WO2015137096A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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野口　幸宏
浩康 河内
研二 森
聡 針生
孝則 村崎
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株式会社豊田自動織機
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Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage device used for heating, for example, exhaust gas discharged from an engine.
  • a chemical heat storage device described in Patent Document 1 is arranged around a catalyst ceramic portion that purifies exhaust gas discharged from an engine, and includes a reactor including a heat storage material (heat storage material) built in the housing portion, and a heat storage material And a water conduit that supplies water as a reaction medium for generating heat.
  • a heat storage material heat storage material
  • a water conduit that supplies water as a reaction medium for generating heat.
  • the case portion of the reactor is formed of a metal material like the exhaust pipe, the case portion and the catalyst ceramic portion which are different materials cannot be welded or brazed. There is no choice but to bring the part and the catalytic ceramic part into physical contact. In this case, since the thermal resistance at the interface between the housing part and the catalyst ceramic part is increased, the heat generated by the heat storage material is hardly transmitted to the catalyst ceramic part. In addition, in order to ensure the purification performance of the catalyst ceramic part, the catalyst ceramic part needs to have a predetermined size or more.
  • An object of the present invention is to provide a chemical heat storage device that can efficiently transfer heat generated in a heat storage material to a fluid.
  • the chemical heat storage device of the present invention includes a reservoir that stores a reaction medium, and a reactor that is connected to the reservoir and that heats a fluid, and the reactor is capable of circulating heat and a heating unit that generates heat.
  • a metal heat exchanging part that forms a flow path and exchanges heat generated in the heat generating part with a fluid, and has a laminated structure in which the heat generating part and the heat exchanging part are alternately laminated to generate heat.
  • the part has a heat storage material that generates heat when it chemically reacts with the reaction medium and desorbs the reaction medium when it receives heat from the fluid, and a metal case that houses the heat storage material. It is joined.
  • the heat storage material of the heat generating part and the reaction medium chemically react to generate heat from the heat storage material. Is transferred to the heat exchanging unit and heat exchanged with the fluid, whereby the fluid is heated.
  • the heat generating portion and the heat exchanging portion are alternately laminated, and the heat resistance of the interface between the heat generating portion and the heat exchanging portion is reduced by joining the metal case of the heat generating portion and the metal heat exchanging portion. Therefore, the heat generated in the heat storage material is easily transmitted to the heat exchange unit. Further, by stacking the heat generating part and the heat exchanging part, the heat exchanging part can be formed in multiple stages while being thinned.
  • a heat exchange part may be arranged on the outermost side in the stacking direction of the stacked structure.
  • the heat generating part When the heat generating part is arranged on the outermost side in the stacking direction in the laminated structure, a part of the heat generated from the heat generating part may be discharged outside the reactor and may be wasted. Therefore, by disposing the heat exchange part on the outermost side in the stacking direction in the laminated structure, the heat generated from the heat generating part is suppressed from being released to the outside of the reactor, and the heat generated from the heat generating part is used as the fluid. Can be used effectively by exchanging them. In addition, by disposing the heat exchanging portion on the outermost side in the stacking direction in the laminated structure, the heat exchanging portion protects the heat generating portion from the impact object, so that the heat generating portion can be prevented from being damaged.
  • the heat exchange unit includes a first metal layer and a second metal layer that is provided so as to sandwich the first metal layer and has corrosion resistance to a fluid, and the thermal conductivity of the first metal layer is It may be higher than the thermal conductivity of the second metal layer.
  • the first metal layer having higher thermal conductivity than the second metal layer the heat generated in the heat storage material can be more efficiently transmitted to the entire heat exchange unit.
  • sandwiching the first metal layer with the second metal layer having corrosion resistance to the fluid corrosion of the first metal layer due to the fluid can be prevented.
  • heat generated by the heat storage material can be efficiently transmitted to the fluid.
  • the temperature of the fluid can be raised sufficiently and smoothly.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows the exhaust gas purification system provided with one Embodiment of the chemical heat storage apparatus which concerns on this invention. It is a perspective view of the reactor shown in FIG. It is a perspective view (a partial cross section is included) which shows the modification of the metal fin which comprises the heat exchange part shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust purification system provided with an embodiment of a chemical heat storage device according to the present invention.
  • an exhaust purification system 1 is provided in an exhaust system of a diesel engine 2 (hereinafter simply referred to as an engine 2) of a vehicle, and purifies harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust gas discharged from the engine 2.
  • an engine 2 hereinafter simply referred to as an engine 2
  • harmful substances environmental pollutants
  • the exhaust purification system 1 includes an oxidation catalyst (DOC: Diesel Oxidation Catalyst) 4 and a diesel exhaust particulate removal filter (DPF: Diesel) arranged 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
  • Particulate Filter (5), selective reduction catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction) 6 and oxidation catalyst (ASC: Ammonia Slip Catalyst) 7 are provided.
  • the oxidation catalyst 4 is a catalyst that oxidizes and purifies HC (hydrocarbon), CO, and the like contained in the exhaust gas.
  • the DPF 5 is a filter that collects and removes particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • the SCR 6 is a catalyst that reduces and purifies NO x contained in the exhaust gas with urea or ammonia (NH 3 ).
  • the oxidation catalyst 7 is a catalyst that oxidizes NH 3 that passes through the SCR 6 and flows downstream of the SCR 6.
  • the oxidation catalyst 4 has a temperature range (activation temperature) that exhibits the ability to purify environmental pollutants. Therefore, when the temperature of the exhaust gas is low immediately after the engine 2 is started, it is necessary to heat the oxidation catalyst 4 in order to bring the temperature of the oxidation catalyst 4 to the activation temperature.
  • the activation temperature of the oxidation catalyst 4 is, for example, about 170 ° C. to 270 ° C. In order to heat the oxidation catalyst 4, it is effective to heat the exhaust gas supplied to the oxidation catalyst 4.
  • the exhaust purification system 1 includes the chemical heat storage device 10 of the present embodiment.
  • the chemical heat storage device 10 is a device that heats exhaust gas without energy by storing the heat (exhaust heat) of the exhaust gas and using the exhaust heat when necessary.
  • the chemical heat storage device 10 is provided in a reactor 11 disposed between the engine 2 and the oxidation catalyst 4 in the exhaust passage 3, an adsorber 13 connected to the reactor 11 via a pipe 12, and the pipe 12.
  • the electromagnetic valve 14 is provided.
  • the reactor 11 is accommodated in an exhaust pipe 15 that forms a part of the exhaust passage 3.
  • the exhaust pipe 15 is made of, for example, stainless steel (SUS).
  • the reactor 11 has a laminated structure 18 in which a plurality of plate-like heat generating portions 16 and a plurality of fin-like heat exchanging portions 17 are alternately laminated.
  • the laminated structure 18 is configured such that the heat exchanging portion 17 is positioned at the upper end portion and the lower end portion (the outermost portion in the lamination direction).
  • the heat generating unit 16 accommodates the heat storage material 19 (see FIG. 1) that generates heat when it chemically reacts with NH 3 that is a gaseous reaction medium and desorbs NH 3 when it receives exhaust heat, and the heat storage material 19. It has a metal case 20.
  • the metal case 20 is formed of a metal material having corrosion resistance to NH 3 , for example, stainless steel.
  • a material having a composition MX a of a halide is used as the heat storage material 19.
  • M is an alkaline earth metal such as Mg, Ca and Sr, or a transition metal such as Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn.
  • X is Cl, Br, I or the like.
  • a is 2 to 3.
  • the heat storage material 19 is press-molded and enclosed in the metal case 20.
  • an additive for improving the thermal conductivity may be mixed in the heat storage material 19.
  • carbon fiber, carbon bead, SiC bead, polymer bead, polymer fiber, or the like may be used, or a metal such as Cu, Ag, Ni, Ci—Cr, Al, Fe, and stainless steel may be used. Also good.
  • the heat exchanging part 17 forms a flow path through which exhaust gas can flow.
  • the heat exchange part 17 is comprised by the metal fin formed in the cross-sectional zigzag shape or the cross-sectional wave shape, for example.
  • a part of the metal fin may be offset, or the metal fin may be meandered.
  • the heat exchanging portion 17 is made of metal, and is formed of a metal material having corrosion resistance against nitric acid and sulfuric acid contained in the exhaust gas, here, the same stainless steel as the metal case 20.
  • the metal case 20 of the heat generating part 16 and the heat exchange part 17 are joined by means for joining metals such as brazing and welding. As a result, the heat generating portion 16 and the heat exchanging portion 17 are in close contact and integrated.
  • Metal plates 21 are respectively disposed on the upper surface portion and the lower surface portion of the laminated structure 18.
  • the metal plate 21 is made of stainless steel, for example. By providing the metal plate 21, the strength of the laminated structure 18 can be ensured. Further, the swelling of the heat storage material 19 can be suppressed by the metal plate 21.
  • the metal plate 21 may not be particularly provided.
  • An introduction header 22 for introducing NH 3 into each heat generating portion 16 is fixed to one side surface of the laminated structure 18. One end of the pipe 12 is attached to the introduction header 22.
  • the adsorber 13 includes an adsorbent 23 that can be held and desorbed by physical adsorption of NH 3 .
  • adsorbent 23 activated carbon, zeolite, or the like is used.
  • the adsorber 13 is a reservoir that stores NH 3 by physically adsorbing NH 3 on the adsorbent 23.
  • the heat generated in the heat storage material 19 is transmitted to the heat exchange unit 17 through the metal case 20, and the heat is transmitted to the exhaust gas in the heat exchange unit 17 (between the heat storage material 19 (heat generation unit 16) and the exhaust gas).
  • the exhaust gas is heated by heat exchange).
  • the oxidation catalyst 4 is heated to the activation temperature suitable for the purification of the pollutant by the heated exhaust gas.
  • the chemical heat storage device 10 By using the chemical heat storage device 10 in this way, it is possible to raise the temperature of the exhaust gas at a low exhaust temperature without applying external energy. Thereby, the exhaust gas purification system 1 with low fuel consumption and high purification rate can be constructed.
  • the metal case 20 and the heat exchanging portion 17 of the heat generating portion 16 are joined (fixed) by brazing, welding, or the like. For this reason, the thermal resistance at the interface between the metal case 20 and the heat exchange unit 17 is reduced. Therefore, at the time of the above exothermic reaction, the heat generated in the heat storage material 19 is easily transmitted to the heat exchange unit 17. Further, during the regeneration reaction, the exhaust heat is easily transmitted from the heat exchange unit 17 to the heat storage material 19.
  • each heat exchanging unit 17 is formed thin. For this reason, since the distance between the heat generating part 16 and the center part in the stacking direction of the heat exchange part 17 is shortened, the thermal resistance between the heat generating part 16 and the center part in the stacking direction of the heat exchange part 17 is reduced. Therefore, during the exothermic reaction, the heat generated in the heat storage material 19 is sufficiently transmitted to the entire heat exchange unit 17. Further, during the regeneration reaction, the exhaust heat is effectively transmitted from the entire heat exchanging portion 17 to the heat storage material 19.
  • the heat generated in the heat storage material 19 is efficiently transmitted to the heat exchange unit 17, so the heat generated in the heat storage material 19 is efficiently exhausted through the heat exchange unit 17. Can tell. Thereby, it is possible to raise the temperature of the exhaust gas sufficiently and smoothly. Further, during the regeneration reaction, exhaust heat is efficiently transmitted from the heat exchange unit 17 to the heat storage material 19, so that the desorption of NH 3 from the heat storage material 19 is promoted, and the NH 3 to the adsorber 13 is promoted. Recovery can be performed effectively.
  • the heat exchanging portion 17 is disposed at the upper end portion and the lower end portion of the laminated structure 18, the heat generated from the heat generating portion 16 is dissipated outside through the exhaust pipe 15 and is wasted. Therefore, most of the heat generated from the heat generating portion 16 can be effectively used as heat exchange with the exhaust gas by the heat exchanging portion 17. Furthermore, since the heat exchanging part 17 protects the heat generating part 16 from an impact object such as a stone, the impact of the impact object is absorbed by the heat exchanging part 17, resulting in damage to the heat generating part 16 or the like. Such a problem can be prevented.
  • the heat exchanging portion 17 is a metal fin formed of a single metal material (here, stainless steel), but the heat exchanging portion 17 is a metal fin formed of a plurality of types of metal materials (cladding materials). It is good.
  • FIG. 3 shows a modified example of the metal fins constituting the heat exchanging portion 17.
  • the heat exchanging unit 17 includes a high heat conductive metal foil (first metal layer) 31 and a corrosion resistant metal foil (second metal layer) 32 bonded to both surfaces of the high heat conductive metal foil 31. It has become. That is, the heat exchanging unit 17 has a structure in which the high heat conductive metal foil 31 is sandwiched between the pair of corrosion resistant metal foils 32.
  • the heat conductivity of the high heat conductive metal foil 31 is higher than the heat conductivity of the corrosion resistant metal foil 32.
  • the corrosion-resistant metal foil 32 is higher than the high thermal conductive metal foil 31.
  • As the material of the corrosion-resistant metal foil 32 stainless steel or the like is used.
  • the heat exchange part 17 is produced by rolling and joining the high heat conductive metal foil 31 and the corrosion resistant metal foil 32 with a rolling roller.
  • the heat exchanging portion 17 by forming the heat exchanging portion 17 with the clad material made of the high heat conductive metal foil 31 and the corrosion resistant metal foil 32, the heat generated in the heat storage material 19 can be more fully transmitted to the entire heat exchanging portion 17.
  • the heat exchange part 17 can be prevented from being corroded by nitric acid, sulfuric acid, etc. contained in the exhaust gas.
  • the heat exchanging portion 17 is disposed on the outermost side in the stacking direction of the laminated structure 18, but the invention is not limited thereto, and the heat generating portion 16 is provided on the outermost side in the stacking direction of the stacked structure 18. You may arrange. Moreover, what is necessary is just to determine suitably as the step number of the heat generating part 16 and the heat exchange part 17 in the laminated structure 18 according to the product etc. to be used.
  • NH 3 is used as a reaction medium that chemically reacts with the heat storage material 19 of the heat generating portion 16, but the reaction medium is not particularly limited to NH 3 , and CO 2 , alcohol, water, and the like are used. May be.
  • the chemical heat storage apparatus 10 of the said embodiment is arrange
  • the chemical heat storage apparatus 10 is DPF5, SCR6, and oxidation catalyst (ASC) 7.
  • One of the chemical heat storage devices 10 may be arranged in front of any of the above, or a plurality of chemical heat storage devices 10 may be arranged in front of any of DOC4, DPF5, SCR6, and ASC7.
  • the chemical heat storage apparatus 10 of the said embodiment heats the exhaust gas discharged
  • the chemical heat storage apparatus of this invention is not restricted to it in particular,
  • emitted from a gasoline engine is not limited to it. It is applicable also to what is heated.
  • the chemical heat storage device of the present invention is also applicable to a gas or liquid fluid other than exhaust gas, such as oil and a heating medium.

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Abstract

　化学蓄熱装置（１０）は、反応器（１１）と、この反応器（１１）と配管（１２）を介して接続された吸着器（１３）とを備えている。反応器（１１）は、複数のプレート状の発熱部（１６）と複数の熱交換部（１７）とが交互に積層されてなる積層構造体（１８）を有している。発熱部（１６）は、ＮＨ３と化学反応すると熱を発生すると共に排熱を受けてＮＨ３を脱離する蓄熱材（１９）と、この蓄熱材（１９）を収容する金属ケースとを有している。熱交換部（１７）は、排ガスの通路となっており、金属フィンにより構成されている。発熱部（１６）の金属ケースと熱交換部（１７）とは、ロウ付け及び溶接等により接合されている。吸着器（１３）は、ＮＨ３の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材（２３）を含んでいる。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、例えばエンジンから排出される排ガス等の加熱に使用される化学蓄熱装置に関するものである。
　従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、エンジンより排出された排ガスを浄化する触媒セラミック部の周囲に配置され、筐体部内に内蔵された蓄熱物質（蓄熱材）を含む反応器と、蓄熱物質を発熱させるための反応媒体として水を供給する導水管部とを備えている。水と蓄熱物質とが発熱反応すると、反応器から熱が発生し、熱伝導により触媒セラミック部が加熱される。
特開昭５９－２０８１１８号公報
　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、反応器の筐体部が排気管と同様に金属材料で形成されている場合には、異種材料である筐体部及び触媒セラミック部を溶接したりロウ付けすることができないため、筐体部と触媒セラミック部とを物理的に接触させるしかない。この場合には、筐体部と触媒セラミック部との界面の熱抵抗が大きくなるため、蓄熱材で発生した熱が触媒セラミック部に伝わりにくくなる。また、触媒セラミック部の浄化性能を確保するためには、触媒セラミック部としては所定以上の寸法が必要となる。この場合には、蓄熱材から触媒セラミック部の中心部までの距離が長くならざるを得ないため、蓄熱材と触媒セラミック部の中心部との間の熱抵抗が大きくなり、蓄熱材で発生した熱が触媒セラミック部の中心部まで十分に伝わらなくなる。即ち、従来の構成では、蓄熱材で発生した熱を、加熱対象である触媒セラミック部に効率良く伝えることができなかった。
　また、排ガスが流通可能なセラミックス製の熱交換器を排気管内に配置すると共に、熱交換器の周囲に蓄熱材を含む反応器を配置することで、排気管内を流れる排ガスを加熱するような場合にも、上記と同様に蓄熱材から熱交換器の中心部までの距離が長くなり、蓄熱材と熱交換器の中心部との間の熱抵抗が大きくなるため、排ガスを十分に昇温することが困難であった。
　本発明の目的は、蓄熱材で発生した熱を流体に効率良く伝えることができる化学蓄熱装置を提供することである。
　本発明の化学蓄熱装置は、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、貯蔵器と接続され、流体を加熱する反応器とを備え、反応器は、熱を発生する発熱部と、流体が流通可能な流通路を形成し、発熱部で発生した熱を流体と交換する金属製の熱交換部とを含むと共に、発熱部と熱交換部とが交互に積層されてなる積層構造体を有し、発熱部は、反応媒体と化学反応すると熱を発生すると共に流体からの熱を受けると反応媒体を脱離する蓄熱材と、蓄熱材を収容する金属ケースとを有し、金属ケース及び熱交換部が接合されている。
　このような本発明の化学蓄熱装置においては、貯蔵器から反応器に反応媒体が供給されると、発熱部の蓄熱材と反応媒体とが化学反応して蓄熱材から熱が発生し、その熱が熱交換部に伝えられて流体と熱交換されることで、流体が加熱される。このとき、発熱部と熱交換部とを交互に積層すると共に、発熱部の金属ケースと金属製の熱交換部とを接合することにより、発熱部と熱交換部との界面の熱抵抗が小さくなるため、蓄熱材で発生した熱が熱交換部に伝わりやすくなる。また、発熱部と熱交換部とを積層することにより、熱交換部を薄くしつつ多段に形成することができる。この場合には、蓄熱材から熱交換部の積層方向中心部までの距離が短くなるため、蓄熱材と熱交換部の積層方向中心部との間の熱抵抗が小さくなる。このため、蓄熱材で発生した熱が熱交換部の積層方向中心部まで十分に伝わるようになる。以上により、蓄熱材で発生した熱を流体に効率良く伝えることができる。
　積層構造体における積層方向の最も外側には、熱交換部が配置されていてもよい。積層構造体における積層方向の最も外側に発熱部が配置されている場合には、発熱部から発生した熱の一部が反応器の外部に放出されて無駄になることがある。そこで、積層構造体における積層方向の最も外側に熱交換部を配置することにより、発熱部から発生した熱が反応器の外部に放出されることが抑制され、発熱部から発生した熱を流体との間で交換して有効利用することができる。また、積層構造体における積層方向の最も外側に熱交換部を配置することにより、熱交換部が発熱部を衝撃物体から保護することになるため、発熱部の損傷等を防ぐことができる。
　また、熱交換部は、第１金属層と、第１金属層を挟み込むように設けられ、流体に対する耐腐食性を有する第２金属層とを有し、第１金属層の熱伝導率は、第２金属層の熱伝導率よりも高くてもよい。このように第２金属層よりも熱伝導率の高い第１金属層を用いることにより、蓄熱材で発生した熱を熱交換部全体に一層効率良く伝えることができる。また、流体に対する耐腐食性を有する第２金属層により第１金属層を挟み込むことにより、流体による第１金属層の腐食を防ぐことができる。
　本発明によれば、蓄熱材で発生した熱を流体に効率良く伝えることができる。これにより、流体を十分に且つスムーズに昇温することが可能となる。
本発明に係る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に示した反応器の斜視図である。 図２に示した熱交換部を構成する金属フィンの変形例を示す斜視図（一部断面を含む）である。
　以下、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明に係る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。同図において、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）の排気系に設けられ、エンジン２から排出される排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。
　排気浄化システム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配置された酸化触媒（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。
　酸化触媒４は、排ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、尿素またはアンモニア（ＮＨ３）によって、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６をすり抜けてＳＣＲ６の下流側に流れたＮＨ３を酸化する触媒である。
　ところで、酸化触媒４には、環境汚染物質の浄化能力を発揮する温度領域（活性温度）が存在する。従って、エンジン２の始動直後のような排ガスの温度が低いときは、酸化触媒４の温度を活性温度にするために、酸化触媒４を加熱する必要がある。なお、酸化触媒４の活性温度は、例えば１７０℃～２７０℃程度である。酸化触媒４を加熱するためには、酸化触媒４に供給される排ガスを加熱することが効果的である。
　そこで、排気浄化システム１は、本実施形態の化学蓄熱装置１０を備えている。化学蓄熱装置１０は、通常は排ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに排熱を使用することにより、エネルギーレスで排ガスを加熱する装置である。
　化学蓄熱装置１０は、排気通路３におけるエンジン２と酸化触媒４との間に配置された反応器１１と、この反応器１１と配管１２を介して接続された吸着器１３と、配管１２に設けられた電磁バルブ１４とを備えている。反応器１１は、排気通路３の一部を形成する排気管１５内に収容されている。排気管１５は、例えばステンレス（ＳＵＳ）で形成されている。
　反応器１１は、図２にも示すように、複数のプレート状の発熱部１６と複数のフィン状の熱交換部１７とが交互に積層されてなる積層構造体１８を有している。積層構造体１８は、熱交換部１７が上端部及び下端部（積層方向の最外部）に位置するように構成されている。
　発熱部１６は、気体の反応媒体であるＮＨ３と化学反応すると熱を発生すると共に排熱を受けるとＮＨ３を脱離する蓄熱材１９（図１参照）と、この蓄熱材１９を収容する金属ケース２０とを有している。金属ケース２０は、ＮＨ３に対して耐腐食性を有する金属材料、例えばステンレスで形成されている。
　蓄熱材１９としては、ハロゲン化物のＭＸａという組成を持つ材料が用いられる。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒ等のアルカリ土類金属、または、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩ等である。ａは、２～３である。蓄熱材１９は、プレス成型して金属ケース２０内に封入される。
　このとき、熱伝導性を向上させるための添加物を蓄熱材１９に混合してもよい。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、高分子ビーズ及び高分子ファイバ等を用いてもよいし、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ－Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ及びステンレス等の金属を用いてもよい。
　熱交換部１７は、排ガスが流通可能な流通路を形成している。熱交換部１７は、例えば断面ジグザグ状または断面波状に形成された金属フィンにより構成されている。このとき、金属フィンと排ガスとの接触面積を増やすために、金属フィンの一部分をオフセットさせてもよく、金属フィンを蛇行させてもよい。熱交換部１７は金属製であり、排ガス中に含まれる硝酸及び硫酸等に対して耐腐食性を有する金属材料、ここでは金属ケース２０と同じステンレスで形成されている。
　発熱部１６の金属ケース２０と熱交換部１７とは、ロウ付け及び溶接等といった金属同士を接合する手段により接合されている。これにより、発熱部１６及び熱交換部１７が密着して一体化した構造となっている。
　積層構造体１８の上面部及び下面部には、金属板２１がそれぞれ配置されている。金属板２１は、例えばステンレスで形成されている。金属板２１を設けることにより、積層構造体１８の強度を確保することができる。また、蓄熱材１９の膨らみを金属板２１により押さえることができる。なお、金属板２１は、特に無くてもよい。
　積層構造体１８の一側面には、ＮＨ３を各発熱部１６に導入するための導入ヘッダ２２が固定されている。導入ヘッダ２２には、配管１２の一端部が取り付けられている。
　図１に戻り、吸着器１３は、ＮＨ３の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材２３を含んでいる。吸着材２３としては、活性炭及びゼオライト等が用いられる。吸着器１３は、ＮＨ３が吸着材２３に物理吸着することで、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵器である。
　このような化学蓄熱装置１０において、エンジン２からの排ガスの温度（排気温）が低いときは、電磁バルブ１４が開き、反応器１１と吸着器１３との圧力差によって、吸着器１３の吸着材２３から脱離したＮＨ３が配管１２を通って反応器１１に供給される。そして、ＮＨ３が導入ヘッダ２２から各発熱部１６に導入される。すると、各発熱部１６において、蓄熱材１９（例えばＭｇＢｒ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）すると、蓄熱材１９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。
　　　　ＭｇＢｒ２＋ｘＮＨ３　⇔　Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＢｒ２＋熱　　　…（Ａ）
　そして、蓄熱材１９で発生した熱が金属ケース２０を介して熱交換部１７に伝えられ、熱交換部１７において熱が排ガスに伝えられる（蓄熱材１９（発熱部１６）と排ガスとの間で熱交換される）ことで、排ガスが昇温される。そして、その昇温された排ガスによって酸化触媒４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで加熱される。
　一方、排気温が蓄熱材１９の発熱温度よりも高くなると、排熱が熱交換部１７及び金属ケース２０を介して蓄熱材１９に与えられることで、蓄熱材１９からＮＨ３が分離する。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、各発熱部１６の蓄熱材１９から脱離したＮＨ３が配管１２を通って吸着器１３に回収される。
　このように化学蓄熱装置１０を用いることにより、外部エネルギーを与えること無く、低排気温下で排ガスを昇温することができる。これにより、低燃費で浄化率の高い排気浄化システム１を構築することができる。
　このとき、発熱部１６の金属ケース２０及び熱交換部１７は、ロウ付け及び溶接等により接合（固定）されている。このため、金属ケース２０と熱交換部１７との界面の熱抵抗が小さくなる。従って、上記の発熱反応時には、蓄熱材１９で発生した熱が熱交換部１７に伝わりやすくなる。また、上記の再生反応時には、排熱が熱交換部１７から蓄熱材１９に伝わりやすくなる。
　また、反応器１１は複数の発熱部１６と複数の熱交換部１７とが交互に積層された積層構造体１８を有しているので、各熱交換部１７が薄く形成されることとなる。このため、発熱部１６と熱交換部１７の積層方向中心部との間の距離が短くなるため、発熱部１６と熱交換部１７の積層方向中心部との間の熱抵抗が小さくなる。従って、発熱反応時には、蓄熱材１９で発生した熱が熱交換部１７全体に十分に伝わるようになる。また、再生反応時には、排熱が熱交換部１７全体から蓄熱材１９に効果的に伝わるようになる。
　従って、本実施形態によれば、発熱反応時には、蓄熱材１９で発生した熱が熱交換部１７に効率良く伝えられるため、蓄熱材１９で発生した熱を熱交換部１７を介して効率良く排ガスに伝えることができる。これにより、排ガスを十分に且つスムーズに昇温することができる。また、再生反応時には、排熱が熱交換部１７から蓄熱材１９に効率良く伝えられるため、蓄熱材１９からのＮＨ３の脱離が促進されるようになり、吸着器１３へのＮＨ３の回収を効果的に行うことができる。
　また、本実施形態では、積層構造体１８の上端部及び下端部に熱交換部１７が配置されているので、発熱部１６から発生した熱が排気管１５を介して外部に放熱されて無駄になることが抑制され、発熱部１６から発生した熱の大部分を熱交換部１７による排ガスとの熱交換として有効利用することができる。さらに、熱交換部１７が発熱部１６を石等の衝撃物体から守ることになるため、衝撃物体の衝撃が熱交換部１７で吸収されるようになり、結果的に発熱部１６が損傷する等といった不具合を防止することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、熱交換部１７を単体の金属材料（ここではステンレス）で形成された金属フィンとしたが、熱交換部１７を複数種類の金属材料（クラッド材）で形成された金属フィンとしてもよい。図３は、熱交換部１７を構成する金属フィンの変形例を示したものである。
　図３において、熱交換部１７は、高熱伝導金属箔（第１金属層）３１と、この高熱伝導金属箔３１の両面にそれぞれ接合された耐腐食性金属箔（第２金属層）３２とからなっている。つまり、熱交換部１７は、高熱伝導金属箔３１を１対の耐腐食性金属箔３２で挟み込んだ構造をなしている。
　高熱伝導金属箔３１の熱伝導率は、耐腐食性金属箔３２の熱伝導率よりも高い。排ガスに対する耐腐食性については、耐腐食性金属箔３２のほうが高熱伝導金属箔３１よりも高い。高熱伝導金属箔３１の材料としては、銅、銀、黄銅、アルミ合金及びマグネシウム合金等が用いられる。耐腐食性金属箔３２の材料としては、ステンレス等が用いられる。熱交換部１７は、圧延ローラにより高熱伝導金属箔３１と耐腐食性金属箔３２とを圧延して接合することにより作製される。
　このように熱交換部１７を高熱伝導金属箔３１及び耐腐食性金属箔３２からなるクラッド材で形成することにより、蓄熱材１９で発生した熱を熱交換部１７全体に一層十分に伝えることができると共に、排ガス中に含まれる硝酸及び硫酸等により熱交換部１７が腐食してしまうことを防止できる。
　なお、そのような高熱伝導金属箔３１及び耐腐食性金属箔３２からなるクラッド材を、発熱部１６の金属ケース２０の金属材料として用いてもよい。
　また、上記実施形態では、積層構造体１８の積層方向の最も外側に熱交換部１７が配置されているが、特にそれには限られず、積層構造体１８の積層方向の最も外側に発熱部１６を配置してもよい。また、積層構造体１８における発熱部１６及び熱交換部１７の段数としては、使用する製品等に応じて適宜決定すればよい。
　さらに、上記実施形態では、発熱部１６の蓄熱材１９と化学反応する反応媒体としてＮＨ３を使用したが、反応媒体としては、特にＮＨ３には限られず、ＣＯ２、アルコール及び水等を使用してもよい。
　また、上記実施形態の化学蓄熱装置１０は、酸化触媒（ＤＯＣ）４の前段に１つ配置されているが、特にそれには限られず、化学蓄熱装置１０をＤＰＦ５、ＳＣＲ６及び酸化触媒（ＡＳＣ）７の何れかの前段に１つ配置してもよく、或いは化学蓄熱装置１０をＤＯＣ４、ＤＰＦ５、ＳＣＲ６及びＡＳＣ７の何れかの前段に複数配置してもよい。
　また、上記実施形態の化学蓄熱装置１０は、ディーゼルエンジン２から排出される排ガスを加熱するものであるが、本発明の化学蓄熱装置は、特にそれには限られず、ガソリンエンジンから排出される排ガスを加熱するものにも適用可能である。また、本発明の化学蓄熱装置は、排ガス以外の気体状または液体状の流体、例えばオイル及び熱媒体等を加熱するものにも適用可能である。
　１０…化学蓄熱装置、１１…反応器、１３…吸着器（貯蔵器）、１６…発熱部、１７…熱交換部、１８…積層構造体、１９…蓄熱材、２０…金属ケース、３１…高熱伝導金属箔（第１金属層）、３２…耐腐食性金属箔（第２金属層）。

Claims (3)

  1. 　反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
    　前記貯蔵器と接続され、流体を加熱する反応器とを備え、
    　前記反応器は、熱を発生する発熱部と、前記流体が流通可能な流通路を形成し、前記発熱部で発生した熱を前記流体に伝える金属製の熱交換部とを含むと共に、前記発熱部と前記熱交換部とが交互に積層されてなる積層構造体を有し、
    　前記発熱部は、前記反応媒体と化学反応すると熱を発生すると共に前記流体からの熱を受けると前記反応媒体を脱離する蓄熱材と、前記蓄熱材を収容する金属ケースとを有し、
    　前記金属ケース及び前記熱交換部が接合されている、化学蓄熱装置。
  2. 　前記積層構造体における積層方向の最も外側には、前記熱交換部が配置されている、請求項１記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記熱交換部は、第１金属層と、前記第１金属層を挟み込むように設けられ、前記流体に対する耐腐食性を有する第２金属層とを有し、
    　前記第１金属層の熱伝導率は、前記第２金属層の熱伝導率よりも高い、請求項１または２記載の化学蓄熱装置。
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