WO2016158514A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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WO2016158514A1
WO2016158514A1 PCT/JP2016/058795 JP2016058795W WO2016158514A1 WO 2016158514 A1 WO2016158514 A1 WO 2016158514A1 JP 2016058795 W JP2016058795 W JP 2016058795W WO 2016158514 A1 WO2016158514 A1 WO 2016158514A1
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heat
reactor
exhaust gas
heat exchange
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峻史 水野
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Toyota Industries Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • 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.
  • a device described in Patent Document 1 As a conventional chemical heat storage device, for example, a device described in Patent Document 1 is known.
  • a catalyst body is disposed in a gas passage pipe through which exhaust gas of an automobile flows.
  • a first container containing an adsorbent that generates and absorbs heat due to adsorption / desorption of the adsorbed medium (water) is disposed upstream of the first container.
  • the first container and the second container that stores the adsorbed medium are communicated with each other through a communication pipe.
  • the first container has a hollow box shape, and a plurality of through holes penetrating from the upstream end surface to the downstream end surface are formed. Each through hole is provided with a fin for heat exchange.
  • the inside of the first container (portion other than the through hole) is filled with an adsorbent.
  • the upstream end surface is a flat surface.
  • the flow of exhaust gas is disturbed, and the exhaust gas does not flow smoothly downstream. Therefore, the pressure loss in the first container when the exhaust gas passes increases. The greater the pressure loss, the lower the utilization efficiency of the energy generated in the engine. Moreover, since the heat exchange efficiency with exhaust gas also falls, the heating efficiency of a chemical heat storage apparatus also falls.
  • an object of the present invention is to provide a chemical heat storage device that can suppress an increase in pressure loss in the reactor.
  • a chemical heat storage device is a chemical heat storage device that heats a fluid, and generates a heat storage material that generates heat by a chemical reaction with the reaction medium and desorbs the reaction medium by heat absorption, and a heat storage material therein.
  • a reactor having a container for containing, a reservoir for storing the reaction medium, a connecting pipe for communicating the reactor and the reservoir, and for passing the reaction medium between the reactor and the reservoir;
  • the vessel has a fluid passage disposed in a pipe through which the fluid flows and having an upstream opening and a downstream opening provided along the fluid flow direction, and upstream of the fluid flow direction in the reactor vessel.
  • the side is provided with a protrusion that is disposed adjacent to the upstream opening and that becomes thinner from the upstream opening toward the upstream.
  • This chemical heat storage device is provided with a protrusion on the upstream side of the reactor vessel. Therefore, the fluid that has flowed to the upstream side of the container can easily flow smoothly to the downstream side by the rectifying action by the protruding portion. Thereby, in a chemical thermal storage apparatus, the increase in the pressure loss in a reactor can be suppressed.
  • the reactor may include a heat exchange part for promoting heat exchange between the heat storage material and the fluid in the fluid passage.
  • the fluid that has flowed to the upstream side of the container smoothly flows into the heat exchanging portion due to the rectifying action of the protruding portion.
  • the heat exchange efficiency with the fluid in a heat exchange part improves, and the heating efficiency and heat storage efficiency of a reactor improve.
  • the reactor may include a plurality of heat storage materials and a plurality of heat exchange units, and the heat storage materials and the heat exchange units may be alternately arranged.
  • interposed into the heat storage material improves, and the heating efficiency and heat storage efficiency of a reactor further improve.
  • the protrusion may be formed integrally with the container, and a heat storage material may be accommodated inside the protrusion.
  • a heat storage material since the heat storage material is accommodated also in the projecting portion, the heat generation amount and the heat storage amount of the reactor increase.
  • the fluid may be exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • an increase in pressure loss in the reactor when exhaust gas passes can be suppressed, so that a decrease in utilization efficiency of energy generated in the internal combustion engine can be suppressed.
  • an increase in pressure loss in the reactor can be suppressed.
  • 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 perspective view of the reactor with a heat exchanging portion in FIG.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the reactor with a heat exchanging portion in FIG.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view of the reactor with a heat exchanging portion in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view of a reactor with a heat exchange unit of a chemical heat storage device according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a side sectional view of a reactor with a heat exchange part of a conventional chemical heat storage device.
  • the embodiment is applied to a chemical heat storage device provided in an exhaust gas purification system provided in an exhaust system of a vehicle engine (internal combustion engine).
  • the exhaust gas purification system according to the embodiment is a system that purifies harmful substances (environmental pollutants) contained in exhaust gas (fluid) discharged from an engine (particularly a diesel engine).
  • the exhaust gas purification system includes a catalyst DOC [DieseliesCatalyst], SCR [Selective Catalytic Reduction] and ASC [Ammonia Slip Catalyst], and a filter DPF [Diesel Particulate Filter].
  • the exhaust gas purification system according to the embodiment includes a chemical heat storage device for warming up the catalyst.
  • 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 DOC (diesel oxidation catalyst) 4, a DPF (diesel exhaust particulate removal filter) 5, an SCR (selection) from the upstream side to the downstream side of the exhaust pipe 3 connected to the exhaust side of the engine 2.
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • DPF diesel exhaust particulate removal filter
  • SCR selection
  • SCR selection
  • Exhaust gas discharged from the engine 2 flows through the exhaust pipe 3, DOC4, DPF5, SCR6, and ASC7.
  • the upstream side and the downstream side are defined by the flow direction of the exhaust gas.
  • DOC4 is a catalyst that oxidizes HC, CO, etc. contained in exhaust gas.
  • the DPF 5 is a filter that collects and removes PM contained in the exhaust gas.
  • ammonia (NH 3 ) or urea water (hydrolyzed to generate ammonia) is supplied to the upstream side of the SCR 6 in the exhaust pipe 3, the SCR 6 chemically reacts ammonia and NOx contained in the exhaust gas.
  • the ASC 7 is a catalyst that oxidizes ammonia that has passed through the SCR 6 and has flowed downstream.
  • Each catalyst 4, 6, and 7 has a temperature range (that is, an activation temperature) that can exhibit a purification ability against environmental pollutants.
  • the temperature of each catalyst 4, 6, 7 is lower than the activation temperature (for example, when the engine 2 is cold started), the catalyst 4, 6, 7 cannot exhibit a sufficient purification capacity.
  • the exhaust gas purification system 1 includes a chemical heat storage device 10 for warming the exhaust gas upstream of the DOC 4 that is the most upstream catalyst and warming up the catalyst.
  • the chemical heat storage device 10 is a device that uses a reversible chemical reaction to heat (warm up) a heating target without external energy. Specifically, the chemical heat storage device 10 stores a reaction medium that is desorbed from the heat storage material by heat supplied from a heating target. The chemical heat storage device 10 supplies the stored reaction medium to the heat storage material when necessary, thereby causing the heat storage material and the reaction medium to chemically react and heating using the reaction heat (radiation) during the chemical reaction.
  • the object to be heated is exhaust gas
  • the reaction medium is ammonia.
  • FIG. 2 is a perspective view of the reactor 11 with a heat exchanging portion in FIG.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the reactor 11 with a heat exchanging portion in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side sectional view of the reactor 11 with a heat exchanging portion in FIG.
  • the chemical heat storage device 10 includes a reactor 11 with a heat exchange unit, a reservoir 12, a connecting pipe 13, and a valve 14.
  • the reactor 11 with a heat exchange part is arrange
  • the reactor 11 with a heat exchange part functions as a heater.
  • the reactor 11 with a heat exchange part heats exhaust gas via a heat exchange part upstream from DOC4 which is the catalyst arrange
  • the reactor 11 with a heat exchange part includes a tube 20, two lid members 21 and 22, a plurality of heat exchange units 23, a plurality of heat storage materials 24, and a heat insulating material 25.
  • the plurality of heat exchange parts 23 and the plurality of heat storage materials 24 are alternately stacked and arranged to form a stacked body 26.
  • the heat storage material 24 is disposed at both end portions (outermost portions in the stacking direction) of the stacked body 26. Therefore, the number of the heat storage materials 24 is one more than the number of the heat exchange parts 23.
  • the number of heat exchanging parts 23 is three and the number of heat accumulating materials 24 is four.
  • the number of heat exchanging parts 23 and the heat accumulating materials 24 is not limited to this. It is good as the number of.
  • the heat exchanging unit 23 may be disposed at the end of the stacked body 26.
  • the tube 20 is a tube surrounding the laminated body 26.
  • the tube 20 has a cylindrical shape with a circular cross section.
  • the pipe 20 has a diameter larger than the diameter of the exhaust pipe 3.
  • the upstream side of the pipe 20 is connected to the exhaust pipe 3 via the taper pipe 30.
  • the downstream side of the pipe 20 is connected to the exhaust pipe 3 via the taper pipe 31.
  • a lid member 21 is joined to the upstream end of the tube 20.
  • a lid member 22 is joined to the downstream end of the tube 20.
  • the lid members 21 and 22 are circular plate shapes corresponding to the shape of the tube 20.
  • the tube 20 and the lid members 21 and 22 are made of, for example, stainless steel (SUS).
  • the heat exchanging unit 23 forms a flow path for circulating the exhaust gas as a heating target, and performs heat exchange between the exhaust gas and the heat storage material 24.
  • the heat exchange unit 23 is disposed between the heat storage material 24 and the heat storage material 24 adjacent to each other in the stacking direction of the stacked body 26.
  • the lengths of the plurality of heat exchange portions 23 in the width direction (the direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas and the direction perpendicular to the stacking direction of the stacked body 26) of the cylindrical tube 20 are as shown in FIG. Each is set along the inner peripheral surface 20a.
  • the length in the width direction of the plurality of heat exchanging parts 23 is shorter as the heat exchanging part 23 is arranged from the center side in the stacking direction of the stacked body 26 to the end side.
  • the lengths of the plurality of heat exchange portions 23 in the exhaust gas flow direction are all the same length, and substantially the same length as the length of the tube 20.
  • the heat exchanging unit 23 has a metal tube 23a and metal fins 23b arranged in the tube 23a.
  • the tube 23a is formed in a flat rectangular tube shape.
  • the upstream end and the downstream end of the tube 23a are open.
  • a through hole 21 a that is an upstream opening is formed in the lid member 21, and a through hole that is a downstream opening is formed in the lid member 22. 22a is formed.
  • a fluid passage 29 through which exhaust gas flows is formed in the reactor 11 with a heat exchanging portion by the through holes 21a and 22a of the lid members 21 and 22 and the opening 23c of the tube 23a.
  • the upstream end and the downstream end of the tube 23a are fitted into the through hole 21a of the lid member 21 and the through hole 22a of the lid member 22, respectively, and are welded or soldered to the lid member 21 and the lid member 22. They are joined by attaching. As a result, the exhaust gas can pass through the tube 23a.
  • the fins 23 b are members for promoting heat exchange between the exhaust gas and the heat storage material 24.
  • the fin 23b has, for example, a corrugated cross section.
  • the fins 23b are joined to the inner wall surface of the tube 23a by welding or brazing.
  • the tubes 23a and the fins 23b are made of stainless steel, for example.
  • the lid members 21 and 22 are joined to the upstream end part and the downstream end part of the pipe 20, and a plurality of heat exchange parts 23 are provided between the lid members 21 and 22. It is arranged.
  • the plurality of heat storage materials 24 are accommodated in a space excluding a portion where the plurality of heat exchanging portions 23 are arranged in a cylindrical space formed by the pipe 20 and the lid members 21 and 22. Therefore, in the reactor 11 with a heat exchange part, the container 27 in which the some heat storage material 24 is accommodated is formed by the pipe
  • the pipe 20 through which the exhaust gas flows also serves as a part (outer peripheral part) of the container 27 of the reactor 11 with a heat exchange part.
  • the heat storage material 24 is disposed in the heat storage material portion 24a provided between the heat exchange portion 23 and the heat exchange portion 23 adjacent to each other in the stacking direction of the stacked body 26 or the heat storage material portion 24a provided at the end portion in the stacking direction.
  • Each length of the heat storage material 24 in the width direction is set to be along the inner peripheral surface 20a of the cylindrical tube 20 as shown in FIG.
  • the lengths of the plurality of heat storage materials 24 in the flow direction of the exhaust gas are all the same length and slightly shorter than the pipe 20.
  • the heat storage material 24 is a press-molded body obtained by press-molding a powder material into a pellet shape.
  • each heat storage material 24 is configured as press-molded into a flat, substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the heat storage material 24 chemically reacts with ammonia (chemical adsorption) and generates heat. Further, when the heat storage material 24 chemically adsorbed with ammonia is heated via the heat exchanging portion 23 by the exhaust gas having a high temperature, the heat is absorbed and the ammonia is desorbed.
  • a halogen compound represented by a composition formula MXa is used as the heat storage material 24 a halogen compound represented by a composition formula MXa is used.
  • 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 a number specified by the valence of M, and is 2 or 3.
  • the heat storage material 24 may be mixed with an additive that improves thermal conductivity.
  • the additive include carbon fiber, carbon bead, SiC bead, metal bead, polymer bead, and polymer fiber.
  • the metal material of the metal beads include Cu, Ag, Ni, Ci—Cr, Al, Fe, and stainless steel.
  • the heat insulating material 25 is interposed between the inner peripheral surface 20a of the pipe 20 and the laminated body 26.
  • the outer peripheral surface side of the heat insulating material 25 has a shape along the inner peripheral surface 20 a of the pipe 20.
  • the inner peripheral surface side of the heat insulating material 25 has a shape along the edge of the stacked body 26.
  • the heat insulating material 25 is made of, for example, a hard ceramic material.
  • the reactor 11 with a heat exchange part is provided with a plurality of protrusions 28 on the lid member 21 on the upstream side of the container 27 so that the flow of the exhaust gas becomes smooth. Since the protrusions 28 are provided corresponding to the internal heat storage material 24, the number of the protrusions 28 is the same as the number of the heat storage materials 24.
  • the protruding portion 28 is a member that guides the exhaust gas flowing into the upstream end portion of the container 27 (particularly, the portion in which the heat storage material 24 is disposed) to flow into the heat exchanging portion 23.
  • the plurality of protrusions 28 are disposed adjacent to the through holes 21 a of the lid member 21 and corresponding to the positions where the plurality of heat storage materials 24 in the container 27 are disposed.
  • Each length in the width direction of the plurality of protrusions 28 is substantially the same as each length of the corresponding heat storage material 24.
  • the protruding portion 28 is a triangular prism extending along the width direction. Therefore, the protrusion part 28 becomes a shape (shape where the length of the lamination direction becomes short) which becomes thin as it goes to the upstream from the downstream (through-hole 21a of the cover member 21).
  • the length in the stacking direction at the downstream end of the protruding portion 28 is substantially the same as the length of the heat storage material 24.
  • the cross-sectional shape of the triangular prism may be the same for all of the plurality of protrusions 28, or may be different depending on the position where the plurality of protrusions 28 are arranged. For example, as shown in FIG.
  • the protrusions 28A and 28D arranged at the end in the stacking direction have a right-angled isosceles triangle, and the protrusions 28B and 28C arranged at the intermediate part in the stacking direction.
  • the cross-sectional shape is an equilateral triangle.
  • the cross-sectional shape of the protrusion 28A at the upper end is a right-angled isosceles triangle in which the hypotenuse is arranged in the direction of guiding the exhaust gas downward.
  • the cross-sectional shape of the projecting portion 28D at the lower end is a right-angled isosceles triangle in which the hypotenuse is arranged in the direction in which the exhaust gas is guided upward.
  • the triangle of the cross section of the protruding portion 28 is not particularly limited to this, and for example, an isosceles triangle whose tip is more acute than an equilateral triangle or a right-angled triangle that is sharper than a right-angled isosceles triangle or isosceles It is good also as triangles other than a triangle.
  • the cross-sectional shapes of the plurality of protrusions 28 may all be the same triangle (for example, all regular triangles).
  • the protruding portion 28 is a hollow triangular prism. By making it hollow, the heat capacity of the protrusion 28 can be reduced.
  • the protrusion 28 is made of, for example, stainless steel.
  • the protruding portion 28 is joined to the lid member 21 by welding or brazing.
  • the reservoir 12 will be described.
  • the reservoir 12 has an adsorbent 12a.
  • the adsorbent 12a holds ammonia by physical adsorption and desorbs (separates) ammonia according to pressure.
  • activated carbon is used as the adsorbent 12a.
  • ammonia is desorbed from the adsorbent 12 a at the time of warming up and supplied to the reactor 11 (heat storage material 24) with a heat exchange unit, and after the warming up, the ammonia desorbed from the heat storage material 24 is adsorbed. It collect
  • 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.
  • connection pipe 13 is a pipe that connects the reactor 11 with the heat exchange unit and the storage 12.
  • the connecting pipe 13 serves as a flow path for circulating ammonia between the reactor 11 with a heat exchange section and the storage 12.
  • one end of the connecting tube 13 on the side of the reactor 11 with a heat exchanging portion is inserted into a through hole 20b formed in the tube 20, and is welded or brazed to the tube 20. It is joined.
  • a through hole 25a is formed in the heat insulating material 25 corresponding to the position of the through hole 20b.
  • An annular groove 25b is formed on the inner peripheral surface side of the heat insulating material 25 in order to facilitate the flow of ammonia in the circumferential direction.
  • the groove 25b communicates with the through hole 25a.
  • the valve 14 will be described.
  • the valve 14 is a valve that opens and closes an ammonia flow path between the reactor 11 with a heat exchange unit and the storage 12.
  • the valve 14 is disposed in the middle of the connecting pipe 13. When the valve 14 is opened, the reactor 11 with a heat exchanging part and the reservoir 12 communicate with each other through the connecting pipe 13 and ammonia can be moved.
  • the opening / closing control of the valve 14 is performed by a dedicated controller of the chemical heat storage device 10 or an ECU [Electronic Control Unit] that controls the engine 2.
  • the valve 14 is an electromagnetic normally closed valve, for example, and opens when a voltage is applied.
  • the chemical heat storage device 10 configured as described above will be described.
  • a predetermined temperature a temperature set based on the activation temperature of the catalyst
  • control by the ECU or the like As a result, the valve 14 is opened.
  • ammonia is desorbed from the adsorbent 12a of the reservoir 12 by communicating the high pressure reservoir 12 filled with ammonia and the reactor 11 with the heat exchange unit having a lower pressure than the reservoir 12.
  • Ammonia desorbed from the adsorbent 12a flows through the connecting pipe 13, moves to the reactor 11 with a heat exchange unit, and is supplied into the container 27 of the reactor 11 with a heat exchange unit.
  • the supplied ammonia and each heat storage material 24 chemically react to generate heat (exothermic reaction).
  • the heat generated in each heat storage material 24 is conducted to each heat exchange unit 23.
  • the heat from the heat storage material 24 is given to the exhaust gas flowing in the tube 23a. That is, the heat exchange unit 23 exchanges heat between the heat storage material 24 and the exhaust gas. Thereby, the temperature of the exhaust gas is increased.
  • each catalyst DOC4, SCR6, ASC7 is warmed up. Thereby, each catalyst is rapidly heated to the activation temperature or higher.
  • the temperature of the exhaust gas exhausted from the engine 2 increases.
  • the heat (exhaust heat) of the exhaust gas is conducted to the heat exchange units 23.
  • the heat storage material 24 is heated by each heat exchange part 23 heated by the heat of the exhaust gas. That is, the heat exchange unit 23 exchanges heat between the exhaust gas and the heat storage material 24.
  • the heat storage material 24 that chemically adsorbs ammonia absorbs the heat of the exhaust gas and desorbs the ammonia. Thereby, ammonia is generated in the reactor 11 with a heat exchange part (regeneration reaction).
  • the valve 14 is opened under the control of the ECU or the like.
  • the ammonia generated in the container 27 of the reactor 11 with the heat exchange section flows through the connecting pipe 13, moves to the storage 12 side, and is collected in the storage 12.
  • ammonia is adsorbed by the adsorbent 12a and stored.
  • each arrow shown in FIG. 4 indicates the flow of exhaust gas.
  • the exhaust gas that has flowed into the portion where the heat exchange portions 23A, 23B, and 23C in the pipe 20 are disposed flows into the tubes 23a of the heat exchange portions 23A, 23B, and 23C.
  • the exhaust gas that has flowed to the portions where the heat storage materials 24A, 24B, 24C, and 24D in the pipe 20 are disposed hits the slopes 28a, 28b, 28c, and 28d of the protruding portions 28A, 28B, 28C, and 28D.
  • the exhaust gas hitting the slope 28a of the protrusion 28A flows downward along the slope 28a toward the downstream side. Further, the exhaust gas smoothly flows into the tube 23a of the heat exchanging portion 23A disposed below the protruding portion 28A.
  • the exhaust gas that has hit the slopes 28b and 28b of the protrusion 28B flows upward or downward along the slopes 28b and 28b toward the downstream side.
  • the exhaust gas smoothly flows into the tube 23a of the heat exchange part 23B arranged on the lower side or the tube 23a of the heat exchange part 23A arranged on the upper side of the protruding part 28B.
  • the exhaust gas that hits the slopes 28c, 28c of the protrusion 28C flows upward or downward along the slopes 28c, 28c toward the downstream side, and the exhaust gas of the heat exchange part 23B disposed above the protrusion 28C.
  • the air smoothly flows into the tube 23a of the heat exchanging portion 23C arranged in or below the tube 23a.
  • the exhaust gas hitting the slope 28d of the protrusion 28D flows upward along the slope 28d toward the downstream side.
  • the exhaust gas smoothly flows into the tube 23a of the heat exchanging portion 23C disposed on the upper side of the protruding portion 28D.
  • the exhaust gas that has flowed to the upstream end of the container 27 disposed in the pipe 20 is also downstream (heat exchange portion 23A). , 23B, 23C in each tube 23a).
  • FIG. 6 is a side sectional view of a reactor 100 with a heat exchange part of a conventional chemical heat storage device.
  • the reactor 100 with a heat exchanging part is different from the reactor 11 with a heat exchanging part only in that a protrusion 28 is not provided on the lid member 21.
  • Exhaust gas that has flowed into the portion where the heat exchanging portions 23A, 23B, and 23C in the pipe 20 are disposed is put into the tubes 23a of the heat exchanging portions 23A, 23B, and 23C, similarly to the reactor 11 with the heat exchanging portion. Flows in.
  • the exhaust gas that has flowed to the portion where the heat storage materials 24A, 24B, 24C, and 24D in the pipe 20 are disposed hits the flat surface of the lid member 21 (a surface that is substantially orthogonal to the flow direction of the exhaust gas). .
  • the exhaust gas hitting this flat surface is disturbed and does not flow smoothly downstream. Therefore, the pressure loss in the reactor 100 with the heat exchange part when the exhaust gas passes increases. The greater the pressure loss, the lower the utilization efficiency of the energy generated in the engine 2. Therefore, the fuel consumption of the vehicle is deteriorated and the output of the engine 2 is also reduced.
  • the protruding portion 28 having a triangular cross section is provided on the lid member 21 on the upstream side of the container 27 of the reactor 11 with the heat exchange portion. Therefore, the exhaust gas flowing upstream of the container 27 can easily flow smoothly downstream by the rectifying action of the protrusion 28. Therefore, in the chemical heat storage device 10, it is possible to suppress an increase in pressure loss in the reactor 11 with the heat exchange unit when the exhaust gas passes.
  • a reactor 11 with a heat exchange unit in which a heat exchange unit 23 and a heat storage material 24 are stacked is used. Accordingly, the exhaust gas flowing to the upstream side of the container 27 (the portion where the heat storage material 24 is disposed) by the rectifying action of the protruding portion 28 is inside the tube 23 a of the heat exchanging portion 23 adjacent to the heat storage material 24 (fluid). It flows smoothly into the passage 29). Thereby, in each heat exchange part 23 pinched
  • an increase in pressure loss when the exhaust gas of the engine 2 passes can be suppressed, so that a decrease in utilization efficiency of energy generated in the engine 2 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the fuel consumption of the vehicle due to the pressure loss, and it is possible to suppress the decrease in the output of the engine 2.
  • the present invention is applied to a chemical heat storage device that heats (warms up) exhaust gas discharged from a diesel engine of a vehicle.
  • the present invention is not limited to this, and chemical heat storage that heats exhaust gas discharged from a gasoline engine. You may apply to an apparatus etc.
  • a chemical heat storage device may be applied to a garbage incineration plant, a power plant, various plant factories, and the like.
  • the present invention is applied to a chemical heat storage device that heats exhaust gas.
  • gaseous or liquid fluid for example, oil (engine oil, transmission oil, etc.), water, air
  • You may apply to the chemical thermal storage apparatus which heats (steam).
  • the pressure loss increases if the upstream end of the reactor vessel is a flat surface. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed by providing a protrusion having a triangular cross section at the upstream end of the container.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view of a reactor 41 with a heat exchange unit of a chemical heat storage device according to another embodiment.
  • the reactor 41 with a heat exchange part includes a tube 50, two lid members 51 and 52, a plurality of heat exchange parts 53, a plurality of heat storage materials 54, and a heat insulating material 55.
  • the plurality of heat exchange parts 53 and the plurality of heat storage materials 54 are alternately stacked to form a stacked body 56.
  • the pipe 50, the lid members 51 and 52, and the heat insulating material 55 are the same as the pipe 20, the lid members 21 and 22, and the heat insulating material 25 of the above embodiment. However, in the lid members 51 and 52, the portion where the heat storage material 54 is disposed is also a through hole.
  • the heat storage material 54 is accommodated in a flat rectangular tube 54a.
  • the tube 54 a is a container that accommodates the heat storage material 54.
  • a member (not shown) for supplying ammonia is appropriately provided in each tube 54a, and a connecting pipe (not shown) is provided at a predetermined position according to the member. It is attached.
  • the fins 53b of the heat exchange unit 53 are disposed between the upper tube 54a and the lower tube 54a, and are joined to the tubes 54a and 54a on both sides by welding or brazing.
  • the upstream end and the downstream end of the tube 54a are closed.
  • a protruding portion 58 that integrally guides exhaust gas to flow into the heat exchanging portion 53 is integrally formed at the upstream end portion of the tube 54a.
  • the protrusion 58 protrudes upstream from the lid member 21 and has a triangular cross-sectional shape.
  • the heat storage material 54 is also accommodated inside the protruding portion 58 of the tube 54a.
  • the chemical heat storage device including the reactor 41 with the heat exchange unit has the same effects as the chemical heat storage device 10 according to the embodiment.
  • the reactor 41 with a heat exchange part since the heat storage material 54 is accommodated also inside the protrusion part 58, the quantity of the heat storage material 54 increases, and the emitted-heat amount and the heat storage amount increase.
  • the heat exchange unit is provided and the exhaust gas is heated via the heat exchange unit.
  • the heat exchange unit may be provided without providing fins or the like.
  • the cross-sectional shape showed the protrusion part with a triangular shape in the said embodiment, if it is a shape which the flow of exhaust gas becomes smooth, it will not specifically limit, for example, a cross-sectional shape is a semicircle protrusion, cross-sectional shape Is a semi-elliptical protrusion, and the protrusion has a trapezoidal cross-sectional shape (especially, the shorter the upper bottom, the better).
  • the triangular prism protrusion extending along the width direction is shown.
  • the protrusion may be a pyramid, cone, hemisphere, or the like that becomes narrower toward the upstream side. .
  • the protrusion is provided at the upstream end of the container.
  • a protrusion that becomes narrower toward the downstream side may be provided at the downstream end of the container. In this way, by providing the protrusion at the downstream end of the reactor, the flow of the exhaust gas after coming out of the heat exchange part can be made smoother.
  • the reaction medium is ammonia, but other reaction medium such as alcohol or water may be used.
  • each of the heat storage material and adsorbent material when the reaction medium is ammonia is exemplified, but a heat storage material and adsorbent suitable for the reaction medium used in the chemical heat storage device may be used as appropriate.

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Abstract

　流体（例えば、内燃機関から排出される排気ガス）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しかつ吸熱により反応媒体を脱離する蓄熱材と、蓄熱材を内部に収容する容器（２７）とを有する反応器（１１）と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器（１１）と貯蔵器とを連通し、反応器（１１）と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管とを備え、反応器（１１）は流体が流れる管（２０）内に配置されると共に流体の流れ方向に沿って設けられた上流側開口部と下流側開口部とを有する流体通路（２９）を有し、反応器（１１）の容器における流体の流れ方向の上流側には上流側開口部に隣接して配置されると共に上流側開口部から上流側に向かうにつれて細くなる突出部（２８）が設けられている。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、化学蓄熱装置に関する。
　従来の化学蓄熱装置として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の装置では、自動車の排気ガスが流れるガス通路管内に触媒体が配設される。その上流側に被吸着媒体（水）の吸着・脱離により発熱・吸熱する吸着剤を収納した第１容器が配設される。この第１容器と、被吸着媒体を収納する第２容器とが連通管で連通されている。第１容器は、中空の箱形状であり、上流側の端面から下流側の端面を貫通する貫通穴が複数形成されている。この各貫通穴には、熱交換用のフィンが設けられている。第１容器の内部（貫通穴以外の部分）には、吸着剤が充填されている。
特開平１１－３１１１１７号公報
　第１容器は、箱形状であるので、上流側の端面が平坦な面である。この平坦な端面に排気ガスが当たると、排気ガスの流れが乱れ、排気ガスが下流側にスムーズに流れない。そのため、排気ガスが通過する際の第１容器での圧力損失が増加する。圧力損失が大きくなるほど、エンジンで発生するエネルギの利用効率が低下する。また、排気ガスとの熱交換効率も低下するので、化学蓄熱装置の加熱効率も低下する。
　そこで、本発明の目的は、反応器での圧力損失の増加を抑えることができる化学蓄熱装置を提供することである。
　本発明の一側面に係る化学蓄熱装置は、流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しかつ吸熱により反応媒体を脱離する蓄熱材と、蓄熱材を内部に収容する容器とを有する反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを連通し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管とを備え、反応器は流体が流れる管内に配置されると共に流体の流れ方向に沿って設けられた上流側開口部と下流側開口部とを有する流体通路を有し、反応器の容器における流体の流れ方向の上流側には上流側開口部に隣接して配置されると共に上流側開口部から上流側に向かうにつれて細くなる突出部が設けられている。
　この化学蓄熱装置では、反応器の容器の上流側に突出部が設けられている。従って、この突出部による整流作用により、容器の上流側に流れてきた流体が下流側にスムーズに流れ易くなる。これにより、化学蓄熱装置では、反応器での圧力損失の増加を抑えることができる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置では、反応器は、流体通路に、蓄熱材と流体との間で熱交換を促進するための熱交換部を備えていてもよい。この構成の場合、突出部の整流作用により、容器の上流側に流れてきた流体が熱交換部内にスムーズに流れ込む。これにより、熱交換部での流体との熱交換効率が向上し、反応器の加熱効率及び蓄熱効率が向上する。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置では、反応器は、複数個の蓄熱材と複数個の熱交換部とを備え、蓄熱材と熱交換部とが交互に配置されていてもよい。この構成の場合、蓄熱材に挟まれた熱交換部での熱交換効率が向上し、反応器の加熱効率及び蓄熱効率が更に向上する。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置では、突出部は容器と一体で形成され、突出部の内部には蓄熱材が収容されていてもよい。この構成の場合、突出部内にも蓄熱材が収容されているので、反応器の発熱量及び蓄熱量が増加する。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置では、流体が内燃機関から排出される排気ガスであってもよい。この構成の場合、排気ガスが通過する際の反応器での圧力損失の増加が抑えられるので、内燃機関で発生するエネルギの利用効率の低下を抑えることができる。
　本発明によれば、反応器での圧力損失の増加を抑えることができる。
図１は、一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気ガス浄化システムの概略構成図である。 図２は、図１の熱交換部付き反応器の斜視図である。 図３は、図１の熱交換部付き反応器の正断面図である。 図４は、図１の熱交換部付き反応器の側断面図である。 図５は、他の実施形態に係る化学蓄熱装置の熱交換部付き反応器の側断面図である。 図６は、従来の化学蓄熱装置の熱交換部付き反応器の側断面図である。
　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。
　実施形態は、車両のエンジン（内燃機関）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。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（流体）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。さらに、実施形態に係る排気ガス浄化システムは、触媒暖機用に化学蓄熱装置を備えている。
　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、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）４、ＤＰＦ（ディーゼル排気微粒子除去フィルタ）５、ＳＣＲ（選択還元触媒）６、ＡＳＣ（アンモニアスリップ触媒）７が設けられている。排気管３、ＤＯＣ４、ＤＰＦ５、ＳＣＲ６、ＡＳＣ７の内部には、エンジン２から排出された排気ガスが流れる。この排気ガスの流れる方向により、上流側及び下流側が規定される。
　ＤＯＣ４は、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯなどを酸化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、排気管３内のＳＣＲ６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が発生）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で、ＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＡＳＣ７は、ＳＣＲ６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４，６，７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）がある。各触媒４，６，７の温度が活性温度よりも低くなっている場合（例えば、エンジン２の冷間始動時）、各触媒４，６，７では十分な浄化能力を発揮することができない。また、エンジン２から排出された排気ガスにより触媒を暖機する場合、エンジン２の冷間始動直後は、排気ガスの温度が比較的低温であるので、触媒を迅速に暖めることができない。そこで、排気ガス浄化システム１は、最上流の触媒であるＤＯＣ４よりも上流側で排気ガスを暖めて触媒暖機を行うために、化学蓄熱装置１０を備えている。
　化学蓄熱装置１０は、可逆的な化学反応を利用して、外部エネルギレスで加熱対象を加熱（暖機）する装置である。具体的には、化学蓄熱装置１０は、加熱対象から供給される熱により蓄熱材から脱離する反応媒体を蓄えておく。化学蓄熱装置１０は、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て化学反応時の反応熱（放熱）を利用して加熱対象を暖める装置である。即ち、化学蓄熱装置１０は、可逆的な化学反応を利用して、加熱対象からの熱を蓄えるとともに、加熱対象に熱を供給する装置である。本実施形態では、加熱対象が排気ガスであり、反応媒体はアンモニアである。
　図１に加えて図２～図４を参照して、化学蓄熱装置１０について詳細に説明する。図２は、図１の熱交換部付き反応器１１の斜視図である。図３は、図１の熱交換部付き反応器１１の正断面図である。図４は、図１の熱交換部付き反応器１１の側断面図である。
　化学蓄熱装置１０は、熱交換部付き反応器１１と、貯蔵器１２と、接続管１３と、バルブ１４とを備えている。熱交換部付き反応器１１は、エンジン２とＤＯＣ４との間に配置されている。熱交換部付き反応器１１は、ヒータとして機能する。熱交換部付き反応器１１は、最上流に配置される触媒であるＤＯＣ４よりも上流側で熱交換部を介して排気ガスを加熱する。加熱により昇温された排気ガスは、下流の各触媒（ＤＯＣ４、ＳＣＲ６、ＡＳＣ７）の内部に流れる。これにより、各触媒は、暖機される。
　熱交換部付き反応器１１について説明する。熱交換部付き反応器１１は、管２０と、２個の蓋部材２１，２２と、複数個の熱交換部２３と、複数個の蓄熱材２４と、断熱材２５とを備えている。図３に示すように、複数個の熱交換部２３と複数個の蓄熱材２４とは、交互に積層して配置され、積層体２６を形成している。積層体２６の両端部（積層方向の最外部）には、蓄熱材２４が配置されている。したがって、蓄熱材２４の個数が、熱交換部２３の個数よりも１個多い。なお、図３等で示す例では熱交換部２３の個数を３個、蓄熱材２４の個数を４個としているが、特にこれに限定されず、熱交換部２３及び蓄熱材２４の個数は適宜の個数としてよい。また、積層体２６の端部には、熱交換部２３が配置されてもよい。
　管２０は、積層体２６を取り囲む管である。管２０は、断面円形の円筒状である。管２０は、排気管３の径よりも大きい径である。管２０の上流側は、排気管３とテーパ管３０を介して連結されている。管２０の下流側は、排気管３とテーパ管３１を介して連結されている。管２０の上流側の端部には、蓋部材２１が接合されている。管２０の下流側の端部には、蓋部材２２が接合されている。蓋部材２１，２２は、管２０の形状に対応した円形の板状である。管２０及び蓋部材２１，２２は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。
　熱交換部２３は、加熱対象としての排気ガスを流通させる流路を形成すると共に、排気ガスと蓄熱材２４との間で熱交換を行う。熱交換部２３は、積層体２６の積層方向に隣り合う蓄熱材２４と蓄熱材２４との間に配置されている。複数個の熱交換部２３の幅方向（排気ガスの流れ方向と直交しかつ積層体２６の積層方向と直交する方向）の各長さは、図３に示すように、円筒状の管２０の内周面２０ａに沿うようにそれぞれ設定されている。具体的には、複数個の熱交換部２３の幅方向の長さは、積層体２６の積層方向の中央側から端部側に配置される熱交換部２３ほど短くなっている。複数個の熱交換部２３の排気ガスの流れ方向の長さは、全て同じ長さであり、管２０の長さと略同じ長さである。
　熱交換部２３は、金属製のチューブ２３ａと、チューブ２３ａ内に配置された金属製のフィン２３ｂとを有している。チューブ２３ａは、この実施形態では扁平の角筒状に形成されている。チューブ２３ａの上流側の端部及び下流側の端部は、開口している。図４に示すように、このチューブ２３ａの開口部２３ｃに対応して、蓋部材２１には上流側開口部である貫通孔２１ａが形成され，蓋部材２２には下流側開口部である貫通孔２２ａが形成されている。この蓋部材２１，２２の貫通孔２１ａ，２２ａ及びチューブ２３ａの開口部２３ｃにより、熱交換部付き反応器１１内に排気ガスが流れる流体通路２９が形成されている。チューブ２３ａの上流側の端部、下流側の端部は、蓋部材２１の貫通孔２１ａ、蓋部材２２の貫通孔２２ａにそれぞれ嵌め込まれた状態で、蓋部材２１、蓋部材２２に溶接又はろう付けなどによりそれぞれ接合されている。これにより、排気ガスが、チューブ２３ａ内を通り抜けることが可能となる。フィン２３ｂは、排気ガスと蓄熱材２４との熱交換を促進するための部材である。フィン２３ｂは、例えば、断面波状である。フィン２３ｂは、チューブ２３ａの内壁面に溶接又はろう付けなどにより接合されている。チューブ２３ａ及びフィン２３ｂは、例えば、ステンレス鋼により形成されている。
　このように、熱交換部付き反応器１１は、管２０の上流端部及び下流端部に蓋部材２１，２２が接合され、この蓋部材２１，２２の間に複数個の熱交換部２３が配設されている。複数個の蓄熱材２４は、この管２０と蓋部材２１，２２で形成される円柱状のスペースのうちの複数個の熱交換部２３が配置される部分を除いたスペースに収容されている。したがって、熱交換部付き反応器１１では、管２０、蓋部材２１，２２及び複数個の熱交換部２３（特に、チューブ２３ａ）により、複数個の蓄熱材２４が収容される容器２７が形成されている。この構造の場合、排気ガスが流れる管２０が、熱交換部付き反応器１１の容器２７の一部（外周部）を兼ねている。
　蓄熱材２４は、積層体２６の積層方向に隣り合う熱交換部２３と熱交換部２３との間に設けられた蓄熱材部２４ａまたは積層方向の端部に設けられた蓄熱材部２４ａに配置されている。蓄熱材２４の幅方向の各長さは、図３に示すように、円筒状の管２０の内周面２０ａに沿うようにそれぞれ設定されている。複数個の蓄熱材２４の排気ガスの流れ方向の長さは、全て同じ長さであり、管２０よりも少し短い長さである。
　蓄熱材２４は、紛体材料をペレット状にプレス成型したプレス成型体である。ここでは、各蓄熱材２４は、扁平の略直方体形状にプレス成型したものとして構成されている。なお、蓄熱材２４は複数個に分割されたペレットから構成してもよい。蓄熱材２４は、反応媒体としてのアンモニアを供給するとアンモニアと化学反応（化学吸着）して発熱する。また、アンモニアが化学吸着された蓄熱材２４は、高温となった排気ガスにより熱交換部２３を介して加熱されると、その熱を吸熱してアンモニアを脱離する。蓄熱材２４としては、組成式ＭＸａで表されるハロゲン化合物が用いられる。Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、若しくはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどの遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉなどである。ａは、Ｍの価数により特定される数であり、２、３である。蓄熱材２４には、熱伝導性を向上させる添加物が混合されていてもよい。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、金属ビーズ、高分子ビーズ、高分子ファイバである。金属ビーズの金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ－Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、ステンレス鋼である。
　断熱材２５は、管２０の内周面２０ａと積層体２６との間に介在している。断熱材２５の外周面側は、管２０の内周面２０ａに沿った形状である。断熱材２５の内周面側は、積層体２６の縁部に沿った形状である。断熱材２５は、例えば、硬質のセラミック材料で形成されている。このような断熱材２５を蓄熱材２４の外側に設けることにより、蓄熱材２４で発生した熱が管２０の外部に逃げにくくなる。なお、断熱材２５を熱交換部付き反応器１１の外側に配置するようにしてもよい。
　さらに、熱交換部付き反応器１１は、排気ガスの流れがスムーズになるように、容器２７の上流側の蓋部材２１に複数個の突出部２８が設けられている。突出部２８は内部の蓄熱材２４に対応して設けられるので、突出部２８の個数は蓄熱材２４の個数と同じ個数である。
　突出部２８は、容器２７の上流側端部（特に、内部に蓄熱材２４が配置されている部分）に流れてきた排気ガスを熱交換部２３内に流れ込むように案内する部材である。複数個の突出部２８は、蓋部材２１の貫通孔２１ａにそれぞれ隣接して、容器２７内の複数個の蓄熱材２４が配置される各位置にそれぞれ対応して配置されている。複数個の突出部２８の幅方向の各長さは、対応する蓄熱材２４の各長さと略同じ長さである。
　突出部２８は、幅方向に沿って延びる三角柱である。したがって、突出部２８は、下流側（蓋部材２１の貫通孔２１ａ）から上流側に向かうにつれて細くなる形状（積層方向の長さが短くなる形状）となっている。突出部２８の下流側端部での積層方向の長さは、蓄熱材２４の長さと略同じ長さである。三角柱の断面形状は、複数個の突出部２８で全て同じ形状としてよいし、複数個の突出部２８が配置される位置に応じて異なる形状としてもよい。例えば、図４等に示すように、積層方向の端部に配置される突出部２８Ａ，２８Ｄについては断面形状を直角二等辺三角形とし、積層方向の中間部に配置される突出部２８Ｂ，２８Ｃについては断面形状を正三角形としている。特に、上端部の突出部２８Ａの断面形状は、排気ガスを下方に案内する向きに斜辺が配置されている直角二等辺三角形である。下端部の突出部２８Ｄの断面形状は、排気ガスを上方に案内する向きに斜辺が配置されている直角二等辺三角形である。突出部２８の断面の三角形は、これに特に限定されず、例えば、先端部の角度が正三角形よりも鋭角な二等辺三角形や直角二等辺三角形よりも鋭角な直角三角形としてもよいし、二等辺三角形以外の三角形としてもよい。また、複数個の突出部２８の断面形状を全て同じ三角形（例えば、全て正三角形）としてもよい。
　突出部２８は、中空の三角柱である。中空とすることにより、突出部２８の熱容量を小さくできる。突出部２８は、例えば、ステンレス鋼により形成されている。突出部２８は、蓋部材２１に溶接又はろう付けなどにより接合されている。
　貯蔵器１２について説明する。貯蔵器１２は、吸着材１２ａを有している。吸着材１２ａは、アンモニアを物理吸着により保持し、かつ、圧力に応じてアンモニアを脱離（分離）する。吸着材１２ａとしては、例えば、活性炭が用いられる。貯蔵器１２では、暖機時にアンモニアを吸着材１２ａから脱離させて熱交換部付き反応器１１（蓄熱材２４）に供給するとともに、暖機終了後には蓄熱材２４から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、メソポーラスアルミナなど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。
　接続管１３について説明する。接続管１３は、熱交換部付き反応器１１と貯蔵器１２とを接続する管である。接続管１３は、熱交換部付き反応器１１と貯蔵器１２との間でアンモニアを流通させる流路となる。接続管１３の熱交換部付き反応器１１側の一端部は、図３に示すように、管２０に形成されている貫通孔２０ｂに挿入された状態で、管２０に溶接又はろう付けなどより接合されている。断熱材２５には、この貫通孔２０ｂの位置に対応して、貫通孔２５ａが形成されている。断熱材２５の内周面側には、アンモニアを周方向に流れ易くするために、環状の溝部２５ｂが形成されている。この溝部２５ｂは、貫通孔２５ａに連通されている。
　バルブ１４について説明する。バルブ１４は、熱交換部付き反応器１１と貯蔵器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は、接続管１３の途中に配設されている。バルブ１４が開かれると、接続管１３を介して熱交換部付き反応器１１と貯蔵器１２とが連通し、アンモニアの移動が可能となる。バルブ１４の開閉制御は、化学蓄熱装置１０の専用のコントローラあるいはエンジン２を制御するＥＣＵ[Electronic Control Unit]などで行われる。バルブ１４は、例えば、電磁式のノーマリクローズのバルブであり、電圧印加時に開く。
　このように構成された化学蓄熱装置１０の動作について説明する。化学蓄熱装置１０では、エンジン２から排出された排気ガスの温度が所定温度（触媒の活性温度に基づいて設定された温度）より低いときに（例えば、エンジン２の始動直後）、ＥＣＵなどによる制御によりバルブ１４が開かれる。これにより、アンモニアが充填された圧力の高い貯蔵器１２と貯蔵器１２よりも圧力の低い熱交換部付き反応器１１とが連通されることにより、貯蔵器１２の吸着材１２ａからアンモニアが脱離する。吸着材１２ａから脱離したアンモニアは、接続管１３内を流れて熱交換部付き反応器１１側に移動し、熱交換部付き反応器１１の容器２７内に供給される。熱交換部付き反応器１１では、供給されたアンモニアと各蓄熱材２４とがそれぞれ化学反応し、熱を発生させる（発熱反応）。この各蓄熱材２４で発生した熱は、各熱交換部２３に伝導される。各熱交換部２３では、蓄熱材２４からの熱をチューブ２３ａ内を流れる排気ガスに与える。即ち、熱交換部２３は、蓄熱材２４と排気ガスとの間で熱交換する。これにより、排気ガスが、昇温する。この化学蓄熱装置１０で昇温された排気ガスが下流側に流れることで、各触媒（ＤＯＣ４、ＳＣＲ６、ＡＳＣ７）が暖機される。これにより、各触媒は、迅速に活性温度以上に昇温される。
　暖機終了後、エンジン２の稼働がある程度継続すると、エンジン２から排出された排気ガスの温度が高くなる。この温度が高くなった排気ガスが各熱交換部２３のチューブ２３ａ内に入ると、排気ガスの熱（排熱）が各熱交換部２３に伝導される。排気ガスの熱により加熱された各熱交換部２３によって、蓄熱材２４が加熱される。即ち、熱交換部２３は、排気ガスと蓄熱材２４との間で熱交換する。このとき、アンモニアを化学吸着している蓄熱材２４は、排ガスの熱を吸熱してアンモニアを脱離する。これにより、熱交換部付き反応器１１内では、アンモニアが発生する（再生反応）。この再生反応に伴い、ＥＣＵなどによる制御により、バルブ１４が開かれる。これにより、熱交換部付き反応器１１の容器２７内で発生したアンモニアは、接続管１３内を流れて貯蔵器１２側に移動し、貯蔵器１２に回収される。貯蔵器１２では、吸着材１２ａでアンモニアを吸着して貯蔵する。
　特に、図４を参照して、エンジン２から排出された排気ガスが熱交換部付き反応器１１を通過する際の排気ガスの流れについて説明する。図４で示す各矢印は、排気ガスが流れを示している。管２０内の熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが配置される部分に流れてきた排気ガスは、熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの各チューブ２３ａ内に流れ込む。
　一方、管２０内の蓄熱材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが配置される部分に流れてきた排気ガスは、突出部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄの各斜面２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに当たる。突出部２８Ａの斜面２８ａに当たった排気ガスは、斜面２８ａに沿って下流側に向かうにつれて下方に流れる。また、排気ガスは、突出部２８Ａの下側に配置されている熱交換部２３Ａのチューブ２３ａ内にスムーズに流れ込む。突出部２８Ｂの各斜面２８ｂ，２８ｂに当たった排気ガスは、各斜面２８ｂ，２８ｂに沿って下流側に向かうにつれて上方又は下方に流れる。また、排気ガスは、突出部２８Ｂの上側に配置されている熱交換部２３Ａのチューブ２３ａ内又は下側に配置されている熱交換部２３Ｂのチューブ２３ａ内にスムーズに流れ込む。突出部２８Ｃの各斜面２８ｃ，２８ｃに当たった排気ガスは、各斜面２８ｃ，２８ｃに沿って下流側に向かうにつれて上方又は下方に流れ、突出部２８Ｃの上側に配置されている熱交換部２３Ｂのチューブ２３ａ内又は下側に配置されている熱交換部２３Ｃのチューブ２３ａ内にスムーズに流れ込む。突出部２８Ｄの斜面２８ｄに当たった排気ガスは、斜面２８ｄに沿って下流側に向かうにつれて上方に流れる。排気ガスは、突出部２８Ｄの上側に配置されている熱交換部２３Ｃのチューブ２３ａ内にスムーズに流れ込む。このように、管２０内に配置される容器２７の上流側端部（内部に蓄熱材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが配置される部分）に流れてきた排気ガスも、下流（熱交換部２３Ａ、２３Ｂ，２３Ｃの各チューブ２３ａ内）にスムーズに流れる。
　ここで、図６を参照して、突出部２８を備えない熱交換部付き反応器１００を通過する際の排気ガスの流れについて説明する。図６は、従来の化学蓄熱装置の熱交換部付き反応器１００の側断面図である。熱交換部付き反応器１００は、熱交換部付き反応器１１に対して、蓋部材２１に突出部２８が設けられていない点だけが異なる。管２０内の熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが配置される部分に流れてきた排気ガスは、熱交換部付き反応器１１と同様に、熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの各チューブ２３ａ内に流れ込む。しかし、管２０内の蓄熱材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが配置される部分に流れてきた排気ガスは、蓋部材２１の平坦な面（排気ガスの流れ方向に対して略直交する面）に当たる。この平坦な面に当たった排気ガスは、流れが乱れ、下流側にスムーズに流れない。そのため、排気ガスが通過する際の熱交換部付き反応器１００での圧力損失が増加する。この圧力損失が大きくなるほど、エンジン２で発生するエネルギの利用効率が低下する。そのため、車両の燃費が悪化すると共に、エンジン２の出力も低下する。また、排気ガスが熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの各チューブ２３ａ内に流れ込み難くなっているので、熱交換部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃでの排気ガスと蓄熱材２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄとの熱交換効率が低下する。そのため、熱交換部付き反応器１００では、加熱効率及び蓄熱効率が低下する。
　この化学蓄熱装置１０によれば、熱交換部付き反応器１１の容器２７の上流側の蓋部材２１に断面形状が三角形の突出部２８が設けられている。従って、この突出部２８による整流作用により、容器２７の上流側に流れてきた排気ガスが下流側にスムーズに流れ易くなる。そのため、化学蓄熱装置１０では、排気ガスが通過する際の熱交換部付き反応器１１での圧力損失の増加を抑えることができる。
　化学蓄熱装置１０では、熱交換部２３と蓄熱材２４とを積層した熱交換部付き反応器１１としている。従って、突出部２８の整流作用により、容器２７の上流側（内部に蓄熱材２４が配置される部分）に流れてきた排気ガスが蓄熱材２４に隣接する熱交換部２３のチューブ２３ａ内（流体通路２９内）にスムーズに流れ込む。これにより、蓄熱材２４，２４に挟まれた各熱交換部２３では、排気ガスと蓄熱材２４と間の熱交換効率が向上する。そのため、熱交換部付き反応器１１では、加熱効率及び蓄熱効率が向上する。
　化学蓄熱装置１０では、エンジン２の排気ガスが通過する際の圧力損失の増加が抑えられるので、エンジン２で発生するエネルギの利用効率の低下を抑えることができる。そのため、圧力損失による車両の燃費の悪化を抑えることができるとともに、エンジン２の出力の低下も抑えることができる。
　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、上記実施形態では車両のディーゼルエンジンから排出される排気ガスを加熱（暖機）する化学蓄熱装置に適用したが、特にこれに限られず、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを加熱する化学蓄熱装置などに適用してもよい。また、エンジン以外にも、ごみ焼却工場、発電所、各種プラント工場などに化学蓄熱装置を適用してもよい。また、上記実施形態では排気ガスを加熱する化学蓄熱装置に適用したが、排気ガス以外にも、気体状または液体状の流体（例えば、オイル（エンジンオイル、変速機オイル等）、水、空気、水蒸気）を加熱する化学蓄熱装置に適用してもよい。これらの他の流体の場合も、反応器の容器の上流側端部が平坦な面であると圧力損失が大きくなる。そこで、容器の上流側端部に断面形状が三角形等の突出部を設けることにより、圧力損失の増加を抑えることができる。
　また、上記実施形態ではチューブ内にフィンを設けた熱交換部とし、チューブとチューブとの間に蓄熱材を配置した積層体としたが、チューブ内に蓄熱材を収容し、チューブとチューブとの間に熱交換部（フィン）を配置した積層体としてもよい。この構成の一例を、図５を参照して説明する。図５は、他の実施形態に係る化学蓄熱装置の熱交換部付き反応器４１の側断面図である。
　熱交換部付き反応器４１は、管５０と、２個の蓋部材５１，５２と、複数個の熱交換部５３と、複数個の蓄熱材５４と、断熱材５５とを備えている。複数個の熱交換部５３と複数個の蓄熱材５４とは、交互に積層され、積層体５６を形成している。管５０、蓋部材５１，５２、断熱材５５は、上記実施形態の管２０、蓋部材２１，２２、断熱材２５と同様のものである。但し、蓋部材５１，５２には、蓄熱材５４が配置される部分も貫通孔となっている。蓄熱材５４は、扁平の角筒状のチューブ５４ａに収容されている。したがって、チューブ５４ａが、蓄熱材５４を収容する容器となっている。熱交換部付き反応器４１には、各チューブ５４ａ内にそれぞれアンモニアを供給するための部材（図示せず）が適宜設けられ、その部材に応じて所定の箇所に接続管（図示せず）が取り付けられている。熱交換部５３のフィン５３ｂは、上側のチューブ５４ａと下側のチューブ５４ａと間に配置され、この両側のチューブ５４ａ，５４ａに溶接又はろう付けなどにより接合されている。チューブ５４ａの上流側の端部及び下流側の端部は、閉じられている。特に、チューブ５４ａの上流側の端部には、排気ガスを熱交換部５３内に流れ込むように案内する突出部５８が一体で形成されている。突出部５８は、蓋部材２１よりも上流側に突き出ており、断面形状が三角形である。蓄熱材５４は、このチューブ５４ａの突出部５８の内部にも収容されている。この熱交換部付き反応器４１を備える化学蓄熱装置は、上記実施形態に係る化学蓄熱装置１０と同様の作用効果を有する。特に、熱交換部付き反応器４１では、突出部５８の内部にも蓄熱材５４が収容されているので、蓄熱材５４の量が多くなり、発熱量及び蓄熱量が増加する。
　また、上記実施形態では熱交換部を備え、熱交換部を介して排気ガスを加熱する構成としたが、フィン等を設けずに、熱交換部を備えない構成としてもよい。また、上記実施形態では熱交換部と蓄熱材とを積層する構造としたが、熱交換部と蓄熱材（反応器）との配置構造についても積層構造以外の構造としてもよい。例えば、反応器の外周部を取り囲むように熱交換部を配置させる構造とする。
　また、上記実施形態では断面形状が三角形の突出部を示したが、排気ガスの流れがスムーズになるような形状であれば特に限定されず、例えば、断面形状が半円形の突出部、断面形状が半楕円形の突出部、断面形状が台形（特に、上底部が短いほどよい）の突出部とする。また、上記実施形態では幅方向に沿って延びる三角柱の突出部を示したが、反応器等の形状によっては上流側に向かうにつれて細くなる角錐形、円錐形、半球形等の突出部としてもよい。
　また、上記実施形態では突出部を容器の上流側端部に設ける構成としたが、容器の下流側端部にも下流側に向かうにつれて細くなる突出部を設けてもよい。このように反応器の下流側端部にも突出部を設けることにより、熱交換部から出た後の排気ガスの流れをよりスムーズにできる。
　また、上記実施形態では反応媒体をアンモニアとしたが、アルコール、水など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適した蓄熱材、吸着材を適宜用いるとよい。
　１…排気ガス浄化システム、２…エンジン、３…排気管、４…ＤＯＣ、５…ＤＰＦ、６…ＳＣＲ、７…ＡＳＣ、１０…化学蓄熱装置、１１，４１…熱交換部付き反応器、１２…貯蔵器、１２ａ…吸着材、１３…接続管、１４…バルブ、２０，５０…管、２０ａ…内周面、２０ｂ…貫通孔、２１，２２，５１，５２…蓋部材、２１ａ，２２ａ…貫通孔、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，５３…熱交換部、２３ａ…チューブ、２３ｂ，５３ｂ…フィン、２３ｃ…開口部、２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，５４…蓄熱材、２４ａ…蓄熱材部、５４ａ…チューブ、２５，５５…断熱材、２５ａ…貫通孔、２５ｂ…溝部、２６，５６…積層体、２７…容器、２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ，５８…突出部、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ…斜面、２９…流体通路、３０，３１…テーパ管。

Claims (5)

  1. 　流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しかつ吸熱により前記反応媒体を脱離する蓄熱材と、前記蓄熱材を内部に収容する容器とを有する反応器と、
    　前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
    　前記反応器と前記貯蔵器とを連通し、前記反応器と前記貯蔵器との間で前記反応媒体を流通させる接続管と、
    　を備え、
    　前記反応器は、前記流体が流れる管内に配置されると共に、前記流体の流れ方向に沿って設けられた上流側開口部と下流側開口部とを有する流体通路を有し、
    　前記反応器の前記容器における前記流体の流れ方向の上流側には、前記上流側開口部に隣接して配置されると共に前記上流側開口部から前記上流側に向かうにつれて細くなる突出部が設けられている、化学蓄熱装置。
  2. 　前記反応器は、前記流体通路に、前記蓄熱材と前記流体との間で熱交換を促進するための熱交換部を備える、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記反応器は、複数個の前記蓄熱材と複数個の前記熱交換部とを備え、前記蓄熱材と前記熱交換部とが交互に配置されている、請求項２に記載の化学蓄熱装置。
  4. 　前記突出部は、前記容器と一体で形成され、
    　前記突出部の内部には、前記蓄熱材が収容されている、請求項１～請求項３の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  5. 　前記流体は、内燃機関から排出される排気ガスである、請求項１～請求項４の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
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