JP5780263B2 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、配管内に配設される加熱対象を加熱する化学蓄熱装置に関する。

車両等の排気系には、エンジンから排出される排気ガスに含まれる環境汚染物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するために、触媒等が設けられている。触媒には、浄化能力を活性化するための最適温度（活性温度）が存在する。エンジン始動時は、排気ガスの温度が低く、触媒の活性温度に達するまでに時間を要する。そこで、エンジン始動時等の排気ガスの温度が低いときに触媒の活性温度まで短時間で温度上昇させるために、触媒を暖機するための加熱装置を設ける場合がある。この加熱装置としては、エネルギロス（燃費ロス）を低減して暖機を行うために、化学反応の反応熱を利用した化学蓄熱装置がある。特許文献１には、触媒の外周部に蓄熱物質（反応材）を配置させ、蓄熱物質の化学反応の反応熱を利用して触媒を暖機する触媒暖機装置が開示されている。

特開昭５９−２０８１１８号公報

化学蓄熱装置には、触媒等の加熱対象を迅速に昇温するために、加熱対象の外周側の全周に反応材を配設し、加熱対象を全周から加熱するものがある。このように、全周に反応材を配設した場合でも、コスト面での部品点数の削減等のために、アンモニア等の反応媒体の供給箇所は少ない（例えば、１箇所）。反応媒体の供給箇所が少ないと、反応材全体に反応媒体が伝わり難くなり、供給箇所から離れている反応材ほど反応媒体が伝わり難い。そのため、離れている反応材では、化学反応が抑えられ、反応熱の発生量も少なくなる。その結果、化学蓄熱装置の加熱効率が低下し、触媒全体（特に、反応媒体の供給箇所から離れている側の触媒）を迅速に昇温できない。

そこで、本発明は、反応媒体を反応材全体に伝わり易くする化学蓄熱装置を提供することを課題とする。

本発明に係る化学蓄熱装置は、配管内に配設される加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応器と、吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器と、反応器と吸着器とを接続し、反応器と吸着器との間で反応媒体を移動させる接続管とを備え、反応器は、配管における加熱対象が配設されている箇所の外周面に沿って並べられた複数個の固体状の反応材と、複数個の反応材の外周部に形成された空間とを有し、ケーシングで封入され、接続管の一端は、空間に開口され、空間を形成するための支持体が反応材毎に設けられ、支持体は、反応材を配管側に支持する反応材支持部を有し、反応材支持部は、反応材の外周面に接触する反応材接触部を有し、反応材接触部で反応材を配管に押え付けて支持することを特徴とする。

化学蓄熱装置は、配管内に配設されている加熱対象を外周部から加熱する。この化学蓄熱装置は、吸着器と反応器を備え、吸着器と反応器とが接続管で接続されている。吸着器では、反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する。反応器では、吸着器から接続管を介して反応媒体が供給されると、固体状の反応材と反応媒体とが化学反応して熱を発生させる。反応器は、ケーシングによって封入された状態で反応材が配管の外周面（加熱対象が配設されている箇所）に沿って配設されており、配管を介して外周部から加熱対象を加熱する。特に、反応器は、反応材の外周部に空間が形成されており、この空間に接続管の一端が開口されている。したがって、吸着器から反応器に接続管を介して反応媒体が供給されるときには、接続管の一端から空間内に反応媒体が供給される。この供給された反応媒体は、空間内を通って反応材の外周側を自由に移動できる。そのため、この空間によって接続管の開口部から離れている箇所に配置される反応材まで反応媒体を伝えることができ、反応媒体が反応材全体に伝わる。その結果、加熱対象の外周部に配置される反応材全体において化学反応を促進でき、反応材全体で外周部から加熱対象を加熱できる。このように、この化学蓄熱装置は、反応材の外周部に空間を形成して空間内に反応媒体を供給することにより、反応媒体が反応材全体に伝わり易くなり、反応材全体において化学反応を促進できる。その結果、化学蓄熱装置による加熱対象への加熱効率が向上し、加熱対象を迅速に昇温できる。

化学蓄熱装置では、支持体によって、反応材を配管側に保持しつつ、反応材の外周部に空間を形成することができる。この支持体は、一端が配管又はケーシングに接続される構成としてもよい。

本発明の上記化学蓄熱装置では、反応器は、空間とケーシングとの間に配置される断熱材を有し、支持体は、断熱材をケーシング側に支持する断熱材支持部を有する。この断熱材支持部は、断熱材の内周面に接触する断熱材接触部を有し、断熱材接触部で断熱材をケーシングに押え付けて支持する。反応器は、断熱材も有しており、反応材と断熱材との間に空間が形成されている。断熱材は、空間を介して反応材の外周部を覆うように設けられ、反応材から発生した熱が外部に逃げるのを防止できる。このように、空間の外周部（ひいては、反応材の外周部）に断熱材を設けることにより、反応材の熱が外部に放出されるのを防止でき、加熱対象への加熱効率が更に向上する。

本発明によれば、反応材の外周部に空間を形成して空間内に反応媒体を供給することにより、反応媒体が反応材全体に伝わり易くなり、反応材全体において化学反応を促進できる。

本実施の形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気浄化システムの概略構成図である。 第１の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＡ−Ａ線に沿った側断面図である。 第１の実施の形態に係る最上下流の支持体のバリエーションを示す側断面図であり、（ａ）が支持体の一端が反応材を貫通して排気管に接続される場合であり、（ｂ）が支持体が反応器のケーシングに接続される場合である。 第２の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＢ−Ｂ線に沿った側断面図である。 第３の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正面図におけるＣ−Ｃ線に沿った側断面図である。 第４の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＤ−Ｄ線に沿った側断面図である。 第５の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＥ−Ｅ線に沿った側断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る化学蓄熱装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る化学蓄熱装置を、車両のエンジンの排気系に設けられる排気浄化システムに備えられる化学蓄熱装置に適用する。本実施の形態に係る排気浄化システムは、エンジン（特に、ディーゼルエンジン）から排出される排気ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化するシステムである。本実施の形態に係る排気浄化システムは、触媒のＤＯＣ[Diesel Oxidation Catalyst]、ＳＣＲ[SelectiveCatalytic Reduction]とＡＳＣ[Ammonia Slip Catalyst]及びフィルタのＤＰＦ[Diesel Particulate Filter]を備えている。また、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、触媒（ＤＯＣ）を暖機するための化学蓄熱装置も備えている。本実施の形態には、化学蓄熱装置の反応器内の空間を形成するための構造が異なる５つの実施形態がある。

図１を参照して、第１〜第５の実施の形態で共通する排気浄化システム１の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムの概略構成図である。

排気浄化システム１は、エンジン２の排気側に接続された排気管３の上流側から下流側に向けて、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）７を有している。なお、本実施の形態では、排気管３が特許請求の範囲に記載する配管に相当する。

ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、インジェクタ６ａによって排気管３内の上流側にアンモニア（ＮＨ_３）あるいは尿素水（加水分解してアンモニアになる）が供給されると、アンモニアと排気ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることによって、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６をすり抜けて下流側に流れたアンモニアを酸化する触媒である。

各触媒４，６，７には、環境汚染物質に対する浄化能力を発揮できる温度領域（すなわち、活性温度）が存在する。例えば、ＤＯＣ４の活性温度の下限は１５０℃程度である。しかし、エンジン２の始動直後などは、エンジン２から排出された直後の排気ガスの温度は１００℃程度と比較的低温である。そこで、エンジン２の始動直後などでも、各触媒４，６，７で浄化能力を発揮させるために、各触媒４，６，７での温度を迅速に活性温度にする必要がある。そのために、排気浄化システム１は、触媒の暖機を行う化学蓄熱装置８も有している。なお、排気浄化システム１には、エンジン２から排出された排気ガスの温度（あるいは、触媒の温度）を検出する温度センサが設けられている。

化学蓄熱装置８は、外部エネルギレスで触媒を暖機する化学蓄熱装置である。つまり、化学蓄熱装置８は、通常は排気ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときにその熱を使用して触媒を暖機する。特に、化学蓄熱装置８は、排気管３における上流に位置する触媒であるＤＯＣ４を外周部から暖機（加熱）する。上流で暖機することによって、暖機で昇温した排気ガスが下流の触媒（ＳＣＲ６、ＡＳＣ７）に流れる。化学蓄熱装置８は、反応器９、吸着器１０、接続管１１、開閉弁１２等を備えている。なお、本実施の形態では、ＤＯＣ４が特許請求の範囲に記載する加熱対象に相当する。

反応器９は、排気管３におけるＤＯＣ４の配設される箇所の外周面の全周に設けられ、断面形状が排気管３を囲むドーナツ形状である。この断面ドーナツ形状の断面は、反応器９を排気ガスの流れる方向に対して垂直に切った流路断面である。図２等に示すように、反応器９は、アンモニア（反応媒体）と化学反応する多数個の反応材９ａを有している。反応器９では、アンモニアと各反応材９ａとが化学反応して化学吸着（配位結合）し、熱を発生させる。また、反応器９では、所定温度以上になると各反応材９ａとアンモニアとが分離して、アンモニアを放出し始め、それより高い所定温度になるとアンモニアを殆ど放出する。これらの各温度は、反応材９ａとアンモニアとの組み合わせによって変わる。

反応材９ａは、タブレット状に固められた固体状である。多数個の反応材９ａは、排気管３の外周面の排気ガスの流れる方向に沿って複数個並べられて配設され、排気管３の外周面の周方向に沿って複数個並べられて配設される。したがって、各反応材９ａの側断面形状は図２（ｂ）等に示すように長方形状であり、正断面形状は図２（ａ）等に示すように分割されたドーナツ形状（所定の厚さを有する円弧形状）である。この排気ガスの流れる方向及び周方向に沿って配設された多数個の反応材９ａによって、ＤＯＣ４が配設される箇所の排気管３の外周面の全周に反応材が配設され、断面形状が排気管３を囲むドーナツ形状となっている。複数個並べられて配設された反応材９ａ，・・・の列の排気ガスの流れる方向の長さは、ＤＯＣ４の全体を覆う長さを有している。したがって、排気管３の外周面に直接配設された反応材９ａ，・・・は、薄い排気管３を介してＤＯＣ４全体を直接暖機できる。反応材９ａとしては、アンモニアと化学反応して発熱し、触媒の活性温度以上に昇温できる材料を用い、例えば、２価の塩化物（ＭＣｌ_２）、２価の臭化物（ＭＢｒ_２）、２価のヨウ化物（ＭＩ_２）であり、ＭはＭｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｃｒ等が適している。

さらに、図２等に示すように、反応器９は、断熱材９ｂを有している。断熱材９ｂは、反応材９ａ，・・・の外周側の全面を覆うように配設され、断面形状がドーナツ形状である。また、反応器９は、反応材９ａ，・・・及び断熱材９ｂを収納するケーシング９ｃを有している。ケーシング９ｃは、断熱材９ｂの外周側の全面及び反応器９の上流端部と下流端部の全面を覆うように配設され、排気管３との間で密閉された空間を形成し、その中に反応材９ａ，・・・及び断熱材９ｂを封入している。このように、反応材９ａ，・・・は密閉空間内に封入されているので、アンモニアと繰り返し化学反応できる。

特に、反応器９は、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間（断面形状がドーナツ形状の反応材９ａ，・・・の外周面の全周に沿って）に空間９ｄが形成されている。空間９ｄは、断面形状が反応材９ａ，・・・を囲むドーナツ形状であり、内径が反応材９ａ，・・・のドーナツ形状の外径になり、外径が断熱材９ｂのドーナツ形状の内径になる。この空間９ｄは、供給されたアンモニアを反応材９ａ，・・・全体に伝えるための通路となる。空間９ｄには、接続管１１の一端が開口されている。接続管１１から空間９ｄ内にアンモニアが供給されると、アンモニアが空間９ｄ内（反応材９ａ，・・・の外周側）を自由に移動できる。なお、この空間９ｄを形成するための構造については、以下の第１〜第５の実施の形態で説明する。

吸着器１０は、アンモニアと物理吸着する吸着材としての活性炭が内蔵されている。吸着器１０では、アンモニアを活性炭と物理吸着させた状態で貯蔵して、排気ガスの排熱（温まったアンモニア）を蓄えるとともに、アンモニアを活性炭から分離させてアンモニアを放出して、アンモニアを反応器９に供給する。

接続管１１は、反応器９と吸着器１０とを接続し、反応器９と吸着器１０との間でアンモニアを移動させる管路である。接続管１１の一端は、図２等に示すように、反応器９のケーシング９ｃ及び断熱材９ｂを貫通して、空間９ｄに開口されている。ちなみに、部品点数を削減してコストを低減するために、本実施の形態では接続管１１は１本だけであり、空間９ｄへの開口箇所も１箇所である。したがって、空間９ｄ内には、１箇所だけ（１本の接続管１１の開口部）からアンモニアが供給されることになる。開閉弁１２は、接続管１１の途中に配設される。開閉弁１２が開弁されると、接続管１１を介して反応器９と吸着器１０との間でアンモニアの移動が可能となる。なお、この開閉弁１２の開閉制御は、エンジン２を制御するＥＣＵ[Electronic Control Unit]（図示せず）等で行われる。

以上のように構成した排気浄化システム１における化学蓄熱装置８（特に、反応器９）の動作を説明する。車両停止中（エンジン２が停止中）は、開閉弁１２は閉じられている。したがって、吸着器１０において活性炭からアンモニアが分離していても、接続管１１を介してアンモニアが反応器９に供給されない。

エンジンが始動後に、エンジンから排出された排気ガスの温度が所定温度（触媒の活性温度に基づいて設定された温度）より低いときには（エンジンの始動直後など）、ＥＣＵによる制御によって開閉弁１２が開かれ、接続管１１を介してアンモニアが反応器９に供給される。このとき、吸着器１０の圧力が反応器９の圧力よりも高く、アンモニアが反応器９側に移動する。特に、接続管１１を介して供給されたアンモニアは、接続管１１の開口部から空間９ｄ内に入り、空間９ｄを通路として移動する。これによって、アンモニアを接続管１１の開口部（アンモニアの供給箇所）から離れている箇所（特に、周方向に沿って１８０°離れている箇所）に配置される反応材９ａまで伝えることができ、アンモニアが反応材９ａ，・・・全体に伝わる。反応器９では、供給されたアンモニアと各反応材９ａとが化学反応して化学吸着し、熱を発生する。この熱は、排気管３に伝わり、排気管３からＤＯＣ４に伝わる。これによって、ＤＯＣ４が加熱され、温度がＤＯＣ４の活性温度以上になると、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。

エンジンから排出された排気ガスの温度が所定温度より高くなると、排気ガスの排熱によって、反応器９では、アンモニアと各反応材９ａとが分離し、アンモニアが発生する。この分離したアンモニアは、開閉弁１２が開かれているので、反応器９から接続管１１を介して吸着器１０に戻る。このとき、反応器９の圧力が吸着器１０の圧力よりも高く、アンモニアが吸着器１０側に移動する。吸着器１０では、吸着材がアンモニアを物理吸着して貯蔵する。吸着器１０に設けられている圧力センサの圧力値がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になった場合、ＥＣＵでは開閉弁１２を閉じる。

この化学蓄熱装置８によれば、反応器９の反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成して空間９ｄ内にアンモニアを供給することにより、アンモニアの供給箇所が１箇所であるが、アンモニアが反応材９ａ，・・・全体に（特に、アンモニアの供給箇所から離れている箇所まで）伝わり易く、反応材９ａ，・・・全体で化学反応を促進できる。その結果、化学蓄熱装置８による加熱対象への加熱効率が向上し、ＤＯＣ４を迅速に昇温できる。さらに、化学蓄熱装置８によれば、空間９ｄの外周部（ひいては、反応材９ａ，・・・の外周部）に断熱材９ｂを設けることにより、反応材９ａ，・・・の熱が外部に放出されるのを防止でき、ＤＯＣ４への加熱効率が更に向上する。

なお、化学蓄熱装置８の加熱対象であるＤＯＣ４は、図２等に示すように、断面環状の薄い排気管３内に配設された円柱形状のハニカム基材４ａに触媒が担持された構造である。このハニカム基材４ａの材料は、例えば、コーディライト、メタルである。また、排気管３の材料は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）である。

まず、図２を参照して、第１の実施の形態に係る反応器９の空間９ｄを形成するための構造について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＡ−Ａ線に沿った側断面図である。なお、図２〜図７に示す例では、反応材９ａは排気管３の外周面の周方向に沿って４個並べられて配置されているものとする。

第１の実施の形態に係る構造では、空間９ｄを形成するために、多数個の支持体９ｅが設けられている。支持体９ｅは、少なくとも各反応材９ａに対応してそれぞれ設けられる。支持体９ｅは、各反応材９ａを排気管３側に支持しかつ断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持する機能を有するとともに、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成する機能を有している。第１の実施の形態では、多数個の支持体９ｅ，・・・が特許請求の範囲に記載する支持体に相当する。なお、支持体９ｅは、各反応材９ａに対してそれぞれ設けるのでなく、隣接する反応材９ａ，９ａの間にそれぞれ設けてもよい。

支持体９ｅは、反応材９ａの中央部に配置されて、排気管３と断熱材９ｂとの間に設けられる。支持体９ｅは、図２（ａ）に示すように、径方向に沿って延びる柱部材９ｅ_１と、柱部材９ｅ_１から周方向（又は排気ガスの流れる方向）に沿って延びる２個の梁部材９ｅ_２，９ｅ_３からなる。柱部材９ｅ_１は、一端が排気管３の外周面に接続され、反応材９ａの中央部を貫通して他端部が断熱材９ｂの内周面まで延びる部材である。したがって、反応材９ａの中央部には、この柱部材９ｅ_１が貫通するための孔があけられている。柱部材９ｅ_１の長さは、反応材９ａの径方向の長さ分と空間９ｄの径方向の長さ分の長さである。空間９ｄの径方向の長さは、アンモニアが自由に移動できれば、適宜設定してよい。内周側の梁部材９ｅ_２は、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持（固定）するために、柱部材９ｅ_１の中間部から横方向の両側に反応材９ａの外周面に沿って延びる部材である。梁部材９ｅ_２の長さは、反応材９ａを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。外周側の梁部材９ｅ_３は、断熱材９ｂをケーシング９ｃに対して押え付けて支持するために、柱部材９ｅ_１の他端部から横方向の両側に断熱材９ｂの内周面に沿って延びる部材である。梁部材９ｅ_３の長さは、断熱材９ｂを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。この梁部材９ｅ_２と梁部材９ｅ_３との間隔によって、空間９ｄの径方向の長さを設定できる。なお、梁部材は、柱部材の横方向の両側に延びる部材ではなく、柱部材を中心にして円状等に広がる部材としてもよい。また、梁部材の横方向の両側に延びる方向としては、周方向に延びてもよいし、排気ガスの流れる方向に延びてもよい。

この第１の実施の形態に係る構造によれば、排気管３に接続される支持体９ｅの梁部材９ｅ_２によって、反応材９ａを排気管３側に確実に支持できる。また、断熱材９ｂまで延びる支持体９ｅの梁部材９ｅ_３によって、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に確実に支持できる。さらに、支持体９ｅの所定間隔をあけた梁部材９ｅ_２と梁部材９ｅ_３とによって、反応材９ａと断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成できる。

なお、最上流及び最下流に配置される支持体のバリエーションについて、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施の形態に係る最上下流の支持体のバリエーションを示す側断面図であり、（ａ）が支持体の一端が反応材を貫通して排気管に接続される場合であり、（ｂ）が支持体が反応器のケーシングに接続される場合である。図３（ａ）に示す支持体９ｆの場合、上記の支持体９ｅと同様に、柱部材９ｆ_１と梁部材９ｆ_２，９ｆ_３からなる。この支持体９ｆは、上記の支持体９ｅと同様に、柱部材９ｆ_１が反応材９ａを貫通して排気管３に接続される。一方、図３（ｂ）に示す支持体９ｇの場合、２個の梁部材９ｇ_１，９ｇ_２からなる。内周側の梁部材９ｇ_１は、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持するために、一端がケーシング９ｃの上流側又は下流側の側壁に接続され、ケーシング９ｃの側壁から排気ガスの流れ方向に反応材９ａの外周面に沿って延びる部材である。外周側の梁部材９ｇ_２は、断熱材９ｂをケーシング９ｃに対して押え付けて支持するために、一端がケーシング９ｃの上流側又は下流側の側壁に接続され、ケーシング９ｃの側壁から排気ガスの流れ方向に断熱材９ｂの内周面に沿って延びる部材である。この梁部材９ｇ_１と梁部材９ｇ_２との間隔によって、空間９ｄの径方向の長さを設定できる。このように、最上流及び最下流の支持体については、上記のいずれの支持体でもよい。

図４を参照して、第２の実施の形態に係る反応器９の空間９ｄを形成するための構造について説明する。図４は、第２の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＢ−Ｂ線に沿った側断面図である。

第２の実施の形態に係る構造では、空間９ｄを形成するために、４個のスペーサ９ｈが設けられている。スペーサ９ｈは、周方向に沿って配置される４つの反応材９ａの各列に対応してそれぞれ設けられる。スペーサ９ｈは、各列の反応材９ａを排気管３側に支持しかつ断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持する機能を有するとともに、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成する機能を有している。第２の実施の形態では、４個のスペーサ９ｈ，・・・が特許請求の範囲に記載する支持体に相当する。なお、以下で説明するスペーサ９ｈは、各列の反応材９ａ，・・・の全域に設けるものであるが、全域に設けるのではなく、各列において所定の間隔で所定の長さのスペーサを複数個設けてもよい。また、スペーサ９ｈは、各列の反応材９ａ，・・・に設けるのではなく、隣接する反応材９ａ，・・・の列と列との間の全域または所定の間隔で設けてもよいし、個々の反応材９ａあるいは個々の隣接する反応材９ａ，９ａの間にそれぞれ設けてもよい。

スペーサ９ｈは、反応材９ａ，・・・の列の周方向の中央部に配置されて、反応材９ａ，・・・の列と断熱材９ｂとの間において反応器９の排気ガスの流れる方向の全域に設けられる。スペーサ９ｈは、反応器９の排気ガスの流れる方向の全域に設けられるので、接続管１１の開口部を塞がないように、図４（ａ）に示すように、接続管１１の開口部からずらした位置に配置される。スペーサ９ｈを全域に設けない場合、スペーサ９ｈを接続管１１の開口部からずらした位置に配置しなくてよい。スペーサ９ｈの排気ガスが流れる方向の長さは、排気ガスの流れる方向に沿って並べられた複数個の反応材９ａ，・・・からなる列の長さや断熱材９ｂの長さと同じ長さである。スペーサ９ｈは、図４（ａ）に示すように、径方向に沿って延びる柱部材９ｈ_１と、周方向に沿って延びる２個の梁部材９ｈ_２，９ｈ_３からなる。柱部材９ｈ_１は、反応材９ａの外周面と断熱材９ｂの内周面との間に全域で延びる部材である。したがって、柱部材９ｈ_１は、空間９ｄの径方向の長さ分の長さを有している。内周側の梁部材９ｈ_２は、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持するために、柱部材９ｈ_１の一端部から周方向の両側に反応材９ａの外周面に沿って全域で延びる部材である。梁部材９ｈ_２の長さは、反応材９ａを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。外周側の梁部材９ｈ_３は、断熱材９ｂをケーシング９ｃに対して押え付けて支持するために、柱部材９ｈ_１の他端部から周方向の両側に断熱材９ｂの内周面に沿って全域で延びる部材である。梁部材９ｈ_３の長さは、断熱材９ｂを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。この梁部材９ｈ_２と梁部材９ｈ_３との間隔（柱部材９ｈ_１の長さ）によって、空間９ｄの径方向の長さを設定できる。なお、スペーサ９ｈに貫通孔を設けて、アンモニアが通り易くするようにしてもよい。

この第２の実施の形態に係る構造によれば、反応材９ａと断熱材９ｂとの間にスペーサ９ｈを配置させることによって、反応材９ａを排気管３側に支持できるとともに、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持できる。さらに、このスペーサ９ｈによって、反応材９ａと断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成できる。特に、この構造の場合、排気管３やケーシング９ｃ等に部材を接続する必要がなく、支持体の組み付け工数を低減できる。

図５を参照して、第３の実施の形態に係る反応器９の空間９ｄを形成するための構造について説明する。図５は、第３の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＣ−Ｃ線に沿った側断面図である。

第３の実施の形態に係る構造では、空間９ｄを形成するために、多数個の支持体９ｉが設けられている。支持体９ｉは、少なくとも各反応材９ａに対応してそれぞれ設けられる。支持体９ｉは、各反応材９ａを排気管３側に支持しかつ断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持する機能を有するとともに、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成する機能を有している。第３の実施の形態では、多数個の支持体９ｉ，・・・が特許請求の範囲に記載する支持体に相当する。なお、支持体９ｉは、各反応材９ａに対してそれぞれ設けるのでなく、隣接する反応材９ａ，９ａの間にそれぞれ設けてもよい。

支持体９ｉは、反応材９ａの中央部に配置されて、反応材９ａとケーシング９ｃとの間に設けられる。支持体９ｉは、図５（ａ）に示すように、径方向に沿って延びる柱部材９ｉ_１と、柱部材９ｉ_１から周方向（又は排気ガスの流れる方向）に沿って延びる２個の梁部材９ｉ_２，９ｉ_３からなる。柱部材９ｉ_１は、一端がケーシング９ｃの内周面に接続され、断熱材９ｂを貫通して他端部が反応材９ａの外周面まで延びる部材である。したがって、断熱材９ｂには、この柱部材９ｉ_１が貫通するための孔があけられている。柱部材９ｉ_１の長さは、断熱材９ｂの径方向の長さ分と空間９ｄの径方向の長さ分の長さである。内周側の梁部材９ｉ_２は、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持するために、柱部材９ｉ_１の他端から横方向の両側に反応材９ａの外周面に沿って延びる部材である。梁部材９ｉ_２の長さは、反応材９ａを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。外周側の梁部材９ｉ_３は、断熱材９ｂをケーシング９ｃに対して押え付けて支持するために、柱部材９ｉ_１の中間部から横方向の両側に断熱材９ｂの内周面に沿って延びる部材である。梁部材９ｉ_３の長さは、断熱材９ｂを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。この梁部材９ｉ_２と梁部材９ｉ_３との間隔によって、空間９ｄの径方向の長さを設定できる。なお、最上流及び最下流の支持体について、第１の実施の形態と同様に、断熱材９ｂを貫通してケーシング９ｃの外周壁に接続する支持体でもよいし、あるいは、ケーシング９ｃの側壁に接続する支持体でもよい。

この第３の実施の形態に係る構造によれば、ケーシング９ｃに接続される支持体９ｉの梁部材９ｉ_３によって、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に確実に支持できる。また、反応材９ａまで延びる支持体９ｉの梁部材９ｉ_２によって、反応材９ａを排気管３側に確実に支持できる。さらに、支持体９ｉの所定間隔をあけた梁部材９ｉ_２と梁部材９ｉ_３とによって、反応材９ａと断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成できる。

図６を参照して、第４の実施の形態に係る反応器９の空間９ｄを形成するための構造について説明する。図６は、第４の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＤ−Ｄ線に沿った側断面図である。

第４の実施の形態に係る構造では、空間９ｄを形成するために、４個の支持体９ｊと多数個のスペーサ９ｋが設けられている。支持体９ｊは、周方向に沿って配置される４つの反応材９ａの各列に対応してそれぞれ設けられる。スペーサ９ｋは、支持体９ｊの各柱部材９ｊ_１に対応してそれぞれ設けられる。支持体９ｊは、各反応材９ａを排気管３側に支持する機能を有する。スペーサ９ｋは、支持体９ｊを土台として、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持する機能を有するとともに、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成する機能を有している。第４の実施の形態では、４個の支持体９ｊと多数個のスペーサ９ｋ，・・・が特許請求の範囲に記載する支持体に相当する。なお、以下で説明する支持体９ｊは、各列の反応材９ａ，・・・の全域に設けるものであるが、全域に設けるのではなく、所定の間隔で所定の長さの支持体を複数個設けてもよい。

支持体９ｊは、反応材９ａ，・・・の列の周方向の中央部に配置されて、排気管３から反応材９ａ，・・・の列の外周面側までに設けられる。支持体９ｊは、図６に示すように、径方向に沿って延びる複数本の柱部材９ｊ_１と、柱部材９ｊ_１の端部から周方向に沿って延びる梁部材９ｊ_２からなる。柱部材９ｊ_１は、排気ガスの流れる方向において所定の間隔をあけて（例えば、反応材９ａ毎に）設けられる。柱部材９ｊ_１は、一端が排気管３の外周面に接続され、反応材９ａを貫通して他端部が反応材９ａの外周面まで延びて、梁部材９ｊ_２の内周面に接続される部材である。したがって、反応材９ａには、この柱部材９ｊ_１が貫通するための孔があけられている。柱部材９ｊ_１の長さは、反応材９ａの径方向の長さ分の長さである。梁部材９ｊ_２は、反応器９の排気ガスの流れる方向の全域に設けられる。梁部材９ｊ_２は、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持するために、柱部材９ｊ_１の他端部から周方向の両側に反応材９ａの外周面に沿って全域で延びる部材である。梁部材９ｊ_２の長さは、反応材９ａを支持できる長さであれば、適宜設定してよい。なお、梁部材９ｊ_２を柱部材ｊ_１で支持するのでなく、梁部材９ｊ_２の上流端部と下流端部をケーシング９ｃの上流側と下流側の各側壁にそれぞれ接続して支持してもよい。

スペーサ９ｋは、支持体９ｊの柱部材９ｊ_１の位置にそれぞれ配置されて、支持体９ｊの梁部材９ｊ_２と断熱材９ｂとの間に設けられる。スペーサ９ｋは、断熱材９ｂをケーシング９ｃに対して押え付けて支持するとともに空間９ｄを形成するために、断熱材９ｂの内周面と支持体９ｊの梁部材９ｊ_２の外周面との間に挟まった状態で配置される直方体形状（あるいは、立方体形状、円柱形状等）の部材である。スペーサ９ｋの径方向の長さは、空間９ｄから支持体９ｊの梁部材９ｊ_２の厚さ分を引いた長さである。したがって、このスペーサ９ｋの径方向の長さによって、空間９ｄの径方向の長さを設定できる。スペーサ９ｋの断面の大きさや形状は、断熱材９ｂを支持できる大きさや形状であれば、適宜設定してよい。

この第４の実施の形態に係る構造によれば、排気管３に接続される支持体９ｊの梁部材９ｊ_２によって、反応材９ａを排気管３側に確実に支持できる。また、支持体９ｊの梁部材９ｊ_２と断熱材９ｂとの間にスペーサ９ｋを配置させることによって、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持できる。さらに、このスペーサ９ｋによって、反応材９ａと断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成できる。

図７を参照して、第５の実施の形態に係る反応器９の空間９ｄを形成するための構造について説明する。図７は、第５の実施の形態に係る反応器周辺の拡大図であり、（ａ）が正断面図であり、（ｂ）が正断面図におけるＥ−Ｅ線に沿った側断面図である。

第５の実施の形態に係る構造では、空間９ｄを形成するために、円筒体９ｌと多数個の柱体９ｍ及びスペーサ９ｎが設けられている。円筒体９ｌは、反応材９ａ，・・・の外周面に沿って設けられる。柱体９ｍは、排気ガスの流れる方向において所定の間隔をあけて（例えば、反応材９ａ毎に）、円筒体９ｌと排気管３との間に設けられる。スペーサ９ｎは、各柱体９ｍに対応してそれぞれ設けられる。円筒体９ｌと柱体９ｍは、各反応材９ａを排気管３に支持する機能を有する。スペーサ９ｎは、円筒体９ｌを土台として、断熱材９ｂをケーシング９ｃに支持する機能を有するとともに、反応材９ａ，・・・と断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成する機能を有している。第５の実施の形態では、円筒体９ｌと多数個の柱体９ｍ，・・・及びスペーサ９ｎ，・・・が特許請求の範囲に記載する支持体に相当する。

円筒体９ｌは、反応材９ａ，・・・の外周面に沿って反応材９ａ，・・・全体を囲むように設けられる。円筒体９ｌの内周面には、図７に示すように、径方向に沿って延びる多数個の柱体９ｍが接続されている。円筒体９ｌは、反応材９ａを排気管３に対して押え付けて支持するために、反応器９，・・・の外周面に沿って全域に設けられる部材である。円筒体９ｌには、空間９ｄを流れるアンモニアが反応材９ａに移動できるために、多数個の孔が設けられる。この多数個の孔は、１箇所に設けられる接続管１１の開口部から空間９ｄ内に供給されたアンモニアを反応材９ａ，・・・全体に出来るだけ均一に伝わるように設けられる。この多数個の孔の設け方としては、例えば、接続管１１の開口部の直下については孔を無しとし、この直下以外の部分を接続管１１の開口部の箇所から周方向の９０°までのＡ部と周方向の９０°〜１８０°のＢ部とに分ける。そして、Ａ部については、アンモニアの流速が速く供給量が多いことが予測されるので、孔９ｌ_１の数を少なくする（あるいは、孔の径を小さくする）。Ｂ部については、Ａ部よりもアンモニアの流速が遅く供給量が少ないことが予測されるので、孔９ｌ_２の数を多くする（あるいは、孔の径を大きくする）。これ以外にも、接続管１１の開口部の箇所から周方向の１８０°までの間で角度が大きくなるほど孔の数を多くしたり、孔の径を大きくしてもよい。なお、周方向だけでなく、接続管１１の開口部の箇所から排気ガスの流れる方向についても、接続管１１の開口部から離れているほど孔の数を多くしたり、孔の径を大きくしてもよい。また、円筒体９ｌを柱体９ｍで支持するのでなく、円筒体９ｌの上流端部と下流端部をケーシング９ｃの上流側と下流側の各側壁にそれぞれ接続して支持してもよい。

柱体９ｍは、排気ガスの流れる方向において所定の間隔をあけて（例えば、反応材９ａ毎に）設けられる。柱体９ｍは、一端が排気管３の外周面に接続され、反応材９ａを貫通して他端部が円筒体９ｌの内周面まで延びて、円筒体９ｌの内周面に接続される部材である。したがって、反応材９ａには、この柱体９ｍが貫通するための孔があけられている。柱体９ｍの長さは、反応材９ａの径方向の長さ分の長さである。

スペーサ９ｎは、柱体９ｍの位置にそれぞれ配置されて、円筒体９ｌと断熱材９ｂとの間に設けられる。スペーサ９ｎは、第４の実施の形態に係るスペーサ９ｋと同様の部材であるので、詳細な説明は省略する。

この第５の実施の形態に係る構造によれば、柱体９ｍを介して排気管３に接続される円筒体９ｌによって、反応材９ａ，・・・全体を排気管３側に確実に支持できる。また、円筒体９ｌと断熱材９ｂとの間にスペーサ９ｎを配置させることによって、断熱材９ｂをケーシング９ｃ側に支持できる。さらに、このスペーサ９ｎによって、反応材９ａと断熱材９ｂとの間に空間９ｄを形成できる。また、円筒体９ｌの孔を接続管１１の開口部からの位置に応じて孔の数あるいは孔の大きさを変えることにより、空間９ｄに供給されたアンモニアを反応材９ａ，・・・全体に出来るかぎり均一に伝えることにできる。これによって、接続管１１の開口部から離れている箇所の反応材９ａでも化学反応を促進できる。

なお、上記の各支持体、各スペーサ、円筒体、柱体の各材料は、反応材９ａや断熱材９ｂを支持できる材料であればよく、例えば、排気管３と同じステンレス（ＳＵＳ）である。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では触媒としてＤＯＣ、ＳＣＲ及びＡＳＣ、フィルタとしてＤＰＦを備える排気浄化システムに適用したが、他の様々な構成の排気浄化システムに適用できる。また、車両もディーゼルエンジン車としたが、ガソリンエンジン車等にも適用できる。また、車両以外の排気浄化システムにも適用できる。また、排気浄化システム以外にも適用できる。

また、本実施の形態では化学蓄熱装置の加熱対象として触媒のＤＯＣとしたが、加熱対象としては他のものでよく、例えば、ＳＣＲ等の他の触媒、排気管内を流れる排気ガスがある。また、本実施の形態では化学蓄熱装置の反応器に断熱材を設ける構成としたが、断熱材を設けない構成としてもよい。また、本実施の形態では化学蓄熱装置における化学反応の反応媒体をアンモニアとしたが、二酸化炭素、アルコール、水等の他の媒体でもよい。

また、本実施の形態では反応器の空間内にアンモニア（反応媒体）を供給する供給箇所を１箇所としたが、供給箇所を２箇所以上としてもよい。例えば、１本の接続管を分岐させて排気ガスの流れる方向の上流側と下流側の２箇所の供給箇所、１本の接続管を分岐させて周方向において２箇所の供給箇所とする。この場合でも、各供給箇所から離れている反応材があるが、空間によって各供給箇所から離れている反応材までアンモニアが伝わる。

また、本実施の形態では化学蓄熱装置の反応器の空間を反応材の外周部の全周に形成する構成としたが、全周の空間でなくてもよく、例えば、接続管の開口部の周方向の反対側の部分については空間とするのではなくて反応材を設ける構成としてもよい。この場合、その反対側の部分については支持体を設ける必要がない。

また、本実施の形態では空間を形成するために支持体、スペーサ、支持体＋スペーサ、円筒体＋柱体＋スペーサを用いた各構造を示したが、反応材及び断熱材（断熱材が無い反応器の場合には反応材だけ）を支持して空間を形成できればどのような構造でもよく、例えば、アンモニア等の反応媒体を通過させることができる不繊布や多孔体シート等を反応材と断熱材との間の全域あるいは所定間隔をあけて挿入する構造としてもよい。この不繊布や多孔体シートの材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、チタン、モネル等の耐腐食性を有する金属や合金、セラミックスがある。また、反応材の外周面に沿った円筒体と断熱材の内周面に沿った円筒体とを所定間隔をあけて配置して、その２個の円筒体の間に多数個の柱体を配設して２重管構造としてしてもよい。

また、本実施の形態では支持体を形成する材料としてステンレス（ＳＵＳ）を例に挙げたが、支持体を弾性体で形成し、支持体によって反応材の熱膨張を吸収できるようにしてもよい。特に、第２の実施の形態の支持体（スペーサ）の場合には効果が高い。

また、第５の実施の形態ではアンモニアを反応材に均一に伝えるために円筒体において接続管の開口部からの位置に応じて孔の数や大きさを変えることによって空間内に異方性を持たせる構成したが、他の実施の形態でも支持体の形状やスペーサの形状等によって空間にこのような異方性を持たせてもよい。このように異方性を持たせることによって、周方向や排気ガスの流れる方向でアンモニアの流れやすさを変えて、接続管の開口部から離れている箇所までアンモニアを伝わり易くし、反応器に均一にアンモニアが伝わるようにする。

１…排気浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、４ａ…ハニカム基材、５…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）、６…選択還元触媒（ＳＣＲ）、６ａ…インジェクタ、７…アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）、８…化学蓄熱装置、９…反応器、９ａ…反応材、９ｂ…断熱材、９ｃ…ケーシング、９ｄ…空間、９ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｉ，９ｊ…支持体、９ｅ_１，９ｆ_１，９ｉ_１，９ｊ_１…柱部材、９ｅ_２，９ｅ_３，９ｆ_２，９ｆ_３，９ｇ_１，９ｇ_２，９ｉ_２，９ｉ_３，９ｊ_２…梁部材、９ｈ，９ｋ，９ｎ…スペーサ、９ｈ_１…柱部材、９ｈ_２，９ｈ_３…梁部材、９ｌ…円筒体、９ｌ_１，９ｌ_２…孔、９ｍ…柱体、１０…吸着器、１１…接続管、１２…開閉弁。

Claims (4)

1. 配管内に配設される加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、
   反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応器と、
   吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器と、
   前記反応器と前記吸着器とを接続し、前記反応器と前記吸着器との間で反応媒体を移動させる接続管と、
   を備え、
   前記反応器は、前記配管における加熱対象が配設されている箇所の外周面に沿って並べられた複数個の固体状の反応材と、複数個の前記反応材の外周部に形成された空間とを有し、ケーシングで封入され、
   前記接続管の一端は、前記空間に開口され、
   前記空間を形成するための支持体が前記反応材毎に設けられ、
   前記支持体は、前記反応材を前記配管側に支持する反応材支持部を有し、
   前記反応材支持部は、前記反応材の外周面に接触する反応材接触部を有し、前記反応材接触部で前記反応材を前記配管に押え付けて支持することを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記反応器は、前記空間と前記ケーシングとの間に配置される断熱材を有し、
   前記支持体は、前記断熱材を前記ケーシング側に支持する断熱材支持部を有することを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置。
3. 前記断熱材支持部は、前記断熱材の内周面に接触する断熱材接触部を有し、前記断熱材接触部で前記断熱材を前記ケーシングに押え付けて支持することを特徴とする請求項２に記載の化学蓄熱装置。
4. 前記支持体は、一端が前記配管又は前記ケーシングに接続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置。

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