(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、
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し且つ加熱されると吸熱して反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、
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を連通し、前記反応器と前記貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管と、
前記接続管に配設され、前記反応器と前記貯蔵器との間の反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、
前記第一バルブが閉状態において前記反応器の内部圧力が予め設定された第一設定圧以上となると、前記反応器内の反応媒体を前記反応器から前記貯蔵器への一方向に流通させる反応器圧力制御手段と、
前記第一バルブが閉状態において前記貯蔵器の内部圧力が予め設定された第二設定圧以上となると、前記貯蔵器内の反応媒体を、前記反応器と前記貯蔵器と前記接続管とを含む反応系の外部へ排出する貯蔵器圧力制御手段と、を備え、
前記第二設定圧は、前記第一設定圧より大きい、化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記反応器圧力制御手段は、前記接続管に配設された前記第一バルブをバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に配設された第二バルブと、を有し、
前記第一バルブと前記第二バルブとは一つのユニットとして構成されており、
前記第二バルブは、前記貯蔵器側から前記反応器側への反応媒体の流通を常時遮断すると共に、前記反応器内の圧力が前記第一設定圧未満のときに閉じて前記反応器側から前記貯蔵器側への反応媒体の流通を遮断し、前記反応器内の圧力が前記第一設定圧以上となると開いて前記反応器側から前記貯蔵器側へ反応媒体を流通させる、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記反応器は、エンジンの排気系に配設されており、
前記加熱対象は前記エンジンから排出される排気ガスであり、
前記貯蔵器圧力制御手段は、前記貯蔵器と前記排気系とを接続する排出管と、前記排出管に配設された第三バルブと、を有し、
前記第三バルブは、前記貯蔵器内の圧力が前記第二設定圧未満のときに閉じて前記貯蔵器側から前記排気系への反応媒体の流通を遮断し、前記貯蔵器内の圧力が前記第二設定圧以上となると前記貯蔵器側から前記排気系へ反応媒体を流通させる、請求項１又は２に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、車両の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムに適用される化学蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。排気ガス浄化システムに適用される化学蓄熱装置では、内燃機関から排出された排気ガスの温度が暖機開始温度以下になると、供給管に設けられた開閉弁が開かれ、貯蔵器に貯蔵された反応媒体が供給管を通って反応器に供給される。これにより、供給された反応媒体と反応器の反応材とが化学反応して熱が発生し、発生した熱によって熱交換器等の加熱対象が加熱される。また、内燃機関から排出された排気ガスの温度が反応媒体再生温度より高くなると、排気ガスの熱が反応器内の反応材に与えられ、反応器内において反応媒体が反応材から脱離する。そして、脱離された反応媒体が供給管を通って貯蔵器に回収される。その後、開閉弁が閉じられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７２５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の化学蓄熱装置では、反応器内が過圧状態になることがある。例えば、反応媒体の回収時には反応器が高温状態となるが、このときにエンジンの停止等により開閉弁が閉じられると、反応器から貯蔵器へと反応媒体が移動できないため、反応器内に反応媒体が充満し、反応器内が異常な過圧状態となる。反応器内が異常な過圧状態となると、反応器が破裂してしまう可能性がある。
【０００５】
また、上記従来の化学蓄熱装置では、貯蔵器内が過圧状態になることがある。例えば、貯蔵器の温度は外気温によって変動するが、開閉弁が閉じているときに外気温が上昇して貯蔵器が高温状態になると、貯蔵器から反応器へと反応媒体が移動できないため、貯蔵器内に反応媒体が充満し、貯蔵器内が異常な過圧状態となる。貯蔵器内が異常な過圧状態となると、貯蔵器が破裂してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、反応器及び貯蔵器の内部における異常な過圧状態を適切に防止することができる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】
本発明に係る化学蓄熱装置は、加熱対象を加熱する化学蓄熱装置であって、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し且つ加熱されると吸熱して反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを連通し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管と、接続管に配設され、反応器と貯蔵器との間の反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、第一バルブが閉状態において反応器の内部圧力が予め設定された第一設定圧以上となると、反応器内の反応媒体を反応器から貯蔵器への一方向に流通させる反応器圧力制御手段と、第一バルブが閉状態において貯蔵器の内部圧力が予め設定された第二設定圧以上となると、貯蔵器内の反応媒体を、反応器と貯蔵器と接続管とを含む反応系の外部へ排出する貯蔵器圧力制御手段と、を備え、第二設定圧は、第一設定圧より大きい。
【０００８】
本発明に係る化学蓄熱装置では、反応器と貯蔵器との間の反応媒体の流路を開閉する第一バルブが閉じている場合でも、反応器の内部圧力が第一設定圧以上となると、反応器圧力制御手段により反応器から貯蔵器への一方向で反応媒体が移動する。これにより、反応器の内部における異常な過圧状態を防ぐことができる。そして、貯蔵器の内部圧力が第二設定圧以上となると、貯蔵器圧力制御手段により貯蔵器から反応媒体が排出されるので、貯蔵器の内部における異常な過圧状態を防ぐことができる。ここで、反応器は化学反応による温度変化を伴うことから、貯蔵器に比べて過圧状態になりやすい。本発明に係る化学蓄熱装置では、反応器の内部圧力が上昇して第一設定圧以上となった場合には、反応器内の反応媒体を、反応器と貯蔵器と接続管とを含む反応系の外部へ排出させることなく、貯蔵器に流通させ貯蔵器内に貯蔵させることにより、反応器内が過圧状態となることを防止している。そして、貯蔵器の内部圧力が上昇して第二設定圧以上となった場合には、貯蔵器内の反応媒体を、過圧状態となりやすい反応器に流通させることなく、反応系の外部へ排出することにより、貯蔵器内が過圧状態となることを防止している。これにより、反応媒体が反応系の外部に排出される可能性を減らしつつ反応器及び貯蔵器の内部における異常な過圧状態を防ぐことができる。さらに、第二設定圧が第一設定圧よりも大きいため、反応器の内部圧力が第一設定圧以上となり反応器から貯蔵器へ反応媒体が移動しても、貯蔵器の内部圧力が直ぐに第二設定圧に達して、貯蔵器内の反応媒体が反応系の外部へ排出されてしまうことを抑制することができる。以上より、反応器及び貯蔵器の内部における異常な過圧状態を適切に防止することができる。
【０００９】
本発明に係る化学蓄熱装置において、反応器圧力制御手段は、接続管に配設された第一バルブをバイパスするバイパス配管と、バイパス配管に配設された第二バルブと、を有し、第一バルブと第二バルブとは一つのユニットとして構成されており、第二バルブは、貯蔵器側から反応器側への反応媒体の流通を常時遮断すると共に、反応器内の圧力が第一設定圧未満のときに閉じて反応器側から貯蔵器側への反応媒体の流通を遮断し、反応器内の圧力が第一設定圧以上となると開いて反応器側から貯蔵器側へ反応媒体を流通させてもよい。この場合、第一バルブとバイパス配管に配設された第二バルブとがユニット化されているため装置の大型化を防止しつつ、反応器及び貯蔵器の内部における異常な過圧状態を適切に防ぐことができる。
【００１０】
本発明に係る化学蓄熱装置において、反応器は、エンジンの排気系に配設されており、加熱対象はエンジンから排出される排気ガスであり、貯蔵器圧力制御手段は、貯蔵器と排気系とを接続する排出管と、排出管に配設された第三バルブと、を有し、第三バルブは、貯蔵器内の圧力が第二設定圧未満のときに閉じて貯蔵器側から排気系への反応媒体の流通を遮断し、貯蔵器内の圧力が第二設定圧以上となると貯蔵器側から排気系へ反応媒体を流通させてもよい。この場合、貯蔵器内の圧力が第二設定圧以上となった場合には、第三バルブによって排出管を通して反応媒体を貯蔵器側から排気系へ流通させるため、反応媒体を大気中ではなく排気系に排出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反応器及び貯蔵器の内部における異常な過圧状態を適切に防止することができる化学蓄熱装置を提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気ガス浄化システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示す化学蓄熱装置の動作を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えた排気ガス浄化システムを説明する。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排気ガス浄化システムを示す概略構成図である。
【００１５】
排気ガス浄化システム１は、車両の内燃機関であるディーゼルエンジン２（以下、単にエンジン２という）の排気系に配設され、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。排気ガス浄化システム１は、エンジン２と接続された排気通路である排気管３の途中に上流側から下流側に向けて順に配置された熱交換器４、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）５、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）６、選択還元触媒（ＳＣＲ：SelectiveCatalytic Reduction）７、及び酸化触媒（ＡＳＣ：Ammonia Slip Catalyst）８を備えている。
【００１６】
熱交換器４は、エンジン２からの排気ガスと後述する反応材１３との間で熱の伝達を行う。熱交換器４は、例えばハニカム構造をなしている。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。ＤＰＦ６は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して取り除く。ＳＣＲ７は、尿素またはアンモニア（ＮＨ３）によって、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。ＡＳＣ８は、ＳＣＲ７をすり抜けてＳＣＲ７の下流側に流れたＮＨ３を酸化して浄化する。
【００１７】
ＤＯＣ５、ＳＣＲ７、及びＡＳＣ８の各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、すなわち活性温度が存在する。しかし、エンジン２の始動直後等は、エンジン２から排出された直後の排気ガスの温度は１００℃程度と比較的低温であり、各触媒の活性温度より低い場合がある。このような場合でも各触媒で浄化能力を発揮させるために、各触媒での温度を迅速に活性温度にする必要がある。
【００１８】
そこで、排気ガス浄化システム１は、排気管３の最も上流側に配置される熱交換器４を加熱して暖機するための化学蓄熱装置１０を備えている。熱交換器４を加熱することによって、熱交換器４の下流側には、熱交換器４を介して加熱され温度が上昇した排気ガスが流れる。
【００１９】
化学蓄熱装置１０は、反応媒体としてＮＨ３を用いて、可逆的な化学反応を利用することにより、外部エネルギーレスで加熱対象である熱交換器４を加熱する。つまり、化学蓄熱装置１０は、通常は、後述する反応材１３と反応媒体とを分離した状態にすることで反応材１３に熱を蓄えておき、熱交換器４の加熱が必要なときに、反応媒体を反応材１３に供給することで反応材１３から熱を発生させて熱交換器４を加熱する。
【００２０】
化学蓄熱装置１０は、ヒータ１１（反応器）と、ストレージ１２（貯蔵器）と、供給管１５（接続管）と、バルブ１６（第一バルブ）と、反応器圧力制御手段１９と、貯蔵器圧力制御手段２２とを備えている。
【００２１】
ヒータ１１は、排気管３における熱交換器４に対応するように排気管３の周囲に配置されている。すなわち、ヒータ１１は、熱交換器４を加熱可能に配置されている。ヒータ１１は、例えば排気管３を囲む断面円環形状を有している。この断面円環形状の断面は、ヒータ１１を排気管３における排気ガスの流れ方向に対して垂直に切った面である。
【００２２】
ヒータ１１は、反応媒体であるＮＨ３と化学反応して熱を発生すると共に、排気ガスの熱により加熱されることで蓄熱してＮＨ３を脱離する反応材１３を有している。よって、ヒータ１１においては、ストレージ１２からＮＨ３が供給されると、当該ＮＨ３と反応材１３とが化学反応して、熱が生じる。また、ヒータ１１においては、所定温度以上の熱が加えられると反応材１３からＮＨ３が脱離して、ＮＨ３を放出し始める。その所定温度は、反応媒体（本実施形態ではＮＨ３）と反応材１３の組み合わせによって変わる。
【００２３】
反応材１３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。ここで、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、又はＳｒ等のアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、又はＺｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、Ｂｒ、又は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。反応材１３は、例えばプレス成型されて構成されている。
【００２４】
反応材１３には、反応材１３よりも熱伝導率が高く、反応材１３で発生した熱を熱交換器４に伝える熱伝導パスとなる熱伝導材料が混合されていてもよい。すなわち、反応材１３は、反応材１３と熱伝導材料とを型に入れて混合させた状態で、それらに対して同時にプレス成型加工を施して押し固めることによって作製されてもよい。熱伝導材料としては、例えばカーボンファイバ、カーボンビーズ、ＳｉＣビーズ、金属ビーズ、高分子ビーズ、又は高分子ファイバ等が用いられる。金属ビーズとしては、例えばＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ−Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、又はステンレス鋼等の金属ビーズが用いられる。また、熱伝導材料として、グラファイトシート、又はアルミ等の金属シート等を加工した材料を用いてもよい。
【００２５】
ストレージ１２は、反応媒体であるＮＨ３の物理吸着による保持及びＮＨ３の脱離が可能な吸着材１４を含む。吸着材１４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、又はゼオライト等が用いられる。ストレージ１２は、ＮＨ３を吸着材１４に物理吸着させることで、ＮＨ３を貯蔵する。
【００２６】
供給管１５は、ヒータ１１とストレージ１２とを連通し、ヒータとストレージ１２との間でＮＨ３を流通させる。すなわち、供給管１５は、ヒータ１１とストレージ１２との間をＮＨ３が移動する供給流路を構成している。バルブ１６は、供給管１５に配設されている。すなわち、バルブ１６は、ヒータ１１とストレージ１２との間に配設されている。バルブ１６は、ヒータ１１とストレージ１２との間でＮＨ３の流路を開閉させる。例えば、バルブ１６は、電磁開閉弁である。バルブ１６の開制御及び閉制御は、コントローラ（不図示）によって行われる。
【００２７】
反応器圧力制御手段１９は、バルブ１６が閉状態においてヒータ１１の内部圧力が予め設定された第一設定圧以上となると、ヒータ１１内のＮＨ３をヒータ１１からストレージ１２への一方向に流通させる。反応器圧力制御手段１９は、バイパス配管１７と、逆止弁１８（第二バルブ）と、を有している。バイパス配管１７は、供給管１５におけるヒータ１１とバルブ１６との間と、供給管１５におけるストレージ１２とバルブ１６との間とに接続されている。バイパス配管１７は、供給管１５に配設されたバルブ１６をバイパスする。すなわち、バイパス配管１７は、バルブ１６を迂回するようにＮＨ３を流通させる迂回流路を構成している。
【００２８】
逆止弁１８は、バイパス配管１７に配設されている。すなわち、逆止弁１８は、ヒータ１１とストレージ１２との間に配設されている。逆止弁１８は、バルブ１６に対して並列に位置している。逆止弁１８は、機械式であり、バルブ１６とは別体で構成されている。逆止弁１８は、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧未満のときに閉じて、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧に達すると、機械的に開くバルブである。逆止弁１８が閉じると、ヒータ１１側からストレージ１２側へのＮＨ３の流通が遮断され、逆止弁１８が開くと、ヒータ１１側からストレージ１２側へＮＨ３が流通する。第一設定圧は、逆止弁１８が有するバネ（不図示）等により予め設定されている。第一設定圧は、ヒータ１１の耐圧設計値に基づき設定され、例えば少なくとも３ＭＰａ以下の値である。
【００２９】
逆止弁１８は、ストレージ１２からヒータ１１へＮＨ３が流れるのを止める機能を有している。すなわち、逆止弁１８は、ストレージ１２側からヒータ１１側へのＮＨ３の流通を常時遮断する。従って、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧に達すると、逆止弁１８が開くことで、ヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動するが、ストレージ１２内の圧力が第一設定圧に達しても、ストレージ１２からヒータ１１へＮＨ３が移動することはない。つまり、逆止弁１８は、ヒータ１１の内部圧力が第一設定圧以上となると、ヒータ１１からストレージ１２への一方向にＮＨ３を流すようにヒータ１１とストレージ１２とを連通させる。
【００３０】
貯蔵器圧力制御手段２２は、バルブ１６が閉状態においてストレージ１２の内部圧力が予め設定された第二設定圧以上となると、ストレージ１２内のＮＨ３を、ヒータ１１と供給管１５とストレージ１２とを含む反応系の外部へ排出する。貯蔵器圧力制御手段２２は、排出管２１と、安全弁２０（第三バルブ）と、を有している。排出管２１は、ストレージ１２とエンジンの排気系である排気管３とを接続する。すなわち、排出管２１は、ストレージ１２から排気管３へＮＨ３を排出させる排出流路を構成している。
【００３１】
安全弁２０は、排出管２１に配設されている。すなわち、安全弁２０は、ストレージ１２と排気管３との間に配設されている。安全弁２０は、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧未満のときに閉じて、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達すると、機械的に開くバルブである。安全弁２０が閉じると、ストレージ１２から排気管３へのＮＨ３の流通が遮断され、安全弁２０が開くと、ストレージ１２から排気管３へＮＨ３が流通する。第二設定圧は、安全弁２０が有するバネ（不図示）等により予め設定されている。第二設定圧は、第一設定圧よりも大きい値として設定されている。安全弁２０は、排気管３からストレージ１２に排気ガス等が流れるのを止める機能を有している。安全弁２０は、ストレージ１２の内部圧力が第二設定圧以上となると、ストレージ１２から排気管３へＮＨ３を排出させる。
【００３２】
上記のような化学蓄熱装置１０において、排気ガスの温度が暖機開始温度以下であるときにバルブ１６が開かれることで、ストレージ１２からヒータ１１にＮＨ３が供給管１５を通して供給され、ヒータ１１の反応材１３（例えばＭｇＢｒ２）とＮＨ３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、反応材１３から熱が発生する。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。ヒータ１１で発生した熱によって熱交換器４が加熱され、熱交換器４を介して排気ガスが加熱される。
ＭｇＢｒ２＋ｘＮＨ３  ⇔  Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＢｒ２      …（Ａ）
【００３３】
バルブ１６が開かれてから所定時間経過後、又はエンジン２からの排気ガスの温度が所定温度以上となると、エンジン２の稼働中における暖機が終了する。そして暖機終了後、暖められた排気ガスの熱がヒータ１１の反応材１３に与えられることで、反応材１３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１６が開かれていると、反応材１３から脱離したＮＨ３が供給管１５を通ってヒータ１１からストレージ１２へ移動可能となる。ストレージ１２内にＮＨ３が戻ると、ストレージ１２内の吸着材１４に物理吸着されてＮＨ３が回収される。
【００３４】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る化学蓄熱装置１０の動作について説明する。図２は、図１に示す化学蓄熱装置１０の動作を示す概念図である。図２の（ａ）は、ヒータ１１内が過圧状態となっている場合を示し、図２の（ｂ）は、ストレージ１２内が過圧状態となっている場合を示す。
【００３５】
例えばＮＨ３の回収時にエンジン２が停止すると、バルブ１６に電流が供給されなくなり、バルブ１６が閉じる。この場合、図２の（ａ）に示すように、ヒータ１１内に高温のＮＨ３ガスが充満し、ヒータ１１内の圧力が急激に上昇し、過圧状態となる。このとき、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧に達すると、逆止弁１８が開くため、ヒータ１１内のＮＨ３がバイパス配管１７を通ってストレージ１２へ移動する。これにより、ヒータ１１内が異常な過圧状態とならないようにすることができる。
【００３６】
ヒータ１１内のＮＨ３がバイパス配管１７を通ってストレージ１２へ移動すると、図２の（ｂ）に示すように、ストレージ１２内に高温のＮＨ３ガスが充満し、ストレージ１２内の圧力が急激に上昇する。そして、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達すると、安全弁２０が開くため、ストレージ１２内のＮＨ３が排出管２１を通って排気管３へ排出される。これにより、ストレージ１２内が異常な過圧状態とならないようにすることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、第二設定圧が第一設定圧よりも大きい値で設定されている。ここで、仮に第二設定圧が第一設定圧以下の値で設定されているとすると、ヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動してから比較的直ぐにストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達してしまう可能性がある。このように、ヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動してから比較的直ぐにストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達してしまうと、例えばストレージ１２内のＮＨ３の量がストレージ１２の貯蔵可能な許容量以下であるにも関わらず、ストレージ１２から排気管３へＮＨ３が排出されてしまう誤動作が生じ得る。
【００３８】
例えば、ヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動して直ぐにはストレージ１２内の吸着材１４にＮＨ３が十分に物理吸着されないことがある。これにより、ストレージ１２内に高温のＮＨ３ガスが充満してストレージ１２内の圧力が急激に上昇すると、ストレージ１２内のＮＨ３がストレージ１２の貯蔵可能な許容量以下であるにも関わらず、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達することで安全弁２０が開かれて、ストレージ１２から排気管３へＮＨ３が排出されてしまう可能性がある。その結果、ヒータ１１内及びストレージ１２内に収容されているＮＨ３の量が減り、発熱反応及び再生反応を行うのに必要なＮＨ３の量よりも少なくなってしまうおそれがある。
【００３９】
この問題に対し、本実施形態においては、第二設定圧が第一設定圧よりも大きい値で設定されているため、図２の（ｂ）に示すようにストレージ１２内の圧力が急激に上昇しても、ヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動して直ぐにはストレージ１２内の圧力が第二設定圧に達しないようにすることができる。これにより、本実施形態に係る化学蓄熱装置１０では、上記の誤動作の発生を抑制することができ、その結果、発熱反応及び再生反応を行うのに必要な反応媒体の量を反応系において適切に保つことが可能となる。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る化学蓄熱装置１０では、ヒータ１１とストレージ１２との間のＮＨ３の流路を開閉するバルブ１６が閉じている場合でも、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧以上となると、反応器圧力制御手段１９によりヒータ１１とストレージ１２とが連通し、ヒータ１１からストレージ１２への一方向でＮＨ３が移動する。これにより、ヒータ１１内における異常な過圧状態を防ぐことができる。そして、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧以上となると、貯蔵器圧力制御手段２２によりストレージ１２から排気管３へＮＨ３が排出されるので、ストレージ１２内における異常な過圧状態を防ぐことができる。ここで、ヒータ１１は化学反応による温度変化を伴うことから、ストレージ１２に比べて過圧状態になりやすい。本実施形態に係る化学蓄熱装置１０では、ヒータ１１内の圧力が上昇して第一設定圧以上となった場合には、ヒータ１１内のＮＨ３を、ヒータ１１とストレージ１２と供給管１５とを含む反応系の外部へ排出させることなく、ストレージ１２に流通させストレージ１２内に貯蔵させることにより、ヒータ１１内が過圧状態となることを防止している。そして、ストレージ１２内の圧力が上昇して第二設定圧以上となった場合には、ストレージ１２内のＮＨ３を、過圧状態となりやすいヒータ１１に流通させることなく、反応系の外部へ排出することにより、ストレージ１２内が過圧状態となることを防止している。これにより、ＮＨ３が反応系の外部に排出される可能性を減らしつつヒータ１１及びストレージ１２の内部における異常な過圧状態を防ぐことができる。さらに、第二設定圧が第一設定圧よりも大きいため、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧以上となりヒータ１１からストレージ１２へＮＨ３が移動しても、ストレージ１２内の圧力が直ぐに第二設定圧に達してしまうことを抑制することができる。その結果、例えばストレージ１２内のＮＨ３の量がストレージ１２の貯蔵可能な許容量以下であるにも関わらず、ストレージ１２からＮＨ３が排出されてしまう誤動作の発生を抑制することができる。以上より、ヒータ１１及びストレージ１２の内部における異常な過圧状態を適切に防止することができる。さらに、上記誤動作の発生を抑制することができる結果、発熱反応及び再生反応を行うのに必要な反応媒体の量を反応系において適切に保つことが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態において、ストレージ１２内の圧力が第二設定圧以上となった場合には、安全弁２０によって排出管２１を通してＮＨ３をストレージ１２側から排気管３へ流通させるため、ＮＨ３を大気中ではなく排気系に排出することができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。
【００４３】
例えば、上記実施形態に係る化学蓄熱装置１０では、第一バルブであるバルブ１６と第二バルブである逆止弁１８とを別体で備えるが、これに代えて、一実施形態に係る化学蓄熱装置は、第一バルブが、第二バルブと共に一つのユニットとして構成されていてもよい。すなわち、第二バルブと共に一つのユニットとして構成された第一バルブは、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧より低い場合には、ヒータ１１とストレージ１２との間で双方向にＮＨ３が流通できるように、電磁開閉弁として機能する。一方、当該一つのユニットとして構成された第一バルブは、ヒータ１１内の圧力が第一設定圧以上である場合には、ストレージ１２からヒータ１１へＮＨ３が流れるのを止めるように、逆止弁として機能する。このような構成によれば、化学蓄熱装置に用いられるバルブの数を必要最小限としつつ、ヒータ１１及びストレージ１２の内部における異常な過圧状態を適切に防ぐことができる。
【００４４】
また、この場合、反応器圧力制御手段が第一バルブをバイパスするバイパス配管とバイパス配管に配設された第二バルブとを有し、第一バルブと第二バルブとがユニット化されているため、反応器圧力制御手段を第一バルブと一体化することができ、装置の大型化を防止しつつ、ヒータ１１及びストレージ１２の内部における異常な過圧状態を適切に防ぐことができる。
【００４５】
また、バルブ１６は、電磁式以外のバルブでもよい。また、バルブ１６は、二値制御の開閉弁に限られず、比例弁であってもよく、又は、開閉弁と比例弁とを組み合わせて構成されるバルブであってもよい。
【００４６】
上記実施形態において、ヒータ１１は、加熱対象である熱交換器４に対応するように排気管３の周囲に配置され、断面円環形状を有しているとしたが、これに限られない。例えば、加熱対象の一部分にだけ対応するようにヒータを配置してもよい。また、ヒータは、排気管における加熱対象が設けられた部分以外の箇所に配置してもよく、例えば排気ガスを加熱するために排気管の内部に配置してもよい。排気管の内部にヒータを配置する場合には、例えば複数のヒータと熱交換部とを交互に積層した構成として、ヒータに熱交換部を一体化し、ヒータによって熱交換部を介して排気ガスを加熱してもよい。
【００４７】
熱交換器４の表面の一部又は全部には、触媒コート層が形成されていてもよい。また、上記実施形態では、加熱対象を熱交換器４としたが、加熱対象としては、例えばＤＯＣ５等の他の触媒、又は排気管３を流れる排気ガスでもよい。
【００４８】
反応器に導入される反応媒体は、ＮＨ３に限られず、例えばＨ２О、アルコール、ＣＯ２等でもよい。
【００４９】
上記実施形態では、化学蓄熱装置は、車両の内燃機関であるディーゼルエンジン２に適用されるとしたが、これに限られない。例えば、化学蓄熱装置は、ガソリンエンジン等に適用されてもよい。
【００５０】
また、化学蓄熱装置は、エンジンの排気系以外に設けられた加熱対象を加熱する装置であってもよい。そのような加熱対象としては、エンジンオイル、冷却水、又は空気等の種々の熱媒体等であってもよい。このとき、熱媒体が流れる経路上に熱交換器を配置して、その熱交換器を化学蓄熱装置で加熱するとしてもよい。さらに、化学蓄熱装置は、エンジン以外に適用するとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
３…排気管（排気系）、１０…化学蓄熱装置、１１…ヒータ（反応器）、１２…ストレージ（貯蔵器）、１３…反応材、１５…供給管（接続管）、１６…バルブ（第一バルブ）、１７…バイパス配管、１８…逆止弁（第二バルブ）、１９…反応器圧力制御手段、２０…安全弁（第三バルブ）、２１…排出管、２２…貯蔵器圧力制御手段。
【図１】
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【図２】
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