JP2018009582A - アンモニア吸放出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンモニア吸蔵材を収容する容器に作用する面圧を低減することにより、容器の厚さを小さくして容器の小型軽量化を図ることができるアンモニア吸放出装置を提供する。【解決手段】アンモニア吸放出装置１０は、アンモニアを吸蔵すると共に熱によりアンモニアを放出するアンモニア吸蔵材１８と、アンモニア吸蔵材１８を収容する容器１７とを備えている。アンモニア吸放出装置１０は、アンモニア吸蔵材１８の粒子の最大粒径をＤ（μｍ）、容器１７に許容される面圧をＰａｌ（ＭＰａ）としたときに、Ｄ≦５８．４×Ｐａｌ０．５１を満たしている。【選択図】図２

Description

本発明は、アンモニア吸放出装置に関する。

従来のアンモニア吸放出装置としては、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に記載のアンモニア吸放出装置は、アンモニアを吸蔵すると共に加熱によりアンモニアを放出するアンモニア吸蔵材と、アンモニア吸蔵材を収容するアンモニア吸蔵タンクと、アンモニア吸蔵タンクに収容されたアンモニア吸蔵材を加熱するヒータと、を備えている。

特開２０１２−４７１５６号公報

アンモニア吸蔵材にアンモニアが吸蔵されると、アンモニア吸蔵材が体積膨張し、アンモニア吸蔵タンクに面圧が作用する。このとき、アンモニア吸蔵タンクに作用する面圧が高すぎると、アンモニア吸蔵タンクが破損するおそれがあるため、アンモニア吸蔵タンクの厚さを大きくする必要がある。しかし、アンモニア吸蔵タンクの厚さを大きくすると、アンモニア吸蔵タンクが大型化すると共に、アンモニア吸蔵タンクの重量が増加する。

本発明の目的は、アンモニア吸蔵材を収容する容器に作用する面圧を低減することにより、容器の厚さを小さくして容器の小型軽量化を図ることができるアンモニア吸放出装置を提供することである。

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、容器に収容されるアンモニア吸蔵材の粒子の粒径を小さくすると、アンモニア吸蔵材にアンモニアが吸蔵されたときに、アンモニア吸蔵材の体積膨張によりアンモニア吸蔵タンクに作用する面圧が低くなるという事実を見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、アンモニアを吸蔵すると共に熱によりアンモニアを放出するアンモニア吸蔵材と、アンモニア吸蔵材を収容する容器と、を備えたアンモニア吸放出装置において、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径をＤ（μｍ）、容器に許容される面圧をＰａｌ（ＭＰａ）としたときに、Ｄ≦５８．４×Ｐａｌ^０．５１を満たすことを特徴とする。

以上のような本発明のアンモニア吸放出装置においては、アンモニア吸蔵材にアンモニアが吸蔵されると、アンモニア吸蔵材が体積膨張する。このとき、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄが５８．４×Ｐａｌ^０．５１以下であるため、粒子間の隙間に他の粒子が入り込みやすくなり、容器に作用する面圧が低くなると考えられる。このように容器に作用する面圧が低減されるため、容器の厚さを小さくして容器の小型軽量化を図ることができる。

アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄは、１０２μｍ以下であってもよい。この場合には、アンモニア吸蔵材の体積膨張時に容器に作用する面圧を３ＭＰａ以下に抑えることができる。

アンモニア吸蔵材は、ＭｇＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２のいずれかを含んでもよい。この場合には、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄを５８．４×Ｐａｌ^０．５１以下としたときに、容器に作用する面圧を確実に低減することができる。

また、本発明は、アンモニアを吸蔵すると共に熱によりアンモニアを放出するアンモニア吸蔵材と、アンモニア吸蔵材を収容する容器と、を備えたアンモニア吸放出装置において、容器は、筒状の側壁部を有し、容器の厚さをＴ（ｍｍ）、容器の安全率をα、容器の材料の許容応力をσ（ＭＰａ）、側壁部の対向する内壁面間の距離をＬ（ｍｍ）、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径をＤ（μｍ）としたときに、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たすことを特徴とする。

以上のような本発明のアンモニア吸放出装置においては、アンモニア吸蔵材にアンモニアが吸蔵されると、アンモニア吸蔵材が体積膨張する。このとき、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たしているため、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄを小さくすることで、容器の厚さＴの下限値が小さくなる。アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄを小さくすると、粒子間の隙間に他の粒子が入り込みやすくなり、容器に作用する面圧が低くなると考えられる。これにより、容器の厚さを小さくして容器の小型軽量化を図ることができる。また、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たしているため、容器の強度を確保することができる。

Ｔ≧１．８×Ｌ／σを満たしてもよい。この場合には、例えば容器の安全率αを１．２以上に確保しつつ、容器に作用する面圧を３ＭＰａ以下に抑えるために、アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄを１０２μｍ以下としても、容器の強度を確実に確保することができる。

本発明によれば、アンモニア吸蔵材を収容する容器に作用する面圧を低減することにより、容器の厚さを小さくして容器の小型軽量化を図ることができるアンモニア吸放出装置が提供される。

アンモニア吸放出装置の一実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図１に示されたアンモニア吸放出装置においてアンモニア吸蔵材にＮＨ_３が吸蔵される前後の状態を示す概略図である。 アンモニア吸蔵材が体積膨張して容器に面圧が作用する時のアンモニア吸蔵材の変化の様子を示すイメージ図である。 ＮＨ_３をアンモニア吸蔵材に吸蔵開始からの経過時間と容器に作用する面圧との関係を示すグラフである。 アンモニア吸蔵材の粒子の粒径を小さくした場合に、アンモニア吸蔵材が体積膨張する時のアンモニア吸蔵材の変化の様子を示すイメージ図である。 面圧測定装置の断面図である。 アンモニア吸蔵材であるＭｇＣｌ_２の粒子の粒径とＮＨ_３をアンモニア吸蔵材に吸蔵開始からの経過時間と容器に作用する面圧との関係を示すグラフである。 アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径を規定する方法の一例として、メッシュを用いたふるい分けを示す図である。 アンモニア吸蔵材であるＭｇＣｌ_２の粒子の最大粒径と容器に作用する最大面圧との関係を示すグラフである。 アンモニア吸蔵材であるＭｇＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２の粒子の最大粒径を２１０μｍとした場合における容器に作用する最大面圧を示すグラフである。 図１に示された排気浄化システムの変形例を示す概略構成図である。 図１１に示された反応部付き熱交換器の断面図である。

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、アンモニア吸放出装置の一実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。図１において、排気浄化システム１は、車両のディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２という）の排気系に備えられ、エンジン２から排出される排気ガスに含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する。

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、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）７と、を備えている。ＤＯＣ４、ＤＰＦ５、ＳＣＲ６及びＡＳＣ７は、エンジン２と接続された排気通路８の途中に、上流側から下流側に向けて順に配置されている。

ＤＯＣ４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。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集し、排気ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ６は、アンモニア（ＮＨ_３）によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６を通過したＮＨ_３を酸化する。

また、排気浄化システム１は、本実施形態のアンモニア吸放出装置１０と、排気通路８を流れる排気ガスにＮＨ_３を注入するアンモニア注入器１２と、アンモニア吸放出装置１０にＮＨ_３を供給する際にアンモニア吸放出装置１０をアンモニア供給源１１に接続するためのアンモニア導入管１３と、アンモニア吸放出装置１０とアンモニア注入器１２とを接続するアンモニア導出管１４と、を備えている。アンモニア導入管１３及びアンモニア導出管１４には、ＮＨ_３の流路を開閉する開閉弁１５，１６がそれぞれ配設されている。

アンモニア吸放出装置１０は、図２にも示されるように、アンモニア吸蔵タンクとしての容器１７と、この容器１７内に収容され、ＮＨ_３を吸蔵すると共に熱によりＮＨ_３を放出する粉末状のアンモニア吸蔵材１８とを備えている。なお、図２（ａ）は、アンモニア吸蔵材１８の通常状態を示し、図２（ｂ）は、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張した状態を示している。

容器１７は、基部１７ｂと、この基部１７ｂと一体化された筒状の側壁部１７ａと、この側壁部１７ａの上端に固定された蓋部１７ｃとを有している。側壁部１７ａは、円筒状（断面円形の筒状）または四角形筒状（断面四角形の筒状）を呈している。側壁部１７ａの形状が円筒状である場合、基部１７ｂ及び蓋部１７ｃの形状は円形状である。側壁部１７ａの形状が四角形筒状である場合、基部１７ｂ及び蓋部１７ｃの形状は四角形状である。蓋部１７ｃには、容器１７の内部にＮＨ_３を導入するための上記のアンモニア導入管１３の一端部と、容器１７の外部にＮＨ_３を導出するための上記のアンモニア導出管１４の一端部とが固定されている。容器１７は、例えばステンレス鋼で形成されている。なお、容器１７の厚さについては、後で詳述する。

アンモニア吸蔵材１８としては、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）または臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ_２）が用いられる。アンモニア吸蔵材１８の通常状態（図２（ａ）参照）においてアンモニア吸蔵材１８にＮＨ_３が吸蔵されると、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張する（図２（ｂ）参照）と共に、アンモニア吸蔵材１８から熱が発生する。なお、アンモニア吸蔵材１８には、熱伝導性を向上させるカーボンファイバ等の添加物が含まれていてもよい。アンモニア吸蔵材１８の粒子については、後で詳述する。

容器１７の上部には、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張した時にアンモニア吸蔵材１８がアンモニア導入管１３及びアンモニア導出管１４から容器１７の外部に逃げることを防ぐためのフィルタ１９が取り付けられている。

容器１７の側壁部１７ａの周囲には、容器１７内に収容されたアンモニア吸蔵材１８を加熱するヒータ２９が配置されている。アンモニア吸蔵材１８にＮＨ_３が吸蔵されている状態で、ヒータ２９によりアンモニア吸蔵材１８が加熱されると、アンモニア吸蔵材１８からＮＨ_３が放出され、ＮＨ_３がアンモニア導出管１４を通ってアンモニア注入器１２に供給される。そして、アンモニア注入器１２によって排気ガスにＮＨ_３が注入され、ＳＣＲ６においてＮＨ_３によりＮＯｘが還元される。

なお、容器１７内には、ＮＨ_３を全体的に行き渡らせるための多孔質部材（図示せず）が配置されていてもよい。多孔質部材としては、例えばシート状の金属繊維（ステンレス鋼繊維等）が用いられる。また、ヒータ２９で発生した熱をアンモニア吸蔵材１８に効果的に伝えるために、容器１７内に基部１７ｂから蓋部１７ｃに向けて延びる隔壁を配置してもよい。

このようなアンモニア吸放出装置１０において、アンモニア吸蔵材１８は、図２（ａ）に示されるように、容器１７内に自由空間Ｊが存在するように充填されている。具体的には、アンモニア吸蔵材１８へのＮＨ_３の吸蔵前に容器１７内に充填されるアンモニア吸蔵材１８の総量は、ＮＨ_３をアンモニア吸蔵材１８にフル吸蔵した時のかさ密度がＮＨ_３をアンモニア吸蔵材１８にフル吸蔵した時の真密度よりも小さくなるような量である。つまり、下記式が得られる。
ＮＨ_３をフル吸蔵した時のかさ密度＝（ＮＨ_３をフル吸蔵した時のアンモニア吸蔵材の重量／ＮＨ_３をフル吸蔵した時のアンモニア吸蔵材の体積）＜ＮＨ_３をフル吸蔵した時の真密度

アンモニア供給源１１にアンモニア導入管１３を接続することで、容器１７内にＮＨ_３が導入されると、アンモニア吸蔵材１８にＮＨ_３が吸蔵され、図２（ｂ）に示されるように、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張する。このとき、容器１７内の自由空間Ｊが殆ど無くなり、アンモニア吸蔵材１８が容器１７の内壁面に押し付けられ、容器１７に面圧が作用する。なお、容器１７を排気浄化システム１から取り外した状態で、アンモニア導入管１３をアンモニア供給源１１に接続することで、容器１７にＮＨ_３を導入するようにしてもよい。

図３は、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張した時のアンモニア吸蔵材１８の変化の様子を示すイメージ図である。図４は、ＮＨ_３をアンモニア吸蔵材に吸蔵開始からの経過時間と容器１７に作用する面圧との関係の一例を示すグラフである。図３（ａ）は、ＮＨ_３吸蔵前のアンモニア吸蔵材１８の状態を示している。ＮＨ_３吸蔵前は、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａが容器１７の内壁面を押し付けないため、容器１７には面圧が殆ど作用しない（図４中の時間Ｔ_０参照）。

図３（ａ）に示される状態から、ＮＨ_３がアンモニア吸蔵材１８に吸蔵されると、図３（ｂ）に示されるように、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａが体積膨張する。そして、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａが容器１７の内壁面を押し付けると、粒子１８ａ同士が押し合うことで、容器１７に面圧が作用する（図４中の時間Ｔ_１参照）。このとき、一部の粒子１８ａが容器１７の内壁面を押し付けており、粒子１８ａ間には隙間Ｋが存在する。

その後、アンモニア吸蔵材１８の更なる体積膨張によってアンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａによる容器１７の押付力が強くなることで、容器１７に作用する面圧が更に高くなり（図４中の時間Ｔ_２参照）、粒子１８ａが自身の形状を保持できなくなると、図３（ｃ）に示されるように、粒子１８ａが崩壊し始める。

粒子１８ａが崩壊して細径化されると、図３（ｄ）に示されるように、粒子１８ａ間の隙間Ｋに、細径化された粒子１８ａが入り込むため、粒子１８ａによる容器１７の押付力が弱くなり、容器１７に作用する面圧が低くなる（図４中の時間Ｔ_３参照）。そして、図３（ｅ）に示されるように、粒子１８ａが十分に細径化されて、粒子１８ａ間の隙間Ｋが埋め尽くされると、粒子１８ａによる容器１７の押し付けが抑えられるため、容器１７に面圧が殆ど作用しなくなる（図４中の時間Ｔ_４参照）。

アンモニア吸蔵材１８が体積膨張すると、上記のようにアンモニア吸蔵材１８が変化することから、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径を小さくすると、粒子１８ａ間の隙間Ｋに他の粒子１８ａが入り込みやすくなり、容器１７に作用する面圧が低くなると考えられる。

図５は、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径を小さくした場合に、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張した時のアンモニア吸蔵材１８の変化の様子を示すイメージ図である。図５（ａ）は、ＮＨ_３吸蔵前のアンモニア吸蔵材１８の状態を示している。

図５（ａ）に示される状態から、ＮＨ_３がアンモニア吸蔵材１８に吸蔵されると、図５（ｂ）に示されるように、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａが体積膨張する。このとき、粒子１８ａの粒径が小さいため、粒子１８ａ間の隙間Ｋに他の粒子１８ａが入り込みやすくなり、図５（ｃ）に示されるように、粒子１８ａ間の隙間Ｋの大部分が埋まる。その結果、粒子１８ａが容器１７の内壁面を押し付ける力が弱くなるため、容器１７に作用する面圧が低くなる。

そのような事実を確認するために、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径と容器１７に作用する面圧との関係について実験を行った。このとき、面圧の測定は、図６に示されるような面圧測定装置２０を用いて行った。

面圧測定装置２０は、円筒状を有する容器２１を備えている。容器２１の内部には、プランジャ２２と、このプランジャ２２に加わる荷重を計測するロードセル２３とが配置されている。容器２１の内部におけるロードセル２３の上側の領域は、アンモニア吸蔵材１８が収容されるアンモニア吸蔵材収容部２４となっている。アンモニア吸蔵材収容部２４の内径は１５ｍｍであり、アンモニア吸蔵材収容部２４の深さは５ｍｍである。

容器２１の蓋部２１ａには、アンモニア吸蔵材収容部２４にＮＨ_３を導入するためのアンモニア導入管２５が固定されている。アンモニア導入管２５には、ＮＨ_３の流路を開閉する開閉弁２６が配設されている。容器２１の上部には、アンモニア吸蔵材１８が体積膨張した時にアンモニア吸蔵材１８が容器２１の外部に逃げることを防ぐためのフィルタ２７が配置されている。

アンモニア吸蔵材１８にＮＨ_３が吸蔵されてアンモニア吸蔵材１８が体積膨張することで、容器２１の内壁面に面圧が作用すると、プランジャ２２が押し下げられる。このとき、プランジャ２２に加わる荷重がロードセル２３によって計測される。容器２１に作用する面圧は、プランジャ２２に加わる荷重からプランジャ２２の断面積を除することによって求められる。

ここでは、アンモニア吸蔵材１８として、無水のＭｇＣｌ_２を０．４６７ｇ使用した。そのアンモニア吸蔵材１８にＮＨ_３がフル吸蔵されると、０．９６９ｇのＭｇ（ＮＨ_３）_６Ｃｌ_２が生成される。このとき、Ｍｇ（ＮＨ_３）_６Ｃｌ_２のかさ密度は、１．１ｇ／ｃｍ^３になる。なお、Ｍｇ（ＮＨ_３）_６Ｃｌ_２の真密度は、約１．２５ｇ／ｃｍ^３である。つまり、実験した条件でのかさ密度は、真密度の約０．９倍に相当する。なお、真密度に対してかさ密度に１０％程度の余裕を持たせた理由は、外乱の影響によるかさ密度の変動を抑制するためである。なお、アンモニア吸蔵材収容部２４にＮＨ_３を供給する際には、アンモニア吸蔵材収容部２４を真空引きした後、０．１ＭＰａの供給圧力でＮＨ_３を供給した。

面圧測定装置２０を用いて面圧を測定した結果を図７に示す。図７に示されるグラフにおいて、横軸は、ＮＨ_３をアンモニア吸蔵材１８に吸蔵開始からの経過時間を表し、縦軸は、容器２１に作用する面圧を表している。

また、太実線Ｐａは、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が４０μｍ以下のときの測定結果である。細実線Ｑａは、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が４０μｍよりも大きく且つ７５μｍ以下のときの測定結果である。破線Ｒａは、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が７５μｍよりも大きく且つ１０６μｍ以下のときの測定結果である。点線Ｓａは、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が１０６μｍよりも大きく且つ１５０μｍ以下のときの測定結果である。１点鎖線Ｔａは、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が１５０μｍよりも大きく且つ２１０μｍ以下のときの測定結果である。

アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径は、網目の目開き寸法が異なる５種類のメッシュを用いたふるい分けにより分級された値で表されている。図８に示されるように、使用されるメッシュ３０は、正方形状の網目を有している。メッシュ３０としては、網目の目開き寸法Ｍが４０μｍ、７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ、２１０μｍという５種類が用意されている。これらのメッシュ３０に粒子１８ａを通過させることで、粒子１８ａの粒径が分級される。

図７に示されるグラフから分かるように、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの粒径が小さくなるほど、容器２１に作用する最大面圧が低くなる。

図９は、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径と容器１７に作用する最大面圧との関係を示すグラフである。図９に示されるグラフにおいて、横軸は、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを表し、縦軸は、容器１７に作用する最大面圧Ｐを表している。容器１７に作用する最大面圧Ｐは、図７に示されるグラフから得られる。

粒子１８ａの最大粒径Ｄは、上記５種類のメッシュのうち粒子１８ａが通過するメッシュによって決まる。具体的には、粒子１８ａの最大粒径Ｄは、粒子１８ａが通過するメッシュのうち網目の目開き寸法が最も小さいメッシュの当該目開き寸法である。例えば、粒子１８ａが５種類のメッシュの全てを通過するときは、当該粒子１８ａの最大粒径Ｄは４０μｍである。５種類のメッシュのうち目開き寸法が７５μｍ、１０６μｍ、１５０μｍ及び２１０μｍのメッシュを粒子１８ａが通過するときは、当該粒子１８ａの最大粒径Ｄは７５μｍである。５種類のメッシュのうち目開き寸法が１０６μｍ、１５０μｍ及び２１０μｍのメッシュを粒子１８ａが通過するときは、当該粒子１８ａの最大粒径Ｄは１０６μｍである。５種類のメッシュのうち目開き寸法が１５０μｍ及び２１０μｍのメッシュを粒子１８ａが通過するときは、当該粒子１８ａの最大粒径Ｄは１５０μｍである。５種類のメッシュのうち目開き寸法が２１０μｍのメッシュのみを粒子１８ａが通過するときは、当該粒子１８ａの最大粒径Ｄは２１０μｍである。

図９に示されるグラフから明らかなように、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄが小さくなるほど、容器１７に作用する最大面圧Ｐが低くなる。このとき、以下の関係式が成り立つ。
Ｄ＝５８．４×Ｐ^０．５１ …（１）

従って、容器１７に作用する最大面圧Ｐ（ＭＰａ）を容器１７の許容面圧Ｐａｌ（ＭＰａ）以下にするには、下記式の関係を満たす最大粒径Ｄ（μｍ）を有する粒子１８ａを使用すればよい。なお、容器１７の許容面圧Ｐａｌは、容器１７の材料等によって決まる。
Ｄ≦５８．４×Ｐａｌ^０．５１ …（２）

このとき、容器１７の強度の観点から、容器１７に作用する最大面圧Ｐを３ＭＰａ以下とすることが好ましい。このためには、粒子１８ａの最大粒径Ｄを１０２μｍ以下にすればよい。また、容器１７に作用する最大面圧Ｐを１ＭＰａ以下とすることがより好ましく、このためには粒子１８ａの最大粒径Ｄを５８μｍ以下にすればよい。また、容器１７に作用する最大面圧Ｐを０．５ＭＰａ以下とすることが更に好ましく、このためには粒子１８ａの最大粒径Ｄを４０μｍ以下にすればよい。容器１７に作用する最大面圧Ｐを０．５ＭＰａ以下とした場合には、容器１７の材料として、ステンレス鋼よりも軽いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂を使用することが可能となる。

また、容器１７の強度を確保するためには、容器１７の厚さＴ（ｍｍ）が下記式の関係を満たせばよい。ここで、αは容器１７の安全率、σは容器１７の材料の許容応力（ＭＰａ）、Ｌは容器１７の側壁部１７ａの対向する内壁面間の距離（ｍｍ）である。容器１７の側壁部１７ａの形状が円筒状である場合、Ｌは側壁部１７ａの内径である。容器１７の側壁部１７ａの形状が四角形筒状である場合、Ｌは側壁部１７ａの長辺方向に対向する内側面間の距離である。
Ｔ≧α×Ｌ×Ｐ／２／σ …（３）

上記（１）式により、下記式が得られる。
Ｐ＝（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）} …（４）

従って、上記（３）式は、下記式で表される。
Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σ …（５）

本実施形態のように容器１７を車両に搭載する場合には、容器１７の安全率αを１．２以上に設定することが望ましい。最大粒径Ｄが１０２μｍ以下の粒子１８ａを使用する場合には、容器１７に作用する最大面圧Ｐを３ＭＰａ以下に抑制できることから、容器１７の安全率αを１．２以上に確保するような容器１７の厚さＴとしては、下記式を満たせばよい。
Ｔ≧１．８×Ｌ／σ …（６）

最大粒径Ｄが５８μｍ以下の粒子１８ａを使用する場合には、容器１７に作用する最大面圧Ｐを１ＭＰａ以下に抑制できることから、容器１７の安全率αを１．２以上に確保するような容器１７の厚さＴとしては、下記式を満たせばよい。
Ｔ≧０．６×Ｌ／σ …（７）

最大粒径Ｄが４０μｍ以下の粒子１８ａを使用する場合には、容器１７に作用する最大面圧Ｐを０．５ＭＰａ以下に抑制できることから、容器１７の安全率αを１．２以上に確保するような容器１７の厚さＴとしては、下記式を満たせばよい。
Ｔ≧０．３×Ｌ／σ …（８）

以上は、アンモニア吸蔵材１８としてＭｇＣｌ_２を使用した場合の測定結果及び評価であるが、アンモニア吸蔵材１８としてＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２を使用した場合の測定も行った。具体的には、粒子１８ａの最大粒径Ｄが２１０μｍであるＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２を使用した場合に、容器１７に作用する最大面圧Ｐを測定した。

その時の測定結果を図１０に示す。図１０に示されるグラフは、図９に示されるグラフに対応している。図１０に示されるグラフから分かるように、粒子の最大粒径Ｄが２１０μｍであるＭｇＣｌ_２を使用した場合に容器１７に作用する最大面圧Ｐが約１２ＭＰａ（丸印Ｘ参照）であるのに対し、粒子の最大粒径Ｄが２１０μｍであるＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２を使用した場合に容器１７に作用する最大面圧Ｐは、それぞれ約１０ＭＰａ（菱形印Ｙ参照）、約５ＭＰａ（四角印Ｚ参照）であった。つまり、ＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２を使用した場合に容器１７に作用する最大面圧Ｐは、ＭｇＣｌ_２を使用した場合に容器１７に作用する最大面圧Ｐよりも低くなっている。

従って、アンモニア吸蔵材１８としてＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２を使用する場合にも、アンモニア吸蔵材１８としてＭｇＣｌ_２を使用する場合における上記関係式（１）〜（８）を適用可能である。

以上のように本実施形態においては、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径をＤ（μｍ）、容器１７の許容面圧をＰａｌ（ＭＰａ）としたときに、Ｄ≦５８．４×Ｐａｌ^０．５１を満たすので、ＮＨ_３がアンモニア吸蔵材１８に吸蔵されてアンモニア吸蔵材１８が体積膨張したときに、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａ間の隙間Ｋに他の粒子１８ａが入り込みやすくなる。従って、粒子１８ａが容器１７を押し付ける力が弱くなるため、容器１７に作用する面圧が低くなる。これにより、容器１７の耐圧強度を低減できるため、容器１７の厚さを小さくすることができる。その結果、容器１７の小型軽量化を図ることが可能となる。また、容器１７に作用する面圧が低くなる分だけ、ＮＨ_３をアンモニア吸蔵材１８にフル吸蔵した時のかさ密度を増加させることができる。この場合には、容器１７の内容積を小さくできるため、容器１７の小型軽量化を図ることが可能となる。

このとき、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを１０２μｍ以下とすることにより、アンモニア吸蔵材１８の体積膨張時に容器１７に作用する最大面圧Ｐを３ＭＰａ以下に抑えることができる。

また、アンモニア吸蔵材１８はＭｇＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２のいずれかを含むので、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを５８．４×Ｐａｌ^０．５１以下としたときに、容器１７に作用する面圧を確実に低くすることができる。

さらに、本実施形態においては、容器１７の厚さをＴ（ｍｍ）、容器１７の安全率をα、容器１７の材料の許容応力をσ（ＭＰａ）、容器１７の側壁部１７ａの対向する内壁面間の距離をＬ（ｍｍ）、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径をＤ（μｍ）としたときに、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たすので、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを小さくすることで、容器１７の厚さＴの下限値が小さくなる。アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを小さくすると、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａ間の隙間Ｋに他の粒子１８ａが入り込みやすくなり、粒子１８ａが容器１７を押し付ける力が弱くなるため、容器１７に作用する面圧が低くなる。これにより、容器１７の厚さを小さくすることができる。また、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たしているため、容器１７の強度を確保することができる。

このとき、Ｔ≧１．８×Ｌ／σを満たすことにより、容器１７の安全率αを１．２以上に確保しつつ、容器１７に作用する最大面圧を３ＭＰａ以下に抑えるために、アンモニア吸蔵材１８の粒子１８ａの最大粒径Ｄを１０２μｍ以下としても、容器１７の強度を確実に確保することができる。

なお、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、粉末状のアンモニア吸蔵材１８が容器１７内に収容されているが、特にそれには限られず、粉末状のアンモニア吸蔵材１８を圧縮成形してペレット化し、そのペレット化されたアンモニア吸蔵材１８を容器１７内に収容してもよい。

また、本発明のアンモニア吸放出装置を化学蓄熱装置の反応部に適用してもよい。アンモニア吸放出装置を化学蓄熱装置の反応部に適用した一例を図１１に示す。

図１１は、図１に示された排気浄化システム１の変形例を示す概略構成図である。図１１において、排気浄化システム１は、化学蓄熱装置４０を備えている。化学蓄熱装置４０は、排気通路８におけるエンジン２とＤＯＣ４との間に配設された反応部付き熱交換器３と、ＮＨ_３の物理吸着による保持及びＮＨ_３の脱離が可能な活性炭等の吸着材４１を有する吸着器４２と、反応部付き熱交換器３と吸着器４２とを接続すると共に、ＮＨ_３が流通するＮＨ_３供給管４３と、このＮＨ_３供給管４３に配設され、ＮＨ_３の流路を開閉させるバルブ４４と、を備えている。

反応部付き熱交換器３は、図１２に示されるように、複数の熱交換部４５と複数の反応部４６とが交互に積層されてなる積層体４７と、この積層体４７を取り囲むように配置された円筒状の配管４８とを有している。配管４８の両端部には、各熱交換部４５を露出させると共に各反応部４６を覆う円形状の蓋部材（図示せず）が固定されている。

熱交換部４５は、排気ガスを流通させる流路を形成すると共に、排気ガスと反応部４６との間で熱交換を行う。熱交換部４５は、断面矩形状のチューブ４９と、このチューブ４９内に配置された波状のフィン５０とを有している。チューブ４９は、上流側及び下流側に開口されている。

反応部４６は、ＮＨ_３を吸蔵すると共に排気ガスの排熱によりＮＨ_３を放出するアンモニア吸蔵材５１を有している。アンモニア吸蔵材５１がＮＨ_３を吸蔵していない状態では、反応部４６内に自由空間が形成される。アンモニア吸蔵材５１は、微粒化された材料がペレット成型されることで構成されている。アンモニア吸蔵材５１と配管４８との間には、断熱材５２が配置されている。上記の配管４８、チューブ４９、断熱材５２及び蓋部材（図示せず）は、アンモニア吸蔵材５１を収容する容器を構成している。

このような化学蓄熱装置４０において、排気ガスの温度が低いときは、吸着器４２から各反応部４６にＮＨ_３が供給され、各反応部４６のアンモニア吸蔵材５１とＮＨ_３とが化学反応して化学吸着し、アンモニア吸蔵材５１から熱が発生する。そして、アンモニア吸蔵材５１から発生した熱が熱交換部４５に伝わり、熱交換部４５を流れる排気ガスが加熱される。そして、暖められた排気ガスによってＤＯＣ４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで上昇する。一方、排気ガスの温度が高くなると、排気ガスの排熱が熱交換部４５からアンモニア吸蔵材５１に与えられることで、アンモニア吸蔵材５１とＮＨ_３とが分離する。そして、アンモニア吸蔵材５１から放出されたＮＨ_３は、吸着器４２に戻り回収される。

以上のような化学蓄熱装置４０では、本発明のアンモニア吸放出装置が適用されるため、アンモニア吸蔵材５１を収容する容器の一部を構成するチューブ４９及び蓋部材（図示せず）の厚さを小さくして、当該部品の小型軽量化を図ることができる。

また、上記実施形態では、アンモニア吸放出装置１０がディーゼルエンジンの排気系に配設されているが、本発明のアンモニア吸放出装置は、ガソリンエンジンの排気系に配設されていてもよいし、或いはエンジンの排気系以外に配設されていてもよい。

１０…アンモニア吸放出装置、１７…容器、１７ａ…側壁部、１８…アンモニア吸蔵材、１８ａ…粒子。

Claims (5)

1. アンモニアを吸蔵すると共に熱により前記アンモニアを放出するアンモニア吸蔵材と、前記アンモニア吸蔵材を収容する容器と、を備えたアンモニア吸放出装置において、
   前記アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径をＤ（μｍ）、前記容器に許容される面圧をＰａｌ（ＭＰａ）としたときに、Ｄ≦５８．４×Ｐａｌ^０．５１を満たすことを特徴とするアンモニア吸放出装置。
2. 前記アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径Ｄは、１０２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のアンモニア吸放出装置。
3. 前記アンモニア吸蔵材は、ＭｇＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２及びＭｇＢｒ_２のいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２記載のアンモニア吸放出装置。
4. アンモニアを吸蔵すると共に熱により前記アンモニアを放出するアンモニア吸蔵材と、前記アンモニア吸蔵材を収容する容器と、を備えたアンモニア吸放出装置において、
   前記容器は、筒状の側壁部を有し、
   前記容器の厚さをＴ（ｍｍ）、前記容器の安全率をα、前記容器の材料の許容応力をσ（ＭＰａ）、前記側壁部の対向する内壁面間の距離をＬ（ｍｍ）、前記アンモニア吸蔵材の粒子の最大粒径をＤ（μｍ）としたときに、Ｔ≧α×Ｌ×（Ｄ／５８．４）^{（１／０．５１）}／２／σを満たすことを特徴とするアンモニア吸放出装置。
5. Ｔ≧１．８×Ｌ／σを満たすことを特徴とする請求項４記載のアンモニア吸放出装置。
   

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