WO2015194400A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a chemical heat storage device.
- exhaust purification catalysts such as an oxidation catalyst and a NOx catalyst are provided in an exhaust system of a vehicle or the like in order to purify environmental pollutants (HC, CO, NOx, etc.) contained in exhaust gas exhausted from an engine. ing.
- environmental pollutants HC, CO, NOx, etc.
- These exhaust purification catalysts exhibit a high purification capability above the activation temperature. Therefore, for example, when the temperature of the catalyst is low, such as when the engine is cold started, it is necessary to quickly raise the temperature above the activation temperature. Therefore, it has been considered to provide a heating device in the exhaust system for warming up the catalyst at the time of engine cold start or the like and raising the temperature to the activation temperature or higher at an early stage.
- Patent Document 1 discloses a chemical heat storage device that is provided in a vehicle exhaust system and warms up a catalyst as a heating target.
- a reactor having a reaction material (heat storage material) provided on an outer peripheral portion of a catalyst and a reservoir for storing ammonia as a reaction medium are connected via a pipe line, It is disclosed that an open / close valve is provided in this pipeline.
- a chemical heat storage device is a chemical heat storage device that heats an object to be heated, includes a heat storage material that chemically reacts with a reaction medium to generate heat, and heats the object to be heated. And a reservoir for storing the reaction medium, a heater and a reservoir, a connection pipe through which the reaction medium flows, an on-off valve provided in the connection pipe, a controller for controlling opening and closing of the on-off valve, and heating
- An acquisition unit that acquires a value related to the amount of heat generated by the heater when the object is heated, and an estimation unit that estimates a value related to the amount of generated heat of the heater from the amount of reaction medium that can be supplied from the reservoir to the heater,
- the control unit performs open control of the on-off valve to supply the reaction medium from the reservoir to the heater, the difference between the value related to the generated heat amount acquired by the acquiring unit and the value related to the generated heat amount estimated by the estimating unit Judgment processing to determine that an abnormality occurs when the value is greater than or equal
- a value related to the actual generated heat amount of the heater is acquired by the acquiring unit, and a value related to the generated heat amount of the heater is estimated from the amount of reaction medium that can be supplied to the heater by the estimating unit. If the reaction medium cannot move to the heater due to an abnormality in the moving system of the reaction medium, or if the reactivity of the heater is reduced due to an abnormality in the heater, the heater estimated from the amount of reaction medium that can be supplied Compared with the amount of heat generated, the actual amount of heat generated in the heater is reduced. In this case, the temperature rise of the heater or the heating object is small.
- the reaction medium can move to the heater and the reactivity in the heater is not lowered, the estimated generated heat amount and the actual generated heat amount are substantially the same. In this case, the temperature of the heater, the heating object, etc. rises according to the actual amount of heat generated. Therefore, in the chemical heat storage device, when the difference between the value related to the actual generated heat quantity and the value related to the estimated generated heat quantity is equal to or greater than the threshold value, it is determined that there is an abnormality in the moving system of the reaction medium or the abnormality in the heater at an early stage. Can be detected.
- Values related to the amount of generated heat are the rising temperature of the heater that rises according to the amount of generated heat, the rising temperature of the object to be heated that rises according to the amount of generated heat, and the rise of the fluid that flows inside the heating object that rises according to the amount of generated heat It may be the rising temperature of any of the temperatures.
- the value regarding the generated heat quantity may be the generated heat quantity of the heater itself.
- the chemical heat storage device is mounted on a vehicle having an engine as a drive source, and includes a downstream temperature detection unit that detects a temperature of exhaust gas on the downstream side of the heater by heating an object to be heated in an exhaust system of the vehicle,
- the acquisition unit may acquire the rising temperature from the temperature of the downstream exhaust gas detected by the downstream temperature detection unit.
- the chemical heat storage device includes an upstream temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas upstream of the heater, and the acquisition unit is upstream from the temperature of the downstream exhaust gas detected by the downstream temperature detection unit.
- the rising temperature may be acquired from the temperature difference obtained by subtracting the temperature of the upstream exhaust gas detected by the temperature detector.
- the rising temperature of the heater or the like can be obtained with a simple configuration. Further, in the chemical heat storage device, by using the temperature of the exhaust gas upstream of the heater detected by the upstream temperature detector in addition to the temperature of the exhaust gas downstream of the heater detected by the downstream temperature detector. The rising temperature of the heater or the like can be obtained with high accuracy.
- the chemical heat storage device is mounted on a vehicle that uses an engine as a drive source, the heater is disposed on a circulation path of a medium that circulates through the engine or the transmission, and the temperature of the medium on the downstream side of the heater.
- a downstream temperature detection unit that detects the temperature of the medium, and the acquisition unit may acquire the rising temperature from the temperature of the downstream medium detected by the downstream temperature detection unit.
- the chemical heat storage device further includes an upstream temperature detection unit that detects the temperature of the medium upstream of the heater, and the acquisition unit detects the upstream temperature from the temperature of the downstream medium detected by the downstream temperature detection unit. The temperature rise may be acquired from the temperature difference obtained by subtracting the temperature of the upstream medium detected by the section.
- the rising temperature of the heater or the like can be acquired with a simple configuration. Furthermore, in the chemical heat storage device, heating is performed by using the temperature of the medium upstream of the heater detected by the upstream temperature detection unit in addition to the temperature of the medium downstream of the heater detected by the downstream temperature detection unit. It is possible to accurately obtain the rising temperature of the vessel.
- the control unit may perform the determination process when the opening / closing valve is controlled to open when the engine is started.
- the temperature of the exhaust gas is low and the temperature of the heater is also low.
- a large amount of reaction medium is stored in the storage device, so that a large amount of reaction medium can be supplied to the heater, and the amount of heat generated by the heater increases. Therefore, at the time of starting the engine, the determination using the value related to the amount of heat generated by the heater can be performed with high accuracy.
- the estimation unit obtains the storage amount of the reaction medium stored in the reservoir, obtains the amount of reaction medium that can be supplied to the heater from the storage amount of the reaction medium, and heats from the amount of reaction medium that can be supplied.
- a value for the amount of heat generated by the vessel may be estimated. In this way, a value related to the amount of heat generated by the heater can be easily estimated.
- the chemical heat storage device includes a reservoir temperature detector that detects the temperature of the reservoir and a reservoir pressure detector that detects the pressure of the reservoir, and the estimation unit stores the temperature detected by the reservoir temperature detector and the storage.
- the storage amount of the reaction medium may be acquired using the pressure detected by the vessel pressure detector. Thus, the storage amount of the reaction medium stored in the reservoir can be easily obtained from the temperature and pressure of the reservoir.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification system including a chemical heat storage device according to an embodiment.
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of ammonia supplied and the amount of generated heat in the heater of FIG.
- FIG. 4 is a conceptual diagram showing an operation after the valve is opened when the chemical heat storage device shown in FIG. 1 is warmed up.
- FIG. 5 is a flowchart showing an abnormality detection operation during warm-up in the chemical heat storage device shown in FIG.
- the chemical heat storage device is applied to a chemical heat storage device provided in an exhaust gas purification system provided in an exhaust system of a vehicle engine.
- An exhaust gas purification system is a system that purifies harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust gas discharged from an engine (particularly, a diesel engine).
- the exhaust gas purification system includes a catalyst DOC [Diesel Oxidation Catalyst], SCR [Selective Catalytic Reduction] and ASC [Ammonia Slip Catalyst] and a filter DPF [Diesel Particulate Filter].
- the exhaust gas purification system also includes a chemical heat storage device for warming up, and the chemical heat storage device is provided in a heat exchanger disposed between the engine and the DOC.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification system 1 according to an embodiment.
- the exhaust gas purification system 1 includes a heat exchanger 4, a diesel oxidation catalyst (DOC) 5, a diesel exhaust particulate removal filter (DPF) from the upstream side to the downstream side of the exhaust pipe 3 connected to the exhaust side of the engine 2. 6.
- a selective reduction catalyst (SCR) 7 and an ammonia slip catalyst (ASC) 8 are provided.
- Each part where these heat exchangers 4, DOC5, DPF6, SCR7, and ASC8 are arranged is larger than the diameter of the exhaust pipe 3 where the parts are not arranged.
- Exhaust gas discharged from the engine 2 flows inside the exhaust pipe 3 and the heat exchanger 4, DOC5, DPF6, SCR7, and ASC8, and the upstream side and the downstream side are defined by the direction in which the exhaust gas flows.
- the heat exchanger 4 is a device that exchanges (transmits) heat between exhaust gas discharged from the engine 2 and a heater 11 described later.
- the heat exchanger 4 is formed of a metal material having high thermal conductivity, and the inside of the outer cylinder has a honeycomb structure.
- the heat exchanger 4 is not limited to the honeycomb structure, and a known heat exchange structure can be applied.
- the DOC 5 is a catalyst that oxidizes HC, CO, and the like contained in the exhaust gas.
- the DPF 6 is a filter that collects and removes PM contained in the exhaust gas.
- SCR 7 When SCR 7 is supplied with ammonia (NH 3 ) or urea water (hydrolyzed into ammonia) to the upstream side of the exhaust pipe 3 by the injector 7a, it chemically reacts with NOx contained in the exhaust gas. This is a catalyst that reduces and purifies NOx.
- the ASC 8 is a catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the SCR 7 and has flowed downstream.
- Each of the catalysts 5, 7, 8 has a temperature range (that is, an activation temperature) that can exhibit a purification ability against environmental pollutants.
- the temperature of the exhaust gas immediately after being discharged from the engine 2 is relatively low and may be lower than its activation temperature.
- the temperature at each of the catalysts 5, 7, and 8 needs to be quickly brought to the active temperature in order to exert the purification capability at each of the catalysts 5, 7, and 8.
- the exhaust gas purification system 1 includes a chemical heat storage device 10 that heats the most upstream heat exchanger 4 (exhaust gas flowing inside) and warms up the catalyst.
- the chemical heat storage device 10 is a chemical heat storage device that warms up a heating target such as a catalyst without external energy. Specifically, the chemical heat storage device 10 stores a reaction medium that stores heat from an object to be heated and desorbs from the heat storage material, and supplies the stored reaction medium to the heat storage material when necessary. Thus, the heat storage material and the reaction medium are chemically reacted.
- the chemical heat storage device 10 warms an object to be heated using reaction heat (radiation) during a chemical reaction. That is, it can be said that the chemical heat storage device 10 uses a reversible chemical reaction to store heat from the object to be heated and supply heat to the object to be heated.
- the chemical heat storage device 10 heats the heat exchanger 4 disposed on the upstream side of the DOC 5 that is the catalyst located on the most upstream side.
- Exhaust gas flows inside the heat exchanger 4 and is configured to exchange heat with the exhaust gas. Therefore, by disposing the chemical heat storage device 10 on the most upstream side of the pipe through which the exhaust gas flows (the side close to the engine 2), the exhaust gas in a state where the temperature at the time of starting the engine 2 is not so high is converted into a heat exchanger.
- the temperature can be quickly raised before reaching the catalyst (DOC5, SCR7, ASC8) disposed downstream of the No.4.
- the heat exchanger 4 corresponds to the heating object described in the claims.
- the chemical heat storage device 10 includes a heater 11, a storage 12, a connection pipe 13, a valve 14, and the like, and is controlled by a controller 15.
- the heater 11 corresponds to the heater described in the claims
- the storage 12 corresponds to the reservoir described in the claims
- the connecting pipe 13 corresponds to the claims.
- the valve 14 corresponds to an on-off valve described in the claims
- the controller 15 corresponds to a control unit described in the claims.
- the heater 11 is provided on the entire circumference of the outer periphery of the heat exchanger 4, and the cross-sectional shape is an annular shape surrounding the heat exchanger 4.
- the heater 11 has a heat storage material 11a that generates heat by a chemical reaction with a reaction medium (ammonia), and the heat storage material 11a is housed in a casing.
- ammonia is used as the reaction medium.
- the ammonia and the heat storage material 11a chemically react (chemical adsorption or coordination bond) to generate heat.
- the heater 11 when the heat storage material 11a is heated to a predetermined temperature or more by receiving exhaust heat of the exhaust gas, the heat storage material 11a and ammonia are separated (desorbed), and ammonia is released, making it possible to recover the ammonia.
- This predetermined temperature is determined by the combination of the heat storage material 11a used in the heater 11 and the reaction medium.
- the heat storage material 11a is disposed so as to be in contact with the entire circumference of the outer peripheral surface of the outer cylinder of the heat exchanger 4 (the heat exchanger 4 may not include the outer cylinder).
- a material that generates heat by chemically reacting with ammonia as a reaction medium and can raise the exhaust gas passing through the heat exchanger 4 to the activation temperature of the catalyst (DOC5 or the like) is used.
- DOC5 activation temperature of the catalyst
- M alkaline earth metals
- the additive include carbon fibers, carbon beads, SiC beads, metal beads such as Cu, Ag, Ni, Ci—Cr, Al, Fe, and stainless steel, polymer beads, and polymer fibers.
- the casing is disposed so as to cover the entire outer peripheral surface of the heater 11 and the entire upstream end and downstream end of the heater 11, and a sealed space between the outer peripheral surface of the outer cylinder of the heat exchanger 4.
- the heat storage material 11a is enclosed therein.
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of ammonia supplied to the heater 11 and the amount of heat generated.
- the horizontal axis represents the amount of ammonia supplied to the heater 11, and the vertical axis represents the amount of heat generated by the heater 11.
- the amount of generated heat can be obtained from the amount of ammonia supplied to the heater 11.
- the temperature rises as the amount of generated heat increases.
- the temperature rising by the heater 11 corresponding to the amount of generated heat can be obtained by a predetermined conversion formula. This predetermined conversion formula is obtained based on the heat capacity of the heater 11 and the like.
- the storage 12 includes an adsorbent 12a that can hold (adsorb) and separate (release) ammonia as a reaction medium.
- adsorbent 12a for example, activated carbon capable of storing ammonia by physical adsorption is used.
- the storage 12 supplies ammonia to the heater 11 by separating ammonia from the adsorbent 12a. Further, after warming up, the storage 12 receives the exhaust heat of the exhaust gas and recovers ammonia again by physically adsorbing the ammonia desorbed from the heat storage material 11a to the adsorbent 12a.
- the adsorbent 12a is not limited to activated carbon, and for example, mesoporous material having mesopores such as mesoporous silica, mesoporous carbon and mesoporous alumina, or zeolite and silica gel may be used.
- mesoporous material having mesopores such as mesoporous silica, mesoporous carbon and mesoporous alumina, or zeolite and silica gel may be used.
- FIG. 3A is a graph showing the relationship between the temperature in the storage 12 and the ammonia saturated vapor pressure.
- the horizontal axis represents temperature (° C.), and the vertical axis represents ammonia saturated vapor pressure (kPa).
- the temperature in the storage 12 and the ammonia saturated vapor pressure have a relationship indicated by an ammonia saturated vapor pressure curve C1 in which the ammonia saturated vapor pressure increases as the temperature increases. Therefore, the ammonia saturated vapor pressure in the storage 12 can be obtained from the temperature in the storage 12 with reference to the ammonia saturated vapor pressure curve C1.
- the relative pressure in the storage 12 and the ammonia adsorption amount are represented by an ammonia adsorption amount curve C2 in which the ammonia adsorption amount (ammonia storage amount) increases as the relative pressure increases. There is.
- the ammonia adsorption amount in the storage 12 can be obtained from the relative pressure with reference to the ammonia adsorption amount curve C2. If the temperature and pressure in the storage 12 can be obtained from these two relationships, the ammonia saturated vapor pressure is obtained from the temperature in the storage 12, the relative pressure is calculated from the ammonia saturated vapor pressure and the pressure in the storage 12, and this The ammonia adsorption amount can be determined from the relative pressure.
- the amount of ammonia adsorbed (ammonia storage amount) stored in the storage 12 can be estimated from the temperature and pressure in the storage 12.
- the amount of ammonia obtained by subtracting the remaining amount remaining in the storage 12 in order to keep the pressure of the storage 12 and the heater 11 at a predetermined pressure from the amount of ammonia stored in the storage 12 at the time of warm-up. Can be supplied. Therefore, the amount of ammonia that can be supplied to the heater 11 can be obtained from the amount of ammonia stored in the storage 12.
- the connecting pipe 13 is a pipe that connects the heater 11 and the storage 12, and serves as a flow path through which a reaction medium (ammonia) flows between the heater 11 and the storage 12.
- the valve 14 is disposed in the middle of the connection pipe 13 and opens and closes the ammonia flow path between the heater 11 and the storage 12. When the valve 14 is opened, ammonia can be transferred between the heater 11 and the storage 12 via the connecting pipe 13.
- the controller 15 performs opening / closing control of the valve 14.
- the valve 14 is an electromagnetic normally closed valve and opens when a current is passed.
- the valve 14 may be a non-electromagnetic valve.
- FIG. 4 is a conceptual diagram showing an operation after the valve is opened when the chemical heat storage device 10 is warmed up.
- NH 3 present in the heat storage material 11a of the heater 11 shows the ammonia chemically adsorbed to the heat storage material 11a
- NH 3 present in the adsorbent in the 12a of the storage 12 to the adsorbent 12a It shows physisorbed ammonia.
- ammonia A 11 in the heater 11 shown in 4 shows the ammonia gas phase in the heat storage material 11a is not chemically adsorbed. This is, for example, ammonia desorbed from the heat storage material 11a as the temperature of the heat storage material 11a increases, or residual ammonia remaining without being recovered in the storage 12. Depending on the amount of the ammonia A 11, it varies the pressure in the heater 11. In addition to the ammonia physically adsorbed on the adsorbent 12a, ammonia A 12 (gas) not adsorbed on the adsorbent 12a exists in the storage 12. Depending on the amount of adsorbent 12a ammonia A 12 that are not ammonia and adsorption adsorbed to vary the pressure in the storage 12.
- ammonia is stored in the storage 12, so that the pressure in the storage 12 is higher than the pressure in the heater 11.
- the valve 14 is controlled to open in this state, the valve 14 provided in the connection pipe 13 is opened when the moving system is in a normal state.
- ammonia gas moves from the storage 12 to the heater 11 via the connection pipe 13 as shown in FIG. 4.
- the heat storage material 11a and ammonia chemically react to generate heat, and the temperature rises according to the amount of generated heat.
- the pressure is balanced between the heater 11 and the storage 12 connected by the connecting pipe 13 after a short time, and the pressure in the heater 11 and the pressure in the storage 12 are balanced. Becomes the same pressure (equilibrium adsorption pressure). The time until this equilibrium state is reached varies depending on the diffusion rate of ammonia, the length of the connecting pipe 13, the pipe diameter, and the like.
- the heater 11 Even if there is no abnormality in the ammonia moving system, if the heater 11 is abnormal, the reactivity of the chemical reaction in the heater 11 may be reduced. In this case, even if the amount of ammonia that can be supplied moves to the heater 11, the heater 11 does not perform a chemical reaction between the heat storage material 11a and ammonia and generates less heat than when the reactivity is normal. As a result, the temperature rise in the heater 11 is small, and the temperature rise of the object to be heated and the exhaust gas is also small. In some cases, no chemical reaction takes place and the temperature does not rise. Examples of the abnormality of the heater 11 include a case where ammonia leaks due to the heater 11 being damaged, and a case where the heat storage material 11a in the heater 11 is deteriorated.
- the controller 15 includes a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], and the like, and is a control unit that controls the chemical heat storage device 10.
- Various sensors such as temperature sensors 16, 17, 18 and a pressure sensor 19 are connected to the controller 15, and information necessary for control is appropriately acquired from the plurality of sensors. Further, the controller 15 is connected to the valve 14, performs each process for controlling the chemical heat storage device 10 based on the acquired information, and performs opening / closing control of the valve 14 as necessary.
- the controller 15 may be dedicated to the chemical heat storage device 10, or may be incorporated as a function of an ECU such as an engine ECU [Electronic Control Unit].
- the temperature sensor 16 corresponds to the upstream temperature detection unit described in the claims
- the temperature sensor 17 corresponds to the downstream temperature detection unit described in the claims.
- the temperature sensor 18 is equivalent to the reservoir temperature detection unit described in the claims
- the pressure sensor 19 is the reservoir pressure described in the claims. It corresponds to a detection unit
- the processing in the controller 15 corresponds to an estimation unit described in the claims.
- the temperature sensor 16 is a sensor that detects the temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 3 between the engine 2 and the heat exchanger 4.
- the temperature sensor 16 detects the temperature of the exhaust gas upstream of the heat exchanger 4 and the heater 11 at regular intervals, and transmits the detected temperature information to the controller 15.
- the temperature sensor 17 is a sensor that detects the temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 3 between the heat exchanger 4 and the DOC 5.
- the temperature sensor 17 detects the temperature of the exhaust gas on the downstream side of the heat exchanger 4 and the heater 11 at regular intervals, and transmits the detected temperature information to the controller 15.
- the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensors 16 and 17 is used in the following processing of the controller 15 in order to acquire the rising temperature in the heater 11 and the like.
- the volume of the heat storage material 11a provided in the heater 11 expands due to a chemical reaction with ammonia. Therefore, for example, when a temperature sensor is provided inside the heater 11, it is necessary to prevent the temperature sensor from being damaged by receiving pressure due to expansion of the heat storage material 11a.
- the heater 11 forms a sealed space so that the heat storage material 11a enclosed in the casing can repeatedly react with ammonia. Therefore, when a temperature sensor is provided inside the heater 11, it is necessary to sufficiently ensure the airtightness of the sealed space.
- a heat sensor is provided. Temperature sensors 16 and 17 that detect the temperature of the exhaust gas upstream and downstream of the exchanger 4 (heater 11) are used instead.
- the temperature of the exhaust gas necessary for combustion control is acquired by at least one of the temperature sensors 16 and 17. That is, at least one of the temperature sensors 16 and 17 that detect the temperature of the exhaust gas is an essential sensor. Therefore, by using these temperature sensors 16 and 17 also for controlling the chemical heat storage device 10, it is not necessary to separately provide a temperature sensor for acquiring the temperature of the heater 11, and an increase in cost and the number of parts can be suppressed. Can do.
- the temperature sensor 18 is a sensor that detects the temperature in the storage 12.
- the temperature sensor 18 detects the temperature in the storage 12 at regular time intervals, and transmits the detected temperature information to the controller 15.
- the pressure sensor 19 is a sensor that detects the pressure in the storage 12.
- the pressure sensor 19 detects the pressure in the storage 12 at regular intervals, and transmits the detected pressure information to the controller 15.
- the temperature sensors 16, 17, 18 and the pressure sensor 19 have detection response performance (response speed, etc.), respectively. Therefore, each of the temperature sensors 16, 17, and 18 takes time until the temperature after the change in the exhaust pipe 3 or the storage 12 is detected according to the response speed. Further, the pressure sensor 19 takes time until the pressure after the change is detected after the pressure in the storage 12 changes according to the response speed.
- the controller 15 determines whether the temperature of the exhaust gas upstream of the heat exchanger 4 detected by the temperature sensor 16 during operation of the engine 2 is equal to or lower than the warm-up start temperature. When the controller 15 determines that the temperature of the exhaust gas is equal to or lower than the warm-up start temperature, it supplies current to the valve 14 to open the valve 14.
- the warm-up start temperature is a temperature that requires warm-up in the exhaust gas purification system 1.
- the warm-up start temperature is set based on the activation temperature of the catalyst (such as DOC5).
- the controller 15 determines whether or not the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 16 (corresponding to the temperature of the heater 11 (heat storage material 11a)) is higher than the ammonia recoverable temperature. judge.
- the controller 15 determines that the temperature of the exhaust gas is higher than the temperature at which ammonia can be recovered, current is supplied to the valve 14 to open the valve 14.
- the controller 15 determines that the temperature of the exhaust gas is equal to or lower than the temperature at which ammonia can be recovered, the controller 15 stops supplying current to the valve 14 in order to close the valve 14.
- the ammonia recoverable temperature is a temperature at which ammonia can be recovered from the heater 11 after warming up.
- the ammonia recoverable temperature is set based on the temperature at which ammonia is separated from the heat storage material 11a determined by the combination of the heat storage material 11a used in the heater 11 and ammonia. Further, the ammonia recoverable temperature may be set in consideration of the outside air temperature. For example, the higher the outside air temperature, the higher the temperature.
- the controller 15 uses the temperature in the storage 12 detected by the temperature sensor 18 before the supply of current to the valve 14 (that is, the opening control of the valve 14), and FIG.
- the controller 15 calculates a relative pressure by dividing the pressure in the storage 12 detected by the pressure sensor 19 before the opening control of the valve 14 by the ammonia saturated vapor pressure.
- the controller 15 uses this relative pressure to acquire the ammonia adsorption amount in the storage 12 with reference to the ammonia adsorption amount curve C2 shown in FIG.
- the controller 15 subtracts the remaining amount in order to keep the pressure of the storage 12 and the heater 11 at a predetermined pressure from this ammonia adsorption amount (ammonia storage amount), so that the heater 11 before opening control of the valve 14 is subtracted. Obtain the amount of ammonia that can be supplied. Further, the controller 15 assumes that all of the supplyable amount of ammonia has been supplied to the heater 11, and uses this amount of supplyable ammonia to refer to the graph (map) A shown in FIG. The amount of heat generated at 11 is acquired. Then, the controller 15 converts this generated heat amount by a predetermined conversion formula, and estimates the temperature rising by the heater 11.
- the process for estimating the temperature rising by the heater 11 may be performed at any timing before or after the valve 14 is opened, but this estimation process is performed on the heater 11 before the valve 14 is opened. Since the amount of ammonia that can be supplied is required, at least the temperature in the storage 12 detected by the temperature sensor 18 and the pressure in the storage 12 detected by the pressure sensor 19 are acquired before the valve 14 is opened. There is a need.
- the controller 15 measures the time from the start of the valve 14 opening control during warm-up, and determines whether or not the measured time has passed for a certain period of time.
- the certain time is a time required for performing a stable abnormality determination using the temperature rise in the heater 11 during warm-up.
- This fixed time is the longest of the time from when the valve 14 is opened until the pressure reaches an equilibrium state, the detection delay time according to the response speed of the temperature sensors 16, 17, 18 and the pressure sensor 19. Set based on long time.
- the fixed time is, for example, several seconds.
- the controller 15 changes the temperature upstream of the heater 11 detected by the temperature sensor 16 from the temperature downstream of the heater 11 detected by the temperature sensor 17. Subtract the temperature difference. This temperature difference is substituted as the temperature actually increased by the heater 11 during warm-up.
- the temperature difference may be converted using a predetermined conversion formula so that the temperature increased by the heater 11 may be obtained with higher accuracy.
- the controller 15 determines whether this temperature difference (absolute value) is less than a threshold value.
- This threshold value is a threshold value for determining whether the actually measured value and the estimated value of the rising temperature at the heater 11 are substantially the same temperature.
- the threshold value may be set based on detection errors of the temperature sensors 16, 17, 18 and the pressure sensor 19. Further, the temperature of the exhaust gas is detected by temperature sensors 16 and 17 as a substitute for the temperature of the heater 11. Therefore, the threshold value may be set in consideration of the temperature difference between the temperature of the exhaust gas at the location where the temperature sensors 16 and 17 are provided and the temperature of the heater 11 at a location away from the location.
- the controller 15 determines that the ammonia moving system including the connecting pipe 13 and the valve 14 and the heater 11 are normal. On the other hand, if the temperature difference (absolute value) is equal to or greater than the threshold value, the controller 15 determines that there is some abnormality in the ammonia moving system or the heater 11, and notifies the vehicle driver of the abnormality.
- This abnormality notification includes, for example, lighting of a warning lamp of the chemical heat storage device 10, display of information indicating an abnormality of the chemical heat storage device 10 (particularly, the connection pipe 13, the valve 14, and the heater 11) and output of sound. .
- FIG. 5 is a flowchart showing an abnormality detection operation during warm-up in the chemical heat storage device 10.
- the controller 15 determines whether or not the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 16 is equal to or lower than the warm-up start temperature (S1). If it is determined in S1 that the temperature of the exhaust gas is higher than the warm-up start temperature, the controller 15 stops supplying current to the valve 14 (S2). The valve 14 is closed because no current is supplied. In this case, ammonia cannot move through the connecting pipe 13. The determination of S1 is repeatedly performed until the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 16 becomes equal to or lower than the warm-up start temperature.
- the controller 15 calculates the temperature (estimated value) that rises in the heater 11 (S3).
- the controller 15 acquires the ammonia storage amount in the storage 12 from the temperature in the storage 12 detected by the temperature sensor 18 and the pressure in the storage 12 detected by the pressure sensor 19.
- the controller 15 subtracts the remaining amount in order to keep the pressure of the storage 12 and the heater 11 at a predetermined pressure from the ammonia storage amount, and acquires the ammonia amount that can be supplied to the heater 11.
- the controller 15 obtains the amount of heat generated in the heater 11 with reference to the graph A shown in FIG.
- ammonia flowing in the connection pipe 13 is supplied to the heater 11.
- the pressure in the heater 11 and the pressure in the storage 12 become the same pressure in a short time after opening the valve 14 (pressure equilibrium state).
- the heater 11 generates heat through a chemical reaction between the supplied amount of ammonia and the heat storage material 11a, and the temperature rises according to the amount of generated heat.
- this heat is transferred to the outer cylinder of the heat exchanger 4 and is transferred to the inside of the heat exchanger 4 due to the heat transfer effect.
- the entire heat exchanger 4 is heated, and the exhaust gas flowing inside the heat exchanger 4 is quickly heated. Further, the heated exhaust gas flows downstream, and the temperature of each catalyst of DOC5, SCR7, and ASC8 rises. And when the temperature of each catalyst becomes more than the activation temperature, the exhaust gas can be purified.
- the controller 15 measures the time from the start of the opening control of the valve 14 in S4, and determines whether or not a certain time has elapsed from the start (S5). The determination in S5 is repeated until a certain time has elapsed. If it is determined in S5 that the fixed time has elapsed, the controller 15 rises in the heater 11 from the temperature on the upstream side of the heater 11 detected by the temperature sensor 16 and the temperature on the downstream side of the heater 11 detected by the temperature sensor 17. A temperature (actually measured value) is acquired (S6). Here, the temperature actually increased by the heater 11 is acquired. However, when ammonia is not supplied to the heater 11 or when the reactivity of the heater 11 is lowered, the temperature of the heater 11 is not increased.
- the controller 15 calculates the difference (absolute value) between the actually measured value and the estimated value of the rising temperature at the heater 11, and determines whether the difference is less than the threshold value (S7).
- S7 the difference is less than the threshold value (the temperature actually increased by the heater 11 after a certain time has elapsed from the start of the opening control of the valve 14 and the temperature increased by the heater 11 estimated from the amount of ammonia that can be supplied).
- the controller 15 determines that there is no abnormality in the ammonia moving system and the heater 11.
- the controller 15 detects that there is an abnormality in the ammonia moving system or the heater 11 (S8), and notifies the vehicle driver that there is an abnormality (S9). In this case, the ammonia separated from the adsorbent 12a in the storage 12 has not moved normally to the heater 11, and any one of the connecting pipe 13, the valve 14, and the heater 11 is abnormal.
- the temperature of the exhaust gas is low and the temperature of the heater 11 is also low before the engine 2 is started.
- a sufficient amount of ammonia is stored in the storage 12 before the engine 2 is started, so that a large amount of ammonia can be supplied to the heater 11 and the amount of heat generated by the heater 11 also increases. Therefore, when the engine 2 is started, the temperature rising by the heater 11 becomes large, and the determination using the temperature rising by the heater 11 can be performed with high accuracy.
- the generated heat amount is estimated from the actual rising temperature corresponding to the generated heat amount of the heater 11 and the amount of ammonia that can be supplied.
- the threshold value By determining that there is an abnormality when the difference from the raised temperature is greater than or equal to the threshold value, it is possible to detect an abnormality in the ammonia moving system or the heater 11 at an early stage. In particular, if this determination is performed when the engine 2 is started, the determination can be made with high accuracy.
- the heater 11 is not provided with a separate temperature sensor.
- the actual temperature rise at can be obtained with high accuracy.
- the storage amount of ammonia stored in the storage 12 can be easily obtained from the temperature and pressure of the storage 12.
- the amount of ammonia that can be supplied to the heater 11 can be acquired by using this ammonia storage amount, and the amount of heat generated or increased by the heater 11 can be easily calculated from the amount of ammonia that can be supplied. The temperature can be estimated.
- the present invention is applied to an exhaust gas purification system including DOC, SCR, and ASC as a catalyst and DPF as a filter.
- the present invention may be applied to an exhaust gas purification system having other configurations, for example, DOC, SCR, ASC.
- the present invention may be applied to an exhaust gas purification system that does not include any one or two of these catalysts, or an exhaust gas purification system that includes a catalyst other than DOC, SCR, and ASC.
- the vehicle is a diesel engine vehicle, it can also be applied to a gasoline engine vehicle. Further, the present invention can also be applied to other mounted objects such as ships and generators using an engine as a drive source.
- 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 heater of the chemical heat storage device may be disposed on the outer peripheral portion (a part of the outer peripheral portion or the entire outer periphery of the outer peripheral portion) of the heat medium flow path through which the heat medium flows to heat the heat medium flow path itself.
- the heat medium flow path becomes a heating object.
- the heater is placed on the circulation path of the engine or the medium (engine oil, transmission oil, etc.) circulating through the transmission.
- the chemical heat storage device includes a downstream temperature detection unit that detects the temperature of the medium on the downstream side of the heater, and an upstream temperature detection unit that detects India of the medium on the upstream side of the heater.
- the acquisition unit may acquire the rising temperature from the temperature of the downstream medium detected by the downstream temperature detection unit.
- the acquisition unit may acquire the rising temperature from a temperature difference obtained by subtracting the temperature of the upstream medium detected by the upstream temperature detection unit from the temperature of the downstream medium detected by the downstream temperature detection unit.
- a heat exchanger may be disposed in the heat medium flow path through which the heat medium flows to heat the heat exchanger.
- the heat exchanger becomes a heating object.
- a heat exchanger integrated heater in which a plurality of heaters equipped with heat storage materials and heat exchange parts such as heat exchange fins are alternately arranged is configured, and the heat medium stores the heat exchanger integrated heater. You may arrange
- a heater may be provided inside the exhaust gas pipe.
- a configuration in which a plurality of heaters and heat exchange units are alternately stacked may be employed.
- reaction medium is ammonia in the above embodiment
- other reaction medium such as alcohol or water
- each material of the heat storage material and the adsorbent when the reaction medium is ammonia is exemplified, but depending on the reaction medium used in the chemical heat storage device, other materials may be used as appropriate for the heat storage material and the adsorbent. Used.
- the temperature sensor which detects the temperature of exhaust gas is between a heat exchanger and an engine (upstream side of a heater), and between a heat exchanger and DOC (although provided on the downstream side of the heater, the temperature sensor may be provided only between the heat exchanger and the DOC.
- the temperature sensor on the upstream side of the heater can be reduced, and the configuration can be simplified.
- the heater can be provided with a temperature sensor
- the heater may be provided with a temperature sensor to directly detect the temperature in the heater.
- the temperature in the heater is used, the temperature in the heater before the valve opening control is subtracted from the temperature in the heater after the valve opening control to obtain the temperature rising by the heater.
- the abnormality is determined after a lapse of a certain time from the start of the valve opening control.
- the abnormality may be determined without waiting for a certain time after the valve opening control is started. Good.
- the delay time of detection of the temperature sensor or pressure sensor or the time from when the valve is opened until the pressure is in an equilibrium state is very short, and it is not necessary to consider those times It is.
- the absolute value of the difference between the actually measured value and the estimated value of the rising temperature of the heater is calculated, and it is determined whether the absolute value of the difference is equal to or greater than (less than) the threshold value. You may judge without using. For example, in the case of warm-up, if the ammonia moving system is abnormal, the heater will not raise the temperature (the measured value of the heater's rising temperature is approximately 0), so the measured value is subtracted from the estimated value of the heater's rising temperature. A difference is acquired, and it is determined whether the difference is equal to or greater than a threshold value.
- the abnormality determination process is performed using the rising temperature of the heater that rises according to the amount of heat generated by the heater.
- a heating object that rises according to the amount of heat generated by the heater for example, heat exchange
- the abnormality determination process may be performed using the rising temperature in the vessel, or the abnormality determination process may be performed using the rising temperature of the exhaust gas (fluid) flowing inside the heating object that rises according to the amount of heat generated by the heater.
- the abnormality determination process may be performed using the amount of heat generated by the heater itself.
- SYMBOLS 1 Exhaust gas purification system, 2 ... Engine, 3 ... Exhaust pipe, 4 ... Heat exchanger, 5 ... Diesel oxidation catalyst (DOC), 6 ... Diesel exhaust particulate filter (DPF), 7 ... Selective reduction catalyst (SCR) 7a ... injector, 8 ... ammonia slip catalyst (ASC), 10 ... chemical heat storage device, 11 ... heater, 12 ... storage, 13 ... connecting pipe, 14 ... valve, 15 ... controller, 16, 17, 18 ... temperature sensor, 19 ... Pressure sensor.
- DOC Diesel oxidation catalyst
- DPF Diesel exhaust particulate filter
- SCR Selective reduction catalyst
- ASC ammonia slip catalyst
- 10 chemical heat storage device, 11 ... heater, 12 ... storage, 13 ... connecting pipe, 14 ... valve, 15 ... controller, 16, 17, 18 ... temperature sensor, 19 ... Pressure sensor.
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Abstract
加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置１０であって、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材１１ａを有する加熱器１１と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器１２と、加熱器１１と貯蔵器１２とを接続する接続管１３と、接続管１３に設けられる開閉弁１４と、開閉弁１４の開閉を制御する制御部１５と、加熱時における加熱器１１の発生熱量に関する値を取得する取得部１５と、貯蔵器１２から加熱器１１に供給可能な反応媒体の量から加熱器１１の発生熱量に関する値を推定する推定部１５とを備え、制御部１５は、反応媒体を加熱器１１に供給するために開閉弁１４の開制御を行った場合に、取得部１５で取得した発生熱量に関する値と推定部１５で推定した発生熱量に関する値との差が閾値以上の場合に異常と判定する。
Description
本発明は、化学蓄熱装置に関する。
車両等の排気系には、エンジンから排出される排気ガスに含まれる環境汚染物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するために、酸化触媒やＮＯｘ触媒等、種々の排気浄化触媒が設けられている。これらの排気浄化触媒は、活性温度以上で高い浄化能力を発揮する。従って、例えば、エンジン冷間始動時等の触媒の温度が低い時には、これを早期に活性温度以上に昇温させる必要がある。そこで、エンジン冷間始動時等に触媒を暖機して早期に活性温度以上に昇温させるための加熱装置を排気系に設けることが考えられている。この種の加熱装置としては、反応媒体と蓄熱材との化学反応の熱を利用する化学蓄熱装置が知られている。この化学蓄熱装置は、エネルギロス（燃費ロス）を低減しつつ触媒の暖機を行うことが可能である。例えば、特許文献１には、車両排気系に設けられた、加熱対象物としての触媒を暖機する化学蓄熱装置が開示されている。この特許文献１には、触媒の外周部に設けられた反応材料（蓄熱材）を有する反応器（加熱器）と反応媒体としてのアンモニアを貯蔵する貯蔵器とが管路を介して接続され、この管路に開閉弁が設けられることが開示されている。
加熱器でアンモニアを蓄熱材と反応させて加熱対象物を加熱する暖機を行う場合、又は貯蔵器で蓄熱材から脱離したアンモニアの回収を行う場合、所望の量のアンモニアを加熱器と貯蔵器との間で移動させる。このとき、管路に設けられた開閉弁は開制御され、管路を介したアンモニアの移動が可能となっている。しかしながら、例えば、開閉弁の故障や管路の詰まり等のアンモニアの移動経路（移動系）における異常が発生すると、加熱器と貯蔵器との間におけるアンモニアの移動が阻害される。また、加熱器の破損によるアンモニアの漏れや蓄熱材の劣化等の加熱器における異常が発生すると、加熱器での反応性が低下する。このような場合、意図したとおりの暖機やアンモニアの回収ができなくなる。
そこで、本技術分野においては、反応媒体の移動系の異常や加熱器の異常を早期に検知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であって、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有し、加熱対象物を加熱する加熱器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、加熱器と貯蔵器とを接続し、反応媒体が流れる接続管と、接続管に設けられる開閉弁と、開閉弁の開閉を制御する制御部と、加熱対象物の加熱時における加熱器の発生熱量に関する値を取得する取得部と、貯蔵器から加熱器に供給可能な反応媒体の量から加熱器の発生熱量に関する値を推定する推定部とを備え、制御部は、反応媒体を貯蔵器から加熱器に供給するために開閉弁の開制御を行った場合に、取得部で取得した発生熱量に関する値と推定部で推定した発生熱量に関する値との差が閾値以上の場合に異常と判定する判定処理を行う。
この化学蓄熱装置では、取得部によって加熱器の実際の発生熱量に関する値を取得するとともに、推定部によって加熱器に供給可能な反応媒体の量から加熱器の発生熱量に関する値を推定する。反応媒体の移動系の異常で反応媒体が加熱器まで移動できない場合、あるいは加熱器の異常で加熱器での反応性が低下している場合、供給可能な反応媒体の量から推定される加熱器の発生熱量に比べて、加熱器での実際の発生熱量が少なくなる。この場合、加熱器や加熱対象物等の温度上昇は少ない。一方、反応媒体が加熱器まで移動でき、加熱器での反応性も低下していない場合、推定の発生熱量と実際の発生熱量とは略同じになる。この場合、その実際の発生熱量に応じて加熱器や加熱対象物等の温度が上昇する。したがって、化学蓄熱装置では、実際の発生熱量に関する値と推定の発生熱量に関する値との差が閾値以上の場合に異常と判定することにより、反応媒体の移動系の異常や加熱器の異常を早期に検知できる。
発生熱量に関する値は、発生熱量に応じて上昇する加熱器の上昇温度、発生熱量に応じて上昇する加熱対象物の上昇温度、発生熱量に応じて上昇する加熱対象物の内部を流れる流体の上昇温度のうちのいずれかの上昇温度であってよい。なお、発生熱量に関する値は、加熱器の発生熱量自体でもよい。
化学蓄熱装置は、エンジンを駆動源とする車両に搭載され、当該車両の排気系における加熱対象物を加熱し、加熱器の下流側の排気ガスの温度を検出する下流側温度検出部を備え、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の排気ガスの温度から上昇温度を取得してよい。さらに、化学蓄熱装置は、加熱器の上流側の排気ガスの温度を検出する上流側温度検出部を備え、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の排気ガスの温度から上流側温度検出部で検出した上流側の排気ガスの温度を減算した温度差から上昇温度を取得してよい。
この化学蓄熱装置では、下流側温度検出部で検出した加熱器の下流側の排気ガスの温度だけを用いることにより、簡易な構成で加熱器等の上昇温度を取得することができる。さらに、化学蓄熱装置では、下流側温度検出部で検出した加熱器の下流側の排気ガスの温度に加えて上流側温度検出部で検出した加熱器の上流側の排気ガスの温度を用いることにより、加熱器等の上昇温度を精度良く取得することができる。
化学蓄熱装置では、化学蓄熱装置は、エンジンを駆動源とする車両に搭載され、加熱器は、エンジンあるいは変速機を循環する媒体の循環経路上に配置され、加熱器の下流側の媒体の温度を検出する下流側温度検出部を備え、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から上昇温度を取得してよい。さらに、化学蓄熱装置は、加熱器の上流側の媒体の温度を検出する上流側温度検出部を備え、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から上流側温度検出部で検出した上流側の媒体の温度を減算した温度差から上昇温度を取得してよい。
この化学蓄熱装置では、下流側温度検出部で検出した加熱器の下流側の媒体の温度だけを用いることにより、簡易な構成で加熱器等の上昇温度を取得することができる。さらに、化学蓄熱装置では、下流側温度検出部で検出した加熱器の下流側の媒体の温度に加えて上流側温度検出部で検出した加熱器の上流側の媒体の温度を用いることにより、加熱器等の上昇温度を精度良く取得することができる。
制御部は、エンジンの始動時に開閉弁の開制御を行った場合に判定処理を行ってよい。エンジンの始動前は、排気ガスの温度が低く、加熱器の温度も低い。また、エンジンの始動前は、貯蔵器に多くの量の反応媒体が貯蔵されており、加熱器に多くの量の反応媒体を供給でき、加熱器で発生する熱量が多くなる。そのため、エンジン始動時には、加熱器の発生熱量に関する値を用いた判定を精度良く行うことができる。
推定部は、貯蔵器に貯蔵された反応媒体の貯蔵量を取得し、当該反応媒体の貯蔵量から加熱器に供給可能な反応媒体の量を取得し、当該供給可能な反応媒体の量から加熱器の発生熱量に関する値を推定してよい。このように、簡単に加熱器の発生熱量に関する値を推定できる。
化学蓄熱装置は、貯蔵器の温度を検出する貯蔵器温度検出部と、貯蔵器の圧力を検出する貯蔵器圧力検出部とを備え、推定部は、貯蔵器温度検出部で検出した温度と貯蔵器圧力検出部で検出した圧力を用いて反応媒体の貯蔵量を取得してよい。このように、貯蔵器の温度と圧力から簡単に貯蔵器に貯蔵されている反応媒体の貯蔵量を取得できる。
この化学蓄熱装置によれば、反応媒体の移動系の異常や加熱器の異常を早期に検知できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る化学蓄熱装置を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
一実施形態に係る化学蓄熱装置は、車両のエンジンの排気系に設けられる排気ガス浄化システムに備えられる化学蓄熱装置に適用される。一実施形態に係る排気ガス浄化システムは、エンジン（特に、ディーゼルエンジン）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。排気ガス浄化システムは、触媒のＤＯＣ[Diesel Oxidation Catalyst]、ＳＣＲ[SelectiveCatalytic Reduction]とＡＳＣ[Ammonia Slip Catalyst]及びフィルタのＤＰＦ[Diesel Particulate Filter]を備えている。また、一実施形態に係る排気ガス浄化システムは、暖機用の化学蓄熱装置も備えており、化学蓄熱装置がエンジンとＤＯＣとの間に配置される熱交換器に設けられる。
図１を参照して、一実施形態に係る排気ガス浄化システム１の全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係る排気ガス浄化システム１の概略構成図である。
排気ガス浄化システム１は、エンジン２の排気側に接続された排気管３の上流側から下流側に向けて、熱交換器４、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）６、選択還元触媒（ＳＣＲ）７、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）８を備えている。これら熱交換器４、ＤＯＣ５、ＤＰＦ６、ＳＣＲ７、ＡＳＣ８が配設される各部分は、配設されない部分の排気管３の径よりも大きくなっている。排気管３及び熱交換器４、ＤＯＣ５、ＤＰＦ６、ＳＣＲ７、ＡＳＣ８の各内部にはエンジン２から排出される排気ガスが流れ、排気ガスの流れる方向によって上流側や下流側が規定される。
熱交換器４は、エンジン２から排出された排気ガスと後述するヒータ１１との間で熱の交換（伝達）を行う機器である。熱交換器４は、高熱伝導性を有する金属材料で形成され、外筒の内部がハニカム構造となっている。なお、熱交換器４はハニカム構造に限らず、周知の熱交換構造を適用可能である。
ＤＯＣ５は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化する触媒である。ＤＰＦ６は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ７は、インジェクタ７ａによって排気管３内の上流側にアンモニア（ＮＨ３）あるいは尿素水（加水分解してアンモニアになる）が供給されると、アンモニアと排気ガス中に含まれるＮＯｘとを化学反応させることによって、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ８は、ＳＣＲ７をすり抜けて下流側に流れたアンモニアを酸化する触媒である。
各触媒５，７，８には、環境汚染物質に対する浄化能力を発揮できる温度領域（すなわち、活性温度）が存在する。しかし、エンジン２の始動直後などは、エンジン２から排出された直後の排気ガスの温度は比較的低温であり、その活性温度より低い場合がある。そこで、エンジン２の始動直後などでも、各触媒５，７，８で浄化能力を発揮させるために、各触媒５，７，８での温度を迅速に活性温度にする必要がある。そのために、排気ガス浄化システム１は、最上流の熱交換器４（内部を流れる排気ガス）を加熱し、触媒の暖機を行う化学蓄熱装置１０を備えている。
化学蓄熱装置１０は、外部エネルギレスで触媒などの加熱対象物を暖機する化学蓄熱装置である。具体的には、化学蓄熱装置１０は、加熱対象物からの熱を蓄熱して蓄熱材から脱離する反応媒体を蓄えておき、その蓄えられた反応媒体を必要なときに蓄熱材に供給することで蓄熱材と反応媒体とを化学反応させる。化学蓄熱装置１０は、化学反応時の反応熱（放熱）を利用して加熱対象物を暖めるものである。即ち、化学蓄熱装置１０は、可逆的な化学反応を利用して、加熱対象物からの熱を蓄えるとともに、加熱対象物に熱を供給するものであるといえる。この実施形態では、化学蓄熱装置１０は、最も上流に位置する触媒であるＤＯＣ５より上流側に配置した熱交換器４を加熱する。熱交換器４の内部には排気ガスが流れており、排気ガスとの間で熱交換をする構成となっている。したがって、排気ガスの流れる配管の最も上流側（エンジン２に近い側）に化学蓄熱装置１０を配置することによって、エンジン２の始動時等における温度がさほど高くない状態の排気ガスを、熱交換器４の下流に配置された触媒（ＤＯＣ５，ＳＣＲ７、ＡＳＣ８）へ到達する前に迅速に昇温できる。なお、この実施形態では、熱交換器４が特許請求の範囲に記載の加熱対象物に相当する。
化学蓄熱装置１０は、ヒータ１１、ストレージ１２、接続管１３、バルブ１４等を備えており、コントローラ１５によって制御される。なお、この実施形態では、ヒータ１１が特許請求の範囲に記載の加熱器に相当し、ストレージ１２が特許請求の範囲に記載の貯蔵器に相当し、接続管１３が特許請求の範囲に記載の接続管に相当し、バルブ１４が特許請求の範囲に記載の開閉弁に相当し、コントローラ１５が特許請求の範囲に記載の制御部に相当する。
ヒータ１１は、熱交換器４の外周部の全周に設けられ、断面形状が熱交換器４を囲む環状である。ヒータ１１は、反応媒体（アンモニア）との化学反応により発熱する蓄熱材１１ａを有しており、この蓄熱材１１ａがケーシングに収納されている。ここでは、反応媒体としてアンモニアを用いている。ヒータ１１では、アンモニアが供給されるとアンモニアと蓄熱材１１ａとが化学反応（化学吸着または配位結合）し、熱を発生させる。また、ヒータ１１では、排気ガスの排熱を受けて蓄熱材１１ａが所定温度以上になると蓄熱材１１ａとアンモニアとが分離（脱離）して、アンモニアを放出し、アンモニアの回収が可能となる。この所定温度は、ヒータ１１で用いられる蓄熱材１１ａと反応媒体との組み合わせなどによって決まる。
蓄熱材１１ａは、熱交換器４の外筒の外周面の全周に接するように配設される（なお、熱交換器４は外筒を備えなくともよい）。蓄熱材１１ａとしては、反応媒体であるアンモニアと化学反応して発熱し、熱交換器４を通過する排気ガスを触媒（ＤＯＣ５等）の活性温度以上に昇温できる材料を用いる。アンモニアと反応した後の蓄熱材１１ａは、熱交換器４を流れる高温の排気ガスからの熱を蓄熱すると、アンモニアを脱離する。この蓄熱材１１ａの材料としては、ハロゲン化合物のＭＸａの組成を持つ材料であり、Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどの遷移金属であり、ＸがＣｌ、Ｂｒ、Ｉなどであり、ａ＝２、３である。なお、蓄熱材１１ａには、熱伝導性を向上させる添加物を混合してもよい。添加物としては、例えば、カーボンファイバ、カーボンビーズ、ＳｉＣビーズ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ－Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、ステンレスなどの金属ビーズ、高分子ビーズ、高分子ファイバである。ケーシングは、ヒータ１１の外周側の全面及びヒータ１１の上流端部と下流端部の全面を覆うように配設され、熱交換器４の外筒の外周面との間で密閉された空間を形成し、その中に蓄熱材１１ａを封入している。このように、蓄熱材１１ａは密閉空間内に封入されているので、アンモニアと繰り返し化学反応できる。なお、蓄熱材１１ａとケーシングとの間に断熱材を設けてもよいし、グラファイトシート、アルミニウムなどの金属シートなどで形成された熱伝導シートを設けてもよい。
図２を参照して、ヒータ１１におけるアンモニア供給量、発生熱量、上昇温度の関係について説明する。図２は、ヒータ１１におけるアンモニア供給量と発生熱量との関係を示すグラフであり、横軸がヒータ１１に供給されるアンモニア供給量であり、縦軸がヒータ１１で発生する熱量である。ストレージ１２からヒータ１１にアンモニアが供給されると、アンモニアの供給量に対応する量の蓄熱材１１ａがアンモニアと化学反応し、熱を発生させる。したがって、図２に示すように、ヒータ１１へのアンモニア供給量が増加するとヒータ１１での発生熱量が線形に増加する。したがって、この線形のグラフＡを参照して、ヒータ１１へのアンモニアの供給量から発生熱量を求めることができる。ヒータ１１では、この発生熱量が増加するほど温度が上昇する。この発生熱量に応じたヒータ１１で上昇する温度は、所定の換算式で求めることができる。この所定の換算式は、ヒータ１１の熱容量などに基づいて得られる。
ストレージ１２は、反応媒体であるアンモニアを保持（吸着）及び分離（放出）が可能な吸着材１２ａが内蔵されている。吸着材１２ａとしては、例えば、物理吸着によるアンモニアの貯蔵が可能な活性炭が用いられる。ストレージ１２は、アンモニアを吸着材１２ａから分離させてヒータ１１に供給する。また、ストレージ１２は、暖機終了後には排気ガスの排熱を受けて蓄熱材１１ａより脱離したアンモニアを吸着材１２ａに物理吸着させることで再び回収する。なお、吸着材１２ａとしては、活性炭に限られず、例えば、メソポーラスシリカ、メソポーラスカーボンやメソポーラスアルミナ等のメソ孔を有するメソポーラス材、または、ゼオライト、シリカゲルを用いてもよい。
図３を参照して、ストレージ１２のおける温度、圧力、アンモニア吸着量（ストレージ１２で貯蔵されているアンモニアの貯蔵量）の関係について説明する。図３（ａ）は、ストレージ１２内の温度－アンモニア飽和蒸気圧の関係を示すグラフであり、横軸が温度（℃）であり、縦軸がアンモニア飽和蒸気圧（ｋＰａ）である。図３（ｂ）は、ストレージ１２内の相対圧力（＝ストレージ１２内の圧力／アンモニア飽和蒸気圧）－アンモニア吸着量の関係を示すグラフであり、横軸が相対圧力であり、縦軸がアンモニア吸着量（ｇ）である。
ストレージ１２内の温度とアンモニア飽和蒸気圧とは、図３（ａ）に示すように、温度が高くなるとアンモニア飽和蒸気圧が高くなるアンモニア飽和蒸気圧曲線Ｃ１で示す関係がある。したがって、このアンモニア飽和蒸気圧曲線Ｃ１を参照して、ストレージ１２内の温度からストレージ１２内のアンモニア飽和蒸気圧を求めることができる。また、ストレージ１２内の相対圧力とアンモニア吸着量とは、図３（ｂ）に示すように、相対圧力が高くなるとアンモニア吸着量（アンモニアの貯蔵量）が増加するアンモニア吸着量曲線Ｃ２で示す関係がある。したがって、このアンモニア吸着量曲線Ｃ２を参照して、相対圧力からストレージ１２内のアンモニア吸着量を求めることができる。この２つの関係から、ストレージ１２内の温度と圧力を取得できると、ストレージ１２内の温度からアンモニア飽和蒸気圧を求め、このアンモニア飽和蒸気圧とストレージ１２内の圧力から相対圧力を算出し、この相対圧力からアンモニア吸着量を求めることができる。
このように、ストレージ１２内の温度と圧力から、ストレージ１２に貯蔵されているアンモニア吸着量（アンモニア貯蔵量）を推定できる。暖機時には、このストレージ１２のアンモニアの貯蔵量から、暖機時においてストレージ１２及びヒータ１１の圧力を所定圧に保つためにストレージ１２に残存している残存量を減算した量のアンモニアをヒータ１１に供給可能である。したがって、ストレージ１２のアンモニア貯蔵量から、ヒータ１１に供給可能なアンモニアの量を求めることができる。
接続管１３は、ヒータ１１とストレージ１２とを接続する管であり、ヒータ１１とストレージ１２との間で反応媒体（アンモニア）が流れる流路となる。バルブ１４は、接続管１３の途中に配設され、ヒータ１１とストレージ１２との間のアンモニアの流路を開閉するバルブである。バルブ１４が開かれると、接続管１３を介してヒータ１１とストレージ１２との間でアンモニアの移動が可能となる。バルブ１４の開閉制御は、コントローラ１５で行われる。バルブ１４は、電磁式のノーマリクローズのバルブであり、電流を流したときに開く。なお、バルブ１４は、電磁式以外のバルブでもよい。
図４を参照して、この接続管１３及びバルブ１４によるヒータ１１とストレージ１２との間のアンモニアの移動（特に、暖機時）について説明する。図４は、化学蓄熱装置１０の暖機時にバルブを開いた後の動作を示す概念図である。なお、図４において、ヒータ１１の蓄熱材１１ａ内に存在するＮＨ３は蓄熱材１１ａに化学吸着されたアンモニアを示しており、ストレージ１２の吸着材１２ａ内に存在するＮＨ３は吸着材１２ａに物理吸着されたアンモニアを示している。
図４に示すヒータ１１内のアンモニアＡ１１は、蓄熱材１１ａに化学吸着されていない気相のアンモニアを示す。これは、例えば、蓄熱材１１ａの昇温にともなって蓄熱材１１ａから脱離したアンモニアや、ストレージ１２に回収されずに残留した残留アンモニアなどである。このアンモニアＡ１１の量に応じて、ヒータ１１内の圧力が変わる。また、ストレージ１２内には、吸着材１２ａに物理吸着されたアンモニア以外にも、吸着材１２ａに吸着されていないアンモニアＡ１２（気体）が存在する。これら吸着材１２ａに吸着されたアンモニア及び吸着されていないアンモニアＡ１２の量に応じて、ストレージ１２内の圧力が変わる。
加熱対象物の暖機前は、ストレージ１２内にアンモニアが貯蔵されているので、ストレージ１２の圧力がヒータ１１内の圧力よりも高くなっている。この状態でバルブ１４を開制御すると、移動系が正常状態にある時には、接続管１３に設けられたバルブ１４が開かれる。また、ストレージ１２とヒータ１１との圧力差により、図４に示すように、アンモニア（気体）がストレージ１２からヒータ１１へ接続管１３を介して移動する。そして、ヒータ１１では、蓄熱材１１ａとアンモニアとが化学反応して熱を発生し、その発生した熱量に応じて温度が上昇する。この暖機時等にバルブ１４が開かれると、短時間後に接続管１３で接続されたヒータ１１とストレージ１２との間で圧力が平衡状態になり、ヒータ１１内の圧力とストレージ１２内の圧力とが同じ圧力（平衡吸着圧）になる。この平衡状態になるまでの時間は、アンモニアの拡散速度及び接続管１３の長さや管径等により異なる。
しかし、接続管１３とバルブ１４からなるアンモニアの移動系に異常が発生すると、接続管１３を介したヒータ１１とストレージ１２との間でのアンモニアの移動が、正常状態と同じように行われない場合がある。この場合、バルブ１４の開制御が開始されてから所定時間が経過しても、ストレージ１２に貯蔵されているアンモニアがヒータ１１へ移動しない。そのため、ヒータ１１では、蓄熱材１１ａとアンモニアとの化学反応が行われず、熱を発生しない。その結果、ヒータ１１の温度が上昇せず、加熱対象物や排気ガスの温度も上昇しない。アンモニアの移動系の異常としては、例えば、経年劣化等による機械的故障又は電気的故障でバルブ１４が開かない場合、蓄熱材１１ａの一部が欠落したものが接続管１３内に詰まった場合、接続管１３の一部が破損した場合などがある。
アンモニアの移動系に異常がない場合でも、ヒータ１１に異常があると、ヒータ１１での化学反応の反応性が低下する場合がある。この場合、供給可能な量のアンモニアがヒータ１１に移動しても、ヒータ１１では、反応性が正常な場合よりも蓄熱材１１ａとアンモニアとの化学反応が行われず、発生する熱量が少ない。その結果、ヒータ１１での温度上昇も少なく、加熱対象物や排気ガスの温度上昇も少ない。全く化学反応が行われず、温度が上昇しない場合もある。ヒータ１１の異常としては、例えば、ヒータ１１の破損よってアンモニアが漏れる場合、ヒータ１１内の蓄熱材１１ａが劣化している場合などがある。
コントローラ１５は、ＣＰＵ[CentralProcessing Unit]、ＲＯＭ[ReadOnly Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、化学蓄熱装置１０を制御する制御部である。コントローラ１５には、温度センサ１６，１７，１８、圧力センサ１９などの各種センサが接続されており、これら複数のセンサより、適宜、制御に必要な情報を取得する。また、コントローラ１５は、バルブ１４が接続されており、取得した情報に基づいて化学蓄熱装置１０を制御するための各処理を行い、必要に応じてバルブ１４の開閉制御を行う。コントローラ１５での具体的な処理について説明する前に、温度センサ１６，１７，１８、圧力センサ１９について説明しておく。コントローラ１５は化学蓄熱装置１０専用のものでもよいし、エンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]等のＥＣＵの一機能として組み込まれるものとしてもよい。
なお、この実施形態では、温度センサ１６が特許請求の範囲に記載の上流側温度検出部に相当し、温度センサ１７が特許請求の範囲に記載の下流側温度検出部に相当し、コントローラ１５での処理が特許請求の範囲に記載の取得部に相当し、温度センサ１８が特許請求の範囲に記載の貯蔵器温度検出部に相当し、圧力センサ１９が特許請求の範囲に記載の貯蔵器圧力検出部に相当し、コントローラ１５での処理が特許請求の範囲に記載の推定部に相当する。
温度センサ１６は、エンジン２と熱交換器４との間の排気管３内を流れる排気ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ１６では、一定時間毎に、熱交換器４及びヒータ１１の上流側の排気ガスの温度を検出し、その検出した温度情報をコントローラ１５に送信する。また、温度センサ１７は、熱交換器４とＤＯＣ５との間の排気管３内を流れる排気ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ１７では、一定時間毎に、熱交換器４及びヒータ１１の下流側の排気ガスの温度を検出し、その検出した温度情報をコントローラ１５に送信する。この温度センサ１６，１７で検出される排気ガスの温度は、ヒータ１１での上昇温度の取得等のために、以下のコントローラ１５の処理で利用される。
なお、ヒータ１１内に設けられる蓄熱材１１ａは、アンモニアとの化学反応によりその体積が膨張する。そのため、例えば、ヒータ１１の内部に温度センサを設けた場合には、温度センサが蓄熱材１１ａの膨張による圧力を受けて壊れることを防止する必要がある。また、ヒータ１１では、ケーシング内に封入された蓄熱材１１ａがアンモニアと繰り返し化学反応できるように、密閉空間を形成している。そのため、ヒータ１１の内部に温度センサを設けた場合には、密閉空間の気密性を十分に確保する必要がある。このようにヒータ１１に温度センサを設けることがコストや部品点数の増加などの面から困難となる場合には、ヒータ１１の温度を取得するために、ヒータ１１に温度センサを設ける代わりに、熱交換器４（ヒータ１１）の上流部及び下流部の排気ガスの温度を検出する温度センサ１６，１７で代用している。
また、エンジン２では、燃焼制御のために必要な排気ガスの温度を温度センサ１６，１７のうちの少なくとも一方の温度センサにより取得している。つまり、排気ガスの温度を検出する温度センサ１６，１７のうちの少なくとも一方の温度センサは必須のセンサである。したがって、この温度センサ１６，１７を化学蓄熱装置１０の制御にも利用することで、ヒータ１１の温度を取得するための温度センサを別途設ける必要がなくなり、コストや部品点数の増加を抑制することができる。
温度センサ１８は、ストレージ１２内の温度を検出するセンサである。温度センサ１８では、一定時間毎に、ストレージ１２内の温度を検出し、その検出した温度情報をコントローラ１５に送信する。圧力センサ１９は、ストレージ１２内の圧力を検出するセンサである。圧力センサ１９では、一定時間毎に、ストレージ１２内の圧力を検出し、その検出した圧力情報をコントローラ１５に送信する。
なお、温度センサ１６，１７，１８や圧力センサ１９には、検出の応答性能（応答速度等）がそれぞれある。そのため、各温度センサ１６，１７，１８は、応答速度に応じて、排気管３内やストレージ１２内の温度が変化してからその変化後の温度を検出するまでに時間を要する。また、圧力センサ１９は、応答速度に応じて、ストレージ１２内の圧力が変化してからその変化後の圧力を検出するまでに時間を要する。
コントローラ１５での具体的な処理について説明する。コントローラ１５では、エンジン２の稼働中、温度センサ１６で検出された熱交換器４の上流側での排気ガスの温度が暖機開始温度以下か否かを判定する。コントローラ１５では、排気ガスの温度が暖機開始温度以下と判定すると、バルブ１４を開くためにバルブ１４に電流を供給する。暖機開始温度は、排気ガス浄化システム１において暖機が必要な温度である。暖機開始温度は、触媒（ＤＯＣ５等）の活性温度等に基づいて設定される。
エンジン２の稼働中の暖機終了後、コントローラ１５では、温度センサ１６で検出された排気ガスの温度（ヒータ１１（蓄熱材１１ａ）の温度に相当）がアンモニア回収可能温度より高いか否かを判定する。コントローラ１５では、排気ガスの温度がアンモニア回収可能温度より高いと判定すると、バルブ１４を開くためにバルブ１４に電流を供給する。また、コントローラ１５では、排気ガスの温度がアンモニア回収可能温度以下と判定すると、バルブ１４を閉じるためにバルブ１４への電流の供給を停止する。アンモニア回収可能温度は、暖機後にヒータ１１からアンモニアを回収可能な温度である。アンモニア回収可能温度は、ヒータ１１で用いられる蓄熱材１１ａとアンモニアの組み合わせによって決まる蓄熱材１１ａからアンモニアが分離する温度等に基づいて設定される。また、アンモニア回収可能温度は、外気温も考慮して設定されてもよく、例えば、外気温が高いほど高い温度が設定される。
特に、暖機時には、コントローラ１５は、バルブ１４への電流の供給（つまり、バルブ１４の開制御）の前に温度センサ１８で検出されたストレージ１２内の温度を用いて、図３（ａ）に示すアンモニア飽和蒸気圧曲線Ｃ１を参照してアンモニア飽和蒸気圧を取得する。コントローラ１５は、バルブ１４の開制御前に圧力センサ１９で検出されたストレージ１２内の圧力をこのアンモニア飽和蒸気圧で除算して相対圧力を算出する。コントローラ１５は、この相対圧力を用いて、図３（ｂ）に示すアンモニア吸着量曲線Ｃ２を参照してストレージ１２でのアンモニア吸着量を取得する。コントローラ１５は、このアンモニア吸着量（アンモニア貯蔵量）から、ストレージ１２及びヒータ１１の圧力を所定圧に保つために残存している残存量を減算して、バルブ１４の開制御前のヒータ１１に供給可能なアンモニアの量を取得する。さらに、コントローラ１５は、この供給可能な量のアンモニアが全てヒータ１１に供給されたと仮定して、この供給可能なアンモニアの量を用いて、図２に示すグラフ（マップ）Ａを参照してヒータ１１での発生熱量を取得する。そして、コントローラ１５は、この発生熱量を所定の換算式によって換算して、ヒータ１１で上昇する温度を推定する。なお、このヒータ１１で上昇する温度の推定処理についてはバルブ１４の開制御前と開制御後の何れのタイミングで行ってもよいが、この推定処理にはバルブ１４の開制御前のヒータ１１に供給可能なアンモニアの量が必要となるので、少なくともバルブ１４の開制御前に温度センサ１８で検出されたストレージ１２内の温度と圧力センサ１９で検出されたストレージ１２内の圧力を取得しておく必要がある。
コントローラ１５は、暖機時のバルブ１４の開制御を開始してからの時間を計測し、その計測した時間が一定時間経過したか否かを判定する。一定時間は、暖機時のヒータ１１での上昇温度を用いて安定した異常判定を行うために必要な時間である。この一定時間は、上記したバルブ１４が開かれてから圧力が平衡状態になるまでの時間、温度センサ１６，１７，１８や圧力センサ１９の応答速度に応じた検出の遅れ時間等のうちの最も長い時間に基づいて設定するとよい。一定時間としては、例えば、数秒である。
バルブ１４の開制御を開始してから一定時間が経過すると、コントローラ１５は、温度センサ１７で検出されたヒータ１１の下流側の温度から温度センサ１６で検出されたヒータ１１の上流側の温度を減算して温度差を取得する。この温度差を、暖機時にヒータ１１で実際に上昇した温度として代用する。この温度差を所定の換算式で換算してヒータ１１で上昇した温度をより精度良く取得するようにしてもよい。
そして、コントローラ１５では、バルブ１４の開制御後に実測したヒータ１１で上昇した温度とバルブ１４の開制御前のアンモニアの供給可能な量から推定したヒータ１１での上昇する温度との温度差（絶対値）を算出する。コントローラ１５では、この温度差（絶対値）が閾値未満か否かを判定する。この閾値は、ヒータ１１での上昇温度の実測値と推定値とが略同じ温度か否かを判定するための閾値である。閾値は、温度センサ１６，１７，１８や圧力センサ１９の各検出誤差等に基づいて設定するとよい。また、ヒータ１１の温度の代用として温度センサ１６，１７によって排気ガスの温度を検出している。従って、この温度センサ１６，１７が設けられる箇所での排気ガスの温度とこの箇所から離れた箇所にあるヒータ１１の温度との温度差も考慮して閾値を設定するとよい。
温度差（絶対値）が閾値未満の場合、コントローラ１５は、接続管１３とバルブ１４からなるアンモニアの移動系及びヒータ１１は正常と判定する。一方、温度差（絶対値）が閾値以上の場合、コントローラ１５は、アンモニアの移動系あるいはヒータ１１に何らかの異常があると判定し、車両の運転者に対して異常通知を行う。この異常通知としては、例えば、化学蓄熱装置１０の警告灯の点灯、化学蓄熱装置１０（特に、接続管１３、バルブ１４、ヒータ１１）の異常を知らせる情報のディスプレイの表示や音声の出力がある。
以上のように構成した化学蓄熱装置１０の動作を説明する。特に、暖機時の異常検知の動作について図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、化学蓄熱装置１０における暖機時の異常検知の動作を示すフローチャートである。
エンジン２の稼働中、コントローラ１５は、温度センサ１６で検出された排気ガスの温度が暖機開始温度以下か否かを判定する（Ｓ１）。Ｓ１にて排気ガスの温度が暖機開始温度より高いと判定した場合、コントローラ１５は、バルブ１４への電流の供給を停止する（Ｓ２）。バルブ１４は、電流が供給されないので、閉じる。この場合、接続管１３を介したアンモニアの移動は不能である。Ｓ１の判定は、温度センサ１６で検出される排気ガスの温度が暖機開始温度以下になるまで繰り返し行われる。
Ｓ１にて排気ガスの温度が暖機開始温度以下と判定した場合、コントローラ１５は、ヒータ１１で上昇する温度（推定値）を算出する（Ｓ３）。Ｓ３において、コントローラ１５は、温度センサ１８で検出されたストレージ１２内の温度と圧力センサ１９で検出されたストレージ１２内の圧力からストレージ１２でのアンモニア貯蔵量を取得する。コントローラ１５は、このアンモニア貯蔵量からストレージ１２及びヒータ１１の圧力を所定圧に保つために残存している残存量を減算してヒータ１１に供給可能なアンモニア量を取得する。コントローラ１５は、この供給可能なアンモニア量から図２に示すグラフＡを参照してヒータ１１での発生熱量を取得し、この発生熱量から所定の換算式によりヒータ１１で上昇する温度（推定値）を算出する（Ｓ３）。ここでは、バルブ１４を開く前のストレージ１２からヒータ１１に供給可能な量のアンモニアをヒータ１１に供給できた場合を想定して、ヒータ１１で上昇する温度を推定しておく。そして、コントローラ１５は、バルブ１４に電流を供給する（Ｓ４）。接続管１３やバルブ１４に異常がない場合、バルブ１４は、供給された電流が流れると、開く。これによって、接続管１３を介したアンモニアの移動が可能となる。このとき、ストレージ１２内の圧力がヒータ１１内の圧力よりも高く、アンモニアがヒータ１１側に移動し、接続管１３内を流れる。そして、接続管１３内を流れるアンモニアが、ヒータ１１に供給される。この際、バルブ１４を開いてから短時間で、ヒータ１１内の圧力とストレージ１２内の圧力とが同じ圧力になる（圧力の平衡状態）。ヒータ１１に異常がない場合、ヒータ１１は、この供給された量のアンモニアと蓄熱材１１ａとが化学反応して熱を発生し、発生した熱量に応じて温度が上昇する。この熱は、ヒータ１１を暖めると熱交換器４の外筒に伝わり、伝熱効果によって熱交換器４の内部にまで伝わる。熱交換器４全体が加熱され、熱交換器４の内部を流れる排気ガスが迅速に昇温する。さらに、この昇温された排気ガスが下流側に流れ、ＤＯＣ５、ＳＣＲ７、ＡＳＣ８の各触媒が昇温する。そして、この各触媒の温度が活性温度以上になると、排気ガスを浄化できる。
コントローラ１５は、Ｓ４のバルブ１４の開制御の開始からの時間を計測し、開始から一定時間経過したか否かを判定する（Ｓ５）。Ｓ５の判定は、一定時間経過するまで繰り返し行われる。Ｓ５にて一定時間経過したと判定すると、コントローラ１５は、温度センサ１６で検出されたヒータ１１の上流側の温度と温度センサ１７で検出されたヒータ１１の下流側の温度からヒータ１１で上昇した温度（実測値）を取得する（Ｓ６）。ここで、ヒータ１１で実際に上昇した温度を取得する。但し、ヒータ１１にアンモニアが供給されていない場合あるいはヒータ１１での反応性が低下している場合、ヒータ１１では温度が上昇していない。
そして、コントローラ１５は、ヒータ１１での上昇温度の実測値と推定値との差（絶対値）を算出し、その差が閾値未満か否かを判定する（Ｓ７）。Ｓ７にて差が閾値未満と判定した場合（バルブ１４の開制御開始から一定時間経過後にヒータ１１で実際に上昇した温度とアンモニアの供給可能な量から推定されたヒータ１１で上昇する温度とが略同じの場合）、コントローラ１５は、アンモニアの移動系及びヒータ１１に異常がないと判定する。一方、Ｓ７にて差が閾値以上と判定した場合（バルブ１４の開制御開始から一定時間経過後にヒータ１１で実際に上昇した温度とアンモニアの供給可能な量から推定されたヒータ１１で上昇する温度とが異なる場合）、コントローラ１５は、アンモニアの移動系あるいはヒータ１１に異常があることを検知し（Ｓ８）、異常があることを車両の運転者に対して通知する（Ｓ９）。この場合、ストレージ１２内の吸着材１２ａから分離したアンモニアがヒータ１１に正常に移動しておらず、接続管１３、バルブ１４、ヒータ１１のうちのいずれかに異常がある。
なお、暖機対象が排気ガスに代えて、エンジンオイルや変速機オイル等であった場合であっても、上述の「排気ガス」を「エンジンあるいは変速機を循環する媒体（エンジンオイルや変速機オイル等）」に置き換える以外、上述のＳ１～Ｓ９と同趣旨の制御処理を実行してよい。
特に、エンジン２の始動時に暖機を行う場合、エンジン２の始動前は、排気ガスの温度が低く、ヒータ１１の温度も低い。また、エンジン２の始動前は、ストレージ１２に十分な量のアンモニアが貯蔵されており、ヒータ１１に多くの量のアンモニアを供給でき、ヒータ１１で発生する熱量も多くなる。そのため、エンジン２の始動時には、ヒータ１１で上昇する温度が大きくなり、ヒータ１１で上昇する温度を用いた判定を精度良く行うことができる。
暖機終了後、エンジン２の稼働がある程度継続し、エンジン２から排出された排気ガスの温度が高くなると、ヒータ１１では、アンモニアと蓄熱材１１ａとが分離し、アンモニアが発生する。そして、排気ガスの温度がアンモニア回収可能温度より高い場合、バルブ１４に電流が供給される。バルブ１４は、供給された電流が流れると、開く。これによって、接続管１３でのアンモニアの移動が可能となる。このとき、ヒータ１１内の圧力がストレージ１２内の圧力よりも高く、アンモニアがストレージ１２側に移動し、接続管１３内を流れる。そして、接続管１３内を流れるアンモニアが、ストレージ１２で回収される。ストレージ１２では、吸着材１２ａでアンモニアを吸着して貯蔵する。
この化学蓄熱装置１０によれば、暖機時のバルブ１４の開制御を行った場合にヒータ１１の発生熱量に応じた実際の上昇温度と供給可能なアンモニアの量から推定された発生熱量に応じた上昇温度との差が閾値以上の場合に異常と判定することにより、アンモニアの移動系やヒータ１１の異常を早期に検知できる。特に、エンジン２の始動時にこの判定を行うと、精度良く判定できる。
この化学蓄熱装置１０によれば、ヒータ１１の上流側と下流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ１６，１７を利用することにより、ヒータ１１に別途に温度センサを設けることなく、ヒータ１１での実際の上昇温度を精度良く取得できる。また、化学蓄熱装置１０によれば、ストレージ１２の温度と圧力から簡単にストレージ１２に貯蔵されているアンモニアの貯蔵量を取得できる。さらに、化学蓄熱装置１０によれば、このアンモニアの貯蔵量を用いることにより、ヒータ１１に供給可能なアンモニアの量を取得でき、この供給可能なアンモニアの量から簡単にヒータ１１の発生熱量や上昇温度を推定できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、上記実施形態では触媒としてＤＯＣ、ＳＣＲ及びＡＳＣ、フィルタとしてＤＰＦを備える排気ガス浄化システムに適用したが、他の構成の排気ガス浄化システムに適用してもよく、例えば、ＤＯＣ、ＳＣＲ、ＡＳＣのうちのいずれか１つ又は２つの触媒を備えない排気ガス浄化システムや、ＤＯＣ、ＳＣＲ、ＡＳＣ以外の触媒を備える排気ガス浄化システムに適用してもよい。また、車両もディーゼルエンジン車としたが、ガソリンエンジン車等にも適用できる。また、エンジンを駆動源とする船、発電機等の他の搭載対象物にも適用できる。
また、上記実施形態では加熱対象物としてＤＯＣの上流側の熱交換器としたが、加熱対象物としては他のものでよく、例えば、ＤＯＣ、ＳＣＲ、ＡＳＣのうちのいずれかの触媒を加熱対象物としてもよい。さらに、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばオイルの流通系に設けられた配管等を加熱するものにも適用可能である。更に、本発明は、エンジンの排気系以外、例えばエンジンオイル、変速機オイル、冷却水、又は空気等の車両における種々の熱媒体を加熱するものであってもよい。このとき、化学蓄熱装置のヒータ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。暖機対象が排気ガスに代えて、エンジンオイルや変速機オイル等であった場合、加熱器は、エンジンあるいは変速機を循環する媒体（エンジンオイルや変速機オイル等）の循環経路上に配置される。また、化学蓄熱装置は、加熱器の下流側の媒体の温度を検出する下流側温度検出部と、加熱器の上流側の媒体のインドを検出する上流側温度検出部を備える。また、それらの温度検出部からの温度情報に基づいて異常判定を行うとしてもよい。例えば、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から上昇温度を取得してよい。また、取得部は、下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から上流側温度検出部で検出した上流側の媒体の温度を減算した温度差から上昇温度を取得してよい。
また、熱媒体が流れる熱媒体流路内に熱交換器を配置して、その熱交換器を加熱してもよい。この場合、熱交換器が加熱対象物となる。また、蓄熱材を備えるヒータ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、ヒータ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。
また、上記実施形態ではヒータを熱交換器の外周部の全周に設ける構成としたが、加熱対象物の外周部の一部分にだけヒータを設けてもよいし、また、加熱対象物の外周部以外の箇所に設けてもよく、例えば、排気ガスを加熱するために、排気ガス配管の内部にヒータを設けてもよい。排気ガス配管の内部にヒータを設ける場合には、複数の加熱器と熱交換部とを交互に積層した構成としてもよい。
また、上記実施形態で反応媒体をアンモニアとしたが、アルコール、水等の他の反応媒体でもよい。また、上記実施形態では反応媒体がアンモニアの場合の蓄熱材、吸着材の各材料をそれぞれ例示したが、化学蓄熱装置で用いられる反応媒体に応じて、蓄熱材、吸着材は適宜他の材料が用いられる。
また、上記実施形態ではヒータで上昇する温度を取得するために排気ガスの温度を検出する温度センサを熱交換器とエンジンとの間（ヒータの上流側）及び熱交換器とＤＯＣとの間（ヒータの下流側）に設けたが、温度センサを熱交換器とＤＯＣとの間にだけ設けてもよい。このヒータの下流側の排気ガスの温度だけを用いる場合、バルブ開制御後のヒータの下流側の排気ガスの温度からバルブ開制御前のヒータの下流側の排気ガスの温度を減算して、ヒータで上昇する温度を取得する。この場合、ヒータの上流側の温度センサを削減でき、構成を簡易化できる。また、ヒータに温度センサを設けることが可能であれば、ヒータに温度センサを設けて、ヒータ内の温度を直接検出してもよい。このヒータ内の温度を用いる場合、バルブ開制御後のヒータ内の温度からバルブ開制御前のヒータ内の温度を減算して、ヒータで上昇する温度を取得する。
また、上記実施形態ではバルブの開制御を開始してから一定時間経過後に異常の判定を行う構成としたが、バルブの開制御を開始してから一定時間待たずに異常の判定を行ってもよい。一定時間待たないでよい場合は、温度センサや圧力センサの検出の遅れ時間やバルブが開かれてから圧力が平衡状態になるまでの時間が非常に短く、それらの時間を考慮する必要がない場合である。
また、上記実施形態ではヒータの上昇温度の実測値と推定値との差の絶対値を算出し、その差の絶対値が閾値以上（未満）か否かを判定する構成としたが、絶対値を用いずに判定してもよい。例えば、暖機の場合、アンモニアの移動系に異常があるとヒータで温度が上昇しないので（ヒータの上昇温度の実測値が略０）、ヒータの上昇温度の推定値から実測値を減算して差を取得し、その差が閾値以上か否かを判定する。
また、上記実施形態ではヒータの発生熱量に応じて上昇するヒータでの上昇温度を用いて異常判定処理を行う構成としたが、ヒータの発生熱量に応じて上昇する加熱対象物（例えば、熱交換器）での上昇温度を用いて異常判定処理を行ってもよいし、ヒータの発生熱量に応じて上昇する加熱対象物の内部を流れる排気ガス（流体）の上昇温度を用いて異常判定処理を行ってもよいし、あるいは、ヒータの発生熱量自体を用いて異常判定処理を行ってもよい。
１…排気ガス浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…熱交換器、５…ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、６…ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）、７…選択還元触媒（ＳＣＲ）、７ａ…インジェクタ、８…アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）、１０…化学蓄熱装置、１１…ヒータ、１２…ストレージ、１３…接続管、１４…バルブ、１５…コントローラ、１６，１７，１８…温度センサ、１９…圧力センサ。
Claims (9)
- 加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置であって、
反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有し、前記加熱対象物を加熱する加熱器と、
反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
前記加熱器と前記貯蔵器とを接続し、反応媒体が流れる接続管と、
前記接続管に設けられる開閉弁と、
前記開閉弁の開閉を制御する制御部と、
前記加熱対象物の加熱時における前記加熱器の発生熱量に関する値を取得する取得部と、
前記貯蔵器から前記加熱器に供給可能な反応媒体の量から前記加熱器の発生熱量に関する値を推定する推定部と、
を備え、
前記制御部は、反応媒体を前記貯蔵器から前記加熱器に供給するために前記開閉弁の開制御を行った場合に、前記取得部で取得した前記発生熱量に関する値と前記推定部で推定した前記発生熱量に関する値との差が閾値以上の場合に異常と判定する判定処理を行う、化学蓄熱装置。 - 前記発生熱量に関する値は、前記発生熱量に応じて上昇する前記加熱器の上昇温度、前記発生熱量に応じて上昇する前記加熱対象物の上昇温度、前記発生熱量に応じて上昇する前記加熱対象物の内部を流れる流体の上昇温度のうちのいずれかの上昇温度である、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
- 前記化学蓄熱装置は、エンジンを駆動源とする車両に搭載され、当該車両の排気系における加熱対象物を加熱し、
前記加熱器の下流側の排気ガスの温度を検出する下流側温度検出部を備え、
前記取得部は、前記下流側温度検出部で検出した下流側の排気ガスの温度から前記上昇温度を取得する、請求項２に記載の化学蓄熱装置。 - 前記加熱器の上流側の排気ガスの温度を検出する上流側温度検出部を備え、
前記取得部は、前記下流側温度検出部で検出した下流側の排気ガスの温度から前記上流側温度検出部で検出した上流側の排気ガスの温度を減算した温度差から前記上昇温度を取得する、請求項３に記載の化学蓄熱装置。 - 前記化学蓄熱装置は、エンジンを駆動源とする車両に搭載され、
前記加熱器は、前記エンジンあるいは変速機を循環する媒体の循環経路上に配置され、
前記加熱器の下流側の媒体の温度を検出する下流側温度検出部を備え、
前記取得部は、前記下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から前記上昇温度を取得する、請求項２に記載の化学蓄熱装置。 - 前記加熱器の上流側の媒体の温度を検出する上流側温度検出部を備え、
前記取得部は、前記下流側温度検出部で検出した下流側の媒体の温度から前記上流側温度検出部で検出した上流側の媒体の温度を減算した温度差から前記上昇温度を取得する、請求項５に記載の化学蓄熱装置。 - 前記制御部は、前記エンジンの始動時に前記開閉弁の開制御を行った場合に前記判定処理を行う、請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置。
- 前記推定部は、前記貯蔵器に貯蔵された反応媒体の貯蔵量を取得し、当該反応媒体の貯蔵量から前記加熱器に供給可能な反応媒体の量を取得し、当該供給可能な反応媒体の量から前記加熱器の発生熱量に関する値を推定する、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置。
- 前記貯蔵器の温度を検出する貯蔵器温度検出部と、
前記貯蔵器の圧力を検出する貯蔵器圧力検出部と、
を備え、
前記推定部は、前記貯蔵器温度検出部で検出した温度と前記貯蔵器圧力検出部で検出した圧力を用いて前記反応媒体の貯蔵量を取得する、請求項８に記載の化学蓄熱装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15810261 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15810261 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |