JPWO2016056488A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
加熱対象の加熱が不十分になることを防止できる化学蓄熱装置を提供する。化学蓄熱装置１１は、反応媒体を貯蔵する貯蔵器１４と、反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により反応媒体を脱離する反応材１７を有し、貯蔵器１４と協働して加熱対象を加熱する反応器１２と、貯蔵器１４と反応器１２との間で反応媒体が流通可能となるように貯蔵器１４と反応器１２とを接続する供給管１３と、反応器１２に隣り合って配置され、加熱対象を加熱する電気ヒータ２０とを備えている。
Description
本発明は、化学蓄熱装置に関する。
従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、ディーゼル酸化触媒の外周部の全面に配置され、アンモニア（ＮＨ３）と化学反応する反応材を有する反応器と、ＮＨ３を物理吸着する吸着材を有する吸着器と、反応器と吸着器との間でＮＨ３を移動させる接続ラインとを備えている。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低いときは、吸着器から反応器にＮＨ３を移動させる。これにより、ＮＨ３と反応材とが化学反応して熱が発生し、その熱がディーゼル酸化触媒に伝わる。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、排気ガスの排熱が反応器の反応材に与えられることでＮＨ３と反応材とが分離し、分離したＮＨ３が反応器から吸着器へ回収される。
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、反応器の反応材から発生する熱量は、吸着器に貯蔵されるＮＨ３量によって決まる。このため、例えば排気ガスの排熱が十分に反応材に与えられず、吸着器にＮＨ３を十分に回収することができなかった場合など、吸着器に貯蔵されるＮＨ３量が制限されている場合には、反応材から所望の熱量を発生させることができず、結果的に加熱対象の加熱が不十分になる可能性がある。
本発明の目的は、加熱対象の加熱が不十分になることを防止できる化学蓄熱装置を提供することである。
本発明の一側面に係る化学蓄熱装置は、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により反応媒体を脱離する反応材を有し、貯蔵器と協働して加熱対象を加熱する反応器と、貯蔵器と反応器との間で反応媒体が流通可能となるように貯蔵器と反応器とを接続する供給管と、反応器に隣り合って配置され、加熱対象を加熱する電気ヒータとを備えることを特徴とする。
このような本発明の一側面に係る化学蓄熱装置においては、反応媒体が貯蔵器から反応器に供給管を通って供給されると、反応器の反応材と反応媒体との化学反応により反応材から熱が発生する。その熱が加熱対象に伝えられて加熱対象が加熱される。このとき、加熱対象の加熱が不十分であるときは、反応器に隣り合って配置された電気ヒータが、加熱対象を加熱する。これにより、加熱対象の加熱が不十分になることが防止される。
加熱対象の温度を検出する温度検出部と、反応材を発熱させるときに、電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する第１ヒータ制御部とを更に備え、第１ヒータ制御部は、温度検出部により検出された加熱対象の温度が所定温度よりも低いときに、電気ヒータをＯＮにするように制御してもよい。
この場合には、加熱対象の温度が所定温度よりも低いときは、電気ヒータが自動的にＯＮになり、電気ヒータにより加熱対象が加熱される。これにより、加熱対象の加熱が不十分になることが容易に且つ確実に防止される。
供給管に配設され、貯蔵器と反応器との間の流路を開閉させるバルブと、バルブの開閉を制御するバルブ制御部とを更に備え、第１ヒータ制御部は、バルブ制御部によりバルブを開くように制御してから第１所定時間を経過した後に、温度検出部により検出された加熱対象の温度が所定温度よりも低いときに、電気ヒータをＯＮにするように制御してもよい。
バルブを開くことで貯蔵器から反応器に反応媒体が供給され始めてから、加熱対象の温度が所定温度の近傍まで上昇するまでには、時間がかかる。そこで、バルブを開くように制御してから第１所定時間が経過した後に、電気ヒータをＯＮにするかどうかを判断することにより、電気ヒータを無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を低減することができる。
第１ヒータ制御部は、バルブ制御部によりバルブを開くように制御してから第１所定時間よりも長い第２所定時間を経過した後に、電気ヒータをＯＦＦにするように制御してもよい。
この場合には、バルブを開くように制御してから第２所定時間が経過すると、電気ヒータが自動的にＯＦＦになる。従って、電気ヒータを無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を一層低減することができる。
加熱対象は流体であり、電気ヒータは、反応器よりも流体が流れる方向の上流側において反応器に隣り合って配置されていてもよい。
加熱対象である流体の熱が反応器の反応材に与えられると、反応材から反応媒体が脱離する。そして、脱離した反応媒体は、供給管を通って貯蔵器に戻り回収される。このとき、電気ヒータは、反応器よりも流体が流れる方向の上流側に配置されている。このため、貯蔵器への反応媒体の回収が不十分であるときは、電気ヒータを作動させることで、電気ヒータにより加熱された流体の熱が反応材に与えられる。これにより、貯蔵器への反応媒体の回収が不十分になることが防止される。
貯蔵器内の反応媒体の量を推定する推定部と、反応材から反応媒体を脱離させるときに、電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する第２ヒータ制御部とを更に備え、第２ヒータ制御部は、推定部により推定された貯蔵器内の反応媒体の量が所定量よりも少ないときには、電気ヒータをＯＮにするように制御し、推定部により推定された貯蔵器内の反応媒体の量が所定量以上であるときには、電気ヒータをＯＦＦにするように制御してもよい。
この場合には、貯蔵器内の反応媒体の量を推定し、貯蔵器内の反応媒体の量が所定量よりも少ないときは、電気ヒータが自動的にＯＮになり、電気ヒータにより加熱対象が加熱される。これにより、貯蔵器への反応媒体の回収が不十分になることが容易に且つ確実に防止される。また、貯蔵器内の反応媒体の量が所定量以上であるときは、電気ヒータが自動的にＯＦＦになる。従って、電気ヒータを無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を低減することができる。
本発明によれば、加熱対象の加熱が不十分になることを防止できる化学蓄熱装置が提供される。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、化学蓄熱装置の一実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。図１において、排気浄化システム１は、車両のディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２という）の排気系に備えられ、エンジン２から排出される排気ガスに含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する。
排気浄化システム１は、熱交換器３、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）５、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）６及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）７を備えている。熱交換器３、ＤＯＣ４、ＤＰＦ５、ＳＣＲ６及びＡＳＣ７は、エンジン２と接続された排気通路８の途中に、排気ガスが流れる方向の上流側（以下、単に上流側）から排気ガスが流れる方向の下流側（以下、単に下流側）に向けて順に配置されている。
熱交換器３は、図２及び図３に示されるように、円筒状の外筒９と、この外筒９内に配置されたハニカム構造の熱交換部１０とを有している。外筒９は、排気通路８の一部を形成する排気管としての機能を有している。外筒９は、例えばステンレス鋼で形成されている。熱交換部１０は、排気ガスが流通する排気ガス流路１０ａを形成すると共に、排気ガスと反応材１７（後述）との間で熱交換を行う。熱交換部１０は、熱伝導性が高いＳｉＳｉＣ（非酸化物系セラミック・シリコン・カーバイド）等のセラミックで形成されている。なお、熱交換部１０の材料は、熱伝導性が高いステンレス鋼等の金属であってもよい。熱交換器３は、排気ガスが流れる流路形成部を構成している。
図１に戻り、ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集し、排気ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ６は、尿素またはアンモニア（ＮＨ３）によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６を通過したＮＨ３を酸化する。
また、排気浄化システム１は、可逆的な化学反応を利用して、外部エネルギーレスで熱交換器３を介して加熱対象である排気ガスを加熱（暖機）する化学蓄熱装置１１を備えている。具体的には、化学蓄熱装置１１は、反応材１７（後述）と反応媒体とを分離した状態にすることで、排気ガスの熱（排熱）を内部に蓄えておく。そして、化学蓄熱装置１１は、必要なときに反応媒体を反応材１７に供給して、反応媒体と反応材１７とを化学反応（化学吸着）させることで、化学反応時の反応熱を利用して排気ガスを加熱する。なお、本実施形態では、反応媒体としてアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。
化学蓄熱装置１１は、図２及び図３にも示されるように、リング状の反応器１２と、吸着器１４と、反応器１２と吸着器１４との間でＮＨ３が流通可能となるように反応器１２と吸着器１４とを接続するＮＨ３供給管１３と、を備えている。ＮＨ３供給管１３には、反応器１２と吸着器１４との間の流路を開閉させるバルブ１５が配設されている。
反応器１２は、吸着器１４と協働して熱交換器３を介して排気ガスを加熱する。反応器１２は、熱交換器３の外筒９の周囲に配置されている。反応器１２は、容器１６と、この容器１６内に収容される反応材１７と、を有している。反応材１７は、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に、高温となった排ガスから排熱を受けて蓄熱することによりＮＨ３を脱離する。容器１６は、ステンレス鋼等の金属で形成されている。反応材１７は、熱交換器３の外筒９の外周面に接触するように容器１６内に収容されている。
反応材１７としては、組成式ＭＸａで表されるハロゲン化物が用いられる。Ｍは、Ｍｇ、ＣａまたはＳｒ等のアルカリ土類金属、若しくはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ等である。ａは、Ｍの価数により特定される数であり、２〜３である。
反応材１７は、粉末状であってもよいし、プレス成型体であってもよい。また、反応材１７には、熱伝導性を向上させる添加物が混合されていてもよい。添加物としては、カーボンファイバ、カーボンビーズ、ＳｉＣビーズ、金属ビーズ、高分子ビーズまたは高分子ファイバ等が用いられる。金属ビーズの金属材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ−Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅまたはステンレス鋼等が挙げられる。
容器１６と反応材１７との間には、断熱材１８がリング状に配置されている。断熱材１８としては、例えばグラスウール等が用いられる。ＮＨ３供給管１３の一端部は、容器１６及び断熱材１８を貫通して反応材１７と接続されている。反応材１７と断熱材１８との間には、ＮＨ３の流路を形成する多孔体（図示せず）が介在されている。
図１に戻り、吸着器１４は、ＮＨ３の物理吸着による保持及びＮＨ３の脱離が可能な吸着材１９を含んでいる。吸着材１９としては、活性炭、カーボンブラック、メソポーラスカーボン、ナノカーボンまたはゼオライト等が用いられる。吸着器１４は、ＮＨ３を吸着材１９に物理吸着させることで、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵器を構成している。
以上のような化学蓄熱装置１１を備えた排気浄化システム１において、エンジン２から排出される排気ガスの温度が所定温度（反応材１７の発熱温度）よりも低いときは、吸着器１４の吸着材１９から脱離したＮＨ３がＮＨ３供給管１３を通って反応器１２に供給される。すると、反応器１２の反応材１７（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して、反応材１７から熱が発生する。つまり、下記の反応式（Ａ）における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。そして、反応材１７から発生した熱が熱交換器３に伝えられる。これにより、熱交換器３が加熱されることに伴い、熱交換器３を流れる排気ガスが加熱される。そして、暖められた排気ガスによってＤＯＣ４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで上昇する。
ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱 …（Ａ）
ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱 …（Ａ）
一方、エンジン２から排出される排気ガスの温度が所定温度（反応材１７の発熱温度）以上になると、排気ガスの熱（排熱）が熱交換器３から反応器１２の反応材１７に与えられることで、反応材１７からＮＨ３が脱離する。つまり、上記の反応式（Ａ）における右辺から左辺への反応（再生反応）が起こる。そして、反応材１７から脱離したＮＨ３がＮＨ３供給管１３を通って吸着器１４に戻り、吸着器１４の吸着材１９にＮＨ３が物理吸着される。これにより、ＮＨ３が吸着器１４に回収される。
また、化学蓄熱装置１１は、図１及び図２に示されるように、反応器１２よりも上流側において反応器１２に隣り合って配置された電気ヒータ２０を備えている。電気ヒータ２０は、例えば電熱線、その他の加熱手段等で構成されている。電気ヒータ２０は、熱交換器３の外筒９に連結されると共に排気通路８の一部を形成する排気管（図示せず）の周囲に配置される。電気ヒータ２０は、反応器１２よりも上流側において排気ガスを加熱する。電気ヒータ２０は、ヒータスイッチ２１を介してバッテリ２２と接続されている。
さらに、化学蓄熱装置１１は、温度センサ２３〜２５と、圧力センサ２６と、コントローラ２７とを備えている。温度センサ２３は、排気通路８における電気ヒータ２０よりも上流側の部分を流れる排気ガスの温度を検出する。温度センサ２４は、排気通路８における反応器１２よりも下流側の部分を流れる排気ガスの温度を検出する。温度センサ２３，２４は、加熱対象の温度を検出する温度検出部を構成している。温度センサ２５は、吸着器１４の温度を検出する。圧力センサ２６は、吸着器１４内の圧力を検出する。
コントローラ２７には、エンジン２の始動／停止制御、燃料噴射制御などを行うエンジンＥＣＵ２９が接続されている。エンジンＥＣＵ２９には、エンジン２の始動及び停止を切り換えるためのイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）２８が接続されている。ＩＧスイッチ２８の出力信号（イグニッション信号）は、エンジンＥＣＵ２９に送られる。
コントローラ２７は、温度センサ２３〜２５及び圧力センサ２６の検出値を入力し、所定の処理を行い、エンジンＥＣＵ２９に対する指令出力を行ったり、バルブ１５及びヒータスイッチ２１を制御する。
コントローラ２７は、化学蓄熱による排気ガスの加熱をアシストするように制御する加熱アシスト制御機能と、ＮＨ３を吸着器１４に強制的に回収するように制御する強制回収制御機能とを有している。
図４は、コントローラ２７により実行される加熱アシスト制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理の実行開始時には、エンジン２は停止しており、バルブ１５は閉じており、電気ヒータ２０はＯＦＦになっている。
図４において、コントローラ２７は、まずＩＧスイッチ２８のイグニッションＯＮ信号がエンジンＥＣＵ２９に入力されることで、エンジン２が始動されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。
続いて、コントローラ２７は、エンジン２が始動されたときは、温度センサ２３により検出された排気ガスの温度Ｔ１が暖機開始温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０２）。暖機開始温度は、化学蓄熱装置１１による排気ガスの加熱によって排気ガスの浄化率を所定値（例えば５０％）以上とすることができる温度のことであり、例えば１５０℃である。コントローラ２７は、排気ガスの温度Ｔ１が暖機開始温度以上であるときは、バルブ１５を開くように制御する（手順Ｓ１０３）。
バルブ１５が開弁すると、吸着器１４から反応器１２にＮＨ３が供給され、反応器１２の反応材１７とＮＨ３とが化学反応して熱が発生する。その熱により熱交換器３が加熱され、結果的に熱交換器３を流れる排気ガスが加熱される。
続いて、コントローラ２７は、バルブ１５を開くように制御してから第１所定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。第１所定時間は、通常の走行条件下において排気ガスの温度が反応材１７の発熱温度に対応する温度に達するまでの時間のことであり、例えば１００秒である。
コントローラ２７は、バルブ１５を開くように制御してから第１所定時間が経過したときは、温度センサ２４により検出された排気ガスの温度Ｔ２がヒータ動作基準温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。ヒータ動作基準温度は、反応材１７の発熱温度に対応する温度のことであり、例えば２３０℃である。
コントローラ２７は、排気ガスの温度Ｔ２がヒータ動作基準温度よりも低いときは、電気ヒータ２０をＯＮにするようにヒータスイッチ２１を制御し（手順Ｓ１０６）、再び手順Ｓ１０５を実行する。これにより、化学蓄熱による排気ガスの加熱が電気ヒータ２０によってアシストされる。
コントローラ２７は、排気ガスの温度Ｔ２がヒータ動作基準温度以上であるときは、バルブ１５を開くように制御してから第２所定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０７）。第２所定時間は、反応器１２で発生する熱により排気ガスを加熱するのに必要な時間のことであり、例えば４００秒である。つまり、第２所定時間は、第１所定時間よりも長い。
コントローラ２７は、バルブ１５を開くように制御してから第２所定時間が経過していないときは、再び手順Ｓ１０５を実行し、バルブ１５を開くように制御してから第２所定時間が経過したときは、電気ヒータ２０をＯＦＦにするようにヒータスイッチ２１を制御する（手順Ｓ１０８）。
なお、本処理では、手順Ｓ１０２において、温度センサ２３により検出された排気ガスの温度Ｔ１を暖機開始温度と比較しているが、温度センサ２４により検出された排気ガスの温度Ｔ２を暖機開始温度と比較してもよい。この場合には、暖機開始温度は、上記の数値よりも低く設定される。
以上において、コントローラ２７は、反応材１７を発熱させるときに、電気ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１ヒータ制御部と、バルブ１５の開閉を制御するバルブ制御部とを含んでいる。このとき、上記手順Ｓ１０４〜Ｓ１０８は、第１ヒータ制御部として機能する。上記手順Ｓ１０２，１０３は、バルブ制御部として機能する。
図５は、コントローラ２７により実行される強制回収制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理の実行開始時には、エンジン２は作動しており、バルブ１５は開いており、電気ヒータ２０はＯＦＦになっている。
図５において、コントローラ２７は、まずＩＧスイッチ２８のイグニッションＯＦＦ信号がエンジンＥＣＵ２９から入力されたかどうかを判断し（手順Ｓ１１１）、イグニッションＯＦＦ信号が入力されたときは、吸着器１４のＮＨ３吸着量を推定する（手順Ｓ１１２）。
ＮＨ３吸着量の推定は、図６（ａ）に示されるＮＨ３飽和蒸気圧曲線及び図６（ｂ）に示されるＮＨ３吸着特性を用いて行われる。図６（ａ）に示されるＮＨ３飽和蒸気圧曲線は、吸着器１４の温度とＮＨ３飽和蒸気圧との関係を表すグラフである。吸着器１４の温度が高くなるに従ってＮＨ３飽和蒸気圧が曲線的に高くなる。図６（ｂ）に示されるＮＨ３吸着特性は、相対圧力と吸着器１４のＮＨ３吸着量との関係を表すグラフである。相対圧力が高くなるに従って吸着器１４のＮＨ３吸着量が曲線的に多くなる。相対圧力は、ＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatと吸着器１４内の圧力Ｐとの比（Ｐ／Ｐsat）である。
コントローラ２７は、まずＮＨ３飽和蒸気圧曲線から、温度センサ２５により検出された吸着器１４の温度Ｔに対応するＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatを求める。そして、コントローラ２７は、ＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatと圧力センサ２６により検出された吸着器１４内の圧力Ｐとの比である相対圧力を算出する。そして、コントローラ２７は、ＮＨ３吸着特性から、相対圧力に対応するＮＨ３吸着量Ａnh3を求める。
続いて、コントローラ２７は、吸着器１４のＮＨ３吸着量が所定量以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１３）。所定量は、発熱反応の実施に必要な最小限の量のことであり、例えば１００ｇである。
コントローラ２７は、吸着器１４のＮＨ３吸着量が所定量よりも少ないときは、電気ヒータ２０をＯＮにするようにヒータスイッチ２１を制御する（手順Ｓ１１４）。これにより、電気ヒータ２０によって排気ガスが加熱される。
そして、コントローラ２７は、温度センサ２４により検出された排気ガスの温度Ｔ２が回収温度以上であるかどうかを判断し（手順Ｓ１１５）、排気ガスの温度Ｔ２が回収温度以上であるときは、再び手順Ｓ１１２を実行する。回収温度は、排気ガスの熱によってＮＨ３を吸着器１４に回収することが可能な温度のことであり、例えば３００℃である。
コントローラ２７は、吸着器１４のＮＨ３吸着量が所定量以上であるときは、電気ヒータ２０をＯＦＦにするようにヒータスイッチ２１を制御する（手順Ｓ１１６）。そして、コントローラ２７は、バルブ１５を閉じるように制御し（手順Ｓ１１７）、更にエンジン２を停止させるようにエンジンＥＣＵ２９に指令出力を行う（手順Ｓ１１８）。
以上において、コントローラ２７は、吸着器１４内の反応媒体の量を推定する推定部と、反応材１７から反応媒体を脱離させるときに、電気ヒータ２０のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２ヒータ制御部と、バルブ１５の開閉を制御するバルブ制御部とを含んでいる。このとき、上記手順Ｓ１１２は、推定部として機能する。上記手順Ｓ１１３〜Ｓ１１６は、第２ヒータ制御部として機能する。上記手順Ｓ１１７は、バルブ制御部として機能する。
以上のように本実施形態にあっては、排気ガスを加熱する電気ヒータ２０を反応器１２に隣り合って配置した。従って、反応器１２の反応材１７とＮＨ３との化学反応により発生する熱によって熱交換器３を介して排気ガスを加熱するだけでは、排気ガスの加熱が不十分であるときは、電気ヒータ２０が排気ガスの加熱をアシストすることができる。これにより、排気ガスを所望の温度まで加熱することができ、排気ガスの加熱が不十分になることを防止できる。その結果、浄化率の高い排気浄化システム１を構築することが可能となる。
また、温度センサ２４により検出された排気ガスの温度Ｔ２がヒータ動作基準温度よりも低いときは、電気ヒータ２０が自動的にＯＮになり、電気ヒータ２０により排気ガスの加熱がアシストされる。これにより、排気ガスを容易に且つ確実に所望の温度まで加熱することができる。
また、コントローラ２７がバルブ１５を開くように制御してから第１所定時間が経過した後に、排気ガスの温度Ｔ２がヒータ動作基準温度よりも高いかどうかを判断する。これにより、コントローラ２７が電気ヒータ２０をＯＮにするかどうかを判断するので、電気ヒータ２０を無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を低減することができる。
また、コントローラ２７がバルブ１５を開くように制御してから第２所定時間が経過すると、電気ヒータ２０が自動的にＯＦＦになるため、電気ヒータ２０を無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を一層低減することができる。
さらに、電気ヒータ２０を反応器１２よりも上流側に配置したので、排気ガスの熱による吸着器１４へのＮＨ３の回収が不十分であるときは、電気ヒータ２０を作動させることで、電気ヒータ２０により加熱された排気ガスの熱を反応材１７に与えることができる。これにより、反応材１７からＮＨ３が脱離する再生反応を促進させることができ、吸着器１４へのＮＨ３の回収が不十分になることを防止できる。
また、吸着器１４のＮＨ３吸着量を推定し、吸着器１４のＮＨ３吸着量が所定量よりも少ないときは、電気ヒータ２０が自動的にＯＮになり、電気ヒータ２０により排気ガスが加熱される。これにより、化学蓄熱の再生を容易に且つ確実に促進させることができる。一方、吸着器１４のＮＨ３吸着量が所定量以上であるときは、電気ヒータ２０が自動的にＯＦＦになるため、電気ヒータ２０を無駄にＯＮ状態にしなくて済み、消費電力を低減することができる。
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、電気ヒータ２０が反応器１２よりも上流側において反応器１２に隣り合って配置されているが、電気ヒータ２０の配置箇所としては、特にそれに限られず、電気ヒータ２０を反応器１２よりも下流側において反応器１２に隣り合って配置してもよい。この場合にも、化学蓄熱による排気ガスの加熱（暖機）を電気ヒータ２０によってアシストすることができる。
また、上記実施形態では、コントローラ２７による加熱アシスト制御処理において、バルブ１５を開いてから第１所定時間及び第２所定時間が経過したか否かを判断しているが、そのような判断手順については特に実行しなくてもよい。
さらに、上記実施形態では、ＮＨ３と組成式ＭＸａで表される反応材１７とを化学反応させて熱を発生させているが、反応媒体としては、特にＮＨ３には限られず、例えばＣＯ２またはＨ２Ｏ等を使用してもよい。反応媒体としてＣＯ２を使用する場合、ＣＯ２と化学反応する反応材１７としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３またはＦｅ３Ｏ４等を使用することができる。反応媒体としてＨ２Ｏを使用する場合、Ｈ２Ｏと化学反応する反応材１７としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯまたはＡｌ２Ｏ３等を使用することができる。
また、上記実施形態では、反応器１２が熱交換器３の外筒９の周囲に配置されているが、本発明は、排気管の内部において反応材を有する反応器と熱交換器とが複数ずつ交互に積層されてなる化学蓄熱装置にも適用可能である。この場合、電気ヒータを全ての反応器に隣り合って配置してもよいし、或いは電気ヒータを任意の反応器のみに隣り合って配置してもよい。
また、上記実施形態は、熱交換器３を介して排気ガスを加熱する化学蓄熱装置１１であるが、本発明は、排気管を介して排気ガスを加熱する化学蓄熱装置にも適用可能である。また、本発明は、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを加熱する化学蓄熱装置にも適用可能である。さらに、本発明は、排気ガス以外にも、例えばオイルを加熱する化学蓄熱装置にも適用可能である。
また、本発明は、排気ガス等の流体を加熱する化学蓄熱装置には限られず、ＤＯＣ４等の触媒を加熱する化学蓄熱装置にも適用可能である。この場合には、電気ヒータ２０により触媒が加熱される。
さらに、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばオイルの流通系に設けられた配管等を加熱するものにも適用可能である。更に、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばエンジンオイル、変速機オイル、冷却水、又は空気等の車両における種々の熱媒体を加熱するものであってもよい。このとき、化学蓄熱装置の反応器を熱媒体が流れる熱媒体流路の外周部（外周部の一部又は外周部の全周）に配置して、熱媒体流路そのものを加熱してもよい。このとき、電気ヒータは、熱媒体流路の反応器が設けられた部分よりも上流側または下流側において、熱媒体流路の内部もしくは熱媒体流路の外周部に配置される。
また、熱媒体が流れる熱媒体流路内に熱交換器を配置して、熱媒体流路の外周部に配置した反応器で、その熱交換器を介して熱媒体を加熱してもよい。このとき、電気ヒータは、熱媒体流路の反応器が設けられた部分よりも上流側または下流側において、熱媒体流路の内部もしくは熱媒体流路の外周部に配置される。
また、蓄熱材を備える反応部と熱交換フィンなどの熱交換部とを交互に複数個重ねて配置した熱交換部一体型の反応器を構成し、その熱交換部一体型の反応器を熱媒体が貯蔵されている熱媒体貯蔵部内や熱媒体が流れる熱媒体流路上に配置してもよい。このとき、電気ヒータは、熱媒体流路の反応器が設けられた部分よりも上流側または下流側において、熱媒体流路の内部もしくは熱媒体流路の外周部に配置される。
さらに、本発明は、エンジン以外に配置される化学蓄熱装置にも適用可能である。
１１…化学蓄熱装置、１２…反応器、１３…ＮＨ３供給管、１４…吸着器（貯蔵器）、１５…バルブ、１７…反応材、２０…電気ヒータ、２３，２４…温度センサ（温度検出部）、２７…コントローラ（第１ヒータ制御部、バルブ制御部、推定部、第２ヒータ制御部）。
Claims (6)
- 反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
前記反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により前記反応媒体を脱離する反応材を有し、前記貯蔵器と協働して加熱対象を加熱する反応器と、
前記貯蔵器と前記反応器との間で前記反応媒体が流通可能となるように前記貯蔵器と前記反応器とを接続する供給管と、
前記反応器に隣り合って配置され、前記加熱対象を加熱する電気ヒータと、を備えることを特徴とする化学蓄熱装置。 - 前記加熱対象の温度を検出する温度検出部と、
前記反応材を発熱させるときに、前記電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する第１ヒータ制御部と、を更に備え、
前記第１ヒータ制御部は、前記温度検出部により検出された前記加熱対象の温度が所定温度よりも低いときに、前記電気ヒータをＯＮにするように制御することを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。 - 前記供給管に配設され、前記貯蔵器と前記反応器との間の流路を開閉させるバルブと、
前記バルブの開閉を制御するバルブ制御部と、を更に備え、
前記第１ヒータ制御部は、前記バルブ制御部により前記バルブを開くように制御してから第１所定時間を経過した後に、前記温度検出部により検出された前記加熱対象の温度が前記所定温度よりも低いときに、前記電気ヒータをＯＮにするように制御することを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。 - 前記第１ヒータ制御部は、前記バルブ制御部により前記バルブを開くように制御してから前記第１所定時間よりも長い第２所定時間を経過した後に、前記電気ヒータをＯＦＦにするように制御することを特徴とする請求項３記載の化学蓄熱装置。
- 前記加熱対象は流体であり、
前記電気ヒータは、前記反応器よりも前記流体が流れる方向の上流側において前記反応器に隣り合って配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の化学蓄熱装置。 - 前記貯蔵器内の前記反応媒体の量を推定する推定部と、
前記反応材から前記反応媒体を脱離させるときに、前記電気ヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する第２ヒータ制御部とを更に備え、
前記第２ヒータ制御部は、前記推定部により推定された前記貯蔵器内の前記反応媒体の量が所定量よりも少ないときには、前記電気ヒータをＯＮにするように制御し、前記推定部により推定された前記貯蔵器内の前記反応媒体の量が前記所定量以上であるときには、前記電気ヒータをＯＦＦにするように制御することを特徴とする請求項５記載の化学蓄熱装置。
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