WO2015194364A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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WO2015194364A1
WO2015194364A1 PCT/JP2015/065916 JP2015065916W WO2015194364A1 WO 2015194364 A1 WO2015194364 A1 WO 2015194364A1 JP 2015065916 W JP2015065916 W JP 2015065916W WO 2015194364 A1 WO2015194364 A1 WO 2015194364A1
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heat
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chemical
tube
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聡 針生
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株式会社豊田自動織機
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    • 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
    • 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
    • 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
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • 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 for heating a heat medium such as exhaust gas.
  • the chemical heat storage device described in Patent Literature 1 includes a storage container that stores a reaction medium, and a reactor that is connected to the storage container via a communication path.
  • the reactor has a rectangular reaction vessel (reaction part) formed of a film-like member.
  • a heat storage member formed from a chemical heat storage material that reversibly reacts with the reaction medium is disposed inside the reaction vessel.
  • a plurality of reaction vessels are stacked via corrugated fins.
  • An object of the present invention is to provide a chemical heat storage device capable of thinning a member surrounding a laminate in which a plurality of reaction units are laminated via a heat exchange unit.
  • One aspect of the present invention is a chemical heat storage device that heats a heat medium, which generates a heat by a chemical reaction with a reaction medium and desorbs the reaction medium by heat storage, and a plurality of reaction units, Forming a laminated body in cooperation with the reaction section, forming a flow path through which the heat medium flows, and surrounding the laminated body with a plurality of heat exchange sections that exchange heat between the heat medium and the reaction section
  • a cylindrical tube member provided, a plurality of reaction units and a storage unit connected to be able to circulate the reaction medium, and storing the reaction medium; and the laminate has a cylindrical reaction unit and a heat exchange unit It is comprised so that it may laminate
  • the cylindrical shape here includes not only a cylindrical shape with a perfectly circular cross section but also a cylindrical shape with an elliptical cross section.
  • a reaction medium when a reaction medium is supplied from the storage unit to each reaction unit, the reaction medium and the chemical heat storage material chemically react to generate heat, and the heat The heat medium flowing through each heat exchange unit is heated.
  • pressure internal pressure
  • a laminate composed of a plurality of reaction units and a plurality of heat exchange units is surrounded by a cylindrical tube member, and the reaction unit and the heat exchange unit are arranged along the cylindrical tube member. They are stacked alternately.
  • the pressure which acts on each reaction part accompanying the volume expansion of the chemical heat storage material is received by the inner peripheral surface of the cylindrical tube member.
  • the pressure resistance is higher than when the shape of the tube member is rectangular.
  • each reaction part can be protected.
  • circulates a heat medium and performs heat exchange between a heat medium and a reaction part can be easily comprised with a flat tube and a fin.
  • the tube in which the fins are arranged is joined to the lid member by batch brazing while being fitted in the opening, and the lid member may be joined to the cylindrical tube member by welding.
  • the reaction part having the chemical heat storage material is placed between two adjacent tubes.
  • a laminated body is formed by arranging, and the lid member is welded to the cylindrical pipe in this state.
  • annular protrusion may be provided on the edge of the outer surface of the lid member, and the annular protrusion may be joined to the cylindrical tube member by welding.
  • the surface on the outer side of the lid member means a surface on the opposite side to the surface facing the laminate in the lid member.
  • a heat insulating material may be disposed between the laminate and the cylindrical tube member. In this case, the heat generated from the reaction material in each reaction part is prevented from escaping to the outside of the tube member.
  • the reaction unit may include a porous body that forms a passage for supplying the reaction medium to the chemical heat storage material, and the chemical heat storage material may be arranged in two stages with the porous material interposed therebetween. In this case, the time during which the reaction medium is supplied to almost the entire area of the chemical heat storage material can be shortened.
  • the present invention it is possible to reduce the thickness of a member surrounding a laminated body in which a plurality of reaction parts are laminated via a heat exchange part. This makes it possible to reduce the size, weight, and cost of the chemical heat storage device.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust purification system including an embodiment of a chemical heat storage device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the heat exchanger with a reactor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a front view of the heat exchanger with a reactor shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 5 (a) and 5 (b) are perspective views showing a process of manufacturing the reactor-equipped heat exchanger shown in FIG. 6 (a) and 6 (b) are perspective views showing a process of manufacturing the reactor-equipped heat exchanger shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view showing one conventional heat exchanger with a reactor as a comparative example.
  • FIG. 8 is a perspective view of a heat exchanger with a reactor in another embodiment of the chemical heat storage device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a front view of the heat exchanger with a reactor shown in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of 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 contains harmful substances (environmental pollution) contained in exhaust gas as a heat medium exhausted from the engine 2.
  • an engine 2 hereinafter simply referred to as an engine 2
  • harmful substances environmental pollution
  • An exhaust purification system 1 is connected to an engine 2, an exhaust passage 3 through which exhaust gas flows, a heat exchanger 4 with a reactor disposed in the middle of the exhaust passage 3, a diesel oxidation catalyst (DOC: Diesel Oxidation Catalyst) 5 , A diesel exhaust particulate filter (DPF) 6, a selective reduction catalyst (SCR) 7, and an ammonia slip catalyst (ASC: Ammonia Slip Catalyst) 8.
  • DOC5 DPF6, SCR7 and ASC8 are directed from the upstream side in the exhaust gas flow direction (exhaust upstream side) to the downstream side in the exhaust gas flow direction (exhaust downstream side) in the exhaust passage 3. Are arranged in order.
  • the heat exchanger 4 with a reactor will be described in detail later.
  • 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 a chemical heat storage device 10 that heats the exhaust gas flowing through the exhaust passage 3.
  • the chemical heat storage device 10 is a device that heats exhaust gas without energy by storing heat (exhaust heat) of the exhaust gas and using the exhaust heat when necessary.
  • Chemical heat storage device 10 includes a reactor heat exchanger with 4 above, and the reactor equipped with the heat exchanger 4 and NH 3 through the feed pipe 11 NH 3 adsorber 12 that is fluidly connected to (ammonia) It has.
  • the NH 3 supply pipe 11 is provided with a valve 13 for opening and closing a flow path between the heat exchanger 4 with a reactor and the adsorber 12.
  • the adsorber 12 includes an adsorbent 14 that can be held and desorbed by physical adsorption of NH 3 that is a gaseous reaction medium.
  • adsorbent 14 any one of activated carbon, carbon black, mesoporous carbon, nanocarbon, zeolite, and the like is used.
  • the adsorber 12 is a storage unit that stores NH 3 by physically adsorbing NH 3 on the adsorbent 14.
  • FIG. 2 is a perspective view of the heat exchanger 4 with a reactor.
  • FIG. 3 is a front view of the heat exchanger 4 with a reactor shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • a heat exchanger 4 with a reactor includes a laminated body 17 in which heat exchange portions 15A to 15I and reaction portions 16A to 16H are alternately laminated, and a cylinder provided so as to surround the laminated body 17.
  • a member 19 The shape of the pipe 18 is a cylindrical shape with a perfectly circular cross section.
  • the outer shape of the lid member 19 is a perfect circle corresponding to the shape of the pipe 18.
  • the heat exchange units 15A to 15I may be simply referred to as the heat exchange unit 15
  • the reaction units 16A to 16H may be simply referred to as the reaction unit 16.
  • the heat exchanging portion 15 is formed of a metal material having high thermal conductivity and resistance to exhaust gas, such as ceramic steel. Further, the pipe 18 and the lid member 19 are also made of the same metal material as that of the heat exchange unit 15. Note that the exhaust upstream side (engine 2 side) end of the pipe 18 is connected via an exhaust pipe 20 forming a part of the exhaust passage 3 and a taper pipe 21 to the exhaust downstream side (DOC5 side) of the pipe 18. Are connected via an exhaust pipe 22 forming a part of the exhaust passage 3 and a taper pipe 23 (see FIG. 1).
  • the heat exchanging units 15A to 15I form a flow path for circulating the exhaust gas, and exchange heat between the exhaust gas and the reaction units 16A to 16H.
  • the heat exchange parts 15A to 15I are arranged in order from the lower side to the upper side of the stacked body 17.
  • the heat exchange portions 15A to 15I have different lengths along the edges of the cylindrical pipe 18 and the circular lid member 19. Specifically, the length in the longitudinal direction of the heat exchanger 15 (the length in the direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas) is shortened from the center side to the lower side and the upper side of the stacked body 17.
  • the heat exchanging unit 15 includes a flat tube 24 (see FIGS. 4 and 5) and a wave-like fin 25 disposed in the tube 24. Both ends of the tube 24 are closed, and both side edges of the tube 24 are open. As a result, the exhaust gas can pass through the tube 24.
  • the fins 25 are joined to the inner wall surface of the tube 24 by brazing.
  • the lid member 19 is formed with a plurality of slit portions (openings) 19a for joining the heat exchange portions 15 together. These slit portions 19 a have shapes and dimensions corresponding to the tubes 24 of each heat exchange portion 15. Both side edges of the tube 24 are joined to the lid member 19 by brazing while being fitted into the slit 19a. At this time, the fins 25 arranged in the tube 24 are joined together with the tube 24 and the lid member 19 by batch brazing.
  • the reaction units 16A to 16H constitute a laminate 17 in cooperation with the heat exchange units 15A to 15I.
  • the reaction units 16A to 16H are arranged between two heat exchange units 15 adjacent to each other in the stacking direction of the stacked body 17 among the heat exchange units 15A to 15I.
  • the reaction unit 16A is disposed between the heat exchange units 15A and 15B
  • the reaction unit 16B is disposed between the heat exchange units 15B and 15C
  • the reaction unit 16C is disposed between the heat exchange units 15C and 15D.
  • the reaction unit 16D is disposed between the heat exchange units 15D and 15E
  • the reaction unit 16E is disposed between the heat exchange units 15E and 15F
  • the reaction unit 16F is disposed between the heat exchange units 15F and 15G
  • the reaction unit 16G is heated. It arrange
  • the reaction part 16H is arrange
  • the length of the reaction parts 16A and 16H is the same as the length of the heat exchange parts 15A and 15I
  • the length of the reaction parts 16B and 16G is the same as the length of the heat exchange parts 15B and 15H
  • the length of the reaction parts 16C and 16F The length is the same as the length of the heat exchange units 15C and 15G
  • the length of the reaction units 16D and 16E is the same as the length of the heat exchange units 15D and 15F (see FIG. 5B).
  • the laminated body 17 is in a state in which the heat exchanging parts 15A to 15I and the reaction parts 16A to 16H are alternately laminated along the cylindrical pipe 18. At this time, the two side surfaces of the reaction parts 16A to 16H are protected by the two circular lid members 19.
  • the reaction unit 16 includes a reaction material (chemical heat storage material) 26 formed in a pellet shape.
  • the reaction material 26 is configured to generate heat by chemical reaction with NH 3, the NH 3 is desorbed by heat storage and heat through the heat exchanger 15.
  • a material having a composition MXa of a halide is used as the reaction material 26 .
  • 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 reaction unit 16 has a porous body 27 that forms a passage for supplying NH 3 to each part of the reaction material 26.
  • a porous metal body such as a foam metal is used as the porous body 27.
  • the porous body 27 extends along the longitudinal direction of the reaction portion 16.
  • the reaction material 26 is arranged in two stages with the porous body 27 interposed therebetween. By providing such a porous body 27, NH 3 can be spread over almost the entire region of the reaction material 26 in a short time.
  • the hard heat insulating material 28 is composed of two semi-circular heat insulating material portions, and is obtained by joining the end portions of the two heat insulating material portions in a state where the heat insulating material portions are arranged so as to cover the laminate 17.
  • the hard heat insulating material 28 is formed of a ceramic material whose main component is, for example, zonolite-based calcium silicate.
  • a hole 29 into which one end of the NH 3 supply pipe 11 is inserted is formed in the hard heat insulating material 28. Further, with (the surface facing the pipe 18 surface opposite) the rear surface of the rigid insulation material 28, the supplying NH 3 introduced from NH 3 supply pipe 11 to the reaction member 26 of the reaction portion 16A ⁇ 16H An annular groove 30 for supplying NH 3 desorbed from the reaction material 26 of the reaction parts 16A to 16H to the NH 3 supply pipe 11 is formed. The groove portion 30 communicates with the hole portion 29. By forming the groove portion 30 in the hard heat insulating material 28 in this way, NH 3 can be effectively circulated between the NH 3 supply pipe 11 and the reaction portions 16A to 16H.
  • Each lid member 19 is joined to the pipe 18 by welding. Specifically, each lid member 19 is welded to the inner peripheral surface of the edge of the pipe 18 over the entire circumference. For example, laser welding is used as the welding means.
  • the NH 3 supply pipe 11 is joined to the pipe 18 by a welding method such as laser welding. Specifically, a through hole 31 is formed at a position corresponding to the hole 29 of the hard heat insulating material 28 in the pipe 18. The NH 3 supply pipe 11 is welded to the pipe 18 while being inserted into the hole 29 through the through hole 31.
  • FIG. 5 and 6 are perspective views showing a process of manufacturing the heat exchanger 4 with a reactor.
  • both side edges of the tubes 24 of the heat exchange portions 15A to 15I are fitted into the corresponding slit portions 19a of the lid member 19. Include.
  • both side edges of each tube 24 are brazed to the lid member 19 and fins 25 disposed in the tube 24 are brazed to the tube 24. That is, the lid member 19, the tube 24, and the fins 25 are brazed together.
  • the time required for brazing can be shortened.
  • the stacked body 17 is formed by disposing the reaction portions 16A to 16H between the two adjacent heat exchange portions 15 among the heat exchange portions 15A to 15I.
  • the reaction material 26 including the porous body 27 is filled between the two adjacent heat exchange portions 15 among the heat exchange portions 15A to 15I.
  • the reaction material 26 is prevented from being deteriorated by heat by filling the reaction material 26 after brazing the heat exchanging portions 15A to 15I to the lid member 19.
  • an intermediate structure 32 composed of the laminate 17, the lid members 19, and the hard insulator 28 is formed by disposing the hard insulator 28 around the laminate 17. .
  • the hole 29 of the hard heat insulating material 28 is omitted.
  • the intermediate structure 32 is inserted into the pipe 18, and in this state, the lid members 19 and the pipe 18 are joined by laser welding or the like. Thereby, the heat exchanger 4 with a reactor is obtained.
  • the through-hole 31 of the piping 18 is abbreviate
  • reaction heat generated from the reaction units 16A to 16H is transmitted to the heat exchange units 15A to 15I.
  • the heat exchange units 15A to 15I are heated, and the exhaust gas flowing through the heat exchange units 15A to 15I is heated accordingly. That is, the exhaust gas is heat-exchanged and heated by the heat exchange units 15A to 15I.
  • the heated exhaust gas raises the DOC 5 to an activation temperature suitable for the purification of pollutants.
  • FIG. 7 is a perspective view showing one conventional heat exchanger with a reactor as a comparative example.
  • the heat exchanger with a reactor 50 includes a rectangular parallelepiped laminated body 53 in which a plurality of heat exchanging parts 51 and a plurality of reaction parts 52 are alternately laminated, and the upper surface, the lower surface, and both sides of the laminated body 53. And a lid member 54 covering each of the surfaces.
  • the heat exchange part 51 is comprised with the fin.
  • the reaction unit 52 includes a flat tube 55 and a reaction material 56 filled in the tube 55.
  • the heat exchange part 51 and the tube 55 are joined by brazing.
  • the tube 55 and the lid member 54 are joined by welding means such as laser welding.
  • a plate forming a pipe having a rectangular cross section is fixed to each lid member 54.
  • the laminate 17 composed of the heat exchange parts 15A to 15I and the reaction parts 16A to 16H is surrounded by the cylindrical pipe 18, and the heat exchange parts 15A to 15I and the reaction parts 16A to 16H are cylindrical. Since the structure is formed by alternately laminating along the pipe 18, the above-described problems can be solved. That is, when NH 3 is introduced from the adsorber 12 to the reaction material 26 of the reaction parts 16A to 16H of the heat exchanger 4 with a reactor, the reaction material 26 undergoes volume expansion due to occlusion of NH 3 , so that the reaction parts 16A to 16A Internal pressure (pressure) acts on 16H. The internal pressure acting on the reaction parts 16A to 16H is received by the cylindrical pipe 18 via the hard heat insulating material 28.
  • the pressure resistance of the pipe is higher than that when the pipe is rectangular in cross section. Get higher.
  • the pipe thickness that can withstand any pressure when the pipe shape is circular in cross section should be thinner than the pipe thickness that can withstand the same pressure when the pipe shape is rectangular. Can do.
  • the shape of the pipe 18 cylindrical, even if the thickness of the pipe 18 is reduced, the internal pressure acting on the reaction portions 16A to 16H due to the volume expansion of the reaction material 26 is sufficiently increased by the pipe 18. I can take it.
  • the thickness of the pipe 18 in this manner, the surface area (volume) of the pipe 18 is reduced, so that the rate at which the reaction heat generated from the reaction portions 16A to 16H is taken away by the pipe 18 can be reduced.
  • the chemical heat storage device 10 can be reduced in size, weight, and cost.
  • FIG. 8 is a perspective view of a heat exchanger with a reactor in another embodiment of the chemical heat storage device according to the present invention, and corresponds to FIG. 9 is a front view of the heat exchanger with a reactor shown in FIG. 8, and corresponds to FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 9 and corresponds to FIG. This embodiment is different from the above embodiment only in the structure of the lid member 19 in the heat exchanger 4 with a reactor.
  • the heat exchanger 4 with a reactor has two circular lid members 19.
  • An annular protrusion 40 is provided at the edge of the outer surface of the lid member 19 (the surface of the lid member 19 opposite to the laminated body 17).
  • the protrusions 40 of the lid members 19 are joined to the pipe 18 by a welding method such as laser welding. Specifically, the front end portion of the protrusion 40 of each lid member 19 is welded to the inner peripheral surface of the edge of the pipe 18 over the entire circumference.
  • Other structures are the same as those in the above embodiment.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the shape of the pipe 18 is a cylindrical shape having a perfectly circular cross section, but the shape of the pipe 18 is not particularly limited thereto, and a cylindrical pipe 18 having an elliptical cross section may be used. Accordingly, the outer shape of the lid member 19 may be elliptical.
  • the tube 24 and the cover member 19 of the heat exchange part 15 are joined by brazing, and the cover member 19 and the piping 18 are joined by welding, it is not restricted especially to it as a joining method.
  • each heat exchange part 15 has the flat tube 24 and the fin 25 arrange
  • a laminated body 17 composed of a plurality of heat exchange sections 15 and a plurality of reaction sections 16 is surrounded by a cylindrical pipe 18, and the heat exchange sections 15 and the reaction sections 16 are alternately stacked along the cylindrical pipe 18.
  • the structure is not particularly limited to the above configuration.
  • the reaction unit has a flat tube and a reaction material filled in the tube, and a plurality of heat exchange units and a plurality of reaction units are alternately stacked along a cylindrical pipe.
  • the opening of the tube of each reaction unit may be closed with a lid member.
  • NH 3 as a reaction medium and a reaction material having a composition of MXa are chemically reacted to generate heat.
  • the reaction medium is not particularly limited to NH 3 , for example, CO 2.
  • H 2 O or the like may be used.
  • the reaction 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 a reaction medium
  • CaO, MnO, CuO, Al 2 O 3 or the like can be used as a reaction material that chemically reacts with H 2 O.
  • the said embodiment is an apparatus which heats the exhaust gas discharged
  • this invention is an apparatus which heats the exhaust gas discharged
  • the present invention can be applied to an apparatus for heating oil or the like.

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Abstract

複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる化学蓄熱装置を提供する。化学蓄熱装置は、反応器付き熱交換器と、反応器付き熱交換器とＮＨ３供給管１１を介して接続された吸着器とを備えている。反応器付き熱交換器は、排気ガス流路を形成する熱交換部１５Ａ～１５Ｉと反応部１６Ａ～１６Ｈとが交互に積層されてなる積層体１７と、積層体１７を取り囲むように設けられた円筒状の配管と、熱交換部１５Ａ～１５Ｉの両側縁部を支持すると共に、配管に接合される２枚の円形状の蓋部材１９とを備えている。積層体１７は、熱交換部１５Ａ～１５Ｉ及び反応部１６Ａ～１６Ｈが円筒状の配管に沿って交互に積層されるように構成されている。反応部１６は、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に排熱の蓄熱によりＮＨ３を脱離させる反応材２６を含んでいる。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、排気ガス等の熱媒体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、反応媒体を貯蔵する貯蔵容器と、この貯蔵容器と連通路を介して接続された反応器とを備えている。反応器は、フィルム状の部材で形成された矩形状の反応容器（反応部）を有している。反応容器の内部には、反応媒体と可逆的に反応する化学蓄熱材から形成された蓄熱部材が配設されている。反応容器は、波形のフィンを介して複数積層されている。
特許第５３８１８６１号
　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、貯蔵容器から反応容器の蓄熱部材に反応媒体が供給されると、化学蓄熱材と反応媒体との化学反応により熱が発生すると共に、化学蓄熱材の体積が膨張する。そして、反応容器の内壁には、化学蓄熱材の体積膨張に伴う圧力（内圧）が作用する。このとき、蓄熱部材を収容する反応容器をフィルム状の部材のみで構成すると、反応容器の内壁に作用する圧力により反応容器が変形したり損傷したりする虞がある。このため、特許文献１に記載のような、フィルム状の部材からなる矩形状の反応容器がフィンを介して複数個積層された略直方体状の積層体においては、その積層体の周囲に金属プレート等の肉厚の部材を配置して、積層体を取り囲むことで、化学蓄熱材の体積膨張による容器変形を抑える必要がある。その結果、化学蓄熱装置の大型化、重量増加、コストアップにつながってしまう。
　本発明の目的は、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる化学蓄熱装置を提供することである。
　本発明の一態様は、熱媒体を加熱する化学蓄熱装置であって、反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により反応媒体を脱離する化学蓄熱材を有する複数の反応部と、複数の反応部と協働して積層体を構成し、熱媒体を流通させる流路を形成すると共に熱媒体と反応部との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、積層体を取り囲むように設けられた円筒状の管部材と、複数の反応部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部とを備え、積層体は、反応部と熱交換部とが円筒状の管部材に沿って交互に積層されるように構成されていることを特徴とする。なお、ここでいう円筒状は、断面真円形の円筒状のみならず、断面楕円形の円筒状も含んでいる。
　このような本発明の一態様に係る化学蓄熱装置では、貯蔵部から各反応部に反応媒体が供給されると、反応媒体と化学蓄熱材とが化学反応して熱が発生し、その熱により各熱交換部を流通する熱媒体が加熱される。また、このとき、反応媒体の吸蔵により化学蓄熱材が体積膨張するため、各反応部には圧力（内圧）が作用する。本発明の一態様においては、複数の反応部及び複数の熱交換部から構成される積層体を円筒状の管部材により取り囲むと共に、反応部と熱交換部とを円筒状の管部材に沿って交互に積層している。従って、化学蓄熱材の体積膨張に伴う各反応部に作用する圧力を、円筒状の管部材の内周面で受けることになる。ここで、管部材の形状を円筒状（断面円形状）とした場合には、管部材の形状を断面矩形状とした場合に比べて、耐圧性が高くなる。これにより、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む管部材を薄肉化することができる。
　複数の熱交換部に対応する複数の開口部を有する２つの蓋部材を更に備え、熱交換部は、偏平状のチューブと、チューブ内に配置されたフィンとを有し、蓋部材は、チューブの両側縁部を開口部において支持すると共に、円筒状の管部材に接合されていてもよい。２つの蓋部材を設けることにより、各反応部を保護することができる。また、熱媒体を流通させる流路を形成すると共に熱媒体と反応部との間で熱交換を行う熱交換部を、偏平状のチューブ及びフィンにより簡単に構成することができる。
　フィンが内部に配置されたチューブは、開口部に嵌め込まれた状態で蓋部材に一括ろう付けにより接合されており、蓋部材は、円筒状の管部材に溶接により接合されていてもよい。この場合には、例えばフィンが内部に配置されたチューブを蓋部材の開口部に嵌め込んだ状態で蓋部材に一括ろう付けした後、化学蓄熱材を有する反応部を隣り合う２つのチューブ間に配置することで積層体を形成し、その状態で蓋部材を円筒状の配管に溶接する。このような工程を実施することで、積層体を容易に形成することができる。
　蓋部材の外側の面の縁部には、環状の突部が設けられており、円筒状の管部材には、環状の突部が溶接により接合されていてもよい。ここで、蓋部材の外側の面とは、蓋部材における積層体と対向する面と反対側の面を意味する。このように環状の突部を円筒状の管部材に溶接することにより、蓋部材と円筒状の管部材との溶接部分がチューブと蓋部材とのろう付け部分から十分に離れるようになる。これにより、蓋部材と管部材との溶接時に、チューブと蓋部材とのろう付け部分が溶融することが確実に防止される。
　積層体と円筒状の管部材との間には、断熱材が配置されていてもよい。この場合には、各反応部の反応材から発生した熱が管部材の外部に逃げることが防止される。
　反応部は、反応媒体を化学蓄熱材に供給するための通路を形成する多孔体を有し、化学蓄熱材は、多孔体を挟んで２段に配置されていてもよい。この場合には、反応媒体が化学蓄熱材のほぼ全域に供給される時間を短縮することができる。
　本発明によれば、複数の反応部が熱交換部を介して積層された積層体を取り囲む部材を薄肉化することができる。これにより、化学蓄熱装置の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることが可能となる。
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。 図２は、図１に示した反応器付き熱交換器の斜視図である。 図３は、図２に示した反応器付き熱交換器の正面図である。 図４は、図３のIV－IV線断面図である。 図５（ａ），（ｂ）は、図２に示した反応器付き熱交換器を製作する工程を示す斜視図である。 図６（ａ），（ｂ）は、図２に示した反応器付き熱交換器を製作する工程を示す斜視図である。 図７は、比較例として、従来の反応器付き熱交換器の一つを示す斜視図である。 図８は、本発明に係る化学蓄熱装置の他の実施形態における反応器付き熱交換器の斜視図である。 図９は、図８に示した反応器付き熱交換器の正面図である。 図１０は、図９のX－X線断面図である。
　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、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から排出される熱媒体である排気ガスに含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化するシステムである。
　排気浄化システム１は、エンジン２と接続され、排気ガスが流れる排気通路３と、排気通路３の途中に配設された反応器付き熱交換器４、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation 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とを備えている。反応器付き熱交換器４、ＤＯＣ５、ＤＰＦ６、ＳＣＲ７及びＡＳＣ８は、排気通路３において排気ガスの流れ方向の上流側（排気上流側）から排気ガスの流れ方向の下流側（排気下流側）に向けて順に配置されている。
　反応器付き熱交換器４については、後で詳述する。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、排気通路３を流れる排気ガス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、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、エネルギーレスで排気ガスを加熱する装置である。
　化学蓄熱装置１０は、上記の反応器付き熱交換器４と、この反応器付き熱交換器４とＮＨ３供給管１１を介してＮＨ３（アンモニア）を流通可能に接続された吸着器１２とを備えている。ＮＨ３供給管１１には、反応器付き熱交換器４と吸着器１２との間の流路を開閉させるバルブ１３が設けられている。
　吸着器１２は、気体の反応媒体であるＮＨ３の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材１４を含んでいる。吸着材１４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１２は、ＮＨ３を吸着材１４に物理吸着させることで、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵部である。
　図２は、反応器付き熱交換器４の斜視図である。図３は、図２に示した反応器付き熱交換器４の正面図である。図４は、図３のIV－IV線断面図である。
　各図において、反応器付き熱交換器４は、熱交換部１５Ａ～１５Ｉと反応部１６Ａ～１６Ｈとが交互に積層されてなる積層体１７と、この積層体１７を取り囲むように設けられた円筒状の配管（管部材）１８と、熱交換部１５Ａ～１５Ｉの両側（排気上流側及び排気下流側）縁部を支持すると共に、円筒状の配管１８に接合される２枚の円形状の蓋部材１９とを備えている。配管１８の形状は、断面真円形の円筒状である。蓋部材１９の外形は、配管１８の形状に対応して真円形である。なお、以下の説明では、熱交換部１５Ａ～１５Ｉを単に熱交換部１５ということがあり、反応部１６Ａ～１６Ｈを単に反応部１６ということがある。
　熱交換部１５は、例えばセラミック鋼等のように熱伝導性が高く且つ排気ガスに対する耐腐食性を有する金属材料で形成されている。また、配管１８及び蓋部材１９も、熱交換部１５と同じ金属材料で形成されている。なお、配管１８の排気上流側（エンジン２側）の端部は、排気通路３の一部を形成する排気管２０とテーパ管２１を介して連結され、配管１８の排気下流側（ＤＯＣ５側）の端部は、排気通路３の一部を形成する排気管２２とテーパ管２３を介して連結される（図１参照）。
　熱交換部１５Ａ～１５Ｉは、排気ガスを流通させる流路を形成すると共に、排気ガスと反応部１６Ａ～１６Ｈとの間で熱交換を行う。熱交換部１５Ａ～１５Ｉは、積層体１７の下側から上側に向けて順に配置されている。熱交換部１５Ａ～１５Ｉは、円筒状の配管１８及び円形状の蓋部材１９の縁部に沿うように長さが異なっている。具体的には、積層体１７の中央側から下側及び上側に向けて熱交換部１５の長手方向長さ（排気ガスの流れ方向に垂直な方向の長さ）が短くなっている。
　熱交換部１５は、偏平状のチューブ２４（図４及び図５参照）と、このチューブ２４内に配置された波状のフィン２５とを有している。チューブ２４の両端部は塞がれており、チューブ２４の両側縁部は開口している。これにより、排気ガスがチューブ２４を通り抜けることが可能となる。フィン２５は、チューブ２４の内壁面にろう付けにより接合されている。
　蓋部材１９には、各熱交換部１５を接合するための複数のスリット部（開口部）１９ａが形成されている。これらのスリット部１９ａは、各熱交換部１５のチューブ２４に対応する形状及び寸法を有している。チューブ２４の両側縁部は、スリット部１９ａに嵌め込まれた状態で、蓋部材１９にろう付けにより接合されている。このとき、チューブ２４内に配置されたフィン２５を、チューブ２４及び蓋部材１９と共に一括ろう付けにより接合する。
　反応部１６Ａ～１６Ｈは、熱交換部１５Ａ～１５Ｉと協働して積層体１７を構成している。反応部１６Ａ～１６Ｈは、熱交換部１５Ａ～１５Ｉのうち積層体１７の積層方向に隣り合う２つの熱交換部１５の間に配置されている。
　具体的には、反応部１６Ａは熱交換部１５Ａ，１５Ｂ間に配置され、反応部１６Ｂは熱交換部１５Ｂ，１５Ｃ間に配置され、反応部１６Ｃは熱交換部１５Ｃ，１５Ｄ間に配置され、反応部１６Ｄは熱交換部１５Ｄ，１５Ｅ間に配置され、反応部１６Ｅは熱交換部１５Ｅ，１５Ｆ間に配置され、反応部１６Ｆは熱交換部１５Ｆ，１５Ｇ間に配置され、反応部１６Ｇは熱交換部１５Ｇ，１５Ｈ間に配置され、反応部１６Ｈは熱交換部１５Ｈ，１５Ｉ間に配置されている。反応部１６Ａ，１６Ｈの長さは熱交換部１５Ａ，１５Ｉの長さと同じであり、反応部１６Ｂ，１６Ｇの長さは熱交換部１５Ｂ，１５Ｈの長さと同じであり、反応部１６Ｃ，１６Ｆの長さは熱交換部１５Ｃ，１５Ｇの長さと同じであり、反応部１６Ｄ，１６Ｅの長さは熱交換部１５Ｄ，１５Ｆの長さと同じである（図５（ｂ）参照）。
　これにより、積層体１７は、熱交換部１５Ａ～１５Ｉ及び反応部１６Ａ～１６Ｈが円筒状の配管１８に沿って交互に積層されるように構成された状態となる。このとき、２枚の円形状の蓋部材１９によって反応部１６Ａ～１６Ｈの両側面が保護される。
　反応部１６は、ペレット状に成型された反応材（化学蓄熱材）２６を含んでいる。反応材２６は、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に、熱交換部１５を介して排熱を蓄熱することによりＮＨ３を脱離させる。反応材２６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。
　また、反応部１６は、ＮＨ３を反応材２６の各部分に供給するための通路を形成する多孔体２７を有している。多孔体２７としては、発砲金属等の金属多孔体が用いられる。多孔体２７は、反応部１６の長手方向に沿って延びている。そして、反応材２６は、多孔体２７を挟んで２段に配置されている。このような多孔体２７を設けることにより、反応材２６のほぼ全域にＮＨ３を短時間で行き渡らせることができる。
　積層体１７と配管１８の内周面との間には、円環状の硬質断熱材２８（図６（ａ）参照）が介在されている。硬質断熱材２８は、２つの半円環状の断熱材部からなり、積層体１７を挟んで覆うように各断熱材部を配置した状態で両者の端部同士を接合することにより得られる。硬質断熱材２８は、例えばゾノライト系ケイ酸カルシウム等を主成分としたセラミック材料で形成されている。このような硬質断熱材２８を設けることにより、反応部１６の反応材２６で発生した熱が配管１８の外部に逃げにくくなる。
　硬質断熱材２８には、ＮＨ３供給管１１の一端部が挿入される穴部２９が形成されている。また、硬質断熱材２８の裏面（配管１８に対向する面とは反対側の面）には、ＮＨ３供給管１１から導入されたＮＨ３を反応部１６Ａ～１６Ｈの反応材２６に供給すると共に、反応部１６Ａ～１６Ｈの反応材２６から脱離したＮＨ３をＮＨ３供給管１１に供給するための円環状の溝部３０が形成されている。溝部３０は、穴部２９と連通している。このように硬質断熱材２８に溝部３０を形成することにより、ＮＨ３供給管１１と反応部１６Ａ～１６Ｈとの間でＮＨ３を効果的に流通させることができる。
　配管１８には、各蓋部材１９が溶接により接合されている。具体的には、各蓋部材１９が配管１８の縁部の内周面に全周にわたって溶接接合されている。なお、溶接手段としては、例えばレーザ溶接が用いられる。
　また、配管１８には、ＮＨ３供給管１１がレーザ溶接等の溶接方法により接合されている。具体的には、配管１８における硬質断熱材２８の穴部２９に対応する位置には、貫通孔３１が形成されている。そして、ＮＨ３供給管１１は、貫通孔３１を通して穴部２９に挿入された状態で配管１８に溶接接合されている。
　図５及び図６は、反応器付き熱交換器４を製作する工程を示す斜視図である。反応器付き熱交換器４を製作する場合は、まず図５（ａ）に示すように、熱交換部１５Ａ～１５Ｉの各チューブ２４の両側縁部を蓋部材１９の対応するスリット部１９ａに嵌め込む。その状態で各チューブ２４の両側縁部を蓋部材１９にろう付けすると共に、チューブ２４内に配置されたフィン２５をチューブ２４にろう付けする。つまり、蓋部材１９、チューブ２４及びフィン２５を一括ろう付けする。これにより、ろう付けに要する時間を短縮することができる。
　次いで、図５（ｂ）に示すように、熱交換部１５Ａ～１５Ｉのうち各隣り合う２つの熱交換部１５の間に反応部１６Ａ～１６Ｈをそれぞれ配置することにより、積層体１７を形成する。このとき、熱交換部１５Ａ～１５Ｉのうち各隣り合う２つの熱交換部１５の間に、多孔体２７を含む反応材２６を充填する。このように熱交換部１５Ａ～１５Ｉを蓋部材１９にろう付けした後に反応材２６を充填することにより、反応材２６が熱で劣化することが防止される。
　次いで、図６（ａ）に示すように、積層体１７の周囲に硬質断熱材２８を配置することにより、積層体１７、各蓋部材１９及び硬質断熱材２８からなる中間構造体３２を形成する。なお、図６（ａ）では、硬質断熱材２８の穴部２９は省略している。
　次いで、図６（ｂ）に示すように、中間構造体３２を配管１８内に挿入し、その状態で各蓋部材１９と配管１８とをレーザ溶接等で接合する。これにより、反応器付き熱交換器４が得られる。なお、図６（ｂ）では、配管１８の貫通孔３１は省略している。
　以上のような排気浄化システム１において、エンジン２から排出される排気ガスの温度が低いときは、バルブ１３を開くことで、吸着器１２から反応器付き熱交換器４の反応部１６Ａ～１６ＨにＮＨ３がＮＨ３供給管１１及び硬質断熱材２８の溝部３０を介して供給される。そして、反応部１６Ａ～１６Ｈの反応材２６（例えばＭｇＢｒ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、反応材２６から熱が発生する。つまり、下記の反応式（Ａ）における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。そして、反応部１６Ａ～１６Ｈから発生した熱（反応熱）が熱交換部１５Ａ～１５Ｉに伝わる。これにより、熱交換部１５Ａ～１５Ｉが加熱され、これに伴って熱交換部１５Ａ～１５Ｉを流れる排気ガスが加熱される。つまり、熱交換部１５Ａ～１５Ｉにより排気ガスが熱交換されて加熱される。そして、暖められた排気ガスによってＤＯＣ５が汚染物質の浄化に適した活性温度まで上昇する。
　　　　ＭｇＢｒ２＋ｘＮＨ３　⇔　Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＢｒ２＋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）が熱交換部１５Ａ～１５Ｉを介して反応部１６Ａ～１６Ｈの反応材２６に与えられることで、反応材２６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。そして、反応材２６から脱離したＮＨ３は、硬質断熱材２８の溝部３０及びＮＨ３供給管１１を介して吸着器１２に戻り、吸着器１２の吸着材１４に物理吸着（回収）される。
　図７は、比較例として、従来の反応器付き熱交換器の一つを示す斜視図である。図７において、反応器付き熱交換器５０は、複数の熱交換部５１と複数の反応部５２とが交互に積層されてなる直方体状の積層体５３と、積層体５３の上面、下面及び両側面をそれぞれ覆う蓋部材５４とを備えている。熱交換部５１は、フィンで構成されている。反応部５２は、偏平状のチューブ５５と、このチューブ５５内に充填された反応材５６とを有している。熱交換部５１とチューブ５５とは、ロウ付けにより接合されている。チューブ５５と蓋部材５４とは、レーザ溶接等の溶接手段により接合されている。また、特に図示はしないが、各蓋部材５４には、断面矩形状の配管を形成するプレートが固着されている。
　ところで、各反応部５２の反応材５６にＮＨ３が導入されると、ＮＨ３の吸蔵により反応材５６が体積膨張するため、反応部５２のチューブ５５に内圧（圧力）が作用する。その反応部５２のチューブ５５に作用する内圧は、蓋部材５４を介して断面矩形状の配管を形成するプレート（図示せず）で受けることになる。このとき、反応部５２のチューブ５５に作用する圧力によりプレートの変形及び損傷が発生しないようにするためには、プレートの板厚を厚くする必要がある。しかし、プレートの板厚を必要以上に厚くすると、反応部５２から発生した反応熱がプレートに奪われやすくなる。また、化学蓄熱装置の大型化及び重量増加につながると共に、コストが高くなる。
　これに対し本実施形態では、熱交換部１５Ａ～１５Ｉ及び反応部１６Ａ～１６Ｈからなる積層体１７を円筒状の配管１８により取り囲み、熱交換部１５Ａ～１５Ｉ及び反応部１６Ａ～１６Ｈを円筒状の配管１８に沿うように交互に積層してなる構造としたので、上記の不具合を解決することができる。即ち、吸着器１２から反応器付き熱交換器４の反応部１６Ａ～１６Ｈの反応材２６にＮＨ３が導入されると、ＮＨ３の吸蔵により反応材２６が体積膨張するため、反応部１６Ａ～１６Ｈに内圧（圧力）が作用する。その反応部１６Ａ～１６Ｈに作用する内圧は、硬質断熱材２８を介して円筒状の配管１８で受けることになる。
　ここで、一般に構造力学及び材料力学等の観点から、配管の形状を円筒状（断面円形状）とした場合には、配管の形状を断面矩形状とした場合に比べて、配管の耐圧性が高くなる。このため、配管の形状を断面円形状とした場合に任意の圧力に耐え得る配管の厚さを、配管の形状を断面矩形状とした場合に同じ圧力に耐え得る配管の厚さよりも薄くすることができる。
　従って、配管１８の形状を円筒状とすることにより、配管１８の厚さを薄くしても、反応材２６の体積膨張に伴って反応部１６Ａ～１６Ｈに作用する内圧を当該配管１８により十分に受け止めることができる。このように配管１８を薄肉化することで、配管１８の表面積（体積）が小さくなるため、反応部１６Ａ～１６Ｈから発生した反応熱が配管１８に奪われる割合を低くすることが可能となる。また、化学蓄熱装置１０の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることも可能となる。
　図８は、本発明に係る化学蓄熱装置の他の実施形態における反応器付き熱交換器の斜視図であり、図２に対応する図である。図９は、図８に示した反応器付き熱交換器の正面図であり、図３に対応する図である。図１０は、図９のX－X線断面図であり、図４に対応する図である。本実施形態は、反応器付き熱交換器４における蓋部材１９の構造のみが上記実施形態と異なっている。
　各図において、反応器付き熱交換器４は、２枚の円形状の蓋部材１９を有している。蓋部材１９の外側の面（蓋部材１９における積層体１７の反対側の面）の縁部には、円環状の突部４０が設けられている。配管１８には、各蓋部材１９の突部４０がレーザ溶接等の溶接方法により接合されている。具体的には、各蓋部材１９の突部４０の先端部分が配管１８の縁部の内周面に全周にわたって溶接接合されている。その他の構造は、上記実施形態と同様である。
　このように本実施形態にあっては、各蓋部材１９の突部４０を配管１８に溶接するので、蓋部材１９と配管１８との溶接部分が熱交換部１５のチューブ２４と蓋部材１９とのロウ付け部分から十分に離れるようになる。従って、蓋部材１９と配管１８との溶接時にチューブ２４と蓋部材１９とのロウ付け部分が溶けることを確実に防止できる。
　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、配管１８の形状が断面真円形の円筒状であるが、配管１８の形状としては特にそれには限られず、断面楕円形の円筒状の配管１８を用いてもよく、これに伴い蓋部材１９の外形を楕円形としてもよい。
　また、上記実施形態では、熱交換部１５のチューブ２４と蓋部材１９とがロウ付けにより接合され、蓋部材１９と配管１８とが溶接により接合されているが、接合方法としては特にそれには限られず、例えば熱交換部１５のチューブ２４と蓋部材１９とを溶接により接合してもよい。
　また、上記実施形態では、各熱交換部１５が偏平状のチューブ２４と当該チューブ２４内に配置されたフィン２５とを有し、チューブ２４の両側縁部を蓋部材１９に接合するようにした。しかし、複数の熱交換部１５及び複数の反応部１６からなる積層体１７を円筒状の配管１８により取り囲み、熱交換部１５と反応部１６とを円筒状の配管１８に沿うように交互に積層してなる構造であれば、特に上記の構成には限定されない。
　例えば、反応部が偏平状のチューブと当該チューブ内に充填された反応材とを有し、複数の熱交換部と複数の反応部とを円筒状の配管に沿うように交互に積層してなると共に、各反応部のチューブの開口部を蓋部材により塞ぐようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ３と組成がＭＸａである反応材とを化学反応させて発熱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と化学反応する反応材としては、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と化学反応する反応材としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯ、Ａｌ２Ｏ３等を使用することができる。
　さらに、上記実施形態は、ディーゼルエンジン２から排出される排気ガスを加熱する装置であるが、本発明は、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを加熱する装置、或いはエンジンの排気系以外の熱媒体、例えばオイル等を加熱する装置にも適用可能である。
　１０…化学蓄熱装置、１２…吸着器（貯蔵部）、１４…吸着材、１５，１５Ａ～１５Ｉ…熱交換部、１６，１６Ａ～１６Ｈ…反応部、１７…積層体、１８…配管（管部材）、１９…蓋部材、１９ａ…スリット部（開口部）、２４…チューブ、２５…フィン、２６…反応材（化学蓄熱材）、２７…多孔体、２８…硬質断熱材（断熱材）、４０…突部。

Claims (6)

  1. 　熱媒体を加熱する化学蓄熱装置であって、
    　反応媒体との化学反応により発熱すると共に蓄熱により前記反応媒体を脱離する化学蓄熱材を有する複数の反応部と、
    　前記複数の反応部と協働して積層体を構成し、前記熱媒体を流通させる流路を形成すると共に前記熱媒体と前記反応部との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、
    　前記積層体を取り囲むように設けられた円筒状の管部材と、
    　前記複数の反応部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部とを備え、
    　前記積層体は、前記反応部と前記熱交換部とが前記円筒状の管部材に沿って交互に積層されるように構成されていることを特徴とする化学蓄熱装置。
  2. 　前記複数の熱交換部に対応する複数の開口部を有する２つの蓋部材を更に備え、
    　前記熱交換部は、偏平状のチューブと、前記チューブ内に配置されたフィンとを有し、
    　前記蓋部材は、前記チューブの両側縁部を前記開口部において支持すると共に、前記円筒状の管部材に接合されていることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記フィンが内部に配置された前記チューブは、前記開口部に嵌め込まれた状態で前記蓋部材に一括ろう付けにより接合されており、
    　蓋部材は、前記円筒状の管部材に溶接により接合されていることを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
  4. 　前記蓋部材の外側の面の縁部には、環状の突部が設けられており、
    　前記円筒状の管部材には、前記環状の突部が溶接により接合されていることを特徴とする請求項３記載の化学蓄熱装置。
  5. 　前記積層体と前記円筒状の管部材との間には、断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項記載の化学蓄熱装置。
  6. 　前記反応部は、前記反応媒体を前記化学蓄熱材に供給するための通路を形成する多孔体を有し、
    　前記化学蓄熱材は、前記多孔体を挟んで２段に配置されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項記載の化学蓄熱装置。
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