JP2018003793A - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱対象の熱劣化を防止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１２は、エンジンオイルが流れるオイル循環流路９及びエンジン３から排出された排気ガスが流れる排気ガス流路４にそれぞれ接続され、ＮＨ_３との化学反応により発熱すると共にエンジンオイルまたは排気ガスの熱によりＮＨ_３が脱離する反応材が充填された反応材充填部を有する反応器１３と、ＮＨ_３を貯蔵する吸着器１４と、排気ガス流路４に配設され、反応器１３への排気ガスの流れを許容する開位置と反応器１３への排気ガスの流れを遮断する閉位置とが切り換えられる排気バルブ２０と、排気ガスの温度を検出する温度センサ２８と、排気ガスの温度が排気閾値以上であるかどうかを判断する判定部３０と、排気ガスの温度が排気閾値以上であると判断されたときに、排気バルブ２０を開位置から閉位置に切り換えるように制御する制御部３１とを備える。
【選択図】図１

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器と、液体の水が貯留された凝縮器とを備えている。エンジンオイルの温度が例えば４０℃以下の場合には、凝縮器に貯留されている水が第１流路を通じて反応器へ向かい、ノズルから反応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、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、第２流路を通じて凝縮して液体の水となって凝縮器に戻る。

また、特許文献２には、内燃機関の排熱を内燃機関の暖機促進に利用する技術が記載されている。特許文献２に記載の内燃機関用排熱利用装置は、排気管の途中から分岐するバイパス通路と、このバイパス通路に設けられた熱交換器と、この熱交換器内に収容された蓄熱材とを備え、蓄熱材の両端は潤滑油経路に接続されている。内燃機関の始動直後は、潤滑油が長時間高温で保温可能な蓄熱材に蓄えられた熱と熱交換して暖機が促進され、その後は、潤滑油が排熱及び蓄熱材に蓄えられた熱と熱交換して急速に暖機可能となる。

特開２０１０−２３０２６８号公報 特開平７−１１９４５５号公報

ところで、近年では、化学蓄熱装置の発熱反応とエンジンから排出される排気ガスの熱（排熱）とを併用して、エンジンオイルを加熱するシステムが提案されている。このようなシステムでは、排気ガスが高温状態になっても、排気ガスの熱によりエンジンオイルが加熱され続けると、加熱対象であるエンジンオイルの熱劣化が発生する可能性がある。

本発明の目的は、加熱対象の熱劣化を防止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、エンジンを搭載した移動機械に具備され、加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、加熱対象が流れる加熱対象流路及びエンジンから排出された排気ガスが流れる排気ガス流路にそれぞれ接続され、反応媒体との化学反応により発熱すると共に加熱対象または排気ガスの熱により反応媒体が脱離する反応材が充填された反応材充填部を有する反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応材充填部と貯蔵器とを接続し、反応媒体が流れる反応媒体流路と、排気ガス流路に配設され、反応器への排気ガスの流れを許容する第１位置と反応器への排気ガスの流れを遮断する第２位置とが切り換えられるか、或いは加熱対象流路に配設され、反応器への加熱対象の流れを許容する第３位置と反応器への加熱対象の流れを遮断する第４位置とが切り換えられるバルブと、排気ガスの温度または加熱対象の温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された排気ガスの温度または加熱対象の温度が閾値以上であるかどうかを判断する判定部と、判定部により排気ガスの温度が閾値以上であると判断されたときに、バルブを第１位置から第２位置に切り換えるように制御するか、或いは判定部により加熱対象の温度が閾値以上であると判断されたときに、バルブを第３位置から第４位置に切り換えるように制御する制御部とを備えることを特徴とする。

このような化学蓄熱装置においては、貯蔵器から反応材充填部に反応媒体が供給されると、反応媒体と反応材との化学反応により反応材が発熱し、その熱によって加熱対象が加熱される。また、排気ガスの熱によっても、加熱対象が加熱される。排気ガスまたは加熱対象の熱が反応材に与えられると、反応材から反応媒体が脱離し、反応材充填部から貯蔵器に反応媒体が回収される。ここで、温度検出部により検出された排気ガスの温度が閾値以上であると判断されたときは、排気ガス流路に配設されたバルブが第１位置から第２位置に切り換わるように制御されるか、或いは温度検出部により検出された加熱対象の温度が閾値以上であると判断されたときは、加熱対象流路に配設されたバルブが第３位置から第４位置に切り換わるように制御される。従って、加熱対象が反応器に流れても、排気ガスが反応器に流れなくなり、排気ガスが反応器に流れても、加熱対象が反応器に流れなくなるため、反応器において高温の排気ガスの熱が加熱対象に与えられることが防止される。これにより、加熱対象の熱劣化が防止される。

排気ガス流路は、エンジンと接続された主排気ガス流路と、主排気ガス流路に分岐して接続されたバイパス排気ガス流路とを有し、反応器は、バイパス排気ガス流路に接続されており、バルブは、バイパス排気ガス流路に配設された開閉弁であり、第１位置は、開閉弁が開弁される位置であり、第２位置は、開閉弁が閉弁される位置であってもよい。この場合には、開閉弁を閉弁することにより、排気ガスが反応器に流れなくなる。

加熱対象流路は、反応器と接続された主流路部と、反応器を回避するように主流路部と接続された補助流路部とを有し、バルブは、主流路部と補助流路部との接続部分に配設された流路切換弁であり、第３位置は、加熱対象を主流路部に流す位置であり、第４位置は、加熱対象を補助流路部に流す位置であってもよい。この場合には、加熱対象が補助流路部に流れるように流路切換弁の位置を切り換えることにより、加熱対象が反応器に流れなくなる。

本発明によれば、加熱対象の熱劣化を防止することができる化学蓄熱装置が提供される。

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２は、図１に示された反応器の縦断面図である。 図３は、図１に示されたコントローラによる排気バルブの制御処理の手順を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、排気ガスの温度が排気閾値以上でないときの排気ガスの流れを示す図であり、図４（ｂ）は、排気ガスの温度が排気閾値以上であるときの排気ガスの流れを示す図である。 図５は、本発明の第２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６は、図５に示された反応器の縦断面図である。 図７は、図５に示されたコントローラによるオイルバルブの制御処理の手順を示すフローチャートである。 図８（ａ）は、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上でないときのエンジンオイルの流れを示す図であり、図８（ｂ）は、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上であるときのエンジンオイルの流れを示す図である。

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、エンジン３を搭載した車両Ｓに具備されている。ここでは、エンジン３はディーゼルエンジンである。

排気浄化システム１は、エンジン３から排出された排気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、エンジン３から排出された排気ガスが流れる管状の排気ガス流路４と、この排気ガス流路４に配設されたＤＯＣ５及びＤＰＦ６とを備えている。

排気ガス流路４は、エンジン３と接続された主排気ガス流路７と、この主排気ガス流路７に分岐して接続されたバイパス排気ガス流路８とを有している。ＤＯＣ５及びＤＰＦ６は、主排気ガス流路７に上流側から下流側に向けて順に配設されている。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ディーゼル酸化触媒（DieselOxidation Catalyst）である。ＤＰＦ６は、排気ガス中に含まれる粒子状物質であるすす（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集することにより、排気ガスからＰＭを再生して取り除くディーゼル排気微粒子除去フィルタ（Diesel Particulate Filter）である。

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、エンジンオイルが流れる管状のオイル循環流路９と、このオイル循環流路９に配設されたオイルパン１０及びオイルポンプ１１とを備えている。オイルパン１０は、エンジンオイルを溜めておく。オイルポンプ１１は、オイルパン１０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。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１０に戻る。

また、エンジンオイル循環システム２は、加熱対象であるエンジンオイルを加熱（暖機）する本実施形態の化学蓄熱装置１２を備えている。化学蓄熱装置１２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する装置である。

化学蓄熱装置１２は、反応器１３と、吸着器１４と、反応器１３と吸着器１４とを接続する管状のＮＨ_３流路１５とを備えている。

反応器１３は、オイル循環流路９（加熱対象流路）及びバイパス排気ガス流路８にそれぞれ接続されている。オイル循環流路９は、エンジン３と反応器１３とを接続するオイル流路部１６と、オイルパン１０と反応器１３とを接続するオイル流路部１７とを有している。これにより、エンジン３を通過した直後のエンジンオイルが反応器１３に供給されることとなる。

バイパス排気ガス流路８は、主排気ガス流路７におけるＤＰＦ６よりも下流側と反応器１３とを接続する排気流路部１８と、主排気ガス流路７における排気流路部１８との接続部分よりも下流側と反応器１３とを接続する排気流路部１９とを有している。これにより、主排気ガス流路７におけるＤＰＦ６よりも下流側を流れる排気ガスが反応器１３に供給されることとなる。なお、主排気ガス流路７におけるＤＰＦ６よりも下流側を流れる排気ガスを反応器１３に供給する理由は、反応器１３へのＰＭの付着を抑制するためである。反応器１３にＰＭが付着すると、化学蓄熱装置１２の圧力損失が上がると共に、付着したＰＭが燃焼するときに高温となる。

排気流路部１９には、化学蓄熱装置１２の一部を構成する排気バルブ２０が配設されている。排気バルブ２０は、開位置と閉位置とが切り換えられる電磁式の開閉弁である。開位置は、排気バルブ２０が開弁される位置であり、反応器１３への排気ガスの流れを許容する第１位置に相当する。閉位置は、排気バルブ２０が閉弁される位置であり、反応器１３への排気ガスの流れを遮断する第２位置に相当する。

反応器１３は、図２に示されるように、反応材２１が充填された複数の反応材充填部２２と、エンジンオイルが通る複数のオイル通路部２３と、排気ガスが通る複数の排気ガス通路部２４とを有している。オイル通路部２３及び排気ガス通路部２４は、反応材充填部２２を介して交互に積層されている。具体的には、反応材充填部２２は、オイル通路部２３及び排気ガス通路部２４に挟まれるように配置されている。つまり、オイル通路部２３及び排気ガス通路部２４は、反応材充填部２２に隣接して配置されている。反応材充填部２２、オイル通路部２３及び排気ガス通路部２４は、直方体形状の筐体２５に収容されている。筐体２５は、ＮＨ_３及び排気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２１は、反応媒体であるＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に、エンジンオイルまたは排気ガスの熱によりＮＨ_３を脱離する材料である。反応材２１としては、組成式ＭａＸｚで表されるハロゲン化物が用いられる。Ｍは、ＬｉまたはＮａ等のアルカリ金属、Ｍｇ、ＣａまたはＳｒ等のアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ等の遷移金属、Ａｌ、若しくはこれらの金属の組み合わせから選択された１つ以上のカチオンである。Ｘは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオンまたはリン酸イオンから選択された１つ以上のアニオンである。Ｘは、例えばＣｌ、ＢｒまたはＩ等であってもよい。ａは、塩分子１つあたりのカチオンの数である。ｚは、塩分子１つあたりのアニオンの数である。

反応材充填部２２は、筐体２５及び仕切板２６で画成される空間内に反応材２１が圧縮成形体として充填されている。仕切板２６は、反応材充填部２２とオイル通路部２３及び排気ガス通路部２４とを仕切る板である。仕切板２６は、筐体２５と同じ金属材料で形成されている。各反応材充填部２２は、ＮＨ_３流路１５と接続されている。

各オイル通路部２３は、オイル流路部１６，１７とそれぞれ接続されている。オイル通路部２３は、エンジンオイルと反応材２１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てもよい。

各排気ガス通路部２４は、排気流路部１８，１９とそれぞれ接続されている。排気ガス通路部２４は、排気ガスと反応材２１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てもよい。

図１に戻り、吸着器１４は、ＮＨ_３を貯蔵する貯蔵器である。吸着器１４は、ＮＨ_３の物理吸着及び脱離が可能な吸着材を有している。吸着材としては、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は吸着材に化学吸着されてもよい。

ＮＨ_３流路１５は、反応器１３の反応材充填部２２と吸着器１４とを接続している。ＮＨ_３流路１５は、反応媒体であるＮＨ_３が双方向に流れる反応媒体流路である。ＮＨ_３流路１５には、ＮＨ_３バルブ２７が配設されている。ＮＨ_３バルブ２７は、開位置と閉位置とが切り換えられる電磁式の開閉弁である。開位置は、ＮＨ_３バルブ２７が開弁される位置であり、ＮＨ_３の流れを許容する位置に相当する。閉位置は、ＮＨ_３バルブ２７が閉弁される位置であり、ＮＨ_３の流れを遮断する位置に相当する。

また、化学蓄熱装置１２は、排気ガスの温度を検出する温度センサ２８（温度検出部）と、コントローラ２９とを備えている。温度センサ２８は、例えば反応器１３に向けて排気流路部１８を流れる排気ガスの温度を検出する。

コントローラ２９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２９は、温度センサ２８により検出された排気ガスの温度等に基づいて、排気バルブ２０及びＮＨ_３バルブ２７を制御する。コントローラ２９は、判定部３０と、制御部３１とを有している。

判定部３０は、温度センサ２８により検出された排気ガスの温度が排気閾値以上であるかどうかを判断する。制御部３１は、判定部３０により排気ガスの温度が排気閾値以上であると判断されたときに、排気バルブ２０を開位置から閉位置に切り換えるように制御する。

図３は、コントローラ２９により実行される排気バルブ２０の制御処理の手順を示すフローチャートである。図３において、コントローラ２９は、まず温度センサ２８の検出値を取得する（手順Ｓ１０１）。

続いて、コントローラ２９は、温度センサ２８により検出された排気ガスの温度が排気閾値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。排気閾値は、エンジンオイルの劣化温度及び反応材２１の材料等によって決まる。エンジンオイルの劣化温度は、例えば２３０℃程度であり、反応材２１の劣化温度よりも低い。排気閾値は、例えば４００℃程度である。

コントローラ２９は、排気ガスの温度が排気閾値以上でないと判断したときは、排気バルブ２０を開弁するように制御する（手順Ｓ１０３）。すると、図４（ａ）に示されるように、主排気ガス流路７を流れる排気ガスの一部がバイパス排気ガス流路８の排気流路部１８を通って反応器１３の排気ガス通路部２４を流れる。そして、排気ガス通路部２４から流れ出た排気ガスがバイパス排気ガス流路８の排気流路部１９を通って主排気ガス流路７に戻される。その後、コントローラ２９は、上記の手順Ｓ１０１を再度実行する。

コントローラ２９は、排気ガスの温度が排気閾値以上であると判断したときは、排気バルブ２０を閉弁するように制御する（手順Ｓ１０４）。すると、図４（ｂ）に示されるように、主排気ガス流路７を流れる排気ガスの一部がバイパス排気ガス流路８の排気流路部１８を通って反応器１３の排気ガス通路部２４に流れることはない。その後、コントローラ２９は、上記の手順Ｓ１０１を再度実行する。

ここで、判定部３０は、手順Ｓ１０１，Ｓ１０２を実行する。制御部３１は、手順Ｓ１０３，Ｓ１０４を実行する。

以上のような化学蓄熱装置１２において、エンジン３の始動直後は、排気バルブ２０が開弁されている。このため、図４（ａ）に示されるように、エンジンオイルが反応器１３内を流れると共に、排気ガスが反応器１３内を流れる。

そのような状態で、ＮＨ_３バルブ２７が開弁されると、吸着器１４と反応器１３の反応材充填部２２との圧力差によって、吸着器１４の吸着材からＮＨ_３が脱離し、そのＮＨ_３がＮＨ_３流路１５を通って反応材充填部２２に供給される。そして、反応材２１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。
反応材＋ＮＨ_３ ⇔ 反応材（ＮＨ_３）＋熱 …（Ａ）

そして、反応器１３内において、反応材２１から発生した熱がエンジンオイルに伝わり、エンジンオイルが加熱される。また、反応器１３内において、排気ガスの熱が反応材充填部２２を介してエンジンオイルに伝わり、エンジンオイルが加熱される。暖められたエンジンオイルは、オイル循環流路９を通ってエンジン３内に送られる。

ただし、排気ガスの温度が排気閾値以上となったときは、排気バルブ２０が閉弁される。すると、図４（ｂ）に示されるように、排気ガスが反応器１３に流れなくなるため、排気ガスの熱がエンジンオイルに伝わることがない。これにより、排気ガスの熱によるエンジンオイルの加熱が行われなくなる。

エンジンオイル及び排気ガスが反応器１３に流れている状態で、エンジンオイルの温度が上昇すると、エンジンオイルの熱が反応材２１に与えられると共に、排気ガスの熱が反応材２１に与えられることで、反応材２１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。すると、反応材充填部２２と吸着器１４との圧力差によって、ＮＨ_３がＮＨ_３流路１５を通って吸着器１４に戻り、吸着器１４の吸着材に物理吸着される。これにより、ＮＨ_３が吸着器１４に回収されることとなる。

ただし、排気ガスの温度が排気閾値以上となったときは、排気バルブ２０が閉弁される。すると、図４（ｂ）に示されるように、排気ガスが反応器１３に流れなくなるため、排気ガスの熱が反応材２１に与えられることがない。これにより、排気ガスの熱によるＮＨ_３の再生が行われなくなる。

以上のように本実施形態にあっては、温度センサ２８により検出された排気ガスの温度が排気閾値以上であると判断されたときは、排気ガス流路４に配設された排気バルブ２０が反応器１３への排気ガスの流れを許容する開位置から反応器１３への排気ガスの流れを遮断する閉位置に切り換わるように制御される。従って、エンジンオイルが反応器１３に流れても、排気ガスが反応器１３に流れなくなるため、反応器１３において高温の排気ガスの熱がエンジンオイルに与えられることが防止される。これにより、エンジンオイルの熱劣化が防止される。その結果、エンジン３の正常運転を維持することができる。また、反応器１３において高温の排気ガスの熱が反応材２１に与えられることも防止されるため、反応材２１の熱劣化も防止される。その結果、反応材２１の発熱性能を維持することができる。

また、本実施形態では、反応器１３は、排気ガス流路４のバイパス排気ガス流路８に接続されており、排気バルブ２０は、バイパス排気ガス流路８に配設された開閉弁である。この場合には、排気バルブ２０を閉弁することにより、排気ガスが反応器１３に流れなくなる。

なお、上記第１実施形態では、反応器１３の下流側に位置する排気流路部１９に排気バルブ２０が配設されているが、特にその形態には限られず、反応器１３の上流側に位置する排気流路部１８に排気バルブ２０が配設されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、反応器１３に供給される排気ガスが主排気ガス流路７の上流側から取り出されて主排気ガス流路７の下流側に戻されているが、特にその形態には限られず、反応器１３に供給される排気ガスが主排気ガス流路７の下流側から取り出されて主排気ガス流路７の上流側に戻されてもよい。

さらに、上記第１実施形態では、バイパス排気ガス流路８の排気流路部１８を流れる排気ガスの温度が温度センサ２８によって検出されているが、温度センサ２８による排気ガスの温度の検出箇所としては、特にそれには限られず、例えば主排気ガス流路７におけるＤＰＦ６よりも下流側等であってもよい。

また、上記第１実施形態では、温度センサ２８によって排気ガスの温度が直接計測されているが、排気ガスの温度の検出方法としては、特にその形態には限られず、例えばエンジン３の回転数及び車両Ｓの車速等に基づいて排気ガスの温度を推定してもよい。

図５は、本発明の第２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５において、排気浄化システム１は、エンジン３と接続された排気ガス流路４と、この排気ガス流路４に上流側から下流側に向けて順に配設されたＤＯＣ５及びＤＰＦ６とを備えている。

エンジンオイル循環システム２は、オイル循環流路９と、このオイル循環流路９に配設されたオイルパン１０及びオイルポンプ１１と、本実施形態の化学蓄熱装置４０とを備えている。化学蓄熱装置４０は、上記第１実施形態と同様に、反応器１３及び吸着器１４を備えている。

反応器１３は、オイル循環流路９及び排気ガス流路４にそれぞれ接続されている。オイル循環流路９は、エンジン３と反応器１３とを接続する主オイル流路部４１と、オイルパン１０と反応器１３とを接続する主オイル流路部４２とを有している。主オイル流路部４１，４２は、反応器１３と接続された主流路部である。また、オイル循環流路９は、反応器１３を回避するように主オイル流路部４１，４２と接続された補助オイル流路部４３（補助流路部）を有している。

排気ガス流路４は、ＤＰＦ６と反応器１３とを接続する排気流路部４４と、反応器１３とＤＰＦ６よりも下流側に位置する触媒等（図示せず）とを接続する排気流路部４５とを有している。

主オイル流路部４１と補助オイル流路部４３との接続部分には、化学蓄熱装置４０の一部を構成するオイルバルブ４６が配設されている。オイルバルブ４６は、主流路位置と補助流路位置とが切り換えられる電磁式の流路切換弁である。流路切換弁としては、例えば三方弁が使用される。主流路位置は、エンジンオイルを主オイル流路部４１に流すことで、反応器１３へのエンジンオイルの流れを許容する第３位置に相当する。補助流路位置は、エンジンオイルを補助オイル流路部４３に流すことで、反応器１３へのエンジンオイルの流れを遮断する第４位置に相当する。

反応器１３の構成は、図６に示されるように、上記第１実施形態と同様である。つまり、反応器１３は、複数の反応材充填部２２と、複数のオイル通路部２３と、複数の排気ガス通路部２４とを有している。各オイル通路部２３は、主オイル流路部４１，４２とそれぞれ接続されている。各排気ガス通路部２４は、排気流路部４４，４５とそれぞれ接続されている。

また、化学蓄熱装置４０は、エンジンオイルの温度を検出する温度センサ４７（温度検出部）と、コントローラ４８とを備えている。温度センサ４７は、オイル循環流路９を流れるエンジンオイルの温度を検出してもよいし、反応器１３のオイル通路部２３を流れるエンジンオイルの温度を検出してもよい。

コントローラ４８は、温度センサ４７により検出されたエンジンオイルの温度等に基づいて、オイルバルブ４６及びＮＨ_３バルブ２７を制御する。コントローラ４８は、判定部４９と、制御部５０とを有している。

判定部４９は、温度センサ４７により検出されたエンジンオイルの温度がオイル閾値以上であるかどうかを判断する。制御部５０は、判定部４９によりエンジンオイルの温度がオイル閾値以上であると判断されたときに、オイルバルブ４６を主流路位置から補助流路位置に切り換えるように制御する。

図７は、コントローラ４８により実行されるオイルバルブ４６の制御処理の手順を示すフローチャートである。図７において、コントローラ４８は、まず温度センサ４７の検出値を取得する（手順Ｓ１１１）。

続いて、コントローラ４８は、温度センサ４７により検出されたエンジンオイルの温度がオイル閾値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１２）。オイル閾値は、エンジンオイルの劣化温度及び反応材２１の材料等によって決まる。オイル閾値は、例えば１３０℃程度である。

コントローラ４８は、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上でないと判断したときは、エンジンオイルが反応器１３に向けて主オイル流路部４１を流れるようにオイルバルブ４６を制御する（手順Ｓ１１３）。すると、主オイル流路部４１を流れるエンジンオイルは、図８（ａ）に示されるように、そのまま主オイル流路部４１を通って反応器１３の排気ガス通路部２４に流れて循環する。その後、コントローラ４８は、上記の手順Ｓ１１１を再度実行する。

コントローラ４８は、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上であると判断したときは、エンジンオイルが補助オイル流路部４３を流れるようにオイルバルブ４６を制御する（手順Ｓ１１４）。すると、主オイル流路部４１を流れるエンジンオイルは、図８（ｂ）に示されるように、主オイル流路部４１を通って反応器１３の排気ガス通路部２４に流れずに、補助オイル流路部４３を流れて循環する。その後、コントローラ４８は、上記の手順Ｓ１１１を再度実行する。

ここで、判定部４９は、手順Ｓ１１１，Ｓ１１２を実行する。制御部５０は、手順Ｓ１１３，Ｓ１１４を実行する。

以上のような化学蓄熱装置４０において、エンジン３の始動直後は、図８（ａ）に示されるように、エンジンオイルが反応器１３内を流れると共に、排気ガスが反応器１３内を流れる。そのような状態で、ＮＨ_３バルブ２７が開弁されると、上述した発熱反応が起こり、反応材２１から発生した熱によってエンジンオイルが加熱されると共に、排気ガスの熱によってエンジンオイルが加熱される。

ただし、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上となったときは、図８（ｂ）に示されるように、エンジンオイルが補助オイル流路部４３を流れるようにオイルバルブ４６の位置が切り換わることで、エンジンオイルが反応器１３に流れなくなる。このため、エンジンオイルの加熱が行われなくなる。

エンジンオイル及び排気ガスが反応器１３に流れている状態で、エンジンオイルの温度が上昇すると、上述した再生反応が起こり、ＮＨ_３が吸着器１４に回収される。

ただし、エンジンオイルの温度がオイル閾値以上となったときは、図８（ｂ）に示されるように、エンジンオイルが補助オイル流路部４３を流れるようにオイルバルブ４６の位置が切り換わることで、エンジンオイルが反応器１３に流れなくなる。このため、エンジンオイルの熱によるＮＨ_３の再生が行われなくなる。

以上のように本実施形態にあっては、温度センサ４７により検出されたエンジンオイルの温度がオイル閾値以上であると判断されたときは、オイル循環流路９に配設されたオイルバルブ４６が反応器１３へのエンジンオイルの流れを許容する主流路位置から反応器１３へのエンジンオイルの流れを遮断する補助流路位置に切り換わるように制御される。従って、排気ガスが反応器１３に流れても、エンジンオイルが反応器１３に流れなくなるため、反応器１３において高温の排気ガスの熱がエンジンオイルに与えられることが防止される。これにより、エンジンオイルの熱劣化が防止される。

また、本実施形態では、オイルバルブ４６は、主オイル流路部４１と補助オイル流路部４３との接続部分に配設された流路切換弁である。この場合には、エンジンオイルが補助オイル流路部４３を流れるようにオイルバルブ４６の位置を切り換えることにより、エンジンオイルが反応器１３に流れなくなる。

なお、上記第２実施形態では、主オイル流路部４１と補助オイル流路部４３との接続部分のみに、オイルバルブ４６が配設されているが、特にその形態には限られない。エンジン３と反応器１３との間または反応器１３とオイルパン１０との間であれば、どこにオイルバルブが配設されていてもよい。例えば、主オイル流路部４２と補助オイル流路部４３との接続部分に、オイルバルブが配設されていてもよい。

また、上記第２実施形態では、温度センサ４７によってエンジンオイルの温度が直接計測されているが、エンジンオイルの温度の検出方法としては、特にその形態には限られず、例えば排気ガスの温度等からエンジンオイルの温度を推定してもよい。

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。例えば上記実施形態では、排気ガス流路４におけるＤＰＦ６よりも下流側を流れる排気ガスが反応器１３内に供給されているが、特にその形態には限られず、例えば排気ガス流路４におけるエンジン３とＤＯＣ５との間を流れる排気ガスを反応器１３内に供給してもよいし、或いは排気ガス流路４におけるＤＯＣ５とＤＰＦ６との間を流れる排気ガスを反応器１３内に供給してもよい。

また、上記実施形態では、反応器１３は、反応材充填部２２、オイル通路部２３及び排気ガス通路部２４が積層された構造を有しているが、反応器１３の構成としては、特にそのような積層構造には限られない。例えば、排気ガス通路部の周囲に反応材充填部が配置され、排気ガス通路部と反応材充填部との間にオイル通路部が配置されていてもよいし、或いは排気ガス通路部の周囲にオイル通路部が配置され、排気ガス通路部とオイル通路部との間に反応材充填部が配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ_３と組成式ＭａＸｚで表される反応材２１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、オイル循環流路９におけるエンジン３とオイルパン１０との間に反応器１３が接続されているが、特にその形態には限られず、例えばオイル循環流路９におけるエンジン３とオイルポンプ１１との間に反応器１３を接続してもよいし、或いはオイル循環流路９におけるオイルパン１０とオイルポンプ１１との間に反応器１３を接続してもよい。

さらに、上記実施形態の化学蓄熱装置は、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は、エンジン３を搭載した車両Ｓに具備されているが、本発明は、車両以外にも、船舶等のようにエンジンを搭載した移動機械であれば、適用可能である。

３…エンジン、４…排気ガス流路、７…主排気ガス流路、８…バイパス排気ガス流路、９…オイル循環流路（加熱対象流路）、１２…化学蓄熱装置、１３…反応器、１４…吸着器（貯蔵器）、１５…ＮＨ_３流路（反応媒体流路）、２０…排気バルブ（バルブ）、２１…反応材、２２…反応材充填部、２８…温度センサ（温度検出部）、３０…判定部、３１…制御部、４０…化学蓄熱装置、４１，４２…主オイル流路部（主流路部）、４３…補助オイル流路部（補助流路部）、４６…オイルバルブ（バルブ）、４７…温度センサ（温度検出部）、４９…判定部、５０…制御部、Ｓ…車両（移動機械）。

Claims (3)

1. エンジンを搭載した移動機械に具備され、加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、
   前記加熱対象が流れる加熱対象流路及び前記エンジンから排出された排気ガスが流れる排気ガス流路にそれぞれ接続され、反応媒体との化学反応により発熱すると共に前記加熱対象または前記排気ガスの熱により前記反応媒体が脱離する反応材が充填された反応材充填部を有する反応器と、
   前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
   前記反応材充填部と前記貯蔵器とを接続し、前記反応媒体が流れる反応媒体流路と、
   前記排気ガス流路に配設され、前記反応器への前記排気ガスの流れを許容する第１位置と前記反応器への前記排気ガスの流れを遮断する第２位置とが切り換えられるか、或いは前記加熱対象流路に配設され、前記反応器への前記加熱対象の流れを許容する第３位置と前記反応器への前記加熱対象の流れを遮断する第４位置とが切り換えられるバルブと、
   前記排気ガスの温度または前記加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により検出された前記排気ガスの温度または前記加熱対象の温度が閾値以上であるかどうかを判断する判定部と、
   前記判定部により前記排気ガスの温度が前記閾値以上であると判断されたときに、前記バルブを前記第１位置から前記第２位置に切り換えるように制御するか、或いは前記判定部により前記加熱対象の温度が前記閾値以上であると判断されたときに、前記バルブを前記第３位置から前記第４位置に切り換えるように制御する制御部とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記排気ガス流路は、前記エンジンと接続された主排気ガス流路と、前記主排気ガス流路に分岐して接続されたバイパス排気ガス流路とを有し、
   前記反応器は、前記バイパス排気ガス流路に接続されており、
   前記バルブは、前記バイパス排気ガス流路に配設された開閉弁であり、
   前記第１位置は、前記開閉弁が開弁される位置であり、
   前記第２位置は、前記開閉弁が閉弁される位置であることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
3. 前記加熱対象流路は、前記反応器と接続された主流路部と、前記反応器を回避するように前記主流路部と接続された補助流路部とを有し、
   前記バルブは、前記主流路部と前記補助流路部との接続部分に配設された流路切換弁であり、
   前記第３位置は、前記加熱対象を前記主流路部に流す位置であり、
   前記第４位置は、前記加熱対象を前記補助流路部に流す位置であることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。

Images