WO2016158514A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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（ＮＨ_３）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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