WO2017086062A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents
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Definitions
- One aspect of the present invention relates to a chemical heat storage device.
- the chemical heat storage device described in Patent Document 1 includes a reaction container that stores a heat storage material that generates heat by a chemical reaction with water and absorbs heat by a dehydration reaction, and a condensing container in which liquid water is stored.
- a reaction container that stores a heat storage material that generates heat by a chemical reaction with water and absorbs heat by a dehydration reaction
- a condensing container in which liquid water is stored.
- An object of one aspect of the present invention is to provide a chemical heat storage device that can obtain the amount of heat necessary for heating an object to be heated while downsizing the entire device.
- One aspect of the present invention is a chemical heat storage device that is provided in a mobile machine equipped with an internal combustion engine and that heats a heating target that flows through a heating target flow path and is arranged so that heat can be exchanged with respect to the heating target, and a reaction medium is supplied.
- a plurality of reactors containing a reaction material that generates heat and desorbs when given heat, a reservoir that stores the reaction medium, a plurality of reactors and a reservoir
- a reaction medium flow channel for allowing the reaction medium to flow between, an exhaust gas supply channel for supplying exhaust gas discharged from the internal combustion engine to a plurality of reactors, and a first valve for opening and closing the reaction medium flow channel
- the reaction medium is removed from the reaction material in the second valve that opens and closes the heating target flow path, the third valve that opens and closes the exhaust gas supply path, and the first reactor that is one of the plurality of reactors.
- the first valve is controlled so as to perform an exothermic reaction in which the reaction material and the reaction medium in the second reactor, which is one reactor different from the first reactor among the plurality of reactors, undergo a chemical reaction.
- the first valve control unit controls the second valve so as to exchange heat between the second reactor and the heating target when performing an exothermic reaction in which the reaction material and the reaction medium in the second reactor are chemically reacted.
- a second valve control unit and a third valve control unit that controls the third valve so as to supply exhaust gas to the first reactor when a regeneration reaction is performed to desorb the reaction medium from the reaction material in the first reactor. And comprising.
- a regeneration reaction is performed in which the reaction medium is desorbed from the reaction material in the first reactor which is any one of the plurality of reactors, and among the plurality of reactors.
- the first valve is controlled so as to perform an exothermic reaction in which the reaction material and the reaction medium in the second reactor, which is one reactor different from the first reactor, chemically react.
- the third valve is controlled so as to supply exhaust gas to the first reactor. Then, heat of exhaust gas is given to the reaction material in the first reactor, the reaction medium is desorbed from the reaction material, and the reaction medium is supplied to the second reactor.
- the second valve is controlled so as to exchange heat between the second reactor and the heating target. Then, the reaction material in the second reactor and the reaction medium supplied from the first reactor chemically react to generate heat from the reaction material, and the heat is exchanged and heated by the heat.
- the amount of reaction material accommodated in each reactor can be sufficiently reduced compared to the amount corresponding to the amount of heat necessary for heating the heating target. It becomes possible to obtain the amount of heat necessary for heating the heating target.
- the physique of a reactor can be made small by reducing the accommodation amount of the reaction material in a reactor. Thereby, the calorie
- a chemical heat storage device capable of obtaining the amount of heat necessary for heating a heating target while reducing the size of the entire device.
- FIG. 1 is a schematic structure figure showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device concerning one embodiment.
- FIG. 2 is a flowchart showing a valve control processing procedure executed by the controller shown in FIG.
- FIG. 3 is a flowchart showing a valve control processing procedure executed by the controller shown in FIG.
- FIG. 4 is a table showing the relationship between the treatment state of each reactor and the open / close state of each valve.
- FIG. 5 is a flowchart showing details of step S105 in FIG.
- FIG. 6 is a flowchart showing details of step S107 in FIG.
- FIG. 7 is a flowchart showing details of step S109 in FIG.
- FIG. 8 is a flowchart showing details of step S112 in FIG.
- the chemical heat storage device further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the heating target, and the first valve control unit is configured to detect when the temperature of the heating target detected by the temperature detection unit is lower than a predetermined temperature.
- the first valve is set to perform a regeneration reaction for desorbing the reaction medium from the reaction material in the first reactor and an exothermic reaction for chemically reacting the reaction material of the reactor and the reaction medium in the second reactor. You may control.
- the plurality of reactors sequentially repeat the regeneration reaction and the exothermic reaction until the temperature of the heating target becomes equal to or higher than the predetermined temperature, whereby the heating target can be reliably heated to the predetermined temperature.
- the first valve control unit causes an exothermic reaction to chemically react the reaction material and the reaction medium in the second reactor when the temperature of the heating target detected by the temperature detection unit exceeds a predetermined temperature.
- the first valve may be controlled to stop the operation. In such a configuration, when the temperature of the heating target becomes equal to or higher than the predetermined temperature, an exothermic reaction that chemically reacts the reaction material and the reaction medium in the second reactor is not performed. Is prevented from being heated.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine oil circulation system including a chemical heat storage device according to an embodiment.
- an engine oil circulation system 1 is provided in a vehicle S equipped with an engine 2 that is an internal combustion engine, and circulates engine oil for lubricating each part in the engine 2.
- the engine oil circulation system 1 includes an oil pan 3, an oil pump 4, and an oil cooler 5.
- the oil pan 3 stores engine oil.
- the engine oil that has flowed through each part in the engine 2 returns to the oil pan 3.
- the oil pump 4 sucks up and pumps the engine oil stored in the oil pan 3.
- the oil cooler 5 cools the engine oil to a predetermined temperature with cooling water when the temperature of the engine oil sucked up by the oil pump 4 becomes too high.
- the reason for cooling the engine oil is to prevent deterioration due to excessive temperature rise of the engine oil.
- the engine oil circulation system 1 includes a chemical heat storage device 10 that enables an early temperature increase of the engine oil.
- the chemical heat storage device 10 heats (warms up) the engine oil without requiring external energy such as electric power.
- the chemical heat storage device 10 desorbs the reaction medium from the reaction material 15 (described later) of the reactors 12A and 12B by the heat of exhaust gas, stores the desorbed reaction medium, and stores the stored reaction medium. Is supplied to the reactors 12A and 12B, the reaction material 15 and the reaction medium are chemically reacted, and the engine oil is heated by the reaction heat at that time.
- the chemical heat storage device 10 is a device that stores heat from the engine oil and supplies heat to the engine oil using a reversible chemical reaction.
- the reaction medium is ammonia (NH 3 ).
- the chemical heat storage device 10 includes two heat exchangers 11A and 11B, two reactors 12A and 12B, and an adsorber 13.
- the heat exchangers 11 ⁇ / b> A and 11 ⁇ / b> B are respectively disposed in two oil flow paths 14 ⁇ / b> A and 14 ⁇ / b> B that connect the oil cooler 5 and the engine 2.
- the oil flow paths 14 ⁇ / b> A and 14 ⁇ / b> B are heating target flow paths through which engine oil that is a heating target flows from the oil cooler 5 to the engine 2.
- the oil passage 14B is connected in parallel to the oil passage 14A.
- the heat exchangers 11A and 11B allow the engine oil to pass therethrough and perform heat exchange between the engine oil and the reactors 12A and 12B, respectively.
- the reactors 12A and 12B are arranged around the heat exchangers 11A and 11B so as to be able to exchange heat with engine oil.
- the reactors 12A and 12B include a reaction material 15 that generates heat due to a chemical reaction with NH 3 when NH 3 is supplied, and desorbs NH 3 when heat of exhaust gas described later is applied.
- a reaction material 15 a halide represented by the 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 to 3.
- the adsorber 13 is a reservoir that stores NH 3 .
- the adsorber 13 includes an adsorbent 16 capable of physical adsorption and desorption of NH 3 .
- adsorbent 16 capable of physical adsorption and desorption of NH 3 .
- activated carbon, carbon black, mesoporous carbon, nanocarbon, zeolite, or the like is used.
- NH 3 may be chemically adsorbed on the adsorbent 16.
- the chemical heat storage device 10 includes two reaction medium channels 17A and 17B connected to the reactors 12A and 12B, respectively, and a reaction medium channel 18 connecting the adsorber 13 and the reaction medium channels 17A and 17B.
- a valve 19 (first valve) disposed in the reaction medium flow path 18, two valves 20A and 20B (first valve) disposed in the reaction medium flow paths 17A and 17B, respectively, and an oil flow path 14A.
- 14B are provided with two valves 21A, 21B (second valves) respectively disposed upstream of the reactors 12A, 12B.
- the reaction medium channels 17A, 17B, and 18 are channels for circulating NH 3 between the reactors 12A and 12B and the adsorber 13.
- the valve 19 is an electromagnetic valve that opens and closes the reaction medium flow path 18.
- the valves 20A and 20B are electromagnetic valves that open and close the reaction medium flow paths 17A and 17B, respectively.
- the valves 21A and 21B are electromagnetic valves that open and close the oil flow paths 14A and 14B, respectively.
- the chemical heat storage device 10 is connected to two exhaust gas supply paths 22A and 22B connected to an exhaust pipe (not shown) for guiding the exhaust gas discharged from the engine 2 to the outside, and these exhaust gas supply paths 22A and 22B, respectively.
- Two valves 23A and 23B (third valve) are provided.
- the exhaust gas supply paths 22A and 22B are flow paths for supplying the exhaust gas discharged from the engine 2 to the reactors 12A and 12B, respectively.
- the exhaust gas supply path 22B is connected in parallel to the exhaust gas supply path 22A.
- the valves 23A and 23B are disposed upstream of the reactors 12A and 12B in the exhaust gas supply paths 22A and 22B, respectively.
- the valves 23A and 23B are electromagnetic valves that open and close the exhaust gas supply paths 22A and 22B, respectively.
- the reactor 12B also operates in the same manner as described above by opening the valves 19 and 20B.
- the chemical heat storage device 10 includes a temperature sensor 24 and a controller 25.
- the temperature sensor 24 is a temperature detection unit that detects the temperature of the engine oil.
- the temperature sensor 24 detects, for example, the temperature of engine oil flowing downstream from the reactors 12A and 12B.
- the controller 25 includes a CPU, a RAM, a ROM, an input / output interface, and the like.
- the controller 25 includes a first valve control unit 26, a second valve control unit 27, and a third valve control unit 28.
- the first valve control unit 26 controls the valves 19, 20 ⁇ / b> A, 20 ⁇ / b> B based on the detection value of the temperature sensor 24. Specifically, the first valve control unit 26, when the temperature of the engine oil detected by the temperature sensor 24 is lower than a predetermined temperature (described later), the one reaction material 15 (the plurality of reaction materials 15 of the reactors 12A and 12B). the NH 3 from the reaction medium) in the first reactor is any one reactor of the reactor performs regeneration reaction desorb, reactor 12A, 12B other reaction material 15 (more reactors of The valves 19, 20A and 20B are controlled so as to perform an exothermic reaction in which NH 3 is chemically reacted with the reaction material in the second reactor, which is one reactor different from the first reactor.
- a predetermined temperature described later
- the second valve control unit 27 controls the valves 21A and 21B based on the detection value of the temperature sensor 24. Specifically, the second valve control unit 27 performs the exothermic reaction in which the other reactant 15 of the reactors 12A and 12B and the NH 3 are chemically reacted as described above, and the other of the reactors 12A and 12B.
- the valves 21A and 21B are controlled to exchange heat with the engine oil.
- the third valve control unit 28 controls the valves 23A and 23B based on the detection value of the temperature sensor 24. Specifically, as described above, the third valve control unit 28 causes one of the reactors 12A and 12B to perform a regeneration reaction for desorbing NH 3 from one reaction material 15 of the reactors 12A and 12B. The valves 23A and 23B are controlled so as to supply exhaust gas.
- FIG. 2 is a flowchart showing a valve control processing procedure executed by the controller 25.
- the reactors 12A, 12B and the valves 19, 20A, 20B, 21A, 21B, 23A, 23B are in a reset state.
- the reactors 12A and 12B have all been regenerated, the valves 19, 20A, 20B, 21B, 23A and 23B are closed, and the valve 21A is opened. . Accordingly, the engine oil flows through the oil flow path 14A.
- the controller 25 first determines whether or not the engine 2 has been started based on an operation signal of an ignition switch (not shown) (step S101). When it is determined that the engine 2 has been started (step S101: YES), the controller 25 determines whether or not the temperature of the engine oil is lower than a predetermined temperature based on the detected value of the temperature sensor 24 (step S102). .
- the predetermined temperature may be, for example, the exothermic temperature of the reactors 12A and 12B, or may be a temperature lower by a specified value (for example, 10 ° C.) than the exothermic temperature of the reactors 12A and 12B.
- step S102 determines that the temperature of the engine oil is lower than the predetermined temperature (step S102: YES)
- the reaction material 15 of the reactor 12A and NH 3 are chemically treated as shown in the state 1 of FIG.
- the valves 19 and 20A are controlled to be opened so as to perform an exothermic reaction (simply referred to as an exothermic reaction in the reactor 12A) (step S103).
- NH 3 is supplied from the adsorber 13 to the reactor 12A, heat is generated by a chemical reaction between the reaction material 15 of the reactor 12A and NH 3, and the engine oil is heated by the heat.
- the controller 25 determines whether or not the temperature of the engine oil is lower than a predetermined temperature based on the detection value of the temperature sensor 24 (step S104).
- the controller 25 determines that the temperature of the engine oil is lower than the predetermined temperature (S104: YES), as shown in the state 3 of FIG. 4, the reaction material 15 of the reactor 12B and NH 3 are chemically reacted.
- a process for performing an exothermic reaction (simply referred to as an exothermic reaction in the reactor 12B) and a regeneration reaction for desorbing NH 3 from the reaction material 15 in the reactor 12A (simply referred to as a regeneration reaction in the reactor 12A) is performed (step) S105).
- FIG. 5 is a flowchart showing details of step S105.
- the controller 25 controls the opening of the valve 21B and closes the valve 21A (step S151).
- the engine oil flows through the oil flow path 14B, and the engine oil passes through the heat exchanger 11B. Therefore, heat exchange between the reactor 12B and the engine oil becomes possible.
- the controller 25 controls the opening of the valve 23A (step S152). Thereby, the exhaust gas discharged from the engine 2 is supplied to the reactor 12A. Therefore, the heat of exhaust gas is applied to the reaction material 15 of the reactor 12A, so that NH 3 is desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12A.
- the controller 25 controls the opening of the valve 20B (step S153). Accordingly, the valves 19, 20A, 20B are opened. Thereby, NH 3 desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12A is supplied to the reactor 12B and the adsorber 13. The amount of NH 3 supplied to the reactor 12B and the adsorber 13 depends on the pressure of the reactors 12A, 12B and the adsorber 13. Since NH 3 is supplied to the reactor 12B in this manner, heat is generated by a chemical reaction between the reaction material 15 of the reactor 12B and NH 3, and the engine oil is heated by the heat.
- steps S151 to S153 are not particularly limited to the above, and for example, steps S151 to S153 may be executed simultaneously.
- Step S ⁇ b> 106 the controller 25 determines whether the temperature of the engine oil is lower than a predetermined temperature based on the detection value of the temperature sensor 24 (Step S ⁇ b> 106).
- step S106: YES the controller 25 performs the exothermic reaction of the reactor 12A and the reactor 12B as shown in the state 4 of FIG.
- a process for performing a regeneration reaction for desorbing NH 3 from the reactant 15 (simply referred to as a regeneration reaction of the reactor 12B) is performed (step S107).
- FIG. 6 is a flowchart showing details of step S107.
- the controller 25 controls to open the valve 21A and closes the valve 21B (step S161).
- the engine oil flows through the oil passage 14A, and the engine oil passes through the heat exchanger 11A. Therefore, heat exchange between the reactor 12A and the engine oil becomes possible.
- controller 25 controls the opening of the valve 23B and closes the valve 23A (step S162). Thereby, the exhaust gas discharged from the engine 2 is supplied to the reactor 12B. Therefore, the heat of exhaust gas is applied to the reaction material 15 of the reactor 12B, so that NH 3 is desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12B.
- valves 19, 20A, 20B are all open. Thereby, NH 3 desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12B is supplied to the reactor 12A and the adsorber 13.
- the amount of NH 3 supplied to the reactor 12A and the adsorber 13 depends on the pressure of the reactors 12A and 12B and the adsorber 13. Since NH 3 is supplied to the reactor 12A in this way, heat is generated by a chemical reaction between the reaction material 15 of the reactor 12A and NH 3, and the engine oil is heated by the heat.
- step S161 and step S162 are executed is not particularly limited to the above, and for example, step S161 and step S162 may be executed simultaneously.
- Step S107 the controller 25 determines whether the temperature of the engine oil is lower than a predetermined temperature based on the detected value of the temperature sensor 24 (Step S108).
- the controller 25 executes the above step S105 again. Therefore, the controller 25 repeats the above steps S105 and S107 alternately until it determines that the temperature of the engine oil is equal to or higher than the predetermined temperature.
- step S108 YES
- the regeneration reaction of the reactor 12A is performed as shown in the state 5 of FIG.
- a process of waiting the reactor 12B is performed (step S109) (see FIG. 3).
- FIG. 7 is a flowchart showing details of step S109.
- the controller 25 controls the opening of the valve 21B and closes the valve 21A (step S171).
- the engine oil flows through the oil flow path 14B, and the engine oil passes through the heat exchanger 11B. Therefore, heat exchange between the reactor 12B and the engine oil becomes possible.
- the controller 25 controls to open the valve 23A and closes the valve 23B (step S172). At this time, when the valve 23B is in the closed state, the controller 25 performs control so that the valve 23B is maintained in the closed state. Thereby, the exhaust gas discharged from the engine 2 is supplied to the reactor 12A. Therefore, the heat of exhaust gas is applied to the reaction material 15 of the reactor 12A, so that NH 3 is desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12A.
- the controller 25 controls the valve 20B to be closed (step S173). At this time, when the valve 20B is in the closed state, the controller 25 controls the valve 20B to be maintained in the closed state. Accordingly, the valves 19 and 20A are opened. Thereby, NH 3 desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12A is not supplied to the reactor 12B but is returned to the adsorber 13 and recovered.
- steps S171 to S173 are not particularly limited to the above, and for example, steps S171 to S173 may be executed simultaneously.
- the controller 25 determines whether or not a predetermined time has elapsed after executing Step S109 (Step S110).
- the controller 25 determines that the predetermined time has elapsed (step S110: YES)
- the controller 25 controls to open the valve 21A and closes the valves 19, 20A, 21B, and 23A (step S111), and ends this process. .
- step S106 when the controller 25 determines in step S106 that the temperature of the engine oil is equal to or higher than the predetermined temperature (step S106: NO), as shown in the state 6 of FIG. A process of performing the regeneration reaction of 12B and waiting the reactor 12A is performed (step S112).
- FIG. 8 is a flowchart showing details of step S112.
- the controller 25 controls to open the valve 21A and closes the valve 21B (step S181).
- the engine oil flows through the oil passage 14A, and the engine oil passes through the heat exchanger 11A. Therefore, heat exchange between the reactor 12A and the engine oil becomes possible.
- controller 25 controls to open the valve 23B and closes the valve 23A (step S182). Thereby, the exhaust gas discharged from the engine is supplied to the reactor 12B. For this reason, the heat of exhaust gas is applied to the reaction material 15 of the reactor 12B, whereby NH 3 is desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12B.
- controller 25 controls the valve 20A to be closed (step S183). Accordingly, the valves 19 and 20B are opened. Thereby, NH 3 desorbed from the reaction material 15 of the reactor 12B is not supplied to the reactor 12A but is returned to the adsorber 13 and recovered.
- steps S181 to S183 are not particularly limited to the above, and for example, steps S181 to S183 may be executed simultaneously.
- Step S113 determines whether or not a predetermined time has elapsed after executing Step S112 (Step S113).
- step S113 determines that the predetermined time has elapsed (step S113: YES)
- step S114 closes the valves 19, 20B and 23B (step S114), and ends this process.
- the controller 25 first performs a process for performing the exothermic reaction of the reactor 12A (state 1 in FIG. 4), and then performs a process for performing the exothermic reaction of the reactor 12B and the regeneration reaction of the reactor 12A (FIG. 4). 4 state 3) and the process of performing the exothermic reaction in reactor 12A and the regeneration reaction in reactor 12B (state 4 in FIG. 4) are alternately repeated.
- the controller 25 first performs a process for performing an exothermic reaction of the reactor 12B (state 2 in FIG. 4), and then the exothermic reaction of the reactor 12A.
- the process for performing the regeneration reaction in the reactor 12B (state 4 in FIG. 4) and the process for performing the exothermic reaction in the reactor 12B and the regeneration reaction in the reactor 12A (state 3 in FIG. 4) are alternately repeated. Also good.
- the controller 25 When only the reactor 12A has been regenerated, the controller 25 performs a process for performing the exothermic reaction of the reactor 12A and the regeneration reaction of the reactor 12B (state 4 in FIG. 4) and the exothermic reaction of the reactor 12B. And the process (state 3 in FIG. 4) for performing the regeneration reaction in the reactor 12A is alternately repeated.
- the controller 25 When only the reactor 12B has been regenerated, the controller 25 performs a process for performing the exothermic reaction of the reactor 12B and the regeneration reaction of the reactor 12A (state 3 in FIG. 4), and the exothermic reaction and reaction of the reactor 12A.
- the process of performing the regeneration reaction in the vessel 12B (state 4 in FIG. 4) is alternately repeated.
- the controller 25 determines that the engine 2 has been stopped, the controller 25 performs a regeneration reaction for either one of the reactors 12A and 12B, and then performs valves 19, 20A, 20B, 21A, 21B, 23A, 23B is returned to the reset state.
- the first valve control unit 26 performs steps S102 to S104, S106, S108 in FIG. 2, steps S110, S111, S113, S114 in FIG. 3, step S153 in FIG. 5, step S173 in FIG. 7, and FIG. Step S183 is executed.
- the second valve control unit 27 performs steps S102 to S104, S106, and S108 in FIG. 2, steps S110 and S111 in FIG. 3, step S151 in FIG. 5, step S161 in FIG. 6, step S171 in FIG. Step S181 is executed.
- the third valve control unit 28 includes steps S102 to S104, S106, and S108 in FIG. 2, steps S110, S111, S113, and S114 in FIG. 3, step S152 in FIG. 5, step S162 in FIG. 6, and step S172 in FIG. And step S182 of FIG. 8 is performed.
- reactor 12A from one of the reaction material 15 and 12B performs a regeneration reaction to the NH 3 desorbed, reactor 12A, the other reaction member 15 of 12B and NH 3 and a chemical reaction
- the valves 19, 20A, 20B are controlled so as to perform the exothermic reaction.
- the valves 23A and 23B are controlled so as to supply exhaust gas to one of the reactors 12A and 12B. Then, the exhaust gas heat of the reactor 12A, given to one of the reaction material 15 of 12B NH 3 is desorbed from said reaction member 15, the NH 3 is supplied to the other reactor 12A, 12B.
- valves 21A and 21B are controlled so as to exchange heat between the other of the reactors 12A and 12B and the engine oil. The Then, the other reactant 15 of the reactors 12A and 12B and NH 3 supplied from one of the reactors 12A and 12B chemically react to generate heat, and the heat exchanges engine oil. Heated.
- the reactors 12A and 12B alternately perform such regeneration reaction and exothermic reaction, whereby the capacity of the reaction material 15 in the reactors 12A and 12B and the capacity of the adsorbent 16 in the adsorber 13 are heated by engine oil. Even if the amount is sufficiently smaller than the amount corresponding to the amount of heat required for heating, the amount of heat necessary for heating the engine oil can be obtained. For example, even if the accommodation amount of the reaction material 15 in the reactors 12A and 12B and the accommodation amount of the adsorbent 16 in the adsorber 13 is an amount corresponding to NH 3 for 100 kJ, a heat amount of 500 kJ necessary for heating the engine oil is obtained. It becomes possible.
- the size of the reactors 12A and 12B can be reduced.
- the physique of the adsorption device 13 can be made small by reducing the accommodation amount of the adsorbent 16 in the adsorption device 13. Thereby, the calorie
- a regeneration reaction for desorbing NH 3 from one reaction material 15 of the reactors 12A and 12B is performed and the other reaction material 15 of the reactors 12A and 12B is performed.
- the valves 19, 20A, and 20B are controlled so as to perform an exothermic reaction that chemically reacts NH 3 with NH 3 . Therefore, the engine oil can be reliably heated to the predetermined temperature by the reactors 12A and 12B alternately performing the regeneration reaction and the exothermic reaction until the temperature of the engine oil becomes equal to or higher than the predetermined temperature.
- valves 19, 20A, 20B are set so as to stop the exothermic reaction that causes the other reactant 15 of the reactors 12A, 12B to react chemically with NH 3. Be controlled. Therefore, when the temperature of the engine oil becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the exothermic reaction that chemically reacts the other reactant 15 of the reactors 12A and 12B with NH 3 is not performed. Is prevented from being heated.
- one aspect of the present invention is not limited to the above embodiment.
- two reactors 12A and 12B are provided, but the number of reactors may be three or more.
- the number of reactors is three
- a regeneration reaction for desorbing NH 3 from the reaction material of any one of the three reactors is performed, and the other one of the three reactors is reacted.
- An exothermic reaction in which the reaction material of the reactor and NH 3 are chemically reacted is performed, and the remaining one of the three reactors is set in a standby state.
- the three reactors sequentially repeat the regeneration reaction, the exothermic reaction, and the standby.
- the chemical thermal storage apparatus 10 is equipped with exhaust gas supply path 22A, 22B which passes reactor 12A, 12B, reactor 12A, 12B is provided separately from the exhaust gas supply path 22A, 22B. You may provide the main exhaust gas flow path which does not go through.
- the chemical heat storage device 10 includes oil flow paths 14A and 14B that pass through the heat exchangers 11A and 11B. However, the chemical heat storage apparatus 10 does not pass through the oil flow paths 14A and 14B separately from the oil flow paths 14A and 14B. An oil flow path may be provided.
- the NH 3 flow path between the reactors 12A, 12B and the adsorber 13 is opened and closed by the valves 19, 20A, 20B.
- a three-way valve may be arranged at the connection portion of the medium flow paths 17A, 17B, and 18.
- the reaction medium NH 3 and the reaction material 15 represented by the composition formula MXa are chemically reacted to generate heat.
- the reaction medium is not particularly limited to NH 3.
- CO 2 or H 2 O may be used.
- the reaction material 15 chemically reacted with CO 2 includes MgO, CaO, BaO, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Fe (OH) 2 , and Fe (OH). 3 , FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 or the like is used.
- H 2 O is used as the reaction medium, CaO, MnO, CuO, Al 2 O 3 or the like is used as the reaction material 15 to be chemically reacted with H 2 O.
- reactor 12A, 12B is each arrange
- the heat exchanger and reactor which allow engine oil to pass through It is good also as a structure by which these are laminated
- the reactor may be arranged around the oil flow path through which the engine oil flows so as to be able to exchange heat with the engine oil.
- the reactors 12A and 12B are arranged between the oil cooler 5 and the engine 2, but the invention is not particularly limited to this configuration.
- the reaction between the oil pan 3 and the oil pump 4 occurs.
- the reactors 12A and 12B may be arranged, or the reactors 12A and 12B may be arranged between the oil pump 4 and the oil cooler 5.
- the chemical heat storage device 10 of the above embodiment heats engine oil
- the heating target is not particularly limited to engine oil, and may be, for example, exhaust gas, cooling water, cooling air, or the like.
- the chemical heat storage device 10 of the above embodiment is mounted on the vehicle S
- one aspect of the present invention is applicable to a mobile machine mounted with an internal combustion engine such as a ship in addition to the vehicle. Is possible.
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Abstract
化学蓄熱装置(10)は、反応器(12A,12B)の一方の反応材(15)からNH3を脱離させる再生反応を行うと共に、反応器の他方の反応材とNH3とを化学反応させる発熱反応を行うように、バルブ(19,20A,20B)を制御する第1バルブ制御部(26)と、反応器の他方の反応材とNH3とを化学反応させる発熱反応を行う際に、反応器の他方とエンジンオイルとを熱交換させるように、バルブ(21A,21B)を制御する第2バルブ制御部(27)と、反応器の一方の反応材からNH3を脱離させる再生反応を行う際に、反応器の一方に排ガスを供給するように、バルブ(23A,23B)を制御する第3バルブ制御部(28)と、を備える。
Description
本発明の一側面は、化学蓄熱装置に関する。
従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献1に記載されている装置が知られている。特許文献1に記載の化学蓄熱装置は、水との化学反応により発熱し脱水反応により吸熱する蓄熱材が収納された反応容器と、液体の水が貯留された凝縮容器とを備えている。エンジンオイルの温度が例えば40℃以下の場合には、凝縮容器に貯留されている水が第1流路を通じて反応容器へ向かい、ノズルから反応容器の蓄熱材に噴霧される。すると、蓄熱材が化学反応により発熱し、その熱エネルギーによってエンジンオイルが加熱される(発熱反応)。一方、エンジンオイルが高温になると、脱水反応によって蓄熱材から水蒸気が発生し、第2流路を通じて凝縮して液体の水となって凝縮容器に戻る(再生反応)。
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、加熱対象の加熱に必要な熱量を得るには、当該熱量に相当する分の蓄熱材が収納された反応容器が必要となる。従って、反応容器の体格が大きくならざるを得ないため、化学蓄熱装置全体が大型化してしまう。
本発明の一側面の目的は、装置全体の小型化を図りつつ、加熱対象の加熱に必要な熱量を得ることができる化学蓄熱装置を提供することである。
本発明の一側面は、内燃機関を搭載した移動機械に具備され、加熱対象流路を流れる加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、加熱対象に対して熱交換可能に配置され、反応媒体が供給されると反応媒体との化学反応により発熱すると共に熱が与えられると反応媒体が脱離する反応材を含む複数の反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、複数の反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させるための反応媒体流路と、内燃機関から排出される排ガスを複数の反応器に供給するための排ガス供給路と、反応媒体流路を開閉する第1バルブと、加熱対象流路を開閉する第2バルブと、排ガス供給路を開閉する第3バルブと、複数の反応器のうち何れか1つの反応器である第1反応器における反応材から反応媒体を脱離させる再生反応を行うと共に、複数の反応器のうち第1反応器とは異なる1つの反応器である第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行うように、第1バルブを制御する第1バルブ制御部と、第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行う際に、第2反応器と加熱対象とを熱交換させるように、第2バルブを制御する第2バルブ制御部と、第1反応器における反応材から反応媒体を脱離させる再生反応を行う際に、第1反応器に排ガスを供給するように、第3バルブを制御する第3バルブ制御部と、を備える。
以上のような化学蓄熱装置においては、複数の反応器のうち何れか1つの反応器である第1反応器における反応材から反応媒体を脱離させる再生反応を行うと共に、複数の反応器のうち第1反応器とは異なる1つの反応器である第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行うように、第1バルブが制御される。第1反応器における反応材から反応媒体を脱離させる再生反応を行う際には、第1反応器に排ガスを供給するように第3バルブが制御される。すると、排ガスの熱が第1反応器における反応材に与えられて当該反応材から反応媒体が脱離し、その反応媒体が第2反応器に供給される。第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行う際には、第2反応器と加熱対象とを熱交換させるように第2バルブが制御される。すると、第2反応器における反応材と第1反応器から供給された反応媒体とが化学反応して反応材が発熱し、その熱により加熱対象が熱交換されて加熱される。複数の反応器がそのような再生反応及び発熱反応を順次繰り返し行うことにより、各反応器における反応材の収容量を加熱対象の加熱に必要な熱量に相当する量に比べて十分少なくしても、加熱対象の加熱に必要な熱量を得ることが可能となる。このように反応器における反応材の収容量を少なくすることで、反応器の体格を小さくすることができる。これにより、化学蓄熱装置全体の小型化を図りつつ、加熱対象の加熱に必要な熱量を得ることができる。
本発明の一側面によれば、装置全体の小型化を図りつつ、加熱対象の加熱に必要な熱量を得ることができる化学蓄熱装置が提供される。
一実施形態において、化学蓄熱装置は、加熱対象の温度を検出する温度検出部を更に備え、第1バルブ制御部は、温度検出部により検出された加熱対象の温度が所定温度よりも低いときに、第1反応器における反応材から反応媒体を脱離させる再生反応を行うと共に、第2反応器における反応器の反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行うように、第1バルブを制御してもよい。このような構成では、加熱対象の温度が所定温度以上となるまで、複数の反応器が再生反応及び発熱反応を順次繰り返し行うことにより、加熱対象を所定温度まで確実に加熱することができる。
一実施形態において、第1バルブ制御部は、温度検出部により検出された加熱対象の温度が所定温度以上になったときは、第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応を停止するように、第1バルブを制御してもよい。このような構成では、加熱対象の温度が所定温度以上になったときは、第2反応器における反応材と反応媒体とを化学反応させる発熱反応が行われることはないため、加熱対象が必要以上に加熱されることが防止される。
以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えたエンジンオイル循環システムを示す概略構成図である。図1において、エンジンオイル循環システム1は、内燃機関であるエンジン2を搭載した車両Sに具備され、エンジン2内の各部を潤滑するためのエンジンオイルを循環させる。
エンジンオイル循環システム1は、オイルパン3と、オイルポンプ4と、オイルクーラ5とを備えている。オイルパン3は、エンジンオイルを溜めておく。エンジン2内の各部を流れたエンジンオイルは、オイルパン3に戻る。オイルポンプ4は、オイルパン3に溜められたエンジンオイルを吸い上げて圧送する。オイルクーラ5は、オイルポンプ4により吸い上げられたエンジンオイルの温度が高くなり過ぎたときに、冷却水によりエンジンオイルを所定温度に冷却する。なお、エンジンオイルを冷却する理由は、エンジンオイルの過昇温による劣化を防ぐためである。
また、エンジンオイル循環システム1は、エンジンオイルの早期昇温を可能とする化学蓄熱装置10を備えている。化学蓄熱装置10は、電力等の外部エネルギーを必要とせずに、エンジンオイルを加熱(暖機)する。具体的には、化学蓄熱装置10は、排ガスの熱により反応器12A,12Bの反応材15(後述)から反応媒体を脱離させ、その脱離した反応媒体を蓄えると共に、蓄えられた反応媒体を反応器12A,12Bに供給することで反応材15と反応媒体とを化学反応させ、その時の反応熱によりエンジンオイルを加熱する。即ち、化学蓄熱装置10は、可逆的な化学反応を利用して、エンジンオイルからの熱を蓄えると共にエンジンオイルに熱を供給する装置である。本実施形態では、反応媒体はアンモニア(NH3)である。
化学蓄熱装置10は、2つの熱交換器11A,11Bと、2つの反応器12A,12Bと、吸着器13とを備えている。熱交換器11A,11Bは、オイルクーラ5とエンジン2とを接続する2つのオイル流路14A,14Bにそれぞれ配設されている。オイル流路14A,14Bは、オイルクーラ5からエンジン2に加熱対象であるエンジンオイルが流れる加熱対象流路である。オイル流路14Bは、オイル流路14Aに対して並列に接続されている。熱交換器11A,11Bは、エンジンオイルを通過させて、エンジンオイルと反応器12A,12Bとの間でそれぞれ熱交換を行う。
反応器12A,12Bは、熱交換器11A,11Bの周囲にエンジンオイルに対して熱交換可能にそれぞれ配置されている。反応器12A,12Bは、NH3が供給されるとNH3との化学反応により発熱すると共に後述する排ガスの熱が与えられるとNH3を脱離する反応材15を含んでいる。反応材15としては、組成式MXaで表されるハロゲン化物が用いられる。Mは、Mg、CaまたはSr等のアルカリ土類金属、若しくはCr、Mn、Fe、Co、Ni、CuまたはZn等の遷移金属である。Xは、Cl、BrまたはI等である。aは、Mの価数により特定される数であり、2~3である。
吸着器13は、NH3を貯蔵する貯蔵器である。吸着器13は、NH3の物理吸着及び脱離が可能な吸着材16を含んでいる。吸着材16としては、活性炭、カーボンブラック、メソポーラスカーボン、ナノカーボンまたはゼオライト等が用いられる。なお、NH3は吸着材16に化学吸着されてもよい。
また、化学蓄熱装置10は、反応器12A,12Bとそれぞれ接続された2つの反応媒体流路17A,17Bと、吸着器13と反応媒体流路17A,17Bとを接続する反応媒体流路18と、反応媒体流路18に配設されたバルブ19(第1バルブ)と、反応媒体流路17A,17Bにそれぞれ配設された2つのバルブ20A,20B(第1バルブ)と、オイル流路14A,14Bにおける反応器12A,12Bよりも上流側にそれぞれ配設された2つのバルブ21A,21B(第2バルブ)とを備えている。
反応媒体流路17A,17B,18は、反応器12A,12Bと吸着器13との間でNH3を流通させるための流路である。バルブ19は、反応媒体流路18を開閉する電磁弁である。バルブ20A,20Bは、反応媒体流路17A,17Bをそれぞれ開閉する電磁弁である。バルブ21A,21Bは、オイル流路14A,14Bをそれぞれ開閉する電磁弁である。
また、化学蓄熱装置10は、エンジン2から排出された排ガスを外部へ導く排気管(図示せず)に接続された2つの排ガス供給路22A,22Bと、これらの排ガス供給路22A,22Bにそれぞれ配設された2つのバルブ23A,23B(第3バルブ)と、を備えている。排ガス供給路22A,22Bは、エンジン2から排出される排ガスを反応器12A,12Bにそれぞれ供給するための流路である。排ガス供給路22Bは、排ガス供給路22Aに対して並列に接続されている。バルブ23A,23Bは、排ガス供給路22A,22Bにおける反応器12A,12Bよりも上流側にそれぞれ配設されている。バルブ23A,23Bは、排ガス供給路22A,22Bをそれぞれ開閉する電磁弁である。
このような化学蓄熱装置10において、エンジン2の始動直後におけるエンジンオイルの温度が低いときは、バルブ19,20Aが開弁されると、吸着器13と反応器12Aとの圧力差によって、吸着器13の吸着材16からNH3が脱離し、そのNH3が反応媒体流路18,17Aを通って反応器12Aに供給される。そして、反応器12Aの反応材15(例えばMgBr2)とNH3とが化学反応(化学吸着)して熱が発生する。つまり、下記の反応式(A)における左辺から右辺への反応(発熱反応)が起こる。そして、反応器12Aで発生した熱が熱交換器11Aを通してエンジンオイルに伝えられ、エンジンオイルが加熱(暖機)される。暖められたエンジンオイルは、エンジン2内の各部に送られる。
MgBr2+xNH3 ⇔ Mg(NH3)xBr2+熱 …(A)
MgBr2+xNH3 ⇔ Mg(NH3)xBr2+熱 …(A)
一方、排ガスの熱が反応器12Aの反応材15に与えられると、反応材15からNH3が脱離する。つまり、上記の反応式(A)における右辺から左辺への反応(再生反応)が起こる。このとき、バルブ19,20Aが開弁されると、反応器12Aと吸着器13との圧力差によって、NH3が反応媒体流路17A,18を通って吸着器13に戻り、NH3が吸着器13の吸着材16に物理吸着される。これにより、NH3が吸着器13に回収されることとなる。
なお、反応器12Bについても、バルブ19,20Bが開弁されることで、上記と同様に動作する。
また、化学蓄熱装置10は、温度センサ24と、コントローラ25とを備えている。温度センサ24は、エンジンオイルの温度を検出する温度検出部である。温度センサ24は、例えば反応器12A,12Bよりも下流側を流れるエンジンオイルの温度を検出する。
コントローラ25は、CPU、RAM、ROM及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ25は、第1バルブ制御部26と、第2バルブ制御部27と、第3バルブ制御部28とを有している。
第1バルブ制御部26は、温度センサ24の検出値に基づいて、バルブ19,20A,20Bを制御する。具体的には、第1バルブ制御部26は、温度センサ24により検出されたエンジンオイルの温度が所定温度(後述)よりも低いときに、反応器12A,12Bの一方の反応材15(複数の反応器のうち何れか1つの反応器である第1反応器における反応材)からNH3を脱離させる再生反応を行うと共に、反応器12A,12Bの他方の反応材15(複数の反応器のうち第1反応器とは異なる1つの反応器である第2反応器における反応材)とNH3とを化学反応させる発熱反応を行うように、バルブ19,20A,20Bを制御する。
第2バルブ制御部27は、温度センサ24の検出値に基づいて、バルブ21A,21Bを制御する。具体的には、第2バルブ制御部27は、上述したように反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応を行う際に、反応器12A,12Bの他方とエンジンオイルとを熱交換させるように、バルブ21A,21Bを制御する。
第3バルブ制御部28は、温度センサ24の検出値に基づいて、バルブ23A,23Bを制御する。具体的には、第3バルブ制御部28は、上述したように反応器12A,12Bの一方の反応材15からNH3を脱離させる再生反応を行う際に、反応器12A,12Bの一方に排ガスを供給するように、バルブ23A,23Bを制御する。
図2は、コントローラ25により実行されるバルブ制御処理手順を示すフローチャートである。なお、本処理の開始時には、反応器12A,12B及びバルブ19,20A,20B,21A,21B,23A,23Bはリセット状態となっていることとする。リセット状態では、図4に示されるように、反応器12A,12Bは何れも再生済みであり、バルブ19,20A,20B,21B,23A,23Bは閉弁し、バルブ21Aは開弁している。従って、エンジンオイルはオイル流路14Aを流れる。
図2において、コントローラ25は、まずイグニッションスイッチ(図示せず)の操作信号に基づいて、エンジン2が始動されたかどうかを判断する(ステップS101)。コントローラ25は、エンジン2が始動されたと判断したとき(ステップS101:YES)は、温度センサ24の検出値に基づいて、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いかどうかを判断する(ステップS102)。所定温度は、例えば反応器12A,12Bの発熱温度でもよいし、或いは反応器12A,12Bの発熱温度よりも規定値(例えば10℃)低い温度でもよい。
コントローラ25は、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いと判断したとき(ステップS102:YES)は、図4の状態1で示されるように、反応器12Aの反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応(単に反応器12Aの発熱反応という)を行うように、バルブ19,20Aを開制御する(ステップS103)。これにより、吸着器13から反応器12AにNH3が供給され、反応器12Aの反応材15とNH3との化学反応により熱が発生し、その熱によりエンジンオイルが加熱される。
続いて、コントローラ25は、温度センサ24の検出値に基づいて、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いかどうかを判断する(ステップS104)。コントローラ25は、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いと判断したとき(S104:YES)は、図4の状態3で示されるように、反応器12Bの反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応(単に反応器12Bの発熱反応という)を行うと共に反応器12Aの反応材15からNH3を脱離させる再生反応(単に反応器12Aの再生反応という)を行う処理を実施する(ステップS105)。
図5は、ステップS105の詳細を示すフローチャートである。図5において、コントローラ25は、バルブ21Bを開制御すると共にバルブ21Aを閉制御する(ステップS151)。これにより、エンジンオイルがオイル流路14Bを流れるようになり、エンジンオイルが熱交換器11Bを通過する。従って、反応器12Bとエンジンオイルとの熱交換が可能となる。
また、コントローラ25は、バルブ23Aを開制御する(ステップS152)。これにより、エンジン2から排出された排ガスが反応器12Aに供給される。従って、排ガスの熱が反応器12Aの反応材15に与えられることで、反応器12Aの反応材15からNH3が脱離する。
また、コントローラ25は、バルブ20Bを開制御する(ステップS153)。従って、バルブ19,20A,20Bが開弁状態となる。これにより、反応器12Aの反応材15から脱離したNH3が反応器12B及び吸着器13に供給される。反応器12B及び吸着器13に供給されるNH3の量は、反応器12A,12B及び吸着器13の圧力によって決まる。このように反応器12BにNH3が供給されるため、反応器12Bの反応材15とNH3との化学反応により熱が発生し、その熱によりエンジンオイルが加熱される。
なお、ステップS151~S153を実行する順番としては、特に上記には限られず、例えばステップS151~S153を同時に実行してもよい。
図2に戻り、コントローラ25は、ステップS105を実行した後、温度センサ24の検出値に基づいて、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いかどうかを判断する(ステップS106)。コントローラ25は、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いと判断したとき(ステップS106:YES)は、図4の状態4で示されるように、反応器12Aの発熱反応を行うと共に反応器12Bの反応材15からNH3を脱離させる再生反応(単に反応器12Bの再生反応という)を行う処理を実施する(ステップS107)。
図6は、ステップS107の詳細を示すフローチャートである。図6において、コントローラ25は、バルブ21Aを開制御すると共にバルブ21Bを閉制御する(ステップS161)。これにより、エンジンオイルがオイル流路14Aを流れるようになり、エンジンオイルが熱交換器11Aを通過する。従って、反応器12Aとエンジンオイルとの熱交換が可能となる。
また、コントローラ25は、バルブ23Bを開制御すると共にバルブ23Aを閉制御する(ステップS162)。これにより、エンジン2から排出された排ガスが反応器12Bに供給される。従って、排ガスの熱が反応器12Bの反応材15に与えられることで、反応器12Bの反応材15からNH3が脱離する。
このとき、バルブ19,20A,20Bは、何れも開弁状態となっている。これにより、反応器12Bの反応材15から脱離したNH3が反応器12A及び吸着器13に供給される。反応器12A及び吸着器13に供給されるNH3の量は、反応器12A,12B及び吸着器13の圧力によって決まる。このように反応器12AにNH3が供給されるため、反応器12Aの反応材15とNH3との化学反応により熱が発生し、その熱によりエンジンオイルが加熱される。
なお、ステップS161及びステップS162を実行する順番としては、特に上記には限られず、例えばステップS161及びステップS162を同時に実行してもよい。
図2に戻り、コントローラ25は、ステップS107を実行した後、温度センサ24の検出値に基づいて、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いかどうかを判断する(ステップS108)。コントローラ25は、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いと判断したときは、上記のステップS105を再度実行する。従って、コントローラ25は、エンジンオイルの温度が所定温度以上であると判断するまで、上記のステップS105,S107を交互に繰り返し実行することとなる。
コントローラ25は、ステップS104,S108においてエンジンオイルの温度が所定温度以上であると判断したとき(ステップS108:YES)は、図4の状態5で示されるように、反応器12Aの再生反応を行うと共に反応器12Bを待機させる処理を実施する(ステップS109)(図3参照)。
図7は、ステップS109の詳細を示すフローチャートである。図7において、コントローラ25は、バルブ21Bを開制御すると共にバルブ21Aを閉制御する(ステップS171)。これにより、エンジンオイルがオイル流路14Bを流れるようになり、エンジンオイルが熱交換器11Bを通過する。従って、反応器12Bとエンジンオイルとの熱交換が可能となる。
また、コントローラ25は、バルブ23Aを開制御すると共にバルブ23Bを閉制御する(ステップS172)。このとき、コントローラ25は、バルブ23Bが閉弁状態であるときは、バルブ23Bを閉弁状態に維持するように制御する。これにより、エンジン2から排出された排ガスが反応器12Aに供給される。従って、排ガスの熱が反応器12Aの反応材15に与えられることで、反応器12Aの反応材15からNH3が脱離する。
また、コントローラ25は、バルブ20Bを閉制御する(ステップS173)。このとき、コントローラ25は、バルブ20Bが閉弁状態であるときは、バルブ20Bを閉弁状態に維持するように制御する。従って、バルブ19,20Aが開弁状態となる。これにより、反応器12Aの反応材15から脱離したNH3は、反応器12Bに供給されることはなく、吸着器13に戻り回収される。
なお、ステップS171~S173を実行する順番としては、特に上記には限られず、例えばステップS171~S173を同時に実行してもよい。
図3に戻り、コントローラ25は、ステップS109を実行した後、所定時間が経過したかどうかを判断する(ステップS110)。コントローラ25は、所定時間が経過したと判断したとき(ステップS110:YES)は、バルブ21Aを開制御すると共にバルブ19,20A,21B,23Aを閉制御し(ステップS111)、本処理を終了する。
図2に示されるように、コントローラ25は、ステップS106においてエンジンオイルの温度が所定温度以上であると判断したとき(ステップS106:NO)は、図4の状態6で示されるように、反応器12Bの再生反応を行うと共に反応器12Aを待機させる処理を実施する(ステップS112)。
図8は、ステップS112の詳細を示すフローチャートである。図8において、コントローラ25は、バルブ21Aを開制御すると共にバルブ21Bを閉制御する(ステップS181)。これにより、エンジンオイルがオイル流路14Aを流れるようになり、エンジンオイルが熱交換器11Aを通過する。従って、反応器12Aとエンジンオイルとの熱交換が可能となる。
また、コントローラ25は、バルブ23Bを開制御すると共にバルブ23Aを閉制御する(ステップS182)。これにより、エンジンから排出された排ガスが反応器12Bに供給される。このため、排ガスの熱が反応器12Bの反応材15に与えられることで、反応器12Bの反応材15からNH3が脱離する。
また、コントローラ25は、バルブ20Aを閉制御する(ステップS183)。従って、バルブ19,20Bが開弁状態となる。これにより、反応器12Bの反応材15から脱離したNH3は、反応器12Aに供給されることはなく、吸着器13に戻り回収される。
なお、ステップS181~S183を実行する順番としては、特に上記には限られず、例えばステップS181~S183を同時に実行してもよい。
図3に戻り、コントローラ25は、ステップS112を実行した後、所定時間が経過したかどうかを判断する(ステップS113)。コントローラ25は、所定時間が経過したと判断したとき(ステップS113:YES)は、バルブ19,20B,23Bを閉制御し(ステップS114)、本処理を終了する。
上記の処理手順では、コントローラ25は、まず反応器12Aの発熱反応を行う処理(図4の状態1)を行い、その後で反応器12Bの発熱反応及び反応器12Aの再生反応を行う処理(図4の状態3)と、反応器12Aの発熱反応及び反応器12Bの再生反応を行う処理(図4の状態4)とを交互に繰り返し実施している。しかし、反応器12A,12Bが何れも再生済みである場合には、コントローラ25は、まず反応器12Bの発熱反応を行う処理(図4の状態2)を行い、その後で反応器12Aの発熱反応及び反応器12Bの再生反応を行う処理(図4の状態4)と、反応器12Bの発熱反応及び反応器12Aの再生反応を行う処理(図4の状態3)とを交互に繰り返し実施してもよい。
また、反応器12Aのみが再生済みである場合には、コントローラ25は、反応器12Aの発熱反応及び反応器12Bの再生反応を行う処理(図4の状態4)と、反応器12Bの発熱反応及び反応器12Aの再生反応を行う処理(図4の状態3)とを交互に繰り返し実施する。反応器12Bのみが再生済みである場合には、コントローラ25は、反応器12Bの発熱反応及び反応器12Aの再生反応を行う処理(図4の状態3)と、反応器12Aの発熱反応及び反応器12Bの再生反応を行う処理(図4の状態4)とを交互に繰り返し実施する。
また、コントローラ25は、エンジン2が停止されたと判断したときは、反応器12A,12Bの何れか一方の再生反応を行う処理を実施した後、バルブ19,20A,20B,21A,21B,23A,23Bをリセット状態に戻す。
以上において、第1バルブ制御部26は、図2のステップS102~S104,S106,S108、図3のステップS110,S111,S113,S114、図5のステップS153、図7のステップS173、及び図8のステップS183を実行する。第2バルブ制御部27は、図2のステップS102~S104,S106,S108、図3のステップS110,S111、図5のステップS151、図6のステップS161、図7のステップS171、及び図8のステップS181を実行する。第3バルブ制御部28は、図2のステップS102~S104,S106,S108、図3のステップS110,S111,S113,S114、図5のステップS152、図6のステップS162、図7のステップS172、及び図8のステップS182を実行する。
ところで、反応器及び吸着器の数が何れも1つである場合、エンジンオイルの加熱に必要な熱量(例えば500kJ)を得るためには、500kJ分のNH3に相当する反応材及び吸着材が必要となる。従って、反応器及び吸着器の体格が大きくならざるを得ないため、化学蓄熱装置が全体的に大型化してしまう。よって、化学蓄熱装置を車両に搭載することは容易ではない。
これに対し本実施形態では、反応器12A,12Bの一方の反応材15からNH3を脱離させる再生反応を行うと共に、反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応を行うように、バルブ19,20A,20Bが制御される。反応器12A,12Bの一方の反応材15からNH3を脱離させる再生反応を行う際には、反応器12A,12Bの一方に排ガスを供給するようにバルブ23A,23Bが制御される。すると、排ガスの熱が反応器12A,12Bの一方の反応材15に与えられて当該反応材15からNH3が脱離し、そのNH3が反応器12A,12Bの他方に供給される。反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応を行うときは、反応器12A,12Bの他方とエンジンオイルとを熱交換させるようにバルブ21A,21Bが制御される。すると、反応器12A,12Bの他方の反応材15と反応器12A,12Bの一方から供給されたNH3とが化学反応して反応材15が発熱し、その熱によりエンジンオイルが熱交換されて加熱される。
反応器12A,12Bがそのような再生反応及び発熱反応を交互に繰り返し行うことにより、反応器12A,12Bにおける反応材15の収容量及び吸着器13における吸着材16の収容量をエンジンオイルの加熱に必要な熱量に相当する量に比べて十分少なくしても、エンジンオイルの加熱に必要な熱量を得ることが可能となる。例えば、反応器12A,12Bにおける反応材15の収容量及び吸着器13における吸着材16の収容量を100kJ分のNH3に相当する量としても、エンジンオイルの加熱に必要な500kJの熱量を得ることが可能となる。このように反応器12A,12Bにおける反応材15の収容量を少なくすることで、反応器12A,12Bの体格を小さくすることができる。また、吸着器13における吸着材16の収容量を少なくすることで、吸着器13の体格を小さくすることができる。これにより、化学蓄熱装置10全体の小型化を図りつつ、エンジンオイルの加熱に必要な熱量を得ることができる。
また、エンジンオイルの温度が所定温度よりも低いときに、反応器12A,12Bの一方の反応材15からNH3を脱離させる再生反応を行うと共に、反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応を行うように、バルブ19,20A,20Bが制御される。従って、エンジンオイルの温度が所定温度以上となるまで、反応器12A,12Bが再生反応及び発熱反応を交互に繰り返し行うことにより、エンジンオイルを所定温度まで確実に加熱することができる。
また、エンジンオイルの温度が所定温度以上になったときは、反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応を停止するように、バルブ19,20A,20Bが制御される。従って、エンジンオイルの温度が所定温度以上となったときは、反応器12A,12Bの他方の反応材15とNH3とを化学反応させる発熱反応が行われることがないため、エンジンオイルが必要以上に加熱されることが防止される。
なお、本発明の一側面は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、2つの反応器12A,12Bが備えられているが、反応器の数としては、3つ以上あってもよい。反応器の数が3つである場合、3つの反応器のうち何れか1つの反応器の反応材からNH3を脱離させる再生反応を行うと共に、3つの反応器のうち他の1つの反応器の反応材とNH3とを化学反応させる発熱反応を行い、3つの反応器のうち残りの1つの反応器は待機状態とする。そして、3つの反応器は、再生反応、発熱反応及び待機を順次繰り返し行う。
また、上記実施形態では、化学蓄熱装置10は、反応器12A,12Bを通過する排ガス供給路22A,22Bを備えているが、その排ガス供給路22A,22Bとは別に、反応器12A,12Bを経由しないメインの排ガス流路を設けてもよい。また、化学蓄熱装置10は、熱交換器11A,11Bを通過するオイル流路14A,14Bを備えているが、そのオイル流路14A,14Bとは別に、オイル流路14A,14Bを経由しないメインのオイル流路を設けてもよい。
また、上記実施形態では、反応器12A,12Bと吸着器13との間におけるNH3の流路の開閉をバルブ19,20A,20Bにより行っているが、特にその形態には限られず、例えば反応媒体流路17A,17B,18の接続部に3方弁を配置してもよい。
また、上記実施形態では、反応媒体であるNH3と組成式MXaで表される反応材15とを化学反応させて熱を発生させているが、反応媒体としては、特にNH3には限られず、CO2またはH2O等を使用してもよい。反応媒体としてCO2を使用する場合、CO2と化学反応させる反応材15としては、MgO、CaO、BaO、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3、FeO、Fe2O3またはFe3O4等が用いられる。反応媒体としてH2Oを使用する場合、H2Oと化学反応させる反応材15としては、CaO、MnO、CuOまたはAl2O3等が用いられる。
また、上記実施形態では、反応器12A,12Bが熱交換器11A,11Bの周囲にそれぞれ配置されているが、特にその形態には限られず、例えばエンジンオイルを通過させる熱交換器と反応器とが交互に積層されてなる構造としてもよい。また、熱交換器を使用せずに、エンジンオイルが流れるオイル流路の周囲に反応器をエンジンオイルに対して熱交換可能に配置してもよい。
さらに、上記実施形態では、オイルクーラ5とエンジン2との間に反応器12A,12Bが配置されているが、特にその形態には限られず、例えばオイルパン3とオイルポンプ4との間に反応器12A,12Bを配置してもよいし、或いはオイルポンプ4とオイルクーラ5との間に反応器12A,12Bを配置してもよい。
また、上記実施形態の化学蓄熱装置10は、エンジンオイルを加熱しているが、加熱対象としては、特にエンジンオイルには限られず、例えば排ガス、冷却水または冷却空気等であってもよい。
さらに、上記実施形態の化学蓄熱装置10は、車両Sに搭載されているが、本発明の一側面は、車両以外にも、船舶等のように内燃機関を搭載した移動機械であれば、適用可能である。
2…エンジン(内燃機関)、10…化学蓄熱装置、12A,12B…反応器、13…吸着器(貯蔵器)、14A,14B…オイル流路(加熱対象流路)、15…反応材、17A,17B…反応媒体流路、18…反応媒体流路、19…バルブ(第1バルブ)、20A,20B…バルブ(第1バルブ)、21A,21B…バルブ(第2バルブ)、22A,22B…排ガス供給路、23A,23B…バルブ(第3バルブ)、24…温度センサ(温度検出部)、26…第1バルブ制御部、27…第2バルブ制御部、28…第3バルブ制御部、S…車両(移動機械)。
Claims (3)
- 内燃機関を搭載した移動機械に具備され、加熱対象流路を流れる加熱対象を加熱する化学蓄熱装置において、
前記加熱対象に対して熱交換可能に配置され、反応媒体が供給されると前記反応媒体との化学反応により発熱すると共に熱が与えられると前記反応媒体が脱離する反応材を含む複数の反応器と、
前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
前記複数の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ための反応媒体流路と、
前記内燃機関から排出される排ガスを前記複数の反応器に供給するための排ガス供給路と、
前記反応媒体流路を開閉する第1バルブと、
前記加熱対象流路を開閉する第2バルブと、
前記排ガス供給路を開閉する第3バルブと、
前記複数の反応器のうち何れか1つの反応器である第1反応器における前記反応材から前記反応媒体を脱離させる再生反応を行うと共に、前記複数の反応器のうち前記第1反応器とは異なる1つの反応器である第2反応器における前記反応材と前記反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行うように、前記第1バルブを制御する第1バルブ制御部と、
前記第2反応器における前記反応材と前記反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行う際に、前記第2反応器と前記加熱対象とを熱交換させるように、前記第2バルブを制御する第2バルブ制御部と、
前記第1反応器における前記反応材から前記反応媒体を脱離させる再生反応を行う際に、前記第1反応器に前記排ガスを供給するように、前記第3バルブを制御する第3バルブ制御部と、を備える、化学蓄熱装置。 - 前記加熱対象の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記第1バルブ制御部は、前記温度検出部により検出された前記加熱対象の温度が所定温度よりも低いときに、前記第1反応器における前記反応材から前記反応媒体を脱離させる再生反応を行うと共に、前記第2反応器における前記反応材と前記反応媒体とを化学反応させる発熱反応を行うように、前記第1バルブを制御する、請求項1記載の化学蓄熱装置。 - 前記第1バルブ制御部は、前記温度検出部により検出された前記加熱対象の温度が前記所定温度以上になったときは、前記第2反応器における前記反応材と前記反応媒体とを化学反応させる発熱反応を停止するように、前記第1バルブを制御する、請求項2記載の化学蓄熱装置。
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