JP5397327B2 - Chemical heat storage device - Google Patents
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Description
本発明は、物質の反応熱を利用して熱を取り出し、また熱分解して蓄熱する化学蓄熱装置に関するものである。 The present invention relates to a chemical heat storage device that extracts heat using reaction heat of a substance and stores it by thermal decomposition.
従来、車両等の急速加熱用の熱源として用いられる化学発熱装置として、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1の従来技術では、アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器、水タンク、水タンクから反応器に水を供給する水供給管、反応器から水を水タンクに戻す還流管で密閉サイクルを構成し、密閉系内でアルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を行わせている。これによると、200〜500℃程度の熱を出力することができる。
Conventionally, the thing of
しかしながら、上記特許文献1の従来技術では、密閉サイクル内におけるアルカリ土類金属酸化物と水との組成比が水過剰組成となっているので、未反応の水の存在により反応器内の熱容量が大きくなる。これにより、反応器内の温度上昇を阻害し、500℃以上の高温の熱を出力することができないという問題がある。
However, in the prior art of
また、上記特許文献1の従来技術では、密閉サイクル内で、アルカリ土類金属酸化物と水とが反応によって400℃以上になるので、サイクル内の水が超臨界流体となり、装置内が非常に高圧となるという問題がある。
Moreover, in the prior art of the above-mentioned
本発明は上記点に鑑みて、装置内の圧力の上昇を抑制しつつ、高温の熱を出力できる化学蓄熱装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the chemical thermal storage apparatus which can output a high temperature heat | fever, suppressing the raise of the pressure in an apparatus in view of the said point.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1反応物(A)および第2反応物(B)を反応させて化合物を生成する際に生じる反応熱によって加熱対象物(7)を加熱し、系外にて発生する熱である外部熱によって化合物を第1反応物(A)および第2反応物(B)に分離させて蓄熱する化学蓄熱装置において、化合物を外部熱により加熱する再生用熱交換部(11a、12a)を有するとともに、第1反応物(A)を収容する第1、第2反応器(11、12)と、第2反応物(B)を収容する貯蔵容器(2)と、気体状態の第2反応物(B)を凝縮させる凝縮手段(6)と、貯蔵容器(2)に収容された第2反応物(B)を液体状態で第1反応器(11)へ導く第1通路(41)と、第1反応器(11)で生じる気体状態の第2反応物(B)を第2反応器(12)へ導く第2通路(42)と、第2反応器(12)で化合物を分離させた際に生じる気体状態の第2反応物(B)を凝縮手段(6)へ導く第3通路(43)と、凝縮手段(6)で凝縮した液体状態の第2反応物(B)を貯蔵容器(2)へ導く第4通路(42)とを備え、第2反応器(12)は、加熱対象物(7)と熱的に接続されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention described in
これによれば、貯蔵容器(2)から第1通路(41)を介して液体状態の第2反応物(B)が第1反応器(11)へ供給される。供給された液体状態の第2反応物(B)は、第1反応器(11)で第1反応物(A)と反応して化合物を生成し、その際に反応熱が発生する。 According to this, the second reactant (B) in the liquid state is supplied from the storage container (2) to the first reactor (11) via the first passage (41). The supplied second reactant (B) in the liquid state reacts with the first reactant (A) in the first reactor (11) to form a compound, and heat of reaction is generated at that time.
このとき、第1反応器(11)内に存在する未反応の液体状態の第2反応物(B)が、当該反応熱により加熱されて蒸発する。そして、蒸発した気体状態の第2反応物(B)は、第2通路(42)を介して第2反応器(12)へ供給される。供給された気体状態の第2反応物(B)は、第2反応器(12)で第1反応物(A)と反応して化合物を生成し、その際に反応熱が発生する。このとき、第2反応器(12)と加熱対象物(7)とが熱的に接続されているので、第2反応器(12)において発生した反応熱により、加熱対象物(7)を加熱することができる。 At this time, the unreacted liquid second reactant (B) present in the first reactor (11) is heated by the reaction heat and evaporated. The evaporated second reactant (B) is supplied to the second reactor (12) through the second passage (42). The supplied second reactant (B) in the gaseous state reacts with the first reactant (A) in the second reactor (12) to form a compound, and heat of reaction is generated at that time. At this time, since the second reactor (12) and the heating object (7) are thermally connected, the heating object (7) is heated by the reaction heat generated in the second reactor (12). can do.
このように、第1反応器(11)で生じた反応熱により加熱された高温・高圧の気体状態の第2反応物(B)を第2反応器(12)へ供給し、第2反応器(12)において再び第1反応物(A)と反応させることで、反応器を1つのみ備える従来の化学蓄熱装置と比較して、高温の熱を出力することができる。このとき、化学蓄熱装置内の圧力は、第2反応器(12)内の第1反応物(A)の反応温度における平衡圧力となるので、装置内圧の上昇を抑制することができる。したがって、装置内の圧力の上昇を抑制しつつ、高温の熱を出力することが可能となる。 In this way, the second reactant (B) in the gaseous state at a high temperature and high pressure heated by the reaction heat generated in the first reactor (11) is supplied to the second reactor (12), and the second reactor is supplied. By reacting again with the first reactant (A) in (12), it is possible to output high-temperature heat as compared to a conventional chemical heat storage device having only one reactor. At this time, since the pressure in the chemical heat storage device becomes an equilibrium pressure at the reaction temperature of the first reactant (A) in the second reactor (12), an increase in the internal pressure of the device can be suppressed. Therefore, it is possible to output high-temperature heat while suppressing an increase in pressure in the apparatus.
また、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の化学蓄熱装置において、第1通路(41)を開閉する第1通路開閉手段(51)と、第3通路(43)を開閉する第3通路開閉手段(53)とを備えていてもよい。
Further, as in the invention according to
また、請求項3に記載の発明では、内熱機関を備える車両に適用される請求項1または2に記載の化学蓄熱装置において、加熱対象物は、内燃機関の排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置(7)であり、外部熱は、内燃機関の排気が有する熱であり、第1、第2反応器(11、12)および排気浄化装置(7)は、内燃機関の排気が流通する排気管(8)の内部に収容され、第2反応器(12)は、排気浄化装置(7)よりも排気流れ上流側に配置されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the chemical heat storage device according to the first or second aspect, which is applied to a vehicle having an internal heat engine, the object to be heated is an exhaust gas having a catalyst for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine. The purification device (7), the external heat is the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, and the exhaust gas from the internal combustion engine flows through the first and second reactors (11, 12) and the exhaust gas purification device (7). The second reactor (12) is accommodated in the exhaust pipe (8), and is arranged on the upstream side of the exhaust gas flow with respect to the exhaust gas purification device (7).
このように、排気浄化装置(7)の排気流れ上流側に第2反応器(12)を配置することで、第2反応器(12)で発生した反応熱を、排気を介して排気浄化装置(7)に伝達することができる。すなわち、反応熱を排気浄化装置(7)に伝熱するための回路を設けることなく、簡素な構成で、第2反応器(12)内で発生した反応熱を排気浄化装置(7)に伝熱することができる。 Thus, by disposing the second reactor (12) on the upstream side of the exhaust flow of the exhaust purification device (7), the reaction heat generated in the second reactor (12) is exhausted via the exhaust. (7) can be transmitted. That is, the reaction heat generated in the second reactor (12) is transferred to the exhaust purification device (7) with a simple configuration without providing a circuit for transferring the reaction heat to the exhaust purification device (7). Can be heated.
また、排気管(8)内に第1、第2反応器(11、12)を配置することで、排気の有する熱を再生用熱源として利用することができる。すなわち、外部熱を第1、第2反応器(11、12)内に伝熱するための回路を設けることなく、簡素な構成で、排気の有する熱により第1、第2反応器(11、12)内の化合物を第1反応物(A)に再生することができる。 In addition, by arranging the first and second reactors (11, 12) in the exhaust pipe (8), the heat of the exhaust can be used as a heat source for regeneration. That is, without providing a circuit for transferring external heat into the first and second reactors (11, 12), the first and second reactors (11, 11, The compound in 12) can be regenerated to the first reactant (A).
また、請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の化学蓄熱装置において、第1、第2反応器(11、12)には、化合物を加熱する再生用加熱源(9)が収容されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the chemical heat storage device according to any one of the first to third aspects, the first and second reactors (11, 12) are for regeneration for heating a compound. The heating source (9) is accommodated.
これによれば、再生用加熱源(9)により、第1、第2反応器(11、12)内の化合物を加熱して第1反応物(A)および第2反応物(B)に分離させることができる。このため、外部熱のみでは第1、第2反応器(11、12)内の化合物を第1反応物(A)および第2反応物(B)に分離させることができない場合に特に有効である。 According to this, the compounds in the first and second reactors (11, 12) are heated by the regeneration heating source (9) and separated into the first reactant (A) and the second reactant (B). Can be made. For this reason, it is particularly effective when the compounds in the first and second reactors (11, 12) cannot be separated into the first reactant (A) and the second reactant (B) only by external heat. .
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。図1は本第1実施形態に係る化学蓄熱装置を示す概念図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a chemical heat storage device according to the first embodiment.
本実施形態の化学蓄熱装置は、第1反応物Aおよび第2反応物Bを反応させて化合物を生成する際に生じる反応熱によって加熱対象物を加熱する放熱モードと、化合物を第1反応物Aおよび第2反応物Bに分離させることによって反応の系外にて発生する熱である外部熱を蓄熱する蓄熱モードとを切り替え可能に構成されている。 The chemical heat storage device of the present embodiment includes a heat release mode in which the object to be heated is heated by reaction heat generated when the first reactant A and the second reactant B are reacted to generate a compound, and the compound is converted into the first reactant. By separating A and the second reactant B, the heat storage mode for storing external heat, which is heat generated outside the reaction system, can be switched.
化学蓄熱装置は、第1反応物Aを固体状態で収容した第1、第2反応器11、12、第2反応物Bを液体状態で収容した貯蔵容器2を備えている。また、第1、第2反応器11、12には、当該第1、第2反応器11、12内部を外部熱により加熱する再生用熱交換部11a、12aがそれぞれ収容されている。
The chemical heat storage device includes first and
本実施形態の化学蓄熱装置は、外部熱源3と再生用熱交換部11a、12aとの間に第1熱媒体を循環させる第1熱媒体回路31を備えている。このため、蓄熱モードにおいて、外部熱源3により加熱された第1熱媒体が、再生用熱交換部11a、12aに供給され、この第1熱媒体により第1、第2反応器11、12内部が加熱されるようになっている。
The chemical heat storage device of the present embodiment includes a first
また、化学蓄熱装置は、貯蔵容器2に収容された第2反応物Bを液体状態で第1反応器11へ導く第1通路41、第1反応器11と第2反応器12とを連通する第2通路42を備えている。
In addition, the chemical heat storage device communicates the
第1通路41には、第1通路41を開閉する第1通路開閉弁51と、液体状態の第2反応物Bを第1反応器11へ供給するためのポンプ52とが設けられている。第1通路開閉弁51は、第1通路41の通路面積を調整できるように構成されている。本実施形態では、第1通路開閉弁51は、ポンプ52の下流側に配置されている。
The
また、第1通路41の一端部は、貯蔵容器2における第2反応物Bと接触している面(本実施形態では鉛直方向下面)に接続されている。これにより、第2反応物Bを液体状態で第1反応器11に供給することができる。
Moreover, the one end part of the 1st channel |
第2通路42は、第1反応器11で液体状態の第1反応物Aおよび第2反応物Bを反応させた際に生じる気体状態の第2反応物Bを第2反応器12へ導くように構成されている。より詳細には、第1反応器11で液体状態の第1反応物Aおよび第2反応物Bを反応させて化合物が生成する反応は発熱反応であるため、この反応熱により液体状態の第2反応物Bが加熱されて蒸発する。そして、この気体状態の第2反応物Bが、第2通路42を通って第2反応器12内へ供給されるようになっている。
The
化学蓄熱装置は、化合物を分離させた際に生じる気体状態の第2反応物Bを凝縮させる凝縮手段としての凝縮器6を備えている。この凝縮器6は、気体状態の第2反応物Bと外気との間で熱交換を行い、第2反応物Bを凝縮させる熱交換器である。
The chemical heat storage device includes a
また、化学蓄熱装置は、第2反応器12で化合物を分離させた際に生じる気体状態の第2反応物Bを凝縮器6へ導く第3通路43と、凝縮器6で凝縮した液体状態の第2反応物Bを貯蔵容器2へ導く第4通路44とを備えている。第3通路43には、第3通路43を開閉する第3通路開閉弁53が設けられている。第3通路開閉弁53は、第3通路43の通路面積を調整できるように構成されている。
In addition, the chemical heat storage device includes a
第2反応器12は、加熱対象物7と熱的に接続されている。具体的には、化学蓄熱装置は、第2反応器12内に配置された熱回収用熱交換部12bと、熱回収用熱交換部12bおよび加熱対象物7間で第2熱媒体を循環させる熱出力回路71とを備えている。熱回収用熱交換部12bは、第2反応器12において第1反応物Aおよび第2反応物Bの反応によって発止した反応熱により第2熱媒体を加熱する熱交換器である。このため、第2反応器12内で発生した反応熱は、第2熱媒体を介して加熱対象物7に伝熱される。
The
次に、上述の構成において本実施形態の作動について図1を参照して説明する。まず、放熱モードの作動について説明する。 Next, the operation of the present embodiment in the above configuration will be described with reference to FIG. First, the operation in the heat dissipation mode will be described.
放熱モードでは、第1通路開閉弁51が全開状態となり、第3通路開閉弁53が全閉状態となり、ポンプ52が作動状態となる。このため、貯蔵容器2に収容されている液体状態の第2反応物Bが、液体状態のまま第1反応器11内に流入する。そして、第1反応器11内では、第1反応器11に収容されている第1反応物Aと、貯蔵容器2から流入した液体状態の第2反応物Bとが反応し、化合物が生成されるとともに、反応熱が生じる。
In the heat dissipation mode, the first passage opening / closing
このため、第1反応器11内では、反応熱により、未反応の液体状態の第2反応物Bが加熱されて蒸発する。そして、この気体状態の第2反応物Bが、第2通路42を通って第2反応器12内へ流入する。
For this reason, in the
第2反応器12内では、第2反応器12に収容されている第1反応物Aと、第1反応器11から流入した気体状態の第2反応物Bとが反応し、化合物が生成されるとともに、反応熱が生じる。そして、この反応の際に生じた反応熱が、第2熱媒体を介して加熱対象物7に伝熱される。
In the
次に、蓄熱モードの作動について説明する。この蓄熱モードは、上記放熱モードの後に行われる。 Next, the operation in the heat storage mode will be described. This heat storage mode is performed after the heat dissipation mode.
蓄熱モードでは、第3通路開閉弁53が全開状態となり、第1通路開閉弁51が全閉状態となり、ポンプ52が停止状態となる。このため、外部熱源3で発生する外部熱により第1、第2反応器11、12内の化合物が加熱されて、第1反応物Aと第2反応物Bとに分離される。これにより、第1、第2反応器11、12内の化合物は、第1反応物Aに再生される。これにより、外部熱を蓄熱することができる。
In the heat storage mode, the third passage opening / closing
一方、第1、第2反応器11、12において発生した気体状態の第2反応物Bは、第3通路43を介して凝縮器6に流入する。凝縮器6に流入した気体状態の第2反応物Bは、外気により冷却されて凝縮し、第4通路44を介して貯蔵容器2に流入し、この貯蔵容器2に貯留される。
On the other hand, the gaseous second reactant B generated in the first and
続いて、上述した化学蓄熱装置を、車両の内燃機関(エンジン)の排気系から排気の有する熱を蓄熱して、その熱を排気ガス浄化用触媒の暖機(加熱)に利用する車両用化学蓄熱装置に適用した例について説明する。 Subsequently, the above-described chemical heat storage device stores the heat of the exhaust from the exhaust system of the internal combustion engine (engine) of the vehicle, and uses that heat for warming up (heating) the exhaust gas purifying catalyst. An example applied to a heat storage device will be described.
図2は、本第1実施形態に係る化学蓄熱装置を示す全体構成図である。図2に示すように、第1、第2反応器11、12は、内燃機関(図示せず)の排気が流通する排気管8の内部に配置されている。また、第1、第2反応器11、12は、排気が流通する複数の排気通路11c、12cをそれぞれ有しており、複数の排気通路11c、12c間に固体状態の第1反応物Aが収容されるように構成されている。
FIG. 2 is an overall configuration diagram showing the chemical heat storage device according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the first and
ここで、本実施形態では、第1反応物Aとして酸化カルシウム(CaO)、第2反応物Bとして水を用いており、化合物は水酸化カルシウムである。また、加熱対象物は排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置7であり、外部熱は排気の有する熱である。
Here, in this embodiment, calcium oxide (CaO) is used as the first reactant A, water is used as the second reactant B, and the compound is calcium hydroxide. The object to be heated is an
排気浄化装置7は、排気管8の内部における第1、第2反応器11、12の排気流れ下流側に配置されている。本実施形態では、排気流れ上流側から、第1反応器11、第2反応器12、排気浄化装置7の順に直列に配置されている。
The exhaust
次に、上述の構成において本実施形態の作動について図2を参照して説明する。まず、放熱モードの作動について説明する。 Next, the operation of the present embodiment in the above configuration will be described with reference to FIG. First, the operation in the heat dissipation mode will be described.
放熱モードでは、第1通路開閉弁51が全開状態となり、第3通路開閉弁53が全閉状態となり、ポンプ52が作動状態となる。このため、貯蔵容器2に収容されている水が、液体状態のまま第1反応器11内に流入する。そして、第1反応器11内では、第1反応器11に収容されている酸化カルシウムと、貯蔵容器2から流入した液体状態の水とが反応し、水酸化カルシウムが生成されるとともに、反応熱が生じる。
In the heat dissipation mode, the first passage opening / closing
このため、第1反応器11内では、反応熱により、未反応の水が加熱されて蒸発し、水蒸気となる。そして、この水蒸気が、第2通路42を通って第2反応器12内へ流入する。
For this reason, in the
第2反応器12内では、第2反応器12に収容されている酸化カルシウムと、第1反応器11から流入した水蒸気とが反応し、水酸化カルシウムが生成されるとともに、反応熱が生じる。そして、この反応の際に生じた反応熱が、排気を介して加熱対象物7に伝熱される。
In the
なお、第1、第2反応器11、12において、放熱モードにて生じる反応の化学式は、次の化学式1に表される。
In the first and
(化1)
CaO+H2O→Ca(OH)2
次に、蓄熱モードの作動について説明する。この蓄熱モードは、排気の温度が酸化カルシウムの再生可能温度に到達した後に行われる。
(Chemical formula 1)
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2
Next, the operation in the heat storage mode will be described. This heat storage mode is performed after the temperature of the exhaust gas reaches the renewable temperature of calcium oxide.
蓄熱モードでは、第3通路開閉弁53が全開状態となり、第1通路開閉弁51が全閉状態となり、ポンプ52が停止状態となる。このため、排気の有する熱により第1、第2反応器11、12内の水酸化カルシウムが加熱されて、酸化カルシウムと水(水蒸気)とに分離される。これにより、第1、第2反応器11、12内の水酸化カルシウムは、酸化カルシウムに再生される。これにより、排気の有する熱を蓄熱することができる。
In the heat storage mode, the third passage opening / closing
なお、第1、第2反応器11、12において、蓄熱モードにて生じる反応の化学式は、次の化学式2に表される。
In the first and
(化2)
Ca(OH)2→CaO+H2O↑
一方、第1反応器11において発生した水蒸気は、第2通路42を介して第2反応器12に流入し、第2反応器12において発生した水蒸気とともに、第3通路43を介して凝縮器6に流入する。凝縮器6に流入した水蒸気は、外気により冷却されて凝縮し、第4通路44を介して貯蔵容器2に流入し、この貯蔵容器2に貯留される。
(Chemical formula 2)
Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O ↑
On the other hand, the steam generated in the
排気浄化装置7の排気流れ上流側に第2反応器12を配置することで、第2反応器12内で発生した反応熱を、排気を介して排気浄化装置7に伝達することができる。すなわち、熱出力回路を設けることなく、簡素な構成で、第2反応器12内で発生した反応熱を排気浄化装置7に伝熱することができる。このとき、第2反応器12の排気通路12cにおける酸化カルシウムと接触する面が、熱回収用熱交換部を構成している。
By disposing the
また、排気管8内に第1、第2反応器11、12を配置することで、排気の有する熱を再生用熱源として利用することができる。すなわち、第1熱媒体回路を設けることなく、簡素な構成で、排気の有する熱により第1、第2反応器11、12内の水酸化カルシウムを酸化カルシウムに再生することができる。このとき、第1、第2反応器11、12の排気通路11c、12cにおける水酸化カルシウムと接触する面が、再生用熱交換部を構成している。
In addition, by arranging the first and
ところで、図3は本第1実施形態における放熱モード時の酸化カルシウムの吸水反応の平衡線、および水の気液平衡線を示すグラフである。図3の横軸は温度の逆数を示し、縦軸は気体の圧力を示している。また、図3において、実線は酸化カルシウムの吸水反応における平衡線を表しており、破線は水の気液平衡線を表している。 FIG. 3 is a graph showing the equilibrium line of the water absorption reaction of calcium oxide and the vapor-liquid equilibrium line of water in the heat dissipation mode in the first embodiment. The horizontal axis in FIG. 3 represents the reciprocal of the temperature, and the vertical axis represents the gas pressure. Moreover, in FIG. 3, the continuous line represents the equilibrium line in the water absorption reaction of calcium oxide, and the broken line represents the vapor-liquid equilibrium line of water.
図3に示すように、放熱モードにおいて、初期温度を0℃とした場合、第1、第2反応器11、12内の温度と圧力は図中のA点となる。ここで、第1反応器11内に水を供給すると、上記化学式1に示す反応(吸水反応)に伴って、第1反応器11内の酸化カルシウムおよび水は、図中のA点からB点へ、温度および圧力がともに増加する。このとき、高温(約150℃)高圧の水蒸気が、第2通路42を介して第2反応器12へ流入する。
As shown in FIG. 3, in the heat dissipation mode, when the initial temperature is 0 ° C., the temperature and pressure in the first and
そして、第2反応器12内の酸化カルシウムは、第1反応器11内で生成された高温高圧の水蒸気(図中のB点参照)と、さらに上記化学式1に示す反応(吸水反応)をし、560℃程度(図中のC点参照)まで温度が上昇する。この反応における反応熱が、排気浄化装置7を加熱するために利用される。このため、本実施形態の化学蓄熱装置では、560℃程度の高温の熱を出力することができる。
The calcium oxide in the
ところで、本実施形態の化学蓄熱装置では、酸化カルシウムと水とが未反応の状態において、装置内の酸化カルシウムの物質量をnA[mol]とし、装置内と水の物質量をnB[mol]としたとき、nB/nAが1〜1.2の範囲となるように、酸化カルシウムおよび水が封入されている。すなわち、酸化カルシウムに対する水のモル比が、1〜1.2の範囲とされている。 By the way, in the chemical heat storage device of the present embodiment, when calcium oxide and water are in an unreacted state, the amount of calcium oxide in the device is nA [mol], and the amount of water in the device and water is nB [mol]. , Calcium oxide and water are enclosed so that nB / nA is in the range of 1 to 1.2. That is, the molar ratio of water to calcium oxide is in the range of 1 to 1.2.
ここで、酸化カルシウムの物質量より多くの水が存在すると、未反応の水により熱容量が増加する。すなわち、第1反応器11における温度上昇が、未反応の水の熱容量により抑制されてしまうので、第2反応器12により出力される熱の温度も低下してしまう。このため、酸化カルシウムに対し、反応させる水のモル比は理想的には1とすることが望ましい。しかし、貯蔵容器2から第1反応器11へ全ての水を輸送することは困難であるため、酸化カルシウムに対する水のモル比を1〜1.2の範囲とすることで、出力される熱の温度の低下を抑制しつつ、効率的に化学蓄熱装置を作動することができる。
Here, if there is more water than the amount of calcium oxide, the unreacted water increases the heat capacity. That is, since the temperature rise in the
本実施形態によれば、放熱モードにおいて、貯蔵容器2から第1通路41を介して液体状態の水が第1反応器11へ供給される。供給された液体状態の水は、第1反応器11で酸化カルシウムと反応して水酸化カルシウムを生成し、その際に反応熱が発生する。
According to the present embodiment, liquid water is supplied from the
このとき、第1反応器11内に存在する未反応の水が、当該反応熱により加熱されて蒸発する。そして、蒸発した気体状態の水(水蒸気)は、第2通路42を介して第2反応器12へ供給される。供給された水蒸気は、第2反応器12で酸化カルシウムと反応して水酸化カルシウムを生成し、その際に反応熱が発生する。このとき、第2反応器12の排気流れ下流側に排気浄化装置7が配置されている、すなわち第2反応器12と排気浄化装置7とが熱的に接続されているので、第2反応器12において発生した反応熱が排気を介して排気浄化装置7に伝熱され、排気浄化装置7を加熱することができる。
At this time, unreacted water present in the
このように、第1反応器11で生じた反応熱により加熱された高温・高圧の水蒸気を第2反応器12へ供給し、第2反応器12において再び酸化カルシウムと反応させることで、反応器を1つのみ備える従来の化学蓄熱装置と比較して、高温(500℃以上)の熱を出力することができる。このとき、化学蓄熱装置内の圧力は、第1反応器11内の水の温度における飽和蒸気圧となるので、装置の内圧の上昇を抑制できる。したがって、装置内の圧力の上昇を抑制しつつ、高温の熱を出力することが可能となる。
In this way, the high-temperature and high-pressure steam heated by the reaction heat generated in the
ところで、排気浄化装置7を早期に暖機するためには、暖機手段としての化学蓄熱装置がすばやく加熱されなければならない。このため、酸化カルシウムと水の水和反応速度をいかに速くするかが重要であるが、当該反応速度は水の蒸気圧の支配されている。すなわち、水和反応速度を速くするためには、反応させる水を短時間で加熱することがポイントとなる。
By the way, in order to warm up the exhaust
本実施形態では、第1反応器11に液体状態の水を直接供給する構成になっているので、水和反応の反応熱を直ちに水に伝熱することができ、これにより、高い反応速度を得ることが可能となる。
In the present embodiment, since the liquid water is directly supplied to the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4に基づいて説明する。本第2実施形態は、上記第1実施形態と比較して、第1、第2反応器11、12および排気浄化装置7の配置が異なるものである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the first and
図4は、本第2実施形態に係る化学蓄熱装置を示す全体構成図である。図4に示すように、排気管8の内部には、排気流れ上流側から、第2反応器12、排気浄化装置7、第1反応器11の順に配置されている。
FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a chemical heat storage device according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the
排気管8に流入する排気の温度が第1反応器11の温度より高温となる場合、第1反応器11が排気を冷却してしまう。このような作動条件が発生するようなシステムにおいて、本第2実施形態のように、第1反応器11を排気浄化装置7より排気流れ下流側に配置することで、第1反応器11により排気が冷却され、排気浄化装置7の暖機を妨げることを防止できる。
When the temperature of the exhaust gas flowing into the
また、排気浄化装置7の排気流れ上流側に、反応器11、12を2台配置するスペースがない場合においても、本第2実施形態の化学蓄熱装置を適用することが有効である。
Moreover, even when there is no space for arranging two
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5に基づいて説明する。本第3実施形態は、上記第2実施形態と比較して、第1、第2反応器11、12内に再生用熱源を配置した点が異なるものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that a regeneration heat source is disposed in the first and
図5は、本第3実施形態に係る化学蓄熱装置を示す全体構成図である。図5に示すように、第1、第2反応器11、12の内部には、水酸化カルシウムを加熱する再生用熱源としての電気ヒータ9が配置されている。
FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a chemical heat storage device according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, an
排気浄化装置7を早期に暖機するためには、第1、第2反応器11、12内の酸化カルシウムが再生されていることが必要である。しかし、上記第1、第2実施形態のように、排気の有する熱にて酸化カルシウムの再生を行う場合、使用状況によっては、再生時間や再生に必要な温度を充分に確保できない虞がある。このような状況で酸化カルシウムの再生が不十分であった場合、次回の作動において、排気浄化装置7を早期に暖機できないどころか、水和反応を行うことができず、第1、第2反応器11、12自体が熱容量を増加させ、かえって暖機を遅らせてしまう。
In order to warm up the
これに対し、本実施形態のように、第1、第2反応器11、12の内部に水酸化カルシウムを加熱する再生用熱源としての電気ヒータ9を設けることで、上述した状況においても、確実に酸化カルシウムの再生を行うことができ、様々な運転条件に対応することが可能となる。
On the other hand, as in this embodiment, by providing the
特に、化学蓄熱装置を自車外の電源を用いて二次電池を充電することができるプラグインハイブリッド車に適用した場合に有効である。すなわち、プラグインハイブリッド車は排気の有する熱が低いため、第1、第2反応器11、12内の酸化カルシウムを当該排気の有する熱のみで充分に再生することは難しい。しかし、二次電池を充電する際に電気ヒータ9にも通電することで、電気ヒータ9の熱により水酸化カルシウムを加熱することができるので、確実に酸化カルシウムの再生を行うことができる。
This is particularly effective when the chemical heat storage device is applied to a plug-in hybrid vehicle that can charge a secondary battery using a power source outside the vehicle. That is, since the plug-in hybrid vehicle has low heat of the exhaust, it is difficult to sufficiently regenerate the calcium oxide in the first and
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present invention.
(1)上記各実施形態では、外部熱として排気の有する熱を用い、加熱対象物として排気浄化装置7を用いた例について説明したが、これに限らず、例えば太陽熱や工場排熱あるいは電気ヒータを用い、加熱対象物として燃料電池や熱電変換装置の加熱部を用いてもよい。
(1) In each of the above embodiments, an example in which the heat of exhaust gas is used as external heat and the exhaust
(2)上記各実施形態では、第1反応物Aとして、酸化カルシウムを用いた例について説明したが、これに限らず、例えば酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属酸化物を用いてもよい。 (2) In each of the above embodiments, an example in which calcium oxide is used as the first reactant A has been described. However, the present invention is not limited thereto, and an alkaline earth metal oxide such as magnesium oxide may be used.
(3)上述した各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい (3) Each embodiment mentioned above may be combined suitably in the possible range.
2 貯蔵容器
6 凝縮器(凝縮手段)
7 排気浄化装置(加熱対象物)
8 排気管
9 電気ヒータ(再生用加熱源)
11 第1反応器
12 第2反応器
41 第1通路
42 第2通路
43 第3通路
44 第4通路
2
7 Exhaust gas purification device (object to be heated)
8
11
Claims (4)
前記化合物を前記外部熱により加熱する再生用熱交換部(11a、12a)を有するとともに、前記第1反応物(A)を収容する第1、第2反応器(11、12)と、
前記第2反応物(B)を収容する貯蔵容器(2)と、
気体状態の前記第2反応物(B)を凝縮させる凝縮手段(6)と、
前記貯蔵容器(2)に収容された前記第2反応物(B)を液体状態で前記第1反応器(11)へ導く第1通路(41)と、
前記第1反応器(11)で生じる気体状態の前記第2反応物(B)を前記第2反応器(12)へ導く第2通路(42)と、
前記第2反応器(12)で前記化合物を分離させた際に生じる気体状態の前記第2反応物(B)を前記凝縮手段(6)へ導く第3通路(43)と、
前記凝縮手段(6)で凝縮した液体状態の前記第2反応物(B)を前記貯蔵容器(2)へ導く第4通路(42)とを備え、
前記第2反応器(12)は、前記加熱対象物(7)と熱的に接続されていることを特徴とする化学蓄熱装置。 External heat which is heat generated outside the system by heating the object to be heated (7) by reaction heat generated when the first reactant (A) and the second reactant (B) are reacted to produce a compound. A chemical heat storage device for storing heat by separating the compound into the first reactant (A) and the second reactant (B) by:
A first and second reactor (11, 12) having a regeneration heat exchange section (11a, 12a) for heating the compound by the external heat and containing the first reactant (A);
A storage container (2) containing the second reactant (B);
Condensing means (6) for condensing the second reactant (B) in a gaseous state;
A first passage (41) for guiding the second reactant (B) contained in the storage container (2) to the first reactor (11) in a liquid state;
A second passage (42) for guiding the second reactant (B) in a gaseous state generated in the first reactor (11) to the second reactor (12);
A third passage (43) for guiding the second reactant (B) in a gaseous state generated when the compound is separated in the second reactor (12) to the condensing means (6);
A fourth passage (42) for guiding the second reactant (B) in a liquid state condensed by the condensing means (6) to the storage container (2),
The chemical heat storage device, wherein the second reactor (12) is thermally connected to the heating object (7).
前記第3通路(43)を開閉する第3通路開閉手段(53)とを備えることを特徴とする請求項1に記載の化学蓄熱装置。 A first passage opening / closing means (51) for opening and closing the first passage (41);
The chemical heat storage device according to claim 1, further comprising third passage opening / closing means (53) for opening and closing the third passage (43).
前記加熱対象物は、前記内燃機関の排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置(7)であり、
前記外部熱は、前記内燃機関の排気が有する熱であり、
前記第1、第2反応器(11、12)および前記排気浄化装置(7)は、前記内燃機関の排気が流通する排気管(8)の内部に収容され、
前記第2反応器(12)は、前記排気浄化装置(7)よりも排気流れ上流側に配置されていることを特徴とする化学蓄熱装置。 The chemical heat storage device according to claim 1 or 2, applied to a vehicle including an internal heat engine,
The heating object is an exhaust purification device (7) including a catalyst for purifying exhaust of the internal combustion engine,
The external heat is heat that the exhaust of the internal combustion engine has,
The first and second reactors (11, 12) and the exhaust purification device (7) are accommodated in an exhaust pipe (8) through which exhaust gas from the internal combustion engine flows,
The chemical heat storage device, wherein the second reactor (12) is disposed on the upstream side of the exhaust gas flow with respect to the exhaust gas purification device (7).
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