JP5724302B2 - 化学蓄熱器および化学蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学蓄熱器および化学蓄熱装置に関する。

化学蓄熱器および化学蓄熱装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図３に示されているように、化学蓄熱器および化学蓄熱装置は、エンジン（燃焼装置）から排出される排気ガスが流通する排気管（排気管）の途中に設けられ前記排気ガスを浄化する触媒からなる触媒セラミック部１４（触媒部）と、触媒セラミック部１４（触媒部）と当接して設けられ水（液体）と化学反応して発熱する蓄熱物質１７（蓄熱材）が充填された化学反応蓄熱装置１５（蓄熱装置）と、を備えている。この化学蓄熱器および化学蓄熱装置は、冷間時に蓄熱物質１７を発熱させるため水１８を供給するための導水管部１９と、暖機後可逆反応を起こさせ、反応後、水を水蒸気２０として外部へ放出する蒸気排出口２１を備えている。

この化学反応蓄熱装置１５では、蓄熱物質１７として酸化カルシウムＣａＯを使用している。酸化カルシウムＣａＯが水Ｈ_２Ｏと反応して水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２が発熱を伴って生成される（放熱）。逆に、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２が加熱されると（吸熱反応）、酸化カルシウムＣａＯと水Ｈ_２Ｏが生成される（蓄熱）。

また、化学蓄熱器および化学蓄熱装置の蓄熱材としては、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、化学蓄熱反応部１０は、粉体化学蓄熱材１２に粘土鉱物であるセピオライト１６を所定の割合で混合して成形して得た一次粒子１１を、さらにセピオライト１６と混合して成形、焼成することで構成されている。これにより、粉体化学蓄熱材１２（蓄熱材）間に細孔１４が形成された多孔質構造体である一次粒子１１間に、反応物、反応生成物の移動経路を成す隙間１５が形成されている。

特開昭５９−２０８１１８号公報 特開２００９−１３２８４４号公報

特許文献１に記載の化学蓄熱器および化学蓄熱装置において、発熱反応として酸化カルシウムＣａＯ等の水和反応を利用する場合、水和反応によって蓄熱材が膨張する。一方、発熱後の材料を加熱脱水して再生を行う過程で収縮する。このため、蓄熱材の容積変化によって蓄熱材容器との間に隙間ができ、蓄熱材と容器との間の熱伝達が悪化するという問題がある。

特許文献２に記載の蓄熱材によれば、一次粒子１１間に隙間１５が形成されているので、粉体化学蓄熱材１２（蓄熱材）が容積変化しても隙間１５で吸収することができる。すなわち、蓄熱材と容器との間の伝熱性を阻害しない構造を蓄熱材自体で確保している。よって、この蓄熱材を使用すれば、上述した特許文献１での問題である、蓄熱材の容積変化に起因する蓄熱材と容器との間の熱伝達の低下を抑制することは可能である。しかし、混合する粘土鉱物の量が多いと材料中の蓄熱材割合が低下し、また粘土鉱物の熱容量が増加するため発熱量自体が低下してしまう可能性がある。

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、化学蓄熱器および化学蓄熱装置において、発熱量の低下を招くことなく、蓄熱材の容積変化に起因する蓄熱材と容器との間の熱伝達の低下を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る化学蓄熱器の発明は、二重壁構造を構成する外側の周壁である外周壁部材と、二重壁構造を構成する内側の周壁である内周壁部材と、外周壁部材と内周壁部材との間に形成され、かつ、溶媒分子と発熱を伴って化学反応して溶媒和物となり一方溶媒和物を加熱することで溶媒分子を分離して生成される蓄熱材で充填されている蓄熱材部と、を備え、外周壁部材および内周壁部材の少なくとも一方部材は、外周壁部材および内周壁部材が蓄熱材部と常に密着するように、少なくとも一方部材の周辺温度に基づいて変形する構成である。

また請求項２に係る発明は、請求項１において、外周壁部材および内周壁部材のいずれか一方は、気化した前記溶媒が流通する流路を構成し、気化した前記溶媒が入出する孔が複数形成されている。

また請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、外周壁部材および内周壁部材のうち変形するものは、バイメタルで構成されている。

また請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、外周壁部材および内周壁部材のいずれか一方は蓄熱材部からの熱を外部の物に伝える伝熱部材であり、他方は蓄熱材部を加熱するための加熱部材である。

また請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、内周壁部材はその周辺の温度に基づいて変形するように構成され、外周壁部材は変形しない固定形状に構成されている。

また請求項６に係る発明は、請求項４において、加熱部材を加熱する電気ヒータをさらに備えている。

また請求項７に係る化学蓄熱装置の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の化学蓄熱器と、化学蓄熱器と気密的に連通され、かつ内部に貯められた溶媒を気化させて化学蓄熱器に供給し一方加熱された化学蓄熱器から供給される気化された溶媒を凝縮させて溶媒を生成して内部に貯める蒸発凝縮器と、を備えている。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、蓄熱材部においては、蓄熱材が溶媒分子と反応して溶媒和物が発熱を伴って生成される際（放熱）に、蓄熱材が膨張する。すなわち、蓄熱材が充填された蓄熱材部も全体として膨張する。一方、外周壁部材および内周壁部材の少なくとも一方部材は蓄熱材部の膨張に応じて変形するため、外周壁部材および内周壁部材が蓄熱材部と常に密着する。

また、蓄熱材部においては、溶媒和物が加熱され脱溶媒分子されて、蓄熱材が再生される際（蓄熱）に、蓄熱材は収縮する。すなわち、蓄熱材部も全体として収縮する。一方、外周壁部材および内周壁部材の少なくとも一方部材は蓄熱材部の収縮に応じて変形するため、外周壁部材および内周壁部材が蓄熱材部と常に密着する。

このように、蓄熱材の容積が変化しても、容器を構成する外周壁部材および内周壁部材の少なくとも一方部材が蓄熱材の容積の変化に対応して変形するので、蓄熱材とその容器との間に隙間を発生するのを抑制することができる。ひいては、蓄熱材の容積変化に起因する蓄熱材と容器との間の熱伝達の低下を抑制することができる。さらに、蓄熱材は従来技術のように混合物を含んでいないので、放熱時に発熱量の低下を招くことなく、十分な発熱量を確保することができる。

さらに、請求項１に係る発明においては、外周壁部材および内周壁部材のうち変形するものは、その周辺の温度に基づいて変形するように構成されている。これにより、蓄熱材とその容器との間に隙間を発生するのを、周辺温度に基づいて適切かつ確実に抑制することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、外周壁部材および内周壁部材のいずれか一方は、気化した溶媒が流通する流路を構成し、気化した前記溶媒が入出する孔が複数形成されている。これにより、外周壁部材および内周壁部材のいずれか一方を気化した溶媒用の流路と兼用することで、装置自体をコンパクトに抑制しつつ的確に気化した溶媒を蓄熱材に供給することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、外周壁部材および内周壁部材のうち変形するものは、バイメタルで構成されている。これにより、簡単な構成で、周辺温度に基づいて変形するように構成できる。また、周辺温度に応じて変形状態ひいては押圧力を適切に調整することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、外周壁部材および内周壁部材のいずれか一方は蓄熱材部からの熱を外部の物に伝える伝熱部材であり、他方は蓄熱材部を加熱するための加熱部材である。これにより、外周壁部材および内周壁部材の一方を放熱（伝熱）専用として、他方を蓄熱（加熱）専用として使用するため、加熱しながら放熱することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、内周壁部材はその周辺の温度に基づいて変形するように構成され、外周壁部材は変形しない固定形状に構成されている。これにより、化学蓄熱器自体を比較的小型にすることができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項４において、加熱部材を加熱する電気ヒータをさらに備えている。これにより、簡単な構成かつ制御性よく加熱部材を加熱することができる。

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の化学蓄熱器と、化学蓄熱器と気密的に連通され、かつ内部に貯められた溶媒を気化させて化学蓄熱器に供給し一方加熱された化学蓄熱器から供給される気化された溶媒を凝縮させて溶媒を生成して内部に貯める蒸発凝縮器と、を備えている。これにより、上述した請求項１から請求項６の作用・効果を得ることができる、化学蓄熱器と蒸発凝縮器とからなる化学蓄熱装置を提供することができる。

本発明による化学蓄熱器および化学蓄熱装置を適用した第１の実施形態を示す概要図である。 図１に示した化学蓄熱装置の構成を示す概要図である。 図３は蓄熱時の化学蓄熱器の状態を示す断面図であり、図３（ａ）は縦断面図であり図３（ｂ）は横断面図である。 図４は放熱時の化学蓄熱器の状態を示す断面図であり、図４（ａ）は縦断面図であり図４（ｂ）は横断面図である。 本発明による化学蓄熱装置を適用した第２の実施形態を示す概要図である。

１）第１の実施形態
以下、本発明による化学蓄熱器および化学蓄熱装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は化学蓄熱装置２０を電気自動車M１に適用した状態を示す概要図であり、図２は化学蓄熱装置２０の構成を示す概要図であり、図３は蓄熱時の化学蓄熱器の状態を示す断面図であり、図４は放熱時の化学蓄熱器の状態を示す断面図である。図３（ａ）は縦断面図であり図３（ｂ）は横断面図であり、図４（ａ）は縦断面図であり図４（ｂ）は横断面図である。

電気自動車Ｍ１は、図１に示すように、駆動源としての電気モータ１１と、電気モータ１１に電力を供給するバッテリ１２と、車内を暖房するための化学蓄熱装置２０と、を備えている。

化学蓄熱装置２０は、主として図２に示すように、化学蓄熱器２１、蒸発凝縮器２２、連結管２３、およびバルブ２４を含んで構成されている。

化学蓄熱器２１は、外周壁部材２１ａ、内周壁部材２１ｂ、側壁部材２１ｃ、側壁部材２１ｄ、および蓄熱材部２１ｅを含んで構成されている。

外周壁部材２１ａは、二重壁構造２１ｆを構成する外側の周壁であり、円筒状に形成されている。外周壁部材２１ａは、円筒状でなく、断面四角形状などの角筒状でもよい。外周壁部材２１ａは、金属材など伝熱性のよいもので形成されている。また、外周壁部材２１ａは、後述する蓄熱材部２１ｅに当接しており、蓄熱材部２１ｅからの熱（すなわち蓄熱材部２１ｅで発生した熱）を外部の物（本実施形態では電気自動車Ｍ１の室内空気）に伝える伝熱部材である。

内周壁部材２１ｂは、外周壁部材２１ａの内側に配設され、二重壁構造２１ｆを構成する内側の周壁である。内周壁部材２１ｂは円筒状に形成されている。内周壁部材２１ｂは円筒状でなく、断面四角形状などの角筒状でもよい。

内周壁部材２１ｂは、その周辺の温度に基づいて変形するように構成されている。本実施形態では、内周壁部材２１ｂはバイメタルで構成されている。具体的には、内周壁部材２１ｂは、熱膨張率が異なる２枚の金属板を重ねて円筒状に丸め、両端部が重なるようにし、その状態で２枚の金属板を貼り合わせて形成される。なお、両端部はフリーである。このとき、熱膨張率が大きい金属板が内側に配設されている。よって、温度が高くなると内周壁部材２１ｂの内径が拡張するように変形し、温度が低くなると内周壁部材２１ｂの内径が収縮するように変形する。なお、内径が拡張した場合、収縮したときと比較して両端部の重なる部分の長さは短くなる。

また、内周壁部材２１ｂは、熱膨張率が異なる２枚の金属板を重ねて円筒状に巻いて、何重にも重なるようにして、その状態で２枚の金属板を貼り合わせて形成するようにしてもよい。

内周壁部材２１ｂは、気化した水（溶媒）すなわち水蒸気が流通する流路を構成し、水蒸気（気化した溶媒）が入出する孔２１ｂ１が複数形成されている。孔２１ｂ１の内径は、蓄熱材２１ｅ１の外形より小さく設定されており、蓄熱材２１ｅ１が内周壁部材２１ｂ内に入らないようになっている。

側壁部材２１ｃは、外周壁部材２１ａの一方の開口を塞ぐ板状に形成された部材である。側壁部材２１ｃの一側面は、外周壁部材２１ａの一方の開口端に溶接などにより接続固定されている。側壁部材２１ｄは、外周壁部材２１ａの他方の開口を塞ぐ板状に形成された部材である。側壁部材２１ｄの一側面は、外周壁部材２１ａの他方の開口端に溶接などにより接続固定されている。側壁部材２１ｄは、貫通する貫通穴２１ｄ１が形成されている。貫通穴２１ｄ１には、連結管２３の一端が接続されている。

内周壁部材２１ｂの両開口端は、側壁部材２１ｃおよび側壁部材２１ｄに接続固定されていない。また、内周壁部材２１ｂの一方の開口端は、側壁部材２１ｃの側面に当接するかあるいは若干の隙間をおくように設定されている。さらに、内周壁部材２１ｂの他方の開口端は、側壁部材２１ｄの側面に当接するかあるいは若干の隙間をおくように設定されている。内周壁部材２１ｂの他方の開口端は、側壁部材２１ｄの貫通穴２１ｄ１を覆うように配設されている。さらに、内周壁部材２１ｂが収縮した状態において、内周壁部材２１ｂの内径が貫通穴２１ｄ１の内径より大きくなるように設定されている。

内周壁部材２１ｂには、図２に示すように、内周壁部材２１ｂを加熱する加熱装置である電気ヒータ２１ｇが設けられている。電気ヒータ２１ｇは通電されて発熱するものである。電気ヒータ２１ｇはヒータ制御装置３１を介してバッテリ１２に接続されており、バッテリ１２からの通電・非通電はヒータ制御装置３１により制御されている。ヒータ制御装置３１はＥＣＵ３２により制御されている。このように、電気ヒータ２１ｇが設けられている内周壁部材２１ｂは、内周壁部材２１ｂに当接する蓄熱材部２１ｅを加熱するための加熱部材である。

外周壁部材２１ａ、内周壁部材２１ｂ、側壁部材２１ｃおよび側壁部材２１ｄにより形成されている空間には、粒状の蓄熱材２１ｅ１が充填されている。この蓄熱材２１ｅ１が充填されている部分が蓄熱材部２１ｅである。

蓄熱材２１ｅ１は、溶媒分子と発熱を伴って化学反応（溶媒和）して溶媒和物となり、一方、溶媒和物を加熱することで溶媒分子を分離して生成されるものである。例えば、蓄熱材としては、酸化カルシウムＣａＯ、酸化マグネシウムＭｇＯなどがある。この蓄熱材と化学反応する溶媒としては、水、アルコールなどがある。

本実施形態では、酸化カルシウムＣａＯが水Ｈ_２Ｏと反応して溶媒和物（水和物）である水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２が発熱を伴って生成される。すなわち、酸化カルシウムが水和反応するのである。このとき、化学蓄熱器２１では放熱が行われるとともに、蓄熱材２１ｅ１は容積が増大し蓄熱材部２１ｅも全体として容積が増大する。逆に、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２が加熱されると（吸熱反応）、酸化カルシウムＣａＯと水Ｈ_２Ｏが生成される。このとき、化学蓄熱器２１では蓄熱が行われるとともに、蓄熱材２１ｅ１は容積が減少し蓄熱材部２１ｅも全体として容積が減少する。

このように構成された化学蓄熱器２１には、図２に示すように、加熱流路２５が設けられている。加熱流路２５は、外周壁部材２１ａをその一部として構成されており、外周壁部材２１ａを覆うように構成されている。加熱流路２５は、外周壁部材２１ａと一部を兼用することなく、独立した部材で構成するようにしてもよい。この場合、加熱流路は外周壁部材２１ａと当接して設けるのが好ましい。

加熱流路２５は流入口２５ａと流出口２５ｂを備えている。流入口２５ａは電気自動車Ｍ１の室内の空気を導入する。化学蓄熱器２１が放熱状態にあるとき、導入された空気は外周壁部材２１ａを介して加熱される。加熱された空気は、流出口２５ｂから電気自動車Ｍ１の室内に戻される。

蒸発凝縮器２２は、化学蓄熱器２１と気密的に連通され、かつ内部に貯められた溶媒（例えば水）を気化させて化学蓄熱器２１に供給し、一方、加熱された化学蓄熱器２１から供給される気化された溶媒（例えば水蒸気）を凝縮させて溶媒（例えば水）を生成して内部に貯めるものである。蒸発凝縮器２２は、連結管２３の他端が接続されており、化学蓄熱器２１と気密的に連通されている。化学蓄熱器２１、蒸発凝縮器２２および連結管２３は、ほぼ真空状態となっている。

なお、蒸発凝縮器２２は、外気（車両の室内の空気でも、車両外の空気でもよい）との熱交換を高めるためにフィンを設けるようにしてもよい。また、蒸発凝縮器２２は、電気ヒータを設けるようにしてもよい。蒸発凝縮器２２に貯められている溶媒を電気ヒータにより加熱して蒸発させ飽和蒸気圧を高めることで、その水蒸気を連結管２３を介して化学蓄熱器２１に早期に供給することができる。

バルブ２４は、連結管２３上に設けられており、連結管２３を開閉するものである。バルブ２４はＥＣＵ３２に接続されており、ＥＣＵ３２によって開閉制御されている。

次に、このように構成された化学蓄熱装置２０の作動について図３および図４を参照して説明する。

最初に、蓄熱時について図３を参照して説明する。蓄熱時には、電気ヒータ２１ｇが通電されて、内周壁部材２１ｂが加熱されるとともに、蓄熱材部２１ｅが加熱される。また、連結管２３のバルブ２４は開状態とされている。蓄熱材２１ｅ１が溶媒物和して溶媒和物となっていた場合には、内周壁部材２１ｂの加熱により、溶媒分子が分離する化学反応（吸熱反応）を起こして蓄熱する。具体的には、水酸化カルシウムが酸化カルシウムと水（水蒸気）となる。発生した水蒸気は、孔２１ｂ１を通って内周壁部材２１ｂに流出する（図３の矢印で示す）。さらに、その水蒸気は、加熱により化学蓄熱器２１内の圧力が高くなるため、連結管２３を通って蒸発凝縮器２２に供給される。蒸発凝縮器２２にて、水蒸気が凝縮され、その凝縮水が貯められる。

このとき、蓄熱材２１ｅ１は容積が減少し、ひいては蓄熱材部２１ｅは容積が減少する。一方、内周壁部材２１ｂは加熱されると、温度に応じて拡張されるため、蓄熱材部２１ｅの容積減少に応じて内周壁部材２１ｂが膨張することとなる。よって、内周壁部材２１ｂが蓄熱材部２１ｅに常に密着するようになっている。これと同時に、内周壁部材２１ｂが拡張する方向に付勢されているため、蓄熱材部２１ｅを拡張する方向に押圧することで、外周壁部材２１ａも蓄熱材部２１ｅに常に密着するようになっている。

次に放熱時について図４を参照して説明する。放熱時には、連結管２３のバルブ２４は開状態とされている。これにより、化学蓄熱器２１内は、溶媒和物となっていない蓄熱材２１ｅ１（酸化カルシウム）が水蒸気と反応するため、水蒸気圧が低い状態にあるが、蒸発凝縮器２２と連結されることで、蒸発凝縮器２２内の水蒸気が水蒸気圧の低い化学蓄熱器２１に流れ込む。そうすると、水蒸気は、孔２１ｂ１を通って蓄熱材部２１ｅに流入し、次々と酸化カルシウムと化学反応して発熱する。これと同時に、蒸発凝縮器２２では水蒸気が発生され、その水蒸気が蒸発凝縮器２２から化学蓄熱器２１に供給される。このように、化学蓄熱器２１で放熱が行われる。

このとき、蓄熱材２１ｅ１は容積が増大し、ひいては蓄熱材部２１ｅは容積が増大する。一方、内周壁部材２１ｂは加熱されると、温度に応じて拡張されるが、その拡張に抗して、蓄熱材部２１ｅの容積増大に応じて内周壁部材２１ｂが押圧されるため、内周壁部材２１ｂが収縮することとなる。よって、内周壁部材２１ｂが蓄熱材部２１ｅに常に密着するようになっている。これと同時に、蓄熱材部２１ｅの容積増大に応じて外周壁部材２１ａが押圧されることで、外周壁部材２１ａも蓄熱材部２１ｅに常に密着するようになっている。

上述した説明から明らかなように、本実施形態に係る化学蓄熱装置においては、蓄熱材部２１ｅにおいて、蓄熱材２１ｅ１が溶媒分子（水分子）と反応して溶媒和物（水酸化カルシウム）が発熱を伴って生成される際（放熱）に、蓄熱材２１ｅ１が膨張する。すなわち、蓄熱材２１ｅ１が充填された蓄熱材部２１ｅも全体として膨張する。一方、内周壁部材２１ｂは蓄熱材部２１ｅの膨張に応じて変形するため、外周壁部材２１ａおよび内周壁部材２１ｂが蓄熱材部２１ｅと常に密着する。

また、蓄熱材部２１ｅにおいては、溶媒和物（水酸化カルシウム）が加熱され脱溶媒分子されて、蓄熱材２１ｅ１が再生される際（蓄熱）に、蓄熱材２１ｅ１は収縮する。すなわち、蓄熱材部２１ｅも全体として収縮する。一方、内周壁部材２１ｂは蓄熱材部２１ｅの収縮に応じて変形するため、外周壁部材２１ａおよび内周壁部材２１ｂが蓄熱材部２１ｅと常に密着する。

このように、蓄熱材２１ｅの容積が変化しても、容器を構成する内周壁部材２１ｂが蓄熱材２１ｅの容積の変化に対応して変形するので、蓄熱材２１ｅとその容器との間に隙間を発生するのを抑制することができる。ひいては、蓄熱材２１ｅの容積変化に起因する蓄熱材２１ｅと容器との間の熱伝達の低下を抑制することができる。さらに、蓄熱材２１ｅは従来技術のように混合物を含んでいないので、放熱時に発熱量の低下を招くことなく、十分な発熱量を確保することができる。

また、変形する内周壁部材２１ｂは、その周辺の温度に基づいて変形するように構成されている。これにより、蓄熱材２１ｅとその容器との間に隙間を発生するのを、周辺温度に基づいて適切かつ確実に抑制することができる。

また、内周壁部材２１ｂは、気化した溶媒が流通する流路を構成し、気化した溶媒が入出する孔２１ｂ１が複数形成されている。これにより、内周壁部材２１ｂを気化した溶媒用の流路と兼用することで、装置自体をコンパクトに抑制しつつ的確に気化した溶媒を蓄熱材に供給することができる。

また、変形する内周壁部材２１ｂは、バイメタルで構成されている。これにより、簡単な構成で、周辺温度に基づいて変形するように構成できる。また、周辺温度に応じて変形状態ひいては押圧力を適切に調整することができる。

また、外周壁部材２１ａは蓄熱材部２１ｅからの熱を外部の物に伝える伝熱部材であり、内周壁部材２１ｂは蓄熱材部２１ｅを加熱するための加熱部材である。これにより、外周壁部材２１ａを放熱（伝熱）専用として、内周壁部材２１ｂを蓄熱（加熱）専用として使用するため、加熱しながら放熱することができる。

また、内周壁部材２１ｂはその周辺の温度に基づいて変形するように構成され、外周壁部材２１ａは変形しない固定形状に構成されている。これにより、化学蓄熱器２１自体を比較的小型にすることができる。

また、内周壁部材２１ｂ（加熱部材）を加熱する電気ヒータ２１ｇをさらに備えている。これにより、簡単な構成かつ制御性よく加熱部材を加熱することができる。

また、化学蓄熱器２１と、化学蓄熱器２１と気密的に連通され、かつ内部に貯められた溶媒を気化させて化学蓄熱器２１に供給し一方加熱された化学蓄熱器２１から供給される気化された溶媒を凝縮させて溶媒を生成して内部に貯める蒸発凝縮器２２と、を備えている。これにより、上述した作用効果を得ることができる、化学蓄熱器２１と蒸発凝縮器２２とからなる化学蓄熱装置２０を提供することができる。

なお、上述した実施形態においては、内周壁部材２１ｂを周辺温度に基づいて変形するようにしたが、外周壁部材２１ａを周辺温度に基づいて変形するようにしてもよい。この場合、内周壁部材２１ｂを伝熱部材とし、内周壁部材２１ｂを加熱流路２５として使用すればよい。また、外周壁部材２１ａを加熱部材とし、外周壁部材２１ａの外周に水蒸気流路を形成すればよい。このとき、外周壁部材２１ａに複数の孔を設けるのが好ましい。

また、内周壁部材２１ｂおよび外周壁部材２１ａを周辺温度に基づいて変形するようにしてもよい。なお、外周壁部材２１ａおよび内周壁部材２１ｂの一方を伝熱部材として他方を加熱部材とするのが好ましい。

また、上述した実施形態においては、外周壁部材２１ａおよび内周壁部材２１ｂのうち変形するものをバイメタルで構成するようにしたが、形状記憶合金で構成するようにしてもよい。内周壁部材２１ｂが変形する場合には、蓄熱時および放熱時に拡張するようにするのが好ましく、蓄熱時および放熱時の温度（例えば３００℃から４００℃）以下の温度で拡張するように設定するのが好ましい。

また、上述した実施形態においては、内周壁部材２１ｂが変形する場合には、内周壁部材２１ｂを径方向に伸縮自在に形成し、内部に径方向に付勢する付勢部材を設けて、常に拡張する方向に付勢する部材を内周壁部材２１ｂに使用するようにしてもよい。

２）第２の実施形態
以下、本発明による化学蓄熱器および化学蓄熱装置の一実施形態について図５を参照して説明する。本第２の実施形態は、化学蓄熱装置をエンジンを搭載した車両の触媒暖機システムに適用した場合である。

触媒暖機システムは、車両のエンジン１１１（燃焼装置）に接続されその排気ガスを排出（流通）させるメイン排気管１１２と、メイン排気管１１２の途中に設けられ前記排気ガスを浄化する触媒を有するメイン触媒部１１３と、エンジン１１１とメイン触媒部１１３との間に配設されメイン排気管１１２に並設して接続されたサブ排気管１１４と、サブ排気管１１４の途中に設けられた触媒暖気装置１２０と、エンジン１１１からの排気ガスの流路を切り替える切替装置１１５と、を備えている。

エンジン１１１は、燃料（例えばガソリン）が酸化剤ガス（例えば空気（酸素を含んでいる））で燃焼されて排気ガスを排出するものである。メイン触媒部１１３の触媒は、例えば金属担体に触媒を担持させたものであり、触媒量はサブ触媒部１３５より多く、触媒能力（排気ガスを浄化する量）もサブ触媒部１３５より高いものである。サブ排気管１１４は、メイン排気管１１２から分岐しその後再び合流している。なお、メイン触媒部１１３の触媒は、金属担体ではなくセラミックス担体でもよい。

切替装置１１５は、３つの開閉弁１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃから構成されている。開閉弁１１５ａは、メイン排気管１１２であってサブ排気管１１４との分岐点と合流点の間に配設されている。開閉弁１１５ｂは、２つの分岐したサブ排気管１１４のうち内筒１２１の導入口１２１ｂ１に連通されたものに配設されている。開閉弁１１５ｃは、２つの分岐したサブ排気管１１４のうち外筒１２２の導入口１２２ｂ１に連通されたものに配設されている。これら開閉弁１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃは、制御装置の指令により開閉されるものである。

触媒暖機装置１２０は、排気ガスを浄化する触媒を有するサブ触媒部１３５を暖機するとともに、排気ガス流の下流に配置されているメイン触媒部１１３も暖機するものである。触媒暖機装置１２０は、内筒１２１、外筒１２２、反応器１２３および蒸発凝縮装置１２４を備えている。暖機とは、メイン触媒部１１３およびサブ触媒部１３５の温度が触媒活性温度域に達するまで加熱することをいう。

反応器１２３は、蓄熱装置１３０とサブ触媒部１３５（触媒部）とを備えている。蓄熱装置１３０は、基本的には上述した化学蓄熱器２１と同様なものである。

内筒１２１と外筒１２２との間には、排気ガスが流通する外側空間Ｒ２が軸方向に沿って形成されている。外側空間Ｒ２の一方（一端）の開口（導入部１２２ｂの開口）には排気ガスを導入する導入口１２２ｂ１が形成されており、導入口１２２ｂ１は上流側のサブ排気管１１４に接続されている。外側空間Ｒ２の他方（他端）は端壁で閉塞されている。また、内筒１２１には、内側空間Ｒ１と外側空間Ｒ２を連通する連通穴１２１ａ２が形成されている。よって、上流側のサブ排気管１１４から導入口１２２ｂ１を通って外側空間Ｒ２に流入した排気ガスは、外側空間Ｒ２を流通した後、連通穴１２１ａ２を通って外側空間Ｒ２から内側空間Ｒ１に流入し、内側空間Ｒ１に配設された反応器１２３を通過し、導出口１２１ｃ１を通って下流側のサブ排気管１１４に流出する。外側空間Ｒ２は、折り返し流路を備えている。

蒸発凝縮装置１２４は、基本的には上述した蒸発凝縮器２２と同様なものである。蒸発凝縮装置１２４は、外筒１２２に当接して設けられ蓄熱装置１３０と気密的に連通され、かつ内部に貯められている液体（例えば水）を加熱することで蒸発させて蓄熱装置１３０に供給し一方加熱された蓄熱装置１３０から供給される気体（例えば気化した前記溶媒）を凝縮させて液体（例えば水）を生成して内部に貯めるものである。蒸発凝縮装置１２４は、接続管５８を介して蓄熱装置１３０と気密的に連通されている。

次に、上述したように構成された触媒暖機装置１２０および触媒暖機システムの作動について説明する。

最初に放熱時について説明する。蓄熱装置１３０で放熱させる場合、開閉弁１１５ａと開閉弁１１５ｂを閉状態とするとともに、開閉弁１１５ｃを開状態とする。これにより、排気ガスは、内側空間Ｒ１を介さないで外側空間Ｒ２（折り返し流路４１）に直接流入し蒸発凝縮装置１２４を加熱し、その後連通穴１２１ａ２を通って内側空間Ｒ１に流入しサブ触媒部１３５および蓄熱装置１３０を通って流出する。

このとき、エンジン１１１の始動開始当初であってエンジン１１１からの比較的低温の排気ガスは内側空間Ｒ１を介さないで外側空間Ｒ２に直接流入することで、蒸発凝縮装置１２４が加熱される。その結果、蒸発凝縮装置１２４内部の液体が、加熱されることで蒸発して蓄熱装置１３０に供給される。そして蓄熱材３０ａ（酸化カルシウム）と気化された液体とが化学反応して発熱して蓄熱装置１３０で放熱する。その熱により蓄熱装置１３０に当接するサブ触媒部１３５が加熱される。

一方、蒸発凝縮装置１２４と熱交換した後の排気ガスは、連通穴１２１ａ２を通って内側空間Ｒ１に流入し蓄熱装置１３０で加熱されて流出する。このとき、蓄熱装置１３０による加熱によってサブ触媒部１３５が活性温度域まで達すると、排気ガスと触媒反応するようになる。そうすると、排気ガスは、蓄熱装置１３０の発熱に加えて排気ガスとの触媒反応による発熱が加わり、より高温の排気ガスがメイン触媒部１１３に供給される。

このように、触媒暖機装置１２０から供給される高温の排気ガスによって、メイン触媒部１１３の触媒は加熱され暖機される。その結果触媒の温度は触媒温度域に到達する。また、メイン触媒部１１３の触媒が活性温度域まで達すると、排気ガスと触媒反応するようになり発熱し、メイン触媒部１１３の自らの発熱も加わって加熱される。

その後、メイン触媒部１１３の温度が活性温度域になれば、開閉弁１１５ｂと開閉弁１１５ｃを閉状態とするとともに、開閉弁１１５ａを開状態とする。これにより、エンジン１１１からの排気ガスをメイン排気管１１２を介して活性温度域に達したメイン触媒部１１３に流通させ、触媒反応によりメイン触媒部１１３が加熱される。

次に、蓄熱時について説明する。この蓄熱時は、エンジン１１１の始動後、サブ触媒部１３５およびメイン触媒部１１３の暖機が終了した時点であってエンジン１１１が運転中である場合に実行される。蓄熱装置１３０で蓄熱させる場合、開閉弁１１５ｃを閉状態とするとともに、開閉弁１１５ａと開閉弁１１５ｂを開状態とする。これにより、エンジン１１１からの比較的高温である排気ガスが内側空間Ｒ１に直接流入しサブ触媒部１３５および蓄熱装置１３０を通って流出される。

このように、排気ガスが蓄熱装置１３０を通過することで、液体と化学反応した蓄熱材３０ａ（反応物：水酸化カルシウム）は、排気ガスの熱により液体が気体化して分離する化学反応（吸熱反応）を起こして蓄熱する。このとき、蓄熱装置１３０から蒸発凝縮装置１２４に供給された気体は凝縮されて液体となり蒸発凝縮装置１２４内部に貯められる。

本第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

１１…モータ、１２…バッテリ、２０…化学蓄熱装置、２１…化学蓄熱器、２１ａ…外周壁部材、２１ｂ…内周壁部材、２１ｃ…側壁部材、２１ｄ…側壁部材、２１ｅ…蓄熱材部、２１ｅ１…蓄熱材、２２…蒸発凝縮器、２３…連結管、２４…バルブ、１１１…エンジン、１１２…メイン排気管（排気管）、１１３…メイン触媒部、１１４…サブ排気管、１１５…切替装置、１２０…触媒暖機装置、１２１…内筒、１２１ａ２…連通穴、１２２…外筒、１２３…反応器、１２４…蒸発凝縮装置、１３０…蓄熱装置、１３５…サブ触媒部（触媒部）、内側空間…Ｒ１、外側空間…Ｒ２。

Claims (7)

1. 二重壁構造を構成する外側の周壁である外周壁部材と、
   前記二重壁構造を構成する内側の周壁である内周壁部材と、
   前記外周壁部材と前記内周壁部材との間に形成され、かつ、溶媒分子と発熱を伴って化学反応して溶媒和物となり一方前記溶媒和物を加熱することで前記溶媒分子を分離して生成される蓄熱材で充填されている蓄熱材部と、を備え、
   前記外周壁部材および前記内周壁部材の少なくとも一方部材は、前記外周壁部材および前記内周壁部材が前記蓄熱材部と常に密着するように、前記少なくとも一方部材の周辺温度に基づいて変形する構成である化学蓄熱器。
2. 請求項１において、
   前記外周壁部材および前記内周壁部材のいずれか一方は、気化した前記溶媒が流通する流路を構成し、気化した前記溶媒が入出する孔が複数形成された化学蓄熱器。
3. 請求項１または請求項２において、前記外周壁部材および前記内周壁部材のうち変形するものは、バイメタルで構成された化学蓄熱器。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記外周壁部材および前記内周壁部材のいずれか一方は前記蓄熱材部からの熱を外部の物に伝える伝熱部材であり、他方は前記蓄熱材部を加熱するための加熱部材である化学蓄熱器。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
   前記内周壁部材はその周辺の温度に基づいて変形するように構成され、
   前記外周壁部材は変形しない固定形状に構成された化学蓄熱器。
6. 請求項４において、前記加熱部材を加熱する電気ヒータをさらに備えた化学蓄熱器。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の化学蓄熱器と、
   前記化学蓄熱器と気密的に連通され、かつ内部に貯められた溶媒を気化させて前記化学蓄熱器に供給し一方加熱された前記化学蓄熱器から供給される気化された前記溶媒を凝縮させて前記溶媒を生成して内部に貯める蒸発凝縮器と、を備えた化学蓄熱装置。

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