WO2015186604A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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heat storage
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press
transfer member
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研二 森
鈴木　秀明
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Toyota Industries Corp
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Toyota Industries Corp
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    • 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
    • F01N3/24—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 constructional aspects of converting apparatus
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage device that heats an object to be heated, for example.
  • the chemical heat storage device described in Patent Document 1 includes a heat storage material that generates heat by chemically reacting with ammonia (NH 3 ), a reactor that heats the oxidation catalyst, and the reactor and the NH 3 supply pipe. And a reservoir for storing NH 3 .
  • NH 3 is supplied from the reservoir to the reactor, NH 3 and the heat storage material chemically react to generate heat from the heat storage material, and the oxidation catalyst is heated by the heat.
  • a chemical heat storage device is a chemical heat storage device that heats an object to be heated.
  • the chemical heat storage device is disposed around the object to be heated, generates a heat by chemically reacting with the reaction medium, and stores the reaction medium by storing the heat.
  • a reactor having a heat storage material portion composed of a heat storage material to be desorbed and a heat transfer member having a heat conductivity higher than that of the heat storage material, and a reactor and the reaction medium are connected so as to be able to circulate.
  • the heat transfer member has a sheet-like main body part for transmitting heat generated from the heat storage material part toward the object to be heated, and the main surface of the main body part is formed of a press-molded body. The surface is perpendicular to the pressing direction.
  • the reactor is disposed around the object to be heated, and generates a heat by chemically reacting with the reaction medium, and also stores a heat storage material portion that stores the heat by storing the heat.
  • a heat transfer member having a higher heat conductivity than the heat storage material.
  • the heat-transfer member has a sheet-like main-body part for conveying the heat which generate
  • the heat conductivity of the press-molded body is increased.
  • the press molding body containing a heat storage material part and a heat-transfer member is produced by press molding.
  • the main surface of the sheet-like main body portion is a surface perpendicular to the pressing direction of the press-molded body.
  • the heat transfer member may further include an auxiliary portion provided so as to be bent with respect to the main body at the end of the main body on the heating object side.
  • the press-molded body may be formed by alternately laminating a plurality of heat storage material portions and heat transfer members. By providing a plurality of heat transfer members in this manner, the heat generated from the heat storage material part can easily reach the heat transfer member, so that heat can be more efficiently transferred from the reactor to the object to be heated.
  • a plurality of through holes through which the reaction medium passes may be formed in the main body.
  • the reaction medium introduced into the heat storage material portion of the reactor moves through the through holes of the main body portion and moves through the heat storage material portion, the reaction medium is rapidly supplied to most of the heat storage material portion. be able to.
  • This chemical heat storage device can efficiently transfer heat from the reactor to the object to be heated by improving the thermal conductivity of the reactor.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust purification system including a chemical heat storage device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of a configuration including the heat exchanger and the reactor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the press-molded body shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the heat transfer member shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for producing the press-molded body shown in FIG. 2 by press molding.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an ideal example and an actual example of a press-formed body having a structure in which a heat transfer member stands along the pressing direction.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust purification system including a chemical heat storage device according to an embodiment.
  • 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 removes harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust gas discharged from the engine 2. It is a purification system.
  • the exhaust purification system 1 includes a heat exchanger 4 provided in an exhaust pipe 3 connected to an engine 2, a diesel oxidation catalyst (DOC) 5, a diesel exhaust particulate removal filter (DPF: DieselDParticulate Filter) 6, A selective reduction catalyst (SCR) 7 and an ammonia slip catalyst (ASC: Ammonia ⁇ ⁇ Slip Catalyst) 8 are provided.
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • DPF diesel exhaust particulate removal filter
  • ASC ammonia slip catalyst
  • ASC Ammonia ⁇ ⁇ Slip Catalyst
  • the heat exchanger 4 exchanges heat between the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 3 and a reactor 11 described later.
  • the heat exchanger 4 includes an outer cylinder 4a and a heat exchange member 4b disposed inside the outer cylinder 4a.
  • the heat exchange member 4b has a honeycomb structure.
  • the heat exchange member 4b is not particularly limited to a honeycomb structure, and a known heat exchange structure can be used.
  • the heat exchanger 4 is a heating object.
  • the heat exchanger 4 does not need to be provided with the outer cylinder 4a.
  • the DOC 5 is a catalyst that oxidizes and purifies HC and CO contained in the exhaust gas.
  • the DPF 6 is a filter that collects and removes particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
  • the SCR 7 is a catalyst that reduces and purifies NOx contained in the exhaust gas with urea or ammonia (NH 3 ).
  • ASC8 is a catalyst for oxidizing the NH 3 having passed through the SCR7.
  • 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 the heat exchanger 4 that is an object to be heated without energy by storing heat (exhaust heat) of exhaust gas and using the exhaust heat when necessary. is there.
  • Chemical heat storage device 10 as shown in FIGS. 1 and 2, a reactor 11 disposed outside the exhaust pipe 3, the NH 3 is the reaction medium through the reactor 11 and the NH 3 supply pipe 12 And an adsorber 13 connected to be able to circulate.
  • the NH 3 supply pipe 12 is provided with a valve 14 for opening and closing a flow path between the reactor 11 and the adsorber 13.
  • the reactor 11 is provided in the position corresponding to the part in which the heat exchanger 4 of the exhaust pipe 3 was provided so that it may be arrange
  • the adsorber 13 includes an adsorbent 13a that can be held and desorbed by physical adsorption of NH 3 .
  • the adsorbent 13a any one of activated carbon, carbon black, mesoporous carbon, nanocarbon, zeolite and the like is used.
  • the adsorber 13 is a reservoir that stores NH 3 by physically adsorbing NH 3 on the adsorbent 13a.
  • the reactor 11 includes a ring-shaped case 15 provided so as to surround the exhaust pipe 3, and a press-molded body accommodated in the case 15 so as to contact the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3. 16.
  • An NH 3 supply pipe 12 is connected to the case 15. Between the casing 15 and the press-molded body 16, although not shown, a porous sheet for conducting the entire periphery of NH 3 supplied from the NH 3 supply pipe 12 to the press-molded body 16 is arranged .
  • the press-molded body 16 has a ring shape by connecting a plurality of curved section-shaped press molded bodies 16A.
  • Press molding body 16A as shown in FIG. 3, which both generates the heat for heating the NH3 and heat exchanger 4 by a chemical reaction, pellets for the NH 3 desorbed with heat storage undergoing heat
  • the heat storage material part 17 which consists of this heat storage material, and the sheet-like L-shaped heat-transfer member 18 with a heat conductivity higher than this heat storage material are included.
  • the press-molded body 16A (press-molded body 16) has a structure in which a plurality of such heat storage material portions 17 and heat transfer members 18 are alternately stacked.
  • a material having a composition MXa of a halide is used as the heat storage material.
  • M is an alkaline earth metal such as Mg, Ca, or Sr, or a transition metal such as Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, or Zn.
  • X is Cl, Br, I or the like.
  • a is 2 to 3.
  • the heat transfer member 18 is made of a material having high thermal conductivity such as a metal such as aluminum or a graphite sheet.
  • the heat transfer member 18 includes a main body portion 19 for transferring heat generated from the heat storage material portion 17 toward the heat exchanger 4, and an inner side (heat exchanger) of the main body portion 19.
  • the auxiliary portion 20 is provided so as to be bent at a right angle with respect to the main body portion 19 at the end portion on the (4 side).
  • the inner surface of the auxiliary portion 20 is in contact with the outer peripheral surface of the exhaust pipe 3.
  • the main body 19 extends from the outer peripheral surface of the press molded body 16A (the surface on the opposite side of the heat exchanger 4) to the inner peripheral surface of the press molded body 16A (the surface on the heat exchanger 4 side).
  • the main surface (front surface and back surface) 19a of the main body 19 is a surface perpendicular to the pressing direction of the press-molded body 16A.
  • the press direction of the press-molded body 16A is a direction in which the heat storage material is pressed when the press-molded body 16A is produced by press molding (described later).
  • the main body 19 is formed with a plurality of through holes 21 through which NH 3 introduced from the NH 3 supply pipe 12 into the heat storage material portion 17 is passed.
  • the shape and dimensions of the through hole 21 are not particularly limited.
  • a heat transfer member 18 for example, a single curved original plate is prepared, and a plurality of through holes 21 are formed in a region to be the main body portion 19 of the curved original plate. It is produced by bending it.
  • the heat transfer member 18 may be manufactured by configuring the main body 19 and the auxiliary portion 20 as separate members and joining the auxiliary portion 20 to the main body 19 in which the plurality of through holes 21 are formed.
  • the auxiliary unit 20 does not necessarily have to be a sheet.
  • the press-molded body 16A is manufactured by press molding using a mold. Specifically, as shown in FIG. 5, a lower mold 22 having a concave cavity 22a and an upper mold 23 to be inserted into the cavity 22a are prepared. Then, the heat transfer member 18 and the powdered heat storage material are put into the cavity 22a in order. At this time, the heat transfer member 18 is disposed in the cavity 22 a so that the auxiliary portion 20 contacts the inner surface of the lower mold 22 and the tip of the auxiliary portion 20 faces the upper side of the lower mold 22. In this state, the upper mold 23 is set in the cavity 22a, and the heat storage material is pressed simultaneously with the heat transfer member 18 by the upper mold 23, whereby the heat storage material is pressed and hardened. Thereby, the press molding 16A in which the heat-transfer member 18 and the pellet-shaped heat storage material part 17 are laminated
  • NH 3 is passed from the adsorber 13 to the reactor 11 through the NH 3 supply pipe 12 by opening the valve 14.
  • the heat storage material for example, MgCl 2
  • the heat storage material that is supplied and forms the heat storage material portion 17 of the reactor 11 and NH 3 chemically react and chemically adsorb (coordinate bond), and heat is generated from the heat storage material portion 17. That is, a reaction from the left side to the right side (exothermic reaction) in the following reaction formula (A) occurs. Then, the heat generated from the heat storage material portion 17 is transmitted to the heat exchanger 4 through the exhaust pipe 3.
  • the reactor 11 includes the press-molded body 16 including the heat storage material portion 17 made of the heat storage material and the heat transfer member 18 having a higher thermal conductivity than the heat storage material. Further, the heat transfer member 18 has a main body 19 for transmitting heat generated by a chemical reaction between the heat storage material and NH 3 toward the inside of the press-molded body 16 (on the heat exchanger 4 side). Thereby, the thermal conductivity of the press-molded body 16 of the reactor 11 can be increased.
  • the heat transfer member 51 has a structure standing along the pressing direction of the press-molded body 50.
  • the following problems occur in such a structure. That is, when a powdery heat storage material is pressed simultaneously with the heat transfer member 51 using a mold, the heat transfer member 51 is actually crushed as shown in FIG. For this reason, the heat transfer member 51 does not extend to the outer peripheral surface of the press-molded body 50. Therefore, the heat generated from the region on the outer peripheral surface side of the press-molded body 50 in the heat storage material portion 17 becomes difficult to reach the heat transfer member 51, and the high thermal conductivity of the press-molded body 50 cannot be ensured.
  • the main surface 19a of the main body 19 of the heat transfer member 18 is a surface perpendicular to the pressing direction of the press-molded body 16. That is, when the press-molded body 16 ⁇ / b> A is manufactured by press molding, the main surface 19 a of the main body 19 is pressed together with the heat storage material 17. Thereby, it is prevented that the main-body part 19 is crushed at the time of press molding.
  • the auxiliary portion 20 of the heat transfer member 18 stands along the pressing direction of the press-molded body 16. However, the press molding process is performed in a state where the auxiliary portion 20 is in contact with the inner surface of the lower mold 22 forming the cavity 22a as described above. For this reason, the auxiliary
  • the effective thermal conductivity of the press-molded body 16 can be set to about 40 W / m ⁇ K, for example.
  • the effective thermal conductivity of the press-molded body 16 is, for example, 1 W / m ⁇ K or less. Therefore, the chemical heat storage device 10 having a high heat output can be obtained.
  • the heat generated from the heat storage material portion 17 of the reactor 11 can be efficiently transmitted to the heat exchanger 4.
  • the heat exchanger 4 can be efficiently heated, and the exhaust gas can be efficiently heated.
  • the heat of the exhaust gas can be efficiently transmitted to the heat storage material portion 17.
  • the NH 3 regeneration speed can be increased.
  • the heat transfer member 18 has the auxiliary portion 20 provided to bend with respect to the main body portion 19, the contact area of the heat transfer member 18 with respect to the exhaust pipe 3 is increased. Therefore, the heat generated from the heat storage material portion 17 can be transmitted to the heat exchanger 4 more efficiently.
  • the press-molded body 16 has a structure in which a plurality of the heat storage material portions 17 and the heat transfer members 18 are alternately stacked, the position of the heat storage material portion 17 farthest from the heat transfer member 18 and the heat transfer member 18. The distance between is shortened. Therefore, since the heat generated from the heat storage material part 17 can easily reach the heat transfer member 18, the heat generated from the heat storage material part 17 can be transmitted to the heat exchanger 4 more efficiently.
  • the main body portion 19 of the heat transfer member 18 since a plurality of through holes 21 for the passage of NH 3, NH 3 introduced into the heat storage material 17 from the NH 3 supply pipe 12 through holes 21 It moves through the heat storage material part 17 through. Therefore, NH 3 can be rapidly supplied to most of the heat storage material portion 17. Thereby, heat can be effectively generated from the heat storage material portion 17.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the main body portion 19 of the heat transfer member 18 extends from the inner peripheral surface of the press-molded body 16 to the outer peripheral surface. It does not need to extend to an outer peripheral surface.
  • the heat-transfer member 18 has the auxiliary
  • the press-molded body 16 ⁇ / b> A has a plurality of heat transfer members 18, but heat generated from the heat storage material portion 17 of the reactor 11 can be transmitted to the heat exchanger 4.
  • the number of heat transfer members 18 included in the press-molded body 16A may be one.
  • the main body portion 19 of the heat transfer member 18 a plurality of through holes 21 for passing the NH 3 is formed, to supply the NH 3 to the majority of the heat storage material 17 If possible, such a through hole 21 may not be particularly provided.
  • the reactor 11 is disposed around the exhaust pipe 3 in the portion of the exhaust pipe 3 where the heat exchanger 4 is provided.
  • the arrangement location of the reactor 11 is not particularly limited, and may be inside the exhaust pipe 3 as long as it is around the heat exchanger 4.
  • the reactor 11 may be disposed in a part around the heat exchanger 4.
  • only one heat exchanger 4 is arranged inside the exhaust pipe 3, but the number of heat exchangers is not particularly limited to one, and is viewed from the direction in which the exhaust gas flows.
  • a plurality of heat exchangers may be arranged inside the exhaust pipe 3.
  • the reactor is integrally provided around each heat exchanger in the exhaust pipe 3.
  • NH 3 which is a gaseous reaction medium and heat storage material having a composition of MXa are chemically reacted to generate heat.
  • the reaction medium is not particularly limited to NH 3.
  • CO 2 or H 2 O may be used.
  • the heat storage material that chemically reacts with CO 2 includes MgO, CaO, BaO, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Fe (OH) 2 , and Fe (OH) 3.
  • FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and the like can be used.
  • H 2 O is used as the reaction medium
  • CaO, MnO, CuO, Al 2 O 3 or the like can be used as the heat storage material that chemically reacts with H 2 O.
  • this invention is what heats catalysts, such as DOC5 provided in the exhaust system of the diesel engine 2, in the exhaust pipe 3.
  • the present invention is also applicable to one that heats a region where the heat exchanger 4 or the DOC 5 or the like is not provided, or one that heats any catalyst or the like provided in an exhaust system of a gasoline engine.
  • the catalyst corresponds to an object to be heated.
  • the exhaust pipe 3 corresponds to a heating object.
  • the present invention can be applied to other than an engine exhaust system, for example, one that heats piping or the like provided in an oil circulation system.
  • the present invention may heat various heat media in vehicles such as engine oil, transmission oil, cooling water, or air.
  • the reactor 11 of the chemical heat storage device 10 is arranged on the outer peripheral part (a part of the outer peripheral part or the entire circumference of the outer peripheral part) of the heat medium flow path through which the heat medium flows to heat the heat medium flow path itself. Also good.
  • the heat medium flow path becomes a heating object.
  • the heat exchanger 4 may be disposed in the heat medium flow path through which the heat medium flows, and the heat exchanger 4 may be heated.
  • the heat exchanger 4 becomes a heating object.
  • a heat exchanger integrated heater in which a plurality of reactors 11 including heat storage materials and heat exchangers such as heat exchange fins are alternately arranged is configured, and the heat exchanger integrated heater is used as a heat medium. May be disposed in the heat medium storage part in which the heat medium is stored or on the heat medium flow path through which the heat medium flows. In this case, a heat exchange part such as a heat exchange fin adjacent to the reactor 11 becomes a heating object.

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Abstract

化学蓄熱装置は、反応器と、この反応器とＮＨ３供給管を介して接続された吸着器とを備えている。反応器は、複数の断面湾曲型のプレス成型体１６Ａを有している。プレス成型体１６Ａは、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させるペレット状の蓄熱材からなる蓄熱材部１７と、この蓄熱材よりも熱伝導率が高い断面Ｌ字型の伝熱部材１８とを含んでいる。伝熱部材１８は、蓄熱材部１７から発生した熱を伝えるための本体部１９と、この本体部１９における内側の端部において本体部１９に対して屈曲するように設けられた補助部２０とから構成されている。本体部１９の主面１９ａは、プレス成型体１６Ａのプレス方向に対して垂直な面となっている。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、例えば加熱対象物を加熱す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に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、アンモニア（ＮＨ３）と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有し、酸化触媒を加熱する反応器と、この反応器とＮＨ３供給管を介して接続され、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵器とを備えている。貯蔵器から反応器にＮＨ３が供給されると、ＮＨ３と蓄熱材とが化学反応して蓄熱材から熱が発生し、その熱により酸化触媒が加熱される。
特開２０１３－２３４６２５号公報
　しかしながら、上記従来技術においては、蓄熱材自体の熱伝導率が低いため、蓄熱材から発生した熱が酸化触媒（加熱対象物）に伝わりにくい。このため、蓄熱材の発熱時において酸化触媒が十分に加熱されないという問題があった。
　そこで、本技術分野においては、反応器の熱伝導性を向上させることにより、反応器から加熱対象物に効率良く熱を伝えることができる化学蓄熱装置が要請されている。
　本発明の一側面に係る化学蓄熱装置は、加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、加熱対象物の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生すると共に蓄熱して反応媒体を脱離する蓄熱材からなる蓄熱材部と蓄熱材よりも熱伝導率が高い伝熱部材とを含むプレス成型体を有する反応器と、反応器と反応媒体を流通可能に接続され、反応媒体を貯蔵する貯蔵器とを備え、伝熱部材は、蓄熱材部から発生した熱を加熱対象物に向けて伝えるためのシート状の本体部を有し、本体部の主面は、プレス成型体のプレス方向に対して垂直な面となっている。
　このような化学蓄熱装置においては、反応器は、加熱対象物の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生すると共に蓄熱して反応媒体を脱離する蓄熱材からなる蓄熱材部と蓄熱材よりも熱伝導率が高い伝熱部材とを含むプレス成型体を有している。そして、伝熱部材は、蓄熱材部から発生した熱を加熱対象物に向けて伝えるためのシート状の本体部を有している。このような構成とすることで、反応媒体と蓄熱材との化学反応により蓄熱材部から発生した熱が伝熱部材の本体部を介して加熱対象物に伝わるようになる。従って、プレス成型体の熱伝導率が高くなる。また、蓄熱材部と伝熱部材とを含むプレス成型体は、プレス成型加工によって作製される。このとき、シート状の本体部の主面は、プレス成型体のプレス方向に対して垂直な面となっている。このため、プレス成型体の作製時に、蓄熱材部が伝熱部材と共にプレスされる際には、伝熱部材の本体部が潰れにくい。従って、プレス成型体の高い熱伝導率を確保することができる。以上により、反応器の熱伝導性が向上するため、反応器から加熱対象物に効率良く熱を伝えることができる。
　伝熱部材は、本体部における加熱対象物側の端部において本体部に対して屈曲するように設けられた補助部を更に有していてもよい。このような構成では、伝熱部材において加熱対象物に熱を伝える領域の面積が大きくなるため、反応器から加熱対象物に更に効率良く熱を伝えることができる。
　プレス成型体は、蓄熱材部と伝熱部材とが複数ずつ交互に積層されてなっていてもよい。このように伝熱部材を複数設けることにより、蓄熱材部から発生した熱が伝熱部材に到達しやすくなるため、反応器から加熱対象物に更に効率良く熱を伝えることができる。
　本体部には、反応媒体が通るための複数の貫通孔が形成されていてもよい。このような構成では、反応器の蓄熱材部内に導入された反応媒体が本体部の各貫通孔を通って蓄熱材部内を移動するため、蓄熱材部の大部分に反応媒体を迅速に供給することができる。
　この化学蓄熱装置によれば、反応器の熱伝導性を向上させることにより、反応器から加熱対象物に効率良く熱を伝えることができる。
図１は、一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。 図２は、図１に示した熱交換器及び反応器を含む構成の正面図である。 図３は、図２に示したプレス成型体の斜視図である。 図４は、図３に示した伝熱部材の斜視図である。 図５は、図２に示したプレス成型体をプレス成型加工により作製する方法を示す断面図である。 図６は、伝熱部材がプレス方向に沿って立った構造を有するプレス成型体の理想例及び実際例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、一実施形態に係る化学蓄熱装置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。
　排気浄化システム１は、エンジン２と接続された排気管３内に設けられた熱交換器４、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：DieselOxidation Catalyst）５、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）６、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）７及びアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）８を備えている。これらの熱交換器４、ＤＯＣ５、ＤＰＦ６、ＳＣＲ７及びＡＳＣ８は、排気上流側から排気下流側に向けて順に配置されている。
　熱交換器４は、排気管３内を流れる排気ガスと後述する反応器１１との間で熱交換を行う。熱交換器４は、図２に示すように、外筒４ａと、この外筒４ａの内部に配置された熱交換部材４ｂとを備えている。熱交換部材４ｂは、ハニカム構造を有している。なお、熱交換部材４ｂとしては、特にハニカム構造には限られず、周知の熱交換構造が利用可能である。この実施形態においては、熱交換器４が加熱対象物である。なお、熱交換器４は、外筒４ａを備えなくともよい。
　ＤＯＣ５は、排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ６は、排気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。ＳＣＲ７は、尿素またはアンモニア（ＮＨ３）によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ８は、ＳＣＲ７をすり抜けたＮＨ３を酸化する触媒である。
　また、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、通常は排気ガスの熱（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、エネルギーレスで加熱対象物である熱交換器４を加熱する装置である。
　化学蓄熱装置１０は、図１及び図２に示すように、排気管３の外側に配置された反応器１１と、この反応器１１とＮＨ３供給管１２を介して反応媒体であるＮＨ３を流通可能に接続された吸着器１３とを備えている。ＮＨ３供給管１２には、反応器１１と吸着器１３との間の流路を開閉させるバルブ１４が設けられている。なお、反応器１１は、加熱対象物としての熱交換器４の周囲に配置されるように、排気管３の熱交換器４が設けられた部分に対応する位置に設けられる。
　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１３ａを含んでいる。吸着材１３ａとしては、活性炭、カーボンブラック、メソポーラスカーボン、ナノカーボン及びゼオライト等の何れかが用いられる。吸着器１３は、ＮＨ３を吸着材１３ａに物理吸着させることで、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵器である。
　反応器１１は、図２に示すように、排気管３を取り囲むように設けられたリング状のケース１５と、排気管３の外周面に接触するようにケース１５内に収容されたプレス成型体１６とを有している。ケース１５には、ＮＨ３供給管１２が連結されている。ケース１５とプレス成型体１６との間には、特に図示はしないが、ＮＨ３供給管１２より供給されたＮＨ３をプレス成型体１６に全周にわたって導くための多孔体シートが配置されている。
　プレス成型体１６は、複数の断面湾曲型のプレス成型体１６Ａを繋ぎ合わせることにより、リング状となっている。プレス成型体１６Ａは、図３に示すように、ＮＨ３と化学反応して熱交換器４を加熱するための熱を発生させると共に、排熱を受けて蓄熱してＮＨ３を脱離させるペレット状の蓄熱材からなる蓄熱材部１７と、この蓄熱材よりも熱伝導率が高いシート状の断面Ｌ字型の伝熱部材１８とを含んでいる。プレス成型体１６Ａ（プレス成型体１６）は、そのような蓄熱材部１７及び伝熱部材１８が複数ずつ交互に積層されてなる構造を有している。
　蓄熱材としては、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、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等である。ａは、２～３である。伝熱部材１８は、アルミニウム等の金属またはグラファイトシート等といった熱伝導率が高い材料で形成されている。
　伝熱部材１８は、図３及び図４に示すように、蓄熱材部１７から発生した熱を熱交換器４に向けて伝えるための本体部１９と、この本体部１９における内側（熱交換器４側）の端部において本体部１９に対して直角に屈曲するように設けられた補助部２０とから構成されている。補助部２０の内側の面は、排気管３の外周面に接触する。
　本体部１９は、プレス成型体１６Ａの外周面（熱交換器４の反対側の面）からプレス成型体１６Ａの内周面（熱交換器４側の面）まで延びている。本体部１９の主面（表面及び裏面）１９ａは、プレス成型体１６Ａのプレス方向に対して垂直な面となっている。プレス成型体１６Ａのプレス方向は、プレス成型加工によりプレス成型体１６Ａを作製する際（後述）に蓄熱材をプレスする方向である。
　本体部１９には、ＮＨ３供給管１２より蓄熱材部１７の中に導入されたＮＨ３を通すための複数の貫通孔２１が形成されている。なお、貫通孔２１の形状及び寸法等は、特に限定されない。
　このような伝熱部材１８は、例えば１枚の湾曲状原板を用意し、その湾曲状原板における本体部１９となる領域に複数の貫通孔２１を形成した後に、補助部２０となる領域を直角に折り曲げることにより、作製される。また、本体部１９及び補助部２０を別部材で構成し、複数の貫通孔２１が形成された本体部１９に補助部２０を接合することで、伝熱部材１８を作製しても良い。この場合、補助部２０は必ずしもシート状でなくてもよい。
　プレス成型体１６Ａは、金型を用いたプレス成型加工によって作製される。具体的には、図５に示すように、凹状のキャビティ２２ａを有する下金型２２と、キャビティ２２ａに挿入される上金型２３とを用意する。そして、キャビティ２２ａに伝熱部材１８及び粉末状の蓄熱材を順に入れる。このとき、補助部２０が下金型２２の内側面に接触すると共に補助部２０の先端が下金型２２の上側を向くように、伝熱部材１８をキャビティ２２ａに配置する。その状態で、キャビティ２２ａに上金型２３をセットし、上金型２３により蓄熱材を伝熱部材１８と同時にプレスすることで、蓄熱材を押し固める。これにより、伝熱部材１８とペレット状の蓄熱材部１７とが交互に積層されてなるプレス成型体１６Ａが得られる。
　このような化学蓄熱装置１０において、エンジン２から排出される排気ガスの温度が低いときは、バルブ１４を開くことで、吸着器１３から反応器１１にＮＨ３がＮＨ３供給管１２を介して供給され、反応器１１の蓄熱材部１７を形成する蓄熱材（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、蓄熱材部１７から熱が発生する。つまり、下記の反応式（Ａ）における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。そして、蓄熱材部１７から発生した熱が排気管３を介して熱交換器４に伝わる。このとき、蓄熱材部１７から発生した熱が伝熱部材１８に到達し、その熱が伝熱部材１８を通って排気管３及び熱交換器４に伝わる。これにより、熱交換器４が加熱され、これに伴って熱交換器４を流れる排気ガスが加熱される。
　　　　ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３　⇔　Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱　　　…（Ａ）
　一方、エンジン２から排出される排気ガスの温度が高くなると、排気ガスの熱（排熱）が排気管３を介して反応器１１の蓄熱材部１７に与えられることで、蓄熱材部１７を形成する蓄熱材とＮＨ３とが分離する。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。このとき、排熱が伝熱部材１８を通って蓄熱材部１７に伝わる。そして、蓄熱材から脱離したＮＨ３は、ＮＨ３供給管１２を介して吸着器１３に戻り、吸着器１３の吸着材１３ａに物理吸着（回収）される。
　以上のように本実施形態にあっては、反応器１１は、蓄熱材からなる蓄熱材部１７と蓄熱材よりも熱伝導率が高い伝熱部材１８とを含むプレス成型体１６を有する。また、伝熱部材１８は、蓄熱材とＮＨ３との化学反応により発生した熱をプレス成型体１６の内側（熱交換器４側）に向けて伝えるための本体部１９を有している。これにより、反応器１１のプレス成型体１６の熱伝導性を高くすることができる。
　ところで、例えば図６（ａ）に示すように、伝熱部材５１をプレス成型体５０のプレス方向に沿って立った構造とすることが考えられる。しかし、そのような構造では、以下の不具合が発生する。即ち、金型を用いて粉末状の蓄熱材を伝熱部材５１と同時にプレスすると、実際には図６（ｂ）に示すように、伝熱部材５１が潰れてしまう。このため、伝熱部材５１がプレス成型体５０の外周面まで延びない状態となる。従って、蓄熱材部１７におけるプレス成型体５０の外周面側の領域から発生した熱が伝熱部材５１に到達しにくくなり、プレス成型体５０の高い熱伝導性を確保することができない。
　これに対し本実施形態では、伝熱部材１８の本体部１９の主面１９ａは、プレス成型体１６のプレス方向に対して垂直な面となっている。つまり、プレス成型加工によりプレス成型体１６Ａを作製する際には、本体部１９の主面１９ａが蓄熱材部１７と共にプレスされることとなる。これにより、プレス成型加工時に本体部１９が潰れることが防止される。なお、伝熱部材１８の補助部２０は、プレス成型体１６のプレス方向に沿って立っている。しかし、プレス成型加工は、上述したようにキャビティ２２ａを形成する下金型２２の内側面に補助部２０が接触した状態で行われる。このため、プレス成型加工時には、補助部２０が潰れにくい。
　このようにプレス成型体１６Ａを作製する際に伝熱部材１８が潰れることが抑制されるため、プレス成型体１６の高い熱伝導性を確保することができる。例えば、プレス成型体１６の有効熱伝導率を例えば４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とすることができる。なお、プレス成型体１６に伝熱部材１８を設けない場合には、プレス成型体１６の有効熱伝導率は例えば１Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。従って、熱出力が高い化学蓄熱装置１０を得ることができる。
　これにより、発熱反応時には、反応器１１の蓄熱材部１７から発生した熱を効率良く熱交換器４に伝えることができる。その結果、熱交換器４を効率良く加熱し、ひいては排気ガスを効率良く加熱することが可能となる。一方、再生反応時には、排気ガスの熱を効率良く蓄熱材部１７に伝えることができる。その結果、ＮＨ３の再生速度を速くすることが可能となる。
　また、伝熱部材１８は本体部１９に対して屈曲するように設けられた補助部２０を有しているので、排気管３に対する伝熱部材１８の接触面積が大きくなる。従って、蓄熱材部１７から発生した熱を一層効率良く熱交換器４に伝えることができる。
　さらに、プレス成型体１６を蓄熱材部１７と伝熱部材１８とが複数ずつ交互に積層されてなる構造としたので、蓄熱材部１７における伝熱部材１８から最も離れた位置と伝熱部材１８との間の距離が短くなる。従って、蓄熱材部１７から発生した熱が伝熱部材１８に到達しやすくなるため、蓄熱材部１７から発生した熱をより一層効率良く熱交換器４に伝えることができる。
　また、伝熱部材１８の本体部１９に、ＮＨ３を通すための複数の貫通孔２１を形成したので、ＮＨ３供給管１２より蓄熱材部１７内に導入されたＮＨ３が各貫通孔２１を通って蓄熱材部１７内を移動するようになる。従って、蓄熱材部１７の大部分にＮＨ３を迅速に供給することができる。これにより、蓄熱材部１７から効果的に熱を発生させることができる。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無い。例えば、上記実施形態では、伝熱部材１８の本体部１９がプレス成型体１６の内周面から外周面まで延びているが、特にその構成には限られず、本体部１９はプレス成型体１６の外周面まで延びていなくてもよい。
　また、上記実施形態では、伝熱部材１８が本体部１９に対して屈曲するように設けられた補助部２０を有しているが、反応器１１の蓄熱材部１７から発生した熱を熱交換器４に伝えることができるのであれば、そのような補助部２０は特に無くてもよい。
　また、上記実施形態では、プレス成型体１６Ａが複数の伝熱部材１８を有している構造としたが、反応器１１の蓄熱材部１７から発生した熱を熱交換器４に伝えることができるのであれば、プレス成型体１６Ａに含まれる伝熱部材１８の数は１つであってもよい。
　さらに、上記実施形態では、伝熱部材１８の本体部１９に、ＮＨ３を通すための複数の貫通孔２１が形成されているが、蓄熱材部１７の大部分にＮＨ３を供給することができるのであれば、そのような貫通孔２１は特に無くてもよい。
　また、上記実施形態では、排気管３の熱交換器４が設けられた部分における排気管３の周囲に反応器１１が配置されている。しかし、反応器１１の配置箇所としては、特にそれには限られず、熱交換器４の周囲であれば排気管３の内部であってもよい。また、反応器１１は熱交換器４の周囲における一部に配置されてもよい。
　また、上記実施形態では、排気管３の内部に熱交換器４が１つだけ配置されているが、熱交換器の数としては特に１つには限られず、排気ガスが流れる方向から見て複数の熱交換器が排気管３の内部に並んで配置されていても良い。この場合には、排気管３の内部における各熱交換器の周囲に反応器が一体で設けられることとなる。
　さらに、上記実施形態では、気体の反応媒体であるＮＨ３と組成がＭＸａである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ＮＨ３には限られず、例えばＣＯ２またはＨ２Ｏ等を使用しても良い。反応媒体としてＣＯ２を使用する場合、ＣＯ２と化学反応する蓄熱材としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４等を使用することができる。反応媒体としてＨ２Ｏを使用する場合、Ｈ２Ｏと化学反応する蓄熱材としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ａｌ２Ｏ３等を使用することができる。
　また、上記実施形態では、化学蓄熱装置１０により熱交換器４を加熱しているが、本発明は、ディーゼルエンジン２の排気系に設けられたＤＯＣ５等の触媒を加熱するもの、排気管３における熱交換器４またはＤＯＣ５等が設けられていない領域を加熱するもの、或いはガソリンエンジンの排気系に設けられた何れかの触媒等を加熱するものにも適用可能である。ディーゼルエンジン２やガソリンエンジンの排気系に設けられた触媒を加熱する化学蓄熱装置１０では、触媒が加熱対象物に相当する。また、排気管３における熱交換器４またはＤＯＣ５等が設けられていない領域を加熱する化学蓄熱装置１０では、排気管３が加熱対象物に相当する。さらに、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばオイルの流通系に設けられた配管等を加熱するものにも適用可能である。更に、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばエンジンオイル、変速機オイル、冷却水、又は空気等の車両における種々の熱媒体を加熱するものであってもよい。このとき、化学蓄熱装置１０の反応器１１を熱媒体が流れる熱媒体流路の外周部（外周部の一部又は外周部の全周）に配置して、熱媒体流路そのものを加熱してもよい。この場合、熱媒体流路が加熱対象物となる。また、熱媒体が流れる熱媒体流路内に熱交換器４を配置して、その熱交換器４を加熱してもよい。この場合、熱交換器４が加熱対象物となる。また、蓄熱材を備える反応器１１と熱交換フィンなどの熱交換部とを交互に複数個配置した熱交換部一体型の加熱器を構成し、その熱交換部一体型の加熱器を熱媒体が貯蔵されている熱媒体貯蔵部内や熱媒体が流れる熱媒体流路上に配置してもよい。この場合、反応器１１に隣接する熱交換フィンなどの熱交換部が加熱対象物となる。
　４…熱交換器（加熱対象物）、１０…化学蓄熱装置、１１…反応器、１３…吸着器（貯蔵器）、１６，１６Ａ…プレス成型体、１７…蓄熱材部、１８…伝熱部材、１９…本体部、１９ａ…主面、２０…補助部、２１…貫通孔。

Claims (4)

  1. 　加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
    　前記加熱対象物の周囲に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生すると共に蓄熱して前記反応媒体を脱離する蓄熱材からなる蓄熱材部と前記蓄熱材よりも熱伝導率が高い伝熱部材とを含むプレス成型体を有する反応器と、
    　前記反応器と前記反応媒体を流通可能に接続され、前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器とを
    備え、
    　前記伝熱部材は、前記蓄熱材部から発生した熱を前記加熱対象物に向けて伝えるためのシート状の本体部を有し、
    　前記本体部の主面は、前記プレス成型体のプレス方向に対して垂直な面となっている、化学蓄熱装置。
  2. 　前記伝熱部材は、前記本体部における前記加熱対象物側の端部において前記本体部に対して屈曲するように設けられた補助部を更に有する、請求項１記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記プレス成型体は、前記蓄熱材部と前記伝熱部材とが複数ずつ交互に積層されてなる、請求項１または２記載の化学蓄熱装置。
  4. 　前記本体部には、前記反応媒体が通るための複数の貫通孔が形成されている、請求項１～３のいずれか一項記載の化学蓄熱装置。
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