(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラにおいて良好な冷却効果と搭載性を得つつ、排ガス後処理装置で良好な反応性を確保し、且つ、優れた燃費性能を達成可能な車両の化学蓄熱装置を提供する。【解決手段】車両の化学蓄熱装置は、エンジンのＥＧＲクーラに導入されるＥＧＲガスと熱交換することにより廃熱を回収する。この装置は、ＥＧＲガスと熱交換可能な化学蓄熱材が内蔵された反応部と、反応部から放出された反応物を貯留する貯留部と、排ガスの温度が所定温度より低い場合に、反応物と前記排ガスとを熱交換する熱交換部と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジンから排出される排ガスの後処理を行う排ガス後処理装置と、
前記エンジンの前記排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンに再循環させるＥＧＲ回路と、
前記ＥＧＲ回路に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラに導入される前の前記ＥＧＲガスと熱交換することにより、反応物を生成する化学反応を行って蓄熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、
前記反応部と連結し、前記反応部から放出された前記反応物を貯留する貯留部と、
前記貯留部に連結し、前記排ガスの温度が所定温度より低い場合、前記貯留部の前記反応物と前記排ガスとを熱交換する熱交換部と、
を含むことを特徴とする車両の化学蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンの排ガスから回収した廃熱を蓄熱可能な車両の化学蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排ガスにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や部分負荷時の燃費向上を目的として、排ガスの一部を吸気側に再循環させる排気再循環装置（以下、適宜「ＥＧＲ装置」と称する）が知られている。ＥＧＲ装置では、吸気側に再循環されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備えることにより、窒素酸化物の低減効果を高められる。
【０００３】
特許文献１には、このようなＥＧＲクーラを備えるＥＧＲ装置を有するエンジンの一例が示されている。この文献では、エンジンの本体にも受けられたウォータージャケットを含む循環回路を流れる冷却水を用いてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９９３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＥＧＲクーラでは、冷却性能の向上と、小型化による車両搭載性の向上が求められている。
また近年の車両では、排ガス中の窒素酸化物を低減するための排ガス後処理装置が搭載されるが、このような排ガス後処理装置は排ガスが低温な場合に十分な性能を発揮することが難しい。排ガスの温度が低い場合には排気ガスを加熱することが考えられるが、加熱によるエネルギ消費の増大による燃費性能の低下が懸念される。
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、ＥＧＲクーラにおいて良好な冷却効果と搭載性を得つつ、排ガス後処理装置で良好な反応性を確保し、且つ、優れた燃費性能を達成可能な車両の化学蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態に係る車両の化学蓄熱装置は上記課題を解決するために、車両のエンジンから排出される排ガスの後処理を行う排ガス後処理装置と、前記エンジンの前記排ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジンに再循環させるＥＧＲ回路と、前記ＥＧＲ回路に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラに導入される前の前記ＥＧＲガスと熱交換することにより、反応物を生成する化学反応を行って蓄熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、前記反応部と連結し、前記反応部から放出された前記反応物を吸着する吸着剤が内蔵された吸着部と、前記吸着部に連結し、前記吸着部の前記反応物を収容することにより、前記ＥＧＲガスから回収した廃熱を蓄熱する蓄熱部と、を含み、前記蓄熱部は、前記排ガスの温度が所定温度より低い場合、前記排ガスと前記反応物とで熱交換する。
【０００８】
上記構成によれば、高温のＥＧＲガスを反応部に内蔵された化学蓄熱材と反応させることで、排ガスに含まれる廃熱を回収する。回収された廃熱は、当該化学反応で生成された反応物に蓄積される。廃熱を含む反応物は、排ガスの温度が所定温度より低い場合に排ガスと熱交換することで、排ガス温度を上昇させ、排ガス後処理装置の反応性を向上できる。このようにＥＧＲガスに含まれる廃熱を有効利用することで車両のエネルギ効率を向上させ、良好な燃費性能が得られる。
また、このような化学蓄熱装置は、顕熱や潜熱に頼った蓄熱に比べて大きな反応熱を利用するので、装置サイズに比べて大きな蓄熱効果が得られる。そのため小さなサイズで良好な蓄熱性能が得られるため、車両への搭載性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を含む車両の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１の化学蓄熱装置の内部構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を含む車両１の全体構成を示す模式図である。
車両１は走行用動力源としてエンジン２を備える。エンジン２はガソリンや軽油等の化石燃料を燃焼させることによって動力を出力可能な内燃機関であり、図１では、エンジン２として直列４気筒ディーゼルエンジンが例示されている。エンジン２の燃焼室には、吸気通路４から吸気が取り込まれ、不図示の燃料噴射装置から供給される圧縮燃料と混合して燃焼が行われる。燃焼室で発生した排ガスは、排気通路６を介して外部に排出される。
【００１２】
排気通路６には、排気通路６を通過する排ガスを浄化するための排ガス後処理装置３０が設置されている。排ガス後処理装置３０は、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）３２と、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための酸化触媒３４とを含んで構成されている。排ガス後処理装置３０は、その浄化性能を適切に発揮するために所定温度以上の排ガスを必要とする。例えばエンジン２の始動時には排ガスが所定温度未満である場合があるが、本実施形態ではこのような状況であっても、後述する化学蓄熱装置５０によって蓄熱された熱エネルギを利用することにより排ガスを所定温度以上に迅速に増加させる。
【００１３】
エンジン２には、出力向上を目的として過給器８が搭載されている。過給器８は、吸気通路４に設けられたコンプレッサ１０と、排気通路６に設けられたタービン１２とを備える。燃焼室から排出される排ガスによって排気通路６でタービン１２が駆動されると、吸気通路４にあるコンプレッサ１０がタービン１２と連動して駆動され、燃焼室への過給が行われる。また吸気通路４のうちコンプレッサ１０の下流側には、コンプレッサ１０によって過給された高温の吸気を冷却するためのインタークーラ１４が設けられている。
【００１４】
エンジン２は、冷却水を循環させることによりエンジン２の温度調節を行うためのエンジン冷却水回路２２を備える。エンジン冷却水回路２２には、冷却水を圧送するための冷却水ポンプ２４と、エンジン２から廃熱を受け取ることによって昇温した冷却水を外気と熱交換して冷却するラジエータ２６と、が設けられている。ラジエータ２６は車両前方側に配置され、走行時に前方から受ける走行風によって熱交換が促進されるように構成されている。ラジエータ２６に導入される外気量は、上述した走行風の他に、エンジン２の動力の一部を利用して駆動可能なラジエータファン２８によって可変に構成されている。
【００１５】
またエンジン２には、排ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジン２に再循環させるためのＥＧＲ回路１６が設けられている。ＥＧＲ回路１６には、高温のＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１８と、ＥＧＲ回路１６におけるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ２０と、が設置されている。
【００１６】
ところで一般的なＥＧＲクーラでは、ＥＧＲクーラに導入される高温ＥＧＲガスに含まれる熱量は、ＥＧＲクーラで冷却されることで無駄になってしまう。本実施形態では、以下に説明するように、ＥＧＲガスに含まれる熱量（廃熱）を蓄積可能な化学蓄熱装置５０を搭載することで有効利用することができ、車両１の燃費性能を向上できる。
【００１７】
化学蓄熱装置５０は、大きく３つのセクションから構成されており、それぞれ反応部５２、貯留部５４及び熱交換部５６を含む。
【００１８】
反応部５２には化学蓄熱材が内蔵されている。化学蓄熱材は脱水反応による蓄熱と、水和反応による放熱とが可逆的に繰り返しうる物質であり、本実施形態ではその一例として、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）が用いられる。水酸化マグネシウムは反応熱量ΔＨを用いて次式
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の反応を行う。つまり水酸化マグネシウムに反応熱量ΔＨが加えられると酸化マグネシウムと反応物（水）に分解する脱水反応（吸熱反応）が進行し、一方、酸化マグネシウムに反応物（水）が加えられると反応熱量ΔＨを放出するとともに水酸化マグネシムを生成する水和反応（放熱反応）が進行する。ここで図２は図１の化学蓄熱装置５０の内部構成を示す模式図であり、図２（ａ）は脱水反応時における化学蓄熱装置５０の状態を示し、図２（ｂ）は水和反応時における化学蓄熱装置５０の状態を示している。
【００１９】
図２（ａ）に示されるように、反応部５２には、ＥＧＲ回路１６のうちＥＧＲクーラ１８の上流側から分岐されたバイパス通路５５を介して高温のＥＧＲガスが導入され、予め内蔵された化学蓄熱材と熱交換することにより、反応熱量を供給する。化学蓄熱材との熱交換後のＥＧＲガスは、熱量を失うことで温度が低下し、再びＥＧＲ回路１６に戻され、ＥＧＲクーラ１８に供給される。そのため、ＥＧＲクーラ１８に供給されるＥＧＲガスの温度を低下できることから、ＥＧＲクーラ１８で良好な冷却性能が得られる。
【００２０】
反応部５２で生じた反応物は、反応部５２に連結された貯留部５４に貯留される。反応部５２と貯留部５４とを連結する第１連結通路５８には、開閉可能な第１バルブ６０が設置されており、反応部５２で脱水反応が生じた際に開制御されることで、反応部５２で生成された反応物が第１連結通路５８を介して貯留部５４に導入される。貯留部５４に導入される反応物は、高温の水と水蒸気が混合した気液混合状態となる。
【００２１】
熱交換部５６は、第２連結通路６２を介して貯留部５４に接続されており、貯留部５４に貯留された高温の反応物を導入することにより、排気通路６から取り込まれた排ガスと熱交換可能に構成されている。第２連結通路６２には開閉可能な第２バルブ６４が設置されており、排気通路６を流れる排ガスの温度を検知する温度センサ６６（図１を参照）の検出値が所定温度未満となった場合に開制御される。これにより、排ガスの温度が、排ガス後処理装置３０が適切な浄化性能を発揮するために必要な温度未満である場合には、熱交換部５６にバイパス回路５９を介して排ガスを導入して高温の反応物と熱交換することで、排ガスの温度を上昇させることができる。これにより、例えばエンジン２の始動時には排ガスが所定温度未満の場合があるが、本実施形態ではこのような場合であっても、化学蓄熱装置５０によって蓄熱された熱エネルギを利用することにより排ガスを所定温度以上に迅速に増加させ、良好な浄化性能が発揮できる。
【００２２】
また第１連結通路５８には電動ポンプが設置されており、貯留部５４に貯留された水を反応部５２に供給可能に構成されていてもよい。これにより、図２（ｂ）に示されるように、脱水反応により熱分解された酸化マグネシウムと水とを水和反応させることで反応熱量ΔＨを放出できる。ここで放出される反応熱量ΔＨは、例えば、エンジン冷却水回路２２から分岐されたバイパス通路２３（図１を参照）を流れる冷却水と熱交換されるとよい。これにより、例えばエンジン２の始動時に低温となっている冷却水を迅速に昇温することができ、エンジン２の暖気を促進することができる。
【００２３】
また貯留部５４に貯留された水を用いて反応部５２で水和反応を行うことで、化学蓄熱材である水酸化マグネシムを再度生成することができ、このような化学反応サイクルを繰り返し使用することで、有効な蓄熱回収が可能となる。化学反応で蓄熱・放熱される反応熱量は、一般的な顕熱や潜熱にくらべて大きいため、このような化学蓄熱サイクルを利用することで、効率のよい熱利用が可能となる。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、高温のＥＧＲガスを反応部５２に内蔵された化学蓄熱材と反応させることで、排ガスに含まれる廃熱を回収する。回収された廃熱は、当該化学反応で生成された反応物に蓄積される。廃熱を含む反応物は、排ガスの温度が所定温度より低い場合に排ガスと熱交換することで、排ガス温度を上昇させ、排ガス後処理装置３０の反応性を向上できる。このようにＥＧＲガスに含まれる廃熱を有効利用することで車両のエネルギ効率を向上させ、良好な燃費性能が得られる。
また、このような化学蓄熱装置５０は、顕熱や潜熱に頼った蓄熱に比べて大きな反応熱を利用するので、装置サイズに比べて大きな蓄熱効果が得られる。そのため小さなサイズで良好な蓄熱性能が得られるため、車両１への搭載性にも優れている。
このようにしてＥＧＲクーラ１８において良好な冷却効果と搭載性を得つつ、排ガス後処理装置３０で良好な反応性を確保し、且つ、優れた燃費性能を達成可能な車両１の化学蓄熱装置５０を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、車両のエンジンの排ガスから回収した廃熱を蓄熱可能な車両の化学蓄熱装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１  車両
２  エンジン
４  直列
４  吸気通路
６  排気通路
８  過給器
１０  コンプレッサ
１２  タービン
１４  インタークーラ
１６  回路
１８  クーラ
２０  バルブ
２２  エンジン冷却水回路
２４  冷却水ポンプ
２６  ラジエータ
２８  ラジエータファン
３０  排ガス後処理装置
３４  酸化触媒
５０  化学蓄熱装置
５２  反応部
５４  貯留部
５６  熱交換部
５８  第１連結通路
６０  第１バルブ
６１  電動ポンプ
６２  第２連結通路
６４  第２バルブ
６６  温度センサ
【図１】
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【図２】
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