WO2017110405A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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WO2017110405A1
WO2017110405A1 PCT/JP2016/085753 JP2016085753W WO2017110405A1 WO 2017110405 A1 WO2017110405 A1 WO 2017110405A1 JP 2016085753 W JP2016085753 W JP 2016085753W WO 2017110405 A1 WO2017110405 A1 WO 2017110405A1
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exhaust gas
heat
reaction
reactor
reaction material
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PCT/JP2016/085753
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French (fr)
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野口　幸宏
浩康 河内
研二 森
峻史 水野
慶大 片桐
聡 針生
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
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Publication date
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Priority to EP16878298.5A priority patent/EP3396289A4/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • 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
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage device.
  • the chemical heat storage device described in Patent Document 1 includes a reaction container in which a heat storage material that generates heat due to a chemical reaction with water and absorbs heat due to a dehydration reaction is accommodated, and a condensation container in which liquid water is stored.
  • a reaction container in which a heat storage material that generates heat due to a chemical reaction with water and absorbs heat due to a dehydration reaction is accommodated
  • a condensation container in which liquid water is stored.
  • the temperature of the engine oil is, for example, 40 ° C. or less
  • the water stored in the condensation container is directed to the reaction container through the first flow path and sprayed from the nozzle onto the heat storage material of the reaction container.
  • the heat storage material generates heat due to a chemical reaction (exothermic reaction), and the heat energy heats the engine oil.
  • the engine oil becomes high temperature, water vapor is generated from the heat storage material by the dehydration reaction (regeneration reaction), and is condensed through the second flow path to become liquid water and return to the condensation container
  • the heat storage material (reactant) is regenerated by the heat of the engine oil, but the heat of the heat storage material is insufficient only by the heat of the engine oil, resulting in the regeneration of the heat storage material. May be insufficient.
  • engine oil heat generation object
  • the engine generated by only the heat generated by the chemical reaction between water and the heat storage material In some cases, the oil can not be heated sufficiently.
  • An object of the present invention is to provide a chemical heat storage device capable of sufficiently regenerating a reaction material and sufficiently heating an object to be heated.
  • One aspect of the present invention is a chemical thermal storage device provided in a mobile machine equipped with an internal combustion engine and heating an object to be heated, arranged so as to be capable of exchanging heat with the object to be heated, and supplying a reaction medium A reaction containing a reaction material which generates heat by the chemical reaction of the reaction and desorbs the reaction medium when the heat is given, a reservoir for storing the reaction medium, a reaction which causes the reaction medium to flow between the reactor and the reservoir A medium flow system, a heat generation control unit for controlling the reaction medium flow system to generate heat by a chemical reaction between the reaction medium and the reaction material when the internal combustion engine is started, and heating the heating object;
  • the temperature of the exhaust gas discharged from the engine reaches a predetermined temperature or higher, the heat of the exhaust gas is used to desorb the reaction medium from the reaction material, and the heat of the exhaust gas is used to heat the heating target Unit and Characterized in that it obtain.
  • the chemical heat storage apparatus further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the exhaust gas utilization unit supplies an exhaust gas toward the reactor from an exhaust passage connected to the internal combustion engine And the exhaust gas supply system is controlled such that the reaction medium is desorbed from the reaction material by the heat of the exhaust gas and the heating target is heated when the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than the predetermined temperature. And an exhaust gas supply control unit. In this case, the exhaust gas is directly used to regenerate the reaction material and to heat the heating target, so that the configuration of the exhaust gas utilization unit can be simplified.
  • the reactor is disposed adjacent to the reaction material charging unit filled with the reaction material, the heating object passage unit disposed adjacent to the reaction material charging unit, and through which the heating object passes, and the reaction material charging unit and the heating object passage unit.
  • the exhaust gas supply system may be arranged to supply the exhaust gas from the exhaust gas passage to the exhaust gas passage. In this case, since the exhaust gas passage portion is disposed adjacent to the reaction material filling portion and the heating target passage portion, it is possible to efficiently regenerate the reaction material and heat the heating object by the heat of the exhaust gas.
  • the reactor is arranged opposite to the heating target passage portion, which is disposed adjacent to the reaction material charging portion, in which the reaction material is filled, and the heating target passage portion through which the heating object passes, and the reaction material charging portion.
  • the exhaust gas passage may be disposed on the side adjacent to the reactant filling portion and through which the exhaust gas passes, and the exhaust gas supply system may supply the exhaust gas from the exhaust passage to the exhaust gas passage. In this case, the excessive temperature rise of the heating object due to the heat of the exhaust gas can be suppressed.
  • the reactor has a reaction material filling portion filled with the reaction material, and a heating target passage portion disposed adjacent to the reaction material filling portion and through which the heating target passes, and the exhaust gas utilization unit covers the reactor
  • the exhaust gas supply system may supply the exhaust gas from the exhaust passage to the inside of the cover.
  • the structure of the reactor can be simplified because it is not necessary to provide the reactor with the exhaust gas passage through which the exhaust gas passes.
  • the chemical thermal storage apparatus further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the exhaust gas utilization unit exchanges heat between the exhaust gas and the heat medium, a heat exchanger, and a reactor. Between the heat medium circulation system for circulating the heat medium and the temperature of the exhaust gas detected by the temperature detection unit, the heat of the heat medium separates the reaction medium from the reaction medium and the heating is performed.
  • the heat medium circulation control unit may control the heat medium circulation system so as to heat the object. In this case, the reaction medium can be regenerated and the object to be heated can be heated using a heat medium containing no harmful substance.
  • the heat exchanger near the reactor, it is possible to shorten the path of the heat medium circulation system.
  • the reactor has a reaction material charging unit filled with a reaction material, and a heating target passage unit disposed adjacent to the reaction material charging unit and through which the heating object passes, and in the heat medium circulation system, the heat medium flows
  • a pipe may be provided, and a part of the pipe may penetrate through the reactant filling portion. In this case, since a part of the piping through which the heat medium flows penetrates the reactant filling portion, the reaction material can be efficiently regenerated by the heat medium.
  • the reactor is disposed in an exhaust passage connected to the internal combustion engine, and has an exhaust gas passage through which the exhaust gas passes, and the exhaust gas utilization unit may be an exhaust gas passage.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust passage is directly used to regenerate the reaction material and heat the heating target, so that the temperature of the heating target can be effectively raised.
  • the configuration of the exhaust gas utilization unit can be sufficiently simplified.
  • the control process can be simplified.
  • the reactor further includes a plurality of reactant filling parts filled with a reactant and a heating target passage disposed adjacent to the reactant filling part and through which the heating target passes, and the exhaust gas passageway is a reaction material. It may be disposed on the opposite side of the heating target passage part across the filling part adjacent to the reaction material filling part. In this case, the excessive temperature rise of the heating object due to the heat of the exhaust gas can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a first embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the reactor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph showing NH 3 saturated vapor pressure characteristics and NH 3 adsorption characteristics.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a modified example of the reactor shown in FIG.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a reactor in a chemical heat storage device according to a second embodiment of the present invention, together with a cover.
  • FIG. 7 is a plan view showing the reactor shown in FIG. 6 with a cover.
  • FIG. 8 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a third embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the heat exchanger shown in FIG.
  • FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view of the reactor shown in FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller shown in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a fourth embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • FIG. 13 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller shown in FIG.
  • FIG. 14 is a longitudinal cross-sectional view of the reactor shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a first embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • an exhaust gas purification system 1 and an engine oil circulation system 2 are provided in a vehicle S equipped with a diesel engine 3 (hereinafter simply referred to as the engine 3) which is an internal combustion engine.
  • the engine 3 which is an internal combustion engine.
  • the exhaust gas purification system 1 purifies harmful substances (environmental pollutants) contained in the exhaust gas discharged from the engine 3.
  • the exhaust purification system 1 includes a diesel oxidation catalyst (DOC) 4, a diesel exhaust particulate removal filter (DPF: diesel particulate filter 5), and a selective reduction catalyst (SCR: selective catalytic reduction 6). .
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • DPF diesel exhaust particulate removal filter
  • SCR selective reduction catalyst
  • the DOC 4, the DPF 5 and the SCR 6 are disposed in order from the upstream side to the downstream side in the exhaust passage 7 connected to the engine 3.
  • DOC 4 oxidizes and purifies HC and CO contained in exhaust gas.
  • the DPF 5 removes PM from exhaust gas by collecting particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in the exhaust gas.
  • the SCR 6 reduces and purifies NOx contained in the exhaust gas with urea or ammonia (NH 3 ).
  • the engine oil circulation system 2 circulates an engine oil for lubricating each part in the engine 3.
  • the engine oil circulation system 2 includes an oil pan 8, an oil pump 9, and an oil cooler 10.
  • the oil pan 8 stores engine oil.
  • the engine oil that has flowed through each part in the engine 3 returns to the oil pan 8.
  • the oil pump 9 sucks up the engine oil stored in the oil pan 8 and pumps it toward the engine 3.
  • the oil cooler 10 cools the engine oil to a predetermined temperature by the cooling water when the temperature of the engine oil 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 2 is equipped with the chemical thermal storage apparatus 11 which enables early temperature rising of engine oil.
  • the chemical heat storage device 11 heats (warms up) engine oil without requiring external energy such as electric power.
  • the chemical heat storage device 11 desorbs the reaction medium from the reaction material 18 (described later) of the reactor 12 by the heat of the exhaust gas, and stores the desorbed reaction medium in the adsorber 13 (described later),
  • the reaction medium is supplied to the reactor 12 to cause a chemical reaction between the reaction material 18 and the reaction medium, and the heat of reaction at that time heats the engine oil.
  • the chemical heat storage device 11 is a device that stores heat from the engine oil and supplies the heat to the engine oil by using a reversible chemical reaction.
  • the reaction medium is ammonia (NH 3 ).
  • the chemical heat storage device 11 includes a reactor 12, an adsorber 13, an NH 3 flow system 14 (reaction medium flow system), and an exhaust gas supply system 15.
  • the reactor 12 is attached and fixed to, for example, the outer wall surface of the engine 3.
  • the reactor 12 is connected to the oil cooler 10 through an oil pipe 16 through which the engine oil flows, and is connected to the engine 3 through an oil pipe 17 through which the engine oil flows.
  • the reactor 12 is disposed so as to be heat exchangeable with the engine oil.
  • the reactor 12 is, NH 3 contains the reaction material 18 capable of leaving the NH 3 when heat is given of the exhaust gas (described later) as well as heat by chemical reaction with NH 3 when supplied.
  • a halide represented by a composition formula MXa is used as the reaction material 18.
  • 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 or 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 for storing NH 3 .
  • the adsorber 13 includes an adsorbent 19 capable of physically adsorbing and desorbing NH 3 .
  • adsorbent 19 capable of physically adsorbing and desorbing NH 3 .
  • activated carbon, carbon black, mesoporous carbon, nanocarbon, zeolite or the like is used.
  • NH 3 may be chemically adsorbed to the adsorbent 19.
  • NH 3 flow system 14 the NH 3 is circulated between the reactor 12 and adsorber 13.
  • NH 3 flow system 14 includes a reactor 12 connects the adsorber 13, the NH 3 pipe 20 NH 3 flow bidirectionally, disposed in the NH 3 pipe 20, to open and close the flow path of the NH 3 And an electromagnetic valve 21.
  • the exhaust gas supply system 15 supplies the exhaust gas from the exhaust passage 7 to the reactor 12.
  • the exhaust gas supply system 15 connects the downstream side of the DPF 5 in the exhaust passage 7 and the reactor 12, and the exhaust gas pipe 22 through which the exhaust gas flows from the exhaust passage 7 to the reactor 12, and upstream of the DOC 4 in the reactor 12 and the exhaust passage 7
  • the exhaust gas pipe 23 is connected to the exhaust gas flow path where the exhaust gas flows from the reactor 12 to the exhaust gas passage 7 and the electromagnetic valve 24 disposed in the exhaust gas pipe 22 for opening and closing the flow path of the exhaust gas.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the reactor 12.
  • the reactor 12 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the reactor 12 includes a plurality of reactant filling parts 25 filled with a reactant 18, a plurality of oil passages 26 (heating target passages) through which engine oil passes, and a plurality of exhaust gas passages 27 through which exhaust gas passes.
  • It has the case 28 which accommodates the reaction material filling part 25, the oil passage 26 and the exhaust gas passage 27.
  • the housing 28 is made of, for example, NH 3 and a metal material (eg, stainless steel) having corrosion resistance to exhaust gas.
  • the reaction material filling portion 25, the oil passage portion 26 and the exhaust gas passage portion 27 are alternately stacked. Specifically, the oil passage portion 26 is stacked on the exhaust gas passage portion 27, and the reaction material filled portion 25 is stacked on the oil passage portion 26.
  • An exhaust gas passage 27 is disposed at the upper end and the lower end of the reactor 12.
  • the oil passage portion 26 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25.
  • At least one exhaust gas passage 27 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25 and the oil passage 26.
  • the uppermost exhaust gas passage 27 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25.
  • the lowermost exhaust gas passage 27 is disposed adjacent to the oil passage 26.
  • An NH 3 pipe 20 is connected to the housing 28.
  • a passage for supplying NH 3 to each of the reactant filling portions 25 is provided in the housing 28.
  • the oil passage portion 26 has a plurality of fins for promoting heat exchange between the engine oil and the reaction material 18.
  • oil pipes 16 and 17 are branched and connected to each oil passage 26 so as to sandwich the reactor 12.
  • the exhaust gas passage portion 27 has a plurality of fins for promoting heat exchange between the exhaust gas and the reaction material 18 and the engine oil.
  • Exhaust gas pipes 22 and 23 are branched and connected to each exhaust gas passage 27 so as to sandwich the reactor 12. Therefore, the exhaust gas supply system 15 supplies the exhaust gas from the exhaust passage 7 to the exhaust gas passage 27 of the reactor 12.
  • the direction in which the engine oil flows in the oil passage 26 and the direction in which the exhaust gas flows in the exhaust gas passage 27 are orthogonal to each other.
  • the direction in which the engine oil flows and the direction in which the exhaust gas flows may be parallel.
  • the direction in which the engine oil flows and the direction in which the exhaust gas flows may be the same or opposite.
  • the pressure difference between the adsorber 13 and the reactor 12 causes the adsorber to from the adsorbent 19 of 13 apart is NH 3 removal
  • the NH 3 is supplied to the reactor 12 through the NH 3 pipe 20.
  • the reaction material 18 for example, MgBr 2
  • the reaction material 18 of the reactor 12 chemically reacts (chemically adsorbs) with NH 3 to generate heat. That is, a reaction (exothermic reaction) from the left side to the right side in the following reaction formula (A) occurs.
  • the chemical heat storage device 11 further includes a temperature sensor 30, a temperature sensor 31, a temperature sensor 32, a pressure sensor 33, and a controller 34.
  • the temperature sensor 30 is a temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas.
  • the temperature sensor 30 detects, for example, the temperature of the exhaust gas flowing in the exhaust gas pipe 22, that is, the temperature of the exhaust gas supplied to the reactor 12.
  • the temperature sensor 31 detects the temperature of the engine oil.
  • the temperature sensor 31 detects, for example, the temperature of the engine oil flowing in the oil pipe 17, that is, the temperature of the engine oil flowing downstream of the reactor 12.
  • the temperature sensor 32 detects the temperature of the adsorber 13.
  • the pressure sensor 33 detects the pressure in the adsorber 13.
  • the controller 34 is configured by a CPU, a RAM, a ROM, an input / output interface, and the like.
  • the controller 34 has a heat generation control unit 35 and an exhaust gas supply control unit 36.
  • the heat generation control unit 35 controls the NH 3 flow system 14 so as to generate heat by the chemical reaction between the NH 3 and the reaction material 18 of the reactor 12 and heat the engine oil when the engine 3 is started. Do.
  • the exhaust gas supply control unit 36 desorbs NH 3 from the reaction material 18 by the heat of the exhaust gas and heats the engine oil when the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 30 reaches a predetermined temperature or more.
  • the exhaust gas supply system 15 is controlled.
  • the exhaust gas supply system 15 and the exhaust gas supply control unit 36 use the heat of the exhaust gas to desorb NH 3 from the reaction material 18 when the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 3 reaches a predetermined temperature or higher,
  • the exhaust gas utilization unit 37 which heats engine oil using the heat of exhaust gas is comprised.
  • FIG. 3 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller 34.
  • the valves 21 and 24 are closed.
  • a pressure holding member for holding the inside of the reaction system consisting of the reactor 12 the adsorber 13 and the NH 3 piping 20 at a predetermined pressure when the valve 21 is opened.
  • the NH 3 and the transfer NH 3 used in the chemical reaction with the reactant 18 to obtain the desired exothermal temperature in the reactor 12 are adsorbed.
  • the amounts of pressure holding NH 3 and transfer NH 3 are appropriately determined according to the material of the reaction material 18 and the like.
  • the controller 34 first determines whether the engine 3 has been started based on the operation signal of the ignition switch (IG switch) 38 (step S101). When it is determined that the engine 3 has been started, the controller 34 performs an open control of the valve 21 (step S102). As a result, the transfer NH 3 is supplied from the adsorber 13 to the reactor 12, and the engine oil is heated by the heat generated by the chemical reaction between the reaction material 18 of the reactor 12 and the transfer NH 3 .
  • IG switch ignition switch
  • the controller 34 determines whether the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the regeneration temperature (predetermined temperature) based on the detection value of the temperature sensor 30 (step S103).
  • the regeneration temperature is a temperature at which the transfer NH 3 is desorbed from the reaction material 18, that is, the so-called regeneration of the reaction material 18 is possible, and is 100 ° C., for example.
  • the controller 34 When it is determined that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the regeneration temperature, the controller 34 performs an open control of the valve 24 (step S104). As a result, the high temperature exhaust gas flowing through the exhaust passage 7 is supplied to the exhaust gas passage 27 of the reactor 12 through the exhaust gas pipe 22, and the heat of the high temperature exhaust gas is transmitted from the exhaust gas passage 27 to the reactant filling portion 25. moving NH 3 from the reaction member 18 by heat of exhaust gas are eliminated, the movement NH 3 is recovered into the adsorber 13 from the reactor 12.
  • the controller 34 obtains the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 based on the detection values of the temperature sensor 32 and the pressure sensor 33 (step S105).
  • NH 3 recovery of the adsorber 13 the ratio between the recoverable amount of the transfer NH 3 for moving a recovery of NH 3, and more specifically to the total amount of the transfer NH 3 adsorber 13 for adsorber 13 It is.
  • the controller 34 is adsorbed by the adsorbent 19 of the adsorber 13 based on the temperature of the adsorber 13 detected by the temperature sensor 32 and the pressure in the adsorber 13 detected by the pressure sensor 33.
  • the amount of NH 3 (NH 3 adsorption amount of the adsorber 13) is estimated.
  • NH 3 saturated vapor pressure characteristics shown in FIG. 4 (a) is a graph showing the relationship between the temperature and NH 3 saturated vapor pressure of the adsorber 13, NH 3 saturated vapor pressure as the temperature of the adsorber 13 becomes high Has a characteristic that becomes high.
  • NH 3 adsorbing characteristics shown in FIG. 4 (b) is a graph showing the relationship between the relative pressure and the adsorbed NH 3 amount of adsorber 13, a number adsorbed NH 3 amount of adsorber 13 according to the relative pressure increases Have the following characteristics.
  • the relative pressure is a ratio of NH 3 saturated vapor pressure P sat to pressure P in the adsorber 13 (P / P sat ).
  • the controller 34 first obtains the NH 3 saturated vapor pressure P sat corresponding to the temperature T of the adsorber 13 detected by the temperature sensor 32 using the NH 3 saturated vapor pressure characteristic. Then, the controller 34 calculates a relative pressure which is a ratio of the NH 3 saturated vapor pressure P sat and the pressure P in the adsorber 13 detected by the pressure sensor 33. Then, the controller 34 uses the NH 3 adsorption characteristics to determine the NH 3 adsorption amount S nh 3 corresponding to the relative pressure. Thereby, the NH 3 adsorption amount of the adsorber 13 is estimated.
  • the controller 34 obtains the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 from the NH 3 adsorption amount of the adsorber 13.
  • the NH 3 adsorption amount of the adsorber 13 is an amount corresponding to NH 3 for pressure holding
  • the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 is 0%
  • the NH 3 adsorption amount of the adsorber 13 is pressure holding when the amount corresponding to use NH 3 which is the sum of the amount corresponding to the total amount of the transfer NH 3 is, NH 3 recovery of the adsorber 13 is 100%.
  • the controller 34 determines whether the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 is equal to or higher than a target value (for example, 90%) (step S106). When the controller 34 determines that the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 is lower than the target value, the controller 34 executes step S105 again. On the other hand, when the controller 34 determines that the NH 3 recovery rate of the adsorber 13 is equal to or higher than the target value, the controller 34 controls the valve 21 to close (step S107). Thus, the recovery of the transfer NH 3 into adsorber 13 has been completed from the reactor 12.
  • a target value for example, 90%
  • the controller 34 determines whether the temperature of the engine oil is equal to or higher than a target temperature (for example, 100 ° C.) based on the detection value of the temperature sensor 31 (step S108).
  • a target temperature for example, 100 ° C.
  • the valve 24 is maintained in the open state. Thereby, the supply of the exhaust gas from the exhaust passage 7 to the reactor 12 is continued, so the heat of the high temperature exhaust gas is transmitted from the exhaust gas passage 27 to the oil passage 26, and the engine oil is heated by the heat of the exhaust gas. .
  • the controller 34 determines that the temperature of the engine oil is equal to or higher than the target temperature, the controller 34 controls the valve 24 to close (step S109), and ends the present process. Thereby, the supply of the exhaust gas from the exhaust passage 7 to the reactor 12 is stopped, and the heating of the engine oil by the heat of the exhaust gas is finished.
  • the heat generation control unit 35 executes the above-described steps S101 and S102.
  • the exhaust gas supply control unit 36 executes the above-described steps S103, 104, 108, and 109.
  • the heat of the high temperature exhaust gas is used to desorb NH 3 from the reaction material 18 of the reactor 12.
  • the so-called reaction material 18 is regenerated.
  • the reaction material 18 can be sufficiently regenerated.
  • the engine 3 when the engine 3 is started, heat is generated by the chemical reaction between NH 3 and the reaction material 18 to heat the engine oil, and when the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than the regeneration temperature, high temperature exhaust gas Heat is used to heat engine oil. Thereby, the engine oil can be sufficiently heated.
  • the heat of the high temperature exhaust gas is used to heat the engine oil, so the filling amount of the reaction material 18 in the reactor 12 and the adsorber
  • the filling amount of the adsorbent 19 at 13 can be reduced, and the size of the reactor 12 and the adsorber 13 can be reduced.
  • the heat of the exhaust gas desorbs NH 3 from the reaction material 18 and heats the engine oil.
  • the exhaust gas is directly used to regenerate the reaction material 18 and heat the engine oil, so that the configuration of the exhaust gas utilization unit 37 can be simplified.
  • the exhaust gas passage 27 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25 and the oil passage 26, the regeneration of the reaction material 18 and the heating of the engine oil by the heat of the exhaust gas are efficiently performed. be able to.
  • the exhaust gas is supplied to the reactor 12 from the downstream side of the DPF 5 in the exhaust passage 7, and the exhaust gas is returned from the reactor 12 to the upstream side of the DOC 4 in the exhaust passage 7.
  • the exhaust gas may be supplied to the reactor 12 from the downstream side of the muffler in the exhaust passage 7 and the exhaust gas may be returned from the reactor 12 to any part of the exhaust passage 7 or the downstream side of the muffler in the exhaust passage 7 Since the exhaust gas flowing through the exhaust gas is purified, the purified exhaust gas may be discharged to the outside without being returned to the exhaust passage 7.
  • the reactor 12 has a structure in which the reactant filling portion 25, the oil passage portion 26, and the exhaust gas passage portion 27 are alternately stacked, but as the configuration of the reactor 12, in particular, The present invention is not limited to such a laminated structure, and the oil passage 26 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25, and the exhaust gas passage 27 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25 and the oil passage 26. Just do it.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a modification of the reactor 12 shown in FIG.
  • a reactor 12A of this modification has a plurality of reactant filling parts 25, a plurality of oil passage parts 26, a plurality of exhaust gas passage parts 27 and a housing 28 as the above-mentioned reactor 12 does. ing.
  • the oil passage 26 and the exhaust gas passage 27 are alternately stacked via the reaction material filling unit 25.
  • the oil passage portion 26 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25.
  • the exhaust gas passage portion 27 is disposed on the opposite side of the oil passage portion 26 across the reaction material filling portion 25 so as to be adjacent to the reaction material filling portion 25. That is, the oil passage 26 and the exhaust gas passage 27 are disposed with the reactant filling portion 25 interposed therebetween and are not adjacent to each other.
  • An exhaust gas passage 27 is disposed at the upper end and the lower end of the reactor 12A.
  • the direction in which the engine oil flows in the oil passage 26 and the direction in which the exhaust gas flows in the exhaust gas passage 27 are parallel to each other.
  • the direction in which the engine oil flows and the direction in which the exhaust gas flows may be the same or opposite.
  • the direction in which the engine oil flows and the direction in which the exhaust gas flows may be orthogonal to each other.
  • the exhaust gas passage portion 27 is disposed on the opposite side of the oil passage portion 26 with the reactant filling portion 25 interposed therebetween, so excessive temperature rise of engine oil due to the heat of the exhaust gas can be suppressed. Thereby, deterioration of the engine oil caused by the engine oil becoming high temperature can be suppressed.
  • the reactor 12A has a plurality of the reactant filling portion 25, the oil passage portion 26, and the exhaust gas passage portion 27.
  • the reaction member filling portion 25, the oil passage portion 26 and the exhaust gas passage portion The number of 27 is not particularly limited, and may be one.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a reactor in a chemical heat storage device according to a second embodiment of the present invention, together with a cover.
  • the chemical thermal storage apparatus 11 of this embodiment is equipped with the reactor 12B and the cover 40 which covers the reactor 12B.
  • the reactor 12 ⁇ / b> B includes the plurality of reactant filling portions 25, the plurality of oil passage portions 26, and the housing 28 described above.
  • the reactive material filling portion 25 and the oil passage portion 26 are alternately stacked. Therefore, the oil passage 26 is disposed adjacent to the reactant filling portion 25.
  • the cover 40 is attached to the outer wall surface of the engine 3 so as to cover the reactor 12.
  • the cover 40 has a rectangular shape in plan view.
  • the material of the cover 40 is similar to that of the housing 28.
  • the cover 40 constitutes a part of the exhaust gas utilization unit 37 together with the exhaust gas supply system 15.
  • the shape of the cover 40 is not particularly limited to a square shape in plan view, and may be, for example, a hemispherical shape.
  • the exhaust gas supply system 15 supplies the exhaust gas from the exhaust passage 7 to the inside of the cover 40.
  • the exhaust gas supply system 15 has the above-described exhaust gas pipes 22 and 23.
  • the exhaust gas pipes 22 and 23 are connected to two corner portions of the cover 40 so as to be located on the diagonal of the cover 40 in plan view. Further, the exhaust gas pipe 22 is connected to the distal end of the cover 40, and the exhaust gas pipe 23 is connected to the proximal end of the cover 40.
  • the exhaust gas can easily flow to the entire inside of the cover 40.
  • a connection place of exhaust gas piping 22 and 23 to cover 40 it is not restricted in particular to the above.
  • the NH 3 pipe 20 is connected to the housing 28 through the cover 40.
  • the oil pipes 16 and 17 penetrate the cover 40 and are connected to the oil passages 26.
  • the exhaust gas is introduced into the inside of the cover 40 through the exhaust gas pipe 22, hits the outer wall surface of the reactor 12B, and is drawn out from the inside of the cover 40 through the exhaust gas pipe 23.
  • the heat of the exhaust gas warms the reactor 12B itself.
  • the heat of the exhaust gas is transmitted to the reactant filling unit 25 through the housing 28, and the transfer NH 3 is desorbed from the reactant 18. Further, the heat of the exhaust gas is transmitted to the oil passage 26 through the housing 28 to heat the engine oil.
  • the reactor 12B since the reactor 12B is covered with the cover 40 and the exhaust gas is supplied to the inside of the cover 40 to warm the reactor 12B itself, it is not necessary to provide the reactor 12B with the exhaust gas passage through which the exhaust gas passes. Thereby, the structure of the reactor 12B can be simplified.
  • the reactor 12B has a structure in which the reactant loading portions 25 and the oil passage portions 26 are alternately stacked, but the configuration of the reactor 12B is particularly limited to the stacked structure.
  • the oil passage portion 26 may be disposed adjacent to the reactant filling portion 25.
  • FIG. 8 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a third embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • the chemical heat storage device 11 of the present embodiment is disposed between the reactor 3B and the engine 3 and the DOC 4 in the exhaust passage 7 as in the second embodiment described above, and the exhaust gas and the heat medium are A heat exchanger 50 for heat exchange and a heat medium circulation system 51 for circulating a heat medium between the heat exchanger 50 and the reactor 12B are provided.
  • an organic heat medium oil As the heat medium, an organic heat medium oil, a synthetic phenyl ether oil or the like is used.
  • the organic heat transfer medium oil include Barrel Therm series manufactured by Matsumura Oil Co., Ltd. and Barrel Silicone Fluid ST.
  • the heat exchanger 50 has a rectangular parallelepiped shape. As shown in FIG. 9, the heat exchanger 50 accommodates a plurality of exhaust gas passage portions 52 through which the exhaust gas passes, a plurality of heat medium passage portions 53 through which the heat medium passes, the exhaust gas passage portion 52 and the heat medium passage portion 53.
  • the housing 54 is provided.
  • the exhaust gas passage 52 and the heat medium passage 53 are alternately stacked. Therefore, the heat medium passage 53 is disposed adjacent to the exhaust gas passage 52.
  • the shape of the heat exchanger 50 is not particularly limited to a rectangular parallelepiped shape, and may be, for example, a cylindrical shape.
  • the heat medium circulation system 51 connects the heat exchanger 50 and the reactor 12 B, is disposed in the heat medium pipe 55 through which the heat medium flows, and the heat medium pipe 55, and the high temperature heat-exchanged by the heat exchanger 50. And a circulation pump 56 for circulating the heat medium of the above to supply the reactor 12B.
  • the heat medium pipe 55 is connected to each heat medium passage portion 53 of the heat exchanger 50, as shown in FIG. Specifically, both ends of the heat medium pipe 55 are branched and connected to each heat medium passage portion 53 so as to sandwich the heat exchanger 50.
  • the direction in which the exhaust gas flows in the exhaust gas passage 52 and the direction in which the heat medium flows in the heat medium passage 53 are orthogonal to each other. However, the direction in which the exhaust gas flows and the direction in which the heat medium flows may be parallel. In this case, the direction in which the exhaust gas flows and the direction in which the heat medium flows may be the same or opposite.
  • a part of the heat medium pipe 55 is branched and penetrates the respective reactant filling parts 25 of the reactor 12B.
  • the direction in which the engine oil flows in the oil passage 26 and the direction in which the heat medium flows in the reactant filling portion 25 are orthogonal to each other.
  • the direction in which the engine oil flows and the direction in which the heat medium flows may be parallel. In this case, the direction in which the engine oil flows and the direction in which the heat medium flows may be the same or opposite.
  • the chemical heat storage device 11 also includes a temperature sensor 30 and a controller 34A.
  • the temperature sensor 30 detects, for example, the temperature of the exhaust gas flowing between the engine 3 and the heat exchanger 50 in the exhaust passage 7.
  • the controller 34A includes the heat generation control unit 35 and the heat medium circulation control unit 57 described above.
  • the heat medium circulation control unit 57 desorbs NH 3 from the reaction material 18 by the heat of the heat medium and heats the engine oil when the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 30 reaches a predetermined temperature or more.
  • the heat medium circulation system 51 is controlled.
  • the heat medium circulation system 51 and the heat medium circulation control unit 57 use the heat of the exhaust gas to desorb NH 3 from the reaction material 18 when the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
  • the exhaust gas utilization unit 58 which heats engine oil using it is comprised.
  • FIG. 11 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller 34A.
  • the controller 34A executes steps S101 to S103 as in the process shown in FIG.
  • the controller 34A performs control to operate the circulation pump 56 (step S111).
  • the high temperature heat medium heat-exchanged by the heat exchanger 50 is supplied to the reactant filling portion 25 of the reactor 12B through the heat medium pipe 55, and the heat of the high temperature heat medium is given to the reactant 18 moving NH 3 is desorbed from the reaction material 18 by, is moving NH 3 is recovered in the adsorber 13 from the reactor 12B.
  • the controller 34A executes steps S105 to S108 in the same manner as the process shown in FIG.
  • the circulation pump 56 is maintained in operation.
  • the supply of the high temperature heat medium to the reactor 12B is continued, so the heat of the high temperature heat medium is transferred from the reactant filling portion 25 to the oil passage 26, and the heat of the heat medium heats the engine oil. Be done.
  • the controller 34A determines that the temperature of the engine oil is equal to or higher than the target temperature, the controller 34A performs control to stop the circulation pump 56 (step S112), and ends the present process. Thereby, the supply of the heat medium to the reactor 12B is stopped, and thus the heating of the engine oil by the heat of the heat medium is completed.
  • the heat medium circulation control unit 57 executes the above-described procedures S103, 111, 108, 112.
  • the heat of the high temperature exhaust gas is used to desorb NH 3 from the reaction material 18 of the reactor 12B, a so-called reaction Regeneration of material 18 is performed. Thereby, the reaction material 18 can be sufficiently regenerated. Further, when the engine 3 is started, heat is generated by the chemical reaction between NH 3 and the reaction material 18 to heat the engine oil, and when the temperature of the exhaust gas becomes a predetermined temperature or more, high temperature exhaust gas Heat is used to heat engine oil. Thereby, the engine oil can be sufficiently heated.
  • the heat exchanger 50 when the temperature of the exhaust gas becomes equal to or higher than the predetermined temperature, NH 3 is desorbed from the reaction material 18 by the heat of the high temperature heat medium heat-exchanged with the exhaust gas by the heat exchanger 50 The oil is heated. In this manner, a heat transfer medium free of harmful substances can be used to regenerate the reaction material 18 and heat the engine oil. Further, since the heat exchanger 50 is disposed between the engine 3 and the DOC 4 in the exhaust passage 7, the arrangement position of the heat exchanger 50 is close to the reactor 12B. Therefore, the heat medium pipe 55 of the heat medium circulation system 51 can be shortened.
  • a part of the heat medium pipe 55 penetrates the reaction material filled portion 25 of the reactor 12B, so that the reaction material 18 can be efficiently regenerated by the heat medium.
  • the heat exchanger 50 is disposed between the engine 3 and the DOC 4 in the exhaust passage 7.
  • the location of the heat exchanger 50 is not particularly limited thereto. It may be on the downstream side of the DOC 4 in the passage 7.
  • FIG. 12 is a schematic configuration view showing an engine oil circulation system provided with a chemical heat storage device according to a fourth embodiment of the present invention, together with an exhaust gas purification system.
  • the chemical heat storage device 11 of the present embodiment is provided with a reactor 12A similar to that of the above-described modification.
  • the reactor 12A is disposed between the DPF 5 and the SCR 6 in the exhaust passage 7.
  • the exhaust gas passage 27 of the reactor 12A is in communication with the exhaust passage 7. Therefore, in the state where the exhaust gas is discharged from the engine 3, the exhaust gas always flows in the exhaust gas passage 27.
  • the chemical heat storage device 11 does not include the exhaust gas supply system 15 in the first embodiment.
  • the chemical heat storage device 11 also includes a controller 34B.
  • the controller 34B includes the heat generation control unit 35 described above.
  • the chemical heat storage device 11 does not include the temperature sensors 30 and 31 in the first embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing details of the control processing procedure by the controller 34B.
  • the heat generation control unit 35 of the controller 34B executes steps S101 and S102 in the same manner as the process shown in FIG.
  • the transfer NH 3 is supplied from the adsorber 13 to the reactor 12, and the engine oil is heated by the heat generated by the chemical reaction between the reaction material 18 of the reactor 12 and the transfer NH 3 .
  • the reactor 12A exhaust gas heat that flows through the exhaust gas passage 27 of that is given to the reaction member 18 of the reaction material filling unit 25, moving NH 3 from the reaction material 18 is The desorption NH 3 for transfer is recovered from the reactor 12A to the adsorber 13. Further, the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 27 heats the engine oil.
  • controller 34B executes steps S105 to S107 in the same manner as the process shown in FIG.
  • the controller 34B executes steps S105 to S107 in the same manner as the process shown in FIG.
  • the recovery of the transfer NH 3 into adsorber 13 has been completed from the reactor 12A.
  • each exhaust gas passage 27 of the reactor 12A desorbs NH 3 from the reaction material 18 by using the heat of the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas reaches a predetermined temperature or higher.
  • the exhaust gas utilization unit 60 is configured to heat the engine oil by using the heat of the exhaust gas.
  • the heat of the high temperature exhaust gas is used to desorb NH 3 from the reaction material 18 of the reactor 12A, a so-called reaction Regeneration of material 18 is performed. Thereby, the reaction material 18 can be sufficiently regenerated. Further, when the engine 3 is started, heat is generated by the chemical reaction between NH 3 and the reaction material 18 to heat the engine oil, and when the temperature of the exhaust gas becomes a predetermined temperature or more, high temperature exhaust gas Heat is used to heat engine oil. Thereby, the engine oil can be sufficiently heated.
  • the reactor 12A is disposed in the exhaust passage 7 and has an exhaust gas passage 27 through which the exhaust gas passes. Therefore, the exhaust gas flowing through the exhaust passage 7 is directly used to regenerate the reaction material 18 and heat the engine oil, so that the temperature of the engine oil can be effectively raised. Further, since the exhaust gas supply system 15 including the valve 24 is not required, the configuration of the exhaust gas utilization unit 60 can be sufficiently simplified. Furthermore, since the valve 24 is not necessary, it is not necessary to perform the exhaust gas supply control, so that the control process of the controller 34B can be simplified.
  • the exhaust gas passage 27 is disposed on the opposite side of the oil passage 26 with the reactant filling portion 25 interposed therebetween, excessive temperature rise of the engine oil due to the heat of the exhaust gas can be suppressed. Thereby, deterioration of the engine oil caused by the engine oil becoming high temperature can be suppressed.
  • the reactor 12A is disposed between the DPF 5 and the SCR 6 in the exhaust passage 7.
  • the disposition location of the reactor 12A is not particularly limited thereto. It may be between the engine 3 and the DOC 4 in the above, or may be downstream of the SCR 6 in the exhaust passage 7.
  • the reaction medium NH 3 and the reaction material 18 represented by the composition formula MXa are chemically reacted to generate heat, but the reaction medium is not particularly limited to NH 3 , CO 2 or H 2 O or the like may be used.
  • CO 2 is used as the reaction medium
  • MgO, CaO, BaO, Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Fe (OH) 2 , Fe (OH) 2 can be used as the reaction material 18 to be chemically reacted with CO 2 3 FeO, Fe 2 O 3 or 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 18 to be chemically reacted with H 2 O.
  • the reactor is arrange
  • the oil circulation path through which the engine oil circulates is provided with a path for bypassing the reactor, and the engine oil is not bypassed and circulated to the reactor when the reaction material 18 is regenerated. Only exhaust gas may be allowed to flow into the reactor. In this case, since the heat of the exhaust gas is prevented from being taken by the engine oil, the reaction material 18 can be regenerated at an early stage.
  • the heating object is not particularly limited to the engine oil, and may be, for example, water or air.
  • the chemical heat storage device 11 of the said embodiment is mounted in the vehicle S, this invention is applicable if it is a mobile machine which mounts an internal combustion engine like a ship etc. besides a vehicle. .

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Abstract

内燃機関を搭載した移動機械に具備され、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、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる反応媒体流通系と、内燃機関が起動されたときに、反応媒体と反応材との化学反応によって熱を発生させて加熱対象を加熱するように、反応媒体流通系を制御する発熱制御部と、内燃機関から排出される排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材から反応媒体を脱離させると共に、排ガスの熱を利用して加熱対象を加熱する排ガス活用ユニットとを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。

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（発熱反応）、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。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（再生反応）、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。
特開２０１０－２３０２６８号公報
　上記従来技術においては、エンジンオイルの熱により蓄熱材（反応材）の再生を行っているが、エンジンオイルの熱だけでは蓄熱材を再生するための熱量が不足し、結果的に蓄熱材の再生が不十分になるおそれがある。また、上記従来技術においては、水と蓄熱材との化学反応により発生する熱によってエンジンオイル（加熱対象）を加熱しているが、水と蓄熱材との化学反応により発生する熱だけでは、エンジンオイルを十分に加熱することができない場合もある。
　本発明の目的は、反応材の再生を十分に行うことができると共に、加熱対象を十分に加熱することができる化学蓄熱装置を提供することである。
　本発明の一態様は、内燃機関を搭載した移動機械に具備され、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、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる反応媒体流通系と、内燃機関が起動されたときに、反応媒体と反応材との化学反応によって熱を発生させて加熱対象を加熱するように、反応媒体流通系を制御する発熱制御部と、内燃機関から排出される排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材から反応媒体を脱離させると共に、排ガスの熱を利用して加熱対象を加熱する排ガス活用ユニットとを備えることを特徴とする。
　このような化学蓄熱装置においては、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して、反応材から反応媒体を脱離させる、いわゆる反応材の再生を行う。これにより、反応材の再生を十分に行うことができる。また、内燃機関が起動されたときは、反応媒体と反応材との化学反応によって熱を発生させて加熱対象を加熱し、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して加熱対象を加熱する。これにより、加熱対象を十分に加熱することができる。
　化学蓄熱装置は、内燃機関から排出される排ガスの温度を検出する温度検出部を更に備え、排ガス活用ユニットは、内燃機関に接続された排気通路から反応器に向けて排ガスを供給する排ガス供給系と、温度検出部により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱によって反応材から反応媒体を脱離させると共に加熱対象を加熱するように、排ガス供給系を制御する排ガス供給制御部とを有してもよい。この場合には、排ガスを直接使用して反応材の再生及び加熱対象の加熱が行われるため、排ガス活用ユニットの構成の簡単化を図ることができる。
　反応器は、反応材が充填された反応材充填部と、反応材充填部に隣接して配置され、加熱対象が通る加熱対象通路部と、反応材充填部及び加熱対象通路部に隣接して配置され、排ガスが通る排ガス通路部とを有し、排ガス供給系は、排気通路から排ガス通路部に排ガスを供給してもよい。この場合には、排ガス通路部が反応材充填部及び加熱対象通路部に隣接して配置されているため、排ガスの熱による反応材の再生及び加熱対象の加熱を効率良く行うことができる。
　反応器は、反応材が充填された反応材充填部と、反応材充填部に隣接して配置され、加熱対象が通る加熱対象通路部と、反応材充填部を挟んで加熱対象通路部の反対側に反応材充填部に隣接して配置され、排ガスが通る排ガス通路部とを有し、排ガス供給系は、排気通路から排ガス通路部に排ガスを供給してもよい。この場合には、排ガスの熱による加熱対象の過昇温が抑えられる。
　反応器は、反応材が充填された反応材充填部と、反応材充填部に隣接して配置され、加熱対象が通る加熱対象通路部とを有し、排ガス活用ユニットは、反応器を覆うカバーを有し、排ガス供給系は、排気通路からカバーの内部に排ガスを供給してもよい。この場合には、排ガスが通る排ガス通路部を反応器に設けなくて済むため、反応器の構造を簡単化することができる。
　化学蓄熱装置は、内燃機関から排出される排ガスの温度を検出する温度検出部を更に備え、排ガス活用ユニットは、排ガスと熱媒体とを熱交換する熱交換器と、熱交換器と反応器との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環系と、温度検出部により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、熱媒体の熱によって反応材から反応媒体を脱離させると共に加熱対象を加熱するように、熱媒体循環系を制御する熱媒体循環制御部とを有してもよい。この場合には、有害物質を含まない熱媒体を使用して、反応材の再生及び加熱対象の加熱を行うことができる。また、熱交換器を反応器の近くに配置することにより、熱媒体循環系の経路を短くすることができる。
　反応器は、反応材が充填された反応材充填部と、反応材充填部に隣接して配置され、加熱対象が通る加熱対象通路部とを有し、熱媒体循環系は、熱媒体が流れる配管を有し、配管の一部は、反応材充填部を貫通していてもよい。この場合には、熱媒体が流れる配管の一部が反応材充填部を貫通しているため、熱媒体による反応材の再生を効率良く行うことができる。
　反応器は、内燃機関に接続された排気通路に配設されていると共に、排ガスが通る排ガス通路部を有し、排ガス活用ユニットは、排ガス通路部であってもよい。この場合には、排気通路を流れる排ガスを直接使用して反応材の再生及び加熱対象の加熱が行われるため、加熱対象を効果的に昇温することができる。また、排ガス供給系が不要となるため、排ガス活用ユニットの構成を十分に簡単化することができる。さらに、排ガスの供給制御を行わなくて済むため、制御処理を簡素化することができる。
　反応器は、反応材が充填された複数の反応材充填部と、反応材充填部に隣接して配置され、加熱対象が通る加熱対象通路部とを更に有し、排ガス通路部は、反応材充填部を挟んで加熱対象通路部の反対側に反応材充填部に隣接して配置されていてもよい。この場合には、排ガスの熱による加熱対象の過昇温が抑えられる。
　本発明によれば、反応材の再生を十分に行うことができると共に、加熱対象を十分に加熱することができる化学蓄熱装置が提供される。
図１は、本発明の第１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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。 図２は、図１に示された反応器の縦断面図である。 図３は、図１に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図４は、ＮＨ３飽和蒸気圧特性及びＮＨ３吸着特性を示すグラフである。 図５は、図２に示された反応器の変形例を示す縦断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱装置における反応器をカバーと共に示す縦断面図である。 図７は、図６に示された反応器をカバーと共に示す平面図である。 図８は、本発明の第３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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。 図９は、図８に示された熱交換器の縦断面図である。 図１０は、図８に示された反応器の縦断面図である。 図１１は、図８に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第４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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。 図１３は、図１２に示されたコントローラによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図１４は、図１２に示された反応器の縦断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の第１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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。図１において、排気浄化システム１及びエンジンオイル循環システム２は、内燃機関であるディーゼルエンジン３（以下、単にエンジン３という）を搭載した車両Ｓに具備されている。
　排気浄化システム１は、エンジン３から排出される排ガスに含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する。排気浄化システム１は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４と、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）５と、選択還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）６とを備えている。
　ＤＯＣ４、ＤＰＦ５及びＳＣＲ６は、エンジン３と接続された排気通路７に上流側から下流側に向けて順に配設されている。ＤＯＣ４は、排ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集することにより、排ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ６は、尿素またはアンモニア（ＮＨ３）によって、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。
　エンジンオイル循環システム２は、エンジン３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２は、オイルパン８と、オイルポンプ９と、オイルクーラ１０とを備えている。オイルパン８は、エンジンオイルを溜めておく。エンジン３内の各部を流れたエンジンオイルは、オイルパン８に戻る。オイルポンプ９は、オイルパン８に溜められたエンジンオイルを吸い上げてエンジン３に向けて圧送する。オイルクーラ１０は、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２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１１を備えている。化学蓄熱装置１１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１１は、排ガスの熱により反応器１２の反応材１８（後述）から反応媒体を脱離させ、その脱離した反応媒体を吸着器１３（後述）に蓄えると共に、反応媒体を反応器１２に供給して反応材１８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１１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１１は、反応器１２と、吸着器１３と、ＮＨ３流通系１４（反応媒体流通系）と、排ガス供給系１５とを備えている。反応器１２は、例えばエンジン３の外壁面に取り付けられ固定されている。反応器１２は、エンジンオイルが流れるオイル配管１６を介してオイルクーラ１０と接続されていると共に、エンジンオイルが流れるオイル配管１７を介してエンジン３と接続されている。反応器１２は、エンジンオイルに対して熱交換可能に配置されている。
　反応器１２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排ガス（後述）の熱が与えられるとＮＨ３を脱離する反応材１８を含んでいる。反応材１８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１９を含んでいる。吸着材１９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１９に化学吸着されてもよい。
　ＮＨ３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３との間でＮＨ３を流通させる。ＮＨ３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３とを接続し、ＮＨ３が双方向に流れるＮＨ３配管２０と、このＮＨ３配管２０に配設され、ＮＨ３の流路を開閉する電磁式のバルブ２１とを有している。
　排ガス供給系１５は、排気通路７から反応器１２に向けて排ガスを供給する。排ガス供給系１５は、排気通路７におけるＤＰＦ５の下流側と反応器１２とを接続し、排気通路７から反応器１２に排ガスが流れる排ガス配管２２と、反応器１２と排気通路７におけるＤＯＣ４の上流側とを接続し、反応器１２から排気通路７に排ガスが流れる排ガス配管２３と、排ガス配管２２に配設され、排ガスの流路を開閉する電磁式のバルブ２４とを有している。
　図２は、反応器１２の縦断面図である。図２において、反応器１２は、直方体形状を呈している。反応器１２は、反応材１８が充填された複数の反応材充填部２５と、エンジンオイルが通る複数のオイル通路部２６（加熱対象通路部）と、排ガスが通る複数の排ガス通路部２７と、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７を収容する筐体２８とを有している。筐体２８は、例えばＮＨ３及び排ガスに対して耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼）で形成されている。
　反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７は、交互に積層されている。具体的には、排ガス通路部２７上にはオイル通路部２６が積層され、オイル通路部２６上には反応材充填部２５が積層されている。反応器１２の上端部及び下端部には、排ガス通路部２７が配置されている。オイル通路部２６は、反応材充填部２５に隣接して配置されている。少なくとも１つの排ガス通路部２７は、反応材充填部２５及びオイル通路部２６に隣接して配置されている。最上部の排ガス通路部２７は、反応材充填部２５に隣接して配置されている。最下部の排ガス通路部２７は、オイル通路部２６に隣接して配置されている。
　筐体２８には、ＮＨ３配管２０が接続されている。なお、図示はしないが、筐体２８内には、各反応材充填部２５にＮＨ３を供給するための通路が設けられている。オイル通路部２６は、エンジンオイルと反応材１８との熱交換を促進させるための複数のフィンを有している。図示はしないが、各オイル通路部２６には、オイル配管１６，１７が反応器１２を挟むように分岐して接続されている。排ガス通路部２７は、排ガスと反応材１８及びエンジンオイルとの熱交換を促進させるための複数のフィンを有している。各排ガス通路部２７には、排ガス配管２２，２３が反応器１２を挟むように分岐して接続されている。従って、排ガス供給系１５は、排気通路７から反応器１２の排ガス通路部２７に排ガスを供給することとなる。
　反応器１２において、オイル通路部２６をエンジンオイルが流れる方向と排ガス通路部２７を排ガスが流れる方向とは、直交している。ただし、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、平行となっていてもよい。この場合、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、同じ方向でもよいし、逆方向でもよい。
　図１に戻り、化学蓄熱装置１１において、エンジン３の起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２１が開弁されると、吸着器１３と反応器１２との圧力差によって、吸着器１３の吸着材１９からＮＨ３が脱離し、そのＮＨ３がＮＨ３配管２０を通って反応器１２に供給される。そして、反応器１２の反応材１８（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１２内において、反応材１８から発生した熱が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、オイル配管１７を通ってエンジン３内の各部に送られる。　　　　ＭｇＢｒ２＋ｘＮＨ３　⇔　Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＢｒ２＋熱　　　…（Ａ）
　その後、高温の排ガスが排ガス配管２２を通して反応器１２に供給されると、排ガスの熱が反応材１８に与えられることで、反応材１８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２１が開弁されると、反応器１２と吸着器１３との圧力差によって、ＮＨ３がＮＨ３配管２０を通って吸着器１３に戻り、吸着器１３の吸着材１９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。
　また、化学蓄熱装置１１は、温度センサ３０と、温度センサ３１と、温度センサ３２と、圧力センサ３３と、コントローラ３４とを備えている。温度センサ３０は、排ガスの温度を検出する温度検出部である。温度センサ３０は、例えば排ガス配管２２内を流れる排ガスの温度、つまり反応器１２に供給される排ガスの温度を検出する。温度センサ３１は、エンジンオイルの温度を検出する。温度センサ３１は、例えばオイル配管１７内を流れるエンジンオイルの温度、つまり反応器１２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。温度センサ３２は、吸着器１３の温度を検出する。圧力センサ３３は、吸着器１３内の圧力を検出する。
　コントローラ３４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３４は、発熱制御部３５と、排ガス供給制御部３６とを有している。
　発熱制御部３５は、エンジン３が起動されたときに、ＮＨ３と反応器１２の反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱するように、ＮＨ３流通系１４を制御する。排ガス供給制御部３６は、温度センサ３０により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱によって反応材１８からＮＨ３を脱離させると共にエンジンオイルを加熱するように、排ガス供給系１５を制御する。
　排ガス供給系１５及び排ガス供給制御部３６は、エンジン３から排出される排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材１８からＮＨ３を脱離させると共に、排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する排ガス活用ユニット３７を構成する。
　図３は、コントローラ３４による制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理の初期状態では、バルブ２１，２４は閉弁されている。また、吸着器１３の吸着材１９には、バルブ２１が開弁された際に反応器１２、吸着器１３及びＮＨ３配管２０からなる反応系内を所定の圧力に保持するための圧力保持用ＮＨ３と、反応器１２において所望の発熱温度を得るために反応材１８との化学反応に使用される移動用ＮＨ３とが吸着されている。圧力保持用ＮＨ３及び移動用ＮＨ３の量は、反応材１８の材料等に応じて適宜決められている。
　図３において、コントローラ３４は、まずイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）３８の操作信号に基づいて、エンジン３が起動されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。コントローラ３４は、エンジン３が起動されたと判断したときは、バルブ２１を開制御する（手順Ｓ１０２）。これにより、吸着器１３から反応器１２に移動用ＮＨ３が供給され、反応器１２の反応材１８と移動用ＮＨ３との化学反応により発生した熱によってエンジンオイルが加熱される。
　続いて、コントローラ３４は、温度センサ３０の検出値に基づいて、排ガスの温度が再生温度（所定温度）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。再生温度は、反応材１８から移動用ＮＨ３が脱離する、いわゆる反応材１８の再生が可能となる温度であり、例えば１００℃である。
　コントローラ３４は、排ガスの温度が再生温度以上であると判断したときは、バルブ２４を開制御する（手順Ｓ１０４）。これにより、排気通路７を流れる高温の排ガスが排ガス配管２２を通って反応器１２の排ガス通路部２７に供給され、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７から反応材充填部２５に伝えられ、排ガスの熱によって反応材１８から移動用ＮＨ３が脱離し、その移動用ＮＨ３が反応器１２から吸着器１３に回収される。
　その後、コントローラ３４は、温度センサ３２及び圧力センサ３３の検出値に基づいて、吸着器１３のＮＨ３回収率を求める（手順Ｓ１０５）。吸着器１３のＮＨ３回収率は、吸着器１３に対する移動用ＮＨ３の回収率であり、より具体的には移動用ＮＨ３の総量と吸着器１３に対する移動用ＮＨ３の回収量との比率である。
　このとき、コントローラ３４は、温度センサ３２により検出された吸着器１３の温度と圧力センサ３３により検出された吸着器１３内の圧力とに基づいて、吸着器１３の吸着材１９に吸着されているＮＨ３量（吸着器１３のＮＨ３吸着量）を推定する。
　ＮＨ３吸着量の推定は、図４に示されるＮＨ３飽和蒸気圧特性及びＮＨ３吸着特性を用いて行われる。図４（ａ）に示されるＮＨ３飽和蒸気圧特性は、吸着器１３の温度とＮＨ３飽和蒸気圧との関係を示すグラフであり、吸着器１３の温度が高くなるに従ってＮＨ３飽和蒸気圧が高くなるような特性を有している。図４（ｂ）に示されるＮＨ３吸着特性は、相対圧力と吸着器１３のＮＨ３吸着量との関係を示すグラフであり、相対圧力が高くなるに従って吸着器１３のＮＨ３吸着量が多くなるような特性を有している。相対圧力は、ＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatと吸着器１３内の圧力Ｐとの比（Ｐ／Ｐsat）である。
　コントローラ３４は、まずＮＨ３飽和蒸気圧特性を用いて、温度センサ３２により検出された吸着器１３の温度Ｔに対応するＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatを求める。そして、コントローラ３４は、ＮＨ３飽和蒸気圧Ｐsatと圧力センサ３３により検出された吸着器１３内の圧力Ｐとの比である相対圧力を算出する。そして、コントローラ３４は、ＮＨ３吸着特性を用いて、相対圧力に対応するＮＨ３吸着量Ｓnh3を求める。これにより、吸着器１３のＮＨ３吸着量が推定される。
　そして、コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ３吸着量から、吸着器１３のＮＨ３回収率を求める。例えば、吸着器１３のＮＨ３吸着量が圧力保持用ＮＨ３に相当する量であるときは、吸着器１３のＮＨ３回収率は０％であり、吸着器１３のＮＨ３吸着量が圧力保持用ＮＨ３に相当する量と移動用ＮＨ３の総量に相当する量との合計値であるときは、吸着器１３のＮＨ３回収率は１００％である。
　続いて、コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ３回収率が目標値（例えば９０％）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ３回収率が目標値よりも低いと判断したときは、手順Ｓ１０５を再度実行する。一方、コントローラ３４は、吸着器１３のＮＨ３回収率が目標値以上であると判断したときは、バルブ２１を閉制御する（手順Ｓ１０７）。これにより、反応器１２から吸着器１３への移動用ＮＨ３の回収が終了する。
　続いて、コントローラ３４は、温度センサ３１の検出値に基づいて、エンジンオイルの温度が目標温度（例えば１００℃）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０８）。エンジンオイルの温度が目標温度よりも低いときは、バルブ２４は開状態に維持される。これにより、排気通路７から反応器１２への排ガスの供給が継続されるため、高温の排ガスの熱が排ガス通路部２７からオイル通路部２６に伝えられ、排ガスの熱によってエンジンオイルが加熱される。
　コントローラ３４は、エンジンオイルの温度が目標温度以上であると判断したときは、バルブ２４を閉制御し（手順Ｓ１０９）、本処理を終了する。これにより、排気通路７から反応器１２への排ガスの供給が停止するため、排ガスの熱によるエンジンオイルの加熱が終了する。
　以上において、発熱制御部３５は、上記の手順Ｓ１０１，１０２を実行する。排ガス供給制御部３６は、上記の手順Ｓ１０３，１０４，１０８，１０９を実行する。
　以上のように本実施形態にあっては、排ガスの温度が再生温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して、反応器１２の反応材１８からＮＨ３を脱離させる、いわゆる反応材１８の再生を行う。これにより、反応材１８の再生を十分に行うことができる。その結果、次回の発熱反応において、吸着器１３から反応器１２に所望量のＮＨ３が供給されるため、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により十分な熱を発生させることができる。また、エンジン３が起動されたときは、ＮＨ３と反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱し、排ガスの温度が再生温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。これにより、エンジンオイルを十分に加熱することができる。
　また、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生する熱のみによってエンジンオイルを加熱する場合、所望の燃費効果を得るためには、ある程度の熱量を反応器１２から発生させる必要がある。従って、反応器１２における反応材１８の充填量及び吸着器１３における吸着材１９の充填量が多くならざるを得ないため、反応器１２及び吸着器１３の体格が大きくなり、結果的に化学蓄熱装置１１の大型化につながる。これに対し本実施形態では、排ガスの温度が再生温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱するので、反応器１２における反応材１８の充填量及び吸着器１３における吸着材１９の充填量を少なくし、反応器１２及び吸着器１３の体格を小さくすることができる。
　また、本実施形態では、排ガスの温度が再生温度以上になったときは、排ガスの熱によって反応材１８からＮＨ３が脱離すると共にエンジンオイルが加熱される。このように排ガスを直接使用して反応材１８の再生及びエンジンオイルの加熱が行われるため、排ガス活用ユニット３７の構成の簡単化を図ることができる。
　さらに、本実施形態では、排ガス通路部２７が反応材充填部２５及びオイル通路部２６に隣接して配置されているため、排ガスの熱による反応材１８の再生及びエンジンオイルの加熱を効率良く行うことができる。
　なお、本実施形態では、排気通路７におけるＤＰＦ５の下流側から反応器１２に排ガスを供給し、反応器１２から排気通路７におけるＤＯＣ４の上流側に排ガスを戻すようにしているが、特にその形態には限られない。例えば、排気通路７におけるマフラの下流側から反応器１２に排ガスを供給し、反応器１２から排気通路７の何れかの箇所に排ガスを戻してもよいし、或いは排気通路７におけるマフラの下流側を流れる排ガスは浄化されているため、浄化された排ガスを排気通路７に戻さずに外部に放出してもよい。
　また、本実施形態では、反応器１２は、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７が交互に積層された構造を有しているが、反応器１２の構成としては、特にそのような積層構造には限られず、オイル通路部２６が反応材充填部２５に隣接して配置され、排ガス通路部２７が反応材充填部２５及びオイル通路部２６に隣接して配置されていればよい。
　図５は、図２に示された反応器１２の変形例を示す縦断面図である。図５において、本変形例の反応器１２Ａは、上記の反応器１２と同様に、複数の反応材充填部２５、複数のオイル通路部２６、複数の排ガス通路部２７及び筐体２８を有している。
　オイル通路部２６及び排ガス通路部２７は、反応材充填部２５を介して交互に積層されている。オイル通路部２６は、反応材充填部２５に隣接して配置されている。排ガス通路部２７は、反応材充填部２５を挟んでオイル通路部２６の反対側に反応材充填部２５に隣接して配置されている。つまり、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７は、反応材充填部２５を挟んで配置されており、互いに隣接していない。反応器１２Ａの上端部及び下端部には、排ガス通路部２７が配置されている。
　反応器１２Ａにおいて、オイル通路部２６をエンジンオイルが流れる方向と排ガス通路部２７を排ガスが流れる方向とは、平行となっている。このとき、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、同じ方向でもよいし、逆方向でもよい。ただし、エンジンオイルが流れる方向と排ガスが流れる方向とは、直交していてもよい。
　本変形例においては、排ガス通路部２７は反応材充填部２５を挟んでオイル通路部２６の反対側に配置されているので、排ガスの熱によるエンジンオイルの過昇温が抑えられる。これにより、エンジンオイルが高温状態になることに起因したエンジンオイルの劣化を抑制することができる。
　なお、本変形例では、反応器１２Ａは、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７を複数ずつ有しているが、反応材充填部２５、オイル通路部２６及び排ガス通路部２７の数としては、特にそれには限られず、１つであってもよい。
　図６は、本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱装置における反応器をカバーと共に示す縦断面図である。図７は、図６に示される反応器をカバーと共に示す平面図である。なお、図６は、図７のVI－VI線断面図である。
　図６及び図７において、本実施形態の化学蓄熱装置１１は、反応器１２Ｂと、反応器１２Ｂを覆うカバー４０とを備えている。反応器１２Ｂは、上述した複数の反応材充填部２５、複数のオイル通路部２６及び筐体２８を有している。反応材充填部２５及びオイル通路部２６は、交互に積層されている。従って、オイル通路部２６は、反応材充填部２５に隣接して配置されている。
　カバー４０は、反応器１２を覆うようにエンジン３の外壁面に取り付けられている。カバー４０は、平面視四角形状を呈している。カバー４０の材料は、筐体２８と同様である。カバー４０は、排ガス供給系１５と共に排ガス活用ユニット３７の一部を構成している。なお、カバー４０の形状としては、特に平面視四角形状には限られず、例えば半球形状等であってもよい。
　排ガス供給系１５は、排気通路７からカバー４０の内部に排ガスを供給する。排ガス供給系１５は、上記の排ガス配管２２，２３を有している。排ガス配管２２，２３は、平面視においてカバー４０の対角線上に位置するようにカバー４０の２つの角部に接続されている。また、排ガス配管２２は、カバー４０の先端部に接続され、排ガス配管２３は、カバー４０の基端部に接続されている。これにより、排ガスがカバー４０の内部全体に流れやすくなる。なお、カバー４０に対する排ガス配管２２，２３の接続箇所としては、特に上記には限られない。
　なお、ＮＨ３配管２０は、カバー４０を貫通して筐体２８に接続されている。オイル配管１６，１７は、カバー４０を貫通して各オイル通路部２６に接続されている。
　このような化学蓄熱装置１１において、排ガスは、排ガス配管２２を通ってカバー４０の内部に導入されて、反応器１２Ｂの外壁面に当たり、カバー４０の内部から排ガス配管２３を通って導出される。これにより、排ガスの熱によって反応器１２Ｂ自体が暖められる。このとき、排ガスの熱が筐体２８を通って反応材充填部２５に伝えられ、反応材１８から移動用ＮＨ３が脱離する。また、排ガスの熱が筐体２８を通ってオイル通路部２６に伝えられ、エンジンオイルが加熱される。
　本実施形態においては、反応器１２Ｂをカバー４０で覆い、カバー４０の内部に排ガスを供給して反応器１２Ｂ自体を暖めるので、排ガスが通る排ガス通路部を反応器１２Ｂに設けなくて済む。これにより、反応器１２Ｂの構造を簡単化することができる。
　なお、本実施形態では、反応器１２Ｂは、反応材充填部２５及びオイル通路部２６が交互に積層された構造を有しているが、反応器１２Ｂの構成としては、特に積層構造には限られず、オイル通路部２６が反応材充填部２５に隣接して配置されていればよい。
　図８は、本発明の第３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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。
　図８において、本実施形態の化学蓄熱装置１１は、上記の第２実施形態と同様の反応器１２Ｂと、排気通路７におけるエンジン３とＤＯＣ４との間に配設され、排ガスと熱媒体とを熱交換する熱交換器５０と、熱交換器５０と反応器１２Ｂとの間で熱媒体を循環させる熱媒体循環系５１とを備えている。
　熱媒体としては、有機系熱媒体油またはフェニル・エーテル系合成油等が使用される。有機系熱媒体油としては、例えば松村石油（株）製のバーレルサームシリーズ及びバーレルシリコーンフルードＳＴ等が挙げられる。
　熱交換器５０は、直方体形状を呈している。熱交換器５０は、図９に示されるように、排ガスが通る複数の排ガス通路部５２と、熱媒体が通る複数の熱媒体通路部５３と、排ガス通路部５２及び熱媒体通路部５３を収容する筐体５４を有している。排ガス通路部５２及び熱媒体通路部５３は、交互に積層されている。従って、熱媒体通路部５３は、排ガス通路部５２に隣接して配置されている。高温の排ガスが排ガス通路部５２を流れると、熱媒体通路部５３を流れる熱媒体が高温の排ガスの熱により熱交換されて加熱される。なお、熱交換器５０の形状としては、特に直方体形状には限られず、例えば円柱形状等であってもよい。
　熱媒体循環系５１は、熱交換器５０と反応器１２Ｂとを接続し、熱媒体が流れる熱媒体配管５５と、この熱媒体配管５５に配設され、熱交換器５０により熱交換された高温の熱媒体を反応器１２Ｂに供給するように循環させる循環ポンプ５６とを有している。
　熱媒体配管５５は、図９に示されるように、熱交換器５０の各熱媒体通路部５３に接続されている。具体的には、各熱媒体通路部５３には、熱媒体配管５５の両端部が熱交換器５０を挟むように分岐して接続されている。熱交換器５０において、排ガス通路部５２を排ガスが流れる方向と熱媒体通路部５３を熱媒体が流れる方向とは、直交している。ただし、排ガスが流れる方向と熱媒体が流れる方向とは、平行となっていてもよい。この場合、排ガスが流れる方向と熱媒体が流れる方向とは、同じ方向でもよいし、逆方向でもよい。
　また、熱媒体配管５５の一部は、図１０に示されるように、反応器１２Ｂの各反応材充填部２５を分岐して貫通している。反応器１２Ｂにおいて、オイル通路部２６をエンジンオイルが流れる方向と反応材充填部２５を熱媒体が流れる方向とは、直交している。ただし、エンジンオイルが流れる方向と熱媒体が流れる方向とは、平行となっていてもよい。この場合、エンジンオイルが流れる方向と熱媒体が流れる方向とは、同じ方向でもよいし、逆方向でもよい。
　また、化学蓄熱装置１１は、温度センサ３０と、コントローラ３４Ａとを備えている。温度センサ３０は、例えば排気通路７におけるエンジン３と熱交換器５０との間を流れる排ガスの温度を検出する。コントローラ３４Ａは、上記の発熱制御部３５と、熱媒体循環制御部５７とを有している。
　熱媒体循環制御部５７は、温度センサ３０により検出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、熱媒体の熱によって反応材１８からＮＨ３を脱離させると共にエンジンオイルを加熱するように、熱媒体循環系５１を制御する。
　熱媒体循環系５１及び熱媒体循環制御部５７は、排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材１８からＮＨ３を脱離させると共に、排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する排ガス活用ユニット５８を構成する。
　図１１は、コントローラ３４Ａによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。図１１において、コントローラ３４Ａは、図３に示される処理と同様に手順Ｓ１０１～１０３を実行する。
　そして、コントローラ３４Ａは、排ガスの温度が再生温度以上であると判断したときは、循環ポンプ５６を作動させるように制御する（手順Ｓ１１１）。これにより、熱交換器５０により熱交換された高温の熱媒体が熱媒体配管５５を通って反応器１２Ｂの反応材充填部２５に供給され、高温の熱媒体の熱が反応材１８に与えられることで反応材１８から移動用ＮＨ３が脱離し、移動用ＮＨ３が反応器１２Ｂから吸着器１３に回収される。
　その後、コントローラ３４Ａは、図３に示される処理と同様に手順Ｓ１０５～１０８を実行する。エンジンオイルの温度が目標温度よりも低いときは、循環ポンプ５６は作動状態に維持される。これにより、反応器１２Ｂへの高温の熱媒体の供給が継続されるため、高温の熱媒体の熱が反応材充填部２５からオイル通路部２６に伝えられ、熱媒体の熱によってエンジンオイルが加熱される。
　コントローラ３４Ａは、エンジンオイルの温度が目標温度以上であると判断したときは、循環ポンプ５６を停止するように制御し（手順Ｓ１１２）、本処理を終了する。これにより、反応器１２Ｂへの熱媒体の供給が停止するため、熱媒体の熱によるエンジンオイルの加熱が終了する。
　以上において、熱媒体循環制御部５７は、上記の手順Ｓ１０３，１１１，１０８，１１２を実行する。
　以上のように本実施形態においても、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して、反応器１２Ｂの反応材１８からＮＨ３を脱離させる、いわゆる反応材１８の再生を行う。これにより、反応材１８の再生を十分に行うことができる。また、エンジン３が起動されたときは、ＮＨ３と反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱し、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。これにより、エンジンオイルを十分に加熱することができる。
　また、本実施形態では、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、熱交換器５０により排ガスと熱交換された高温の熱媒体の熱によって反応材１８からＮＨ３が脱離すると共にエンジンオイルが加熱される。このように有害物質を含まない熱媒体を使用して、反応材１８の再生及びエンジンオイルの加熱を行うことができる。また、熱交換器５０が排気通路７におけるエンジン３とＤＯＣ４との間に配設されているので、熱交換器５０の配置位置が反応器１２Ｂに近くなる。従って、熱媒体循環系５１の熱媒体配管５５を短くすることができる。
　さらに、本実施形態では、熱媒体配管５５の一部が反応器１２Ｂの反応材充填部２５を貫通しているため、熱媒体による反応材１８の再生を効率良く行うことができる。
　なお、本実施形態では、熱交換器５０が排気通路７におけるエンジン３とＤＯＣ４との間に配設されているが、熱交換器５０の配設箇所としては、特にそれには限られず、例えば排気通路７におけるＤＯＣ４の下流側であってもよい。
　図１２は、本発明の第４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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。
　図１２において、本実施形態の化学蓄熱装置１１は、上記の変形例と同様の反応器１２Ａを備えている。反応器１２Ａは、排気通路７におけるＤＰＦ５とＳＣＲ６との間に配設されている。反応器１２Ａの排ガス通路部２７は、排気通路７と連通している。従って、エンジン３から排ガスが排出された状態では、排ガス通路部２７には排ガスが常時流れることとなる。なお、化学蓄熱装置１１は、上記第１実施形態における排ガス供給系１５を備えていない。
　また、化学蓄熱装置１１は、コントローラ３４Ｂを備えている。コントローラ３４Ｂは、上記の発熱制御部３５を有している。なお、化学蓄熱装置１１は、上記第１実施形態における温度センサ３０，３１を備えていない。
　図１３は、コントローラ３４Ｂによる制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。図１３において、コントローラ３４Ｂの発熱制御部３５は、図３に示される処理と同様に手順Ｓ１０１，１０２を実行する。これにより、吸着器１３から反応器１２に移動用ＮＨ３が供給され、反応器１２の反応材１８と移動用ＮＨ３との化学反応により発生した熱によってエンジンオイルが加熱される。
　その後、排ガスの温度が再生温度に達すると、反応器１２Ａの排ガス通路部２７を流れる排ガスの熱が反応材充填部２５の反応材１８に与えられることで、反応材１８から移動用ＮＨ３が脱離し、移動用ＮＨ３が反応器１２Ａから吸着器１３に回収される。また、排ガス通路部２７を流れる排ガスの熱によってエンジンオイルが加熱される。
　その後、コントローラ３４Ｂは、図３に示される処理と同様に手順Ｓ１０５～１０７を実行する。これにより、反応器１２Ａから吸着器１３への移動用ＮＨ３の回収が終了する。
　従って、反応器１２Ａの各排ガス通路部２７は、図１４に示されるように、排ガスの温度が所定温度以上になったときに、排ガスの熱を利用して反応材１８からＮＨ３を脱離させると共に、排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する排ガス活用ユニット６０を構成する。
　以上のように本実施形態においても、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用して、反応器１２Ａの反応材１８からＮＨ３を脱離させる、いわゆる反応材１８の再生を行う。これにより、反応材１８の再生を十分に行うことができる。また、エンジン３が起動されたときは、ＮＨ３と反応材１８との化学反応によって熱を発生させてエンジンオイルを加熱し、排ガスの温度が所定温度以上になったときは、高温の排ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。これにより、エンジンオイルを十分に加熱することができる。
　また、本実施形態では、反応器１２Ａは、排気通路７に配設されていると共に、排ガスが通る排ガス通路部２７を有している。従って、排気通路７を流れる排ガスを直接使用して反応材１８の再生及びエンジンオイルの加熱が行われるため、エンジンオイルを効果的に昇温することができる。また、バルブ２４を含む排ガス供給系１５が不要となるため、排ガス活用ユニット６０の構成を十分に簡単化することができる。さらに、バルブ２４が不要となることから、排ガスの供給制御を行わなくて済むため、コントローラ３４Ｂの制御処理を簡素化することができる。
　また、本実施形態では、排ガス通路部２７は反応材充填部２５を挟んでオイル通路部２６の反対側に配置されているので、排ガスの熱によるエンジンオイルの過昇温が抑えられる。これにより、エンジンオイルが高温状態になることに起因したエンジンオイルの劣化を抑制することができる。
　なお、本実施形態では、反応器１２Ａは、排気通路７におけるＤＰＦ５とＳＣＲ６との間に配設されているが、反応器１２Ａの配設箇所としては、特にそれには限られず、例えば排気通路７におけるエンジン３とＤＯＣ４との間であってもよいし、或いは排気通路７におけるＳＣＲ６の下流側であってもよい。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明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、反応媒体であるＮＨ３と組成式ＭＸａで表される反応材１８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１８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１８としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯまたはＡｌ２Ｏ３等が用いられる。
　また、上記第１～第３実施形態では、オイルクーラ１０とエンジン３との間に反応器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８とオイルポンプ９との間に反応器を配置してもよいし、或いはオイルポンプ９とオイルクーラ１０との間に反応器を配置してもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、エンジンオイルが循環するオイル循環経路に反応器をバイパスする経路を設け、反応材１８の再生時には、エンジンオイルをバイパスさせて反応器に流通させず、排ガスのみを反応器に流すようにしてもよい。この場合には、排ガスの熱がエンジンオイルに奪われることが抑制されるため、反応材１８の再生を早期に行うことができる。
　さらに、上記実施形態の化学蓄熱装置１１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、例えば水または空気等であってもよい。
　また、上記実施形態の化学蓄熱装置１１は、車両Ｓに搭載されているが、本発明は、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。
　３…エンジン（内燃機関）、７…排気通路、１１…化学蓄熱装置、１２，１２Ａ，１２Ｂ…反応器、１３…吸着器（貯蔵器）、１４…ＮＨ３流通系（反応媒体流通系）、１５…排ガス供給系、１８…反応材、２５…反応材充填部、２６…オイル通路部（加熱対象通路部）、２７…排ガス通路部、３０…温度センサ（温度検出部）、３５…発熱制御部、３６…排ガス供給制御部、３７…排ガス活用ユニット、４０…カバー、５０…熱交換器、５１…熱媒体循環系、５５…熱媒体配管、５７…熱媒体循環制御部、５８…排ガス活用ユニット、６０…排ガス活用ユニット、Ｓ…車両（移動機械）。

Claims (9)

  1. 　内燃機関を搭載した移動機械に具備され、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の間で前記反応媒体を流通させる反応媒体流通系と、
    　前記内燃機関が起動されたときに、前記反応媒体と前記反応材との化学反応によって熱を発生させて前記加熱対象を加熱するように、前記反応媒体流通系を制御する発熱制御部と、
    　前記内燃機関から排出される排ガスの温度が所定温度以上になったときに、前記排ガスの熱を利用して前記反応材から前記反応媒体を脱離させると共に、前記排ガスの熱を利用して前記加熱対象を加熱する排ガス活用ユニットとを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
  2. 　前記内燃機関から排出される排ガスの温度を検出する温度検出部を更に備え、
    　前記排ガス活用ユニットは、前記内燃機関に接続された排気通路から前記反応器に向けて前記排ガスを供給する排ガス供給系と、前記温度検出部により検出された排ガスの温度が前記所定温度以上になったときに、前記排ガスの熱によって前記反応材から前記反応媒体を脱離させると共に前記加熱対象を加熱するように、前記排ガス供給系を制御する排ガス供給制御部とを有することを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記反応器は、前記反応材が充填された反応材充填部と、前記反応材充填部に隣接して配置され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部と、前記反応材充填部及び前記加熱対象通路部に隣接して配置され、前記排ガスが通る排ガス通路部とを有し、
    　前記排ガス供給系は、前記排気通路から前記排ガス通路部に前記排ガスを供給することを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
  4. 　前記反応器は、前記反応材が充填された反応材充填部と、前記反応材充填部に隣接して配置され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部と、前記反応材充填部を挟んで前記加熱対象通路部の反対側に前記反応材充填部に隣接して配置され、前記排ガスが通る排ガス通路部とを有し、
    　前記排ガス供給系は、前記排気通路から前記排ガス通路部に前記排ガスを供給することを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
  5. 　前記反応器は、前記反応材が充填された反応材充填部と、前記反応材充填部に隣接して配置され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部とを有し、
    　前記排ガス活用ユニットは、前記反応器を覆うカバーを有し、
    　前記排ガス供給系は、前記排気通路から前記カバーの内部に前記排ガスを供給することを特徴とする請求項２記載の化学蓄熱装置。
  6. 　前記内燃機関から排出される排ガスの温度を検出する温度検出部を更に備え、
    　前記排ガス活用ユニットは、前記排ガスと熱媒体とを熱交換する熱交換器と、前記熱交換器と前記反応器との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体循環系と、前記温度検出部により検出された排ガスの温度が前記所定温度以上になったときに、前記熱媒体の熱によって前記反応材から前記反応媒体を脱離させると共に前記加熱対象を加熱するように、前記熱媒体循環系を制御する熱媒体循環制御部とを有することを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
  7. 　前記反応器は、前記反応材が充填された反応材充填部と、前記反応材充填部に隣接して配置され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部とを有し、
    　前記熱媒体循環系は、前記熱媒体が流れる配管を有し、
    　前記配管の一部は、前記反応材充填部を貫通していることを特徴とする請求項６記載の化学蓄熱装置。
  8. 　前記反応器は、前記内燃機関に接続された排気通路に配設されていると共に、前記排ガスが通る排ガス通路部を有し、
    　前記排ガス活用ユニットは、前記排ガス通路部であることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
  9. 　前記反応器は、前記反応材が充填された反応材充填部と、前記反応材充填部に隣接して配置され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部とを更に有し、
    　前記排ガス通路部は、前記反応材充填部を挟んで前記加熱対象通路部の反対側に前記反応材充填部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項８記載の化学蓄熱装置。
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