JP2022011437A - Thermal energy generating device - Google Patents

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Abstract

To suppress drive energy of an apparatus which is consumed when excess heat is generated as much as possible to improve energy efficiency.SOLUTION: A thermal energy generating device 1 includes: a waste heat transport section 20 transporting waste heat from a waste heat source 10 mounted to a vehicle; a heat flow rate control section 30 controlling a heat flow rate of waste heat to be transported by the waste heat transport section 20; a heat generating section 41 comprising a heat generating material generating excess heat through chemical reaction with predetermined reaction gas while heated by the waste heat; and an excess heat generating section 40 having an accommodation section 42 accommodating the heat generating section 41.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 2019年8月28日、公益社団法人日本金属学会のウェブサイト(https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jim2019autumn/3I08-17/public/pdf?type=in)にて電気通信回線(インターネット)を通じて発表 公益社団法人日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会、公益社団法人日本金属学会、令和1(2019)年9月13日Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act August 28, 2019, website of the Japan Institute of Metals (https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jim2019autumn/3I08-17/ Presented at public / pdf? Type = in) through telecommunications line (Internet) Public Interest Incorporated Association Japan Metallurgical Society Fall 2019 (165th) Lecture Meeting, Public Interest Incorporated Association Japan Metallurgical Society, Reiwa 1 (2019) 9 13th of March

本発明は、発熱材料と所定の反応ガス(水素ガスなど)との化学反応(吸蔵など)に基づいて過剰熱を発生させる熱エネルギー発生装置に関する。 The present invention relates to a thermal energy generator that generates excess heat based on a chemical reaction (storage, etc.) between a heat generating material and a predetermined reaction gas (hydrogen gas, etc.).

下記特許文献1には、水素系ガス導入路から容器内部に水素系ガスを導入し、発熱材料(発熱体)に水素を吸蔵させた後、ヒータにより発熱体を加熱すると共に、真空引きすることにより発熱体の異種物質界面を水素が量子拡散により透過して、発熱体を加熱するときのヒータによる加熱温度以上の非常に大量の熱(過剰熱)を発生させる技術について開示されている。このような発熱材料が有する水素吸蔵能を利用した過剰熱は、環境問題の観点から、今後様々な方面において有効な新規の熱源として期待されている。 In Patent Document 1 below, a hydrogen-based gas is introduced into a container from a hydrogen-based gas introduction path, hydrogen is occluded in a heat-generating material (heat-generating body), and then the heat-generating body is heated by a heater and vacuumed. Discloses a technique in which hydrogen permeates the interface between different substances of a heating element by quantum diffusion to generate a very large amount of heat (excessive heat) above the heating temperature of the heater when heating the heating element. Excess heat utilizing the hydrogen storage capacity of such a heat-generating material is expected to be an effective new heat source in various fields in the future from the viewpoint of environmental problems.

国際公開第2018/230447号International Publication No. 2018/230447

しかし、特許文献1の技術は、過剰熱を発生し得る発熱材料を加熱するために、ヒータなどの加熱装置を用いなければならない。加熱装置の駆動には、多くの電力(駆動エネルギー)が消費されるため、過剰熱発生時におけるエネルギー効率(COP:Coefficient Of Performance)が小さくなってしまう。そのため、特許文献1の技術を車載用として採用するには、エネルギー効率の観点で改善の余地がある。 However, in the technique of Patent Document 1, a heating device such as a heater must be used to heat a heat-generating material that can generate excess heat. Since a large amount of electric power (driving energy) is consumed to drive the heating device, the energy efficiency (COP: Coefficient Of Performance) at the time of excessive heat generation becomes small. Therefore, there is room for improvement in terms of energy efficiency in order to adopt the technology of Patent Document 1 for in-vehicle use.

本発明の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、具体的には、過剰熱を発生させる際に消費される機器の駆動エネルギーを極力抑えてエネルギー効率を向上させることができる熱エネルギー発生装置を提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and specifically, the driving energy of the device consumed when generating excess heat is suppressed as much as possible to improve the energy efficiency. It is an object of the present invention to provide a heat energy generator capable of performing.

本発明の一実施形態に係る熱エネルギー発生装置は、車両に搭載される排熱源からの排熱を輸送する排熱輸送部を備え、さらに前記排熱輸送部で輸送される前記排熱の熱流量を制御する熱流量制御部を備え、さらに前記排熱により加熱された状態で所定の反応ガスとの化学反応によって過剰熱を発生する発熱材料からなる発熱部と前記発熱部を収納する収納部を有する過剰熱発生部を備えている。 The heat energy generator according to an embodiment of the present invention includes an exhaust heat transport unit for transporting exhaust heat from an exhaust heat source mounted on a vehicle, and further heat of the exhaust heat transported by the exhaust heat transport unit. A heat flow control unit for controlling the flow rate is provided, and a heat generation unit made of a heat generating material that generates excess heat by a chemical reaction with a predetermined reaction gas in a state of being heated by the exhaust heat and a storage unit for accommodating the heat generation unit. It is provided with an excess heat generating portion having the above.

本発明の一実施形態によれば、過剰熱を発生させる際に消費される機器の駆動エネルギーを極力抑えてエネルギー効率を向上させることができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to improve energy efficiency by suppressing as much as possible the driving energy of the device consumed when generating excess heat.

本実施形態に係る熱エネルギー発生装置の一構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one structural example of the thermal energy generator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る熱エネルギー発生装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the thermal energy generator which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態(熱放射)を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the heat transfer form (heat radiation) of the waste heat transport part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態(熱伝導)を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the heat transfer form (heat conduction) of the waste heat transport part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態(熱対流)を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the heat transfer form (heat convection) of the waste heat transport part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る蓄熱部による伝熱形態を模式的に示した図である。It is a figure which showed schematically the heat transfer form by the heat storage part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る蓄熱部の設置例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the installation example of the heat storage part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る蓄熱部の他の設置例示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other installation example of the heat storage part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態が熱放射のときに熱流量制御部として適用可能な熱スイッチの形態例を示す部分拡大断面図である。It is a partially enlarged sectional view which shows the example of the form of the heat switch which can be applied as a heat flow control part when the heat transfer form of the waste heat transport part which concerns on this embodiment is heat radiation. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態が熱伝導のときに熱流量制御部として適用可能な熱スイッチの形態例を示す部分拡大断面図である。It is a partially enlarged sectional view which shows the example of the form of the heat switch which can be applied as a heat flow control part when the heat transfer form of the waste heat transport part which concerns on this embodiment is heat conduction. 本実施形態に係る排熱輸送部の伝熱形態が熱対流のときに熱流量制御部として適用可能な熱スイッチの形態例を示す部分拡大断面図である。It is a partially enlarged sectional view which shows the example of the form of the heat switch which can be applied as a heat flow control part when the heat transfer form of the exhaust heat transport part which concerns on this embodiment is heat convection. 本実施形態に係る過剰熱発生部の一構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows one structural example of the excess heat generation part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る発熱部として適用可能な発熱材料の形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the form of the heat generating material applicable as the heat generating part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る発熱部として適用可能な発熱材料に含まれる合金の微細構造を、走査電子顕微鏡付属の元素分析装置、SEM-EDXを用いて分析した結果を示す顕微鏡写真(倍率:500倍)である。A micrograph (magnification: 500 times) showing the results of analysis of the fine structure of the alloy contained in the heat-generating material applicable to the heat-generating portion according to the present embodiment using the elemental analyzer attached to the scanning electron microscope, SEM-EDX. Is. 本実施形態に係る発熱部として適用可能な発熱材料の他の形態を模式的に示した図である。It is a figure which showed typically the other form of the heat-generating material applicable as a heat-generating part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る熱エネルギー発生装置の他の実施形態の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of the other embodiment of the thermal energy generator which concerns on this embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。よって、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例および運用技術などは全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown here are examples for embodying the technical idea of the present invention, and do not limit the present invention. Therefore, all other feasible forms, examples, operational techniques, etc. that can be considered by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention are included in the scope and gist of the present invention, and are described in the claims. It is included in the scope of the invention and its equality.

また、本明細書に添付する図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 In addition, the drawings attached to this specification may be represented schematically by changing the scale, aspect ratio, shape, etc. from the actual product for convenience of illustration and comprehension. However, it does not limit the interpretation of the present invention.

なお、本明細書において、「第1」、「第2」などの序数詞を付すこともある。しかし、これら序数詞に関する特段の説明がない限りは、説明の便宜上、構成要素を識別するために付したものであって、数または順序を特定するものではない。 In this specification, ordinal numbers such as "first" and "second" may be added. However, unless there is a special explanation for these ordinal numbers, they are attached to identify the components for convenience of explanation, and do not specify the number or order.

以下、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1によって発生された過剰熱は、一例として自動車用排気浄化触媒(以下、単に「触媒体」と称する)100のコールドスタート時における熱源として利用することができる。この触媒体100は、例えばHC、COおよびNOxなどの有害成分を浄化可能な三元触媒であって、活性度が触媒温度に依存する。そのため、排気を十分に浄化するためには、触媒を活性化温度まで加熱しておくことが求められており、熱エネルギー発生装置1によって発生された過剰熱の適用先として有効である。 Hereinafter, the excess heat generated by the heat energy generator 1 according to the present embodiment can be used as, for example, as a heat source at the time of cold start of the exhaust gas purification catalyst for automobiles (hereinafter, simply referred to as “catalyst”) 100. can. The catalyst body 100 is a three-way catalyst capable of purifying harmful components such as HC, CO and NOx, and its activity depends on the catalyst temperature. Therefore, in order to sufficiently purify the exhaust gas, it is required to heat the catalyst to the activation temperature, which is effective as an application destination of the excess heat generated by the thermal energy generator 1.

また、熱エネルギー発生装置1で発生させた過剰熱は、触媒体100の熱源の他、車両であれば車室内暖房用の熱源、乗員が触れる内装部品(シート、ステアリング、アームレストなど)を加熱するための熱源、車室内温蔵庫の熱源、寒冷地で使用する電池用ヒータの熱源としても利用可能である。 Further, the excess heat generated by the heat energy generator 1 heats the heat source of the catalyst 100, the heat source for heating the vehicle interior in the case of a vehicle, and the interior parts (seat, steering, armrest, etc.) that the occupant touches. It can also be used as a heat source for steering, a heat source for a car interior warmer, and a heat source for a battery heater used in cold regions.

[構成]
本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1の構成について説明する。図1または図2に示すように、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1は、概説すると、エンジンなどの車両内で排熱を放射する排熱源10と、排熱源10からの排熱を所定の輸送先まで輸送する排熱輸送部20と、排熱輸送部20による排熱の輸送量(熱の伝達量)を制御する熱流量制御部30と、排熱輸送部20による排熱の輸送先であって所定の反応ガスを用いて所定温度以上の過剰熱を発生する過剰熱発生部40を備えている。
[Constitution]
The configuration of the thermal energy generator 1 according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the heat energy generator 1 according to the present embodiment outlines a predetermined heat exhaust source 10 that radiates exhaust heat in a vehicle such as an engine and exhaust heat from the exhaust heat source 10. The exhaust heat transport unit 20 that transports the waste heat to the destination, the heat flow control unit 30 that controls the amount of exhaust heat transported (heat transfer amount) by the exhaust heat transport unit 20, and the exhaust heat transport unit 20 transports the exhaust heat. It is provided with an excess heat generating unit 40 that previously generates excess heat of a predetermined temperature or higher by using a predetermined reaction gas.

また、熱エネルギー発生装置1を構成する各部の駆動は、車両に搭載される図示しないECU(Electronic Control Unit)によって所定の駆動プログラムや入力された指示情報などに基づいて総合的に制御される。 Further, the drive of each part constituting the thermal energy generator 1 is comprehensively controlled by an ECU (Electronic Control Unit) (not shown) mounted on the vehicle based on a predetermined drive program, input instruction information, and the like.

図2において、図中の斜線矢印は、熱エネルギー発生装置1内における排熱源10からの排熱の流れを示しており、図中の黒塗り矢印は、排熱による加熱と反応ガスの化学反応によって発生した発熱部41からの過剰熱の流れを示している。図2に示すように、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、排熱は、排熱輸送部20によって排熱源10から過剰熱発生部40に送達され、過剰熱発生部40で発生した過剰熱は、供給先となる触媒体100に供給される。 In FIG. 2, the diagonal arrow in the figure indicates the flow of waste heat from the waste heat source 10 in the heat energy generator 1, and the black arrow in the figure indicates the heating by the waste heat and the chemical reaction of the reaction gas. It shows the flow of excess heat from the heat generating portion 41 generated by. As shown in FIG. 2, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the waste heat is delivered from the waste heat source 10 to the excess heat generation unit 40 by the exhaust heat transport unit 20, and is generated by the excess heat generation unit 40. The excess heat is supplied to the catalyst body 100 to be supplied.

図1に示すように、熱エネルギー発生装置1は、外管21と、外管21の内方に設けられる内管22によって構成される筐体を備え、内管22が排熱源10となるエンジンの排ガスGを外部に流出させるためのエンジン排気管11と連通した状態でエンジン排気管11の管路中に配置される。内管22の内方には、過剰熱の供給先となる触媒体100が収容される。そのため、エンジンからの排ガスGは、上流側(排熱源10側)から下流側(外部側)に向かって流通する際に、内管22内に収容された触媒体100を通過することにより浄化されて外部に排気される。 As shown in FIG. 1, the heat energy generator 1 includes an outer pipe 21 and a housing composed of an inner pipe 22 provided inside the outer pipe 21, and the inner pipe 22 serves as an exhaust heat source 10. The exhaust gas G is arranged in the pipeline of the engine exhaust pipe 11 in a state of being communicated with the engine exhaust pipe 11 for flowing out the exhaust gas G to the outside. Inside the inner tube 22, the catalyst body 100, which is a supply destination of excess heat, is housed. Therefore, the exhaust gas G from the engine is purified by passing through the catalyst body 100 housed in the inner pipe 22 when flowing from the upstream side (exhaust heat source 10 side) to the downstream side (outside side). Is exhausted to the outside.

外管21は、その内方に、管壁21aと内管22の間に設けられて後述する収納部42および蓄熱部50が収容される第1空間23aと、第1空間23aと連続して軸方向下流側に向かって広がる第2空間23bを含む管内空間23が設けられている。第2空間23bの一部は、内管22の下流側と連通している。これにより、内管22を流通する排ガスGは、内管22を通過した後、一部が第2空間23bに流入可能となっている。図1において、管内空間23は、外管21の軸方向(図中の左右方向)と直交する方向(図中の上下方向)に内管22を隔てて一つずつ設けられている。 The outer pipe 21 is continuously connected to the first space 23a, which is provided between the pipe wall 21a and the inner pipe 22 and accommodates the storage portion 42 and the heat storage portion 50, which will be described later, and the first space 23a. An in-pipe space 23 including a second space 23b extending toward the downstream side in the axial direction is provided. A part of the second space 23b communicates with the downstream side of the inner pipe 22. As a result, a part of the exhaust gas G flowing through the inner pipe 22 can flow into the second space 23b after passing through the inner pipe 22. In FIG. 1, the inner pipe space 23 is provided one by one across the inner pipe 22 in a direction orthogonal to the axial direction (horizontal direction in the figure) of the outer pipe 21 (vertical direction in the figure).

〈排熱源〉
排熱源10は、所定の駆動により熱が発生する装置である。図1に示すように、排熱源10は、一例として車両に搭載されて車両に駆動力を与える駆動源である、熱をエネルギー源とした熱機関(例えば、内燃機関であるエンジンなど)で構成される。本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、排熱源10の排熱は、エンジンから排気された排ガスG(図1中の白抜き矢印)に含まれる熱である。
<Exhaust heat source>
The exhaust heat source 10 is a device that generates heat by a predetermined drive. As shown in FIG. 1, the exhaust heat source 10 is composed of, for example, a heat engine (for example, an engine which is an internal combustion engine) having heat as an energy source, which is a drive source mounted on a vehicle and giving a driving force to the vehicle. Will be done. In the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the exhaust heat of the exhaust heat source 10 is the heat contained in the exhaust gas G (white arrow in FIG. 1) exhausted from the engine.

また、排ガスGは、エンジン排気管11、外管21および内管22を通じて排熱源10から過剰熱発生部40まで流通する際に、排熱源10の排熱を過剰熱発生部40まで輸送する排熱輸送部20として機能し得る。 Further, the exhaust gas G transports the exhaust heat of the exhaust heat source 10 to the excess heat generating portion 40 when flowing from the exhaust heat source 10 to the excess heat generating portion 40 through the engine exhaust pipe 11, the outer pipe 21 and the inner pipe 22. It can function as a heat transport unit 20.

〈排熱輸送部〉
排熱輸送部20は、排熱源10から排出された排熱を過剰熱発生部40に輸送する。排熱輸送部20は、熱流量制御部30の制御によって排熱源10から過剰熱発生部40への排熱の輸送量(熱流量)が制御される。
<Waste heat transport section>
The waste heat transport unit 20 transports the waste heat discharged from the waste heat source 10 to the excess heat generation unit 40. The waste heat transport unit 20 controls the amount of waste heat transported (heat flow rate) from the waste heat source 10 to the excess heat generation unit 40 by the control of the heat flow control unit 30.

排熱輸送部20は、一例として排熱源10であるエンジンから排気された排ガスGで構成され、この排ガスGによって輸送先となる過剰熱発生部40に直接的あるいは間接的に排熱を輸送する。また、排熱輸送部20は、排熱源10となるエンジンからの排気が流通するエンジン排気管11、内管22、外管21によって構成されてよい。すなわち、排熱輸送部20による排熱の輸送方法は、排ガスGによる熱対流と、内管22および外管21による熱放射または熱伝導のうち、少なくともいずれか一つが設定されることとなる。 The exhaust heat transport unit 20 is composed of an exhaust gas G exhausted from an engine, which is an exhaust heat source 10, as an example, and the exhaust gas G directly or indirectly transports exhaust heat to an excess heat generation unit 40 which is a transport destination. .. Further, the waste heat transport unit 20 may be composed of an engine exhaust pipe 11, an inner pipe 22, and an outer pipe 21 through which exhaust gas from the engine serving as the waste heat source 10 flows. That is, as the method for transporting the exhaust heat by the exhaust heat transport unit 20, at least one of heat convection by the exhaust gas G and heat radiation or heat conduction by the inner pipe 22 and the outer pipe 21 is set.

図3A~図3Cには、排熱輸送部20から過剰熱発生部40に対して直接的または間接的に排熱を輸送する形態(伝熱形態)が示されている。 3A to 3C show a mode (heat transfer mode) in which the waste heat is directly or indirectly transported from the waste heat transport unit 20 to the excess heat generation unit 40.

ここで、伝熱形態が「熱放射」の場合は、図3Aに示すように、輸送元となる排熱源10の排ガスGによって熱せられたエンジン排気管11を通じて外管21および内管22が熱せられ、これらから放射される輻射熱が、電磁波として輸送先となる過剰熱発生部40に間接的に伝達される。外管21および内管22は、過剰熱発生部40に排ガスGの排熱のみを効率よく伝達させるため、外管21、内管22と収納部42および蓄熱部50との間の空間を真空にするのが好ましい。 Here, when the heat transfer form is "heat radiation", as shown in FIG. 3A, the outer pipe 21 and the inner pipe 22 are heated through the engine exhaust pipe 11 heated by the exhaust gas G of the exhaust heat source 10 which is the transportation source. The radiant heat radiated from these is indirectly transmitted as an electromagnetic wave to the excess heat generation unit 40 which is the transport destination. The outer pipe 21 and the inner pipe 22 vacuum the space between the outer pipe 21, the inner pipe 22 and the storage portion 42 and the heat storage portion 50 in order to efficiently transfer only the exhaust heat of the exhaust gas G to the excess heat generating portion 40. It is preferable to set it to.

また、伝熱形態が「熱伝導」の場合は、図3Bに示すように、高温側となる排熱源10の排ガスGによって熱せられたエンジン排気管11の熱が、内管22と外管21を介して低温側となる過剰熱発生部40に直接的に伝達される。排熱輸送部20を構成するエンジン排気管11、外管21と内管22は、熱伝達性能を考慮すると、熱伝導率が比較的高い高熱伝導部材を用いて作製するのが好ましい。特に、熱伝導による熱輸送を担う外管21と内管22の熱伝導率が、熱対流による熱輸送を担う排ガスGの熱伝導率よりも高くなるように作製することが好ましい。高熱伝導部材としては、一例として熱伝導率が10(W/m・K)以上であり、かつ排熱源10であるエンジンの排熱温度に耐え得る金属、合金およびセラミックスなどの材料が好ましく、具体的にはステンレス鋼、アルミ合金、アルミニウム、銅、炭化珪素などが適用可能である。 When the heat transfer form is "heat conduction", as shown in FIG. 3B, the heat of the engine exhaust pipe 11 heated by the exhaust gas G of the exhaust heat source 10 on the high temperature side is the heat of the inner pipe 22 and the outer pipe 21. It is directly transmitted to the excess heat generating portion 40 on the low temperature side via the above. The engine exhaust pipe 11, the outer pipe 21 and the inner pipe 22 constituting the waste heat transport unit 20 are preferably manufactured by using a high heat conductive member having a relatively high thermal conductivity in consideration of heat transfer performance. In particular, it is preferable to make the outer tube 21 and the inner tube 22 which carry out heat transfer by heat conduction so that the heat conductivity is higher than the heat conductivity of the exhaust gas G which carries out heat transport by heat convection. As the high thermal conductive member, as an example, materials such as metals, alloys and ceramics having a thermal conductivity of 10 (W / m · K) or more and capable of withstanding the exhaust heat temperature of the engine which is the exhaust heat source 10 are preferable. Specifically, stainless steel, aluminum alloys, aluminum, copper, silicon carbide and the like can be applied.

また、「熱対流」の場合は、図3Cに示すように、排熱源10から排気された排ガスGを外管21および内管22に流通させることにより、排ガスGが外管21および内管22を対流して過剰熱発生部40に熱が直接的に伝達される。 Further, in the case of "heat convection", as shown in FIG. 3C, the exhaust gas G exhausted from the exhaust heat source 10 is circulated to the outer pipe 21 and the inner pipe 22, so that the exhaust gas G is distributed to the outer pipe 21 and the inner pipe 22. The heat is directly transferred to the excess heat generating portion 40 by convection.

図4に示すように、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1は、蓄熱部50を具備する構成としてよい。蓄熱部50は、排ガスGからの排熱を一時的に蓄熱し、過剰熱発生部40に対して直接的あるいは間接的に排熱の輸送が可能であるため、排熱輸送部20として機能させることもできる。 As shown in FIG. 4, the thermal energy generator 1 according to the present embodiment may be configured to include a heat storage unit 50. The heat storage unit 50 temporarily stores the waste heat from the exhaust gas G and can directly or indirectly transport the waste heat to the excess heat generation unit 40, so that the heat storage unit 50 functions as the exhaust heat transport unit 20. You can also do it.

蓄熱部50は、熱が蓄積可能な蓄熱材によって構成され、排熱輸送部20によって輸送された排熱源10からの排熱を蓄積して過剰熱発生部40に伝達させる。蓄熱部50は、図5に示すように、発熱部41に熱を伝達させるため、少なくとも一部が発熱部41を収納する収納部42の壁面と当接した状態で設けられている。これにより、蓄熱部50に蓄熱された熱は、熱伝導により収納部42を通じて発熱部41へと伝達される。また、蓄熱部50は、収納部42と近接した状態で設置されているため、熱伝導の他、少なからず熱放射および熱対流によって収納部42に熱を伝達させることが可能となる。なお、内管22の熱伝導率が、他の排熱輸送部20以外の部材(例えば蓄熱部50)の熱伝導率より高いと好ましい理由の一つとして、過剰熱発生部40(発熱部41、収納部42)で発生した過剰熱を速やかに、主に「熱伝導」によって触媒体100側に輸送できることが挙げられる。図1に示すように、蓄熱部50の熱伝導率と内管22の熱伝導率が仮に同じ程度だと、発生した過剰熱の一部が蓄熱部50の方に再蓄熱されてしまい、その分内管22を介して触媒体100を温めるために有効に活用し難くなる可能性が生じる。 The heat storage unit 50 is composed of a heat storage material capable of storing heat, and accumulates the exhaust heat from the exhaust heat source 10 transported by the exhaust heat transport unit 20 and transfers it to the excess heat generation unit 40. As shown in FIG. 5, the heat storage unit 50 is provided in a state where at least a part of the heat storage unit 50 is in contact with the wall surface of the storage unit 42 for accommodating the heat generation unit 41 in order to transfer heat to the heat generation unit 41. As a result, the heat stored in the heat storage unit 50 is transferred to the heat generation unit 41 through the storage unit 42 by heat conduction. Further, since the heat storage unit 50 is installed in a state close to the storage unit 42, it is possible to transfer heat to the storage unit 42 by heat radiation and heat convection in addition to heat conduction. One of the reasons why it is preferable that the thermal conductivity of the inner tube 22 is higher than the thermal conductivity of other members other than the exhaust heat transport section 20 (for example, the heat storage section 50) is the excess heat generating section 40 (heating section 41). , Excess heat generated in the storage unit 42) can be quickly transported to the catalyst body 100 side mainly by "heat conduction". As shown in FIG. 1, if the thermal conductivity of the heat storage section 50 and the thermal conductivity of the inner tube 22 are about the same, a part of the generated excess heat is re-stored in the heat storage section 50. There is a possibility that it will be difficult to effectively utilize the catalyst 100 for heating via the inner tube 22.

また、熱伝導性を向上さるため、蓄熱部50の筐体と収納部42の壁面との間に、図6に示すように上述した高熱伝導部材からなる介在層26として介在させるのが好ましい。さらに、蓄熱部50の筐体、収納部42の筐体などを高熱伝導部材によって構成すれば、伝熱効率の更なる向上が図れてより好ましい。 Further, in order to improve the thermal conductivity, it is preferable to intervene between the housing of the heat storage unit 50 and the wall surface of the storage unit 42 as an intervening layer 26 made of the above-mentioned high thermal conductive member as shown in FIG. Further, if the housing of the heat storage unit 50, the housing of the storage unit 42, and the like are made of a high heat conductive member, the heat transfer efficiency can be further improved, which is more preferable.

また、蓄熱部50は、排熱の一部を蓄熱して自然放射するが、構成材料によってその放射タイミングと放射量が制御可能であるため、排熱輸送部20としての機能に加えて、熱流量制御部30の機能も兼ね備えている。そのため、熱エネルギー発生装置1の構成として蓄熱部50を具備させた場合、別途、蓄熱部50の熱流量を制御するために熱流量制御部30を具備させない構成とすることもできる。 Further, the heat storage unit 50 stores a part of the waste heat and naturally radiates it, but since the radiation timing and the amount of radiation can be controlled by the constituent materials, in addition to the function as the waste heat transport unit 20, heat is generated. It also has the function of the flow control unit 30. Therefore, when the heat storage unit 50 is provided as the configuration of the heat energy generation device 1, the heat flow control unit 30 may not be separately provided in order to control the heat flow rate of the heat storage unit 50.

蓄熱部50を構成する蓄熱材は、蓄熱機能を有する周知の材料の中から蓄熱時間、熱放射量などの蓄熱・放熱性能を鑑みて適切なものを任意に選択すればよい。蓄熱材の一例を挙げると、潜熱蓄熱材としては無機塩水和物(チオ硫酸ソーダなど)、炭化水素(パラフィン、ナフタリンなど)、脂肪酸(ステアリン酸など)、脂肪酸エステル、脂肪族ケトン、脂肪族アルコール、脂肪族エーテル、包接水和物、および強相関電子系物質からなる群から少なくとも一種が適用可能であり、化学蓄熱材としてはアルミノケイ酸塩、フェニルホスホン酸化合物金属塩および芳香族カルボン酸化合物金属塩からなる群から少なくとも一種、含窒素芳香族カルボン酸の金属塩、シアヌル酸金属塩、脂肪族ポリカルボン酸金属塩などが適用可能である。 As the heat storage material constituting the heat storage unit 50, an appropriate material may be arbitrarily selected from among well-known materials having a heat storage function in consideration of heat storage / heat dissipation performance such as heat storage time and heat radiation amount. Examples of heat storage materials include inorganic salt hydrates (sodium thiosulfate, etc.), hydrocarbons (paraffin, naphthaline, etc.), fatty acids (stearic acid, etc.), fatty acid esters, aliphatic ketones, and aliphatic alcohols. , At least one of the group consisting of aliphatic ethers, inclusion hydrates, and strongly correlated electronic substances is applicable, and as chemical heat storage materials, aluminosilicates, phenylphosphonic acid compound metal salts, and aromatic carboxylic acid compounds are applicable. At least one of the group consisting of metal salts, such as a metal salt of a nitrogen-containing aromatic carboxylic acid, a cyanuric acid metal salt, and an aliphatic polycarboxylic acid metal salt can be applied.

また、蓄熱材は、コールドスタート時の触媒反応を活性化させるために利用する場合を考慮すると、融点が比較的高温(300~600℃程度)な溶融塩蓄熱材(アルカリ硝酸塩、フッ化物、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩、およびアルカリ塩化物など)が挙げられ、一例として特開2016-141760号公報に記載されるような蓄熱器(SiCハニカムユニットと、溶融塩であるNaNO、KNO、NaNO、CsNO、Ca(NOなどからなり、NaNOの含有量が50mol%以上である準カプセル溶融塩蓄熱材およびこれらを充填したもの蓄熱器)が適用可能である。 In addition, considering the case where the heat storage material is used to activate the catalytic reaction at the time of cold start, the molten salt heat storage material (alkali nitrate, fluoride, alkali) having a relatively high melting point (about 300 to 600 ° C.) is used. Examples thereof include hydroxides, alkaline carbonates, alkaline chlorides, etc.), and examples thereof include a heat storage device (SiC honeycomb unit and molten salts NaNO 3 , KNO 3 ) as described in JP-A-2016-141760. , NaNO 3 , CsNO 3 , Ca (NO 3 ) 2 , etc., and a quasi-capsule molten salt heat storage material having a NaNO 3 content of 50 mol% or more and a heat storage device filled with these can be applied.

なお、排熱輸送部20における伝熱形態は、上述した3つの形態から1つを選択または複数選択して適宜組み合わせることができる。また、排熱輸送部20の伝熱形態は、上述した形態に限定されず、排熱源10からの排熱が過剰熱発生部40まで輸送できる形態であればよい。 As the heat transfer form in the waste heat transport unit 20, one or a plurality of the above-mentioned three forms can be selected or combined as appropriate. Further, the heat transfer form of the exhaust heat transport unit 20 is not limited to the above-mentioned form, and any form may be used as long as the exhaust heat from the exhaust heat source 10 can be transported to the excess heat generation unit 40.

〈熱流量制御部〉
熱流量制御部30は、排熱輸送部20で輸送される排熱の伝熱形態に応じた熱流量の制御を行う。
<Heat flow control unit>
The heat flow control unit 30 controls the heat flow according to the heat transfer form of the waste heat transported by the waste heat transport unit 20.

熱流量制御部30は、一例として排熱源10と過剰熱発生部40との間で伝熱状態または断熱状態を切り替えることができる熱スイッチを採用してよい。熱スイッチは、例えば所定のエネルギー(電界、磁場、光など)を印加することにより熱伝導率が大きく変化する材料またはデバイス、同種または異種部材同士の接触/非接触状態を切り替えて熱伝導率を変化させるデバイスのような、熱の伝達(熱伝導:ON状態)または熱の遮断(熱伝導:OFF状態)の切り替えが可能な機能を備えていればよい。熱流量制御部30としてこれら熱スイッチを用いることにより、排熱源10から過剰熱発生部40に伝達される熱量を適切に制御することができる。 As an example, the heat flow control unit 30 may employ a heat switch capable of switching between a heat transfer state and a heat insulation state between the exhaust heat source 10 and the excess heat generation unit 40. The thermal switch switches the thermal conductivity by switching the contact / non-contact state between materials or devices, the same type or dissimilar members whose thermal conductivity changes significantly by applying a predetermined energy (electric field, magnetic field, light, etc.), for example. It suffices to have a function capable of switching between heat transfer (heat conduction: ON state) and heat cutoff (heat conduction: OFF state), such as a device for changing heat. By using these heat switches as the heat flow control unit 30, the amount of heat transferred from the exhaust heat source 10 to the excess heat generation unit 40 can be appropriately controlled.

以下、図7~図9を参照しながら、各伝熱形態における熱スイッチの構成例について説明する。各図において、点線矢印は、熱放射、熱伝導および熱対流において伝達される熱の移動を表している。 Hereinafter, a configuration example of the heat switch in each heat transfer mode will be described with reference to FIGS. 7 to 9. In each figure, the dotted arrows represent the transfer of heat in heat radiation, heat conduction and heat convection.

排熱輸送部20の伝熱形態が「熱放射」の場合、図7に示すように収納部42および蓄熱部50と外管21との間に設けられた第2空間23bに、外管21からの放射熱の伝達を遮蔽する遮蔽板24を設けた構成とする。遮蔽板24は、その設置状態(板面の向き、設置位置、設置数の増減など)が調整可能となっており、収納部42の周辺にある外管21からの輻射熱の、収納部42および蓄熱部50に吸収される熱量を制御する際に適宜調整させる。このように、遮蔽板24は、収納部42および蓄熱部50への熱放射に基づく熱流量が制御可能な熱スイッチとして機能することとなる。 When the heat transfer form of the exhaust heat transport section 20 is "heat radiation", the outer tube 21 is provided in the second space 23b provided between the storage section 42 and the heat storage section 50 and the outer tube 21 as shown in FIG. A shielding plate 24 is provided to shield the transmission of radiant heat from the surface. The installation state (direction of the plate surface, installation position, increase / decrease in the number of installations, etc.) of the shielding plate 24 can be adjusted, and the storage unit 42 and the storage unit 42 of the radiant heat from the outer pipe 21 around the storage unit 42 can be adjusted. It is appropriately adjusted when controlling the amount of heat absorbed by the heat storage unit 50. In this way, the shielding plate 24 functions as a heat switch in which the heat flow rate based on the heat radiation to the storage unit 42 and the heat storage unit 50 can be controlled.

排熱輸送部20の伝熱形態が「熱伝導」の場合、図8に示すように収納部42と内管22との間の少なくとも一部に間隙27を設け、温度昇降に伴って熱伝導率が可変する伝熱媒体28を間隙27に出し入れさせる構成とする。図8には、伝熱媒体28が間隙27に充填された状態が示されている。伝熱媒体28は、例えば熱を伝達する際に比較的高い熱伝導率となり、熱を遮断する際に比較的低い熱伝導率となる液体金属、または温度昇降に伴って膨張または収縮する固体金属を適用することができる。伝熱媒体28が間隙27内に存在するときは、内管22から収納部42に熱が伝達され易く、伝熱媒体28が間隙27内から排除されると、熱が伝達され難くなる。このように、間隙27および伝熱媒体28は、収納部42および蓄熱部50への熱伝導に基づく熱流量が制御可能な熱スイッチとして機能することとなる。なお、伝熱媒体28として適用可能な液体金属、固体金属は、上記のような熱流量制御が可能な機能を有する金属材料であれば、特に限定されない。 When the heat transfer form of the exhaust heat transport unit 20 is "heat transfer", a gap 27 is provided in at least a part between the storage unit 42 and the inner pipe 22 as shown in FIG. 8, and heat conduction occurs as the temperature rises and falls. The heat transfer medium 28 having a variable rate is moved in and out of the gap 27. FIG. 8 shows a state in which the heat transfer medium 28 is filled in the gap 27. The heat transfer medium 28 is, for example, a liquid metal having a relatively high thermal conductivity when transferring heat and a relatively low thermal conductivity when blocking heat, or a solid metal which expands or contracts as the temperature rises or falls. Can be applied. When the heat transfer medium 28 is present in the gap 27, heat is easily transferred from the inner tube 22 to the storage portion 42, and when the heat transfer medium 28 is removed from the gap 27, it becomes difficult to transfer heat. In this way, the gap 27 and the heat transfer medium 28 function as a heat switch in which the heat flow rate based on heat conduction to the storage unit 42 and the heat storage unit 50 can be controlled. The liquid metal and solid metal applicable as the heat transfer medium 28 are not particularly limited as long as they are metal materials having the above-mentioned function of controlling the heat flow rate.

排熱輸送部20の伝熱形態が「熱対流」の場合、図9に示すように収納部42および蓄熱部50と、外管21との間に設けられた第2空間23b内に、排熱源10の排熱(図中の点線矢印)を輸送する排ガスGの流入量を制御するための遮熱板25を設けた構成とする。遮熱板25は、外管21の軸方向に対する揺動角度が調整可能な板状部材で構成される。遮熱板25は、第2空間23b内への排ガスGの流入量を調整する際に、その揺動角度が制御されると、収納部42および蓄熱部50に伝達される熱流量が制御可能となる。よって、遮熱板25の揺動角度を調整して第2空間23bが開放されると、触媒体100を通過した排ガスGが外管21の管内空間23に流入して収納部42および蓄熱部50に排熱が伝達され、第2空間23bを閉塞すると、触媒体100を通過した排ガスGが第2空間23bに流入せず、収納部42および蓄熱部50に排熱が伝達されない。また、遮熱板25によって第2空間23bを閉塞状態とすると、蓄熱部50に蓄熱された熱の第2空間23bからの熱放射が防止され、排熱源10の駆動が停止している間においても、第2空間23bは高温の状態が長時間維持される。このように、遮熱板25は、収納部42および蓄熱部50への熱対流に基づく熱流量が制御可能な熱スイッチとして機能することとなる。 When the heat transfer form of the exhaust heat transport unit 20 is "heat convection", as shown in FIG. 9, the exhaust heat is exhausted in the second space 23b provided between the storage unit 42 and the heat storage unit 50 and the outer pipe 21. A heat shield plate 25 for controlling the inflow amount of the exhaust gas G that transports the exhaust heat (dotted arrow in the figure) of the heat source 10 is provided. The heat shield plate 25 is composed of a plate-shaped member whose swing angle with respect to the axial direction of the outer pipe 21 can be adjusted. When the swing angle of the heat shield plate 25 is controlled when adjusting the inflow amount of the exhaust gas G into the second space 23b, the heat flow rate transmitted to the storage unit 42 and the heat storage unit 50 can be controlled. It becomes. Therefore, when the second space 23b is opened by adjusting the swing angle of the heat shield plate 25, the exhaust gas G that has passed through the catalyst body 100 flows into the inner space 23 of the outer pipe 21 and the storage portion 42 and the heat storage portion. When the exhaust heat is transmitted to the 50 and the second space 23b is closed, the exhaust gas G that has passed through the catalyst body 100 does not flow into the second space 23b, and the exhaust heat is not transmitted to the storage unit 42 and the heat storage unit 50. Further, when the second space 23b is closed by the heat shield plate 25, heat radiation from the second space 23b of the heat stored in the heat storage unit 50 is prevented, and the drive of the exhaust heat source 10 is stopped. However, the second space 23b is maintained in a high temperature state for a long time. In this way, the heat shield plate 25 functions as a heat switch in which the heat flow rate based on heat convection to the storage unit 42 and the heat storage unit 50 can be controlled.

なお、熱スイッチとしては、上記構成の他、例えば「Thermal diodes, regulators, and switches: Physical mechanisms and potential applications, Geoff Wehmeyer, Tomohide Yabuki, Christian Monachon, Junqiao Wu, and Chris Dames Applied Physics Reviews 4, 041304 (2017)」に開示されるようなものの中から適宜選択して使用することもできる。 Incidentally, as a thermal switch, in addition to the above configuration, for example, "Thermal diodes, regulators, and switches: Physical mechanisms and potential applications, Geoff Wehmeyer, Tomohide Yabuki, Christian Monachon, Junqiao Wu, and Chris Dames Applied Physics Reviews 4, 041304 ( It is also possible to appropriately select and use from those disclosed in "2017)".

また、蓄熱部50は、排熱の一部を蓄熱し放射することが可能なため、熱流量制御部30としての機能を備えているが、上記のような熱スイッチを組み合わせた構成とすれば、蓄熱部50に蓄熱された熱の流出量(および流入(蓄熱)量)を高精度に制御することもできる。 Further, since the heat storage unit 50 can store and radiate a part of the exhaust heat, it has a function as a heat flow control unit 30, but if the configuration is combined with the heat switch as described above, the heat storage unit 50 has a function. It is also possible to control the outflow amount (and the inflow (heat storage) amount) of the heat stored in the heat storage unit 50 with high accuracy.

〈過剰熱発生部〉
過剰熱発生部40は、図10に示すように、発熱部41と、収納部42と、給排気量制御部43と、ガス供給部44を備えている。過剰熱発生部40は、収納部42に収納される発熱部41の発熱により得られた過剰熱を供給先に供給する。
<Excessive heat generator>
As shown in FIG. 10, the excess heat generation unit 40 includes a heat generation unit 41, a storage unit 42, a supply / exhaust amount control unit 43, and a gas supply unit 44. The excess heat generation unit 40 supplies the excess heat obtained by the heat generated by the heat generation unit 41 stored in the storage unit 42 to the supply destination.

発熱部41は、加熱と所定の反応ガス(水素ガス)との化学反応をきっかけとして過剰熱を発生する。発熱部41は、図10に示すように、収納部42に収納され、固定用の基板45上に発熱材料46が固定されてなる。 The heat generating unit 41 generates excess heat triggered by a chemical reaction between heating and a predetermined reaction gas (hydrogen gas). As shown in FIG. 10, the heat generating unit 41 is housed in the storage unit 42, and the heat generating material 46 is fixed on the fixing substrate 45.

発熱部41は、一例として水素ガスの存在下で水素を吸蔵して水素化物合金または水素固溶体となり、その後加熱されて、この水素化物合金または水素固溶体の相転移の繰り返し(すなわち、水素吸蔵・脱蔵の繰り返し)により過剰発熱する、水素吸蔵機能を有する金属材料を発熱材料46として用いた構成としてよい。また、この金属材料は、水素吸蔵機能を十分に発揮させるため、前処理として真空脱気および加熱離脱をして金属表面からの不純物を取り除いておくことが好ましい。 As an example, the heat generating portion 41 occludes hydrogen in the presence of hydrogen gas to form a hydride alloy or a hydrogen solid solution, and then is heated to repeat the phase transition of the hydride alloy or the hydrogen solid solution (that is, hydrogen storage / desorption). A metal material having a hydrogen storage function, which generates excessive heat due to repeated storage), may be used as the heat generating material 46. Further, in order to fully exert the hydrogen storage function of this metal material, it is preferable to remove impurities from the metal surface by vacuum degassing and heat removal as a pretreatment.

ここで、発熱材料46として適用可能な水素吸蔵機能を有する金属材料について詳述する。発熱材料46となる金属材料(合金47)は、230℃以上の融点を有する第1の金属47aと、第1の金属47aよりも高い融点を有する第2の金属47bとを含み、この際、第1の金属47aまたは第2の金属47bの少なくとも一方が、第2の金属47bの融点未満の温度で銀よりも大きい水素溶解度を有し、かつ第1の金属47aまたは第2の金属47bの少なくとも一方の水素化物が、CaHの標準生成エンタルピー以上の標準生成エンタルピーを有し、第2の金属47bの融点未満の温度において、第1の金属47aおよび第2の金属47bが水素ガスと接触することにより発熱する。この発熱材料46を発熱部41として採用することにより、高温での使用時における水素吸蔵性能や発熱量の低下を招くことなく、供給先となる触媒体100を加熱するために十分な過剰熱を安定的に得ることができる。 Here, a metal material having a hydrogen storage function applicable as the heat generating material 46 will be described in detail. The metal material (alloy 47) to be the heat generating material 46 includes a first metal 47a having a melting point of 230 ° C. or higher and a second metal 47b having a melting point higher than that of the first metal 47a. At least one of the first metal 47a or the second metal 47b has a higher hydrogen solubility than silver at a temperature below the melting point of the second metal 47b, and of the first metal 47a or the second metal 47b. At least one hydride has a standard production enthalpy equal to or higher than the standard production enthalpy of CaH 2 , and at a temperature below the melting point of the second metal 47b, the first metal 47a and the second metal 47b come into contact with hydrogen gas. It generates heat by doing so. By adopting this heat generating material 46 as the heat generating portion 41, sufficient excess heat is generated to heat the catalyst body 100 to be supplied without causing deterioration of hydrogen storage performance and heat generation amount when used at high temperature. It can be obtained stably.

図11は、発熱材料46を模式的に表す断面図である。図11に示す発熱材料46は、第1の金属47aであるアルミニウム(Al)(融点:660.3℃)と、第2の金属47bであるニッケル(Ni)(融点:1455℃)との合金47を含んでおり、組成比の異なる複数の相を有している。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the heat generating material 46. The heat generating material 46 shown in FIG. 11 is an alloy of aluminum (Al) (melting point: 660.3 ° C.), which is the first metal 47a, and nickel (Ni) (melting point: 1455 ° C.), which is the second metal 47b. It contains 47 and has a plurality of phases having different composition ratios.

図12には、発熱材料46に含まれる合金47の微細構造を、走査電子顕微鏡付属の元素分析装置、SEM-EDXを用いて分析した結果を示す顕微鏡写真(倍率:500倍)である。図12に示すように、合金47は組成比の異なる複数の相を有している。具体的に、図12に示す顕微鏡写真においては、薄灰色を示す相と濃灰色を示す相との2つの相が存在していることがわかる。ここで、図12の左に示すグラフは、図12に示す顕微鏡写真における薄灰色の相の元素組成を分析した結果を示すものであり、この結果から、薄灰色の相はAl:Ni=61原子%:39原子%(Al:Ni=3.12:2(原子比))の組成を有していることがわかる。一方、図12の右に示すグラフは、図12に示す顕微鏡写真における濃灰色の相の元素組成を分析した結果を示すものであり、この結果から、濃灰色の相はAl:Ni=76原子%:24原子%(Al:Ni=3.16:1(原子比))の組成を有していることがわかる。 FIG. 12 is a photomicrograph (magnification: 500 times) showing the results of analysis of the fine structure of the alloy 47 contained in the heat generating material 46 using an elemental analyzer attached to a scanning electron microscope, SEM-EDX. As shown in FIG. 12, the alloy 47 has a plurality of phases having different composition ratios. Specifically, in the micrograph shown in FIG. 12, it can be seen that there are two phases, a phase showing light gray and a phase showing dark gray. Here, the graph shown on the left of FIG. 12 shows the result of analyzing the elemental composition of the light gray phase in the micrograph shown in FIG. 12, and from this result, the light gray phase is Al: Ni = 61. It can be seen that it has a composition of atomic%: 39 atomic% (Al: Ni = 3.12: 2 (atomic ratio)). On the other hand, the graph shown on the right of FIG. 12 shows the result of analyzing the elemental composition of the dark gray phase in the micrograph shown in FIG. 12, and from this result, the dark gray phase has Al: Ni = 76 atoms. It can be seen that it has a composition of%: 24 atomic% (Al: Ni = 3.16: 1 (atomic ratio)).

ここで、発熱材料46は、少なくとも2種の金属を含み、発熱材料46に含まれる金属のうち、より低い融点を有するものを「第1の金属47a」と称し、より高い融点を有するものを「第2の金属47b」と称している。なお、第1の金属47aの融点は230℃以上であることが必須である。また、発熱材料46に含まれる第1の金属47aおよび第2の金属47bのうち、少なくとも一方は、第2の金属47bの融点未満の温度で銀よりも大きい水素溶解度を有するものである。このような構成とすることによって、本形態に係る発熱材料46が大量の発熱を生じる際に起こる水素化物合金または水素固溶体の相転移の繰り返しのための水素の吸蔵が十分に行われる。これに対し、第1の金属47aおよび第2の金属47bの水素溶解度がともに銀の水素溶解度以下であると、材料が十分な量の水素を吸蔵することができず、発熱材料46として用いることができない。そのため、好ましくは、第1の金属47aおよび第2の金属47bの双方が、上記温度で銀よりも大きい水素溶解度を有するものである。なお、ある金属に対する水素溶解度の値は、実験的に求めた値であってもよいし、コンピューターシミュレーションを用いた計算により求めた値であってもよい。 Here, the heat-generating material 46 contains at least two kinds of metals, and among the metals contained in the heat-generating material 46, those having a lower melting point are referred to as "first metal 47a", and those having a higher melting point are referred to. It is called "second metal 47b". It is essential that the melting point of the first metal 47a is 230 ° C. or higher. Further, at least one of the first metal 47a and the second metal 47b contained in the heat generating material 46 has a hydrogen solubility higher than that of silver at a temperature lower than the melting point of the second metal 47b. With such a configuration, hydrogen storage for repeating the phase transition of the hydride alloy or the hydrogen solid solution that occurs when the heat generating material 46 according to the present embodiment generates a large amount of heat is sufficiently performed. On the other hand, if the hydrogen solubility of both the first metal 47a and the second metal 47b is less than or equal to the hydrogen solubility of silver, the material cannot occlude a sufficient amount of hydrogen and is used as the heat generating material 46. I can't. Therefore, preferably, both the first metal 47a and the second metal 47b have a higher hydrogen solubility than silver at the above temperature. The value of hydrogen solubility in a certain metal may be a value obtained experimentally or a value obtained by calculation using a computer simulation.

さらに、第1の金属47aまたは第2の金属47bの少なくとも一方の水素化物は、CaHの標準生成エンタルピー(-186.2kJ/mol)以上の標準生成エンタルピーを有するものである。このような構成とすることによって、発熱材料46が大量の発熱を生じる際に起こる水素化物合金または水素固溶体の相転移の繰り返しのための水素の脱蔵が十分に行われる。これに対し、第1の金属47aおよび第2の金属47bのそれぞれの水素化物の標準生成エンタルピーがCaHの標準生成エンタルピーよりも大きいと、水素を吸蔵することにより生成する水素化物がエネルギー的に極めて安定な状態となってしまい、当該水素化物からの水素の脱蔵が十分に行われず、やはり発熱材料46として用いることはできない。なお、ある金属の水素化物の標準生成エンタルピーの値もまた、実験的に求めた値であってもよいし、コンピューターシミュレーションを用いた計算により求めた値であってもよい。 Further, at least one hydride of the first metal 47a or the second metal 47b has a standard enthalpy of formation of CaH 2 or more (-186.2 kJ / mol) or higher. With such a configuration, hydrogen is sufficiently stored for repeated phase transitions of the hydride alloy or the hydrogen solid solution that occur when the heat generating material 46 generates a large amount of heat. On the other hand, when the standard production enthalpy of each of the hydrides of the first metal 47a and the second metal 47b is larger than the standard production enthalpy of CaH 2 , the hydride produced by occluding hydrogen is energetically. It becomes an extremely stable state, hydrogen is not sufficiently occluded from the hydride, and it cannot be used as a heat generating material 46. The value of the standard enthalpy of formation of a hydride of a certain metal may also be a value obtained experimentally or a value obtained by calculation using a computer simulation.

これらの「第1の金属47a」および「第2の金属47b」の規定を満足する金属が少なくとも含まれている場合には、本形態に係る発熱材料46の技術的範囲に包含されるものとする。つまり、3つ以上の金属が含まれていても、そのうちの任意の2つの金属が上記の規定を満足する場合には本発明の範囲内である。また、これらの金属の含有形態についても特に制限はない。ただし、上述した実施形態のように、第1の金属47aと第2の金属47bとが、組成比の異なる複数の相を有する合金47の状態で存在していることが好ましい。 When at least a metal satisfying the provisions of these "first metal 47a" and "second metal 47b" is contained, it is included in the technical scope of the heat generating material 46 according to this embodiment. do. That is, even if three or more metals are contained, it is within the scope of the present invention if any two metals satisfy the above-mentioned provisions. Further, there is no particular limitation on the content form of these metals. However, as in the above-described embodiment, it is preferable that the first metal 47a and the second metal 47b exist in the state of an alloy 47 having a plurality of phases having different composition ratios.

第1の金属47aおよび第2の金属47bの具体的な種類について特に制限はなく、上記の規定を満足し得る組み合わせから任意に選択可能である。そして、ある金属が「第1の金属47a」に該当するか「第2の金属47b」に該当するかは、組み合わされる他の金属との関係で決定される相対的なものである。このため、これらの金属の組み合わせによっては、ある金属が「第1の金属47a」に該当する場合と、「第2の金属47b」に該当する場合の双方の可能性が存在する。一例としては、第1の金属47aとして、アルミニウム(Al)、スズ(Sn)、鉛(Pb)が挙げられる。また、第2の金属47bとして、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、カルシウム(Ca)が挙げられる。これらの金属を用いると、発熱量の大きい発熱材料46を構成することが可能であるため、好ましい。また、加熱温度が比較的低い場合であっても発熱材料46として機能し得るという観点からは、融点が比較的低いスズ(Sn)を第1の金属47aとして用いることが好ましい。また、発熱量が大きいという観点からは、アルミニウム(Al)を第1の金属47aとして用いることも好ましい。さらに、「第1の金属47a-第2の金属47b」の組み合わせとしては、ニッケル-ジルコニウム、アルミニウム-ニッケル、アルミニウム-チタン、アルミニウム-マンガン、アルミニウム-亜鉛、スズ-チタン、アルミニウム-カルシウムなどが挙げられる。しかしながら、特に発熱量の大きい発熱材料46を構成することが可能であるという観点からは、アルミニウム-ニッケル、アルミニウム-チタン、スズ-チタンの組み合わせが好ましく、アルミニウム-ニッケル、スズ-チタンの組み合わせがより好ましく、アルミニウム-ニッケルの組み合わせが特に好ましい。なお、これら以外の金属、およびこれら以外の組み合わせが用いられてもよいことは言及するまでもない。 The specific types of the first metal 47a and the second metal 47b are not particularly limited, and can be arbitrarily selected from combinations that can satisfy the above-mentioned regulations. Whether a certain metal corresponds to the "first metal 47a" or the "second metal 47b" is a relative one determined by the relationship with other metals to be combined. Therefore, depending on the combination of these metals, there is a possibility that a certain metal corresponds to the "first metal 47a" and the case corresponds to the "second metal 47b". As an example, examples of the first metal 47a include aluminum (Al), tin (Sn), and lead (Pb). Examples of the second metal 47b include nickel (Ni), titanium (Ti), zirconium (Zr), manganese (Mn), zinc (Zn), vanadium (V), and calcium (Ca). It is preferable to use these metals because it is possible to form a heat generating material 46 having a large calorific value. Further, from the viewpoint that tin (Sn) having a relatively low melting point can function as the heat generating material 46 even when the heating temperature is relatively low, it is preferable to use tin (Sn) having a relatively low melting point as the first metal 47a. Further, from the viewpoint of large calorific value, it is also preferable to use aluminum (Al) as the first metal 47a. Further, examples of the combination of "first metal 47a-second metal 47b" include nickel-zirconium, aluminum-nickel, aluminum-titanium, aluminum-manganese, aluminum-zinc, tin-titanium, aluminum-calcium and the like. Be done. However, from the viewpoint that it is possible to form the heat generating material 46 having a particularly large calorific value, the combination of aluminum-nickel, aluminum-titanium, and tin-titanium is preferable, and the combination of aluminum-nickel and tin-titanium is more preferable. The aluminum-nickel combination is preferred, and the aluminum-nickel combination is particularly preferred. Needless to say, metals other than these and combinations other than these may be used.

また、発熱材料46は、図13に示すように、無機多孔質体からなる外殻体48の内部に位置するものであってもよい。図13に示すように、金属(アルミニウム(Al)47aおよびニッケル(Ni)47b)は、合金47の状態で無機多孔質体である金属酸化物(シリカ(SiO))からなる外殻体48の内部に位置している。 Further, as shown in FIG. 13, the heat generating material 46 may be located inside the outer shell body 48 made of an inorganic porous body. As shown in FIG. 13, the metal (aluminum (Al) 47a and nickel (Ni) 47b) is an outer shell body 48 made of a metal oxide (silica (SiO 2 )) which is an inorganic porous body in the state of the alloy 47. It is located inside.

さらに、発熱材料46は、第2の金属47bの融点未満の温度に加熱されて用いられる。このため、外殻体48の構成材料はシリカに限定されず、水素ガス(H)雰囲気下、上記温度において化学的に安定であり、かつ、水素ガス(H)を透過する多孔質体であればよい。このような外殻体48の構成材料としては、入手や製造の容易性の観点から、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゼオライト等の金属酸化物が好ましく、なかでもシリカまたはジルコニアが好ましい。また、活性炭などの多孔質炭素材料、多孔質炭化ケイ素・窒化ケイ素、多孔性金属、多孔性金属錯体(MOF)なども外殻体48を構成する無機多孔質体として用いられ得る。 Further, the heat generating material 46 is used by being heated to a temperature lower than the melting point of the second metal 47b. Therefore, the constituent material of the outer shell 48 is not limited to silica, and is a porous body that is chemically stable at the above temperature under a hydrogen gas (H 2 ) atmosphere and that allows hydrogen gas (H 2 ) to permeate. It should be. As the constituent material of such an outer shell 48, metal oxides such as silica, alumina, ceria, zirconia, titania, and zeolite are preferable, and silica or zirconia is particularly preferable, from the viewpoint of easy availability and production. Further, a porous carbon material such as activated carbon, a porous silicon carbide / silicon nitride, a porous metal, a porous metal complex (MOF) and the like can also be used as an inorganic porous body constituting the outer shell 48.

図13に示すように、第1の金属47aおよび第2の金属47bが無機多孔質体からなる外殻体48の内部に位置していることにより、発熱材料46の取扱いが容易となるという利点がある。また、発熱材料46の使用温度(第2の金属47bの融点未満の温度)において第1の金属47aは溶融することが好ましい(ただし、第1の金属47aが溶融していなくとも発熱反応を進行させることが可能であることもある)。ここで、発熱材料46の使用温度において第1の金属47aが溶融する場合には、外殻体48が存在すれば、溶融した第1の金属47aが流動して発熱材料46の形状が保持できなくなることを防止することができる。このように発熱材料46の形状が保持されれば、当該発熱材料46を再利用する際にも取扱いが簡便であるという利点もある。なお、外殻体48の存在は必須ではない。すなわち、図11に示すように、第1の金属47a(例えば、アルミニウム(Al))と、第2の金属47b(例えば、ニッケル(Ni))との混合物、固溶体または合金47から、発熱材料46が構成されていてもよい。 As shown in FIG. 13, since the first metal 47a and the second metal 47b are located inside the outer shell body 48 made of the inorganic porous body, there is an advantage that the heat generating material 46 can be easily handled. There is. Further, it is preferable that the first metal 47a melts at the operating temperature of the heat generating material 46 (the temperature below the melting point of the second metal 47b) (however, the exothermic reaction proceeds even if the first metal 47a is not melted). It may be possible to make it). Here, when the first metal 47a melts at the operating temperature of the heat generating material 46, if the outer shell 48 is present, the melted first metal 47a flows and the shape of the heat generating material 46 can be maintained. It can be prevented from disappearing. If the shape of the heat-generating material 46 is maintained in this way, there is an advantage that the heat-generating material 46 is easy to handle even when it is reused. The presence of the outer shell 48 is not essential. That is, as shown in FIG. 11, from the mixture, solid solution or alloy 47 of the first metal 47a (for example, aluminum (Al)) and the second metal 47b (for example, nickel (Ni)), the heat generating material 46 May be configured.

収納部42は、発熱部41を収納して発熱部41に熱を伝達させる箱状の筐体であり、内管22と熱伝達可能に設置されている。収納部42の筐体の少なくとも一部は、蓄熱部50の筐体の一部とも当接しており、蓄熱部50から放射された熱が収納部42へと伝達される。そのため、熱伝導性を考慮すると、収納部42における蓄熱部50と当接している部分は、上述したような高熱伝導部材で構成されるのが好ましい。また、図6に示すように、収納部42と蓄熱部50との間に高熱伝導部材による介在層26を設けた構成としてもよい。 The storage unit 42 is a box-shaped housing that stores the heat generation unit 41 and transfers heat to the heat generation unit 41, and is installed so as to be able to transfer heat to the inner pipe 22. At least a part of the housing of the storage unit 42 is also in contact with a part of the housing of the heat storage unit 50, and the heat radiated from the heat storage unit 50 is transferred to the storage unit 42. Therefore, in consideration of thermal conductivity, it is preferable that the portion of the accommodating portion 42 in contact with the heat storage portion 50 is composed of the high thermal conductive member as described above. Further, as shown in FIG. 6, an intervening layer 26 made of a high heat conductive member may be provided between the storage portion 42 and the heat storage portion 50.

収納部42の内部には、発熱材料46に反応ガス(水素ガス)を供給させるためのガス流路49が設けられている。このガス流路49の一方(上流側)には、水素ガスの給気量を制御するための給気量調整部43aが接続され、他方(下流側)には、収納部42内に給気された水素ガスの排気量を制御するための排気量調整部43bが接続されている。 Inside the accommodating portion 42, a gas flow path 49 for supplying the reaction gas (hydrogen gas) to the heat generating material 46 is provided. An air supply amount adjusting unit 43a for controlling the amount of hydrogen gas supplied is connected to one (upstream side) of the gas flow path 49, and an air supply unit 42 is connected to the other (downstream side). A displacement adjusting unit 43b for controlling the displacement of the hydrogen gas is connected.

収納部42は、発熱部41で発生された過剰熱を、内管22を介して触媒体100に供給する。収納部42による触媒体100への伝熱形態は、内管22を介する熱伝導が大部分を占めるが、熱放射または熱対流によっても熱が伝達され得る。 The storage unit 42 supplies the excess heat generated by the heat generating unit 41 to the catalyst body 100 via the inner pipe 22. The heat transfer form to the catalyst body 100 by the accommodating portion 42 is dominated by heat conduction through the inner tube 22, but heat can also be transferred by heat radiation or heat convection.

給排気量制御部43は、給気量調整部43aと、排気量調整部43bと、流量制御部43cを備えている。給排気量制御部43は、例えば排熱源10となるエンジンのコールドスタート時において、過剰熱を発生する際に必要な水素ガスの給気量および排気量を制御する。 The supply / exhaust amount control unit 43 includes a supply air amount adjustment unit 43a, an exhaust amount adjustment unit 43b, and a flow rate control unit 43c. The supply / exhaust amount control unit 43 controls the supply / exhaust amount and the exhaust amount of hydrogen gas required for generating excess heat, for example, at the time of cold start of the engine serving as the exhaust heat source 10.

給排気量制御部43は、過剰熱の発生に際し、発熱部41に必要量の水素ガスが供給されればよいため、少なくとも給気量調整部43aと流量制御部43cを備えた構成としてよい。しかしながら、発熱部41における発熱効率の向上を図る観点においては、収納部42内の水素ガスの圧力調整(昇圧または減圧)が行えるように排気量調整部43bを具備させ、収納部42に対する水素ガスの給気および排気の両方を制御可能とした構成とするのが好ましい。 Since the supply / exhaust amount control unit 43 only needs to supply a required amount of hydrogen gas to the heat generation unit 41 when excess heat is generated, the supply / exhaust amount control unit 43 may be configured to include at least the supply air amount adjustment unit 43a and the flow rate control unit 43c. However, from the viewpoint of improving the heat generation efficiency of the heat generating unit 41, the exhaust gas adjusting unit 43b is provided so that the pressure of the hydrogen gas in the storage unit 42 can be adjusted (pressurized or depressurized), and the hydrogen gas for the storage unit 42 is provided. It is preferable to have a configuration in which both supply and exhaust of the air can be controlled.

給気量調整部43aは、図10に示すように収納部42のガス流路49の上流側に接続されて、ガス流路49に対する弁体の状態(位置、向きなど)を調整して収納部42に給気される水素ガスの量を制御するためのバルブである。給気量調整部43aは、流量制御部43cによって適切な給気量となるように弁体の状態が制御される。なお、給気量調整部43aは、バルブに限らず、収納部42に対する反応ガスの給気量が調整可能な構成(例えば送出ポンプ)であればよい。 As shown in FIG. 10, the air supply amount adjusting unit 43a is connected to the upstream side of the gas flow path 49 of the storage unit 42, adjusts the state (position, orientation, etc.) of the valve body with respect to the gas flow path 49 and stores the valve body. It is a valve for controlling the amount of hydrogen gas supplied to the unit 42. The state of the valve body of the air supply amount adjusting unit 43a is controlled by the flow rate control unit 43c so that the air supply amount is appropriate. The air supply amount adjusting unit 43a is not limited to the valve, and may have a configuration (for example, a delivery pump) in which the air supply amount of the reaction gas to the storage unit 42 can be adjusted.

排気量調整部43bは、図10に示すように収納部42のガス流路49の下流側に接続されて、ガス流路49に対する弁体の状態(位置、向きなど)を調整して収納部42から排気される水素ガスの量を制御するためのバルブである。排気量調整部43bは、流量制御部43cによって適切な排気量となるように弁体の状態が制御される。なお、排気量調整部43bは、バルブに限らず、収納部42に対する反応ガスの排気量が調整可能な構成(例えば吸引ポンプ)であればよい。 As shown in FIG. 10, the exhaust gas amount adjusting unit 43b is connected to the downstream side of the gas flow path 49 of the storage unit 42, and adjusts the state (position, orientation, etc.) of the valve body with respect to the gas flow path 49 to adjust the storage unit. It is a valve for controlling the amount of hydrogen gas exhausted from 42. In the displacement adjusting unit 43b, the state of the valve body is controlled by the flow rate control unit 43c so that the displacement is appropriate. The displacement adjusting unit 43b is not limited to the valve, and may have a configuration (for example, a suction pump) in which the displacement of the reaction gas to the storage unit 42 can be adjusted.

流量制御部43cは、給気量調整部43aおよび排気量調整部43bを制御して、収納部42に給気される水素ガスの給気量、および収納部42から排気される水素ガスの排気量を制御する。流量制御部43cによる給排気量の制御は、発熱部41による過剰熱の発生タイミング、過剰熱の発生量、過剰熱の発生期間などを鑑みて、制御対象に対して所定の制御が実行される。 The flow rate control unit 43c controls the supply air amount adjusting unit 43a and the exhaust amount adjusting unit 43b to supply the amount of hydrogen gas supplied to the storage unit 42 and exhaust the hydrogen gas exhausted from the storage unit 42. Control the amount. In the control of the supply / exhaust amount by the flow rate control unit 43c, predetermined control is executed for the control target in consideration of the timing of generation of excess heat by the heat generation unit 41, the amount of excess heat generated, the period of generation of excess heat, and the like. ..

ガス供給部44は、発熱部41による過剰熱を発生させるために必要な反応ガスの供給源である。ガス供給部44は、一例として発熱部41を構成する発熱材料46の水素吸蔵機能による過剰熱を得るため、反応ガスとして水素ガスを供給する。ガス供給部44は、水素ガスを供給する任意の装置、例えば水素ガスを保持しているタンク、水素ガスを外部から得て発熱材料46に供給するためのポンプおよび配管などのガス供給システムで構成されてよい。 The gas supply unit 44 is a supply source of the reaction gas required to generate excess heat by the heat generation unit 41. As an example, the gas supply unit 44 supplies hydrogen gas as a reaction gas in order to obtain excess heat due to the hydrogen storage function of the heat generating material 46 constituting the heat generating unit 41. The gas supply unit 44 includes an arbitrary device for supplying hydrogen gas, for example, a tank holding hydrogen gas, a gas supply system such as a pump and piping for obtaining hydrogen gas from the outside and supplying it to the heat generating material 46. May be done.

また、水素ガスは、水素ガスの状態でタンクに保持されていてもよいし、例えばメタノールやバイオマスの改質によって随時生成されるガスであってもよい。 Further, the hydrogen gas may be held in the tank in the state of hydrogen gas, or may be a gas generated at any time by, for example, reforming of methanol or biomass.

さらに、ガス供給部44から供給される反応ガスは、発熱部41を構成する発熱材料46との化学反応により過剰熱を発生し得るガスであればよく、発熱材料46の構成によって水素ガス以外の他種のガスを適宜選択することができる。 Further, the reaction gas supplied from the gas supply unit 44 may be any gas that can generate excess heat by a chemical reaction with the heat generating material 46 constituting the heat generating unit 41, and is other than hydrogen gas depending on the configuration of the heat generating material 46. Other types of gas can be appropriately selected.

加熱部60は、エンジン排気管11の管路内に設置されて排熱源10であるエンジンからの排ガスGを所定温度まで昇温させるための補助的な加熱源である。 The heating unit 60 is an auxiliary heating source installed in the pipeline of the engine exhaust pipe 11 for raising the temperature of the exhaust gas G from the engine, which is the exhaust heat source 10, to a predetermined temperature.

加熱部60は、例えばエンジンのコールドスタートの際に暖機前のエンジンから排気された排ガスGを加熱するために使用されるが、後述するように蓄熱部50に蓄積された熱を利用して、過剰熱発生部40で過剰熱を発生し、この熱によって触媒体100を温めることができるので、加熱部60の消費電力は、非常に限られたものとなり、過剰熱発生システム全体におけるエネルギー効率への影響は略無いに等しい。 The heating unit 60 is used, for example, to heat the exhaust gas G exhausted from the engine before warming up at the time of cold start of the engine, and the heat accumulated in the heat storage unit 50 is used as described later. Since the excess heat generation unit 40 generates excess heat and the catalyst body 100 can be heated by this heat, the power consumption of the heating unit 60 is very limited, and the energy efficiency of the entire excess heat generation system is high. The effect on is almost nonexistent.

[動作]
次に、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1の動作について説明する。ここでは、蓄熱部50蓄積した熱を利用したエンジン起動時(コールドスタート時)における動作例を示す。なお、以下に説明する動作については、例示的な順序を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。
[motion]
Next, the operation of the thermal energy generator 1 according to the present embodiment will be described. Here, an operation example at the time of starting the engine (at the time of cold start) using the heat stored in the heat storage unit 50 is shown. It should be noted that the operations described below are presented in an exemplary order and are not limited to the specific order presented.

車両運転時において、排熱源10であるエンジンは通常駆動しており、エンジンからの排ガスGは、エンジン排気管11を通じて内管22および外管21に流通される。この際、熱流量制御部30として機能する遮熱板25は、第2空間23bに排ガスGが流入されるように角度調整されて第2空間23bが開放状態とする。これにより、排ガスGによって輸送された排熱は、収納部42および蓄熱部50に直接的に伝達され、蓄熱部50に徐々に排熱が蓄積される。 During vehicle operation, the engine, which is the exhaust heat source 10, is normally driven, and the exhaust gas G from the engine is circulated to the inner pipe 22 and the outer pipe 21 through the engine exhaust pipe 11. At this time, the angle of the heat shield plate 25 that functions as the heat flow control unit 30 is adjusted so that the exhaust gas G flows into the second space 23b, and the second space 23b is opened. As a result, the waste heat transported by the exhaust gas G is directly transmitted to the storage unit 42 and the heat storage unit 50, and the exhaust heat is gradually accumulated in the heat storage unit 50.

また、車両運転中は、エンジンが暖機されて排ガスGの温度が十分高いため、触媒体100への過剰熱の供給は行われない。そのため、ガス供給部44から収納部42への水素ガスの供給は行われず、過剰熱発生部40は非活性状態(過剰熱が発生されていない状態)となる。 Further, during vehicle operation, the engine is warmed up and the temperature of the exhaust gas G is sufficiently high, so that excess heat is not supplied to the catalyst body 100. Therefore, hydrogen gas is not supplied from the gas supply unit 44 to the storage unit 42, and the excess heat generation unit 40 is in an inactive state (a state in which excess heat is not generated).

エンジンの駆動が停止されると、遮熱板25は、蓄熱部50に蓄積された熱が逃げないようにするため、第2空間23bが閉塞状態となるように角度調整される。これにより、蓄熱部50による蓄熱が長時間維持されることとなる。 When the engine drive is stopped, the heat shield plate 25 is angle-adjusted so that the second space 23b is in a closed state in order to prevent the heat stored in the heat storage unit 50 from escaping. As a result, the heat storage by the heat storage unit 50 is maintained for a long time.

次に、エンジンをコールドスタートさせる。始動直後のエンジンは、およそ環境温度以下まで冷えているため、暖機されるまでの間、加熱部60を駆動させて排ガスGを補助的に加熱する。 Next, cold start the engine. Since the engine immediately after the start is cooled to about the environmental temperature or lower, the heating unit 60 is driven to supplementally heat the exhaust gas G until it is warmed up.

また、発熱部41に水素ガスが所定量供給されるように、給排気量制御部43を適宜制御される。これにより、過剰熱発生部40は、活性状態(過剰熱が発生可能な状態)となる。 Further, the supply / exhaust amount control unit 43 is appropriately controlled so that a predetermined amount of hydrogen gas is supplied to the heat generation unit 41. As a result, the excess heat generating portion 40 becomes an active state (a state in which excess heat can be generated).

過剰熱発生部40は、収納部42内にガス供給部44からの水素ガスが供給される共に、蓄熱部50に蓄積された熱が、熱伝導によって収納部42に伝達され、発熱部41を構成する発熱材料46が加熱された状態で水素の吸蔵および脱蔵が繰り返し行われて過剰熱を発生する。 In the excess heat generation unit 40, hydrogen gas from the gas supply unit 44 is supplied into the storage unit 42, and the heat stored in the heat storage unit 50 is transferred to the storage unit 42 by heat conduction to generate the heat generation unit 41. In a state where the constituent heat-generating material 46 is heated, hydrogen is repeatedly stored and stored to generate excess heat.

そして、発生された過剰熱は、内管22を介して触媒体100に伝達される。触媒体100の温度は、過剰熱によって活性化温度まで上昇して排ガスGが浄化可能な程度まで活性化する。 Then, the generated excess heat is transferred to the catalyst body 100 via the inner tube 22. The temperature of the catalyst body 100 rises to the activation temperature due to excessive heat and activates the exhaust gas G to the extent that it can be purified.

従来技術では、エンジン暖機前の状態において、ヒータによって触媒体100を加熱しているため、ヒータ駆動によるエネルギー損失が大きく、過剰熱発生システム全体のエネルギー効率が芳しくなかった。これに対し、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1を用いることにより、排熱源10の排熱を利用して発生した過剰熱で触媒体100を加熱することができる。そのため、加熱部60の駆動は、コールドスタート時のような必要最低限に抑えることができるので、過剰熱発生システム全体のエネルギー効率が向上される。 In the prior art, since the catalyst body 100 is heated by the heater before the engine is warmed up, the energy loss due to the heater drive is large, and the energy efficiency of the entire excess heat generation system is not good. On the other hand, by using the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the catalyst body 100 can be heated by the excess heat generated by utilizing the waste heat of the waste heat source 10. Therefore, the driving of the heating unit 60 can be suppressed to the minimum necessary as in the case of a cold start, so that the energy efficiency of the entire excess heat generation system is improved.

[作用効果]
以上説明したように、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1は、車両に搭載される排熱源10からの排熱を輸送する排熱輸送部20と、排熱輸送部20で輸送される排熱の熱流量を制御する熱流量制御部30と、排熱によって加熱された状態で所定の反応ガスとの化学反応によって過剰熱を発生する発熱材料46からなる発熱部41と、発熱部41を収納する収納部42を有する過剰熱発生部40を備えた構成となっている。
[Action effect]
As described above, the heat energy generator 1 according to the present embodiment has an exhaust heat transport unit 20 for transporting exhaust heat from the exhaust heat source 10 mounted on the vehicle and an exhaust heat transport unit 20 for transporting exhaust heat. A heat flow control unit 30 that controls the heat flow rate of heat, a heat generation unit 41 made of a heat generation material 46 that generates excess heat by a chemical reaction with a predetermined reaction gas in a state of being heated by exhaust heat, and a heat generation unit 41. It is configured to include an excess heat generating unit 40 having a storage unit 42 for storing.

このような構成により、車両に搭載される排熱源10の排熱を利用して発熱部41を加熱することができるため、従来技術のように、発熱部41を加熱するためのヒータおよびこのヒータを駆動させるための電力が不要となる。そのため、熱エネルギー発生装置1を含んだ過剰熱発生システムにおいて、過剰熱を発生させる際のシステム全体の消費電力が抑制されて、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。 With such a configuration, the heat generating unit 41 can be heated by utilizing the exhaust heat of the exhaust heat source 10 mounted on the vehicle. Therefore, as in the prior art, a heater for heating the heat generating unit 41 and this heater. No power is required to drive the. Therefore, in the excess heat generation system including the heat energy generator 1, the power consumption of the entire system when generating excess heat can be suppressed, and the energy efficiency of the entire system can be improved.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、発熱材料46は、反応ガスとなる水素ガスの存在下で加熱させて水素を吸蔵させて水素化物合金となり、この水素化物合金の相転移の繰り返しによって水素の吸蔵および脱蔵が繰り返されることにより過剰発熱する、水素吸蔵機能を有する合金材料で構成されてよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, preferably, the heat generating material 46 is heated in the presence of hydrogen gas as a reaction gas to occlude hydrogen to form a hydride alloy, and this hydride alloy is obtained. It may be composed of an alloy material having a hydrogen storage function, which generates excessive heat due to repeated storage and storage of hydrogen due to repeated phase transitions.

発熱材料46が水素吸蔵機能を有する合金材料で構成されることにより、供給先となる触媒体100を加熱するために十分な発熱量を安定的に得ることができる。 Since the heat generating material 46 is made of an alloy material having a hydrogen storage function, it is possible to stably obtain a sufficient calorific value for heating the catalyst body 100 to be supplied.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、排熱源10は、熱機関とし、さらに熱機関を車両駆動用のエンジンとした構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, preferably, the exhaust heat source 10 may be a heat engine, and the heat engine may be an engine for driving a vehicle.

車両に搭載される熱機関であるエンジンを排熱源10として利用することにより、発熱部41を加熱するためのヒータを具備させる必要がなく、ヒータを駆動させるための電力を節約することができる。その結果、熱エネルギー発生装置1を含む過剰熱発生システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。 By using the engine, which is a heat engine mounted on the vehicle, as the exhaust heat source 10, it is not necessary to provide a heater for heating the heat generating portion 41, and the electric power for driving the heater can be saved. As a result, the energy efficiency of the entire excess heat generation system including the heat energy generation device 1 can be improved.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、過剰熱発生部40は、さらに、反応ガスの供給源となるガス供給部44と、少なくともガス供給部44から供給される反応ガスの収納部42への給気量を制御するための給気量調整部43aを有する給排気量制御部43を備えた構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the excess heat generating unit 40 is preferably a reaction supplied from the gas supply unit 44, which is a supply source of the reaction gas, and at least the gas supply unit 44. The configuration may include an air supply / exhaust amount control unit 43 having an air supply amount adjusting unit 43a for controlling the amount of air supplied to the gas storage unit 42.

このような構成により、収納部42に給気される反応ガスである水素ガスの給気量を適切に制御することができるため、過剰熱を効率良く発生させることができる。 With such a configuration, the amount of hydrogen gas supplied as the reaction gas supplied to the storage unit 42 can be appropriately controlled, so that excess heat can be efficiently generated.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、給排気量制御部43は、さらに、収納部42からの反応ガスの排気量を制御するための排気量調整部43bを有する構成としてもよい。 Further, in the thermal energy generator 1 according to the present embodiment, preferably, the supply / exhaust amount control unit 43 further has a displacement adjustment unit 43b for controlling the displacement of the reaction gas from the storage unit 42. It may be configured.

このような構成により、排気量調整部43bの制御により、水素ガスの給気量に加えて収納部42から不要な水素ガスを適量だけ排気させることができるため、給気量調整部43aのみの構成と比べて、より高効率に過剰熱を発生させることができる。 With such a configuration, by controlling the exhaust amount adjusting unit 43b, it is possible to exhaust an appropriate amount of unnecessary hydrogen gas from the storage unit 42 in addition to the amount of hydrogen gas supplied, so that only the air supply amount adjusting unit 43a can be exhausted. Excess heat can be generated more efficiently than the configuration.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、排熱輸送部20は、収納部42に対して排熱を直接的あるいは間接的に伝達させる高熱伝導部材からなる構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the waste heat transport unit 20 is preferably configured to include a high heat conduction member that directly or indirectly transfers the waste heat to the storage unit 42. good.

このような構成により、例えばエンジンとなる排熱源10からの排熱が外管21および内管22を通じて収納部42に伝達されるが、排熱輸送部20として機能する外管21および内管22を熱伝導率の高い高熱伝導部材で構成することにより、伝熱形態によらず収納部42に対して効率良く熱を伝達させることができる。 With such a configuration, for example, the exhaust heat from the exhaust heat source 10 serving as an engine is transmitted to the storage portion 42 through the outer pipe 21 and the inner pipe 22, but the outer pipe 21 and the inner pipe 22 function as the exhaust heat transport portion 20. Is composed of a high heat conductive member having a high heat conductivity, so that heat can be efficiently transferred to the storage portion 42 regardless of the heat transfer form.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、排熱輸送部20は、さらに収納部42を介して発熱部41に排熱を伝達する蓄熱部50を含む構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the waste heat transport unit 20 may preferably further include a heat storage unit 50 that transfers waste heat to the heat generation unit 41 via the storage unit 42. ..

このような構成により、排熱源10からの排熱を長時間に亘って蓄積することができるため、排熱源10となるエンジンをコールドスタートさせる際に、蓄熱部50に蓄積された熱を利用して即座に過剰熱発生部40を活性状態とすることができる。そのため、例えば過剰熱の供給先となる触媒体100は、コールドスタート時であっても活性化温度まで昇温されてエンジン始動直後から十分な排気浄化機能を発揮させることができる。 With such a configuration, the exhaust heat from the exhaust heat source 10 can be accumulated for a long period of time. Therefore, when the engine serving as the exhaust heat source 10 is cold-started, the heat accumulated in the heat storage unit 50 is used. The excess heat generating unit 40 can be immediately activated. Therefore, for example, the catalyst body 100 to which the excess heat is supplied can be heated to the activation temperature even at the time of cold start, and can exhibit a sufficient exhaust gas purification function immediately after the engine is started.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、収納部42は、蓄熱部50と当接する部分が当接しない部分より高い熱伝導率を有する高熱伝導部材で構成されてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the storage portion 42 is preferably composed of a high thermal conductivity member having a higher thermal conductivity than the portion in which the portion in contact with the heat storage portion 50 does not abut. good.

このような構成により、蓄熱部50に蓄積された熱を「熱放射」や「熱対流」より、主に「熱伝導」によって、効率良く収納部42、そして収納部42内の発熱部41に伝達させることができるため、エンジンのコールドスタート時であっても即座に触媒体100の活性度を高めることができる。 With such a configuration, the heat accumulated in the heat storage unit 50 is efficiently transferred to the storage unit 42 and the heat generation unit 41 in the storage unit 42 mainly by "heat conduction" rather than "heat radiation" or "heat convection". Since it can be transmitted, the activity of the catalyst 100 can be immediately increased even at the time of cold start of the engine.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、排熱輸送部20は、排熱源10から排気された排ガスGを含む構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the exhaust heat transport unit 20 may preferably include the exhaust gas G exhausted from the exhaust heat source 10.

このような構成により、排熱源10として利用可能なエンジンからの排ガスGを外管21および内管22に流通させることにより、排ガスGに含まれる排熱を、収納部42や蓄熱部50などの輸送先に伝達させることができる。 With such a configuration, the exhaust gas G from the engine that can be used as the exhaust heat source 10 is circulated to the outer pipe 21 and the inner pipe 22, so that the exhaust gas contained in the exhaust gas G is transferred to the storage unit 42, the heat storage unit 50, and the like. It can be transmitted to the destination.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、熱流量制御部30は、収納部42に対する排熱の伝熱状態または断熱状態を切り替える熱スイッチと、蓄熱部50の少なくとも一方からなる構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, preferably, the heat flow control unit 30 is a heat switch for switching the heat transfer state or heat insulation state of exhaust heat to the storage unit 42, and at least one of the heat storage units 50. It may be composed of.

熱スイッチと蓄熱部50の少なくとも一方を熱流量制御部30として機能させることにより、触媒体100が必要とする熱量の過剰熱が発生するように発熱部41に対して適切な熱流量の排熱を輸送することができる。 By making at least one of the heat switch and the heat storage unit 50 function as the heat flow control unit 30, waste heat of an appropriate heat flow rate for the heat generation unit 41 is generated so that the excess heat of the amount of heat required by the catalyst body 100 is generated. Can be transported.

また、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1において、好適には、熱スイッチは、熱放射、熱伝導、熱対流のいずれかの伝熱形態を利用して熱流量を制御する構成としてもよい。 Further, in the heat energy generator 1 according to the present embodiment, the heat switch may preferably be configured to control the heat flow rate by utilizing any one of heat transfer modes of heat radiation, heat conduction, and heat convection. ..

このような構成により、熱スイッチにより、排熱輸送部20の伝熱形態に応じて適切に排熱の熱流量を制御することができため、過剰熱の発生に必要な熱を発熱部41に輸送することができる。 With such a configuration, the heat switch can appropriately control the heat flow rate of the waste heat according to the heat transfer form of the waste heat transport unit 20, so that the heat required for the generation of excess heat is transferred to the heat generation unit 41. Can be transported.

[他の実施形態]
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に示すように使用環境などに応じて適宜変更して実施することもできる。また、以下の変形例を本発明の要旨を逸脱しない範囲の中で任意に組み合わせて実施することもできる。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be appropriately modified and implemented according to the usage environment, for example, as shown below. Further, the following modifications can be arbitrarily combined and carried out within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

図14には、本実施形態に係る熱エネルギー発生装置1の他の形態(変形例1)が示されている。図14に示すように、変形例1の熱エネルギー発生装置1は、蓄熱部50および加熱部60を外し、排熱源10となるエンジンからの排ガスGの排熱を利用して電力に変換する熱電変換モジュールを備える熱電発電部70を設けた構成となっている。また、外管21の内部に設けられた第2空間23bの開放/閉塞が可能な遮熱板25が設けられていないため、常時開放された状態となる。 FIG. 14 shows another embodiment (modification example 1) of the thermal energy generator 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, in the heat energy generator 1 of the modification 1, the heat storage unit 50 and the heating unit 60 are removed, and the heat and electricity converted into electric power by utilizing the exhaust heat of the exhaust gas G from the engine serving as the exhaust heat source 10. It has a configuration in which a thermoelectric power generation unit 70 equipped with a conversion module is provided. Further, since the heat shield plate 25 that can open / close the second space 23b provided inside the outer pipe 21 is not provided, the second space 23b is always open.

なお、変形例1の熱エネルギー発生装置1の運用は、上述した形態のようにコールドスタート時に限らず、通常の車両運転時のように排熱源10であるエンジンが暖機された後であっても有効である。 The operation of the thermal energy generator 1 of the modified example 1 is not limited to the cold start as in the above-described embodiment, but is after the engine, which is the exhaust heat source 10, has been warmed up as in normal vehicle operation. Is also valid.

熱電発電部70は、排熱源10の排熱を電力に変換する熱電変換機能(熱電変換モジュール)を備えている。発電された電力は、例えば蓄電池などの蓄電部80に充電しておき、必要時に車両の電動機器(走行用モータ、空調エアコンなど)を駆動するための電力として利用することができる。熱電発電部70を用いて排熱源10の排熱から発電された電力を利用することにより、燃費が向上して車両の航続距離を延長することが可能となる。 The thermoelectric power generation unit 70 has a thermoelectric conversion function (thermoelectric conversion module) that converts the exhaust heat of the exhaust heat source 10 into electric power. The generated electric power can be charged to, for example, a storage unit 80 such as a storage battery, and can be used as electric power for driving an electric device (driving motor, air conditioner, air conditioner, etc.) of the vehicle when necessary. By using the electric power generated from the exhaust heat of the exhaust heat source 10 by using the thermoelectric power generation unit 70, it is possible to improve the fuel efficiency and extend the cruising range of the vehicle.

熱電発電部70を設けると、排熱を利用して発電することはできるが、排熱源10からの排熱が熱電発電部70に吸収されてしまい、これより下流側にある触媒体100に十分な熱が伝わらず、排熱のみでは触媒反応を活性化させるのが難しいこともあり得る。しかしながら、過剰熱発生部40の発熱部41は、熱電発電部70によって熱量がある程度吸収された状態の排ガスGの排熱温度であっても、発熱材料46が相転移(水素吸蔵・脱蔵)を繰り返して過剰熱を発生し得る程度に加熱される。そのため、変形例1の熱エネルギー発生装置1は、エンジンのコールドスタート時以外の他の場面(例えば、車両運転時など)においても、触媒体100に対して過剰熱が供給され、触媒体100の活性化を促進させることができる。 If the thermoelectric power generation unit 70 is provided, it is possible to generate power by using the exhaust heat, but the exhaust heat from the exhaust heat source 10 is absorbed by the thermoelectric power generation unit 70, which is sufficient for the catalyst body 100 on the downstream side of the heat electric power generation unit 70. It may be difficult to activate the catalytic reaction only by exhaust heat without transferring heat. However, in the heat generating section 41 of the excess heat generating section 40, the heat generating material 46 undergoes a phase transition (hydrogen storage / storage) even at the exhaust heat temperature of the exhaust gas G in a state where the amount of heat is absorbed to some extent by the thermoelectric power generation section 70. Is heated to the extent that excess heat can be generated by repeating. Therefore, in the thermal energy generator 1 of the modification 1, excess heat is supplied to the catalyst body 100 even in other situations other than the cold start of the engine (for example, when the vehicle is operated), and the catalyst body 100 is supplied with excess heat. It can promote activation.

次に、変形例1の熱エネルギー発生装置1における動作例について説明する。ここでは、熱エネルギー発生装置1を、通常の運転時に動作させたときの流れについて説明する。 Next, an operation example in the thermal energy generator 1 of the modification 1 will be described. Here, the flow when the thermal energy generator 1 is operated during normal operation will be described.

熱電発電部70は、排熱源10の駆動によって排気された排ガスGの排熱を利用して発電する。発電した電力は、例えば蓄電部80に蓄電されると共に、車両内の電気機器に対する駆動電力として送出される。 The thermoelectric power generation unit 70 generates electricity by utilizing the exhaust heat of the exhaust gas G exhausted by driving the exhaust heat source 10. The generated electric power is stored in, for example, the electricity storage unit 80 and is transmitted as driving electric power to the electric devices in the vehicle.

また、熱電発電部70を通過した排ガスGは、触媒体100を通過した後、外管21の上下方向に設けられた第2空間23bで対流して外管21、内管22および収納部42に排熱を輸送する。また、収納部42は、排ガスGによって温められた外管21、内管22を通じて直接的(熱伝導、熱対流)または間接的(熱放射)に熱が伝達される。 Further, the exhaust gas G that has passed through the thermoelectric power generation unit 70 is convected in the second space 23b provided in the vertical direction of the outer pipe 21 after passing through the catalyst body 100, and is convected in the outer pipe 21, the inner pipe 22, and the storage unit 42. Transport waste heat to. Further, the storage portion 42 transfers heat directly (heat conduction, heat convection) or indirectly (heat radiation) through the outer pipe 21 and the inner pipe 22 heated by the exhaust gas G.

さらに、発熱部41に水素ガスが所定量供給されるように、給排気量制御部43を適宜制御して、過剰熱発生部40を活性状態(過剰熱が発生可能な状態)とする。 Further, the supply / exhaust amount control unit 43 is appropriately controlled so that a predetermined amount of hydrogen gas is supplied to the heat generation unit 41, and the excess heat generation unit 40 is put into an active state (a state in which excess heat can be generated).

これにより、過剰熱発生部40は、収納部42内にガス供給部44からの水素ガスが適量給気される共に、外管21、内管22および収納部42を通じて熱が伝達され、発熱部41を構成する発熱材料46が加熱された状態で水素の吸蔵および脱蔵を繰り返して過剰熱を発生する。 As a result, the excess heat generation unit 40 is supplied with an appropriate amount of hydrogen gas from the gas supply unit 44 into the storage unit 42, and heat is transferred through the outer pipe 21, the inner pipe 22 and the storage unit 42 to generate heat. In a state where the heat generating material 46 constituting the 41 is heated, hydrogen is repeatedly occluded and stored to generate excess heat.

そして、発生された過剰熱は、内管22を介して触媒体100に伝達される。触媒体100の温度は、過剰熱によって活性化温度まで上昇して排ガスGが浄化可能な程度まで活性化する。 Then, the generated excess heat is transferred to the catalyst body 100 via the inner tube 22. The temperature of the catalyst body 100 rises to the activation temperature due to excessive heat and activates the exhaust gas G to the extent that it can be purified.

以上説明したように、変形例1の熱エネルギー発生装置1は、排熱源10の排熱を、熱電発電部70の発電に利用しつつ、過剰熱発生部40の過剰熱発生処理にも利用している。これにより、熱電発電部70によって得られた電力を車両に搭載された電気機器の駆動に有効活用しながら、発熱部41で発生させた過剰熱によって触媒体100を活性化温度まで加熱して触媒反応を安定的に促進させることが可能となる。 As described above, the heat energy generator 1 of the modified example 1 utilizes the exhaust heat of the exhaust heat source 10 for the power generation of the thermoelectric power generation unit 70 and also for the excess heat generation treatment of the excess heat generation unit 40. ing. As a result, the electric power obtained by the thermoelectric power generation unit 70 is effectively utilized for driving the electric equipment mounted on the vehicle, and the catalyst body 100 is heated to the activation temperature by the excess heat generated by the heat generation unit 41 to generate a catalyst. It is possible to stably promote the reaction.

1 熱エネルギー発生装置、
10 排熱源(エンジン)、
11 エンジン排気管、
20 排熱輸送部、
21 外管(21a 管壁)、
22 内管、
23 管内空間(23a 第1空間、23b 第2空間)、
24 遮蔽板、
25 遮熱板、
26 介在層、
27 間隙、
28 伝熱媒体、
30 熱流量制御部、
40 過剰熱発生部、
41 発熱部、
42 収納部、
43 給排気量制御部(43a 給気量調整部、43b 排気量調整部、43c 流量制御部)、
44 ガス供給部、
45 基板、
46 発熱材料、
47 合金(47a 第1の金属47a、47b 第2の金属47b)、
48 外殻体、
49 ガス流路、
50 蓄熱部、
60 加熱部、
70 熱電発電部、
80 蓄電部、
100 触媒体(自動車用排気浄化触媒)
G 排ガス。
1 Thermal energy generator,
10 Exhaust heat source (engine),
11 engine exhaust pipe,
20 Waste heat transport section,
21 outer pipe (21a pipe wall),
22 inner tube,
23 In-pipe space (23a first space, 23b second space),
24 Shielding plate,
25 heat shield,
26 Intervening layer,
27 gap,
28 Heat transfer medium,
30 Heat flow control unit,
40 Excess heat generator,
41 Heat generating part,
42 storage section,
43 Supply / exhaust amount control unit (43a supply / exhaust amount adjustment unit, 43b exhaust amount adjustment unit, 43c flow rate control unit),
44 Gas supply unit,
45 board,
46 Heat-generating material,
47 alloy (47a first metal 47a, 47b second metal 47b),
48 outer shell,
49 gas flow path,
50 heat storage unit,
60 heating part,
70 Thermoelectric power generation unit,
80 power storage unit,
100 catalyst (exhaust gas purification catalyst for automobiles)
G exhaust gas.

Claims (12)

車両に搭載される排熱源からの排熱を輸送する排熱輸送部と、
前記排熱輸送部で輸送される前記排熱の熱流量を制御する熱流量制御部と、
前記排熱によって加熱された状態で所定の反応ガスとの化学反応によって過剰熱を発生する発熱材料からなる発熱部と、前記発熱部を収納する収納部を有する過剰熱発生部と、を備える熱エネルギー発生装置。
A waste heat transport unit that transports waste heat from the waste heat source mounted on the vehicle,
A heat flow control unit that controls the heat flow rate of the waste heat transported by the waste heat transport unit, and a heat flow control unit.
Heat including a heat generating portion made of a heat generating material that generates excess heat by a chemical reaction with a predetermined reaction gas in a state of being heated by the exhaust heat, and an excess heat generating portion having a storage portion for accommodating the heat generating portion. Energy generator.
前記発熱材料は、前記反応ガスとなる水素ガスの存在下で加熱させて水素を吸蔵させて水素化物合金となり、この水素化物合金の相転移の繰り返しによって前記水素の吸蔵および脱蔵が繰り返されることにより過剰発熱する、水素吸蔵機能を有する合金材料で構成される、請求項1に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat-generating material is heated in the presence of hydrogen gas, which is the reaction gas, to occlude hydrogen to form a hydride alloy, and the storage and storage of hydrogen are repeated by repeating the phase transition of the hydride alloy. The thermal energy generator according to claim 1, which is made of an alloy material having a hydrogen storage function and excessively generates heat due to hydrogen storage. 前記排熱源は、熱機関である、請求項1または2に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 1 or 2, wherein the exhaust heat source is a heat engine. 前記熱機関は、エンジンである、請求項3に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 3, wherein the heat engine is an engine. 前記過剰熱発生部は、
さらに、前記反応ガスの供給源となるガス供給部と、
少なくとも前記ガス供給部から供給される前記反応ガスの前記収納部への給気量を制御するための給気量調整部を有する給排気量制御部と、を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の熱エネルギー発生装置。
The excess heat generating part is
Further, a gas supply unit that is a supply source of the reaction gas and
Any of claims 1 to 4, wherein at least a supply / exhaust amount control unit having a supply / exhaust amount adjusting unit for controlling an air supply amount of the reaction gas supplied from the gas supply unit to the storage unit is provided. The thermal energy generator according to item 1.
前記給排気量制御部は、さらに、前記収納部からの前記反応ガスの排気量を制御するための排気量調整部を有する、請求項5に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 5, wherein the supply / exhaust amount control unit further includes an exhaust amount adjusting unit for controlling the displacement of the reaction gas from the storage unit. 前記排熱輸送部は、収納部に対して前記排熱を直接的あるいは間接的に伝達させる高熱伝導部材からなる、請求項1~6のいずれか1項に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the waste heat transport unit comprises a high heat conductive member that directly or indirectly transmits the waste heat to a storage unit. 前記排熱輸送部は、さらに前記収納部を介して前記発熱部に前記排熱を伝達する蓄熱部を含む、請求項7に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 7, wherein the waste heat transport unit further includes a heat storage unit that transfers the waste heat to the heat generating unit via the storage unit. 前記収納部は、前記蓄熱部と当接する部分が前記高熱伝導部材で構成される、請求項8に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 8, wherein the storage portion has a portion in contact with the heat storage portion composed of the high heat conductive member. 前記排熱輸送部は、前記排熱源から排気された排ガスを含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to any one of claims 1 to 9, wherein the waste heat transport unit includes exhaust gas exhausted from the waste heat source. 前記熱流量制御部は、前記収納部に対する前記排熱の伝熱状態または断熱状態を切り替える熱スイッチと、蓄熱部の少なくとも一方からなる、請求項1~10のいずれか1項に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy according to any one of claims 1 to 10, wherein the heat flow control unit comprises at least one of a heat storage unit and a heat switch for switching the heat transfer state or heat insulation state of the exhaust heat to the storage unit. Generator. 前記熱スイッチは、熱放射、熱伝導、熱対流のいずれかの伝熱形態を利用して熱流量を制御する、請求項11に記載の熱エネルギー発生装置。 The heat energy generator according to claim 11, wherein the heat switch controls a heat flow rate by utilizing any heat transfer form of heat radiation, heat conduction, or heat convection.
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