(57)【要約】【課題】簡易な構成により、加熱対象の加熱を十分に行う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１１は、エンジン３を搭載した車両Ｓに具備され、エンジンオイルを加熱する化学蓄熱装置１１であって、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に内燃機関から排出される排気ガスから熱が与えられるとＮＨ３を脱離する反応材１８が充填された反応材充填部１２と、反応材充填部１２に対して管状のＮＨ３配管２０を介して接続され、ＮＨ３を貯蔵する吸着部１３と、反応材充填部１２に隣接して配置されると共に、エンジン３にエンジンオイルを循環させる管状のオイル配管１６を介して接続され、エンジンオイルが通るオイル通路部２６と、を備え、エンジン３内から排出される排気ガスを流通させる配管７の外周面７ａの少なくとも一部に反応材充填部１２が固定されている。【選択図】図２
2017180897.tif 000002
【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であって、
反応媒体との化学反応により発熱すると共に前記内燃機関から排出される排気ガスから熱が与えられると反応媒体を脱離する反応材が充填された反応材充填部と、
前記反応材充填部に対して管状の反応媒体流通路を介して接続され、反応媒体を貯蔵する貯蔵部と、
前記反応材充填部に隣接して配置されると共に、前記内燃機関に前記加熱対象を循環させる管状の加熱対象流通路を介して接続され、前記加熱対象が通る加熱対象通路部と、
を備え、
前記内燃機関から排出される排気ガスを流通させる配管の外周面の少なくとも一部に前記反応材充填部及び前記加熱対象通路部の少なくとも一方が固定されている、化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記加熱対象流通路は、前記加熱対象通路部における前記加熱対象の流入部と流出部とに接続されており、
前記加熱対象通路部は、断面環状を呈しており、
前記加熱対象通路部の内部には、前記流入部と前記流出部との間を区画する隔壁が配置されている、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記配管の径方向において、前記加熱対象通路部が前記反応材充填部の外側に配置されている、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記配管の径方向において前記加熱対象通路部の外側には、断熱材が設けられている、請求項３に記載の化学蓄熱装置。
【請求項５】
前記配管の径方向において、前記反応材充填部が前記加熱対象通路部の外側に配置されている、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
【請求項６】
前記配管の径方向において前記反応材充填部の外側には、断熱材が設けられている、請求項５に記載の化学蓄熱装置。
【請求項７】
前記加熱対象は、エンジンオイルである、請求項１〜６の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
【請求項８】
前記加熱対象は、エンジン冷却水である、請求項１〜６の何れか一項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、水（反応媒体）との化学反応により発熱し脱水反応により吸熱する蓄熱材（反応材）が収納された反応容器と、液体の水が貯留された凝縮容器とを備えている。エンジンオイルの温度が例えば４０℃以下の場合には、凝縮容器に貯留されている水が第１流路を通じて反応容器へ向かい、ノズルから反応容器の蓄熱材に噴霧される。すると、蓄熱材が化学反応により発熱し（発熱反応）、その熱エネルギーによってエンジンオイル（加熱対象）が加熱される。一方、エンジンオイルが高温になると、脱水反応によって蓄熱材から水蒸気が発生し（再生反応）、第２流路を通じて凝縮して液体の水となって凝縮容器に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３０２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、エンジンオイル（加熱対象）の熱により、蓄熱材（反応材）の再生を行うと共に、水（反応媒体）と蓄熱材との化学反応により発生する熱によってエンジンオイルを加熱している。しかしながら、エンジンオイルの熱だけでは蓄熱材を再生するための熱量が不足し、結果的に蓄熱材の再生が不十分になるおそれがある。その結果、次回の発熱反応において、水と蓄熱材との化学反応により十分な熱を発生させることができない。また、水と蓄熱材との化学反応により発生する熱によるエンジンオイルの加熱は、蓄熱材の搭載量に依存した一定の期間しか行うことができない。以上により、エンジンオイルを十分に加熱することができない場合がある。
【０００５】
このような場合、加熱対象を十分に加熱するためには、例えば内燃機関からの排気ガスの熱を利用することが考えられる。しかしながら、このように排気ガスの熱を利用する場合には、排気ガスの流路をどのように引き回すかが問題となり、構成が複雑化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構成により、加熱対象の加熱を十分に行う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】
上記課題を解決するため、本発明は、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であって、反応媒体との化学反応により発熱すると共に内燃機関から排出される排気ガスから熱が与えられると反応媒体を脱離する反応材が充填された反応材充填部と、反応材充填部に対して管状の反応媒体流通路を介して接続され、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応材充填部に隣接して配置されると共に、内燃機関に加熱対象を循環させる管状の加熱対象流通路を介して接続され、加熱対象が通る加熱対象通路部と、を備え、内燃機関から排出される排気ガスを流通させる配管の外周面の少なくとも一部に反応材充填部及び加熱対象通路部の少なくとも一方が固定されている。
【０００８】
本発明に係る化学蓄熱装置では、排気ガスを流通させる配管の外周面の少なくとも一部に反応材充填部及び加熱対象通路部の少なくとも一方が固定されているため、配管を流れる排気ガスの熱が、反応材充填部及び加熱対象通路部の少なくとも一方へ与えられる。排気ガスの熱が反応材充填部へ与えられると、この排気ガスの熱により、反応材を十分に再生させることができる。その結果、次回の発熱反応において、反応媒体と反応材との化学反応により十分な熱を発生させ、反応材充填部に隣接している加熱対象通路部の加熱対象を十分に加熱することができる。また、排気ガスの熱が加熱対象通路部へ与えられると、この排気ガスの熱により、加熱対象を十分に加熱することができる。この際、配管の一部は、反応材充填部及び加熱対象通路部の少なくとも一方に対して排気ガスの熱を与えることができる。つまり、反応媒体流通路が反応材充填部に接続され、加熱対象流通路が加熱対象通路部に接続され、配管が反応材充填部及び加熱対象通路部の少なくとも一方へと引き回されることなく既存の配管の一部として構成されている。よって、配管から別の配管を引き回すことによる構成の複雑化を防ぐことが可能となる。以上より、簡易な構成により、加熱対象の加熱を十分に行うことができる。
【０００９】
本発明に係る化学蓄熱装置において、加熱対象流通路は、加熱対象通路部における加熱対象の流入部と流出部とに接続されており、加熱対象通路部は、断面環状を呈しており、加熱対象通路部の内部には、流入部と流出部との間を区画する隔壁が配置されていてもよい。この場合、加熱対象通路部内において加熱対象が隔壁によって遮られ、加熱対象の流入部と流出部との間が区画される結果、加熱対象の流れが一方向となり、加熱対象の受熱効率を高めることができる。
【００１０】
本発明に係る化学蓄熱装置では、配管の径方向において、加熱対象通路部が反応材充填部の外側に配置されていてもよい。この場合、反応材の再生時において、反応材充填部は、加熱対象通路部を介することなく排気ガスの熱を直接受け取ることができるため、反応材の再生を効率的に行うことができる。
【００１１】
本発明に係る化学蓄熱装置では、配管の径方向において加熱対象通路部の外側には、断熱材が設けられていてもよい。この場合、断熱材によって加熱対象通路部からの放熱が抑制され、加熱対象の加熱を効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明に係る化学蓄熱装置では、配管の径方向において、反応材充填部が加熱対象通路部の外側に配置されていてもよい。この場合、加熱対象通路部が配管と反応材充填部との間に位置しているため、加熱対象通路部は、一方側で反応材充填部から反応媒体と反応材との化学反応により発生する熱を受けることができると共に、他方側で配管から排気ガスの熱を受けることができる。これにより、例えば、内燃機関の始動直後における排気ガスの温度が低いときには反応媒体と反応材との化学反応により発生する熱を利用して、加熱対象の加熱を行い、排気ガスの温度が所定温度以上となったときには排気ガスの熱を利用して、加熱対象の加熱を行うことができる。その結果、加熱対象の長時間の加熱が実現し、燃費を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る化学蓄熱装置では、配管の径方向において反応材充填部の外側には、断熱材が設けられていてもよい。この場合、断熱材によって反応材充填部からの放熱が抑制され、加熱対象の加熱を効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明に係る化学蓄熱装置において、加熱対象は、エンジンオイルであってもよい。この場合、簡易な構成により、エンジンオイルの加熱を十分に行うことができる。
【００１５】
本発明に係る化学蓄熱装置において、加熱対象は、エンジン冷却水であってもよい。この場合、簡易な構成により、エンジン冷却水の加熱を十分に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成により、加熱対象の加熱を十分に行う化学蓄熱装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１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の反応材充填部及びオイル通路部を示す概略水平方向断面図である。
【図３】図２の反応材充填部及びオイル通路部を示す概略垂直方向断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る反応材充填部及びオイル通路部を示す概略垂直方向断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る反応材充填部及びオイル通路部を示す概略垂直方向断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る反応材充填部及びオイル通路部を示す概略垂直方向断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る化学蓄熱装置を備えたエンジン冷却水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８】図７の反応材充填部及び冷却水通路部を示す概略水平方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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、内燃機関であるディーゼルエンジン３（以下、単にエンジン３という）を搭載した車両Ｓ（移動機械）に具備されている。
【００２０】
排気浄化システム１は、エンジン３から排出される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、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４と、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）５と、選択還元触媒（ＳＣＲ：SelectiveCatalytic Reduction）６とを備えている。
【００２１】
ＤＯＣ４、ＤＰＦ５、及びＳＣＲ６は、エンジン３と接続された排気通路である配管７に上流側から下流側に向けて順に配設されている。ＤＯＣ４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。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集することにより、排気ガスからＰＭを取り除く。ＳＣＲ６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。
【００２２】
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、オイルパン８と、オイルポンプ９と、オイルクーラ１０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。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。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。オイルクーラ１０は、エンジンオイルの温度が高くなり過ぎたときに、冷却水によりエンジンオイルを所定温度に冷却する。なお、エンジンオイルを冷却する理由は、エンジンオイルの過昇温によるエンジン３の劣化を防ぐためである。
【００２３】
また、エンジンオイル循環システム２は、エンジンオイルの早期昇温を可能とする化学蓄熱装置１１を備えている。化学蓄熱装置１１は、電力等の外部エネルギーを必要とせずに、加熱対象であるエンジンオイルを加熱（暖機）する。具体的には、化学蓄熱装置１１は、エンジンオイル又は排気ガスの熱により後述する反応材１８と反応媒体とを分離した状態にすることで熱を蓄えておくと共に、エンジンオイルの加熱が必要なときに、反応媒体を反応材１８に供給して反応材１８と反応媒体とを化学反応させ、その時の反応熱によりエンジンオイルを加熱する。即ち、化学蓄熱装置１１は、可逆的な化学反応を利用して、エンジンオイル又は排気ガスからの熱を蓄えると共にエンジンオイルに熱を供給する装置である。本実施形態では、反応媒体はアンモニア（ＮＨ３）である。なお、エンジンオイルを早期に加熱する理由は、エンジンオイルの粘度が高いことによるフリクションロス（摩擦抵抗）を低減するためである。
【００２４】
化学蓄熱装置１１は、反応材充填部１２と、吸着部１３（貯蔵部）と、オイル通路部２６（加熱対象通路部）とを備えている。反応材充填部１２は、配管７に設けられている。本実施形態では、反応材充填部１２は、配管７におけるＤＯＣ４よりも上流側の位置、すなわちエンジン３とＤＯＣ４との間に設けられている。反応材充填部１２は、配管７の外周面７ａ（図２及び図３参照）の少なくとも一部に固定されている。オイル通路部２６は、反応材充填部１２に隣接して配置されている。オイル通路部２６は、エンジンオイルが流入するオイル流入配管１６ａを介してオイルクーラ１０と接続されていると共に、エンジンオイルが流出するオイル流出配管１６ｂを介してエンジン３と接続されている。
【００２５】
反応材充填部１２は、ＮＨ３が供給されるとＮＨ３との化学反応により発熱すると共に排気ガスからの熱が与えられるとＮＨ３を脱離する反応材１８を含んでいる。反応材１８としては、組成式ＭａＸｚで表されるハロゲン化物が用いられる。Ｍは、アルカリ金属、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、アルミニウム、及びこれらの金属の組み合わせから選択された１つ以上のカチオンである。また、Ｘは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、及びリン酸イオンから選択された１つ以上のアニオンである。Ｘは、例えば、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ等であってよい。また、ａは、塩分子１つあたりのカチオンの数であり、ｚは、塩分子１つあたりのアニオンの数である。
【００２６】
吸着部１３は、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵部である。吸着部１３は、ＮＨ３の物理吸着及び脱離が可能な吸着材１９を含んでいる。吸着材１９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。なお、ＮＨ３は吸着材１９に化学吸着されてもよい。
【００２７】
吸着部１３は、管状のＮＨ３配管（反応媒体流通路）２０を介して反応材充填部１２に対して接続されている。ＮＨ３配管２０には、ＮＨ３が双方向に流れており、ＮＨ３の流路を開閉する電磁式のバルブ２１が設けられている。
【００２８】
図２は、反応材充填部１２及びオイル通路部２６を示す概略水平方向断面図である。水平方向とは、配管７の軸方向に沿った方向である。なお、図２では、反応材充填部１２及びオイル通路部２６の周辺の構成も示している。また、図２では、オイル配管１７に配設されたオイルパン８、オイルポンプ９、及びオイルクーラ１０の図示を省略している。図３は、反応材充填部１２及びオイル通路部２６を示す概略垂直方向断面図である。垂直方向とは、配管７の軸方向に垂直な方向である。図２及び図３に示すように、反応材充填部１２は、配管７の延在方向（配管７における排気ガスの流れ方向）での一部に対応する位置に設けられている。
【００２９】
反応材充填部１２には、反応材１８が充填されている。反応材充填部１２は、配管７の外周面７ａに少なくとも一部に固定された筒状の筐体２７と、筐体２７に固定された筒状の壁部２３と、配管７の外周面７ａとで画成されている。すなわち、反応材充填部１２は、配管７の外周面７ａの少なくとも一部に固定されている。筐体２７及び壁部２３は、例えばＮＨ３及び排気ガスに対して耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼）で形成されている。筐体２７は、溶接等によって配管７の外周面７ａと固定されており、壁部２３は、溶接等によって筐体２７の内周面に固定されている。
【００３０】
反応材充填部１２は、配管７の外周面７ａを覆うように形成され、断面環状を呈している。ここで、断面環状の断面とは、配管７の延在方向に対して垂直に切った面である。このように反応材充填部１２が配管７の外周面７ａを囲っていることにより、反応材充填部１２に充填された反応材１８と配管７内を流れる排気ガスとの間での効率的な熱交換が可能となっている。反応材充填部１２には、ＮＨ３配管２０が接続されている。すなわち、ＮＨ３配管２０は、筐体２７、オイル通路部２６、及び壁部２３を貫通しており、吸着部１３と反応材充填部１２との間でＮＨ３を供給可能となっている。
【００３１】
オイル通路部２６には、加熱対象であるエンジンオイルが通る。オイル通路部２６は、筐体２７と壁部２３とで画成されている。オイル通路部２６は、配管７の径方向において、反応材充填部１２よりも外側に配置されており、反応材充填部１２に隣接している。オイル通路部２６は、壁部２３によって仕切られることにより、反応材充填部１２と独立しており、オイル通路部２６のエンジンオイルと反応材充填部１２の反応材１８とは混じり合わないようになっている。
【００３２】
オイル通路部２６は、反応材充填部１２を覆うように形成され、断面環状を呈している。ここで、断面環状の断面とは、配管７の延在方向に対して垂直に切った面である。このようにオイル通路部２６が反応材充填部１２を囲っていることにより、オイル通路部２６内を流れるエンジンオイルと反応材充填部１２に充填された反応材１８との間での効率的な熱交換が可能となっている。
【００３３】
オイル通路部２６には、エンジン３にエンジンオイルを循環させる管状のオイル配管１６（加熱対象流通路）が接続されている。すなわち、オイル配管１６は、筐体２７を貫通しており、エンジン３とオイル通路部２６との間でエンジンオイルを供給可能となっている。オイル配管１６は、オイル通路部２６におけるエンジンオイルの流入部２６ａと流出部２６ｂとに接続されている。具体的に、オイル配管１６は、流入部２６ａに接続されたオイル流入配管１６ａと、流出部２６ｂに接続されたオイル流出配管１６ｂとを有している。エンジンオイルは、オイル流入配管１６ａからオイル通路部２６の流入部２６ａへ供給され、オイル通路部２６内を流れ、オイル通路部２６の流出部２６ｂからオイル流出配管１６ｂへ排出される。
【００３４】
配管７の内部には、反応材充填部１２が設けられた位置と対応する位置に熱交換部７ｂが設けられている。熱交換部７ｂは、配管７を流れる排気ガスと反応材充填部１２に充填された反応材１８との間で熱交換を行う。熱交換部７ｂは、例えばハニカム構造をなしている。なお、熱交換部７ｂは、ハニカム構造に限られず、排気ガスとの接触面積が増える構造であればどのような構造であってもよい。
【００３５】
配管７の一部、すなわち配管７における反応材充填部１２が設けられた部分は、反応材充填部１２に対して排気ガスの熱を与える伝熱部として機能する。すなわち、配管７から別の配管を引き回すことなく、既存の配管７の一部をそのまま利用することで、反応材充填部１２に充填された反応材１８に排気ガスの熱を与えることが可能となっている。要は、配管７は、エンジン３と車両Ｓの外部とを最短で繋ぐことが可能なものであって、排気ガスを迂回させるものではない。
【００３６】
以上のような化学蓄熱装置１１において、エンジン３の起動直後におけるエンジンオイルの温度が低いときは、バルブ２１が開弁されると、吸着部１３と反応材充填部１２との圧力差によって、吸着部１３の吸着材１９からＮＨ３が脱離し、そのＮＨ３がＮＨ３配管２０を通って反応材充填部１２に供給される。そして、反応材充填部１２の反応材１８（例えばＭｇＢｒ２）とＮＨ３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。そして、反応材充填部１２の反応材１８から発生した熱がオイル通路部２６を流れるエンジンオイルに伝えられ、エンジンオイルが加熱（暖機）される。
ＭａＸｚ＋ｎＮＨ３  ⇔  Ｍａ（ＮＨ３）ｎＸｚ＋熱      …（Ａ）
【００３７】
エンジン３の始動から所定時間経過後、又は排気ガスの温度が所定温度以上となると、排気ガスの熱を利用して反応材１８からＮＨ３を脱離させると共に、排気ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱する。具体的には、排気ガスの温度が再生温度（例えば１００℃）以上になると、配管７内を流れる排気ガスの熱が反応材充填部１２の反応材１８へ伝えられることで、反応材１８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２１が開弁されると、反応材充填部１２と吸着部１３との圧力差によって、ＮＨ３がＮＨ３配管２０を通って吸着部１３へ戻り、吸着部１３の吸着材１９に物理吸着される。これにより、ＮＨ３が吸着部１３に回収されることとなる。吸着部１３のＮＨ３回収率が目標値（例えば９０％）以上となると、反応材充填部１２から吸着部１３へのＮＨ３の回収が終了する。
【００３８】
上述したように、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１では、排気ガスの温度が低いエンジン始動直後は、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生した熱を利用してエンジンオイルの加熱を行うと共に、エンジン始動からある程度時間が経過して排気ガスの温度が所定温度以上となったときには排気ガスの熱を利用して反応材１８の再生を行う。よって、反応材１８の再生を十分に行うことができる。その結果、次回の発熱反応において、吸着部１３から反応材充填部１２に所望量のＮＨ３が供給されるため、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により十分な熱を発生させることができる。これにより、反応材充填部１２に隣接しているオイル通路部２６のエンジンオイルを十分に加熱することができる。
【００３９】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１によれば、排気ガスを流通させる配管７の外周面７ａの少なくとも一部に反応材充填部１２が固定されているため、配管７を流れる排気ガスの熱が、反応材充填部１２へ与えられる。排気ガスの熱が反応材充填部１２へ与えられることで、この排気ガスの熱により、反応材１８を十分再生させることができる。その結果、次回の発熱反応において、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により十分な熱を発生させ、反応材充填部１２に隣接しているオイル通路部２６のエンジンオイルを十分に加熱することができる。この際、配管７の一部は、反応材充填部１２に対して排気ガスの熱を与えることができる。つまり、ＮＨ３配管２０が反応材充填部１２に接続され、オイル配管１６がオイル通路部２６に接続され、配管７が反応材充填部１２へと引き回されることなく既存の配管７の一部として構成されている。よって、配管７から別の配管を引き回すことによる構成の複雑化を防ぐことが可能となる。以上より、簡易な構成により、エンジンオイルの加熱を十分に行うことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１によれば、反応材１８の再生時において、反応材充填部１２は、オイル通路部２６を介することなく排気ガスの熱を直接受け取ることができるため、反応材１８の再生を効率的に行うことができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ａについて説明する。なお、化学蓄熱装置１１Ａは、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００４２】
図４は、本発明の第２実施形態に係る反応材充填部１２及びオイル通路部２６を示す概略垂直方向断面図であって、図３に対応する図である。図４に示すように、化学蓄熱装置１１Ａでは、オイル通路部２６が隔壁２８を有している点で第１実施形態と相違している。
【００４３】
隔壁２８は、オイル通路部２６の内部における流入部２６ａと流出部２６ｂとの間に配置されており、流入部２６ａと流出部２６ｂとの間を区画している。隔壁２８は、例えば矩形状の板状部材である。隔壁２８は、筐体２７及び壁部２３と同様、ＮＨ３及び排気ガスに対して耐腐食性を有する金属材料（例えばステンレス鋼）で形成されている。隔壁２８は、壁部２３の外周面２３ａ上に立設されて筐体２７まで延びており、壁部２３及び筐体２７と溶接等によって固定されている。また、隔壁２８は、配管７の延在方向に沿って壁部２３の一端から他端まで延びている。
【００４４】
隔壁２８は、オイル通路部２６における流入部２６ａと流出部２６ｂとの間で、エンジンオイルの流れを遮断する。これにより、オイル通路部２６内において、エンジンオイルの流れの始点及び終点が形成されるため、エンジンオイルの流れを一方向にすることができる。よって、オイル流入配管１６ａから供給されたエンジンオイルがオイル通路部２６内を円環状に循環することなくそのままオイル流出配管１６ｂへ流れ出てしまうことを防止することができる。つまり、オイル流入配管１６ａからオイル通路部２６内の流入部２６ａに流入したエンジンオイルは、矢印Ａ方向へ流れ、オイル通路部２６内を円環状に流れた後、矢印Ｂ方向へ流れてオイル通路部２６内の流出部２６ｂからそのままオイル流出配管１６ｂへと円滑に流れる。
【００４５】
このようにオイル通路部２６内をエンジンオイルが円滑に流れることにより、エンジンオイルは、反応材充填部１２の反応材１８から発生した熱を効率良く受け取ることができる。
【００４６】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ａにおいても、上記第１実施形態同様、簡易な構成により、エンジンオイルの加熱を十分に行うことができる。
【００４７】
さらに、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ａによれば、オイル通路部２６内においてエンジンオイルが隔壁２８によって遮られ、エンジンオイルの流入部２６ａと流出部２６ｂとの間が区画される結果、エンジンオイルの流れが一方向となり、エンジンオイルの受熱効率を高めることができる。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｂについて説明する。なお、化学蓄熱装置１１Ｂは、第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ａと同様の要素や構造を備えている。そのため、第２実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ａと同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第２実施形態と異なる部分について説明する。
【００４９】
図５は、本発明の第３実施形態に係る反応材充填部１２及びオイル通路部２６を示す概略垂直方向断面図であって、図３に対応する図である。図５に示すように、化学蓄熱装置１１Ｂでは、断熱材２９が設けられている点で第２実施形態と相違している。
【００５０】
断熱材２９は、配管７の径方向においてオイル通路部２６の外側に設けられている。断熱材２９は、オイル通路部２６と筐体２７との間に配置されている。断熱材２９は、例えば筒状の部材であり、筐体２７の内周面２７ａに沿って嵌め込まれている。断熱材２９は、例えば、ケイ酸カルシウム、セラミックス系、ガラスファイバー系等によって形成されている。このような断熱材２９を設けることで、オイル通路部２６における熱が筐体２７の外部へ逃げにくくなる。なお、断熱材２９は、オイル通路部２６の全体を覆うように設けられていてもよく、オイル通路部２６の少なくとも一部を覆うように設けられていてもよい。また、断熱材２９は、例えばシート状の部材等でもよく、オイル通路部２６の全体を覆うように巻き付けられていてもよい。
【００５１】
なお、本実施形態において、隔壁２８は、壁部２３と断熱材２９との間を接続するように延びており、壁部２３及び断熱材２９と固定されている。ＮＨ３配管２０は、筐体２７、断熱材２９、オイル通路部２６、及び壁部２３を貫通している。オイル配管１６は、筐体２７及び断熱材２９を貫通している。
【００５２】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｂにおいても、上記第２実施形態同様、簡易な構成により、エンジンオイルの加熱を十分に行うことができる。
【００５３】
さらに、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｂによれば、断熱材２９によってオイル通路部２６からの放熱が抑制され、エンジンオイルの加熱を効率的に行うことができる。
【００５４】
（第４実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第４実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｃについて説明する。なお、化学蓄熱装置１１Ｃは、第３実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｂと同様の要素や構造を備えている。そのため、第３実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｂと同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第３実施形態と異なる部分について説明する。
【００５５】
図６は、本発明の第４実施形態に係る反応材充填部１２及びオイル通路部２６を示す概略垂直方向断面図であって、図３に対応する図である。図６に示すように、化学蓄熱装置１１Ｃは、配管７の外周面７ａ上における反応材充填部１２及びオイル通路部２６の積層順が第３実施形態と相違している。
【００５６】
本実施形態では、配管７の外周面７ａ上にオイル通路部２６が積層されており、このオイル通路部２６上に、反応材充填部１２が積層されている。すなわち、配管７の径方向において、反応材充填部１２がオイル通路部２６の外側に配置されている。オイル通路部２６は、配管７と反応材充填部１２との間に位置している。また、断熱材２９は、配管７の径方向において反応材充填部１２の外側に設けられている。断熱材２９は、反応材充填部１２と筐体２７との間に配置されている。
【００５７】
オイル通路部２６は、筐体２７と、壁部２３と、配管７の外周面７ａとで画成されている。すなわち、オイル通路部２６は、配管７の外周面７ａの少なくとも一部に固定されている。オイル通路部２６は、配管７の外周面７ａを覆うように形成されている。このようにオイル通路部２６が配管７の外周面７ａを囲っていることにより、オイル通路部２６を流れるエンジンオイルと配管７内を流れる排気ガスとの間で効率的な熱交換が可能となっている。また、オイル配管１６は、筐体２７、断熱材２９、反応材充填部１２、及び壁部２３を貫通している。
【００５８】
反応材充填部１２は、断熱材２９と壁部２３とで画成されている。反応材充填部１２は、オイル通路部２６を覆うように形成されている。このように反応材充填部１２がオイル通路部２６を囲っていることにより、反応材充填部１２における反応材１８とオイル通路部２６内を流れるエンジンオイルとの間での効率的な熱交換が可能となっている。また、ＮＨ３配管２０は、筐体２７及び断熱材２９を貫通している。
【００５９】
配管７の一部、すなわち配管７におけるオイル通路部２６が設けられた部分は、オイル通路部２６に対して排気ガスの熱を与える伝熱部として機能する。すなわち、配管７から別の配管を引き回すことなく、既存の配管７の一部をそのまま利用することで、オイル通路部２６を流れるエンジンオイルに排気ガスの熱を与えることが可能となっている。
【００６０】
オイル通路部２６が配管７と反応材充填部１２との間に位置しているため、オイル通路部２６のエンジンオイルは、配管７からの排気ガスの熱と反応材充填部１２において化学反応により発生する熱とを両方受け取ることができる。このため、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｃでは、排気ガスの温度が低いエンジン始動直後は、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生した熱を利用してエンジンオイルの加熱を行うと共に、エンジン始動からある程度時間が経過して排気ガスの温度が所定温度以上となったときには排気ガスの熱を利用してエンジンオイルの加熱を行う。すなわち、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生した熱だけでなく、高温となった排気ガスの熱を利用してエンジンオイルを加熱することができるため、エンジンオイルを長時間加熱することができる。
【００６１】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｃによれば、配管７の外周面７ａの少なくとも一部にオイル通路部２６が固定されているため、配管７を流れる排気ガスの熱が、オイル通路部２６へ与えられる。排気ガスの熱がオイル通路部２６へ与えられることで、この排気ガスの熱により、エンジンオイルを十分に加熱することができる。この際、配管７の一部は、オイル通路部２６に対して排気ガスの熱を与えることができる。つまり、ＮＨ３配管２０が反応材充填部１２に接続され、オイル配管１６がオイル通路部２６に接続され、配管７がオイル通路部２６へと引き回されることなく既存の配管７の一部として構成されている。よって、配管７から別の配管を引き回すことによる構成の複雑化を防ぐことが可能となる。以上より、簡易な構成により、エンジンオイルの加熱を十分に行うことができる。
【００６２】
さらに、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｃによれば、オイル通路部２６が配管７と反応材充填部１２との間に位置しているため、オイル通路部２６は、一方側で反応材充填部１２からＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生する熱を受けることができると共に、他方側で配管７から排気ガスの熱を受けることができる。これにより、例えば、エンジン始動直後における排気ガスの温度が低いときにはＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生する熱を利用して、エンジンオイルの加熱を行い、排気ガスの温度が所定温度以上となったときには排気ガスの熱を利用して、エンジンオイルの加熱を行うことができる。その結果、エンジンオイルの長時間の加熱が実現し、燃費を向上させることができる。
【００６３】
さらに、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｃによれば、断熱材２９によって反応材充填部１２からの放熱が抑制され、エンジンオイルの加熱を効率的に行うことができる。
【００６４】
（第５実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第５実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｄについて説明する。なお、化学蓄熱装置１１Ｄは、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００６５】
図７は、本発明の第５実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｄを備えたエンジン冷却水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って、図１に対応する図である。図７に示すように、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｄは、エンジンオイル循環システム２に代えて、エンジン冷却水循環システム３０に適用される点で第１実施形態と相違している。
【００６６】
エンジン冷却水循環システム３０は、エンジン３内の各部を冷却するためのエンジン冷却水を循環させる。エンジン冷却水循環システム３０は、ウォーターポンプ３１と、ラジエータ３２とを備えている。ウォーターポンプ３１は、エンジン３から排出されたエンジン冷却水を吸い上げてエンジン３へ向けて圧送する。ラジエータ３２は、エンジン冷却水の温度が高くなり過ぎたときに、エンジン冷却水を所定温度に冷却する。
【００６７】
化学蓄熱装置１１Ｄは、エンジンオイルの代わりにエンジン冷却水を加熱対象とする。エンジン冷却水は、適切な温度（例えば４０℃以上等）に保つため、加熱する必要がある。化学蓄熱装置１１Ｄは、エンジン冷却水又は排気ガスの熱により反応材１８とＮＨ３とを分離した状態にすることで熱を蓄えておくと共に、エンジン冷却水の加熱が必要なときに、ＮＨ３を反応材１８に供給して反応材１８とＮＨ３とを化学反応させ、その時の反応熱によりエンジン冷却水を加熱する。即ち、化学蓄熱装置１１Ｄは、可逆的な化学反応を利用して、エンジン冷却水又は排気ガスからの熱を蓄えると共にエンジン冷却水に熱を供給する装置である。
【００６８】
化学蓄熱装置１１Ｄは、第１実施形態に係る化学蓄熱装置１１と同様、反応材充填部１２と、吸着部１３とを備えている。化学蓄熱装置１１Ｄは、オイル通路部２６に代えて、冷却水通路部３５（加熱対象通路部）を備えている点で、第１実施形態の化学蓄熱装置１１と異なる。冷却水通路部３５は、エンジン冷却水が流入する冷却水流入配管３３ａを介してラジエータ３２と接続されていると共に、エンジン冷却水が流出する冷却水流出配管３４を介してエンジン３と接続されている。
【００６９】
図８は、本発明の第５実施形態に係る反応材充填部１２及び冷却水通路部３５を示す概略水平方向断面図であり、図２に対応している。なお、図８では、冷却水流入配管３３ａに配設されたウォーターポンプ３１及びラジエータ３２の図示を省略している。
【００７０】
配管７の外周面７ａ上には、反応材充填部１２が積層されており、この反応材充填部１２の上に、冷却水通路部３５が積層されている。すなわち、配管７の径方向において、冷却水通路部３５が反応材充填部１２の外側に配置されている。冷却水通路部３５は、配管７の径方向において反応材充填部１２に隣接して配置されている。筐体２７及び壁部２３によって仕切られることにより、反応材充填部１２と冷却水通路部３５とは互いに独立しており、反応材１８とエンジン冷却水とが混じり合わないようになっている。
【００７１】
冷却水通路部３５は、反応材充填部１２を覆うように形成され、断面環状を呈している。ここで、断面環状の断面とは、配管７の延在方向に対して垂直に切った面である。このように冷却水通路部３５が反応材充填部１２を囲っていることにより、冷却水通路部３５内を流れるエンジン冷却水と反応材充填部１２に充填された反応材１８との間での効率的な熱交換が可能となっている。
【００７２】
冷却水通路部３５には、エンジン３にエンジン冷却水を循環させる管状の冷却水配管３３（加熱対象流通路）が接続されている。すなわち、冷却水配管３３は、筐体２７を貫通しており、エンジン３と冷却水通路部３５との間でエンジン冷却水を供給可能となっている。冷却水配管３３は、冷却水通路部３５における冷却水の流入部と流出部とに接続されている。具体的に、冷却水配管３３は、流入部に接続された冷却水流入配管３３ａと、流出部に接続された冷却水流出配管３３ｂとを有している。エンジン冷却水は、冷却水流入配管３３ａから冷却水通路部３５の流入部へ供給され、冷却水通路部３５内を流れ、冷却水通路部３５の流出部から冷却水流出配管３３ｂへ排出される。
【００７３】
配管７の一部、すなわち配管７における反応材充填部１２が設けられた部分は、反応材充填部１２に対して排気ガスの熱を与える伝熱部として機能する。すなわち、配管７から別の配管を別途引き回すことなく、既存の配管７の一部をそのまま利用することで、反応材充填部１２に充填された反応材１８に排気ガスの熱を与えることが可能となっている。
【００７４】
本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｄでは、排気ガスの温度が低いエンジン始動直後は、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により発生した熱を利用してエンジン冷却水の加熱を行うと共に、エンジン始動からある程度時間が経過して排気ガスの温度が所定温度以上となったときには排気ガスの熱を利用して反応材１８の再生を行う。よって、反応材１８の再生を十分に行うことができる。その結果、次回の発熱反応において、吸着部１３から反応材充填部１２に所望量のＮＨ３が供給されるため、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により十分な熱を発生させることができる。これにより、反応材充填部１２に隣接している冷却水通路部３５のエンジン冷却水を十分に加熱することができる。
【００７５】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１１Ｄにおいても、排気ガスの熱が反応材充填部１２へ与えられることで、この排気ガスの熱により、反応材１８を十分に再生させることができる。その結果、次回の発熱反応において、ＮＨ３と反応材１８との化学反応により十分な熱を発生させ、反応材充填部１２に隣接している冷却水通路部３５のエンジン冷却水を十分に加熱することができる。この際、配管７の一部は、反応材充填部１２に対して排気ガスの熱を与えることができる。つまり、ＮＨ３配管２０が反応材充填部１２に接続され、冷却水配管３３が冷却水通路部３５に接続され、配管７が反応材充填部１２へと引き回されることなく既存の配管７の一部として構成されている。よって、配管７から別の配管を引き回すことによる構成の複雑化を防ぐことが可能となる。以上より、簡易な構成により、エンジン冷却水の加熱を十分に行うことができる。
【００７６】
以上、本発明の種々の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。
【００７７】
例えば、上記第２〜３実施形態における隔壁２８は、ＮＨ３配管２０と共通化させて構成してもよい。この場合、ＮＨ３配管２０における反応材充填部１２と接続される端部の形状は偏平状となる。また、上記第２〜第４実施形態において、隔壁２８は板状部材であるとしたが、これに限られず、隔壁２８はエンジンオイルの流れを遮断する機能を有する種々の構造であってもよい。また、上記第３及び第４実施形態において、隔壁２８を有していなくてもよく、上記第５実施形態において、冷却水通路部３５の内部における冷却水の流入部と流出部との間を区画する隔壁を有していてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態において、配管の一部は、反応材充填部及び加熱対象通路部の何れかに対して排気ガスの熱を与える伝熱部として用いられるとしたが、これに限られない。例えば、配管の外周面の少なくとも一部に反応材充填部及び加熱対象通路部の両方が固定されていてもよく、配管の一部は、反応材充填部及び加熱対象通路部の両方に対して排気ガスの熱を与える伝熱部として用いられてもよい。また、配管７の内部には熱交換部７ｂが設けられていなくてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態において、反応材充填部及び加熱対象通路部は配管７におけるＤＯＣ４よりも上流側の位置に設けられているとしたが、これに限られず、反応材充填部及び加熱対象通路部は配管７におけるＤＯＣ４よりも下流側の位置に設けられていてもよい。また、上記実施形態において、反応材充填部又は加熱対象通路部は、配管７の外周面７ａを覆うように形成されているとしたが、これに限られず、配管７の外周面７ａの一部分が露出するように形成されていてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ３と組成式ＭＸａで表される反応材１８とを化学反応させて熱を発生させているが、反応媒体としては、特にＮＨ３には限られず、ＣＯ２またはＨ２Ｏ等を使用してもよい。反応媒体としてＣＯ２を使用する場合、ＣＯ２と化学反応させる反応材１８としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３またはＦｅ３Ｏ４等が用いられる。反応媒体としてＨ２Ｏを使用する場合、Ｈ２Ｏと化学反応させる反応材１８としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯまたはＡｌ２Ｏ３等が用いられる。
【００８１】
また、上記第１〜第４実施形態では、オイルクーラ１０とエンジン３との間に反応材充填部１２が配置されているが、特にその形態には限られず、例えばオイルパン８とオイルポンプ９との間に反応材充填部１２を配置してもよいし、或いはオイルポンプ９とオイルクーラ１０との間に反応材充填部１２を配置してもよい。
【００８２】
また、上記第５実施形態では、ラジエータ３２とエンジン３との間に反応材充填部１２が配置されているが、特にその形態には限られず、例えばウォーターポンプ３１とラジエータ３２の間に反応材充填部１２を配置してもよい。
【００８３】
また、加熱対象が循環する循環経路に反応材充填部１２をバイパスする経路を設け、反応材１８の再生時には、加熱対象をバイパスさせて反応材充填部１２に流通させず、排気ガスのみを反応材充填部１２に流すようにしてもよい。この場合では、例えば上記第４実施形態のように、反応材充填部と配管との間に加熱対象通路部が介在していても、排気ガスの熱が加熱対象に奪われることなく反応材充填部に伝えられるため、排気ガスの熱を利用した再生反応を行うことができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、加熱対象をエンジンオイル又はエンジン冷却水としているが、加熱対象は、これに限られず、例えば空気等であってもよい。
【００８５】
また、上記実施形態に係る化学蓄熱装置は車両Ｓに搭載されているが、本発明の化学蓄熱装置は車両以外にも、船舶等のように内燃機関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】
【００８６】
３…エンジン（内燃機関）、７…配管、７ａ…外周面、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…化学蓄熱装置、１２…反応材充填部、１３…吸着部（貯蔵部）、１６…オイル配管（加熱対象流通路）、１８…反応材、２０…ＮＨ３配管（反応媒体流通路）、２６…オイル通路部（加熱対象通路部）、２６ａ…流入部、２６ｂ…流出部、２８…隔壁、２９…断熱材、３３…冷却水配管（加熱対象流通路）、３５…冷却水通路部（加熱対象通路部）、Ｓ…車両（移動機械）。
【図１】
2017180897.tif 000003
【図２】
2017180897.tif 000004
【図３】
2017180897.tif 000005
【図４】
2017180897.tif 000006
【図５】
2017180897.tif 000007
【図６】
2017180897.tif 000008
【図７】
2017180897.tif 000009
【図８】
2017180897.tif 000010