WO2015060199A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

化学蓄熱装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015060199A1
WO2015060199A1 PCT/JP2014/077600 JP2014077600W WO2015060199A1 WO 2015060199 A1 WO2015060199 A1 WO 2015060199A1 JP 2014077600 W JP2014077600 W JP 2014077600W WO 2015060199 A1 WO2015060199 A1 WO 2015060199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat storage
reactor
storage device
storage material
exhaust pipe
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/077600
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
聡 針生
貴文 山▲崎▼
野口　幸宏
浩康 河内
鈴木　秀明
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2013221269A external-priority patent/JP6079557B2/ja
Priority claimed from JP2013221342A external-priority patent/JP2015081758A/ja
Application filed by 株式会社豊田自動織機 filed Critical 株式会社豊田自動織機
Priority to US15/028,602 priority Critical patent/US20160298520A1/en
Priority to EP14856192.1A priority patent/EP3062052A4/en
Publication of WO2015060199A1 publication Critical patent/WO2015060199A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/10—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/18—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an adsorber or absorber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/10—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage device used for heating a heating object provided in an exhaust system of an engine.
  • a chemical heat storage device described in Patent Document 1 As a conventional chemical heat storage device, for example, a chemical heat storage device described in Patent Document 1 is known.
  • a reactor in which a heat storage material is stored is arranged on the outer periphery of a catalyst (heating target), and the catalyst is heated using reaction heat due to a chemical reaction of the heat storage material.
  • the temperature of the catalyst is less than the activation temperature, for example, at the start of the engine
  • the heat storage material and the reaction medium are chemically reacted and the catalyst is heated by the reaction heat ( Exothermic reaction).
  • the chemical heat storage device transfers the heat of the exhaust gas to the heat storage material, and the reaction medium is separated from the heat storage material by the heat (regeneration reaction).
  • the thermal conductivity of the heat storage material in the reactor is low. For this reason, during the exothermic reaction, the reaction heat generated in the heat storage material is not easily transmitted to the catalyst, and it takes time to heat the catalyst to the activation temperature. During the regeneration reaction, it is difficult for heat from the exhaust gas to be transmitted to the heat storage material, and it takes time for the reaction medium to be separated from the heat storage material.
  • an object of the present invention is to provide a chemical heat storage device capable of improving the thermal conductivity in the reactor.
  • a chemical heat storage device is a chemical heat storage device that heats a heating target provided inside an exhaust pipe connected to an engine, and is disposed around the exhaust pipe and chemically reacts with a reaction medium.
  • a reactor including a heat storage material for generating heat and a high thermal conductivity member having a higher thermal conductivity than the heat storage material, a reservoir for storing a reaction medium, and the reactor and the reservoir are connected to each other. And a connecting pipe for moving the reaction medium between the high thermal conductivity member and the inner peripheral surface of the reactor that contacts the exhaust pipe from the outer peripheral surface of the reactor.
  • reaction heat when the temperature of the exhaust gas from the engine is low, the reaction medium is supplied from the storage device to the reactor, and the heat storage material and the reaction medium chemically react to generate heat (reaction heat) from the heat storage material. Is generated (exothermic reaction), the reaction heat is transmitted to the heating target, and the heating target is heated.
  • the temperature of the exhaust gas from the engine increases, the heat of the exhaust gas is transmitted to the heat storage material, the heat storage material and the reaction medium are separated (regeneration reaction), and the reaction medium is recovered in the reservoir.
  • the high heat conductive member extends from the outer peripheral surface side of the reactor to the inner peripheral surface side of the reactor that contacts the exhaust pipe, the heat generated in the heat storage material or the heat of the exhaust gas passes through the high heat conductive member and passes through the exhaust pipe. It is transmitted along the radial direction. Thereby, the thermal conductivity in the reactor is improved. Accordingly, during the exothermic reaction, the reaction heat generated in the heat storage material is easily transmitted to the heating target, so that the heating target can be efficiently heated. Further, during the regeneration reaction, the heat of the exhaust gas is easily transmitted to the entire heat storage material, so that the reaction medium can be efficiently recovered from the reactor to the reservoir.
  • the heat storage material and the high heat conduction member are disposed so as to contact the exhaust pipe, and the high heat conduction member may be interposed between the heat storage materials.
  • each heat storage material is formed in an annular shape and arranged along the axial direction of the exhaust pipe, and the high heat conductive member may be formed in an annular shape.
  • each heat storage material is formed in a curved cross section so as to extend in the axial direction of the exhaust pipe, and is arranged along the circumferential direction of the exhaust pipe. It may extend in the axial direction.
  • At least one of the upstream end and the downstream end in the axial direction of the exhaust pipe in the reactor is provided with an annular space that is connected to the connecting pipe and guides the reaction medium. May be.
  • a passage through which a reaction medium flows may be formed in the high heat conductive member.
  • the reaction medium is likely to enter the entire heat storage material by flowing through the high heat conducting member through the passage. Thereby, the heat storage material and the reaction medium can be efficiently chemically reacted in the reactor.
  • the high thermal conductivity member may be in the form of a sheet.
  • the reaction medium enters the heat storage material, so that even when the heat storage material expands, the high heat conduction member flexibly follows. Thereby, damage to a high heat conductive member etc. can be prevented.
  • the high thermal conductivity member is a sheet-like member, and each of the plurality of bent portions formed by being bent comes into contact with the outer peripheral surface side of the reactor to which the connection pipe is connected or the exhaust pipe. While arrange
  • the reactor disposed around the exhaust pipe stores a heat storage material containing a sheet-like high heat conductive member having a higher thermal conductivity than the heat storage material, and
  • the high heat conductive member forms a plurality of heat conductive surfaces extending from the outer peripheral surface side to the inner peripheral surface side.
  • the high thermal conductivity member may further form a flat surface substantially parallel to the outer peripheral surface of the exhaust pipe.
  • heat can be more efficiently transferred to the portion where the flat surface is formed, and heat from the portion where the flat surface is formed can be more efficiently absorbed. Can do.
  • the flat surface may be provided adjacent to a bent portion located on the inner peripheral surface side.
  • the heating object provided on the inner peripheral surface side of the reactor can be heated more efficiently, and from the exhaust gas passing through the inner peripheral surface side of the reactor. Heat can be absorbed more efficiently.
  • the bent portion of the high heat conductive member may be exposed from the heat storage material.
  • heat can be more efficiently transferred to the portion where the heat storage material is exposed, and heat from the portion where the heat storage material is exposed can be absorbed more efficiently. Can do.
  • the bent part located in the inner peripheral surface side among the bent parts of the high heat conductive member may be exposed from the heat storage material.
  • the object to be heated provided on the inner peripheral surface side of the reactor can be heated more efficiently and heat from the exhaust gas can be absorbed more efficiently. Can do.
  • a hole for circulating the reaction medium may be formed on the heat conducting surface of the high heat conducting member.
  • the reaction medium can freely flow through the high heat conduction member through the hole formed in the heat conduction surface, so that the reaction medium easily enters the entire heat storage material. Thereby, the thermal storage material and the reaction medium can be efficiently chemically reacted.
  • the high thermal conductivity member may be a graphite sheet.
  • the heat storage material may further contain carbon fiber.
  • the carbon fiber having a higher thermal conductivity than the heat storage material is further contained in addition to the high heat conductive member, so that heat can be more efficiently conducted.
  • the thermal conductivity in the reactor can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust gas purification system including a chemical heat storage device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a heat storage material and a high heat conductive sheet arranged around the exhaust pipe shown in FIG.
  • FIG. 3 is sectional drawing which shows the inside of a reactor about the chemical heat storage apparatus which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing the inside of the reactor of the chemical heat storage device shown in FIG. 3 together with a connecting pipe.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the high thermal conductive sheet shown in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view which shows the molded object stored in the internal space of a reactor about the chemical heat storage apparatus which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a part of the molded body shown in FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a graphite sheet extracted from the compact shown in FIG.
  • FIG. 9 is a drawing showing a cross-section of the molded body according to the modification of the third embodiment as seen from the axial direction of the exhaust pipe.
  • FIG. 10 is a view showing a cross section of a molded body according to a modification of the third embodiment as seen from the axial direction of the exhaust pipe.
  • FIG. 11 is a view showing a cross section of the internal space of the reactor according to the modification of the third embodiment as seen from the axial direction of the exhaust pipe.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a modified example of the exhaust gas purification system including one embodiment of the chemical heat storage device.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust gas purification system 1 including a chemical heat storage device 10 according to the first embodiment.
  • An exhaust gas purification system 1 shown in FIG. 1 is provided in an exhaust system such as a diesel engine 2 (hereinafter simply referred to as “engine 2”) of a vehicle, and contains harmful substances contained in exhaust gas discharged from the engine 2 ( This system purifies environmental pollutants.
  • engine 2 a diesel engine 2
  • This system purifies environmental pollutants.
  • the exhaust gas purification system 1 includes an oxidation catalyst (DOC: Diesel Oxidation Catalyst) 4 and a diesel exhaust particulate removal filter (DPF: Diesel) provided in order from the upstream side to the downstream side in the exhaust passage 3 connected to the engine 2.
  • DOC Diesel Oxidation Catalyst
  • DPF diesel exhaust particulate removal filter
  • SCR SCR 5
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • ASC Ammonia Slip Catalyst
  • the DOC 4 is a catalyst that oxidizes and purifies HC and / or CO contained in the exhaust gas.
  • the DPF 5 is a filter that collects and removes PM contained in the exhaust gas.
  • the SCR 6 is a catalyst that supplies urea or NH 3 (ammonia) from the addition valve 6a to reduce and purify NOx contained in the exhaust gas.
  • the ASC 7 is a catalyst that oxidizes ammonia flowing downstream of the SCR 6.
  • the exhaust gas purification system 1 includes a chemical heat storage device 10 that heats the DOC 4.
  • the chemical heat storage device 10 is a heating unit that heats the DOC 4 (heating target) without requiring external energy such as electric power.
  • the chemical heat storage device 10 stores heat of exhaust gas (exhaust heat) and uses the heat stored when necessary.
  • the chemical heat storage device 10 includes a reactor 8 and a reservoir 11 that is connected to the reactor 8 via a connection pipe 9 and stores ammonia (NH 3 ) as a reaction medium.
  • the connecting pipe 9 is a part that connects the reactor 8 and the reservoir 11 and moves ammonia between the reactor 8 and the reservoir 11.
  • the connection pipe 9 is provided with an on-off valve 9a.
  • the reactor 8 is provided on the outer periphery of the exhaust pipe 13 which is a part of the exhaust passage 3.
  • the exhaust pipe 13 is, for example, a cylindrical pipe, and is made of, for example, stainless steel. Inside the exhaust pipe 13, a DOC 4 as a heating object is provided.
  • the reactor 8 has a heat storage material 21 and a high heat conductive sheet 22 as a high heat conductive member.
  • the heat storage material 21 and the high heat conductive sheet 22 are accommodated in an internal space of an annular case (not shown) of the reactor 8.
  • the heat storage material 21 and the high heat conductive sheet 22 are formed in an annular shape, and are disposed along the axial direction of the exhaust pipe 13 so as to contact the outer peripheral surface of the exhaust pipe 13.
  • the high heat conductive sheet 22 is interposed between the heat storage materials 21.
  • the heat storage material 21 generates heat by chemically reacting with ammonia.
  • the heat storage material 21 is a molded body formed by, for example, compression molding.
  • the heat storage material 21 is configured in an annular shape, for example, by combining a plurality of molded body parts formed in a curved cross section when viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • a material having a composition of MaXz is used as the heat storage material 21 .
  • M is one or more cations selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum, transition metals, and combinations of these metals.
  • X is one or more anions selected from fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion, thiocyanate ion, sulfate ion, molybdate ion and phosphate ion.
  • a is the number of cations per metal salt molecule.
  • x is the number of anions per metal salt molecule.
  • the heat storage material 21 can be formed of, for example, MgCl 2 .
  • the heat storage material 21 may be formed of CaCl 2 , NiCl 2 , MgI 2 , CaI 2, or MgBr 2 .
  • An example of the thermal conductivity of the heat storage material 21 is 0.1
  • the high heat conductive sheet 22 is formed in an annular shape as described above. At this time, the high thermal conductive sheet 22 may be configured in an annular shape by combining a plurality of sheet parts.
  • the high thermal conductive sheet 22 is a thin sheet (for example, about 40 to 100 ⁇ m).
  • the high thermal conductive sheet 22 is formed of a material having a higher thermal conductivity than the heat storage material 21. Since the high heat conductive sheet 22 is exposed to ammonia, it is preferably formed of a material that does not corrode by ammonia.
  • the high thermal conductive sheet 22 is formed of a graphite sheet.
  • the high heat conductive sheet 22 may be, for example, a sheet formed from stainless steel or a sheet formed from aluminum.
  • the activated carbon is enclosed in the reservoir 11.
  • the reservoir 11 stores ammonia by physically adsorbing the ammonia to the enclosed activated carbon.
  • the reservoir 11 may be filled with, for example, a mesoporous material (mesoporous silica having mesopores, mesoporous carbon, mesoporous alumina, etc.), zeolite, silica gel, or the like.
  • the heat generated from the heat storage material 21 is transmitted to the DOC 4 through the exhaust pipe 13, and the DOC 4 is heated to an activation temperature suitable for the purification of pollutants.
  • the heat storage material 21 and ammonia chemically react to generate heat (reaction heat) from the heat storage material 21.
  • DOC4 is heated by this reaction heat being transmitted to DOC4.
  • the high thermal conductivity sheet 22 having higher thermal conductivity than the thermal storage material 21 is interposed between the thermal storage materials 21, the heat generated in the thermal storage material 21 or the heat of the exhaust gas passes through the high thermal conductivity sheet 22. Thus, it is transmitted in the radial direction of the exhaust pipe 13. Thereby, the thermal conductivity in the radial direction in the reactor 8 is improved. Therefore, during the exothermic reaction, the reaction heat generated in the heat storage material 21 is easily transmitted to the DOC 4, so that the DOC 4 can be efficiently heated. Further, during the regeneration reaction, the heat of the exhaust gas is easily transmitted to the entire heat storage material 21, so that ammonia can be efficiently recovered from the reactor 8 to the storage 11 and the time required for the regeneration of ammonia can be shortened. .
  • the heat storage material 21 is a molded body formed by compression molding
  • the volume of the heat storage material 21 may expand due to a chemical reaction between the heat storage material 21 and ammonia.
  • the high heat conductive sheet 22 is in the form of a sheet and is disposed so as to contact the outer peripheral surface of the exhaust pipe 13.
  • the chemical heat storage device 10 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the chemical heat storage device 10 according to the second embodiment is the same as the chemical heat storage device 10 according to the first embodiment except for the heat storage material 21 and the high heat conductive sheet 22.
  • overlapping description with the first embodiment will be omitted, and differences will be mainly described.
  • the reactor 8 has an annular case 8a.
  • a plurality of heat storage materials 21 and a plurality of high heat conductors 24 as high heat conductive members are accommodated in the internal space of the case 8a.
  • the high thermal conductor 24 is made of stainless steel. Note that the high thermal conductor 24 is not limited to stainless steel, and may be composed of metal beads such as carbon black, carbon fiber, metal fiber, and aluminum beads, SiC beads, Si beads, carbon beads, or alumina beads.
  • Each heat storage material 21 is formed in a curved cross section (tile shape) so as to extend in the axial direction of the exhaust pipe 13, and is in contact with the outer peripheral surface of the exhaust pipe 13 along the circumferential direction of the exhaust pipe 13.
  • the high thermal conductor 24 is interposed between the heat storage materials 21.
  • the high thermal conductor 24 extends in the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • the high thermal conductors 24 are arranged substantially radially when viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • the high thermal conductor 24 is formed with a plurality of circular through holes 24a which are passages for circulating ammonia. These through holes 24a are formed in an aligned state and communicate with each other.
  • the shapes of the plurality of through holes 24a may be substantially the same or different. Further, the shape of the through hole 24a may be, for example, a polygonal shape.
  • the ammonia diffuses and easily passes through the heat storage material 21.
  • Each through hole 24a may be formed at random.
  • the high thermal conductor 24 may be a porous body such as a metal porous body, a metal nonwoven fabric or a metal fabric.
  • the upstream end in the axial direction of the exhaust pipe 13 in the reactor 8 is connected to the connection pipe 9.
  • An annular space 8b for guiding ammonia is formed inside the reactor 8 on the side to which the connecting pipe 9 is connected.
  • the heat generated in the heat storage material 21 or the heat of the exhaust gas is transmitted in the axial direction of the exhaust pipe 13 through the high heat conductor 24.
  • the thermal conductivity in the reactor 8 is reliably improved. Therefore, as in the first embodiment, the DOC 4 can be efficiently heated and the time required for the regeneration of ammonia can be shortened.
  • the volume of the heat storage material 21 may expand due to a chemical reaction between the heat storage material 21 and ammonia. Even when the heat storage material 21 expands in this way, the high heat conductor 24 is arranged so as to contact the outer peripheral surface of the exhaust pipe 13, so that the high heat conductor 24 flexibly follows the expansion of the heat storage material 21. To do. Thereby, damage to the high thermal conductor 24 can be prevented.
  • the reactor 8 has an annular space 8b for guiding ammonia inside the side to which the connecting pipe 9 is connected, so that the ammonia introduced from the connecting pipe 9 is contained in the reactor 8 Immediately wrap around the entire circumferential direction. Furthermore, since ammonia passes through the through holes 24a of the high thermal conductive sheet 22, the ammonia can easily enter the entire heat storage material 21. As described above, the heat storage material 21 and ammonia can be efficiently chemically reacted in the reactor 8.
  • the chemical heat storage device 10 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the chemical heat storage device 10 according to the third embodiment is the same as the chemical heat storage device 10 according to the first and second embodiments except for the reactor 8.
  • overlapping description with the first and second embodiments will be omitted, and the description will focus on the differences.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a molded body stored in the internal space of the reactor 108.
  • a plurality of molded bodies 120 are stored in the internal space of the reactor 108.
  • the molded body 120 is formed in a curved cross section when viewed from the axial direction (exhaust direction) of the exhaust pipe 13.
  • These molded bodies 120 are stored in the internal space of the reactor 108 in a state of being formed into an annular shape by combining a plurality of molded bodies 120.
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a part (hatched portion) of the molded body shown in FIG.
  • the plurality of molded bodies 120 are molded body parts in which a heat storage material 121 including a graphite sheet 123 is compression-molded.
  • the graphite sheet 123 is a sheet-like high heat conductive member having a higher thermal conductivity than the heat storage material 121.
  • An example of the thickness of the graphite sheet 123 is 100 ⁇ m or less, and an example of the thermal conductivity is 300 to 1600 W / (m ⁇ K).
  • the graphite sheet 123 is formed by bending each of the plurality of bent portions 123b and 123c such that the outer peripheral surface 108a side of the reactor 108 to which the connecting pipe 9 is connected or the exhaust.
  • a plurality of heat conducting surfaces 123a are formed so as to be positioned on the inner peripheral surface 108b side of the reactor 108 in contact with the tube 13 and extend from the outer peripheral surface 108a side to the inner peripheral surface 108b side.
  • the heat conducting surface 123a is configured as a surface extending in a direction approximately along the radial direction and the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • a plurality of heat conducting surfaces 123 a are formed along the circumferential direction of the exhaust pipe 13.
  • the graphite sheet 123 forms a flat surface 123d substantially parallel to the outer peripheral surface 13a of the exhaust pipe 13.
  • the flat surface 123d is provided adjacent to the bent portion 123b located on the inner peripheral surface 108b side of the reactor 108.
  • the bent portions 123 b and 123 c and the flat surface 123 d in the graphite sheet 123 are exposed from the heat storage material 121.
  • the bent portion 123c of the graphite sheet 123 contacts the outer peripheral surface 108a of the reactor 108
  • the bent portion 123b and the flat surface 123d of the graphite sheet 123 contact the inner peripheral surface 108b of the reactor 108.
  • a hole 123 e for circulating ammonia is formed in the heat conduction surface 123 a of the graphite sheet 123.
  • FIG. 8 although it becomes the structure by which the hole part 123e is located in a line along the circumferential direction of the exhaust pipe 13, it is not limited to this.
  • the method of bending the graphite sheet 123 and the content of the graphite sheet 123 with respect to the heat storage material 121 it is possible to obtain a molded body 120 having a thermal conductivity matched to the heating object.
  • the distance between the adjacent bent portions 123c of the graphite sheet 123 contained in the heat storage material 121 is adjusted, or the volume ratio of the graphite sheet 123 contained in the heat storage material 121 to the molded body 120 is set.
  • it can be set as the molded object 120 which has the heat conductivity matched with the heating target object.
  • the folded graphite sheet 123 in the molded body 120 is formed by compression molding in a state where the powder heat storage material 121 and the previously folded graphite sheet 123 are set in a mold. can do. Further, the graphite sheet 123 may be formed as follows. That is, the graphite sheet 123 is placed in a mold filled with a predetermined amount of the powdery heat storage material 121. Next, for example, the graphite sheet 123 is formed into the shape shown in FIG. 7 by pressing with a mold corresponding to the shape of the graphite sheet 123 shown in FIG. Then, a powdery heat storage material 121 is filled on the graphite sheet 123 formed in the shape shown in FIG.
  • the on-off valve 9a Is opened, and ammonia is supplied from the reservoir 11 to the reactor 108 through the connecting pipe 9.
  • the heat storage material 121 for example, MgCl 2
  • ammonia (NH 3 ) formed as the molded body 120 chemically react and chemisorb (coordinate bond), and heat is generated from the heat storage material 121. That is, the reaction from the left side to the right side in the following reaction formula occurs.
  • the heat storage material 121 including the graphite sheet 123 having higher thermal conductivity than the heat storage material 121 is stored in the reactor 108 arranged around the exhaust pipe 13.
  • the graphite sheet 123 forms a plurality of heat conducting surfaces 123a extending from the outer peripheral surface 108a side to the inner peripheral surface 108b side. For this reason, since the heat generated in the heat storage material 121 is transmitted to the DOC 4 through the graphite sheet 123, the thermal conductivity in the reactor 108 is improved. As a result, during the exothermic reaction, the reaction heat generated in the heat storage material 121 is easily transmitted to the DOC 4 that is the heating object, so that the DOC 4 can be efficiently heated.
  • the heat from the exhaust gas is applied to the heat storage material 121 (for example, MgCl 2 ) formed as the molded body 120, and MgCl 2 and NH 3 are converted. To separate. That is, the reaction from the right side to the left side in the above reaction formula occurs. Then, NH 3 separated from MgCl 2 is absorbed by the reservoir 11 through the connecting pipe 9.
  • the heat storage material 121 for example, MgCl 2
  • the heat conductivity in the reactor 108 is improved because the heat from the exhaust gas is transmitted through the graphite sheet 123 as in the exothermic reaction. As a result, at the time of the regeneration reaction, heat from the exhaust gas is easily transmitted to the heat storage material 121, so that ammonia can be efficiently separated from the heat storage material 121.
  • a flat surface 123d substantially parallel to the outer peripheral surface 13a of the exhaust pipe 13 is formed adjacent to the bent portion 123b positioned on the inner peripheral surface 108b side. For this reason, heat can be more efficiently transferred to the portion where the flat surface 123d is formed, that is, the portion where the DOC 4 is provided, and the heat from the exhaust gas can be absorbed more efficiently. .
  • the bent portions 123 b and 123 c of the graphite sheet 123 are exposed from the heat storage material 121. For this reason, heat can be more efficiently transmitted from the heat storage material 121 to the portion where the graphite sheet 123 is exposed, and heat from the portion where the heat storage material 121 is exposed can be absorbed more efficiently. be able to.
  • a hole 123e for circulating ammonia is formed in the heat conduction surface 123a of the graphite sheet 123. For this reason, ammonia can freely pass through the graphite sheet 123 through the hole 123e formed in the heat conduction surface 123a. As a result, ammonia easily enters the entire heat storage material 121, and the heat storage material 121 and ammonia can be efficiently chemically reacted.
  • the number of the heat storage material 21 and the high heat conductive sheet 22 arranged around the exhaust pipe 13 may be set as appropriate. Moreover, in said 2nd Embodiment, you may set the number of the thermal storage material 21 and the high heat conductor 24 arrange
  • annular high heat conductor may be used instead of the high heat conductive sheet 22.
  • a high thermal conductive sheet extending in the axial direction of the exhaust pipe 13 may be used.
  • the annular high heat conductive sheet 22 may be disposed, and the high heat conductor 24 may be disposed so as to extend in the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • position high heat conductive members such as a high heat conductive sheet and a high heat conductor, diagonally with respect to a reactor.
  • the reactor 8 desirably has an annular space for guiding ammonia inside the side to which the connecting pipe 9 is connected.
  • the upstream end and the downstream end in the axial direction of the exhaust pipe 13 in the reactor 8 may be connected to the connecting pipe 9.
  • two annular spaces are provided. It is desirable.
  • an annular space portion may be provided in the central portion of the reactor 8 and connected to the connecting pipe 9 there.
  • a passage for circulating ammonia in the high thermal conductive sheet 22 is formed.
  • such a passage is formed in the high thermal conductive sheet 22. May be.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the molded body 220 disposed in the internal space of the reactor 108 as viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • the graphite sheet 123 viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13 without providing a flat surface 123 d (see FIG. 7 or 8) on the inner peripheral surface 108 b side or the outer peripheral surface 108 a of the reactor 108.
  • You may comprise so that a cross section may become what is called a bellows shape.
  • the graphite sheet 123 has been described with an example in which the bent portion 123b and the flat surface 123d located on the inner peripheral surface 108b side of the reactor 108 are exposed from the heat storage material 121.
  • the invention is not limited to this.
  • the bent portion 123b and the flat surface 123d may be arranged so as not to be exposed on the inner peripheral surface 108b side of the heat storage material 121, or only the bent portion 123b is exposed, and the flat surface 123d is in the heat storage material 121. It may be arranged.
  • the bent portion 123c arranged on the outer peripheral surface 108a side of the reactor 108 may be arranged so as not to be exposed on the outer peripheral surface 108a side of the heat storage material 121.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the molded body 320 disposed in the internal space of the reactor 8 as seen from the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • the heat storage material 121 may contain a graphite sheet 123 having a higher thermal conductivity than the heat storage material 121 and a carbon fiber 125 having a higher thermal conductivity than the heat storage material 121. That is, a molded body 320 in which the heat storage material 121, the graphite sheet 123, and the carbon fiber 125 are compression-molded may be disposed in the internal space of the reactor 108.
  • the molded bodies 120, 220, and 320 have been described with reference to an example in which the molded bodies 120, 220, and 320 are formed in a tile shape (formed in a curved cross section when viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13).
  • the present invention is not limited to this, and may be formed in, for example, a rectangular parallelepiped, a cube, or a hollow cylindrical shape.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the internal space of the reactor 108 as viewed from the axial direction of the exhaust pipe 13.
  • a graphite sheet 123 bent in the shape shown in FIG. 11 is installed in a predetermined space 127 formed in the reactor 108, and then a powder heat storage material 121 is filled. Also good.
  • the effect similar to 3rd Embodiment can be acquired.
  • the bent portion 123c disposed on the outer peripheral surface 108a side is not exposed from the heat storage material 121 .
  • the bent portion 123c may be exposed from the heat storage material 121.
  • the shape of the graphite sheet 123 arranged on the heat storage material 121 can be various shapes as described above.
  • thermo storage material 121 A sheet-like member formed of stainless steel, aluminum, copper, or the like having a higher thermal conductivity than 121 may be used.
  • the sheet-like high heat conductive member contained in the heat storage material 121 is a material that is not corroded by the reaction medium.
  • the heat conducting surface 123 a is configured as a surface extending in a direction approximately along the radial direction and the axial direction of the exhaust pipe 13, and the exhaust pipe 13.
  • the heat conducting surface 123a is configured as a surface extending in a direction approximately along the radial direction and the circumferential direction of the exhaust pipe 13, and a plurality of the heat conducting surfaces 123a are formed along the axial direction of the exhaust pipe 13. It may be a configuration.
  • ammonia is generated as a reaction medium and MgCl 2 as the heat storage material 121 is chemically reacted to generate heat
  • the reaction medium ammonia (NH 3 ) is particularly used.
  • NH 3 ammonia
  • H 2 O may be used.
  • CaO or the like can be used as a heat storage material that chemically reacts with H 2 O.
  • a configuration combining the first and third embodiments, a configuration combining the second and third embodiments, or a configuration combining the first, second, and third embodiments may be employed.
  • the high thermal conductive sheet 22 and / or the high thermal conductor 24 may be interposed between a plurality of molded bodies 120 including the graphite sheet 123 as shown in FIG.
  • heat is generated by chemically reacting ammonia as a reaction medium and a heat storage material such as MgCl 2 , but the reaction medium is not particularly limited to ammonia (NH 3 ), for example, H 2 O may be used.
  • NH 3 ammonia
  • H 2 O may be used.
  • CaO or the like is used as a heat storage material that chemically reacts with H 2 O.
  • the said embodiment gave and demonstrated the example which uses DOC4 provided in the exhaust system of the engine 2 as a heating target object, this invention is not limited to this,
  • SCR6 is heated object.
  • the exhaust pipe 13 may be a heating object.
  • an exhaust gas purification system in which a heat exchanger 14 made of a member having high thermal conductivity such as a metal honeycomb structure is arranged in an exhaust pipe upstream of a catalyst such as DOC4. It is also applicable to 1A.
  • the heat exchanger 14 may be a heating target
  • the reactor 12 may be disposed on the outer peripheral portion of the heat exchanger 14, and the heat exchanger 14 may be heated from the outer peripheral side.
  • the example applied to the exhaust system of the diesel engine 2 has been described.
  • the present invention is not limited to this example, and is applied to the exhaust system of a gasoline engine. May be used as an object to be heated, and other than the internal combustion engine may be used as an object to be heated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

　一実施形態に係る化学蓄熱装置は、エンジンと接続された排気管の内部に設けられた加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、排気管の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材と蓄熱材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材とを含む反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを接続し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を移動させるための接続管と、を備え、高熱伝導部材は、反応器の外周面側から排気管に接触する反応器の内周面側に延びている。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、エンジンの排気系に設けられた加熱対象物の加熱に使用される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に記載されている化学蓄熱装置が知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置では、触媒（加熱対象物）の外周部に蓄熱材が格納される反応器を配置し、蓄熱材の化学反応による反応熱を利用して触媒を加熱する。このような化学蓄熱装置は、例えばエンジンの始動時など、触媒の温度が活性温度に満たないような場合には、蓄熱材と反応媒体とを化学反応させて、その反応熱により触媒を加熱（発熱反応）する。排気ガスの温度が所定温度よりも高い場合には、化学蓄熱装置は、排気ガスの熱が蓄熱材に伝えられ、その熱により蓄熱材から反応媒体が分離される（再生反応）。
特開昭５９－２０８１１８号公報
　しかしながら、上記従来の化学蓄熱装置では、反応器内の蓄熱材の熱伝導率が低い。このため、発熱反応時には、蓄熱材で発生した反応熱が触媒に伝わりにくく、触媒を活性温度まで加熱するのに時間を要する。再生反応時には、排気ガスからの熱が蓄熱材に伝わりにくく、蓄熱材から反応媒体が分離されるのに時間を要する。
　そこで、本発明の目的は、反応器内の熱伝導性を向上させることができる化学蓄熱装置を提供することにある。
　本発明の一側面に係る化学蓄熱装置は、エンジンと接続された排気管の内部に設けられた加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、排気管の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材と蓄熱材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材とを含む反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを接続し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を移動させるための接続管と、を備え、高熱伝導部材は、反応器の外周面側から排気管に接触する反応器の内周面側に延びている。
　このような化学蓄熱装置では、エンジンからの排ガスの温度が低い時は、貯蔵器から反応器に反応媒体が供給され、蓄熱材と反応媒体とが化学反応して蓄熱材から熱（反応熱）が発生し（発熱反応）、その反応熱が加熱対象に伝えられて、加熱対象が加熱される。一方、エンジンからの排ガスの温度が高くなると、排ガスの熱が蓄熱材に伝えられて蓄熱材と反応媒体とが分離し（再生反応）、反応媒体が貯蔵器に回収される。高熱伝導部材は、反応器の外周面側から排気管に接触する反応器の内周面側に延びているので、蓄熱材で発生した熱又は排ガスの熱は、高熱伝導部材を通って排気管の径方向に沿って伝わる。これにより、反応器内の熱伝導性が向上する。従って、発熱反応時には、蓄熱材で発生した反応熱が加熱対象に伝わりやすくなるため、加熱対象を効率よく加熱することができる。また、再生反応時には、排ガスの熱が蓄熱材全体に伝わりやすくなるため、反応媒体を反応器から貯蔵器に効率良く回収することができる。
　一実施形態において、蓄熱材及び高熱伝導部材は、排気管に接触するように配置されており、高熱伝導部材は、蓄熱材の間に介在されていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、蓄熱材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材が各蓄熱材の間に介在されているので、蓄熱材で発生した熱又は排ガスの熱は、高熱伝導部材を通って伝わるようになる。これにより、反応器内の熱伝導性が向上する。
　一実施形態において、各蓄熱材は、円環状に形成されていると共に、排気管の軸方向に沿って配列されており、高熱伝導部材は、円環状に形成されていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、蓄熱材が円環状に形成されているため、蓄熱材のどこで発生した熱であっても高熱伝導部材を通って排気管の径方向に伝わるようになる。これにより、反応器内の熱伝導性を確実に向上することができる。
　一実施形態において、各蓄熱材は、排気管の軸方向に延びるように断面湾曲状に形成されていると共に、排気管の周方向に沿って配列されており、高熱伝導部材は、排気管の軸方向に延びていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、蓄熱材で発生した熱又は排ガスの熱は、高熱伝導部材を通って排気管の軸方向に伝わるようになる。これにより、反応器内の熱伝導性を確実に向上することができる。
　一実施形態において、反応器における排気管の軸方向の上流側端部及び下流側端部の少なくとも一方には、接続管と接続され、反応媒体を導くための円環状の空間部が設けられていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、接続管から導入された反応媒体が反応器内の周方向全体に直ちに回り込むようになるため、反応器内において蓄熱材と反応媒体とを効率的に化学反応させることができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材には、反応媒体を流通させる通路が形成されていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、反応媒体が通路を通って、高熱伝導部材を流通することで、反応媒体が蓄熱材全体に入り込みやすくなる。これにより、反応器内において蓄熱材と反応媒体とを効率的に化学反応させることができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材は、シート状をなしていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、反応媒体が蓄熱材に入り込むことで、蓄熱材が膨張したときでも、高熱伝導部材が柔軟に追従する。これにより、高熱伝導部材の破損等を防ぐことができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材は、シート状の部材であり、折り曲げられることにより形成された複数の屈曲部のそれぞれが、接続管が接続される反応器の外周面側又は排気管に接触する反応器の内周面側に位置するように配置されると共に、外周面側から内周面側に延びる複数の熱伝導面を形成していてもよい。
　このような構成の化学蓄熱装置では、排気管の周囲に配置される反応器には、蓄熱材よりも熱伝導率の高いシート状の高熱伝導部材が含まれている蓄熱材が格納され、その高熱伝導部材は、外周面側から内周面側に延びる複数の熱伝導面を形成している。このため、蓄熱材で発生した熱は高熱伝導部材を介して加熱対象物に伝えられ、又、排気ガスからの熱は高熱伝導部材を介して蓄熱材に伝えられるので、反応器内の熱伝導性が向上する。この結果、発熱反応時には、蓄熱材で発生した反応熱が加熱対象物に伝わりやすくなるため、加熱対象物を効率よく加熱することができる。また、再生反応時には、排気ガスからの熱が蓄熱材に伝わりやすくなるため、蓄熱材から反応媒体を効率よく分離させることができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材は、排気管の外周面と略平行な平坦面を更に形成してもよい。
　このような化学蓄熱装置では、平坦面が形成されている部分に、より効率的に熱を伝えることができると共に、平坦面が形成されている部分からの熱を、より効率的に吸収することができる。
　一実施形態において、平坦面は、内周面側に位置する屈曲部に隣接して設けられてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、反応器の内周面側に設けられている加熱対象物を、より効率的に加熱することができると共に、反応器の内周面側を通過する排気ガスからの熱を、より効率的に吸収することができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材の屈曲部は、蓄熱材から露出していてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、蓄熱材が露出している部分に、より効率的に熱を伝えることができると共に、蓄熱材が露出している部分からの熱を、より効率的に吸収することができる。
　また、一実施形態において、高熱伝導部材の屈曲部のうち内周面側に位置する屈曲部が、蓄熱材から露出していてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、反応器の内周面側に設けられている加熱対象物を、より効率的に加熱することができると共に、排気ガスからの熱を、より効率的に吸収することができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材の熱伝導面には、反応媒体を流通させるための孔部が形成されていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、反応媒体が熱伝導面に形成された孔部を通って自由に高熱伝導部材を流通できるので、反応媒体が蓄熱材全体に入り込みやすくなる。これにより、蓄熱材と反応媒体とを効率的に化学反応させることができる。
　一実施形態において、高熱伝導部材を、グラファイトシートとしてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、シート状の高熱伝導部材を容易に形成することができる。
　一実施形態において、蓄熱材には、カーボンファイバーが更に含有されていてもよい。
　このような化学蓄熱装置では、蓄熱材よりも熱伝導率の高いカーボンファイバーが、高熱伝導部材に加え更に含有されているので、より効率的に熱を伝導することができる。
　本発明の一側面によれば、反応器内の熱伝導性を向上させることができる。
図１は、第１実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排ガス浄化システムを示す概略構成図である。 図２は、図１に示した排気管の周囲に配置される蓄熱材と高熱伝導シートを示す斜視図である。 図３は、第２実施形態に係る化学蓄熱装置について、反応器の内部を示す断面図である。 図４は、図３に示した化学蓄熱装置の反応器の内部を接続管とともに示す側断面図である。 図５は、図３に示した高熱伝導シートを示す斜視図である。 図６は、第３実施形態に係る化学蓄熱装置について、反応器の内部空間に格納される成形体を示す斜視図である。 図７は、図６に示す成形体の一部を拡大して示した斜視図である。 図８は、図７に示す成形体からグラファイトシートを抜き出して示した斜視図である。 図９は、第３実施形態の変形例に係る成形体について、排気管の軸方向から見た断面を示した図面である。 図１０は、第３実施形態の変形例に係る成形体について、排気管の軸方向から見た断面を示した図面である。 図１１は、第３実施形態の変形例に係る反応器の内部空間について、排気管の軸方向から見た断面を示した図面である。 図１２は、化学蓄熱装置の一実施形態を備えた排ガス浄化システムの変形例を示す概略構成図である。
　以下、図面を参照して一実施形態に係る化学蓄熱装置１０を備えた排ガス浄化システム１について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１０を備えた排ガス浄化システム１を示す概略構成図である。図１に示される排ガス浄化システム１は、車両のディーゼルエンジン２（以下、単に「エンジン２」と称す）などの排気系に設けられ、エンジン２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。
　排ガス浄化システム１は、エンジン２と接続された排気通路３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒（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及び酸化触媒（ＡＳＣ：Ammonia　Slip　Catalyst）７を備えている。
　ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣ及び／又はＣＯなどを酸化して浄化する触媒である。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、添加弁６ａから尿素又はＮＨ３（アンモニア）を供給して、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６の下流側に流れたアンモニアを酸化する触媒である。
　ＤＯＣ４には、環境汚染物質の浄化能力を発揮させる温度領域（活性温度）が存在する。したがって、ＤＯＣ４の温度を活性温度にするために、ＤＯＣ４を加熱する必要がある。そこで、排ガス浄化システム１は、ＤＯＣ４を加熱する化学蓄熱装置１０を備えている。化学蓄熱装置１０は、電力などの外部エネルギーを必要とすることなく、ＤＯＣ４（加熱対象物）を加熱する加熱手段である。化学蓄熱装置１０は、排気ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに蓄えた熱を使用する。
　化学蓄熱装置１０は、反応器８と、反応器８に接続管９を介して接続され、反応媒体としてのアンモニア（ＮＨ３）を貯蔵する貯蔵器１１とを有している。接続管９は、反応器８と貯蔵器１１とを接続し、反応器８と貯蔵器１１との間でアンモニアを移動させる部分である。接続管９には、開閉弁９ａが設けられている。
　図２に示されるように、反応器８は、排気通路３の一部である排気管１３の外周に設けられている。排気管１３は、例えば、円筒状の配管であり、例えば、ステンレススチールから形成されている。排気管１３の内部には、加熱対象物としてのＤＯＣ４が設けられている。
　反応器８は、蓄熱材２１と高熱伝導部材としての高熱伝導シート２２とを有している。蓄熱材２１と高熱伝導シート２２とは、反応器８の円環状のケース（図示せず）の内部空間に収容されている。蓄熱材２１及び高熱伝導シート２２は、円環状に形成されていると共に、排気管１３の外周面に接触するように排気管１３の軸方向に沿って配置されている。高熱伝導シート２２は、各蓄熱材２１の間に介在されている。
　蓄熱材２１は、アンモニアと化学反応して熱を発生させる。蓄熱材２１は、例えば、圧縮成形によって形成された成形体である。このとき、蓄熱材２１は、例えば、排気管１３の軸方向から見て断面湾曲状に形成された複数の成形体部品が組み合わされることにより、円環状に構成されている。
　蓄熱材２１は、ＭａＸｚの組成を持つ材料が用いられる。Ｍは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、遷移金属、及び、これら金属の組み合わせから選択される１つ以上のカチオンである。Ｘは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン及びリン酸イオンから選択される１つ以上のアニオンである。ａは、１つの金属塩分子あたりのカチオンの数である。ｘは、１つの金属塩分子あたりのアニオンの数である。蓄熱材２１は、例えば、ＭｇＣｌ２で形成することができる。蓄熱材２１は、ＣａＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＭｇＩ２、ＣａＩ２又はＭｇＢｒ２などで形成してもよい。また、蓄熱材２１の熱伝導率の例は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
　高熱伝導シート２２は、上述したように、円環状に形成されている。このとき、高熱伝導シート２２は、複数のシート部品が組み合わされることにより円環状に構成されてもよい。高熱伝導シート２２は、薄い（例えば、４０～１００μｍ程度）シートである。高熱伝導シート２２は、蓄熱材２１よりも熱伝導率の高い材料で形成されている。高熱伝導シート２２は、アンモニアに晒されるのでアンモニアによって腐食しない材質で形成されていることが好ましい。高熱伝導シート２２は、グラファイトシートで形成されている。高熱伝導シート２２は、例えば、ステンレススチールから形成されるシート又はアルミニウムから形成されるシートであってもよい。
　貯蔵器１１には、活性炭が封入されている。貯蔵器１１は、封入されている活性炭にアンモニアが物理吸着されることで、アンモニアが貯蔵される。貯蔵器１１には、例えば、メソポーラス材（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及びメソポーラスアルミナなど）、ゼオライト又はシリカゲルなどが封入されていてもよい。
　以上のように排ガス浄化システム１を構成した場合、エンジン２の始動直後など、エンジン２からの排ガスの温度が低いときは、開閉弁９ａが開いた状態で貯蔵器１１から反応器８にアンモニアが接続管９を介して供給され、蓄熱材２１の金属塩（ＭａＸｚ）とアンモニア（ＮＨ３）とが化学反応し、蓄熱材２１から熱を発生させることができる。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。
　　　　ＭａＸｚ＋ｎＮＨ３　⇔　Ｍａ（ＮＨ３）ｎＸｚ＋熱
　そして、蓄熱材２１から発生した熱が排気管１３を介してＤＯＣ４に伝えられ、ＤＯＣ４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで加熱されるようになる。
　一方、エンジン２からの排ガスの温度が高くなり、反応器８の温度が所定の温度以上になると、排ガスの熱（排熱）が排気管１３を介して蓄熱材２１に与えられることで蓄熱材２１とアンモニアとが分離する。つまり、上記の反応式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、蓄熱材２１から分離したアンモニアは、反応器８と貯蔵器１１との圧力差により、接続管９を介して貯蔵器１１に回収されるようになる。
　以上、第１実施形態によれば、蓄熱材２１とアンモニアとが化学反応して蓄熱材２１から熱（反応熱）が発生する。そして、この反応熱がＤＯＣ４に伝えられることにより、ＤＯＣ４が加熱される。
　このとき、蓄熱材２１よりも熱伝導率の高い高熱伝導シート２２が各蓄熱材２１の間に介在されているので、蓄熱材２１で発生した熱又は排ガスの熱は、高熱伝導シート２２を通って排気管１３の径方向に伝わるようになる。これにより、反応器８内における径方向の熱伝導性が向上する。従って、発熱反応時には、蓄熱材２１で発生した反応熱がＤＯＣ４に伝わりやすくなるため、ＤＯＣ４を効率よく加熱することができる。また、再生反応時には、排ガスの熱が蓄熱材２１全体に伝わりやすくなるため、アンモニアを反応器８から貯蔵器１１に効率良く回収することができ、アンモニアの再生に要する時間を短縮することができる。
　また、蓄熱材２１が圧縮成形により形成された成形体の場合、蓄熱材２１とアンモニアとの化学反応により、蓄熱材２１の体積が膨張することがある。このように蓄熱材２１が膨張したときであっても、高熱伝導シート２２がシート状であり、排気管１３の外周面に接触するように配置されるため、高熱伝導シート２２が蓄熱材２１に柔軟に追従する。これにより、高熱伝導シート２２の破損などを防ぐことができる。
　（第２実施形態）
　図３～図５を参照して、第２実施形態に係る化学蓄熱装置１０について説明する。第２実施形態に係る化学蓄熱装置１０は、蓄熱材２１及び高熱伝導シート２２を除いて第１実施形態に係る化学蓄熱装置１０と同様である。以下、第１実施形態との重複説明は省略し、相違点を中心に説明する。
　図３及び図４に示されるように、反応器８は、円環状のケース８ａを有している。ケース８ａの内部空間には、複数の蓄熱材２１と、高熱伝導部材としての複数の高熱伝導体２４と、が収容されている。高熱伝導体２４はステンレススチールで形成されている。なお、高熱伝導体２４はステンレススチールに限らず、カーボンブラック、カーボンファイバー、金属ファイバー、アルミビーズなどの金属ビーズ、ＳｉＣビーズ、Ｓｉビーズ、カーボンビーズ又はアルミナビーズなどで構成することもできる。
　各蓄熱材２１は、排気管１３の軸方向に延びるように断面湾曲状（瓦状）に形成されていると共に、排気管１３の周方向に沿って排気管１３の外周面に接触するように配置されている。高熱伝導体２４は、各蓄熱材２１の間に介在されている。高熱伝導体２４は、排気管１３の軸方向に延びている。高熱伝導体２４は、排気管１３の軸方向から見て略放射状に配置されている。
　図５に示されるように、高熱伝導体２４には、アンモニアを流通させるための通路である複数の円形状の貫通孔２４ａが形成されている。これらの貫通孔２４ａは、整列状態に形成されていると共に、互いに連通している。なお、複数の貫通孔２４ａの形状は、略同一であってもよく、異なっていてもよい。また、貫通孔２４ａの形状は、例えば、多角形状などであってもよい。高熱伝導体２４に貫通孔２４ａを形成することにより、アンモニアが拡散して、蓄熱材２１内を通りやすくなる。なお、各貫通孔２４ａは、ランダムに形成されてもよい。また、高熱伝導体２４に複数の貫通孔２４ａを形成する代わりに、高熱伝導体２４を金属多孔体などの多孔体としたり、金属不織布又は金属織物などとしたりしてもよい。
　また、図４に示されるように、反応器８における排気管１３の軸方向の上流側端部は、接続管９と接続されている。反応器８における接続管９が接続される側の内部には、アンモニアを導くための円環状の空間部８ｂが形成されている。
　以上、第２実施形態によれば、蓄熱材２１で発生した熱又は排ガスの熱は、高熱伝導体２４を通って排気管１３の軸方向に伝わるようになる。これにより、反応器８内の熱伝導性が確実に向上する。従って、上記第１実施形態と同様に、ＤＯＣ４を効率よく加熱することができると共に、アンモニアの再生に要する時間を短縮することができる。
　また、蓄熱材２１が圧縮成形により形成された成形体の場合、蓄熱材２１とアンモニアとの化学反応により、蓄熱材２１の体積が膨張することがある。このように蓄熱材２１が膨張したときであっても、高熱伝導体２４が排気管１３の外周面に接触するように配置されるため、高熱伝導体２４が蓄熱材２１の膨張に柔軟に追従する。これにより、高熱伝導体２４の破損などを防ぐことができる。
　また、反応器８は、接続管９が接続される側の内部に、アンモニアを導くための円環状の空間部８ｂを有しているため、接続管９から導入されたアンモニアが反応器８内の周方向全体に直ちに回り込むようになる。さらに、アンモニアが高熱伝導シート２２の貫通孔２４ａを通るため、アンモニアが蓄熱材２１全体に入り込みやすくなる。以上により、反応器８内において蓄熱材２１とアンモニアとを効率的に化学反応させることができる。
　（第３実施形態）
　図６～図８を参照して、第３実施形態に係る化学蓄熱装置１０について説明する。第３実施形態に係る化学蓄熱装置１０は、反応器８を除いて第１及び第２実施形態に係る化学蓄熱装置１０と同様である。以下、第１及び第２実施形態との重複説明は省略し、相違点を中心に説明する。
　図６は、反応器１０８の内部空間に格納される成形体を示す斜視図である。図６に示すように、反応器１０８の内部空間には、複数の成形体１２０が格納されている。成形体１２０は、排気管１３の軸方向（排気方向）から見て断面湾曲状に形成されている。これらの成形体１２０は、複数の成形体１２０が組み合わされることにより円環状に構成された状態で反応器１０８の内部空間に格納されている。図７は、図６に示す成形体の一部（ハッチング部）を拡大して示した斜視図である。図７に示すように、これら複数の成形体１２０は、グラファイトシート１２３が含まれている蓄熱材１２１が圧縮成形された成形体部品である。
　グラファイトシート１２３は、蓄熱材１２１よりも熱伝導率の高いシート状の高熱伝導部材である。グラファイトシート１２３の厚みの例は１００μｍ以下であり、熱伝導率の例は３００～１６００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
　図７及び図８に示すように、グラファイトシート１２３は、折り曲げられることにより形成された複数の屈曲部１２３ｂ，１２３ｃのそれぞれが、接続管９が接続される反応器１０８の外周面１０８ａ側又は排気管１３に接触する反応器１０８の内周面１０８ｂ側に位置するように配置され、外周面１０８ａ側から内周面１０８ｂ側に延びる複数の熱伝導面１２３ａを形成している。第３実施形態では、熱伝導面１２３ａが排気管１３の径方向及び軸方向におおよそ沿う方向に延在する面として構成される。また、第３実施形態では、排気管１３の周方向に沿って複数の熱伝導面１２３ａが形成される構成となっている。
　また、図７及び図８に示すように、グラファイトシート１２３は、排気管１３の外周面１３ａと略平行な平坦面１２３ｄを形成している。平坦面１２３ｄは、反応器１０８の内周面１０８ｂ側に位置する屈曲部１２３ｂに隣接して設けられている。
　グラファイトシート１２３における屈曲部１２３ｂ，１２３ｃ及び平坦面１２３ｄは、蓄熱材１２１から露出している。言い換えれば、グラファイトシート１２３の屈曲部１２３ｃは、反応器１０８の外周面１０８ａに接触し、グラファイトシート１２３の屈曲部１２３ｂ及び平坦面１２３ｄは、反応器１０８の内周面１０８ｂに接触する。また、図８に示すように、グラファイトシート１２３の熱伝導面１２３ａには、アンモニアを流通させるための孔部１２３ｅが形成されている。なお、第３実施形態では、図８に示すように、排気管１３の周方向に沿って一直線上に孔部１２３ｅが並んでいる構成となっているが、これに限定されるものはない。
　グラファイトシート１２３の折り曲げ方や、蓄熱材１２１に対するグラファイトシート１２３の含有量が適宜調整されることにより、加熱対象物などに合わせた熱伝導率を有する成形体１２０とすることができる。具体的には、例えば、蓄熱材１２１に含有されるグラファイトシート１２３の互いに隣接する屈曲部１２３ｃ同士の距離を調整したり、蓄熱材１２１に含有されるグラファイトシート１２３の成形体１２０に対する体積割合を調整したりすることにより、加熱対象物などに合わせた熱伝導率を有する成形体１２０とすることができる。
　なお、成形体１２０の中の折り曲げられた状態のグラファイトシート１２３は、粉末状の蓄熱材１２１及びあらかじめ折り曲げられた状態のグラファイトシート１２３を金型の中にセットした状態で圧縮成形することにより形成することができる。また、グラファイトシート１２３は、以下のように形成してもよい。すなわち、所定量の粉末状の蓄熱材１２１を充填した金型の中にグラファイトシート１２３を載置する。次に、例えば、図７に示すグラファイトシート１２３の形状に対応する金型によるプレスによって、グラファイトシート１２３を図７に示す形状に形成する。そして、図７に示す形状に形成されたグラファイトシート１２３の上に粉末状の蓄熱材１２１を充填し圧縮成形する。
　以上のような排ガス浄化システム１を構成した場合、エンジン２の始動直後など、エンジン２からの排気ガスの温度が低いとき（排気ガスの温度が触媒の活性温度以下のとき）は、開閉弁９ａが開かれて、貯蔵器１１から接続管９を介して反応器１０８にアンモニアが供給される。これにより、成形体１２０として成形された蓄熱材１２１（例えば、ＭｇＣｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、蓄熱材１２１から熱が発生する。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応が起こる。そして、蓄熱材１２１から発生した熱が排気管１３を介してＤＯＣ４に伝えられ、ＤＯＣ４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで加熱されるようになる。
　　　　ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３　⇔　Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱
　第３実施形態では、排気管１３の周囲に配置される反応器１０８に、蓄熱材１２１よりも熱伝導率の高いグラファイトシート１２３が含まれている蓄熱材１２１が格納されている。グラファイトシート１２３は、外周面１０８ａ側から内周面１０８ｂ側に延びる複数の熱伝導面１２３ａを形成している。このため、蓄熱材１２１で発生した熱は、グラファイトシート１２３を介してＤＯＣ４に伝えられるので反応器１０８内の熱伝導性が向上する。この結果、発熱反応時には、蓄熱材１２１で発生した反応熱が加熱対象物であるＤＯＣ４に伝わりやすくなるため、ＤＯＣ４を効率よく加熱することができる。
　一方、エンジン２からの排気ガスの温度が高くなると、排気ガスからの熱が成形体１２０として成形された蓄熱材１２１（例えば、ＭｇＣｌ２）に与えられることになり、ＭｇＣｌ２とＮＨ３とが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応が起こる。そして、ＭｇＣｌ２から分離したＮＨ３は、接続管９を介して貯蔵器１１に吸収されるようになる。
　また、第３実施形態では、発熱反応時と同様に、排気ガスからの熱がグラファイトシート１２３を介して伝えられるので反応器１０８内の熱伝導性が向上する。この結果、再生反応時には、排気ガスからの熱が蓄熱材１２１に伝わりやすくなるため、蓄熱材１２１からアンモニアを効率よく分離させることができる。
　また、第３実施形態では、グラファイトシート１２３において、排気管１３の外周面１３ａと略平行な平坦面１２３ｄが、内周面１０８ｂ側に位置する屈曲部１２３ｂに隣接して形成されている。このため、平坦面１２３ｄが形成されている部分、すなわち、ＤＯＣ４が設けられる部分に、より効率的に熱を伝えることができると共に、排気ガスからの熱を、より効率的に吸収することができる。
　また、第３実施形態では、グラファイトシート１２３の屈曲部１２３ｂ，１２３ｃが、蓄熱材１２１から露出している。このため、蓄熱材１２１からグラファイトシート１２３が露出している部分に、より効率的に熱を伝えることができると共に、蓄熱材１２１が露出している部分からの熱を、より効率的に吸収することができる。
　また、第３実施形態では、グラファイトシート１２３の熱伝導面１２３ａに、アンモニアを流通させるための孔部１２３ｅが形成されている。このため、アンモニアが熱伝導面１２３ａに形成された孔部１２３ｅを通って自由にグラファイトシート１２３を通過できる。この結果、アンモニアが蓄熱材１２１全体に入り込みやすくなり、蓄熱材１２１とアンモニアとを効率的に化学反応させることができる。
　以上、第１～第３実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　上記の第１実施形態において、排気管１３の周囲に配置される蓄熱材２１及び高熱伝導シート２２の数は適宜設定してよい。また、上記の第２実施形態において、排気管１３の周囲に配置される蓄熱材２１及び高熱伝導体２４の数は適宜設定してよい。
　上記の第１実施形態において、高熱伝導シート２２に代えて、円環状の高熱伝導体を用いてもよい。また、第２実施形態において、高熱伝導体２４に代えて、排気管１３の軸方向に延びる高熱伝導シートを用いてもよい。
　さらに、第１及び第２実施形態を組み合わせた構成を採用してもよい。即ち、円環状の高熱伝導シート２２を配置するとともに、高熱伝導体２４を排気管１３の軸方向に延びるように配置してもよい。また、高熱伝導シート及び高熱伝導体などの高熱伝導部材を反応器に対して斜めに配置してもよい。
　上記の第２実施形態において、反応器８における排気管１３の軸方向の上流側端部が接続管９と接続されている場合を説明したが、これに限定されず、反応器８における排気管１３の軸方向の下流側端部が接続管９と接続されていてもよい。この場合、反応器８は、接続管９が接続される側の内部に、アンモニアを導くための円環状の空間部を有しているのが望ましい。また、反応器８における排気管１３の軸方向の上流側端部及び下流側端部が接続管９と接続されていてもよく、この場合には、円環状の空間部が２つ設けられているのが望ましい。また、円環状の空間部分を反応器８の中央部分に設け、そこで接続管９と接続されていてもよい。
　また、上記の第２実施形態において、高熱伝導シート２２にアンモニアを流通させるための通路が形成されているが、上記の第１実施形態においても、高熱伝導シート２２にそのような通路を形成してもよい。
　第３実施形態では、グラファイトシート１２３において、排気管１３の外周面１３ａと略平行な平坦面１２３ｄが、内周面１０８ｂ側に位置する屈曲部１２３ｂに隣接して形成されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、反応器１０８の内部空間に配置される成形体２２０について、排気管１３の軸方向から見た断面図である。図９に示すように、反応器１０８の内周面１０８ｂ側又は外周面１０８ａに平坦面１２３ｄ（図７又は図８参照）を設けないで、排気管１３の軸方向から見たグラファイトシート１２３の断面が、いわゆる蛇腹状となるように構成されてもよい。
　また、第３実施形態では、グラファイトシート１２３において、反応器１０８の内周面１０８ｂ側に位置する屈曲部１２３ｂ及び平坦面１２３ｄが蓄熱材１２１から露出している例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。屈曲部１２３ｂ及び平坦面１２３ｄは、蓄熱材１２１の内周面１０８ｂ側に露出しないように配置されていてもよいし、屈曲部１２３ｂのみが露出しており、平坦面１２３ｄは蓄熱材１２１内に配置されるようにしてもよい。また、反応器１０８の外周面１０８ａ側に配置される屈曲部１２３ｃについても同様に、屈曲部１２３ｃは、蓄熱材１２１の外周面１０８ａ側において露出しないように配置されていてもよい。
　図１０は、反応器８の内部空間に配置される成形体３２０について、排気管１３の軸方向から見た断面図である。図１０に示すように、蓄熱材１２１には、蓄熱材１２１よりも熱伝導率の高いグラファイトシート１２３と、蓄熱材１２１よりも熱伝導率の高いカーボンファイバー１２５とが含有されていてもよい。すなわち、蓄熱材１２１とグラファイトシート１２３とカーボンファイバー１２５とが圧縮成形された成形体３２０が、反応器１０８の内部空間に配置されてもよい。このような成形体３２０では、蓄熱材１２１よりも熱伝導率の高いカーボンファイバー１２５が、グラファイトシート１２３に加え含有されているので、より効率的に熱を伝導することができる。なお、グラファイトシート１２３に、図８に示すような孔部１２３ｅが形成されていてもよい。この場合には、孔部１２３ｅ内にカーボンファイバー１２５が入り込むことで蓄熱材１２１の熱をより効率的に伝導することでできる。
　また、第３実施形態では、成形体１２０，２２０，３２０が、瓦型に形成されている（排気管１３の軸方向から見て断面湾曲状に形成されている）例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、直方体、立方体、中抜円筒型などに形成されてもよい。
　また、第３実施形態では、蓄熱材１２１とグラファイトシート１２３とが圧縮成形された成形体１２０又は蓄熱材１２１とグラファイトシート１２３とカーボンファイバー１２５とが圧縮成形された成形体３２０が、反応器１０８の内部空間に格納された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１は、反応器１０８の内部空間について、排気管１３の軸方向から見た断面図である。例えば、図１１に示すように、反応器１０８内に形成された所定の空間１２７に、図１１に示す形状に折り曲げられたグラファイトシート１２３を設置し、その後に粉末の蓄熱材１２１を充填してもよい。このように、成形体としての構成でない場合であっても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ここでは、外周面１０８ａ側に配置される屈曲部１２３ｃが蓄熱材１２１から露出していない例を挙げて説明したが、屈曲部１２３ｃが蓄熱材１２１から露出する構成であってもよい。蓄熱材１２１に配置されるグラファイトシート１２３の形状は、上述したように様々な形状とすることができる。
　第３実施形態では、蓄熱材１２１に含有されるシート状の高熱伝導部材としてグラファイトシート１２３を採用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、蓄熱材１２１よりも熱伝導率が高いステンレススチール、アルミニウム、及び銅などから形成されるシート状の部材であってもよい。なお、蓄熱材１２１に含有されるシート状の高熱伝導部材は、反応媒体により腐食しない材質であることが好ましい。
　また、第３実施形態では、図７及び図８に示すように、熱伝導面１２３ａが排気管１３の径方向及び軸方向におおよそ沿う方向に延在する面として構成されると共に、排気管１３の周方向に沿って複数形成される構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、熱伝導面１２３ａが排気管１３の径方向及び周方向におおよそ沿う方向に延在する面として構成されると共に、その熱伝導面１２３ａが排気管１３の軸方向に沿って複数形成される構成であってもよい。
　第３実施形態では、排気管１３の軸方向及び排気管１３の周方向に沿って複数の成形体１２０が配置される例を挙げて説明したが、これらの数は、適宜設定することができる。
　また、第３実施形態では、反応媒体であるアンモニアと蓄熱材１２１であるＭｇＣｌ２とを化学反応させて熱を発生させる例を挙げて説明したが、反応媒体としては、特にアンモニア（ＮＨ３）に限られず、例えばＨ２Ｏとしても良い。この場合には、Ｈ２Ｏと化学反応させる蓄熱材として、ＣａＯなどを使用することができる。
　第１及び第３実施形態を組み合わせた構成、第２及び第３実施形態を組み合わせた構成、又は、第１、第２及び第３実施形態を組み合わせた構成を採用してもよい。例えば、図６に示されるようなグラファイトシート１２３を含む複数の成形体１２０の間に、高熱伝導シート２２及び／又は高熱伝導体２４を介在させてもよい。
　また、上記実施形態では、反応媒体であるアンモニアとＭｇＣｌ２などの蓄熱材とを化学反応させて熱を発生させるようにしたが、反応媒体としては、特にアンモニア（ＮＨ３）は限られず、例えばＨ２Ｏとしても良い。この場合には、Ｈ２Ｏと化学反応させる蓄熱材としては、ＣａＯなどを使用する。
　また、上記実施形態では、エンジン２の排気系に設けられたＤＯＣ４を加熱対象物とする例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＳＣＲ６を加熱対象物としてもよいし、排気管１３を加熱対象物としてもよい。また、本発明は、図１２に示すように、ＤＯＣ４などの触媒の上流の排気管内に金属製のハニカム構造体などの高熱伝導性を有する部材からなる熱交換器１４が配置された排ガス浄化システム１Ａにも適用可能である。この場合、この熱交換器１４を加熱対象とし、熱交換器１４の外周部に反応器１２を配置し、熱交換器１４を外周側から加熱してもよい。また、上記実施形態では、ディーゼルエンジン２の排気系に適用された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリンエンジンの排気系に適用され、触媒や排気管を加熱対象物としてもよいし、内燃機関以外を加熱対象物としてもよい。
　１，１Ａ…排ガス浄化システム、２…ディーゼルエンジン、４…ＤＯＣ（加熱対象物）、８，１２，１０８…反応器、９…接続管、１０…化学蓄熱装置、１１…貯蔵器、１３…排気管、１３ａ…外周面、１４…熱交換器（加熱対象物）、２１，１２１…蓄熱材、２２…高熱伝導シート（高熱伝導部材）、２４…高熱伝導体（高熱伝導部材）、２４ａ…貫通孔（通路）、１０８ａ…外周面、１０８ｂ…内周面、１２０，２２０，３２０…成形体、１２３…グラファイトシート（高熱伝導部材）、１２３ａ…熱伝導面、１２３ｂ，１２３ｃ…屈曲部、１２３ｄ…平坦面、１２３ｅ…孔部、１２５…カーボンファイバー、１２７…空間。

Claims (15)

  1. 　エンジンと接続された排気管の内部に設けられた加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、
    　前記排気管の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材と前記蓄熱材よりも熱伝導率の高い高熱伝導部材とを含む反応器と、
    　前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
    　前記反応器と前記貯蔵器とを接続し、前記反応器と前記貯蔵器との間で前記反応媒体を移動させるための接続管と、を備え、
    　前記高熱伝導部材は、前記反応器の外周面側から前記排気管に接触する前記反応器の内周面側に延びている、化学蓄熱装置。
  2. 　前記蓄熱材及び前記高熱伝導部材は、前記排気管に接触するように配置されており、
    　前記高熱伝導部材は、前記蓄熱材の間に介在されている、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
  3. 　各前記蓄熱材は、円環状に形成されていると共に、前記排気管の軸方向に沿って配列されており、
    　前記高熱伝導部材は、円環状に形成されている、請求項２に記載の化学蓄熱装置。
  4. 　各前記蓄熱材は、前記排気管の軸方向に延びるように断面湾曲状に形成されていると共に、前記排気管の周方向に沿って配列されており、
    　前記高熱伝導部材は、前記排気管の軸方向に延びている、請求項２又は３に記載の化学蓄熱装置。
  5. 　前記反応器における前記排気管の軸方向の上流側端部及び下流側端部の少なくとも一方には、前記接続管と接続され、前記反応媒体を導くための円環状の空間部が設けられている、請求項４に記載の化学蓄熱装置。
  6. 　前記高熱伝導部材には、前記反応媒体を流通させる通路が形成されている、請求項１～５の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  7. 　前記高熱伝導部材は、シート状をなしている、請求項１～６の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  8. 　前記高熱伝導部材は、
    　　シート状の部材であり、
    　　折り曲げられることにより形成された複数の屈曲部のそれぞれが、前記接続管が接続される前記反応器の外周面側又は前記排気管に接触する前記反応器の内周面側に位置するように配置されると共に、前記外周面側から前記内周面側に延びる複数の熱伝導面を形成している、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
  9. 　前記高熱伝導部材は、前記排気管の外周面と略平行な平坦面を更に形成している、請求項８に記載の化学蓄熱装置。
  10. 　前記平坦面は、前記内周面側に位置する前記屈曲部に隣接して設けられる、請求項９に記載の化学蓄熱装置。
  11. 　前記高熱伝導部材の前記屈曲部は、前記蓄熱材から露出している、請求項８～１０の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  12. 　前記高熱伝導部材の前記屈曲部のうち前記内周面側に位置する前記屈曲部が、前記蓄熱材から露出している、請求項１１に記載の化学蓄熱装置。
  13. 　前記高熱伝導部材の前記熱伝導面には、前記反応媒体を流通させる孔部が形成されている、請求項８～１２の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  14. 　前記高熱伝導部材は、グラファイトシートである、請求項８～１３の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  15. 　前記蓄熱材には、カーボンファイバーが更に含有されている、請求項８～１４の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
PCT/JP2014/077600 2013-10-24 2014-10-16 化学蓄熱装置 WO2015060199A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/028,602 US20160298520A1 (en) 2013-10-24 2014-10-16 Chemical heat storage device
EP14856192.1A EP3062052A4 (en) 2013-10-24 2014-10-16 Chemical heat storage device

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-221269 2013-10-24
JP2013221269A JP6079557B2 (ja) 2013-10-24 2013-10-24 化学蓄熱装置
JP2013-221342 2013-10-24
JP2013221342A JP2015081758A (ja) 2013-10-24 2013-10-24 化学蓄熱装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015060199A1 true WO2015060199A1 (ja) 2015-04-30

Family

ID=52992797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/077600 WO2015060199A1 (ja) 2013-10-24 2014-10-16 化学蓄熱装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160298520A1 (ja)
EP (1) EP3062052A4 (ja)
WO (1) WO2015060199A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018066407A1 (ja) * 2016-10-06 2018-04-12 株式会社豊田自動織機 化学蓄熱装置
WO2018193837A1 (ja) * 2017-04-19 2018-10-25 株式会社豊田自動織機 化学蓄熱装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3057021A1 (fr) * 2016-10-04 2018-04-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de traitement des gaz d’echappement
DE102020105013A1 (de) 2020-02-26 2021-08-26 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Abgasleitung für einen Kaltstart-Betrieb einer Brennkraftmaschine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5899103A (ja) * 1981-12-08 1983-06-13 Sekisui Chem Co Ltd 金属水素化物反応容器
JPS59208118A (ja) 1983-05-11 1984-11-26 Toyota Motor Corp 触媒暖機装置
JPS6176887A (ja) * 1984-09-22 1986-04-19 Sanyo Electric Co Ltd 金属水素化物容器
JPH0490499A (ja) * 1990-08-03 1992-03-24 Agency Of Ind Science & Technol 蓄熱器
JPH06159953A (ja) * 1992-11-20 1994-06-07 Takata Kk 潜熱蓄熱装置
JPH07247832A (ja) * 1994-03-14 1995-09-26 Japan Metals & Chem Co Ltd 排ガス浄化用触媒の急速加熱装置
JP2013072558A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Toyota Central R&D Labs Inc 熱回収式加熱装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5477676A (en) * 1988-04-15 1995-12-26 Midwest Research Institute Method and apparatus for thermal management of vehicle exhaust systems
JP2888028B2 (ja) * 1992-05-19 1999-05-10 トヨタ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP3952561B2 (ja) * 1997-11-19 2007-08-01 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3956548B2 (ja) * 1999-09-20 2007-08-08 トヨタ自動車株式会社 ハイブリット車における蓄熱式触媒装置
DE102010031852A1 (de) * 2010-07-22 2012-01-26 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage mit reaktivem Heizsystem

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5899103A (ja) * 1981-12-08 1983-06-13 Sekisui Chem Co Ltd 金属水素化物反応容器
JPS59208118A (ja) 1983-05-11 1984-11-26 Toyota Motor Corp 触媒暖機装置
JPS6176887A (ja) * 1984-09-22 1986-04-19 Sanyo Electric Co Ltd 金属水素化物容器
JPH0490499A (ja) * 1990-08-03 1992-03-24 Agency Of Ind Science & Technol 蓄熱器
JPH06159953A (ja) * 1992-11-20 1994-06-07 Takata Kk 潜熱蓄熱装置
JPH07247832A (ja) * 1994-03-14 1995-09-26 Japan Metals & Chem Co Ltd 排ガス浄化用触媒の急速加熱装置
JP2013072558A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Toyota Central R&D Labs Inc 熱回収式加熱装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3062052A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018066407A1 (ja) * 2016-10-06 2018-04-12 株式会社豊田自動織機 化学蓄熱装置
WO2018193837A1 (ja) * 2017-04-19 2018-10-25 株式会社豊田自動織機 化学蓄熱装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3062052A1 (en) 2016-08-31
US20160298520A1 (en) 2016-10-13
EP3062052A4 (en) 2017-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015060199A1 (ja) 化学蓄熱装置
WO2016017428A1 (ja) 化学蓄熱装置
WO2014192555A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP6256224B2 (ja) 化学蓄熱装置
JP6079557B2 (ja) 化学蓄熱装置
WO2015137096A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP2016023907A (ja) 化学蓄熱装置
WO2016009916A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP6160257B2 (ja) 排気浄化装置
JP6187418B2 (ja) 化学蓄熱装置
JP2015081758A (ja) 化学蓄熱装置
WO2016194662A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP2015087082A (ja) 化学蓄熱装置
JP2016053439A (ja) 化学蓄熱装置
JP2016188719A (ja) 化学蓄熱装置
WO2015186604A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP2016057043A (ja) 加熱装置
JP2015232406A (ja) 熱媒体流通装置
JP2015230132A (ja) 熱媒体流通装置
JP6187414B2 (ja) 化学蓄熱装置
JP2015227759A (ja) 化学蓄熱装置
WO2016031669A1 (ja) 化学蓄熱装置
WO2016194682A1 (ja) 化学蓄熱装置
JP2016109048A (ja) 排ガス浄化装置
JP2016035339A (ja) 化学蓄熱装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14856192

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15028602

Country of ref document: US

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014856192

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014856192

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE