(57)【要約】【課題】反応媒体が脱離完了したことを誤って判定することを回避するとともに、反応媒体が完全に脱離完了したことを確実に判定することができる化学蓄熱器の制御装置を提供する。【解決手段】反応媒体８が脱離可能な温度に達した場合に（ステップＳ１）、バルブ機構６を作動させる開弁指示を出力し（ステップＳ２）、蓄熱材７の温度Ｔが維持された状態もしくは上昇している状態で、かつ配管５内の圧力Ｐが予め定められた閾値Ｘ未満となった場合に脱離が完了したことを判定するように構成されている（ステップＳ４）。【選択図】図１
2017172856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材と反応媒体とが化合することにより発熱し、前記蓄熱材と前記反応媒体との化合物から前記反応媒体が脱離することにより吸熱するとともに前記化合物から前記反応媒体が脱離した状態を維持することにより蓄熱する化学蓄熱器を備え、前記化学蓄熱器によって所定の暖機対象部位を加熱する化学蓄熱器の制御装置において、
前記化学蓄熱器は、前記蓄熱材が収容されるとともに前記蓄熱材と前記暖機対象部位との間で熱の授受が可能なように前記暖機対象部位に取り付けられた反応器と、前記反応媒体を吸着して貯留する吸着器と、前記反応器と前記吸着器との間で前記反応媒体を流通させる配管と、前記配管に設けられて前記反応媒体の流通を選択的に遮断するバルブ機構とを備え、
前記バルブ機構の動作を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記反応媒体が脱離可能な温度に達した場合に、前記バルブ機構を作動させる開弁指示を出力し、
前記蓄熱材の温度が維持された状態もしくは上昇している状態で、かつ前記配管内の圧力が予め定められた閾値未満となった場合に前記脱離が完了したことを判定するように構成されている
ことを特徴とする化学蓄熱器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反応材と反応媒体との可逆的な化学反応を利用して放熱と蓄熱とを行う化学蓄熱器を制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発熱反応および再生反応を排ガスの温度に応じて適切に行うことを目的とした化学蓄熱装置が記載されている。この特許文献１に記載された化学蓄熱装置は、エンジンから排出される排ガスに含まれる有害物質を浄化する排気浄化システムに設けられている。また、この化学蓄熱装置は、反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材と、その蓄熱材を収容する反応器と、上記反応媒体を物理的に吸着することによる保持および放出が可能な吸着材と、その吸着材を収容する吸着器と、上記反応器と吸着器とを接続する配管上に設けられ、かつ反応媒体の流路を開閉する電磁弁とを備えている。さらに、この化学蓄熱装置は、加熱対象物を通る排ガスの温度を検出する温度センサを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０１４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された化学蓄熱装置によれば、上記の温度センサの検出値、もしくは、配管内の圧力値に基づいて開閉弁を制御することにより、発熱反応および再生反応を適切に行うことができる。しかしながら、上記の開閉弁が開弁後に配管内の圧力が低下したような場合、例えば、反応器の周囲に配置された加熱対象物（暖機対象部位）の温度が低下することによって配管内の圧力が低下することにより、反応媒体の脱離が誤って完了したと判定されるおそれがある。そのように誤って脱離完了と判定された場合、以降の発熱時に反応器へ反応媒体を十分に供給できなくなるばかりか、ひいては暖機が不十分となり、化学蓄熱装置による暖機性能が低下するおそれがある。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、反応媒体が脱離完了したことを誤って判定することを回避するとともに、反応媒体が完全に脱離完了したことを確実に判定することができる化学蓄熱器の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は、蓄熱材と反応媒体とが化合することにより発熱し、前記蓄熱材と前記反応媒体との化合物から前記反応媒体が脱離することにより吸熱するとともに前記化合物から前記反応媒体が脱離した状態を維持することにより蓄熱する化学蓄熱器を備え、前記化学蓄熱器によって所定の暖機対象部位を加熱する化学蓄熱器の制御装置において、前記化学蓄熱器は、前記蓄熱材が収容されるとともに前記蓄熱材と前記暖機対象部位との間で熱の授受が可能なように前記暖機対象部位に取り付けられた反応器と、前記反応媒体を吸着して貯留する吸着器と、前記反応器と前記吸着器との間で前記反応媒体を流通させる配管と、前記配管に設けられて前記反応媒体の流通を選択的に遮断するバルブ機構とを備え、前記バルブ機構の動作を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記反応媒体が脱離可能な温度に達した場合に、前記バルブ機構を作動させる開弁指示を出力し、前記蓄熱材の温度が維持された状態もしくは上昇している状態で、かつ前記配管内の圧力が予め定められた閾値未満となった場合に前記脱離が完了したことを判定するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、反応媒体が化合物から脱離完了と判定する際に、反応器に収容される蓄熱材の温度変化、ならびに反応器と吸着器とを連通させる配管内の圧力変化に基づいて判断することにより、誤って脱離完了と判定することを回避することができる。すなわち、反応媒体の脱離が開始された状態で、かつ蓄熱材の温度が維持もしくは上昇している際に、上記の配管内の圧力が低下して、予め定めた閾値未満になった場合には、その圧力の低下に伴って脱離完了と判定することができる。そのため、例えば、エンジンの発熱状態の変化や、外気の環境等により配管内の圧力が低下した場合であっても、反応媒体が脱離している途中に脱離完了したと誤って判定することを回避することができる。また、このような誤判定を回避することにより確実に脱離完了の判定ができるため、以降の発熱時に反応器へ反応媒体を十分に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施形態における制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】この発明で対象とする化学蓄熱器の一例を説明するための図である。
【図３】図１のフローチャートで示す制御例を実行した場合の配管内の圧力変化、ならびに、蓄熱材の温度変化を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明を図を参照して具体的に説明する。図２に、この発明の化学蓄熱器を適用することができる車両の暖機システムの一例を示してある。図２に示す化学蓄熱器１は、例えば、エンジン２のシリンダブロックや冷却水、あるいは、エンジン２の排気系統で用いられる触媒など、エンジン２が稼動することによって温度が上昇する暖機対象部位の暖機を促進するように構成されている。
【００１０】
なお、上記の化学蓄熱器１を適用することができる車両の一例として図示しないハイブリッド車両がある。そのハイブリッド車両は、従来一般的に知られているハイブリッド車両と同様に構成され、エンジン（ＥＮＧ）、ならびに、発電機能を有する第１モータ（ＭＧ１）および第２モータ（ＭＧ２）を駆動力源とするハイブリッド車両である。第１モータおよび第２モータは、例えば、遊星歯車機構によって構成される動力分割機構、ならびに減速機構と共にハイブリッド駆動ユニットを構成している。したがって、ハイブリッド車両は、エンジンおよびハイブリッド駆動ユニットから出力されるトルクを駆動軸に伝達し、駆動力を発生するように構成されている。
【００１１】
このようなハイブリッド車両に適用される化学蓄熱器１は、物質の可逆的な化学反応の反応熱を利用して暖機対象部位との間で熱を授受する蓄熱器であり、主に、反応器３、吸着器４、配管５、および、開閉バルブ６から構成されている。
【００１２】
反応器３は、暖機対象部位に取り付けられており、暖機対象部位との間で熱交換するように構成されている。反応器３の内部には、可逆的に発熱反応と吸熱反応とを行う蓄熱材７（化学蓄熱材あるいは反応材と称される場合もある）が収容されている。発熱反応は、蓄熱材７と反応媒体８とが化合することにより生じる。また、吸熱反応は、蓄熱材７と反応媒体８とが化学反応して生成された化合物から反応媒体８が脱離する（化合物が分解される）ことにより生じる。反応媒体８は、蓄熱材７と化学反応して生成された化合物が所定の温度（いわゆる脱離温度）以上になると、化合物から脱離して反応媒体８の状態に戻る。
【００１３】
反応器３が取り付けられる暖機対象部位は、エンジン２が稼動することによって温度が上昇する部位、すなわち、エンジン２の停止状態で温度が低く、エンジン２が動作することにより温度が高くなる箇所である。図２に示す例では、反応器３は、エンジン２のシリンダブロック２ａに取り付けられている。反応器３とシリンダブロック２ａとの取り付け面は、反応器３とシリンダブロック２ａとの間で熱の授受が効率よく行われるように、シリンダブロック２ａの外形に沿って密着するように形成されている。
【００１４】
上記のような化学反応を行う蓄熱材７は、Ｍｇ、ＣａＯ、ＦｅＣｌ２など、従来の化学蓄熱器で採用されている物質であってよい。例えば、前掲の特許文献１に記載されている物質（ＭｇＣｌ２）を蓄熱材７として使用することができる。したがって、反応媒体８は、蓄熱材７として用いられている物質に応じて、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２など、上記のような発熱反応および吸熱反応を生じる物質が採用される。
【００１５】
吸着器４は、反応媒体８を蓄熱材７から分解した状態で貯留しておく貯留器であって、内部に反応媒体８を吸着する吸着材９を収納している。吸着材９は、反応媒体８を物理的に吸着して貯留することが可能な物質によって構成されている。例えば、吸着材９は、反応媒体８に応じて、セラミック製もしくは合成樹脂製の多孔質体や活性炭の成形体、あるいは、反応媒体８を凝縮させる水などによって構成されている。
【００１６】
反応器３がシリンダブロック２ａのようなエンジン２の発熱源付近、あるいは、エンジン２が稼動することにより昇温する箇所に取り付けられるのに対して、吸着器４は、発熱源や昇温箇所から離れた箇所に設置されている。吸着器４の温度が高くなると、吸着材９に反応媒体８を吸着させる吸着反応が鈍化して反応器３と吸着器４との間の圧力差が減少することにより、反応媒体８の移動が鈍化してしまう。そのため、吸着器４は、外部からの熱の影響を受け難い箇所に設置されるのが好ましい。したがって、吸着器４は、例えば、エンジン２の発熱源から離れたオイルパン２ｂの付近や、車両が前進走行する際にフロントグリル（図示せず）からの走行風が当たり易い箇所に設置されている。
【００１７】
上記のように互いに離れた箇所に設置される反応器３と吸着器４とが、配管５によって連通されている。配管５は、反応器３と吸着器４との間で反応媒体８を流通させる流路を構成しており、例えば、金属あるいは樹脂やゴム等を材料とした管状部材によって形成されている。
【００１８】
開閉バルブ６は、配管５内における反応媒体８の流通を選択的に遮断するように構成されており、配管５の途中に設けられている。図２に示す例では、反応器３と開閉バルブ６とが、配管５における第１配管５ａによって連通され、吸着器４と開閉バルブ６とが、配管５における第２配管５ｂによって連通されている。開閉バルブ６は、電気的に制御される流量制御バルブあるいは圧力制御バルブによって構成されている。なお、この開閉バルブ６が、この発明の実施形態における「バルブ機構」に相当する。
【００１９】
化学蓄熱器１は、反応器３内の蓄熱材７の温度を検出する温度センサ１０を備えている。温度センサ１０は、反応器３に設置されている。また、図２に示す例では、反応器３と開閉バルブ６との間の配管５内の圧力、すなわち、第１配管５ａ内の反応媒体８の圧力を検出する圧力センサ１１が設けられている。
【００２０】
上述したハイブリッド車両は、エンジン２を動力源としたハイブリッド走行（ＨＶモード）や第１モータ、第２モータを蓄電装置の電力で駆動して走行するモータ走行（ＥＶモード）などの走行形態が可能である。したがって、このような各モードの設定や切り替え、エンジン２の運転制御、第１モータおよび第２モータの回転制御、ならびに、上述した開閉バルブ６の動作の制御を実行するためのコントローラ（ＥＣＵ）１２が設けられている。コントローラ１２は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置である。このコントローラ１２には、例えば、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、および、車速を検出する車速センサ（いずれも図示せず）などの計測値あるいは検出値が入力されるように構成されている。また、上述した化学蓄熱器１の温度センサ１０および圧力センサ１１の各検出値が入力されるように構成されている。そして、コントローラ１２は、入力された各種データおよび予め記憶させられているデータや計算式等を使用して演算を行い、その演算結果を基に、エンジン２およびハイブリッド駆動ユニット、ならびに、化学蓄熱器１の開閉バルブ６などに対して制御指令信号を出力するように構成されている。
【００２１】
この化学蓄熱器１では、開閉バルブ６を開けて、吸着器４に保持していた反応媒体８を反応器３側へ移動させると、蓄熱材７に反応媒体８が供給され、それら蓄熱材７と反応媒体８との化学反応が進行して発熱する。したがって、化学蓄熱器１は、蓄熱材７を収容して反応器３から蓄熱材７と反応媒体８との発熱反応によって発生した熱を放熱することにより、シリンダブロック２ａを加熱する。すなわち、エンジン２を暖機する。
【００２２】
一方、蓄熱材７と反応媒体８との化合物の温度が上昇して脱離温度に達すると、化合物から反応媒体８が脱離し、その際に吸熱する。脱離した反応媒体８は、反応器３と吸着器４との間の圧力差によって吸着器４側へ移動し、吸着器４内の吸着材９に吸着される。その状態で開閉バルブ６を閉じることにより、反応媒体８が吸着器４内に保持される。したがって、化学蓄熱器１は、吸着器４内に保持して貯留した反応媒体８を再び蓄熱材７と反応させて発熱させることが可能な状態になる。すなわち、化学的に蓄熱された状態になる。
【００２３】
上記のように、この化学蓄熱器１では、開閉バルブ６の動作を制御することにより、エンジン２を暖機するタイミングや放熱量を制御することができる。しかしながら、上述したように、開閉バルブ６を開弁後に、配管５内の圧力が低下したような場合、例えば、反応器３の周囲に配置された暖機対象物の温度の低下により配管５内の圧力が低下すると、反応媒体８が脱離完了と誤って判定されるおそれがある。それに対して、この車両のコントローラ１２は、上記のように反応媒体８が脱離完了と誤って判定すること（以下、単に誤判定とも記す）を回避するとともに、確実に脱離完了と判定するために、上記の温度センサ１０ならびに圧力センサ１１の検出値もしくは出力値に基づいて脱離完了の判定を行うように構成されている。以下、具体的に実行される制御内容について説明する。
【００２４】
図１は、コントローラ１２によって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。この制御のフローチャートは、反応媒体８が脱離可能温度に到達後における蓄熱材７の温度Ｔと、配管５内の圧力Ｐとの関係性から上記の配管５内の圧力Ｐの低下が脱離完了に起因するものか否かを判定するように構成された制御例である。
【００２５】
先ず、反応媒体８が脱離可能温度に達しているか否かが判断される（ステップＳ１）。この脱離可能温度とは、上述したように、蓄熱材７と反応媒体８との化合物の温度が所定の温度以上に上昇して達する温度をいい、その脱離温度に達すると化合物から反応媒体８が脱離する。したがって、このステップＳ１で否定的に判断された場合、すなわち反応媒体８が脱離可能温度に達していないと判断された場合には、以降の制御を実行することなく、図１に示すルーチンを一旦終了する。なお、上記の脱離温度は、例えば上述した温度センサ１０によって検出される。
【００２６】
これとは反対に、上記のステップＳ１で肯定的に判断、すなわち反応媒体８が脱離可能温度に達していると判断された場合には、開閉バルブ６の開弁指示がなされる（ステップＳ２）。具体的には、化学蓄熱器１の開閉バルブ６に対して開弁指示が出力される。すなわち、開閉バルブ６が開けられて反応器３と吸着器４との圧力差によって反応媒体８が吸着器４側に移動する。言い換えれば、脱離および吸着が開始される。
【００２７】
ついで、配管５内の圧力Ｐが低下しているか否かが判断される（ステップＳ３）。この配管５内の圧力Ｐの低下は、例えば、エンジン２の出力の低下やＥＶモードで走行している場合など発熱源の放熱量の低下に伴う配管５内の圧力Ｐの低下をいう。したがって、このステップＳ３で否定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐが低下していないと判断された場合には、以降の制御を実行することなく、図１に示すルーチンを一旦終了する。なお、上記の圧力Ｐの値は、例えば上述した圧力センサ１１によって検出される。
【００２８】
これとは反対に、このステップＳ３で肯定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐがエンジン２の出力の低下等により低下していると判断された場合には、継続して配管５内の圧力Ｐが低下しているか否かが判断される（ステップＳ４）。これは、例えば、エンジンの出力等により蓄熱材７の温度Ｔが上昇し、その温度Ｔが維持もしくは上昇している状態でも配管５内の圧力Ｐが低下し続けるか否かの判断がされる。つまり、一旦、エンジンの出力の低下や外気の環境等の何らかの要因で圧力Ｐならびに温度Ｔが低下した場合であっても、再びエンジンの出力等により温度Ｔが上昇する。そしてそのような温度Ｔが、少なくとも維持された状態で圧力Ｐが低下するか否かの判断がされる。要は、上記の温度Ｔの変化と圧力Ｐの変化とから脱離が完了しているか否かが判断される。
【００２９】
したがって、このステップＳ４で否定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐの低下が継続しない場合には、以降の制御を実行することなく、図１に示すルーチンを一旦終了する。これとは反対に、このステップＳ４で肯定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐの低下が継続する場合には、配管５内の圧力Ｐが予め定められた閾値Ｘより低下したか否かが判断される（ステップＳ５）。これは、ステップＳ４で肯定的に判断され、蓄熱材７の温度Ｔが少なくとも維持されている状態で、配管５内の圧力Ｐが低下し続ける場合には脱離完了に伴う圧力変化と判定することができる。なお、この閾値とは、例えば「０」に近似する値である。したがって、このステップＳ５で否定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐが、閾値Ｘ未満でないと判断された場合には、以降の制御を実行することなく、図１に示すルーチンを一旦終了する。
【００３０】
これとは反対に、このステップＳ５で肯定的に判断、すなわち配管５内の圧力Ｐが、閾値Ｘ未満と判断された場合には、脱離完了と判断される（ステップＳ６）。つまり、蓄熱材７と反応媒体８との化合物から反応媒体８の脱離が完了する。そして、その脱離の完了に伴って、開閉バルブ６の閉弁指示がなされ（ステップＳ７）、開閉バルブ６が閉められる。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。
【００３１】
図３は、上述した図１のフローチャートを実行したときのタイムチャートを説明する図であって、特に、配管５内の圧力変化、ならびに、蓄熱材７の温度変化の一例を示している。先ず、ステップＳ１およびステップＳ２で説明したように、反応媒体８が脱離可能温度以上になると脱離が開始される（ｔ１時点）。ついで、脱離が開始され、所定の時間が経過した後に、ステップＳ３で説明したように配管５内の圧力Ｐが低下し始め、またこれに伴って蓄熱材７の温度Ｔも低下する（ｔ２時点からｔ３時点）。これは上述したエンジン２の出力が低下した場合や車両がＥＶモードで走行している場合など発熱源の放熱量の低下する場合に加えて、例えば、エンジンコンパートメント（図示せず）内の温度の低下に伴う配管５内の圧力Ｐが低下する区間である。したがって、この区間では未だ脱離完了に到らない。
【００３２】
ついで、ステップＳ４で説明したように、例えばエンジン２の出力が上昇することにより配管５内の圧力Ｐ、ならびに、蓄熱材７の温度Ｔが再度上昇する（ｔ３時点からｔ４時点）。そして、配管５内の圧力Ｐの検出値が反応媒体８の飽和蒸気圧に達して所定の時間が経過するとその圧力Ｐが再度低下する。（ｔ４時点からｔ５時点）。これはステップＳ４およびステップＳ５で説明したように、蓄熱材７の温度Ｔが維持もしくは上昇した状態でも配管５内の圧力Ｐが低下する場合には、脱離完了に伴う圧力の低下と判定することができる。したがって、このｔ４時点からｔ５時点における圧力Ｐの低下は、脱離完了に伴うものと判断できるため、圧力Ｐ＜閾値Ｘとなった時点で脱離完了と判断することができる（ｔ５時点）。
【００３３】
このように、反応媒体８が化合物から脱離完了したと判断する際に、蓄熱材７の温度Ｔの変化ならびに配管５内の圧力Ｐの変化に基づいて判断することにより、誤って脱離完了と判定することを回避することができる。すなわち、反応媒体８の脱離が開始された状態、かつ蓄熱材７の温度Ｔが維持もしくは上昇している際に、上記の配管５内の圧力が低下して、予め定めた閾値Ｘ未満になった場合には、その圧力の低下に伴って脱離完了と判定することができる。そのため、上記のようなエンジン２の発熱状態の変化や、また外気の環境等により配管５内の圧力Ｐが低下した場合であっても、脱離している途中で脱離が完了したと誤って判定することを回避できる。また、このような誤判定を回避することにより確実に脱離完了の判定ができるため、以降の発熱時に反応器３へ反応媒体８を十分に供給することができ、その結果、化学蓄熱器１による暖機性能を低下させることをも抑制もしくは回避することができる。
【００３４】
以上、上述した具体例では、エンジン２と共に第１モータおよび第２モータを駆動力源として備えたハイブリッド車両を例として説明したが、この化学蓄熱器１を適用することが可能な車両は、特定のハイブリッド車両の構成に限定されない。例えば、エンジン２および一基のモータを駆動力源として備えたハイブリッド車両や、エンジン２および三基以上の複数のモータを駆動力源として備えたハイブリッド車両など、上述したハイブリッド車両と異なる他の方式のハイブリッド車両にも適用することができる。また、この化学蓄熱器１は、駆動力源としてモータを備えず、エンジン２のみを駆動力源とする従来のエンジン車両に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１…化学蓄熱器、  ２…エンジン、  ３…反応器、  ４…吸着器、  ５…配管、  ６…開閉バルブ（バルブ機構）、  ７…蓄熱材、  ８…反応媒体、  ９…吸着材、  １０…温度センサ、  １１…圧力センサ、  １２…コントローラ（ＥＣＵ）、  Ｐ…圧力、  Ｔ…温度。
【図１】
2017172856.tif 000003
【図２】
2017172856.tif 000004
【図３】
2017172856.tif 000005