(57)【要約】【課題】コンパクト化を図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、エンジンオイルに対して熱交換可能に配置され、ＣＯ２が供給されるとＣＯ２との化学反応により発熱すると共に熱が与えられるとＣＯ２が脱離する反応材１６を有する反応器１１と、エンジン３から排出された排気ガスが流れる排気管４と反応器１１とを接続し、排気管４と反応材１６との間で排気ガス中に含まれるＣＯ２が流通する流通管２２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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、二酸化炭素が供給されると前記二酸化炭素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二酸化炭素が脱離する反応材を有する反応器と、
前記内燃機関から排出された排気ガスが流れる排気管と前記反応器とを接続し、前記排気管と前記反応材との間で前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素が流通する流通管とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記排気管と前記反応器とを接続し、前記排気管から前記反応材に前記排気ガスの熱を供給するバイパス管を更に備え、
前記反応材は、前記排気ガスの熱が与えられると前記二酸化炭素が脱離す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】
前記流通管は、前記排気管から前記反応材に前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を供給し、
前記反応器には、前記反応材から脱離した二酸化炭素を外部に放出する放出口が設けられてい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、化学蓄熱装置に関する。
【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、排気管の外周面におけるＤＯＣの配設箇所に配設され、アンモニアと化学反応する第１反応材を有する第１反応器と、アンモニアと物理吸着する吸着材が内蔵された第１吸着器と、第１吸着器と第１反応器とを接続し、第１吸着器と第１反応器との間でアンモニアを移動させる第１接続管と、第１反応器の外周面に沿って配設され、二酸化炭素と化学反応する第２反応材を有する第２反応器と、二酸化炭素と物理吸着する吸着材が内蔵された第２吸着器と、第２吸着器と第２反応器とを接続し、第２吸着器と第２反応器との間で二酸化炭素を移動させる第２接続管とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９５２９４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、アンモニアまたは二酸化炭素等の反応媒体と化学反応する反応材を有する反応器に加え、反応媒体を貯蔵する貯蔵器である吸着器が必要となるため、化学蓄熱装置の体格が大きくなる。
【０００５】
本発明の目的は、コンパクト化を図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、二酸化炭素が供給されると二酸化炭素との化学反応により発熱すると共に熱が与えられると二酸化炭素が脱離する反応材を有する反応器と、内燃機関から排出された排気ガスが流れる排気管と反応器とを接続し、排気管と反応材との間で排気ガス中に含まれる二酸化炭素が流通する流通管とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このような化学蓄熱装置においては、排気管と反応器とが流通管により接続されており、排気管を流れる排気ガス中に含まれる二酸化炭素が流通管を通って反応器の反応材に供給される。すると、二酸化炭素と反応材との化学反応により反応材が発熱し、その熱により加熱対象が加熱される。このように排気管を流れる排気ガス中に含まれる二酸化炭素を有効利用するので、二酸化炭素を貯蔵する貯蔵器を具備しなくて済む。これにより、化学蓄熱装置のコンパクト化を図ることができる。
【０００８】
化学蓄熱装置は、排気管と反応器とを接続し、排気管から反応材に排気ガスの熱を供給するバイパス管を更に備え、反応材は、排気ガスの熱が与えられると二酸化炭素が脱離してもよい。この場合には、排気管を流れる排気ガスの熱がバイパス管を通って反応器の反応材に供給されると、反応材から二酸化炭素が脱離する、いわゆる反応材の再生が行われる。このように高温の排気ガスの熱を反応材の再生に使用することにより、反応材の再生を迅速に効率良く行うことができる。
【０００９】
流通管は、排気管から反応材に排気ガス中に含まれる二酸化炭素を供給し、反応器には、反応材から脱離した二酸化炭素を外部に放出する放出口が設けられていてもよい。この場合には、反応材から脱離した二酸化炭素を、いちいち流通管を通して排気管に戻さなくて済む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、化学蓄熱装置のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の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排気浄化システムと共に示す概略構成図である。
【図２】図１に示された反応器の構造を示す図である。
【図３】本発明の他の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４】図３に示された反応器の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明の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、内燃機関であるエンジン３を搭載した車両Ｓに具備されている。エンジン３は、ディーゼルエンジンである。
【００１４】
排気浄化システム１は、エンジン３から排出された排気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、エンジン３と接続され、エンジン３から排出された排気ガスが流れる排気管４と、この排気管４に配設されたＤＯＣ５とを備えている。ＤＯＣ５は、排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化するディーゼル酸化触媒（DieselOxidation Catalyst）である。
【００１５】
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、エンジンオイルが循環するオイル循環路７と、このオイル循環路７に配設されたオイルパン８及びオイルポンプ９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。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。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。
【００１６】
また、エンジンオイル循環システム２は、加熱対象であるエンジンオイルを加熱（暖機）する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、通常は熱を蓄えておき、必要なときに蓄えた熱を使用してエンジンオイルを加熱する。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する。
【００１７】
化学蓄熱装置１０は、反応器１１と、排気管４と反応器１１とを接続するバイパス管１２，１３とを備えている。反応器１１は、オイル循環路７に接続されている。反応器１１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。オイル循環路７は、オイルパン８と反応器１１とを接続するオイル管１４と、反応器１１とエンジン３とを接続するオイル管１５とを有している。
【００１８】
反応器１１は、図２に示されるように、反応材１６が充填された複数の反応材充填部１７と、エンジンオイルが通る複数のオイル通路部１８と、排気ガスが通る複数の排気ガス通路部１９とを有している。反応器１１は、反応材充填部１７、オイル通路部１８及び排気ガス通路部１９が積層された積層構造を有している。このとき、オイル通路部１８及び排気ガス通路部１９は、反応材充填部１７を介して交互に積層されている。
【００１９】
反応材１６は、反応媒体である二酸化炭素（ＣＯ２）が供給されると、ＣＯ２との化学反応により発熱すると共に、排気ガスの熱が与えられると、排気ガスの熱によりＣＯ２が脱離する材料である。反応材１６としては、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＳｒＯ、ゼオライト、シリカまたはアルミナ等が用いられる。反応材充填部１７は、容器２０内に反応材１６が成形体として収容されている。
【００２０】
各オイル通路部１８は、オイル管１４，１５とそれぞれ接続されている。オイル通路部１８は、角筒状を有している。オイル通路部１８には、エンジンオイルと反応材１６との熱交換を促進させるための複数のフィンが設けられていてもよい。
【００２１】
各排気ガス通路部１９は、バイパス管１２，１３とそれぞれ接続されている。バイパス管１２は、排気管４から反応器１１の各排気ガス通路部１９に排気ガスを供給することにより、排気管４から反応器１１の反応材１６に排気ガスの熱を供給する配管である。バイパス管１３は、反応器１１の各排気ガス通路部１９から排気管４に排気ガスを戻す配管である。バイパス管１３には、排気ガスの流路を開閉する開閉弁２１が配設されている。排気ガス通路部１９は、角筒状を有している。排気ガス通路部１９には、排気ガスと反応材１６との熱交換を促進させるための複数のフィンが設けられていてもよい。
【００２２】
また、化学蓄熱装置１０は、排気管４と反応器１１の各反応材充填部１７とを接続する流通管２２を備えている。流通管２２は、排気管４と反応器１１の反応材１６との間で排気ガス中に含まれるＣＯ２が流通する配管である。具体的には、流通管２２は、排気ガス中に含まれるＣＯ２を排気管４から反応材充填部１７に供給すると共に、反応材１６から脱離したＣＯ２を反応材充填部１７から排気管４に戻す配管である。流通管２２には、ＣＯ２の流路を開閉する開閉弁２３が配設されている。
【００２３】
以上のような化学蓄熱装置１０において、エンジン３の始動直後は、開閉弁２１が開弁されている。このため、排気ガスが反応器１１の排気ガス通路部１９を流れる。
【００２４】
そのような状態で、開閉弁２３が開弁されると、排気管４を流れる排気ガスが流通管２２を通って反応器１１の反応材充填部１７に供給される。すると、反応材１６と排気ガス中に含まれるＣＯ２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。
反応材＋ＣＯ２  ⇔  反応材（ＣＯ２）＋熱      …（Ａ）
【００２５】
そして、反応材１６から発生した熱が反応器１１のオイル通路部１８を流れるエンジンオイルに伝わり、エンジンオイルが加熱される。暖められたエンジンオイルは、オイル管１５を通ってエンジン３内に送られる。
【００２６】
排気ガスの温度が上昇すると、排気ガス通路部１９を流れる排気ガスの熱が反応材充填部１７の反応材１６に与えられることで、反応材１６からＣＯ２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。そして、脱離したＣＯ２が流通管２２を通って排気管４に戻る。
【００２７】
以上のように本実施形態にあっては、排気管４と反応器１１とが流通管２２により接続されており、排気管４を流れる排気ガス中に含まれるＣＯ２が流通管２２を通って反応器１１の反応材１６に供給される。すると、ＣＯ２と反応材１６との化学反応により反応材１６が発熱し、その熱によりエンジンオイルが加熱される。このように排気管４を流れる排気ガス中に含まれるＣＯ２を有効利用することにより、ＣＯ２を貯蔵する貯蔵器を具備しなくて済む。これにより、化学蓄熱装置１０のコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、排気管４を流れる排気ガスの熱がバイパス管１２を通って反応器１１の反応材１６に供給されると、反応材１６からＣＯ２が脱離する、いわゆる反応材１６の再生が行われる。このように高温の排気ガスの熱を反応材１６の再生に使用することにより、反応材１６の再生を迅速に効率良く行うことができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、エンジン３の始動直後は、開閉弁２１が開弁されているが、特にそれには限られず、エンジン３の始動直後は、開閉弁２１が開弁されておらず、再生反応時に開閉弁２１を開弁してもよい。
【００３０】
図３は、本発明の他の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３において、本実施形態の化学蓄熱装置１０は、上記の実施形態と同様に、反応器１１及び流通管２２を備えている。流通管２２は、排気ガス中に含まれるＣＯ２を排気管４から反応器１１の反応材充填部１７（図４参照）に供給する配管である。
【００３１】
反応器１１は、図４に示されるように、上記の実施形態と同様に、複数の反応材充填部１７、複数のオイル通路部１８及び複数の排気ガス通路部１９を有している。各反応材充填部１７には、反応材１６から脱離したＣＯ２を外部に放出する放出口２５がそれぞれ設けられている。
【００３２】
このような化学蓄熱装置１０においては、開閉弁２３が開弁され、排気管４を流れる排気ガスが流通管２２を通って反応器１１の反応材充填部１７に供給されると、反応材１６と排気ガス中に含まれるＣＯ２とが化学反応して熱が発生し、その熱によってエンジンオイルが加熱される。そして、開閉弁２３が閉弁される。
【００３３】
その後、反応器１１の排気ガス通路部１９を流れる排気ガスの熱が反応材充填部１７の反応材１６に与えられることで、反応材１６からＣＯ２が脱離すると、そのＣＯ２が放出口２５から外部に放出される。このとき、開閉弁２３は閉弁されているため、反応材１６から脱離したＣＯ２が流通管２２を通って排気管４に戻ることはない。
【００３４】
このように本実施形態では、反応材１６から脱離したＣＯ２が反応器１１の放出口２５から外部に放出される。従って、反応材１６から脱離したＣＯ２を、いちいち流通管２２を通して排気管４に戻さなくて済む。
【００３５】
なお、本実施形態では、開閉弁２３の代わりに、反応器１１から排気管４へのＣＯ２の流れを防止する逆止弁を流通管２２に配設してもよい。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、排気管４を流れる排気ガスが流通管２２を通って反応器１１に供給されて、排気ガス中に含まれるＣＯ２と反応材１６とが化学反応しているが、特にその形態には限られない。例えば、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）または圧力温度スイング吸着法（ＰＴＳＡ法）等を用いて排気ガスからＣＯ２を分離し、その分離されたＣＯ２を反応器１１に供給して、ＣＯ２と反応材１６とを化学反応させてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、排気ガスの熱を利用して、反応材１６からＣＯ２を脱離させる再生反応を行っているが、特にその形態には限られず、エンジンオイルの熱を利用して再生反応を行ってもよい。この場合には、反応器としては、反応材充填部１７とオイル通路部１８とを交互に積層すればよい。また、反応材１６とエンジンオイルとの熱交換を行うことが可能であれば、特に反応材充填部１７とオイル通路部１８とを積層構造としなくてもよく、例えばオイル通路部の周囲に反応材充填部を配置してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、オイル循環路７におけるエンジン３とオイルポンプ９との間に反応器１１が接続されているが、特にその形態には限られず、例えばオイル循環路７におけるエンジン３とオイルパン８との間に反応器１１を接続してもよいし、或いはオイル循環路７におけるオイルパン８とオイルポンプ９との間に反応器１１を接続してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、排気管４におけるＤＯＣ５の下流側に反応器１１が接続されているが、特にその形態には限られず、排気管４におけるＤＯＣ５の上流側に反応器１１を接続してもよい。
【００４０】
さらに、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、例えばデファレンシャルギアを潤滑するデフオイル、エンジン３を冷却する冷却水または冷却空気、或いは排気ガス等であってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態の化学蓄熱装置１０は、エンジン３としてディーゼルエンジンを備えた排気浄化システム１に適用されているが、エンジンの燃料種としては何でもよく、ガソンリンエンジン等であってもよい。この場合、反応器１１は、３元触媒の下流側または上流側に接続される。
【００４２】
また、上記実施形態の化学蓄熱装置１０は、エンジン３を搭載した車両Ｓに具備されているが、本発明は、車両以外にも、船舶等のようにエンジンを搭載した移動機械であれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
３…エンジン（内燃機関）、４…排気管、１０…化学蓄熱装置、１１…反応器、１２，１３…バイパス管、１６…反応材、２２…流通管、２５…放出口、Ｓ…車両（移動機械）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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