(57)【要約】【課題】消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制する。【解決手段】化学蓄熱装置１０は、ＮＨ３を貯蔵するストレージ１１と、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に加熱されるとＮＨ３を脱離する反応材１４を有するヒータ１２と、ストレージ１１とヒータ１２とを接続する主配管１５と、主配管１５に配設され、ＮＨ３の流路を開閉するバルブ１６と、主配管１５におけるバルブ１６よりもストレージ１１側と主配管１５におけるバルブ１６よりもヒータ１２側とを接続するバイパス配管１７と、バイパス配管１７に配設され、且つ、バルブ１６が閉じられた状態において、主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間に残っているＮＨ３を吸引してストレージ１１へ強制的に回収するポンプ３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
反応媒体との化学反応により発熱すると共に加熱されると反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、
前記貯蔵器と前記反応器とを接続する主配管と、
前記主配管に配設され、反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、
前記主配管における前記第一バルブよりも前記貯蔵器側と前記主配管における前記第一バルブよりも前記反応器側とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管に配設され、且つ、前記第一バルブが閉じられた状態において、前記主配管内における前記反応器と前記第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引して前記貯蔵器へ強制的に回収する回収部と、を備える、化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記バイパス配管における前記回収部よりも前記反応器側に配設され、反応媒体の流路を開閉する第二バルブと、
前記第一バルブ及び前記第二バルブの開閉の制御と、前記回収部の稼働の制御と、を行う制御部と、を更に備え、
前記制御部は、前記反応器から前記貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値を取得し、前記回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、前記第一バルブを閉制御すると共に前記第二バルブを開制御し、且つ、前記回収部を稼働させる、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記回収部が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過した場合に、前記第二バルブを閉制御し、且つ、前記回収部の稼働を停止する、請求項２に記載の化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回収部が稼働し始めてから前記所定時間が経過する前に、前記回収量に関する値が前記第一所定値よりも大きい第二所定値になった場合に、前記第二バルブを閉制御し、且つ、前記回収部の稼働を停止する、請求項３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を浄化する排気浄化システム等に適用され、内燃機関の排気系に設けられた加熱対象を加熱する化学蓄熱装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の化学蓄熱装置では、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、加熱対象の周囲又は内部に配置され、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、反応器と貯蔵器との間を接続し、貯蔵器から反応器に反応媒体を供給する第一供給流路と、第一供給流路に対して並列となるように反応器と貯蔵器との間を接続し、反応器から貯蔵器に反応媒体を供給する第二供給流路と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３４９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来の一般的な化学蓄熱装置では、内燃機関から排出された排気の温度が暖機開始温度よりも低くなると、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する。すなわち、発熱反応が生じる。この発熱反応により発生した熱によって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の温度が反応媒体再生温度より高くなると、排気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。すなわち、再生反応が生じる。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、再生反応の最終段階で、供給管に配設されたバルブが閉じられる。
【０００５】
上記のような貯蔵器と反応器との間における反応媒体の移動は、反応器内の圧と貯蔵器内の圧との間に生じた差圧を利用して行われる。このため、再生反応の最終段階でバルブが閉じられた後、供給管内における反応器とバルブとの間に反応媒体が残ってしまう。この残った反応媒体が反応器内の反応材と再度反応する結果、次回の発熱反応時に反応する反応材の量が減ってしまい、次回の発熱反応時における発熱性能が低下するという問題がある。
【０００６】
このような問題に対し、上記特許文献１に記載の化学蓄熱装置では、第二供給流路に設けられた強制回収手段によって反応器内の圧力を強制的に下げることで、反応器から貯蔵器へ強制的に反応媒体を回収している。しかしながら、上記特許文献１に記載の化学蓄熱装置では、反応媒体の回収時に強制回収手段を常時稼働して反応器内の圧力を直接下げているため、強制回収手段の稼働時間が長くなり、消費電力が多くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制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】
【０００８】
本発明に係る化学蓄熱装置は、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応媒体との化学反応により発熱すると共に加熱されると反応媒体を脱離する反応材を有する反応器と、貯蔵器と反応器とを接続する主配管と、主配管に配設され、反応媒体の流路を開閉する第一バルブと、主配管における第一バルブよりも貯蔵器側と主配管における第一バルブよりも反応器側とを接続するバイパス配管と、バイパス配管に配設され、且つ、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引して貯蔵器へ強制的に回収する回収部と、を備える。
【０００９】
本発明に係る化学蓄熱装置では、回収部によって、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が吸引され、当該反応媒体が貯蔵器へ強制的に回収される。よって、例えば再生反応の最終段階において第一バルブが閉じられた後、主配管内における反応器と第一バルブとの間に反応媒体が残っている場合であっても、当該反応媒体が、回収部によって吸引されて貯蔵器へ強制的に回収される。このため、当該反応媒体が反応器内の反応材と再度反応するという不具合が発生しにくくなる。その結果、次回の発熱反応時に反応する反応材の量の減少が抑制され、次回の発熱反応時における発熱性能の低下が抑制される。さらに、回収部は、第一バルブが閉じられた状態において、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体を吸引するため、反応媒体の回収時に回収部を常時稼働することで第一バルブの開閉状態によらずに反応器内から反応媒体を直接吸引する場合と比べて、反応媒体を吸引するために必要な稼働時間が短くなり、消費電力が抑えられる。以上より、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る化学蓄熱装置において、バイパス配管における回収部よりも反応器側に配設され、反応媒体の流路を開閉する第二バルブと、第一バルブ及び第二バルブの開閉の制御と、回収部の稼働の制御と、を行う制御部と、を更に備え、制御部は、反応器から貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値を取得し、回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、第一バルブを閉制御すると共に第二バルブを開制御し、且つ、回収部を稼働させてもよい。この場合、反応器から貯蔵器へ回収される反応媒体の回収量に関する値が第一所定値を超えた場合に、回収部が稼働するため、当該回収量に関する値が第一所定値を超えていない場合にまで回収部が稼働することが防止される。その結果、回収部の稼働時間を確実に短くし、消費電力を確実に抑えることができる。
【００１１】
本発明に係る化学蓄熱装置において、制御部は、回収部が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過した場合に、第二バルブを閉制御し、且つ、回収部の稼働を停止してもよい。この場合、回収部が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過すると、回収部の稼働が停止するため、回収部の稼働時間をさらに短くし、消費電力を一層抑えることができる。
【００１２】
本発明に係る化学蓄熱装置において、制御部は、回収部が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、回収量に関する値が第一所定値よりも大きい第二所定値になった場合に、第二バルブを閉制御し、且つ、回収部の稼働を停止してもよい。この場合、回収量に関する値が第二所定値に到達するまで回収部が稼働するため、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が貯蔵器に十分に回収される。その結果、発熱性能の低下を確実に抑制することができる。さらに、回収部が稼働し始めてから所定時間が経過する前であっても、回収量に関する値が第二所定値に到達した時点で回収部の稼働が停止するため、主配管内における反応器と第一バルブとの間に残っている反応媒体が貯蔵器へ十分に回収された後にまで回収部が稼働することを防止し、消費電力をより一層抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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浄化システムを示す概略構成図である。
【図２】ＮＨ３回収率の取得に用いられるマップデータを示すグラフである。
【図３】バルブ開閉部、ポンプ稼働部、及び判定部の処理手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る化学蓄熱装置を備えたオイル循環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】
【００１５】
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。
【００１６】
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浄化システムを示す概略構成図である。
【００１７】
排気浄化システム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中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。
【００１８】
熱交換器４は、エンジン２からの排気と後述する反応材１４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、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯ等を酸化して浄化する。ＤＰＦ６は、排気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。
【００１９】
排気管３における熱交換器４の上流側及び下流側には、排気温度センサ２１が配置されている。排気温度センサ２１は、排気管３内を流れるエンジン２からの排気の温度を検出する。排気温度センサ２１は、例えば一定時間毎に、エンジン２からの排気の温度を検出し、検出した温度情報を後述するコントローラ２０に出力する。
【００２０】
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、各触媒の温度を迅速に活性温度にする必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る排気浄化システム１は、排気管３の最も上流側に配置される熱交換器４を介して排気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が熱交換器４を介して排気を加熱することによって、熱交換器４の下流側には上流側よりも温度が上昇した排気が流れることとなり、触媒を早期に活性化することができる。
【００２２】
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排気を、熱交換器４を介して加熱する。つまり、化学蓄熱装置１０は、通常は、後述する反応材１４とＮＨ３とを分離した状態にすることで熱を蓄えておき、熱交換器４の加熱が必要なときに、ＮＨ３を反応材１４に供給することで反応材１４から熱を発生させて熱交換器４を介して排気を加熱する。
【００２３】
化学蓄熱装置１０は、ストレージ１１（貯蔵器）と、ヒータ１２（反応器）と、主配管１５と、バルブ１６（第一バルブ）と、バイパス配管１７と、ポンプ３０（回収部）と、バルブ１８（第二バルブ）と、温度センサ２２と、圧力センサ２３と、コントローラ２０（制御部）と、を備えている。
【００２４】
ストレージ１１は、ＮＨ３の物理吸着による保持及びＮＨ３の脱離が可能な吸着材１３を含む。吸着材１３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１１は、ＮＨ３を吸着材１３に物理吸着させることで、ＮＨ３を貯蔵する。
【００２５】
ヒータ１２は、熱交換器４の周囲に熱交換器４を加熱可能に配置されている。ヒータ１２は、例えば熱交換器４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１２を排気管３における排気の流れ方向に対して垂直に切った面である。
【００２６】
ヒータ１２は、ＮＨ３と化学反応して熱を発生すると共に、高温となった排気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１４を有している。よって、ヒータ１２においては、ストレージ１１からＮＨ３が供給されると、当該ＮＨ３と反応材１４とが化学反応して、発熱する。また、ヒータ１２においては、脱離開始温度以上の熱が加えられると反応材１４からＮＨ３が脱離して、ＮＨ３を放出し始める。発熱温度及び脱離開始温度は、反応媒体（本実施形態ではＮＨ３）と反応材１４の組み合わせによって異なるため、加熱対象の目標加熱温度に応じて、反応材１４が適宜選択される。
【００２７】
反応材１４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１４は、例えば、２０〜１００ＭＰａの圧力でプレス成型されていてもよい。このプレス成型により反応材１４は板状、ペレット状、又はタブレット状等の成型体に成型される。
【００２８】
ヒータ１２内に配置される反応材１４には、反応材１４よりも熱伝導率が高く、反応材１４で発生した熱を熱交換器４に効率的に伝える熱伝導パスとなる熱伝導材料を混合してもよい。例えば、反応材１４を板状、ペレット状、又はタブレット状の成型体に成型する際に粉末状の反応材１４と熱伝導材料とを粉体混合器等で均一に混合し、その混合物を型に入れてプレス成型加工を施して押し固めてもよい。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。
【００２９】
主配管１５は、ストレージ１１とヒータ１２とを接続し、ストレージ１１とヒータ１２との間でＮＨ３を流通させる。すなわち、主配管１５は、ストレージ１１とヒータ１２との間をＮＨ３が移動する供給流路を構成している。
【００３０】
バルブ１６は、主配管１５に配設されている。すなわち、バルブ１６は、ストレージ１１とヒータ１２との間に配設されている。バルブ１６は、ストレージ１１とヒータ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の開閉の制御は、コントローラ２０によって行われる。
【００３１】
また、バルブ１６は、発熱反応時において高温となるヒータ１２から十分に離れた位置に配置されている。これにより、バルブ１６がヒータ１２の熱の影響を受けにくくなる。
【００３２】
バイパス配管１７は、主配管１５におけるバルブ１６よりもストレージ１１側と主配管１５におけるバルブ１６よりもヒータ１２側とを接続する。バイパス配管１７は、バルブ１６をバイパスするように、主配管１５におけるストレージ１１とバルブ１６との間と、主配管１５におけるヒータ１２とバルブ１６との間とを接続している。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。
【００３３】
また、バイパス配管１７と、主配管１５におけるバルブ１６よりもヒータ１２側との接続位置は、ヒータ１２から十分に離れている。これは、発熱反応時において高温となるヒータ１２から十分に離れた位置にバルブ１８を配置するためである。これにより、バルブ１８がヒータ１２の熱の影響を受けにくくなる。
【００３４】
ポンプ３０は、バイパス配管１７に配設されている。ポンプ３０は、バルブ１６が閉じられた状態において、主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間に残っているＮＨ３を吸引する。そして、ポンプ３０は、吸引したＮＨ３をストレージ１１へ強制的に回収する。ポンプ３０の稼働の制御は、コントローラ２０によって行われる。
【００３５】
バルブ１８は、バイパス配管１７におけるポンプ３０の上流側（ポンプ３０よりもヒータ１２側）に配設されている。なお、バイパス配管１７における上流側とは、ポンプ３０によりＮＨ３が吸引される際に、バイパス配管１７内をＮＨ３が流れる方向の上流側をいう。バルブ１８は、バイパス配管１７内を流れるＮＨ３の流路を開閉させる。例えば、バルブ１８は、電磁開閉弁である。バルブ１８の開制御及び閉制御は、コントローラ２０によって行われる。
【００３６】
温度センサ２２は、ストレージ１１に設けられている。温度センサ２２は、例えば一定時間毎に、ストレージ１１内の温度を検出し、検出した温度情報をコントローラ２０に出力する。
【００３７】
圧力センサ２３は、ヒータ１２に設けられている。圧力センサ２３は、例えば一定時間毎に、ヒータ１２内の圧力を検出し、検出した圧力情報をコントローラ２０に出力する。
【００３８】
コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなる。コントローラ２０は、排気温度センサ２１、温度センサ２２、圧力センサ２３等の各種センサと接続されており、これら複数のセンサより、適宜、制御に必要な情報を取得する。また、コントローラ２０は、バルブ１６と接続されており、取得した情報に基づいて所定の処理を行い、必要に応じてバルブ１６の開制御及び閉制御を行う。なお、コントローラ２０は、化学蓄熱装置１０専用でもよいし、エンジンＥＣＵ(Electronic Control Unit)等のＥＣＵの一機能として組み込まれていてもよい。
【００３９】
コントローラ２０は、バルブ開閉部２４と、ポンプ稼働部２５と、回収量取得部２６と、判定部２７と、を有している。
【００４０】
バルブ開閉部２４は、バルブ１６，１８の開閉の制御を行う。バルブ開閉部２４は、エンジン２の稼働中、排気温度センサ２１で検出された熱交換器４の上流側での排気の温度が暖機開始温度より低いか否かを判定する。そして、バルブ開閉部２４は、例えば、エンジン２の起動直後などの排気の温度が低温である場合等に、排気の温度が暖機開始温度よりも低いと判定すると、バルブ１６の開制御を行う。すなわち、バルブ開閉部２４は、バルブ１６に電流を供給してバルブ１６を閉状態から開状態に切り替える。ここで、暖機開始温度は、例えば、排気浄化システム１のＤＯＣ５等の触媒活性温度、又は、触媒活性温度よりも所定値だけ低い閾値温度として設定される。この暖機開始温度は、ＤＯＣ５等の触媒の活性温度等に基づき設定される。
【００４１】
また、バルブ開閉部２４は、バルブ１６の開制御を行う際、バルブ１８が閉状態となるようにする。すなわち、バルブ開閉部２４は、バルブ１８が開状態となっている場合には、バルブ１８への電流の供給を停止して、バルブ１８を開状態から閉状態へ切り替える。バルブ開閉部２４は、バルブ１８が閉状態となっている場合には、バルブ１８への電流の供給を停止したままにして、バルブ１８の閉状態を維持する。
【００４２】
上記のように排気の温度が暖機開始温度より低いときにバルブ１６が開かれることで、ストレージ１１内に収容されたＮＨ３が主配管１５を通してヒータ１２に供給され、ヒータ１２の反応材１４（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１４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１２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を介して排気が加熱される。
ＭｇＢｒ２＋ｘＮＨ３  ⇔  Ｍｇ（ＮＨ３）ｘＢｒ２＋熱      …（Ａ）
【００４３】
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からの排気の温度が予め設定された暖機終了温度以上となると、バルブ開閉部２４によってバルブ１６が閉制御され、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、エンジン２が定常運転状態となり、エンジン２から排出される排気の温度が十分に高くなってくると、今度は、排気の熱が熱交換器４を介してヒータ１２の反応材１４に与えられることになる。つまり、反応材１４は熱交換器４を介して排気により加熱される。
【００４４】
そして、排気の温度が所定の回収温度以上となると、ヒータ１２の内部ではＮＨ３を化学吸着した状態の反応材１４からＮＨ３が脱離する再生反応（上記の反応式（Ａ）における右辺から左辺への反応）が生じる。ここで、所定の回収温度とは、反応材１４からＮＨ３を脱離させるのに十分な熱を反応材１４に与えることができる排気の温度である。例えば排気の温度が所定の回収温度となると、バルブ開閉部２４によってバルブ１６が開制御され、反応材１４から脱離したＮＨ３が主配管１５を通ってヒータ１２からストレージ１１へ移動可能となる。ストレージ１１内にＮＨ３が戻ると、ＮＨ３がストレージ１１内の吸着材１３に物理吸着されて回収される。
【００４５】
本実施形態では、当該主配管１５を通してのＮＨ３回収時において、バルブ開閉部２４によるバルブ１６，１８の開閉の制御と、ポンプ稼働部２５によるポンプ３０の稼働の制御とが、回収量取得部２６により取得されたＮＨ３の回収量に関する値に基づいて行われる。ここで、ＮＨ３の回収量に関する値とは、ヒータ１２からストレージ１１へ回収されるＮＨ３の回収量に関する値であって、ＮＨ３の回収量そのもの（以下、「ＮＨ３回収量」ともいう）でもよいし、ＮＨ３の回収率（以下、「ＮＨ３回収率」ともいう）等のＮＨ３回収量に基づき算出される値でもよい。本実施形態において、ＮＨ３の回収量に関する値として、ＮＨ３回収率を用いている。
【００４６】
具体的に、バルブ開閉部２４は、判定部２７によってＮＨ３回収率が第一回収目標値（第一所定値）を超えたと判定された場合に、バルブ１６を閉制御すると共に、バルブ１８を開制御する。これにより、主配管１５におけるＮＨ３の流れが遮断されると共に、バイパス配管１７をＮＨ３が移動可能となる。ここで、第一回収目標値とは、使用者等によって適宜設定される値であって、例えば、次回の発熱反応において加熱対象を目標温度に加熱することができるＮＨ３の量である。第一回収目標値は、ストレージ１１に回収されずにヒータ１２又は主配管１５に留まるＮＨ３を考慮して、例えば約８０％に設定される。
【００４７】
また、ポンプ稼働部２５は、判定部２７によってＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えたと判定された場合に、ポンプ３０を稼働させる。すなわち、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０をＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替える。これにより、バルブ１６が閉じられた状態において主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間に残っているＮＨ３は、ポンプ３０によって吸引され、ストレージ１１側へ供給される。すなわち、主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間に残っているＮＨ３は、ポンプ３０によって吸引されることによってバイパス配管１７を通ってストレージ１１内に戻り、ストレージ１１内の吸着材１３に物理吸着されて回収される。
【００４８】
このバイパス配管１７を通して行われるＮＨ３の回収において、判定部２７によって例えばポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過したと判定された場合、バルブ開閉部２４はバルブ１８を閉制御し、ポンプ稼働部２５はポンプ３０の稼働を停止する。所定時間とは、使用者等によって適宜設定される値であって、例えばポンプ３０が稼働し始めてから約１分程度である。
【００４９】
また、例えば、ポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、判定部２７によってＮＨ３回収率が第二回収目標値（第二所定値）になったと判定された場合、バルブ開閉部２４はバルブ１８を閉制御し、ポンプ稼働部２５はポンプ３０の稼働を停止する。ここで、第二回収目標値とは、使用者等によって適宜設定される値であって、第一回収目標値よりも大きい値である。第二回収目標値は、例えば約８５％に設定される。従って、ポンプ３０が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過した場合には、バルブ１８が閉制御されると共に、ポンプ３０の稼働が停止されることとなる。
【００５０】
回収量取得部２６は、例えば図２に示すマップデータを用いてＮＨ３回収率を取得する。図２は、ＮＨ３回収率の取得に用いられるマップデータを示すグラフである。図２の（ａ）は、ストレージ１１内の温度とＮＨ３の飽和蒸気圧との関係を示すグラフであり、横軸はストレージ１１内の温度[℃］を示し、縦軸はＮＨ３の飽和蒸気圧［ｋＰａ］を示す。図２の（ｂ）は、ストレージ１１内の吸着材１３の相対圧力に対するＮＨ３吸着量との関係を示すグラフであり、横軸は相対圧力を示し、縦軸はＮＨ３吸着量［ｇ］を示す。ここで、相対圧力とは、ＮＨ３の飽和蒸気圧とストレージ１１内の圧力との比（Ｐ/Ｐsat）である。なお、吸着材１３の相対圧力に対するＮＨ３吸着量の関係は、予め実験により求められている。
【００５１】
回収量取得部２６には、図２の（ａ）及び（ｂ）のグラフで示されるマップデータが予め設定されている。回収量取得部２６は、当該関係を用いてＮＨ３吸着量を取得し、取得したＮＨ３吸着量に基づきＮＨ３回収率を取得する。具体的には、回収量取得部２６は、温度センサ２２から出力された温度情報が示すストレージ１１内の温度Ｔに基づき、図２の（ａ）のグラフで示される関係を有するマップデータを用いてＮＨ３の飽和蒸気圧Ｐsatを取得する。
【００５２】
続いて、回収量取得部２６は、取得したＮＨ３の飽和蒸気圧Ｐsatと、圧力センサ２３から出力された圧力情報が示すストレージ１１内の圧力Ｐとに基づき、飽和蒸気圧Ｐsatと圧力Ｐとの比である相対圧力を算出する。続いて、回収量取得部２６は、算出した相対圧力に基づき、図２の（ｂ）のグラフで示される関係を有するマップデータを用いてＮＨ３吸着量Ｙを取得する。このように、ストレージ１１内の温度Ｔ及び圧力Ｐから、ストレージ１１に貯蔵されているＮＨ３吸着量Ｙが推定される。
【００５３】
回収量取得部２６は、このＮＨ３吸着量Ｙから、暖機時においてストレージ１１及びヒータ１２の圧力を所定圧に保つためにストレージ１１に残存している残存量を減算して、ヒータ１２からストレージ１１に回収されているＮＨ３回収量を取得する。さらに、回収量取得部２６は、そのＮＨ３回収量を、ヒータ１２での発熱反応において所望の熱量を得るために必要とされるＮＨ３の量、つまり、ヒータ１２へ移動させるＮＨ３の量（以下、「ＮＨ３総回収量」ともいう）で除算することにより、ＮＨ３回収率を取得する。
【００５４】
判定部２７は、回収量取得部２６によって取得されたＮＨ３回収率に基づき、種々の判定を行い、その判定結果をバルブ開閉部２４及びポンプ稼働部２５へ出力する。具体的に、判定部２７は、ＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えているか否かを判定する。また、判定部２７は、ポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する。また、判定部２７は、ポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過する前に、ＮＨ３回収率が第二回収目標値になったか否かを判定する。
【００５５】
次に、図３を参照して、バルブ開閉部２４、ポンプ稼働部２５、及び判定部２７の処理手順を説明する。図３は、バルブ開閉部２４、ポンプ稼働部２５、及び判定部２７の処理手順を示すフロー図である。なお、図３のフロー図では、再生反応の最終段階における処理手順を示している。また、以下の処理手順において、エンジン２の稼働中における暖機が終了する直前は、バルブ１６，１８が閉状態になっているとする。
【００５６】
エンジン２の稼働中における暖機が終了するとき、バルブ開閉部２４は、バルブ１６を開状態にする。これにより、主配管１５を通したヒータ１２からストレージ１１内へのＮＨ３の回収が開始される。この主配管１５を通したＮＨ３の回収時において、まず、判定部２７は、回収量取得部２６により取得されたＮＨ３回収率が、第一回収目標値（ここでは、約８０％）を超えているか否かを判定する（Ｓ１）。判定部２７によってＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えていないと判定された場合（Ｓ１；ＮＯ）、バルブ開閉部２４は、バルブ１６の開状態及びバルブ１８の閉状態を維持し、Ｓ１の処理を繰り返す。
【００５７】
判定部２７によってＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えたと判定された場合（Ｓ１；ＹＥＳ）、バルブ開閉部２４は、バルブ１６を閉状態にすると共に、バルブ１８を開状態とする（Ｓ２）。すなわち、バルブ開閉部２４は、バルブ１６への電流の供給を停止すると共に、バルブ１８へ電流を供給する。これにより、主配管１５におけるＮＨ３の流れが遮断され、主配管１５を通したヒータ１２からストレージ１１内へのＮＨ３の回収が終了すると共に、バイパス配管１７をＮＨ３が移動可能となる。
【００５８】
そして、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０を稼働させる（Ｓ３）。すなわち、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０をＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替える。これにより、主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間に残っているＮＨ３（以下、「残留ＮＨ３」ともいう）が、ポンプ３０によって吸引され、ストレージ１１側へ供給される。すなわち、ポンプ３０を利用した残留ＮＨ３の回収が開始される。ポンプ３０の吸引によってバイパス配管１７を通った残留ＮＨ３は、ストレージ１１内に戻り、ストレージ１１内の吸着材１３に物理吸着されて回収される。
【００５９】
続いて、判定部２７は、ポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ４）。判定部２７によって所定時間が経過したと判定された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、バルブ開閉部２４は、バルブ１８を閉状態とする（Ｓ５）。すなわち、バルブ開閉部２４は、バルブ１８への電流の供給を停止する。これにより、バイパス配管１７におけるＮＨ３の流れが遮断される。そして、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０の稼働を停止する（Ｓ６）。すなわち、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０をＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替える。これにより、ポンプ３０を利用した残留ＮＨ３の回収が終了する。
【００６０】
また、判定部２７によって所定時間が経過していないと判定された場合（Ｓ４：ＮＯ）、判定部２７は、更に、ＮＨ３回収率が第二回収目標値（ここでは、約８５％）になったか否かを判定する（Ｓ７）。判定部２７によってＮＨ３回収率が第二回収目標値になっていないと判定された場合（Ｓ７；ＮＯ）、バルブ開閉部２４は、バルブ１８の開状態を維持し、Ｓ４の処理を繰り返す。
【００６１】
判定部２７によってＮＨ３回収率が第二回収目標値になったと判定された場合（Ｓ７；ＹＥＳ）、Ｓ５及びＳ６の処理へ進む。すなわち、バルブ開閉部２４は、バルブ１８を閉状態とし（Ｓ５）、ポンプ稼働部２５は、ポンプ３０の稼働を停止する（Ｓ６）。これにより、ポンプ３０を利用した残留ＮＨ３の回収が終了する。以上により、再生反応の最終段階におけるバルブ開閉部２４、ポンプ稼働部２５、及び判定部２７の処理手順が終了する。
【００６２】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１０によれば、例えば再生反応の最終段階においてバルブ１６が閉じられた後、主配管１５内のヒータ１２とバルブ１６との間にＮＨ３が残っている場合であっても、この残留ＮＨ３が、ポンプ３０によって吸引されてストレージ１１へ強制的に回収される。このため、この残留ＮＨ３がヒータ１２内の反応材１４と再度反応するという不具合が発生しにくくなる。その結果、次回の発熱反応時に反応する反応材１４の量の減少が抑制され、次回の発熱反応時における発熱性能の低下が抑制される。さらに、ポンプ３０は、バルブ１６が閉じられた状態において残留ＮＨ３を吸引するため、ＮＨ３の回収時にポンプ３０を常時稼働することでバルブ１６の開閉状態によらずにヒータ１２内からＮＨ３を直接吸引する場合と比べて、ＮＨ３を吸引するために必要な稼働時間が短くなり、消費電力が抑えられる。以上より、消費電力を抑制しつつ、発熱性能の低下を抑制することができる。
【００６３】
ここで、バルブ１６は、発熱反応時において高温となるヒータ１２から十分に離れた位置に配置されている。この場合、バルブ１６がヒータ１２の熱の影響を受けにくくなる一方、主配管１５内におけるヒータ１２とバルブ１６との間の距離が長くなるため、残留ＮＨ３が生じ易い。本実施形態によれば、この残留ＮＨ３をポンプ３０によって吸引してストレージ１１へ強制的に回収することができる。よって、バルブ１６に対するヒータ１２の熱の影響を抑制しつつ、残留ＮＨ３により発熱性能が低下するという上記問題を解決することができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、ＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えた場合に、ポンプ３０が稼働するため、当該ＮＨ３回収率が第一回収目標値を超えていない場合にまでポンプ３０が稼働することが防止される。その結果、ポンプ３０の稼働時間を確実に短くし、消費電力を確実に抑えることができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、ポンプ３０が稼働し始めてから遅くとも所定時間が経過するとポンプ３０の稼働が停止するため、ポンプ３０の稼働時間をさらに短くし、消費電力を一層抑えることができる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、ＮＨ３回収率が第二回収目標値に到達するまでポンプが稼働するため、残留ＮＨ３がストレージ１１に十分に回収される。その結果、発熱性能の低下を確実に抑制することができる。さらに、ポンプ３０が稼働し始めてから所定時間が経過する前であっても、ＮＨ３回収率が第二回収目標値に到達した時点でポンプ３０の稼働が停止するため、残留ＮＨ３がストレージ１１へ十分に回収された後にまでポンプ３０が稼働することを防止し、消費電力をより一層抑えることができる。
【００６７】
また、従来の化学蓄熱装置のように、第一供給流路及び第二供給流路を並列に二つ備えている場合、ヒータとストレージとの間でＮＨ３を移動させる供給流路として機能する配管が並列に二つあるため、供給流路として機能する配管が一つである場合に比べて化学蓄熱装置の全体として配管の体積が増加し、ヒータ内のＮＨ３の圧力が低下してしまう結果、反応材の発熱温度が低下するという問題がある。これに対し、本実施形態によれば、ヒータ１２とストレージ１１との間でＮＨ３を移動させる供給流路として機能する主配管１５が一つであり、バイパス配管１７は、バルブ１６をバイパスするように設けられている。よって、従来のように供給流路として機能する配管が並列に二つある場合に比べ、化学蓄熱装置１０の全体として配管の体積を小さくすることができる。これにより、ヒータ内のＮＨ３の圧力の低下を抑制することができる結果、反応材１４の発熱温度の低下を抑制することができる。
【００６８】
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。
【００６９】
例えば、上記実施形態において、バルブ１６，１８の開閉の制御及びポンプ３０の稼働の制御は、コントローラ２０によって行われるとしたが、これに限られず、例えば手動等によって行ってもよい。
【００７０】
上記実施形態では、回収部としてポンプ３０を用いているが、これに限られない。例えば、回収部としては圧縮機等を用いてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態において、ヒータ１２は、熱交換器４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、ヒータは、排気管の外部以外の箇所に配置してもよく、例えば排気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を加熱してもよい。
【００７２】
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を流れる排気でもよい。
【００７３】
また、上記実施形態で反応媒体をＮＨ３としたが、アルコール、水等の他の反応媒体でもよい。また、上記実施形態では反応媒体がＮＨ３の場合の蓄熱材、吸着材の各材料をそれぞれ例示したが、化学蓄熱装置で用いられる反応媒体に応じて、蓄熱材、吸着材は適宜他の材料が用いられる。
【００７４】
上記実施形態では、化学蓄熱装置１０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。
【００７５】
また、例えば、化学蓄熱装置１０は、エンジン２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。例えば、化学蓄熱装置１０を図４に示すようなオイル循環システム１Ａに適用してもよい。
【００７６】
図４において、オイル循環システム１Ａは、車両のエンジン２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。オイル循環システム１Ａは、オイルパン４１と、オイルポンプ４２と、オイルフィルタ４３と、熱交換器４４とを備えている。オイルパン４１は、エンジンオイルを溜めておく。エンジン２内の各部を循環したエンジンオイルは、オイルパン４１に戻る。
【００７７】
オイルポンプ４２は、オイルパン４１に溜まっているエンジンオイルを吸い上げてエンジン２内に圧送する。オイルフィルタ４３は、エンジンオイルの汚れを濾過する。熱交換器４４は、オイルパン４１とオイルポンプ４２との間に配置されている。熱交換器４４は、オイルポンプ４２により吸い上げられたエンジンオイルと化学蓄熱装置１０のヒータ１２との間で熱交換を行う。
【００７８】
さらに、化学蓄熱装置１０は、エンジン以外に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０…化学蓄熱装置、１１…ストレージ（貯蔵器）、１２…ヒータ（反応器）、１４…反応材、１５…主配管、１６…バルブ（第一バルブ）、１７…バイパス配管、１８…バルブ（第二バルブ）、２０…コントローラ（制御部）、３０…ポンプ（回収部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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