JPH07180539A

JPH07180539A - 化学発熱装置

Info

Publication number: JPH07180539A
Application number: JP32777793A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Katashiba; 秀昭片柴; Ryoji Nishiyama; 亮治西山; Hiroshi Kimura; 寛木村; Tsuneo Yumikura; 恒雄弓倉; Takeshi Doi; 全土井; Yoshiaki Akase; 義昭赤瀬; Tomoko Masuda; 知子増田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-18
Also published as: US5653106A

Abstract

(57)【要約】【目的】例えば自動車などの急速加熱用の熱源として
好適に用いられ、長期に渡って安定に発熱反応を繰り返
し得る化学発熱装置を得ることを目的とする。【構成】アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器
１、水タンク２、水タンクから反応器に水を供給する水
供給管３、反応器から水を水タンクに戻す還流管５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る。ポンプ１５で反応器に
水を供給し、電磁弁６、７で水の送給を制御する。アル
カリ土類金属酸化物の水和反応に伴い発生する熱を利用
し、エンジン始動時に触媒部、冷却水部、空気吸入部な
どを急速加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化学発熱装置に関し、長
期に渡って安定に発熱反応を繰り返し得るように改良し
たものである。例えば自動車などの急速加熱用の熱源と
して好適に用いられ、触媒部、冷却水部、空気吸入部な
どを冷間始動時において、数十秒以内にエンジン作動時
の暖機状態に等しく昇温させたり、また発電所の補助熱
源等として用いられるものである。なお、本明細書にお
いては車載用の化学発熱装置を例に説明する。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ土類金属酸化物：ＭｇＯ，Ｃａ
Ｏ，ＳｒＯ，ＢａＯは水と反応し、それぞれ水酸化物を
生成する。これらの水酸化物は熱を加えると分解し、再
び水を放出するともに元の酸化物に戻すことができる。
水酸化物Ｍｇ(ＯＨ)₂，Ｃａ(ＯＨ)₂ ，Ｓｒ(ＯＨ)₂，Ｂ
ａ(ＯＨ)₂の分解温度はそれぞれ、およそ２６０℃,４８
０℃，５８０℃，７３０℃であるといわれている。従っ
て基本的にはアルカリ土類金属酸化物のどれを用いても
可逆サイクルを組み立てることが可能である。

【０００３】また、それぞれの水酸化物は固有の分解温
度を持つので、使用目的によっては分解温度域に幅をも
たせ、得られる再生温度域に合わせるために、これらの
酸化物を任意の割合混合することも可能である。例え
ば、ＭｇＯとＣａＯを混合することにより、さらに低温
度域からの再生が可能となる。

【０００４】例を酸化カルシウムにとって説明すると、
酸化カルシウムは水をかけて反応させると急激に発熱
し、４００℃くらいまで昇温できることが知られてい
る。実際、この反応は日本酒、弁当などの一回きりの加
熱用に広く実用化されている。水を用いた場合には、発
熱量は６５.９KJ（ＣａＯ，Ｈ₂Ｏ合計のグラム当り２１
３カロリー）、水蒸気を用いた場合には、水の蒸発熱を
含むので、１０９.３KJ （グラム当り３５２カロリー）
であるが、水蒸気の場合には耐圧容器が必要なため、実
用化が難しい。

【０００５】自動車用にこの反応を適用することは、特
開昭５９−２０８１１８号公報と特開平５−１４１２２
８号公報に開示されている。これらは自動車の触媒部内
に酸化カルシウム粒子を予め設置しておき、エンジン作
動時には別の回路から水を触媒部に導いて、発熱反応を
起こさせるとともに、走行中に分解反応を起こさせて酸
化カルシウムに戻すものである。

【０００６】しかしながら、上述の二つの発明は次の理
由から、その効力を長期に渡って発揮することができな
い。なぜならこれらは、開放系であるため、空気中の炭
酸ガスによる効力低下を防止することができないからで
ある。即ち、初期には酸化カルシウムが水酸化カルシウ
ムに変化した後も、加熱により容易に酸化カルシウムに
戻るが、例えば自動車の夜間の放置などにより水酸化カ
ルシウムの状態が長く続いた場合、水酸化カルシウムは
空気中の炭酸ガスをマフラーの排気口から徐々に吸い込
み、炭酸カルシウムに変化していく。炭酸カルシウムは
分解温度が８４０℃と高いため、容易に分解しない。そ
の結果、反応物質である酸化カルシウムの量はだんだん
減少していく。そして、一週間もすれば炭酸カルシウム
が１００％生成し、初期の設計能力を完全に失ってしま
う。

【０００７】図１８のグラフに酸化カルシウムの空気中
における劣化速度を、酸化カルシウムを乾燥窒素および
加湿窒素中で放置した場合の重量増加を指標として示
す。縦軸が重量増加量（％）、横軸が時間（分）を示
し、特性曲線ａが加湿窒素中、酸化カルシウム粉末の重
量増加量を、特性曲線ｂが加湿窒素中、酸化カルシウム
プレス品の重量増加量を、特性曲線ｃが乾燥窒素中、酸
化カルシウム粉末の重量増加量を、特性曲線ｄが加湿窒
素中、酸化カルシウムプレス品の重量増加量を表してい
る。加湿窒素の方が四倍程速度が大きくなることを示し
ている。酸化カルシウムが水分と反応することから、こ
の結果は当然である。

【０００８】次に、それら試料を一昼夜空気中に放置し
た試料（酸化カルシウム粉末）の赤外吸収スペクトルを
図１９に示す。空気中の炭酸ガス濃度は０.０３％でし
かないにもかかわらず、驚くほど多量の炭酸塩化を生じ
ていることが明白である。これは、生成した水酸化カル
シウムが炭酸ガスと非常に反応しやすいためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のアルカリ土類金
属酸化物と水との可逆反応を利用する発熱装置は、開放
系であるため、空気中の炭酸ガスによる効力低下を防止
することができず、その効力を長期に渡って発揮するこ
とができないという問題点があった。

【００１０】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、長期に渡って安定に発熱反応を繰
り返し得る化学発熱装置を得ることを目的とする。特
に、自動車のエンジン始動時に排出ガスを浄化する排出
ガス浄化用触媒を急速に加熱活性化し、冷寒時の未燃成
分排出を低減する車載用熱源、発電所の低負荷運転時の
高温高圧スチームにより蓄熱し、負荷が急に立ち上がっ
たときの補助熱源等として有効な化学発熱装置を得るこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の化学発熱装置
は、アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器、水を貯
蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反応器に供給
する水供給管、及び上記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、上記反応器への水の給
排水を制御する水送給手段、上記反応器内のアルカリ土
類金属水酸化物を加熱分解しアルカリ土類金属酸化物に
再生する加熱手段、並びに上記水送給手段を制御し上記
アルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制御する反
応制御手段を設け、上記アルカリ土類金属酸化物の水和
反応に伴い発生する熱を利用するようにしたものであ
る。

【００１２】そして、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は水過剰組成となるよう
にした。

【００１３】密閉サイクル内に希ガス及び窒素ガスの少
なくともいずれかを封入した。

【００１４】アルカリ土類金属酸化物を平板状成型体と
して反応器に積層充填し、積層層間及び積層方向と並行
な隙間に耐熱性多孔質部材を詰めた。

【００１５】反応器への水の供給を上方及び下方を含む
複数箇所から行うようにした。

【００１６】水タンクを内側から順に貯水槽、水を加熱
するヒーター、融点１０〜３０℃の蓄熱材層、及び保温
層で構成し、水の温度を検出する水温センサを設けた。

【００１７】水タンクの還流管側に凝縮器を設けた。

【００１８】加熱手段として反応器にヒーターを設け
た。

【００１９】また、車載用化学発熱装置は、上記化学発
熱装置からなり、内燃機関の運転状態を検出する運転状
態検出手段、反応器と水タンクの状態によりアルカリ土
類金属酸化物と水との反応状態を検出する反応状態検出
手段を設け、上記運転状態と反応状態に基づき反応制御
手段によりアルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を
制御するようにしたものである。

【００２０】凝縮器を車両走行風衝突部または内燃機関
の吸気管内に設置し、反応器からの水蒸気を走行風また
は吸気風により冷却し凝縮するようにした。

【００２１】反応器またはこれに設けられた熱交換手段
の表面に排出ガス浄化用触媒を担持させ、上記反応器ま
たは熱交換手段を排気管内に配設した。

【００２２】

【作用】本発明の化学発熱装置においては、アルカリ土
類金属酸化物と水との可逆反応を密閉系内で行うように
構成したので、上記可逆反応を長期に渡り安定に繰り返
し行える。また、反応制御手段、水送給手段により反応
器への水の給排水を精度良く制御でき、上記可逆反応の
制御が簡便に精度良く行える。

【００２３】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は水過剰組成となるようにしたの
で、水和反応時の反応率の低下を防止でき、発熱量の低
減をを防止でき、設計値どおりの発熱量が得られる。水
和反応を促進できる。

【００２４】密閉サイクル内に希ガス及び窒素ガスの少
なくともいずれかを封入したので、密閉サイクルのリー
ク、ＣＯ₂ガスの侵入を防止でき、性能劣化を防止でき
る。

【００２５】アルカリ土類金属酸化物を平板状成型体と
して充填しているので、充填率が向上し、反応器を小型
化できる。また、隙間に耐熱性多孔質部材を詰めたの
で、長期にわたり水の流路を確保でき、水のまわりがよ
くなり、反応速度が速くなる。反応の可逆性も向上す
る。

【００２６】反応器への水の供給を上方及び下方、複数
箇所から行うようにしたので、反応の立ち上がりが早く
なる。

【００２７】水タンクを貯水槽、ヒーター、蓄熱材層、
保温層で構成しているので、水タンク内の水の放熱を効
果的に防止できる。水温センサによりヒーターを作動さ
せ水を加熱するタイミングを計り、水の凍結を効率的に
防止できる。

【００２８】凝縮器を設けたので、効率的に水を凝縮で
きる。

【００２９】反応器にヒーターを設けたので、アルカリ
土類金属水酸化物を加熱分解し完全にアルカリ土類金属
酸化物に再生できる。

【００３０】運転状態検出手段により検出した内燃機関
の運転状態と、反応状態検出手段により検出した反応状
態に基づき反応制御手段によりアルカリ土類金属酸化物
と水との可逆反応を制御するようにしたので、効率的に
可逆反応を行わせることができる。エンジン始動時にお
いて、大容量のバッテリー車載用電源を用いずとも、ア
ルカリ土類金属酸化物の水和反応による発熱により、車
両の触媒部、空気吸入部等を急速にエンジン作動時の暖
機状態に等しく加熱できる。而して未燃成分排出を低減
できる。また、水酸化物の分解、アルカリ土類金属酸化
物への再生は、暖機後排出ガスの熱により行える。

【００３１】凝縮器を車両走行風衝突部または内燃機関
の吸気管内に設置し、反応器からの水蒸気を走行風また
は吸気風により冷却し凝縮するようにしたので、蒸気の
凝縮が効果的に実施でき、また吸気が加熱され燃料の気
化が促進され、未燃ガスを低減できる。

【００３２】反応器またはその熱交換手段、例えばフィ
ンに排出ガス浄化用触媒を担持させたので、触媒を急速
に加熱活性化でき冷寒時の未燃成分、有害ガス排出を低
減できる。

【００３３】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の一実施例の化学発熱装置を示
す構成図である。アルカリ土類金属酸化物として酸化カ
ルシウムを例に説明する。図において、１は反応器で、
酸化カルシウムの発熱反応による高温にさらされても劣
化，変質しない金属、例えば、オーステナイト系ステン
レス鋼ＳＵＳ３０４，ＮＡＲ３１５ＳＮ、フェライト系
のＳＵＨ−４０９Ｌ，ＮＡＲ−ＦＨＺ１、及びニッケル
基超合金インコネルなどで製作される。２は水タンク、
１０は水である。例えば、車載用の排出ガス浄化用触媒
の急速加熱用とした場合、2000ccクラスのエンジンを搭
載した車両の触媒容量は約２リッターであり、この触媒
とエンジン始動時の排気ガスを３００℃まで加熱するた
めには、約２Kgの酸化カルシウムと発熱反応を起こさせ
るために、７００CCの水が必要である。

【００３４】１２は水タンク２の下面に設置され水の有
無を検知する水検出センサで、例えば誘電率センサや屈
折率センサのようなものである。１３は水タンク２内の
水量を検出し電気信号に変換する水量センサである。２
０は水１０の温度を検出する熱電対または測温抵抗体等
の水温センサである。

【００３５】３は水タンク２から反応器１へ水を流し込
む水供給管、１４は水供給管３に設置され反応器１から
の水または蒸気の逆流を防止する逆止弁、１５は水タン
ク２内の水を反応器１に送るためのポンプである。この
場合、ポンプ１５は７００ccの水を１０sec以内で反応
器１に送出するために、４.２ l/minの吐出容量を持つ
必要が有り、例えば４.２l/min以上の吐出容量を持つギ
ヤポンプまたは遠心式ポンプが使われる。また、ポンプ
１５の能力から、水供給管３の内径は約１０〜１５mmと
した。５は反応器１から水タンク２へ水蒸気を運ぶ還流
管であり、反応器の１の上面に取り付けられている。６
は水供給管３の途中に設けられ、反応器１へ送る水の流
入を制御する第１電磁弁、７は還流管５の途中に設けら
れ反応器１から発生する水蒸気の流入を制御する第２電
磁弁である。また、１８，１９は水供給管３，還流管５
の凍結による化学発熱装置の動作不良を防止するための
電気加熱装置で、この場合はテープヒータである。この
実施例では水送給手段は、第１，第２電磁弁６，７、ポ
ンプ１５、及び逆止弁で構成される。

【００３６】８はペレット状の酸化カルシウム成型体、
９はその成型体８を収納した多孔質管、１６は反応器１
内の温度を測定する温度センサ、例えば熱電対や測温抵
抗体のようなものであり、２１は反応器１内の圧力を検
出する圧力センサである。１７は発熱反応で飛散した酸
化カルシウムあるいは水酸化カルシウムが還流管５の流
入口の閉塞を防止する、防護壁である。なお、水酸化カ
ルシウムを加熱分解し、酸化カルシウムに再生する加熱
手段は車載用の場合は排出ガスの熱、内燃機関の排熱で
ある。

【００３７】また、密閉サイクル（配管系）内には炭酸
ガスを除く不活性ガス１１、希ガス及び窒素ガスの少な
くともいずれかが１種以上充填される。この場合は窒素
ガスが充填されている。これは、密閉サイクルのリーク
防止、とりわけ重大な性能劣化を引き起こすＣＯ₂ ガス
の侵入防止のためであるとともに、反応速度を最適な状
態に制御し、かつ金属材料の腐食速度を抑制するためで
ある。なお、不活性ガスの封入は、少ないと非動作時に
おける大気からのリークを十分に防止できず、多いと発
熱時に高圧になりすぎるので、実用上絶対圧力０.５〜
２気圧の範囲が望ましい。

【００３８】図２は図１における水タンク２の詳細構造
を示す模式断面図である。冬期における水タンクの凍結
を防止するために有効な構造例で、特に車載用の場合は
凍結防止の手段として実用上必要不可欠である。図にお
いて、２ａは貯水槽、３１は水１０を加熱するヒーター
で、この場合は電気ヒーター、３２は電気ヒーター３１
を収納する絶縁体、３３は容器に入った蓄熱材で、蓄熱
材の融点は、長期に渡って水の凍結防止を最小のエネル
ギーで行なうに好都合な１０〜３０℃に設定した。３４
は保温層である。なお、第１電磁弁６は、そこでの水の
凍結防止のため保温層３４中に埋設している。

【００３９】水タンク２における作用について説明す
る。酸化カルシウムへの分解反応中に反応器１から蒸発
してきた高温の水蒸気は凝縮し、凝縮した水は、ある程
度冷却された後、水タンク内に落下する。その水の余熱
は電気ヒーター層を介して、蓄熱材３３の一部を融解さ
せる。また、ヒーター層を水タンクと蓄熱材の中間に配
置しているので、その発生熱のほとんどを水の加熱と蓄
熱材の融解に用いることができるので熱効率が良くな
る。蓄熱材層の外側には更に保温体層があるので有効な
放熱防止を行える。

【００４０】また、外気温が零度以下であっても、一昼
夜程度なら、電気ヒーター３１を無くしても水の凍結防
止が可能である。しかし、その期間が一週間程度あるい
はそれ以上と言うことになれば凍結を防止することは不
可能となる。その際には車載バッテリーを電源として、
時々電気ヒーター３１に通電することにより、有効に水
の凍結防止を図ることができる。その場合、水タンク２
に備えられ図１で示した水温を検出する水温センサ２０
で水温を測定した上で、電気ヒーターのon-off制御をす
る。実用的には、水温を５℃以上に保つことが必要であ
るため、水温が５℃以下になれば通電するようにすると
良い。

【００４１】なお、水タンク内の水温を更に適当に選ぶ
ことにより、厳寒期に第１電磁弁６から反応器１にいく
水供給間３が零度以下に冷却されている場合にも、その
配管内で水の凍結を引き起こすことなく、反応器内に水
を導くことが可能である。

【００４２】融点が１０〜３０度の蓄熱材に関しては、
塩化カルシウム六水塩系の蓄熱材が実用可能であり、そ
れらについては発明者らによる発明：特公昭５９−４１
６６８号公報（蓄熱材）、特公昭６２−５７６７４号公
報（蓄熱材）、特公昭６３−１４７７（蓄熱材）などに
開示されている。また、これらの組成物はいずれも長期
に渡って実用可能である。

【００４３】また、蓄熱材の装填が困難な配管系に設置
されているポンプ１５，逆止弁１４，第２電磁弁７の凍
結を防止するために、テープヒータ１８，１９が設置さ
れており、反応器１の温度センサ１６に基づいて、例え
ば車両停止中にも、反応開始直前に通電加熱する必要が
ある。なお、余分な熱損失をなくすため、ヒータ層が更
に適当な保温材層に被覆されていることはいうまでもな
い。また、厳冬地域で使用される場合には、これらの部
分にも水タンク同様の三層構成の保温層を形成する方が
装置の動作をより確実にする。この場合には、ヒータの
通電加熱も適当な温度センサーを設け適宜行えば良い。

【００４４】次に、反応器１への酸化カルシウム充填方
法について説明する。酸化カルシウム成型体８を多孔質
管９内に収納するのは、水和反応時、水の回りを良くす
るだけでなく、可逆反応性を上げるためである。酸化カ
ルシウム成型体を多孔質管に収納するに当たっては、充
填率を上げるため、プレスする必要がある。手で押すだ
けではかさ密度が０.６g/cm³程度にしかならないからで
ある。発熱量の設計値から見て、かさ密度は１.０〜２.
０g/cm³が必要であるが、そのためにはプレス圧力を１
〜９ton/cm² にしなければならない。表１にプレス圧力
と酸化カルシウム成型体（プレス品）の特性（かさ密度
等）の実験結果を示す。なお、酸化カルシウム成型体の
上記かさ密度は充填率３０〜６０％に相当する（酸化カ
ルシウムの密度は３.３７g/cm³）。

【００４５】

【表１】

【００４６】なお、酸化カルシウムに替えて、水酸化カ
ルシウムを用いてプレスし、後焼成を行って分解させ、
酸化カルシウム成型体とすることもできる。実験結果を
表２と表３に示す。表２は水酸化カルシウムプレス圧力
と成型体（プレス品）の特性、表３は水酸化カルシウム
プレス圧力と成型体（プレス品）焼成後、酸化カルシウ
ム成型体の特性である。

【００４７】

【表２】

【００４８】

【表３】

【００４９】プレス圧力１〜９ton/cm²で成型したもの
は、焼成後かさ密度１.３〜１.６g/cm³を示す。従っ
て、高充填密度とするには酸化カルシウムから直接プレ
スする方が望ましい。しかし、水酸化カルシウムから出
発した方が緩やかな反応性を示すので、用いる場所によ
っては、好都合な場合がある。

【００５０】酸化カルシウム成型体の表面積は水との反
応速度を左右するので、非常に大事なパラメータであ
る。自動車用には表面積が５〜１５cm²/gの範囲にある
ことが望ましい。この値より小さいと、反応速度が小さ
くなり、また大きすぎると可逆反応性が悪くなるからで
ある。なお、この表面積値は成型体の表面の面積を計算
して得られる値であり、成型体が持つ気孔率などとは一
切無関係なものである。図３はプレス圧力と酸化カルシ
ウム成型体表面積の関係を示す特性図である。縦軸が表
面積(cm²/g)、横軸が重量(g)を表し、実線がプレス圧力
３ton/cm²の成型品、破線がプレス圧力９ton/cm²の成型
品の特性を示している。

【００５１】また、反応速度を更に上げるために成型体
に複数の貫通孔をもうけることも望ましい。これによ
り、成型体中への水の浸透速度が大きくなり、かつ可逆
反応性も向上する。

【００５２】図４は反応器１への酸化カルシウム充填方
法に係わる多孔質管９内への酸化カルシウム成型体８収
納状態を示す断面模式図である。この実施例では、酸化
カルシウム成型体の充填密度に関しては多少の犠牲が出
るが、酸化カルシウム成型体の積層方向に垂直な隙間、
即ち積層層間に耐熱性多孔質部材２５、例えば薄い耐熱
性の金属メッシュや耐熱性多孔質金属ないしセラミック
ス板を挟み込んでいる。このように層間に耐熱性多孔質
部材を挟むことにより、長期に渡って水の流路を確保で
き、可逆反応性が向上する。積層方向に平行な隙間に関
しても同様である。酸化カルシウムの水和は水酸化カル
シウムを生成するが、水酸化カルシウムの密度が小さい
ため（２.２４g/cm³）、反応時に膨張するからである。

【００５３】上記効果がより発現するように、さらに、
酸化カルシウム成型体を図５の模式図に示すような管壁
に多数の貫通孔２６をあけた耐熱性金属ないしセラミッ
クスの薄い多孔質管９内に収納することが望ましい。こ
れにより、酸化カルシウムの膨張および収縮にともなう
体積変化を管内で処理できるため、可逆反応性が向上す
る。

【００５４】この化学発熱装置の密閉サイクル内におけ
る酸化カルシウムと水の組成比に関しては、水過剰組成
が望ましい。なぜなら、反応時どうしても未反応な水
は、発生温度が高いため蒸発により飛散しやすく、モル
比で１：１組成にすると、どうしても反応場所では水不
足組成になり、その結果、反応率が１００％を大きく割
り込み、発生熱量が設計値どおりにならないからであ
る。また、多すぎると、発生熱量が過剰の水の加熱と蒸
発に費やされ、発熱装置として利用可能な熱量が減少す
る。従って、実用上、酸化カルシウムに対する水のモル
比は１.１０〜１.３０が適当である。

【００５５】図６は酸化カルシウム（ＣaＯ）３gに水１
ccを密閉容器内で反応させた場合の温度上昇速度を示す
特性図である。縦軸が温度(℃)、横軸が時間(sec)であ
る。最初、数秒以内に１００℃を少し越えた温度まで上
昇し、その後ほぼ１００℃に落ちつく段階は液体の水に
よる水和反応である事が明かである。未反応の水はこの
発熱反応によって加熱され水蒸気となって蒸発する結
果、ＣａＯの温度上昇が抑制され１００℃、即ち水の沸
点近傍に落ちつく。その後の急激な温度上昇は水蒸気に
よる水和反応であり、温度上昇の主原因と呼べるもので
ある。即ちＣａＯと水を用いた化学発熱装置では、いか
に水蒸気による水和反応をうまく引き出すかがその実用
性を大きく左右する。従って、反応器の構成においては
水蒸気水和を優先する構造が必要不可欠である他、水過
剰組成は、水不足あるいはストイキオメトリック組成に
比して、水蒸気による水和反応を大きく促進する事がで
きる。

【００５６】図７は図１の化学発熱装置を自動車の排気
ガス浄化用三元触媒の早期活性化に適応した一実施態様
の車載用化学発熱装置を示す構成図である。図におい
て、７１はエンジン、７２は大気中のチリやほこりを除
去するエアクリーナ、７３はエンジン７１に吸入される
空気量を計測する吸入空気量センサ、７４はエンジン７
１に吸入される吸入空気量を制御するため、吸気管７５
の流路断面積を変えるスロットルバルブである。

【００５７】７６はエンジン７１から排出された有害な
ガスを大気へ導出するための排気管である。７７は排気
管７６に設置され、エンジン７１の排出ガス中の酸素濃
度を検出する、酸素センサであり、例えば、ジルコニア
素子を用いたジルコニアＯ₂センサやチタニア素子を用
いたチタニアＯ₂ センサである。７８はエンジン７１の
冷却水通路の設けられ冷却水温度を検出する、温度セン
サである。７９は燃料ポンプ（図示せず）より送られた
燃料をエンジン７１の吸気弁（図示せず）に向けて霧状
に噴射して燃料供給を行うためのインジェクタである。
８０は、エンジン７１の排気ガスに含まれる有害ガス成
分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_x ）を同時に浄化する三元触媒ま
たは、酸素過剰雰囲気下でＮＯ_xの浄化を行うリーンＮ
Ｏ_x触媒等の排出ガス浄化手段である。８１は排気管７
６に連結し、排気管７６の一部を構成する排出ガス浄化
手段８０と化学発熱装置の反応器１を格納する触媒ホル
ダである。

【００５８】８２はコントローラ（ＥＣＵ）であり、エ
ンジン７１の図示しない吸入空気量信号やエンジン回転
数そして、温度センサ７８の信号に基づいて燃料噴射量
を算出しインジェクタ７９を駆動し、酸素センサ７７の
信号に基づき燃料噴射量をフィードバック制御する。ま
た、コントローラ８２は排出ガス浄化手段８０の上流に
設置された反応器１への水の導入を制御する第１，第２
電磁弁６，７の駆動と故障診断を行う。即ち第１，第２
電磁弁６，７、ポンプ等からなる水送給手段を制御し、
上記アルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制御す
る反応制御手段として作用する。

【００５９】図１で説明した、水温センサ２０の信号を
入力し電気加熱装置１８，１９を制御したり、水タンク
２の凍結防止制御は、エンジン７１の停止時にも通電し
ている別の駆動電源系で駆動されるコントローラ（図示
せず）で行われる。

【００６０】図８は本発明に係わる反応器の形状の一例
を示す模式斜視図で、この化学発熱装置から発生する熱
量を高効率で排出ガスや三元触媒と熱交換するために熱
交換手段を設けている。１は酸化カルシウムを納めた反
応器で、この反応器１は複数個に分割することも可能で
ある。１０２は、排出ガスと反応熱の熱交換を効率的に
行うための熱交換手段のフィンである。排気ガスはフィ
ン１０２の間を流れる際に反応器１で発生した熱を伝達
される。そして、昇温された排気ガスは触媒を加熱して
活性化を促進する。

【００６１】図９は本発明に係わる反応器の形状の他の
例を示す模式斜視図で、酸化カルシウムを納めた反応器
１中を排出ガス流通が可能な様に、反応器１に貫通路１
１２が複数個設けてある。排出ガスはこの貫通路１１２
を通過する間に反応熱を受ける。

【００６２】次に本発明の化学発熱装置の動作について
説明する。反応開始前においては、反応器１内の酸化カ
ルシウム成型体８と水タンク２内の水とは、第１，第２
電磁弁６と７が閉状態にあり、完全に遮断されている。
蓄熱状態を長期に渡って維持するためには、両者の完全
な分離が絶対に必要である。発熱反応を開始させるに
は、第１電磁弁６を開きポンプ１５を作動させ、水を水
タンク２から反応器１内に流れ込ませる。これにより水
と酸化カルシウムとが激しく反応する。第１，第２電磁
弁６，７の詳細な制御については、後で説明する。

【００６３】本実施例の装置では水を１０秒以内で反応
器１に流入する事にしているが、流入途中から酸化カル
シウムの発熱反応は開始している。そのため、反応器１
内で発生した高温の水蒸気の圧力により、流入途中の水
が押し返される。この圧力に抗して水を流入させるため
ポンプ１５と逆流防止の逆止弁１４が設けられている。
水を流し終えた時点で、第１電磁弁６は閉じる。第２電
磁弁７も閉じているので、反応器１で発生した高温の水
蒸気は逃れるところが無いため、反応器内で酸化カルシ
ウムの水和反応に貢献し、反応の進展を進めるだけでな
く、水の蒸発熱による熱ロスを反応器１から持ち出すこ
ともないため反応器１からの発生熱量が減少することも
ない。従って、設計値どおりの性能を発揮させることが
できる。

【００６４】図７に示す車載用化学発熱装置における第
１，第２電磁弁６，７の制御フローチャートを図１０に
示す。エンジン７１のキースイッチ（図示せず）がＯＮ
になると、反応制御手段であるコントローラ８２が動作
し、化学発熱装置の電磁弁制御ルーチンが実行される。
ステップ８０１で水タンク２内の水量を水量センサ１３
で検出し、ステップ８０２で反応器１内の酸化カルシウ
ムと充分に反応する規定量であるかを判定する。そし
て、規定量以下ならば、運転者に水の不足を警告し、ス
テップ８０３で水を補充する。もし水が規定量ならば、
エンジンの運転状態を検出し、化学発熱装置の動作を開
始する。

【００６５】まず、ステップ８０４ではエンジン７１の
回転数Ｎ_E と温度センサ７８から冷却水温度Ｔ_W を読み
込む。ステップ８０５とステップ８０６ではエンジン回
転数Ｎ_Eと冷却水温Ｔ_Wがそれぞれ、所定値Ｎ，Ｔと比較
される。本実施例では、Ｎ，Ｔの一例として３００rp
m，３０度とした。ここで、エンジン回転Ｎ_Eが３００rp
m以上、かつ冷却水温Ｔ_Wが３０度以下の冷間始動状態と
判定されると、ステップ８０７で化学発熱装置の第１，
第２電磁弁６，７がＯＮされ、水の導入が開始される。
反応器１内での反応を速やかに起こすために、水の導入
はポンプ１５を使用して、できるだけ速く行う。そのた
めに、ステップ８０８でポンプ１５を駆動する。

【００６６】反応器１に水が導入されと、ステップ８１
０では、水タンク２内の水の有無を水検知センサ３１の
信号に基づいて判定する。そして、１０秒以上の水導入
をさけるために、タイマーをステップ８０９でセットし
ている。１０秒以上水を導入しない理由は、第１，第２
電磁弁６，７を解放している状態にすると、反応熱によ
る水蒸気が反応器１から流出または、逆流し、水蒸気に
よる水和反応が阻害され、反応熱の増大が得られないた
めである。

【００６７】水の導入が終了すれば、ステップ８１２で
ポンプ１５を停止し、ステップ８１３で第１，第２電磁
弁６，７をＯＦＦする。次にステップ８１４でタイマー
をセットし、反応開始からの時間をカウントして、反応
が持続する時間だけ第１，第２電磁弁６，７を閉じた状
態にする。その時間は、酸化カルシウムの量や水の投入
方法に依存するものであるが、本実施例では１２０秒に
設定している。反応中の反応器１の状態からステップ８
１６で動作診断を行っている。ステップ８１６の動作診
断については図１１のフローチャートにより説明を行
う。

【００６８】そして、反応が終了したか、発熱が不要に
なる時点で第２電磁弁７をＯＮする。その指示はステッ
プ８０９で行う。その後、反応器１はエンジンから排出
される高温排気ガスの熱量によって加熱され、反応器１
内部の水酸化カルシウムは酸化カルシウムに分解され
る。その際、水蒸気となって排出される水は還流管５を
通って水タンク２に戻り凝縮蓄積される。ステップ８１
８とステップ８１９では、エンジン回転数から動作状態
を判定し、エンジンが停止して、運転が終了すればステ
ップ８２０で第２電磁弁７をＯＦＦする。これは、エン
ジン停止時に水タンク２や配管系内に存在する水蒸気が
反応器１内に逆方向から流れ込み、分解された酸化カル
シウムと水和反応を起こすのを防止するためである。

【００６９】発熱反応中の動作診断フローについて図１
１のフローチャートを用いて説明する。ステップ９０１
で、反応器１内圧力を圧力センサ２１から検出する。ス
テップ９０２でこの圧力と設定圧力を比較し、設定圧力
より高ければステップ９０３で第２電磁弁７を解放し反
応器１内の圧力を下げる。本実施例では、設定圧力P_sを
３Kg/cm²に設定している。第２電磁弁７の解放によって
反応器１内圧力が設定値以下になれば、ステップ９０
４，９０５で第２電磁弁７を閉じる。

【００７０】次に、反応が促進し、正常に反応器温度が
上昇しているかどうかを検出する。ステップ９０６で温
度センサ１６から反応器温度を検出する。そして、ステ
ップ９０７で設定反応器温度と比較する。そして、反応
器温度が設定温度以下であれば、反応不良をステップ９
０８で運転者に警告する。本実施例では設定温度は１０
０℃に設定している。反応不良の主原因としては、前運
転時の酸化カルシウムへの分解不良が考えられる。な
お、めったにない事であるが、密閉サイクル、系のリー
クのため酸化カルシウムが炭酸塩化し、反応不良となる
場合もある。

【００７１】図１２の特性図に図７の触媒加熱に適応し
た車載用化学発熱装置における排出ガス低減効果を示
す。上段は、排出ガス測定モード運転の車速を示してお
り、エンジン冷間始動からの第１加減速である。中段は
触媒温度を示しており、化学発熱装置を装着した場合と
装着しない場合を比較して示している。下段は、化学発
熱装置の有無による排出ＨＣ濃度の比較を示している。
中段、下段において、破線特性曲線は化学発熱装置を装
着した場合を、実線特性曲線は化学発熱装置を装着しな
い場合を表している。化学発熱装置を装着した場合に
は、発生熱量が触媒に伝達される事により、触媒の活性
化が促進される。そのためエンジン始動直後からＨＣ等
の有害排出ガスを浄化する事が可能になる。排出ガス測
定モード運転中、始動直後に排出される有害ガス量はモ
ード運転全体の約６０％であり、この領域での触媒の早
期活性化による排出ガスの浄化は非常に効果的である事
が認められる。

【００７２】上述したように、本実施例の化学発熱装置
は密閉系であるので、可逆反応が長期にわたり安定に行
える。また、水過剰組成にして未反応で残る酸化カルシ
ウムを低減し、水和反応を促進する、密閉サイクル内に
窒素を封入して密閉サイクルのリークを防止し、ＣＯ₂
ガスの侵入を防止する、反応器に酸化カルシウムをプレ
ス成型体として積層充填し充填率を上げる、さらに成型
体層間等の隙間に耐熱性多孔質部材を詰めて長期にわた
り水の流路を確保する等しているので、可逆反応を長期
にわたり信頼性高く安定に行える。

【００７３】また、この化学発熱装置を適用した車載用
化学発熱装置は、エンジン始動時における触媒加熱用等
の熱源として約２〜４Kwの高出力電気ヒータを使用した
場合に必要な車載電源と充電系の大容量化を要せず、装
着することができる。高価でかつ重量増大を招く新たな
装置を必要とせず、可逆性のある化学反応熱を用いてエ
ンジン低温時に問題となる未燃成分、有害ガス排出量を
低減することができる。

【００７４】実施例２．図１３は本発明の実施例２の化
学発熱装置を示す構成図である。本実施例では水タンク
２から反応器１へ水を流し込む水供給管３を途中で分岐
させ、分岐管４を設け複数の流路、この場合は二つの流
路に分割して、上方及び下方から反応器１へ水を供給し
ている。このように水を下からの一方向だけではなく、
下方及び上方、複数の箇所から反応器１へ流入させてい
るので、酸化カルシウムの水和反応の反応が速くなり、
単位時間当たりの発熱量が大きくなる。その結果、反応
器の昇温速度が速くなり、熱交換効率が改善される。

【００７５】上述したように、反応器１内に水を導くに
当たっては、上方、下方から注水する方が望ましく、ま
た反応器１内の天井部に更に、水が有効に配分されるよ
うに多孔質の配管を張り巡らせることも望ましい。こう
した工夫により、発熱速度を更に上げることができる。
なお、供給する水分量の上下への分割比は反応器１の特
性を大きく左右するので最適性能が得られるように設計
すべきである。

【００７６】実施例３．図１４は本発明の実施例３の化
学発熱装置に係わる水タンクを示す構成図である。３５
は高温の水蒸気を凝縮させるフィン付き凝縮器（図では
フィンを省略してある）である。この凝縮器３５を設け
ることにより高温蒸気を効率よく凝縮させることが可能
になる。そのため、密閉サイクル（反応系内）の蒸気圧
力上昇が抑えられ、水酸化カルシウムの分解が容易にな
る。

【００７７】実施例４．図１５は本発明の実施例４の化
学発熱装置を示す構成図である。本実施例では、反応器
１内に水酸化カルシウムの分解を促進する電気ヒータ２
２を加熱手段として設けている。電気ヒータ２２は、内
燃機関の排熱によって充分に水酸化カルシウムの分解が
行われていない事が、反応器１の温度状態や内燃機関の
運転状態から判定された場合に通電される。そして、排
熱によって分解されなかった水酸化カルシウムは電気ヒ
ータ２２の発生熱によって完全に分解される。

【００７８】本実施例では加熱手段として内燃機関の排
熱を利用するだけではなく、電気ヒータ２２を設けてい
るので、水酸化カルシウムを完全に加熱分解させ酸化カ
ルシウムに再生出来る。従って常に充填された酸化カル
シウムが全て水和反応に寄与し、設計値どおりの発生熱
量が得られる。なお、本実施例では、ヒータ２２を酸化
カルシウム成型体８の下に設置する場合について示した
が、ヒータ２２を酸化カルシウム成型体に内蔵させて
も、成型体収納管９自体を電気ヒータ構造にしてもよ
い。

【００７９】実施例５．図１６は本発明の実施例５の化
学発熱装置を実車に塔載した車載用化学発熱装置の構成
を示す構成図である。本実施例の構成では、酸化カルシ
ウムの分解によって発生した水蒸気を凝縮するフィン付
き凝縮器３５を吸入空気量センサ７３とスロットルバル
ブ７４の間の吸気管７５内に設置している。本構成では
酸化カルシウムの分解によって発生した高温の水蒸気を
吸入空気により冷却凝縮させることができ、その凝縮熱
を吸入空気の加熱に利用することが可能である。吸入空
気の温度上昇によって、内燃機関に供給された燃料の気
化が促進され、燃焼が改善され、排気ガス中に含まれる
未燃成分を低減することができる。本実施例の吸入空気
加熱は厳冬期の排出ガス中の未燃ガス低減に有効であ
る。

【００８０】実施例６．図１７は本発明の実施例５の車
載用化学発熱装置の構成を示す構成図である。本実施例
では、図７に示す実施例では触媒ホルダ８１内に反応器
１に隣接して設置されていた排出ガス浄化用触媒８０を
取り除き、排出ガス浄化触媒を反応器１表面に直接担持
させている。本実施例では、反応器１で発生した熱を排
出ガスを介することなく直接排出ガス浄化触媒に伝達す
るため、効率よく加熱することができる。そのため触媒
活性化時間が短縮され、排出ガスの浄化が改善される。
また、排出ガス浄化触媒を、例えば図８に示す反応器１
に設けられた熱交換手段であるフィン１０２や、図９に
示す貫通路１１２の表面に担持させても良く、同様の効
果を奏する。

【００８１】なお、上記実施例における詳細説明は、酸
化カルシウム（ＣａＯ）と水を用いた場合について行っ
たが、ＣａＯのみに限定されるものではなく、その他の
アルカリ土類金属酸化物ＭｇＯ，ＳｒＯ，ＢａＯと水を
用いても同様の化学発熱装置を得る事ができ、同様の効
果を奏する。また、これらの混合酸化物を用いても構成
することができ、同様の効果を奏する。基本的システム
は全然変更する事を必

【００８２】また、上記実施例では自動車などの急速加
熱用の熱源として利用する場合について説明したが、ケ
イ酸ナトリウム等を数％添加することにより反応速度を
遅くでき、反応速度を制御することができる。

【００８３】さらに、上記実施例ではこの化学発熱装置
を車載用に適用する場合について述べたが、車載用に限
らず、産業用としても適用できる。例えば、この化学発
熱装置は２００〜５００℃間で実用化が計画されている
融解潜熱ないし顕熱（比熱）を利用する蓄熱材を用いた
各種装置を代替することが可能である。しかも、この装
置の方が低コスト、低維持費、高熱効率をもたらすこと
ができる。その根拠は、多数の項目に関して、ＣaＯ／
Ｃa(ＯＨ)₂ 発熱材の方が蓄熱材よりも勝っているから
である。

【００８４】例えば、融解潜熱利用の蓄熱材候補材料で
あるＮaＯＨ−ＮaＮＯ₃混合物（81.5−18.5mol％）との
比較を行うと表４のようになる。

【００８５】

【表４】

【００８６】即ち、潜熱量としては発熱材が３倍以上あ
る。蓄熱材料で融解潜熱量が７０cal／gを越えるものは
非常に稀であることから、ＣaＯ／Ｃa(ＯＨ)₂ 発熱材の
方が優れていることが明らかである。潜熱量が大きいこ
とは、システムの小型化、装置材料コストの低減など、
その波及効果が大きい。

【００８７】また、重量当たりのコストをみると、発熱
材は蓄熱材の１／３である。従って、１Kcal当たりのコ
ストは発熱材が蓄熱材の約１／１０に当たる。このコス
ト低減のメリットは大きい。エネルギー貯蔵量が大きく
なればなるほど、材料費が大きく低下するからである。

【００８８】発熱材は蓄熱材のような明確な融点を持た
ない。しかし、放熱時の発熱温度及び蓄熱時の分解温度
を見かけ上融点相当温度とみなすことができる。この見
方からすれば、放熱時の融点はほぼ５００℃であるとい
うことができる。利用する側からみて、この温度が高い
ほど望ましい材料であることは疑い得ない点であり、高
い熱交換効率をもつ簡便なシステムを安価に設計するこ
とができる。一方、蓄熱時の融点とみなしうる分解温度
は、通常の状態、即ち室温に近い水の水蒸気圧（〜３０
Torr(４０００Pa)）の下では４００℃程度である。な
お、密閉系内で平衡する水蒸気圧を低下させれば低下さ
せるほど、この分解温度を低下させることができる。例
えば−２０℃程度（〜１Torr(〜１００Pa)）にすれば３
００℃程度となる。この条件は、液化天然ガスを用いる
ことができる場所では非常に容易に達成できる条件であ
る。

【００８９】この化学発熱装置を実際に適用することが
できるひとつの分野としては、火力発電所や原子力発電
所の低負荷運転時の高温高圧スチーム（〜５００℃以
上）による蓄熱用装置があり、負荷が急に立ち上がった
時の有効な補助熱源とすることができる。分解温度が４
００℃程度であるため、再生による蓄熱運転は容易であ
り、また放熱時の発熱温度が５００℃近くであるため、
良質のスチームに効率よく転換することができる。なに
よりも立ち上がり特性に優れている点が好都合である。

【００９０】また、たの適用例としては、ゴミ焼却場等
でのエネルギー有効利用を狙った各種蓄熱装置の代替用
である。ゴミ焼却場からの廃熱量は日々の変動が大き
く、焼却場からの廃熱利用を目的に隣接された各種施設
の冷暖房の需要エネルギーが不足する場合には、廃熱が
過剰に発生した日々の過剰量を貯蔵できるように設計す
ればよい。また、焼却場の稼働時間帯と各種施設のエネ
ルギー需要時間帯のずれを調整するためにも、この発熱
装置を利用することができる。

【００９１】なお、この装置の作動温度域が２００〜５
００℃間にあるので、スチーム暖房時の直接加熱熱源と
することができるだけでなく、夏期の冷房時の冷房装
置、例えばランキンサイクルを用いた空調機を駆動する
ための熱源としても十分に能力を発揮させることができ
る。吸収式の冷凍機や冷房装置用の駆動熱源として優れ
ていることは我国の夏期の電力需要ピークを平滑化する
ためにも大きな効果を有するものである。

【００９２】その他、各種製造プラントからの廃熱を有
効に回収し、予熱源とすることができるので、工場全体
のエネルギーコストを低下させることができるだけでな
く、エネルギー利用効率を上げることができる。

【００９３】また、燃料電池を利用する分野において、
例えば溶融炭酸塩型燃料電池（作動温度〜６５０℃）の
立ち上げ時の熱源には、従来、電気ヒーターが用いられ
てきたが、この発熱装置を用いて燃料ガスの予熱などを
効率よく行うことにより、必要電力量を低減することが
できる。その他、燃料電池からの発生熱を有効に利用す
るコーゼネシステムにも、この発熱装置をいろんな目的
で利用することができる。燃料電池からは、この発熱装
置の再生に必要な高温の排ガスが常時十分、多量に得ら
れるからである。

【００９４】また、固体電解質型燃料電池を積載した電
気自動車のメタノール電解質触媒の立ち上げ時の加熱用
熱源、あるいはメタノール蒸発用の熱源として利用する
ことも可能である。即ち、メタノールを分解させて水素
とＣＯとを作成する際、触媒の好適作動温度域として３
００℃程度が必要であるが、電気ヒーターによる加熱に
頼る限り、大きな時間遅れは避けられない。しかし、こ
の発熱装置と触媒装置とをうまく組み合わせれば、立ち
上がり時の加熱を非常にすばやく行うことができる上、
その後の触媒作動温度で再生させることも容易である。
その作用や動作原理については上述したとおりである。

【００９５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００９６】アルカリ土類金属酸化物を充填した反応
器、水を貯蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反
応器に供給する水供給管、及び上記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、アルカリ土
類金属酸化物と水との可逆反応を密閉系内で行うように
したので、可逆反応を長期に渡り安定に行える化学発熱
装置が得られる。また、反応器への水の給排水を制御す
る水送給手段、反応器内のアルカリ土類金属水酸化物を
加熱分解しアルカリ土類金属酸化物に再生する加熱手
段、並びに水送給手段を制御しアルカリ土類金属酸化物
と水との可逆反応を制御する反応制御手段を設けたの
で、可逆反応の制御が簡便に精度良く行え、水和反応に
伴い発生する熱を効率的に利用できる。

【００９７】そして、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は水過剰組成となるよう
にしたので、水和反応時の反応率の低下を防止でき、発
熱量の低減を防止できる。水和反応を促進できる。

【００９８】密閉サイクル内に希ガス及び窒素ガスの少
なくともいずれかを封入した。密閉サイクルのリーク、
ＣＯ₂ガスの侵入を防止でき、性能劣化を防止できる。

【００９９】アルカリ土類金属酸化物を平板状成型体と
して反応器に積層充填しているので、充填率が向上し、
反応器を小型化できる。また、積層層間及び積層方向と
並行な隙間に耐熱性多孔質部材を詰めたので、長期にわ
たり水の流路を確保でき、水のまわりがよくなり、反応
速度が速くなる。反応の可逆性も向上する。

【０１００】反応器への水の供給を上方及び下方を含む
複数箇所から行うようにしたので、反応の立ち上がりが
早くなる。

【０１０１】水タンクを内側から順に貯水槽、水を加熱
するヒーター、融点１０〜３０℃の蓄熱材層、及び保温
層で構成しているので、水タンク内の水の放熱を効果的
に防止できる。また、水の温度を検出する水温センサを
設けており、これによりヒーターを作動させ水を加熱す
るタイミングを計り、水の凍結を効率的に防止できる。

【０１０２】水タンクの還流管側に凝縮器を設けている
ので、効率的に水を凝縮できる。。

【０１０３】加熱手段として反応器にヒーターを設けた
ので、アルカリ土類金属水酸化物を加熱分解し完全にア
ルカリ土類金属酸化物に再生できる。

【０１０４】また、上記化学発熱装置に、内燃機関の運
転状態を検出する運転状態検出手段、反応器と水タンク
の状態によりアルカリ土類金属酸化物と水との反応状態
を検出する反応状態検出手段を設け、上記運転状態と反
応状態に基づき反応制御手段によりアルカリ土類金属酸
化物と水との可逆反応を制御するようにしたので、効率
的に可逆反応を行わせることができ、大容量の車載用電
源、バッテリー等を要することなく、エンジン始動時に
触媒部、空気吸入部等を急速に加熱することができる車
載用化学発熱装置が得られる。

【０１０５】凝縮器を車両走行風衝突部または内燃機関
の吸気管内に設置し、反応器からの水蒸気を走行風また
は吸気風により冷却し凝縮するようにしたので、蒸気の
凝縮が効果的に実施でき、また吸気が加熱され燃料の気
化が促進され、未燃ガスを低減できる。

【０１０６】反応器またはこれに設けられた熱交換手段
の表面に排出ガス浄化用触媒を担持させ、上記反応器ま
たは熱交換手段を排気管内に配設したので、触媒を急速
に加熱活性化でき冷寒時の未燃成分排出を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の化学発熱装置を示す構成図
である。

【図２】図１の水タンク２の詳細構造を示す模式断面図
である。

【図３】本発明に係わるプレス圧力と酸化カルシウム成
型体表面積の関係を示す特性図である。

【図４】本発明に係わる反応器への酸化カルシウム成型
体収納状態を説明する断面模式図である。

【図５】本発明に係わる酸化カルシウム成型体を収納す
る多孔質管の一例を示す模式図である。

【図６】本発明に係わる密閉容器内での酸化カルシウム
の水和反応時の温度上昇を示す特性図である。

【図７】本発明の実施例１の化学発熱装置の一実施態様
の車載用化学発熱装置を示す構成図である。

【図８】本発明に係わる反応器の形状例を示す模式斜視
図である。

【図９】本発明に係わる反応器の他の形状例を示す模式
斜視図である。

【図１０】図７の車載用化学発熱装置における第１，第
２電磁弁６，７の制御フローチャートである。

【図１１】図１０の制御フローチャートに係わる発熱反
応中の動作診断フローのフローチャートである。

【図１２】図７の車載用化学発熱装置における排出ガス
低減効果を示す特性図である。

【図１３】本発明の実施例２の化学発熱装置を示す構成
図である。

【図１４】本発明の実施例３の化学発熱装置に係わる水
タンクを示す構成図である。

【図１５】本発明の実施例４の化学発熱装置を示す構成
図である

【図１６】本発明の実施例５の車載用化学発熱装置を示
す構成図である

【図１７】本発明の実施例６の車載用化学発熱装置を示
す構成図である

【図１８】本発明に係わる酸化カルシウムの劣化速度、
乾燥窒素及び加湿窒素中での重量増加量を示すグラフで
ある。

【図１９】本発明に係わる劣化した酸化カルシウム粉末
の赤外吸収スペクトル図である。

【符号の説明】

１反応器２水タンク２ａ貯水層３水供給管５還流管６水送給手段の第１電磁弁７水送給手段の第２電磁弁８酸化カルシウム成型体１４水送給手段の逆止弁１５水送給手段のポンプ２０水温センサ２２ヒータ２５耐熱性多孔質部材３１ヒータ３３蓄熱材３４保温層３５凝縮器７５吸気管７６排気管８２反応制御手段のコントローラ１０２熱交換手段のファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/26 ＺＡＢＥ 5/02 ＪＦ０２Ｍ 31/04 ＧＦ０２Ｎ 17/02 Ａ 17/04 Ａ 17/06 ＺＦ２４Ｊ 1/00 (72)発明者弓倉恒雄尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者土井全中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者赤瀬義昭姫路市千代田町840番地三菱電機株式会社姫路製作所内 (72)発明者増田知子姫路市千代田町840番地三菱電機株式会社姫路製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ土類金属酸化物を充填した反応
器、水を貯蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反
応器に供給する水供給管、及び上記反応器から水を水タ
ンクに戻す還流管からなる密閉サイクル、上記反応器へ
の水の給排水を制御する水送給手段、上記反応器内のア
ルカリ土類金属水酸化物を加熱分解しアルカリ土類金属
酸化物に再生する加熱手段、並びに上記水送給手段を制
御し上記アルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制
御する反応制御手段を備え、上記アルカリ土類金属酸化
物の水和反応に伴い発生する熱を利用するようにした化
学発熱装置。
【請求項２】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は水過剰組成となるようにした
請求項１記載の化学発熱装置。
【請求項３】密閉サイクル内には希ガス及び窒素ガス
の少なくともいずれかが封入されている請求項１または
２記載の化学発熱装置。
【請求項４】アルカリ土類金属酸化物は平板状成型体
で、反応器に積層充填され、積層層間及び積層方向と並
行な隙間に耐熱性多孔質部材が詰められている請求項１
ないし３のいずれかに記載の化学発熱装置。
【請求項５】反応器への水の供給を上方及び下方を含
む複数箇所から行うようにした請求項１ないし４のいず
れかに記載の化学発熱装置。
【請求項６】水タンクは、内側から順に貯水槽、水を
加熱するヒーター、融点１０〜３０℃の蓄熱材層、及び
保温層で構成され、水の温度を検出する水温センサを備
えている請求項１ないし５のいずれかに記載の化学発熱
装置。
【請求項７】水タンクの還流管側に凝縮器が設けられ
ている請求項１ないし６のいずれかに記載の化学発熱装
置。
【請求項８】加熱手段として反応器にヒーターが設け
られている請求項１ないし７のいずれかに記載の化学発
熱装置。
【請求項９】請求項１ないし８記載の化学発熱装置か
らなり、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段、反応器と水タンクの状態によりアルカリ土類金属酸
化物と水との反応状態を検出する反応状態検出手段を備
え、上記運転状態と反応状態に基づき反応制御手段によ
りアルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制御する
ようにした車載用化学発熱装置。
【請求項１０】凝縮器が車両走行風衝突部または内燃
機関の吸気管内に設置され、反応器からの水蒸気を走行
風または吸気風により冷却し凝縮するようにした請求項
９記載の車載用化学発熱装置。
【請求項１１】反応器またはこれに設けられた熱交換
手段の表面に排出ガス浄化用触媒を担持させ、上記反応
器または熱交換手段を排気管内に配設した請求項９また
は１０記載の車載用化学発熱装置。