ガス配管２２，２３の取付位置は上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

また、本実施形態に係る化学蓄熱装置の再生処理は、図４及び図７に示すフローチャートに限定されるものではなく、処理の一部を省略してもよく、処理の順序を変更してもよい。

また、例えば上記第１実施形態では、反応器１２は、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７が交互に積層された構造を有している。しかし、反応器１２の構成としては、特にそのような積層構造には限られず、オイル通路部２６が反応材充填部２５に隣接して配置され、排ガス通路部２７が反応材充填部２５及びオイル通路部２６に隣接して配置されていればよい。また、上記第２及び第３実施形態でも、反応器１２の構成としては、特に積層構造には限られず、オイル通路部２６が反応材充填部２５に隣接して配置されていればよい。

また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ_３とＭｇＢｒ_２等の組成式ＭＸａで表される反応材１８とを化学反応させて熱を発生させているが、反応媒体としては、特にＮＨ_３には限られず、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏ等を使用してもよい。反応媒体としてＣＯ_２を使用する場合、ＣＯ_２と化学反応させる反応材１８としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＦｅ_３Ｏ_４等が用いられる。反応媒体としてＨ_２Ｏを使用する場合、Ｈ_２Ｏと化学反応させる反応材１８としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯまたはＡｌ_２Ｏ_３等が用いられる。

また、上記実施形態では、オイルクーラ１０とエンジン３との間に反応器１２が配置されているが、特にその形態には限られず、例えばオイルパン８とオイルポンプ９との間に反応器１２を配置してもよいし、或いはオイルポンプ９とオイルクーラ１０との間に反応器１２を配置してもよい。

また、エンジンオイルが循環するオイル循環経路に反応器１２をバイパスする経路を設け、反応材１８の再生時には、エンジンオイルをバイパスさせて反応器１２に流通させず、排ガスのみを反応器１２に流すようにしてもよい。この場合には、排ガスの熱がエンジンオイルに奪われることが抑制されるため、反応材１８の再生を早期に行うことができる。

さらに、上記実施形態の化学蓄熱装置１１は、エンジンオイルを加熱しているが、加熱対象としては、特にエンジンオイルには限られず、例えば水または空気等であってもよい。

また、上記実施形態の化学蓄熱装置１１は、車両Ｓに搭載されているが、本発明は、車両以外にも、船舶等のように内燃機関を搭載した移動機械であれば、適用可能である。

なお、排ガスの供給温度検出部である温度センサ３０は必須の構成要素ではなく、省略してもよい（例えば図６参照）。例えば、排ガスの供給温度検出部を省略し、対象の暖機を考慮して、排ガスを反応器に供給し続けてもよい。

３…エンジン（内燃機関）、７…排気通路、１１…化学蓄熱装置、１２…反応器、１３…吸着器（貯蔵器）、１４…ＮＨ_３流通系（反応媒体流通系）、１５…排ガス供給系、１８…反応材、３０…温度センサ（供給温度検出部）、３５…発熱制御部、３６…排ガス供給制御部、３７…排ガス活用ユニット、２２…排ガス配管（供給流路、流出流路）、２３…排ガス配管（供給流路、流出流路）、３７…排ガス供給系、５１…再循環用バルブ、５３…再循環配管（再循環流路）、５４…温度センサ（流出温度検出部）、Ｓ…車両（装置）。

Claims (6)

1. 内燃機関を搭載した装置に具備され、加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、
   前記加熱対象に対して熱交換可能に配置され、反応媒体が供給されると前記反応媒体との化学反応により発熱すると共に熱が与えられると前記反応媒体が脱離する反応材を含む反応器と、
   前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
   前記反応器と前記貯蔵器との間で前記反応媒体を流通させる反応媒体流通系と、
   前記内燃機関が起動されたときに、前記反応媒体と前記反応材との化学反応によって熱を発生させて前記加熱対象を加熱するように、前記反応媒体流通系を制御する発熱制御部と、
   前記内燃機関から排出される排ガスの熱を利用して前記反応材から前記反応媒体を脱離させると共に、前記排ガスの熱を利用して前記加熱対象を加熱する排ガス活用ユニットとを備え、
   前記排ガス活用ユニットは、
   前記内燃機関に接続された排気通路から前記反応器に向けて前記排ガスを供給する排ガス供給系と、
   前記排ガスの熱によって前記反応材から前記反応媒体を脱離させると共に前記加熱対象を加熱するように、前記排ガス供給系を制御する排ガス供給制御部と、を有し、
   前記排ガス供給系は、
   前記排気通路から前記反応器へ前記排ガスを供給する供給流路と、
   前記反応器から前記排気通路へ前記排ガスを流出させる流出流路と、
   前記流出流路と前記供給流路とを接続し、前記流出流路を流通する前記排ガスを前記供給流路を介して前記反応器へ再循環させる再循環流路と、を有する、化学蓄熱装置。
2. 前記再循環流路には、再循環用バルブが設けられ、
   前記流出流路には排ガスの温度を検出する流出温度検出部が設けられ、
   前記排ガス供給制御部は、
   前記流出温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、前記再循環用バルブを開弁する、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
3. 前記排ガス供給制御部は、
   前記流出温度検出部によって検出される温度が所定の閾値より低く、且つ、前記貯蔵器による前記反応媒体の回収率が所定の閾値より低い場合、前記再循環用バルブを閉弁する、請求項２に記載の化学蓄熱装置。
4. 前記供給流路には、排ガスバルブが設けられ、
   前記流出流路は、前記排気通路に対して、前記供給流路よりも下流側に接続され、
   前記再循環流路には、前記流出流路から前記供給流路へ前記排ガスを流すポンプが設けられている、請求項２又は３に記載の化学蓄熱装置。
5. 前記流出流路には、排ガスバルブが設けられ、
   前記流出流路は、前記排気通路に対して、前記供給流路よりも上流側に接続され、
   前記流出流路における前記排ガスバルブ及び前記再循環流路よりも上流側には、前記反応器から前記排気通路へ前記排ガスを流すポンプが設けられている、請求項２又は３に記載の化学蓄熱装置。
6. 前記排気通路から前記供給流路に供給される排ガスの温度を検出する供給温度検出部が設けられ、
   前記排ガス供給制御部は、
   前記供給温度検出部によって検出される温度が所定の閾値以上である場合、前記排ガスバルブを開弁する、請求項４又は５に記載の化学蓄熱装置。

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