(57)【要約】【課題】反応器内のアンモニアの分解を防止することができる化学蓄熱装置を提供する。【解決手段】化学蓄熱装置１０は、酸化触媒４の周囲に配置された円筒状の反応器１１と、この反応器１１と管路１２を介して接続され、アンモニア（ＮＨ３）を貯蔵する貯蔵器１３とを備えている。反応器１１は、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる成形体１６を有している。反応器１１には、冷却用空気が通るための複数の空気通路１７が設けられている。反応器１１の前端面には、ダクト１８が連結されている。ダクト１８内には、車両の走行風が導入される。また、ダクト１８内には、空気通路１７への走行風の流入を調節するダンパー１９が配置されている。ダンパー１９を開いた状態とすると、走行風が各空気通路１７を流れるため、反応器１１が冷却されることとなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関の排気系に設けられた触媒を加熱する化学蓄熱装置において、
前記触媒の周囲に配置され、アンモニアと化学反応して熱を発生させる成形体を有する反応器と、
前記反応器と接続され、前記アンモニアを貯蔵する貯蔵器と、
前記反応器を冷却する冷却手段とを備え、
前記冷却手段は、前記反応器に設けられ、冷却用空気が通るための空気通路と、前記空気通路に前記冷却用空気を供給する空気供給手段とを有することを特徴とする化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記反応器の温度を検出する温度検出手段と、
前記反応器の温度が前記アンモニアの分解温度に達する前に、前記空気通路に前記冷却用空気を供給するように前記空気供給手段を制御する制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記空気供給手段は、前記空気通路への前記車両の走行風の流入を調節するダンパーを有することを特徴とする請求項１または２記載の化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記空気供給手段は、前記空気通路へ風を送るファンを有することを特徴とする請求項１または２記載の化学蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の内燃機関の排気系に設けられた化学蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、排気の温度が充分に上昇していない状態では、貯蔵器内の反応媒体が連通路を通って反応器内の化学蓄熱材に流入することで、反応媒体と化学蓄熱材との化学反応によって熱が発生し、この熱によって触媒が加熱され、経過時間と共に排気の温度が充分に上昇すると、化学蓄熱材に吸着された反応媒体が排気の熱によって離脱され、その反応媒体が連通路を通って貯蔵器内に流入するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０８８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、内燃機関からの排ガスは、６００℃以上の高い温度に達することがある。ここで、反応媒体としてアンモニア（ＮＨ３）が使用され、化学蓄熱材としてＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２等が使用される場合には、そのような高温状態の排ガスが化学蓄熱装置に導入されると、反応器内において化学蓄熱材と反応するアンモニアが分解する可能性がある。アンモニアが分解すると、化学蓄熱装置におけるアンモニアの量が減少するため、化学蓄熱材に対するアンモニアの化学反応による熱発生効率が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、反応器内のアンモニアの分解を防止することができる化学蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両の内燃機関の排気系に設けられた触媒を加熱する化学蓄熱装置において、触媒の周囲に配置され、アンモニアと化学反応して熱を発生させる成形体を有する反応器と、反応器と接続され、アンモニアを貯蔵する貯蔵器と、反応器を冷却する冷却手段とを備え、冷却手段は、反応器に設けられ、冷却用空気が通るための空気通路と、空気通路に冷却用空気を供給する空気供給手段とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明の化学蓄熱装置においては、排ガスの温度が低いときは、貯蔵器から反応器にアンモニアが送られ、アンモニアが成形体と化学反応することで、反応器から熱が発生し、その熱により触媒が加熱されるようになる。排ガスの温度が高くなると、排ガスの熱によって成形体からアンモニアが分離し、そのアンモニアが貯蔵器に蓄えられる。ここで、排ガスの温度が高くなり過ぎたために、反応器の温度がアンモニアの分解温度を超える可能性があるときは、空気供給手段によって冷却用空気を空気通路に供給することで、反応器を冷却する。このため、反応器の温度がアンモニアの分解温度よりも高くなることが防止される。これにより、反応器内において成形体と反応するアンモニアの分解を防止することができる。
【０００８】
好ましくは、反応器の温度を検出する温度検出手段と、反応器の温度がアンモニアの分解温度に達する前に、空気通路に冷却用空気を供給するように空気供給手段を制御する制御手段とを更に備える。この場合には、反応器の温度がアンモニアの分解温度に達する前に、自動的に空気通路に冷却用空気が供給されるため、反応器内において成形体と反応するアンモニアの分解を確実に防止することができる。
【０００９】
また、好ましくは、空気供給手段は、空気通路への車両の走行風の流入を調節するダンパーを有する。この場合には、車両の走行風を冷却用空気として利用するので、大きな動力を必要とせずに且つ安価に反応器を冷却することができる。
【００１０】
空気供給手段は、空気通路へ風を送るファンを有していても良い。この場合には、ファンから送られる風によって反応器を十分に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反応器内のアンモニアの分解を防止することができる。これにより、化学蓄熱装置におけるアンモニアの量が確保されるため、反応器からの熱発生効率の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る化学蓄熱装置の一実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した反応器の斜視図である。
【図３】図２に示した反応器の断面図である。
【図４】本発明に係る化学蓄熱装置の一実施形態の一部断面を含む構成図である。
【図５】本発明に係る化学蓄熱装置の他の実施形態の一部断面を含む構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る化学蓄熱装置の一実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、排気浄化システム１は、車両のディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２という）の排気系に設けられ、エンジン２から排出される排ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化するシステムである。
【００１５】
排気浄化システム１は、エンジン２と接続された排気通路３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒（ＤＯＣ）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６及び酸化触媒（ＡＳＣ）７を備えている。
【００１６】
酸化触媒４は、排ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、添加弁８より尿素やアンモニアを供給して、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６の下流側に流れたＮＨ３を酸化する触媒である。
【００１７】
酸化触媒４等の触媒には、環境汚染物質の浄化能力を発揮できる温度領域（活性温度）が存在する。例えば、酸化触媒４の活性温度の下限は１５０℃程度である。一方、エンジン２の始動直後の排ガスの温度は１００℃程度と比較的低温であり、酸化触媒４の温度もほぼ同様である。従って、酸化触媒４の温度を活性温度にするために、酸化触媒４を加熱する必要がある。
【００１８】
そこで、排気浄化システム１は、本実施形態の化学蓄熱装置１０を備えている。化学蓄熱装置１０は、エネルギーレスで酸化触媒４を加熱する装置である。つまり、化学蓄熱装置１０は、通常は排ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに熱を使用するというものである。
【００１９】
化学蓄熱装置１０は、酸化触媒４の周囲に配置された円筒状の反応器１１と、この反応器１１と管路１２を介して接続され、アンモニア（ＮＨ３）を貯蔵する貯蔵器１３とを備えている。管路１２には、電磁式の開閉弁１４が設けられている。
【００２０】
反応器１１は、図２及び図３に示すように、金属（例えばＳＵＳ）で形成されたケース１５を有している。ケース１５内には、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる成形体１６が収容されている。成形体１６には、例えばＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＳｒＣｌ２等の化学蓄熱材が含有されている。貯蔵器１３には、ＮＨ３を物理吸着する活性炭が内蔵されている。活性炭にＮＨ３が物理吸着されることで、ＮＨ３が貯蔵器１３に貯蔵されるようになる。なお、図２及び図３では図示していないが、酸化触媒４はハニカム構造をなしている。
【００２１】
反応器１１には、冷却用空気が通るための複数の空気通路１７が設けられている。これらの空気通路１７は、反応器１１の周方向に沿って等間隔で配置されていると共に、反応器１１の軸方向に延在している。各空気通路１７は、排気通路３の壁面及びケース１５により形成された空間である。反応器１１の前端面（上流側端面）には、各空気通路１７の空気導入口１７ａが形成されている。反応器１１の後方側における反応器１１の外周面には、各空気通路１７の空気導出口１７ｂが形成されている。
【００２２】
反応器１１の前端面には、図４に示すように、ダクト１８が連結されている。ダクト１８は、例えば排気通路３に隣接して車両の前側に延びている。ダクト１８内には、車両の走行風が導入される。また、ダクト１８内には、空気通路１７への走行風の流入を調節するダンパー１９が配置されている。ダンパー１９は、ダンパー駆動部２０によって開閉動作する。
【００２３】
ここで、ダクト１８、ダンパー１９及びダンパー駆動部２０は、反応器１１の各空気通路１７に冷却用空気としての走行風を供給する空気供給手段を構成している。そして、その空気供給手段及び各空気通路１７は、反応器１１を冷却する冷却手段を構成している。
【００２４】
また、化学蓄熱装置１０は、図４に示すように、反応器１１の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２１と、コントローラ（制御手段）２２とを備えている。温度センサ２１は、例えば反応器１１の前端部におけるケース１５の内壁面に取り付けられている。
【００２５】
コントローラ２２は、貯蔵器１３から反応器１１にＮＨ３を供給し、成形体１６とＮＨ３とを化学反応させて熱を発生させるとき、あるいは排熱により成形体１６からＮＨ３を分離させて、ＮＨ３を貯蔵器１３に戻すときに、開閉弁１４を開くように制御する。
【００２６】
また、コントローラ２２は、温度センサ２１により検出された反応器１１の温度に基づいて、ダンパー１９を開閉させるようにダンパー駆動部２０を制御する。具体的には、コントローラ２２は、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度（４００℃程度）よりも僅かに低い閾値温度以下のときは、ダンパー１９を閉じるようにダンパー駆動部２０を制御し、反応器１１の温度が上記閾値温度よりも高いときは、ダンパー１９を開くようにダンパー駆動部２０を制御する。
【００２７】
ダンパー１９を開いた状態とすると、ダクト１８内に入った車両の走行風が各空気通路１７を流れて空気導出口１７ｂから反応器１１の外部に導出されることで、反応器１１が冷却されることとなる。このとき、車両の走行風を利用して反応器１１を冷却するので、反応器１１の冷却に大きな動力を必要としなくて済む。
【００２８】
以上のように構成した化学蓄熱装置１０を備えた排気浄化システム１において、エンジン２からの排ガスの温度が低いときは、貯蔵器１３に貯蔵されたＮＨ３が管路１２を介して反応器１１に供給され、成形体１６に含まれる化学蓄熱材（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、成形体１６から熱が発生する。つまり、下記の反応式における左辺から右辺への反応が起こる。そして、成形体１６から発生した熱によって酸化触媒４が汚染物質の浄化に適した活性温度まで加熱されるようになる。
ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３  ⇔  Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱
【００２９】
このとき、酸化触媒４の周囲に配置された反応器１１により酸化触媒４を直接加熱することにより、排ガスの加熱によって酸化触媒４を加熱する場合に比べて、酸化触媒４を効率良く加熱することができる。
【００３０】
一方、エンジン２からの排ガスの温度が高くなると、排熱が成形体１６に与えられることでＭｇＣｌ２とＮＨ３とが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応が起こる。そして、ＭｇＣｌ２から分離したＮＨ３は、管路１２を介して貯蔵器１３に戻るようになる。
【００３１】
エンジン２からの排ガスの温度が更に高くなり、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度に近くなると、ダンパー１９が閉じた状態から開いた状態に切り換わり、反応器１１に形成された各空気導出口１７を走行風が流れるため、反応器１１が冷却される。
【００３２】
以上のように本実施形態にあっては、酸化触媒４の周囲に、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる成形体１６を有する反応器１１を配置し、その反応器１１に複数の空気通路１７を設け、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度の手前の温度になると、ダンパー１９を開くことで、走行風を各空気導出口１７に流すようにしたので、反応器１１が冷却されるようになる。これにより、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度よりも高くなることが防止されるため、反応器１１内に存在するＮＨ３の分解を防止することができる。その結果、化学蓄熱装置１０におけるＮＨ３の総量が減少せずに確保されるため、成形体１６とＮＨ３との化学反応による熱発生効率の低下を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、成形体１６の融解温度はＮＨ３の分解温度よりも高いため、反応器１１が冷却されることで、成形体１６の融解を防止することもできる。従って、反応器１１の劣化を防止することが可能となる。
【００３４】
さらに、反応器１１が冷却されることで、酸化触媒４を通過する排ガスも冷却されることになる。従って、高温の排ガスがＳＣＲ６に流入されることが防止されるため、添加弁８より添加される尿素やＮＨ３の分解、ＳＣＲ６自体の劣化を防止することもできる。
【００３５】
図５は、本発明に係る化学蓄熱装置の他の実施形態の一部断面を含む構成図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の化学蓄熱装置１０は、ダクト１８内に配置され、反応器１１の各空気通路１７へ風を送るファン３０と、このファン３０を回転動作させるファン駆動部３１と、温度センサ２１で検出された反応器１１の温度に基づいて、ファン３０を回転または停止させるようにファン駆動部３１を制御するコントローラ（制御手段）３２とを備えている。
【００３７】
コントローラ３２は、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度よりも僅かに低い閾値温度以下のときは、ファン３０を停止させるようにファン駆動部３１を制御し、反応器１１の温度が上記閾値温度よりも高いときは、ファン３０を回転させるようにファン駆動部３１を制御する。ファン３０が回転すると、ファン３０による送風が各空気通路１７を流れることで、反応器１１が冷却される。なお、コントローラ３２は、上述した実施形態におけるコントローラ２２と同様に、開閉弁１４も制御する。
【００３８】
ここで、ダクト１８、ファン３０及びファン駆動部３１は、反応器１１の各空気通路１７に冷却用空気としての風を供給する空気供給手段を構成している。そして、その空気供給手段及び各空気通路１７は、反応器１１を冷却する冷却手段を構成している。
【００３９】
このように本実施形態においては、反応器１１の温度がＮＨ３の分解温度の手前の温度になると、ファン３０からの風が各空気通路１７を流れることで反応器１１が冷却されるため、上述した実施形態と同様に、反応器１１内に存在するＮＨ３の分解を防止することができる。また、ファン３０を使用することにより、登坂走行等のような低速高負荷時でも、反応器１１を十分冷却することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、冷却用空気を流すための複数の空気通路１７を反応器１１に設けたが、反応器１１の数としては１つだけでも良い。また、反応器１１の冷却効率を上げるために、空気通路１７内に冷却フィン（図示せず）を配置しても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、反応器１１の温度を直接検出する温度センサ２１を設けたが、そのような温度センサ２１を用いる代わりに、排ガスの温度を検出し、その排ガスの温度から反応器１１の温度を推定しても良い。
【００４２】
さらに、上記実施形態は、ディーゼルエンジン２の排気系に設けられた酸化触媒４及び選択還元触媒（ＳＣＲ）６等を備えた排気浄化システム１において、酸化触媒４を加熱するものであるが、本発明の化学蓄熱装置は、ディーゼルエンジン２の排気系に設けられた他の触媒を加熱するもの、或いはガソリンエンジンの排気系に設けられた何れかの触媒を加熱するものにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２…エンジン（内燃機関）、３…排気通路（排気系）、４…酸化触媒、１０…化学蓄熱装置、１１…反応器、１３…貯蔵器、１６…成形体、１７…空気通路（冷却手段）、１８…ダクト（空気供給手段、冷却手段）、１９…ダンパー（空気供給手段、冷却手段）、２０…ダンパー駆動部（空気供給手段、冷却手段）、２１…温度センサ（温度検出手段）、２２…コントローラ（制御手段）、３０…ファン（空気供給手段、冷却手段）、３１…ファン駆動部（空気供給手段、冷却手段）、３２…コントローラ（制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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