JP6107563B2 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体の反応媒体と反応材との化学反応によって発生する熱により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。例えば、特許文献１には、触媒の外周部に蓄熱物質を配置させ、蓄熱物質と水と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。特許文献１に記載の装置では反応媒体が液体（水）であるが、反応媒体が気体の場合もある。例えば、特許文献２には、アンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファと化学蓄熱材が設けられた化学蓄熱反応器を備えており、アンモニアバッファから化学蓄熱反応器にアンモニアが供給されると化学蓄熱材とアンモニアとの化学反応の反応熱を利用して加熱対象部品を暖機する熱回収式加熱装置が開示されている。

特開昭５９−２０８１１８号公報 特開２０１３−７２５５８号公報

気体の反応媒体の場合、蓄熱物質（反応材）を収納する反応器内と気体の反応媒体を吸着する吸着器内との圧力差によって気体の反応媒体を移動させることが可能となる。この場合、反応器内と吸着器内との温度によって平衡吸着圧（反応器内の圧力と吸着器内の圧力とが釣り合う圧力）が決まり、平衡吸着圧と吸着器内の圧力差によって吸着器から反応器への反応媒体の送り速度が決まる。そのため、エンジン始動時のように排気ガスの温度が低く、触媒が活性温度に達していない場合であっても、反応媒体の送り速度を早めることができず、触媒を迅速に昇温できない。

そこで、本発明は、加熱対象を迅速に昇温でき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、気体の反応媒体と反応材との化学反応によって発生する熱により加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、加熱対象を加熱可能な箇所に配置され、反応材を収納する反応器と、反応媒体を吸着材で吸着して貯蔵する吸着器と、反応器と吸着器とを接続する第１接続管と、第１接続管に配設され、反応器に反応媒体を圧送するポンプと、ポンプをバイパスする第２接続管と、ポンプが配設される第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態と非連通状態とに切り換える第１連通手段とを備え、第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしている場合、ポンプを作動させることを特徴とする。

この化学蓄熱装置は、吸着器と加熱対象を加熱可能な箇所に配置される反応器を備え、吸着器と反応器とが第１接続管によって接続されている。第１接続管には、反応器に反応媒体を圧送するポンプが配設されている。化学蓄熱装置は、このポンプをバイパスする第２接続管も備えており、吸着器と反応器とが第２接続管のみあるいは第２接続管及び他の接続管（例えば、第１接続管の一部）によって接続されている。吸着器から反応器に反応媒体（気体）を供給する場合には、第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にする。反応器では、吸着器から反応媒体が供給されると、反応材と反応媒体とが化学反応して熱を発生させ、加熱対象を加熱する。反応器から吸着器に反応媒体を回収する場合には、少なくとも第２接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にする。吸着器では、反応器から反応媒体が回収されると、吸着材で反応媒体を吸着して貯蔵する。反応器内の圧力と吸着器内の圧力との圧力差だけで吸着器から反応器に反応媒体を供給する場合、反応器内及び吸着器内の温度に応じて平衡吸着圧が決まり、平衡吸着器と吸着器内の圧力差によって吸着器から反応器への反応媒体の送り速度が決まる。そこで、この化学蓄熱装置は、上記したポンプと第１連通手段を備えている。この第１連通手段は、ポンプが配設される第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態と非連通状態とに切り換えることができる。吸着器から反応器に反応媒体を供給する場合、第１連通手段がポンプが配設される第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしている場合に、ポンプを作動させる。ポンプを作動させるのは、第１連通手段が反応器と吸着器とを連通状態にしている間は常に作動させてもよいし、あるいは、第１連通手段が反応器と吸着器とを連通状態にしている間の任意の期間だけ作動させてもよい。また、平衡吸着圧になるまでは第２接続管を連通状態にすると第２接続管を介しても反応媒体が流れるので、ポンプの作動中は第２接続管を連通状態にしていてもよいし、あるいは、非連通状態にしていてもよい。ポンプを作動させて、反応媒体を反応器に圧送することにより、反応媒体の送り速度を上げることができるとともに、反応器内の圧力を通常の圧力（平衡吸着圧）よりも上げることができる。反応媒体の送り速度が上がることにより、反応器内に迅速に反応媒体が送り込まれて、反応器での化学反応の反応速度が上がり、化学反応が促進される。また、反応器内の圧力が上ることにより、反応器内の温度が上昇する。さらに、反応器内に供給される反応媒体の量が平衡吸着圧に応じて供給できる反応媒体の量よりも多くなるので、多くの量の反応媒体による化学反応によって、発熱量が増加する。その結果、加熱対象を迅速に昇温できる。このように、化学蓄熱装置は、ポンプによって反応器に気体の反応媒体を圧送することにより、反応器への反応媒体の送り速度を上げるとともに反応器内の圧力を加圧でき、加熱対象を迅速に昇温できる。

本発明の上記化学蓄熱装置では、第２接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態と非連通状態とに切り換える第２連通手段を備え、第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしている場合、第２連通手段は反応器と吸着器とを非連通状態にする構成としてもよい。このように、第１連通手段がポンプが配設される第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしている場合に第２連通手段で第２接続管において反応器と吸着器とを非連通状態とすることにより、反応媒体の供給中にポンプで反応媒体を反応器に圧送しているときに第２接続管を介して反応媒体が反応器に流れることがない。また、反応器内の圧力と吸着器内の圧力とが平衡状態になった後に、反応媒体が吸着器に逆流することも防止できる。

本発明の上記化学蓄熱装置では、ポンプを作動させない場合に反応器での化学反応による最大発熱量によって加熱対象を目標温度まで昇温するために必要となる第１下限温度と、第１下限温度より低い所定温度である第２下限温度とが決まっており、第１連通手段は、ポンプを作動させる場合には、第２下限温度のときに第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にすると好適である。

加熱対象には、目標温度があり、例えば、加熱対象が触媒の場合には触媒の活性温度が目標温度となる。また、反応器内の圧力と吸着器内の圧力の圧力差だけで反応器に反応媒体を供給する場合、反応器での化学反応による最大発熱量は平衡吸着圧に応じて供給できる反応媒体の量と反応材の量によって決まり、その最大発熱量に応じて加熱対象を昇温できる最大温度上昇分が決まる。この場合、加熱対象の目標温度からその昇温できる最大温度上昇分を引いた温度が、加熱対象を目標温度まで昇温するために必要な第１下限温度になる。したがって、ポンプを作動させない場合、この第１下限温度よりも低い温度で第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にすると、平衡吸着圧になるまで反応媒体が反応器に供給され、その供給された反応媒体の量に応じて化学反応して発熱しても、加熱対象の温度は目標温度まで上がらない。しかし、第１接続管にはポンプが配設されており、そのポンプによって反応媒体を反応器に圧送できる。そのため、上記したように、反応器内の圧力を平衡吸着圧よりも高くすることができ、反応器内の温度を上昇できるとともに、反応器内に供給される反応媒体の量が平衡吸着圧に応じて供給できる反応媒体の量よりも多くでき、発熱量が増加する。この反応器内の加圧による温度上昇分と反応器内の反応媒体の量の増加による温度上昇分によって、上記した通常の加熱対象を昇温できる最大温度上昇分よりも、加熱対象を更に昇温できる。そこで、この化学蓄熱装置では、第１下限温度より低い第２下限温度のときに第１連通手段で第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にし、その第１接続管を介して反応器と吸着器とが連通状態のときにポンプを作動させる。このように、化学蓄熱装置は、加熱対象を目標温度まで昇温するために必要となる第１下限温度よりも低い第２下限温度で第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしてもポンプを作動させることによって、加熱対象を目標温度まで昇温できるので、より速いタイミングで反応器への反応媒体の供給を開始でき、加熱対象を目標温度までより迅速に昇温できる。

本発明の上記化学蓄熱装置では、第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にすると同時にポンプを作動させる構成としてもよい。このように、化学蓄熱装置は、第１下限温度より低い第２下限温度のときに第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にすると同時にポンプも作動させることにより、反応媒体の供給開始時からポンプによって反応媒体の送り速度を上げることができるので、加熱対象を目標温度まで昇温する時間をより短縮できる。

本発明の上記化学蓄熱装置では、第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしたあとにポンプを作動させる構成としてもよい。このように、化学蓄熱装置は、第１連通手段が第１接続管を介して反応器と吸着器とを連通状態にしたあとにポンプを作動させることにより、ポンプを作動させる期間を短くできるので、ポンプによるエネルギ消費量を低減できる。

本発明によれば、ポンプによって反応器に気体の反応媒体を圧送することにより、反応器への反応媒体の送り速度を上げるとともに反応器内の圧力を加圧でき、加熱対象を迅速に昇温できる。

本実施の形態に係る化学蓄熱装置を備える排気ガス浄化システムの概略構成図である。 図１の反応器での圧力―温度特性を示すグラフである。 他の実施の形態に係る化学蓄熱装置を備える排気ガス浄化システムの概略構成図である。

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ガス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ガス浄化システムは、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ガス浄化システムは、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、ＤＯＣを暖機するための化学蓄熱装置も備えている。

図１を参照して、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム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ガス浄化システムの概略構成図である。

排気ガス浄化システム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。

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。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比較的低温であり、その活性温度より低い場合がある。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、排気ガス浄化システム１は、触媒の暖機を行う化学蓄熱装置８も有している。化学蓄熱装置８は、最も上流に位置する触媒であるＤＯＣ４を外周側から暖機（加熱）する。ＤＯＣ４の内部には排気ガスが流れているので、排気ガスの流れる最も上流のＤＯＣ４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）の内部にも流れる。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。

図１及び図２を参照して、化学蓄熱装置８について詳細に説明する。図２は、図１の反応器での圧力―温度特性を示すグラフである。

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（ＤＯＣ４）を暖機する。化学蓄熱装置８は、反応器９、吸着器（蓄熱器）１０、第１接続管１１、第２接続管１２、第１バルブ１３、第２バルブ１４、ポンプ１５、コントローラ１６、温度センサ１７を備えている。なお、化学蓄熱装置８では熱を発生させるために化学反応を利用するので、ＤＯＣ４を暖機する上で基本的には外部エネルギレスであるが、第１バルブ１３，第２バルブ１４を開閉及びポンプ１５を作動させるための外部エネルギは必要となる。

なお、本実施の形態では、第１接続管１１が特許請求の範囲に記載する第１接続管に相当し、第２接続管１２が特許請求の範囲に記載する第２接続管に相当し、第１バルブ１３が特許請求の範囲に記載する第１連通手段に相当し、第２バルブ１４が特許請求の範囲に記載する第２連通手段に相当し、ポンプ１５が特許請求の範囲に記載するポンプに相当する。

反応器９は、ＤＯＣ４の外周部（例えば、外筒）の全周に設けられ、断面形状がＤＯＣ４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。反応器９は、アンモニアと化学反応する反応材（蓄熱材）を有しており、この反応材がケーシングに収納されている。反応材とケーシングとの間に、断熱材等を設けてもよい。反応器９では、アンモニアと反応材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、反応材とアンモニアとが結合した状態で、所定温度以上になると反応材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、反応材とアンモニアとの組み合わせによって変わる。なお、本実施の形態では、アンモニアが特許請求の範囲に記載する気体の反応媒体に相当する。

反応材は、ＤＯＣ４の外周部の外周面における全周に接するように配設される。反応材としては、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る。この材料としては、ハロゲン化合物のＭＸ_ａの組成を持つ材料であり、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどの遷移金属であり、ＸがＣｌ、Ｂｒ、Ｉなどであり、ａ＝２、３である。なお、反応材には、熱伝導性を向上させる添加物を混合してもよい。添加物としては、例えば、カーボンファイバ、カーボンビーズ、ＳｉＣビーズ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ−Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、ステンレスなどのビーズ、高分子ビーズ、高分子ファイバである。

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。なお、吸着材としては、活性炭以外でもよく、例えば、メソ孔を有するメソポーラスシリカ、メソポーラスカーボンやメソポーラスアルミナ等のメソポーラス材やゼオライト、シリカゲル等がある。

第１接続管１１及び第２接続管１２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。特に、第１接続管１１は、吸着器１０から反応器９にアンモニアを供給するための管路である。一方、第２接続管１２は、反応器９から吸着器１０にアンモニアを回収するための管路である。

第１バルブ１３は、第１接続管１１の途中に配設される開閉バルブである。第１バルブ１３が開かれると、第１接続管１１を介して反応器９と吸着器１０とが連通状態となり、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。第１バルブ１３が閉じられると、反応器９と吸着器１０とが非連通状態となる。第２バルブ１４は、第２接続管１２の途中に配設される開閉バルブである。第２バルブ１４が開かれると、第２接続管１２を介して反応器９と吸着器１０とが連通状態となり、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。第２バルブ１４が閉じられると、反応器９と吸着器１０とが非連通状態となる。第１バルブ１３及び第２バルブ１４は、コントローラ１６によって開閉制御される。第１バルブ１３、第２バルブ１４は、電磁式のバルブであり、電流を流したときにバルブが開くタイプとする。なお、第１バルブ１３、第２バルブ１４は、電磁式以外のバルブでもよい。

ここで、反応器９内の圧力と吸着器１０内の圧力との圧力差だけで反応器９にアンモニアを供給する場合について説明しておく。圧力差だけでアンモニアを供給する場合、反応器９及び吸着器１０内の温度に応じて平衡吸着圧が決まり、平衡吸着圧と吸着器１０内の圧力差によって吸着器１０から反応器９へのアンモニアの送り速度が決まる。そのため、エンジン２の始動時などのように排気ガスの温度が低く、触媒が活性温度に達していない場合であっても、アンモニアの送り速度を早めることができない。

また、圧力差だけでアンモニアを供給する場合（ポンプ１５を作動させない場合）、反応器９での化学反応による最大発熱量は平衡吸着圧に応じて供給できるアンモニアの量と反応材の量によって決まり、その最大発熱量に応じてＤＯＣ４を昇温できる最大温度上昇分が決まる。この場合、ＤＯＣ４の活性温度（例えば、２３０℃）からその昇温できる最大温度上昇分を引いた温度が、ＤＯＣ４の温度を活性温度まで昇温するために必要な第１下限温度（例えば、１５０℃）になる。したがって、この第１下限温度よりも低い温度で吸着器１０から反応器９へのアンモニアの供給を開始すると、平衡吸着圧になるまでアンモニアが反応器９に供給され、その供給されたアンモニアの量に応じて化学反応して発熱しても、ＤＯＣ４の温度は活性温度まで上がらない。したがって、排気ガスの温度がこの第１下限温度になるまで反応器９へのアンモニアの供給を開始できないので、ＤＯＣ４を迅速に昇温できない。この第１下限温度については、ＤＯＣ４の活性温度、化学蓄熱装置８における平衡吸着圧に応じて移動できるアンモニアの量及び反応材の量などから算出することができ、予め設定することができる。なお、本実施の形態では、ＤＯＣ４の活性温度が特許請求の範囲に記載する加熱対象の目標温度に相当する。

そこで、化学蓄熱装置８は、アンモニア供給用の第１接続管１１にポンプ１５を備えている。したがって、アンモニア回収用の第２接続管１２は、ポンプ１５をバイパスする接続管となっている。ポンプ１５は、アンモニアを吸着器１０側から反応器９側に圧送するポンプである。ポンプ１５を作動させることにより、圧力差だけでアンモニアを移動させる場合よりも、反応器９へのアンモニアの送り速度を上げることができる。また、ポンプ１５で反応器９内にアンモニアを強制的に送り込むことができるので、圧力差だけでアンモニアを反応器９内に供給する場合よりも、反応器９内に多くの量のアンモニアを供給でき、反応器９内の圧力を平衡吸着圧よりも上げることができる。ポンプ１５は、コントローラ１６によって作動／停止制御される。

図２には、反応器９の圧力−温度特性を示している。反応器９内の温度Ｔ０、圧力Ｐ０のときに、第１バルブ１３を開くが、ポンプ１５を作動させない場合、吸着器１０と反応器９間の圧力差だけでアンモニアが反応器９に供給される。この場合、反応器９内の圧力は、最終的に、反応器９内の温度Ｔ１に応じた平衡吸着圧Ｐ１となる。しかし、反応器９内の温度Ｔ０、圧力Ｐ０のときに、第１バルブ１３を開き、ポンプ１５を作動させた場合、吸着器１０と反応器９間の圧力差及びポンプ１５による圧送によってアンモニアが反応器９に供給される。この場合、反応器９内の圧力は、最終的に、平衡吸着圧Ｐ１より高いＰ２となり、温度もＴ１より高いＴ２となる。

このようにポンプ１５の作動により、反応器９内の圧力を平衡吸着圧よりも加圧できるので、その加圧分で反応器９内の温度を上昇できる。また、反応器９内に供給されるアンモニアの量が平衡吸着圧に応じて供給できるアンモニアの量よりも多くなるので、その多くの量のアンモニアに応じて化学反応による発熱量が増加する。但し、その多くの量のアンモニアと化学反応できるだけの量の反応材を反応器９内に収納しておく必要がある。この反応器９内の加圧による温度上昇分と反応器９内のアンモニアの量の増加による温度上昇分によって、上記した通常のＤＯＣ４を昇温できる最大温度上昇分よりも、ＤＯＣ４を更に昇温できる。この更なる昇温分は、図２においては温度Ｔ１から温度Ｔ２への昇温分に相当する。したがって、ポンプ１５を作動させた場合には、上記した第１下限温度よりも低い第２下限温度（この第２下限温度を、以下で「アンモニア供給開始温度」と呼ぶ）のときに第１バルブ１３を開いて、吸着器１０から反応器９へのアンモニアの供給を開始しても、ＤＯＣ４の温度を活性温度まで上げることができる。アンモニア供給開始温度については、下限温度、化学蓄熱装置８でのアンモニアの量と反応材の量及びポンプ１５の能力等によって算出することができ、予め設定できる。

温度センサ１７は、ＤＯＣ４の温度を検出するセンサである。温度センサ１７では、一定時間毎に、ＤＯＣ４の温度を検出し、その検出値を温度信号としてコントローラ１６に送信する。なお、温度センサ１７では、ＤＯＣ４自体の温度を直接検出してもよいし、あるいは、ＤＯＣ４を流れる排気ガスの温度をＤＯＣ４の温度として検出してもよい。

コントローラ１６は、ＣＰＵ[CentralProcessing Unit]、ＲＯＭ[ReadOnly Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、化学蓄熱装置８を制御する電子制御ユニットである。コントローラ１６には、温度センサ１７が接続されており、温度センサ１７から温度信号を受信し、ＤＯＣ４の温度を取得する。また、コントローラ１６には予め第１下限温度と、アンモニア供給開始温度（第２下限温度）とが記憶されている。コントローラ１６では、以下で説明する処理を行い、必要に応じて、第１バルブ１３、第２バルブ１４、ポンプ１５に通電する。

コントローラ１６での処理について説明する。コントローラ１６では、温度センサ１７からの温度信号に基づいてＤＯＣ４の温度（排気ガスの温度）がＤＯＣ４の活性温度未満の場合にその温度がアンモニア供給開始温度になると、第１バルブ１３を開くための電流の供給を開始し、それと同時にポンプ１５を作動させるための電流の供給を開始する。

第１バルブ１３及びポンプ１５への通電中に、コントローラ１６では、温度センサ１７からの温度信号に基づいてＤＯＣ４の温度（排気ガスの温度）がＤＯＣ４の活性温度より高くなると、第１バルブ１３への電流の供給を停止するとともに第２バルブ１４を開くための電流の供給を開始し、それと同時にポンプ１５への電流の供給を停止する。第２バルブ１４への通電中に、コントローラ１６では、吸着器１０内の圧力がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力値になると、第２バルブ１４への電流の供給を停止する。なお、吸着器１０には、吸着器１０内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）が設けられている。

以上のように構成した排気ガス浄化システム１における化学蓄熱装置８の動作を説明する。車両停止中（エンジン２が停止中）は、第１バルブ１３、第２バルブ１４は閉じられ、ポンプ１５は停止している。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、第１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２が始動後に、エンジン２から排出された排気ガスの温度がより低いときには（エンジンの始動直後など）、ＤＯＣ４では排気ガスを浄化できない。この際、コントローラ１６では、温度センサ１７で検出されたＤＯＣ４の温度がＤＯＣ４の活性温度より低い場合にその温度がアンモニア供給開始温度になったと判断すると、第１バルブ１３への電流の供給を開始するとともに、ポンプ１５への電流の供給を開始する。第１バルブ１３では、供給された電流が流れると、バルブを開く。これによって、第１接続管１１でのアンモニアの移動が可能となる。このとき、吸着器１０内の圧力が反応器９内の圧力よりも高く、アンモニアが反応器９側に移動する。さらに、ポンプ１５では、供給される電流に応じて作動する。これによって、第１接続管１１内を流れるアンモニアが、高い送り速度で反応器９に送り込まれる。反応器９では、急速に送り込まれるアンモニアにより、高い反応速度でアンモニアと反応材とが化学反応して化学吸着し、急速に多くの熱を発生する。この熱は、ＤＯＣ４の外周部を介してＤＯＣ４に伝わり、伝熱効果によってＤＯＣ４の内部にまで伝わる。これによって、ＤＯＣ４全体が急速に加熱され、ＤＯＣ４が迅速に昇温する。そして、ＤＯＣ４の温度が活性温度以上になると、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。そして、コントローラ１６では、温度センサ１７で検出されたＤＯＣ４の温度がＤＯＣ４の活性温度より高くなったと判断すると、第１バルブ１３への電流の供給を停止するとともに、ポンプ１５への電流の供給を停止する。第１バルブ１３では、電流が供給されなくなると、バルブを閉じる。これによって、第１接続管１１でのアンモニアの移動が不可となる。さらに、ポンプ１５も、電流が供給されなくなると、停止する。

その後、エンジン２から排出された排気ガスの温度が高くなると、排気ガスの排熱によって、反応器９では、アンモニアと反応材とが分離し、アンモニアが発生する。この際、コントローラ１６では、温度センサ１７で検出されたＤＯＣ４の温度が反応材からアンモニアが分離する温度より高くなったと判断すると、第２バルブ１４への電流の供給を開始する。第２バルブ１４では、供給された電流が流れると、バルブを開く。これによって、第２接続管１２でのアンモニアの移動が可能となる。このとき、反応器９内の圧力が吸着器１０内の圧力よりも高く、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。コントローラ１６では、圧力センサで検出された吸着器１０内の圧力がアンモニアの満貯蔵状態を示す圧力になると、第２バルブ１４への電流の供給を停止する。第２バルブ１４では、電流が供給されなくなると、バルブを閉じる。これによって、第２接続管１２でのアンモニアの移動が不可となる。

この化学蓄熱装置８によれば、ポンプ１５によって反応器９にアンモニアを圧送することにより、反応器９へのアンモニアの送り速度を上げるとともに反応器９内の圧力を加圧でき、ＤＯＣ４を迅速に昇温できる。その結果、早期に、ＤＯＣ４の活性温度に達し、ＤＯＣ４で排気ガスを浄化できる。

また、化学蓄熱装置８によれば、ＤＯＣ４を活性温度まで昇温するために必要となる通常の下限温度より低い温度のときに第１バルブ１３を開いても、ＤＯＣ４を活性温度までの昇温できるので、より速いタイミングで反応器９へのアンモニアの供給を開始でき、ＤＯＣ４を活性温度までより迅速に昇温できる。さらに、化学蓄熱装置８によれば、その下限温度より低い温度のときに第１バルブ１３を開くと同時にポンプ１５も作動させることにより、アンモニアの供給開始時から送り速度を上げることができるので、ＤＯＣ４を活性温度まで昇温する時間をより短縮できる。

また、化学蓄熱装置８によれば、第１バルブ１３を開いているとき（特に、ポンプ１５を作動させて反応器９にアンモニアを圧送しているとき）には、第２バルブ１４を閉じることにより、アンモニアの供給中にアンモニアが第２接続管１２を介して反応器９に流れることがなく、また、反応器９内の圧力と吸着器１０内の圧力とが平衡状態になった後にアンモニアが吸着器１０に逆流することも防止できる。

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を備える排気ガス浄化システムに適用したが、他の様々な構成の排気ガス浄化システムに適用できる。例えば、ＳＣＲの上流に分散装置（分散板＋ミキサ、スワラタイプ、ミキサタイプ、ハニカムタイプ等）を備えるシステムでもよい。また、車両は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、車両以外の排気ガス浄化システムにも適用できる。また、排気ガス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に対する制御を専用のコントローラで行う構成としたが、エンジンのＥＣＵなどの他の制御ユニットの１つの機能として化学蓄熱装置に対する制御を行ってもよい。

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、分散装置がある。また、本実施の形態では気体の反応媒体をアンモニアとしたが、二酸化炭素等の他の気体の媒体でもよい。また、本実施の形態では反応器（反応材）をＤＯＣの外周部の全周に設ける構成としたが、全周に設けない構成でもよいし、また、加熱対象を加熱可能な箇所としては、加熱対象の外周部以外の箇所（加熱対象の上流部、加熱対象の内部等）に設ける構成でもよい。

また、本実施の形態では触媒を活性温度まで昇温するために必要となる第１下限温度より低い第２下限温度（アンモニア供給開始温度）のときに第１バルブを開き、それと同時にポンプを作動させる構成としたが、触媒を活性温度（加熱対象の目標温度）まで昇温するために必要となる第１下限温度のときに第１バルブを開き、ポンプを作動させる構成としてもよいし、あるいは、第２下限温度のときに第１バルブを開くが、第１バルブを開いたあとの所定のタイミングでポンプを作動させる構成としてもよい。このポンプを作動させるタイミングとしては、例えば、反応器内の温度が第２下限温度（アンモニア供給開始温度）から通常の最大温度上昇分（圧力差だけによる最大発熱量による温度上昇分）上昇したタイミングとする。このタイミングでポンプを作動させることにより、ポンプの作動を最も遅らせることでき、エネルギ消費量を最も低減できる。また、本実施の形態では触媒の活性温度より高くなったときに第１バルブを閉じ、それと同時にポンプを停止させ、第１バルブが開いている間は常にポンプを作動させる構成としたが、第１バルブを閉じる前の所定のタイミングでポンプを停止させてもよい。このように、ポンプの作動させる期間を短縮することにより、エネルギ消費量を低減できる。

また、化学蓄熱装置としては図３に示す他の実施の形態に係る化学蓄熱装置２０としてもよい。化学蓄熱装置２０は、反応器９、吸着器１０、接続管２１、バイパス管２２、開閉バルブ２３、方向切換バルブ２４、ポンプ２５、コントローラ２６、温度センサ１７を備えている。この実施の形態では、接続管２１が特許請求の範囲に記載する第１接続管に相当し、バイパス管２２が特許請求の範囲に記載する第２接続管に相当し、開閉バルブ２３及び方向切換バルブ２４が特許請求の範囲に記載する第１連通手段及び第２連通手段に相当し、ポンプ２５が特許請求の範囲に記載するポンプに相当する。接続管２１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。バイパス管２２は、一端が方向切換バルブ２４に接続され、他端が接続管２１における吸着器１０とポンプ２５との間に配設され、ポンプ２５をバイパスしてアンモニアを移動させる管路である。開閉バルブ２３は接続管２１における反応器９と方向切換バルブ２４との間に配設され、開閉バルブ２３によって接続管２１における反応器９と方向切換バルブ２４との間を連通状態と非連通状態を切り換える。方向切換バルブ２４は、接続管２１の途中に配設されるとともにバイパス管２２の一端が接続され、方向切換バルブ２４によって吸着器１０側を接続管２１とバイパス管２２とに切り換える。したがって、開閉バルブ２３が開いて接続管２１における反応器９と方向切換バルブ２４とを間を連通状態としかつ方向切換バルブ２４が吸着器１０側を接続管２１に切り換えている場合には接続管２１だけを介して反応器９と吸着器１０とが連通状態となり、開閉バルブ２３が開いて接続管２１における反応器９と方向切換バルブ２４との間を連通状態としかつ方向切換バルブ２４が吸着器１０側をバイパス管２２に切り換えている場合には接続管２１の一部とバイパス管２２を介して反応器９と吸着器１０とが連通状態となる。ポンプ２５は、接続管２１における方向切換バルブ２４とバイパス管２２の接続箇所との間に配設される。コントローラ２６では、アンモニアを吸着器１０から反応器９に供給する場合には開閉バルブ２３を開きかつ方向切換バルブ２４で吸着器１０側を接続管２１に切り換えるための制御を行うとともにこの制御で接続管２１だけを介して反応器９と吸着器１０とが連通状態になっている間にポンプを作動させる制御を行い、アンモニアを反応器９から吸着器１０に回収する場合には開閉バルブ２３を開きかつ方向切換バルブ２４で吸着器１０側をバイパス管２２に切り換えるための制御及びポンプを停止させる制御を行う。なお、上記の構成以外にも、開閉バルブ２３を無くして、バイパス管２２の途中及び接続管２１における方向切換バルブ２４とポンプ２５との間にそれぞれ開閉バルブを配設する構成等もある。

１…排気ガス浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、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）、８，２０…化学蓄熱装置、９…反応器、１０…吸着器、１１…第１接続管、１２…第２接続管、１３…第１バルブ、１４…第２バルブ、１５，２５…ポンプ、１６，２６…コントローラ、１７…温度センサ、２１…接続管、２２…バイパス管、２３…開閉バルブ、２４…方向切換バルブ。

Claims (3)

1. 気体の反応媒体と反応材との化学反応によって発生する熱により加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、
   前記加熱対象を加熱可能な箇所に配置され、反応材を収納する反応器と、
   反応媒体を吸着材で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する第１接続管と、
   前記第１接続管に配設され、前記反応器に反応媒体を圧送するポンプと、
   前記ポンプをバイパスする第２接続管と、
   前記ポンプが配設される前記第１接続管を介して前記反応器と前記吸着器とを連通状態と非連通状態とに切り換える第１連通手段と、
   を備え、
   前記第１連通手段が前記第１接続管を介して前記反応器と前記吸着器とを連通状態にしている場合、前記ポンプを作動させ、
   前記ポンプを作動させない場合に前記反応器での化学反応による最大発熱量によって前記加熱対象を目標温度まで昇温するために必要となる第１下限温度と、前記第１下限温度より低い所定温度である第２下限温度とが決まっており、
   前記第１連通手段は、前記ポンプを作動させる場合には、前記第２下限温度のときに前記第１接続管を介して前記反応器と前記吸着器とを連通状態にすることを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記第１連通手段が前記第１接続管を介して前記反応器と前記吸着器とを連通状態にすると同時に前記ポンプを作動させることを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置。
3. 前記第１連通手段が前記第１接続管を介して前記反応器と前記吸着器とを連通状態にしたあとに前記ポンプを作動させることを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置。

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