(57)【要約】【課題】反応媒体を適切な時期に確実に回収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、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる反応材を含むリング状の反応器１１と、ＮＨ３を吸着して貯蔵することで蓄熱を行う蓄熱器１２と、反応器１１と蓄熱器１２とを接続し、蓄熱器１２から反応器１１にＮＨ３を供給するための媒体供給通路１３と、この媒体供給通路１３に対して並列となるように反応器１１と蓄熱器１２とを接続し、反応器１１から蓄熱器１２にＮＨ３を供給するための媒体供給通路１４とを有している。媒体供給通路１４には、吸引ポンプ１６が設けられている。吸引ポンプ１６は、反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１内の圧力を強制的に下げて、反応器１１から蓄熱器１２に強制的にＮＨ３を回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
前記加熱対象物の周囲または内部に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を含む反応器と、
前記反応媒体を貯蔵することで蓄熱を行う蓄熱器と、
前記反応器及び前記蓄熱器と接続され、前記蓄熱器から前記反応器に前記反応媒体を供給するための第１供給通路と、
前記第１供給通路に対して並列に接続され、前記反応器から前記蓄熱器に前記反応媒体を供給するための第２供給通路と、
前記第２供給通路に設けられ、前記反応器内の圧力を強制的に下げることで、前記反応器から前記蓄熱器に強制的に前記反応媒体を回収する強制回収手段とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記加熱対象物の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記加熱対象物の温度に基づいて、前記強制回収手段を作動させるように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】
前記加熱対象物の下流側に配置されたフィルタが排気ガス中に含まれるＰＭの再生を実施する時期の前であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記フィルタが前記ＰＭの再生を実施する時期の前であると判定されたときに、前記強制回収手段を作動させるように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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に設けられた触媒等の加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、エンジンの排気系に設けられる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、触媒体を収容するガス通路管内に配置され、被吸着媒体の吸着・脱離により発熱・吸熱する吸着剤を収納した第１容器と、ガス通路管の外部に配設されると共に第１容器に連通管を介して接続され、被吸着媒体を収納する第２容器とを備えている。触媒体を加熱するときは、第２容器内の被吸着媒体が連通管を通って第１容器に供給され、被吸着媒体が吸着剤に吸着されて吸着剤が発熱し、これに伴って触媒体が加熱される。その後、エンジンからの排ガス温度が高くなり、触媒体の温度が十分に高くなると、その熱が第１容器に伝達されるため、吸着剤が加熱され、吸着剤から被吸着媒体が脱離し、その被吸着媒体が連通管を通って第２容器に戻って回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１１１１７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、ガス通路管内の排ガス温度が十分に高くならないと、第１容器内の吸着剤が加熱されないため、場合によっては被吸着媒体（反応媒体）が第２容器に回収されない可能性がある。被吸着媒体が第２容器に回収されないと、次のエンジン始動時に、第２容器から第１容器に被吸着媒体が供給されないため、吸着剤の発熱が行われず、結果的に触媒体を加熱することができなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、反応媒体を適切な時期に確実に回収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、エンジンの排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、加熱対象物の周囲または内部に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を含む反応器と、反応媒体を貯蔵することで蓄熱を行う蓄熱器と、反応器及び蓄熱器と接続され、蓄熱器から反応器に反応媒体を供給するための第１供給通路と、第１供給通路に対して並列に接続され、反応器から蓄熱器に反応媒体を供給するための第２供給通路と、第２供給通路に設けられ、反応器内の圧力を強制的に下げることで、反応器から蓄熱器に強制的に反応媒体を回収する強制回収手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の化学蓄熱装置においては、加熱対象物を加熱するときは、蓄熱器に貯蔵された反応媒体が第１供給通路を通って反応器に供給され、反応器に含まれる反応材と反応媒体とが化学反応して熱が発生し、その熱により加熱対象物が加熱される。反応媒体を蓄熱器に回収するときは、強制回収手段により反応器内の圧力を強制的に下げることにより、反応材から反応媒体が脱離する温度が下がり、反応器から蓄熱器に反応媒体が回収されやすくなる。このように強制回収手段を用いることにより、反応媒体を適切な時期に蓄熱器に確実に回収することができる。また、反応器内の圧力を強制的に下げることで、雰囲気温度よりも低い温度でも反応媒体が回収可能となるため、反応媒体を効率的に蓄熱器に回収することができる。
【０００８】
好ましくは、加熱対象物の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された加熱対象物の温度に基づいて、強制回収手段を作動させるように制御する制御手段とを更に備える。
【０００９】
この場合には、例えば加熱対象物を流れる排気ガスの温度が十分高くなっていなくても、温度検出手段により検出された温度が所定温度に達した時点で強制回収手段を作動させることで、反応媒体を蓄熱器に確実に回収することができる。
【００１０】
また、加熱対象物の下流側に配置されたフィルタが排気ガス中に含まれるＰＭの再生を実施する時期の前であるかどうかを判定する判定手段と、判定手段によりフィルタがＰＭの再生を実施する時期の前であると判定されたときに、強制回収手段を作動させるように制御する制御手段とを更に備えていても良い。
【００１１】
このようにフィルタがＰＭの再生を実施する時期の前であるときに、強制回収手段を作動させることにより、ＰＭ再生時の排気温の上昇により反応器内の反応媒体が熱分解することが防止される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反応媒体を適切な時期に確実に回収することができる。これにより、次のエンジン始動時にも、反応媒体を使用して加熱対象物を加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】反応器の平衡圧特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る化学蓄熱装置の他の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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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から排出される排気ガス中に含まれる有害物質（環境汚染物質）を浄化する装置である。
【００１６】
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。
【００１７】
酸化触媒４は、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、添加弁８により供給された尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）を用いて、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。なお、添加弁８は、尿素水タンク９と接続されている。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。
【００１８】
このような酸化触媒４等の排気触媒には、環境汚染物質の浄化能力を発揮させる温度領域（活性温度）が存在する。従って、酸化触媒４の温度を活性温度にするためには、酸化触媒４を加熱する必要がある。
【００１９】
そこで、排気浄化システム１は、エネルギーレスで酸化触媒４を加熱する化学蓄熱装置１０を備えている。化学蓄熱装置１０は、通常は排ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに蓄えた熱を使用するというものである。
【００２０】
化学蓄熱装置１０は、酸化触媒４の周囲に配置されたリング状の反応器１１と、この反応器１１と接続され、反応媒体としてのＮＨ３を吸着して貯蔵することで蓄熱を行う蓄熱器１２とを有している。
【００２１】
反応器１１は、ＮＨ３と化学反応して熱を発生させる反応材を含んでいる。反応材としては、例えばＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＮｉＣｌ２、ＺｎＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２等が用いられる。
【００２２】
蓄熱器１２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が蓄熱器１２に高圧状態で貯蔵されるようになる。なお、ＮＨ３を吸着する吸着材としては、活性炭の代わりにゼオライトを用いても良い。
【００２３】
また、化学蓄熱装置１０は、反応器１１と蓄熱器１２とを接続し、蓄熱器１２から反応器１１にＮＨ３を供給するための媒体供給通路１３と、この媒体供給通路１３に対して並列となるように反応器１１と蓄熱器１２とを接続し、反応器１１から蓄熱器１２にＮＨ３を供給するための媒体供給通路１４とを有している。媒体供給通路１３には、電磁式の開閉弁１５が設けられている。
【００２４】
媒体供給通路１４には、反応器１１内を強制吸引する吸引ポンプ１６が設けられている。吸引ポンプ１６は、反応器１１内の圧力を強制的に下げて、反応器１１と蓄熱器１２との間に圧力差をつけることで、反応器１１から蓄熱器１２に強制的にＮＨ３を回収する強制回収手段である。
【００２５】
さらに、化学蓄熱装置１０は、温度センサ１７と、コントローラ１８とを有している。温度センサ１７は、酸化触媒４の温度を検出する温度検出手段であり、酸化触媒４自体の温度を直接検出しても良いし、酸化触媒４を流れる排気ガスの温度を酸化触媒４の温度として検出しても良い。
【００２６】
コントローラ１８は、温度センサ１７の検出値に基づいて開閉弁１５及び吸引ポンプ１６を制御する制御手段である。具体的には、コントローラ１８は、酸化触媒４を加熱するときに、開閉弁１５を開き、酸化触媒４を加熱しないときに、開閉弁１５を閉じるように制御すると共に、吸引ポンプ１６を作動させるときは、開閉弁１５を閉じるように制御する。
【００２７】
また、コントローラ１８は、温度センサ１７の検出値が規定温度に達したときに、吸引ポンプ１６を作動させるように制御する。ここで、規定温度は、酸化触媒４の活性温度よりも高く且つ排熱が反応器１１内の反応材に与えられることで反応材からＮＨ３が脱離する温度よりも低い温度に設定されている。
【００２８】
以上のように構成された排気浄化システム１において、エンジン２からの排気ガスの温度が低い状態では、開閉弁１５が開弁されることで、蓄熱器１２に貯蔵されたＮＨ３が媒体供給通路１３を介して反応器１１に供給され、反応器１１内の反応材（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、反応材から熱が発生する。つまり、下記反応式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１１で発生した熱によって酸化触媒４が活性温度まで加熱される。酸化触媒４が活性温度まで加熱されると、開閉弁１５が閉弁されることで、蓄熱器１２に貯蔵されたＮＨ３が反応器１１に過度に供給されないようにする。
ＭｇＣｌ２＋ｘＮＨ３  ⇔  Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＣｌ２＋熱
【００２９】
一方、エンジン２からの排気ガスの温度が高い状態になると、排気ガスの熱が酸化触媒４を介して反応器１１に与えられることで、反応材（例えばＭｇＣｌ２）とＮＨ３とが分離する。つまり、上記反応式における右辺から左辺への反応（再生反応）が起こる。そして、ＭｇＣｌ２から分離したＮＨ３は、圧力差により反応器１１から蓄熱器１２へ移動することで蓄熱器１２に回収される。このように反応器１１と蓄熱器１２との圧力差を利用した化学蓄熱装置１０では、反応器１１の温度をＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離する温度まで上昇させる必要がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、吸引ポンプ１６によって反応器１１内を吸引することで、反応器１１内の圧力を下げ、反応器１１の温度がより低温の状態でＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離されるようにする。詳細には、酸化触媒４の温度が予め設定された規定温度（前述）まで上がると、吸引ポンプ１６により反応器１１内が強制吸引される。これにより、反応器１１内の圧力が下がるため、通常の圧力において反応器１１内の温度がＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離される温度まで上昇する前であっても、ＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離するようになる。そして、その分離されたＮＨ３は、吸引ポンプ１６の作用によって強制的に媒体供給通路１４を介して蓄熱器１２に戻って回収される。これにより、蓄熱器１２において蓄熱が行われる。
【００３１】
ここで、反応器１１の平衡圧特性を図２に示す。図２において、平衡圧特性は、ＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離するときの温度と圧力との関係を表す特性であり、圧力が高くなると、ＮＨ３を分離させるのに必要となる温度が高くなり、圧力が低くなると、ＮＨ３を分離させるのに必要となる温度が低くなる。吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１内の圧力を下げると、より低い温度でＭｇＣｌ２からＮＨ３を分離させることができる。また、吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引し、反応器１１内の圧力を下げることで、ＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離する温度を周囲温度（雰囲気温度）ｔ０よりも低い温度ｔとした場合は、外部から熱を加えなくても、温度ｔと周囲温度ｔ０との間の温度範囲Δｔだけ余分に蓄熱器１２へのＮＨ３の回収が行われることとなる。
【００３２】
以上のように本実施形態にあっては、媒体供給通路１４に吸引ポンプ１６を設け、酸化触媒４の温度が規定温度に達すると、吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１から蓄熱器１２に強制的にＮＨ３を回収するようにしたので、反応器１１の温度が排熱によりＭｇＣｌ２からＮＨ３を分離させる温度に達していなくても、ＮＨ３を蓄熱器１２に確実に回収することができる。これにより、次回のエンジン２の始動時にも、蓄熱器１２から反応器１１へのＮＨ３の供給が可能となるため、反応器１１により酸化触媒４を確実に加熱することができる。
【００３３】
また、吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１から蓄熱器１２へのＮＨ３の回収速度が上がるため、例えばＰＭ再生時のように酸化触媒４が十分に高温になる状態でＮＨ３の回収が行われる場合に、ＮＨ３の熱分解を防止することができる。
【００３４】
さらに、吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１内の圧力を強制的に下げるようにしたので、例えばＭｇＣｌ２からＮＨ３が分離する温度を雰囲気温度よりも低くなるように減圧した場合、反応器１１を加熱すること無くＮＨ３を蓄熱器１２に回収することができる。従って、例えばヒータにより反応器１１を加熱してＮＨ３を回収する場合に比べて、ＮＨ３の回収効率を向上させることが可能となる。
【００３５】
図３は、本発明に係る化学蓄熱装置の他の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。図中、上述した実施形態と同一の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
同図において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、差圧センサ２１と、コントローラ２２とを有している。差圧センサ２１は、ＤＰＦ５の上流側圧力とＤＰＦ５の下流側圧力との差圧を検出するものである。
【００３７】
コントローラ２２は、差圧センサ２１の検出値に基づいて吸引ポンプ１６を制御する。具体的には、コントローラ２２は、差圧センサ２１の検出値が予め設定された規定差圧よりも高いときに、ＤＰＦ５にＰＭが溜まっているためにＰＭを除去（再生）すべき時期の直前であると判断し、吸引ポンプ１６を作動させるように制御する。
【００３８】
ここで、差圧センサ２１及びコントローラ２２は、ＤＰＦ５が排気ガス中に含まれるＰＭの再生を実施する時期の前であるかどうかを判定する判定手段を構成する。コントローラ２２は、判定手段によりＤＰＦ５がＰＭの再生を実施する時期の前であると判定されたときに、吸引ポンプ１６を作動させるように制御する制御手段を構成する。
【００３９】
なお、ＰＭの再生は、以下のように実施される。即ち、酸化触媒４の上流に配置される燃料添加手段（図示せず）より排気通路３内に燃料を添加し、その燃料が酸化触媒４にて酸化されることで、排気ガスの温度をＰＭが燃焼する温度まで上昇させる。そして、酸化触媒４において高温となった排気ガスがＤＰＦ５に流入し、ＤＰＦ５に堆積したＰＭが燃焼されることで除去される。
【００４０】
このように本実施形態においては、ＰＭを再生すべき時期の直前になると、吸引ポンプ１６により反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１から蓄熱器１２に強制的にＮＨ３が回収される。従って、酸化触媒４が十分に高温になる状態では、ＮＨ３が回収されているため、反応器１１内におけるＮＨ３の熱分解を防止することができる。
【００４１】
なお、ＰＭを再生する時期の前であるかどうかを判定する判定手段としては、特に差圧センサ２１の検出値から判定するものには限られず、車両の運転時間（エンジン２の作動時間）から判定しても良い。
【００４２】
以上、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば上記実施形態では、蓄熱器１２から反応器１１にＮＨ３を供給するための媒体供給通路１３が反応器１１及び蓄熱器１２に直接接続されているが、特にその構成には限られず、吸引ポンプ１６をバイパスするように媒体供給通路１３を媒体供給通路１４に並列接続しても良い。
【００４４】
また、上記実施形態では、反応器１１内を強制吸引することで、反応器１１から蓄熱器１２に強制的にＮＨ３を回収する強制回収手段として、吸引ポンプ１６を使用したが、それ以外に圧縮機を使用しても良い。
【００４５】
さらに、上記実施形態では、反応器１１が酸化触媒４の周囲に配置されているが、特にその構成には限られず、酸化触媒４の内部に反応器を配置しても良い。
【００４６】
また、上記実施形態では、温度センサ１７の検出値が規定温度に達したとき、またはＰＭの再生を実施する時期の前に、吸引ポンプ１６を作動させるように制御したが、吸引ポンプ１６の作動時期としては、特にそれには限られない。例えば、蓄熱器１２に温度センサ及び圧力センサを設け、エンジン２の停止時に、温度センサ及び圧力センサの検出値からＮＨ３が回収できていないと判断されたときに、吸引ポンプ１６を作動させるように制御したり、あるいは酸化触媒４を加熱した後、所定の時間が経過したら、吸引ポンプ１６を作動させるように制御しても良い。
【００４７】
また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ３とＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２等の反応材とを化学反応させて熱を発生させるようにしたが、反応媒体としては、特にＮＨ３には限られず、例えばＨ２ＯまたはＣＯ２としても良い。反応媒体としてＨ２Ｏを使用する場合は、Ｈ２Ｏと化学反応させる反応材としてＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等を使用し、反応媒体としてＣＯ２を使用する場合は、ＣＯ２と化学反応させる反応材としてＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等を使用する。
【００４８】
さらに、上記実施形態の化学蓄熱装置１０は、酸化触媒４を加熱するものであるが、本発明は、選択還元触媒６及び酸化触媒７といった他の排気触媒、添加弁８により供給された尿素水を分散・拡散させる分散器、或いは排気通路３自体を加熱するものにも適用可能である。また、本発明は、ディーゼルエンジン２には限られず、ガソリンエンジンの排気系に設けられた排気触媒等を加熱するものにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
２…ディーゼルエンジン、３…排気通路（排気系）、４…酸化触媒（加熱対象物）、１１…反応器、１２…蓄熱器、１３…媒体供給通路（第１供給通路）、１４…媒体供給通路（第２供給通路）、１６…吸引ポンプ（強制回収手段）、１７…温度センサ（温度検出手段）、１８…コントローラ（制御手段）、２１…差圧センサ（判定手段）、２２…コントローラ（判定手段、制御手段）。
【図１】
2014234950.tif 000003
【図２】
2014234950.tif 000004
【図３】
2014234950.tif 000005