(57)【要約】【課題】次回の発熱反応時における発熱性能の大幅な低下を抑制する。【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とを接続する配管１５と、配管１５に配設され、ＮＨ３の流路を開閉するバルブ１６と、を備え、配管内ヒータ側容積が、ＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下となるように、配管１５にバルブ１６が設けられている。【選択図】図１
2017116204.tif 000002
【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配管と、
前記配管に配設され、反応媒体の流路を開閉するバルブと、
を備え、
前記配管における前記反応器との接続部から前記バルブまでの内部容積が、前記反応器に収容された前記反応材に吸着可能な反応媒体の量である反応媒体総移動量の８％に相当する反応媒体の量を前記貯蔵器の反応媒体充填圧力における体積に換算した値以下となるように、前記配管に前記バルブが設けられている、化学蓄熱装置。
【請求項２】
前記バルブは、前記反応器に隣接して設けられている、請求項１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、貯蔵器と反応器との間を接続し、貯蔵器から反応器に反応媒体を供給する配管と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３７７９１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いと、配管に配設されたバルブが開かれ貯蔵器に貯蔵された反応媒体が配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内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配管を通って貯蔵器に回収され、再生反応の最終段階で、配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、配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。そして、バルブが閉じられた状態で反応器温度が低下すると、この配管に残った反応媒体の少なくとも一部が反応器へ移動して反応器内の反応材と再度反応してしまう。その結果、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】
そこで、本発明は、次回の発熱反応時における発熱性能の大幅な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】
【０００７】
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配管と、配管に配設され、反応媒体の流路を開閉するバルブと、を備え、配管における反応器との接続部からバルブまでの内部容積が、反応器に収容された反応材に吸着可能な反応媒体の量である反応媒体総移動量の８％に相当する反応媒体の量を貯蔵器の反応媒体充填圧力における体積に換算した値以下となるように、配管にバルブが設けられている。
【０００８】
本発明に係る化学蓄熱装置では、再生反応の最終段階においてバルブが閉じられた状態における接続部からバルブまでの配管内に残る反応媒体の量は、反応材に吸着可能な反応媒体の総移動量の８％以下となる。このため、次回の発熱反応時に利用可能な反応材の減少が抑制され、その結果、次回の発熱反応時における化学蓄熱装置の発熱性能の大幅な低下を抑制することができる。
【０００９】
本発明に係る化学蓄熱装置において、バルブは、反応器に隣接して設けられていてもよい。この場合、バルブから配管における反応器との接続部までの距離が非常に短くなるので、反応媒体の配管内での移動をスムーズにするため用いる配管の直径を大きくした場合であっても、バルブが閉じられた状態における接続部からバルブまでの配管内に残る反応媒体の量を、確実に反応材に吸着可能な総移動量の８％以下にすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、次回の発熱反応時における発熱性能の大幅な低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下となるように配管に設けられたバルブの配置構成の具体例を示す図である。
【図４】１回目の発熱反応時の反応材の温度変化のグラフを示す。
【図５】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】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【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。
【００１８】
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。
【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。
【００２０】
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、配管１５と、バルブ１６と、温度センサ２２と、圧力センサ２３と、コントローラ２０と、を備えている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。また、反応材１４は反応媒体（本実施形態ではＮＨ３）と化学反応する際の容器内圧力に応じて発熱温度が変わるという特性を有している。従って、ヒータ１２で所望の発熱特性を得るために、ストレージ１１内に充填されるＮＨ３の充填圧力（反応媒体充填圧力）は、反応材１４の発熱温度に基づいて設定される。なお、所定量のＮＨ３をストレージ１１の反応媒体充填圧力における体積に換算した値を以下「ＮＨ３体積」ともいう。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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。同じ肉厚を有する配管同士で比較した場合、配管１５の外径が大きいほど、すなわち配管１５の内径が大きいほど、ストレージ１１とヒータ１２との間において配管１５を通して短時間で多くのＮＨ３を移動させることができる。例えば、配管１５として、内径が７ｍｍ以上となる、後述の３／８インチ管や１／２インチ管を使用してもよい。
【００２７】
バルブ１６は、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との間に位置している。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。
【００２８】
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。
【００２９】
圧力センサ２３は、ストレージ１１に設けられている。圧力センサ２３は、例えば一定時間毎に、ストレージ１１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。
【００３０】
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。
【００３１】
コントローラ２０は、バルブ開閉部２４と、回収量取得部２５と、判定部２６と、を有している。
【００３２】
バルブ開閉部２４は、バルブ１６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。
【００３３】
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）
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
当該配管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の開閉の制御は、例えば回収量取得部２５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。
【００３７】
具体的に、バルブ開閉部２４は、判定部２６によってＮＨ３回収率が所定の回収目標値を超えたと判定された場合に、バルブ１６を閉制御する。これにより、配管１５におけるＮＨ３の流れが遮断される。ここで、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。回収目標値は、ストレージ１１に回収されずにヒータ１２又は配管１５に残っているＮＨ３を考慮して、例えば約８０％に設定される。
【００３８】
回収量取得部２５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。
【００３９】
回収量取得部２５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２５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２５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。
【００４０】
続いて、回収量取得部２５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２５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。
【００４１】
回収量取得部２５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２５は、そのＮＨ３回収量を、所望の熱量を得るために発熱反応に必要なＮＨ３の量、つまり、ヒータ１２での発熱に使用される移動用ＮＨ３の量で除算することにより、ＮＨ３回収率を取得する。
【００４２】
判定部２６は、回収量取得部２５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へ出力する。具体的に、判定部２６は、ＮＨ３回収率が回収目標値を超えているか否かを判定する。
【００４３】
再生反応の最終段階において、ＮＨ３回収率が例えば約８０％を超えたと判定された場合に、バルブ１６が閉制御される。よって、移動用ＮＨ３のうちの一部はストレージ１１に回収されず、バルブ１６が閉じられた後、配管１５内におけるバルブ１６とヒータ１２との間に残る。このため、バルブ１６が閉じられた状態において、当該残っているＮＨ３がヒータ１２へ移動して反応材１４に吸着する、いわゆるＮＨ３の吸い戻しが生じる可能性がある。
【００４４】
本実施形態では、配管１５におけるヒータ１２との接続部１５ａからバルブ１６までの内部容積（以下、「配管内ヒータ側容積」ともいう）が、ヒータ１２に収容された反応材１４に吸着可能なＮＨ３の量である反応媒体総移動量（以下、「ＮＨ３総移動量」ともいう）の８％に相当するＮＨ３の量をストレージ１１の反応媒体充填圧力における体積に換算した値以下となるように、配管１５にバルブ１６が設けられている。ＮＨ３総移動量とは、ヒータ１２で所望の発熱反応を生じさせる場合に、ヒータ１２内に配置された反応材１４に化学吸着（配位結合）することが可能なＮＨ３の量である。ＮＨ３総移動量は、ヒータ１２内に配置された反応材１４の量によって定まる。例えば、２和物のＭｇＢｒ２を６和物のＭｇＢｒ２にする発熱反応を生じさせる場合であって、反応材１４として１ｍｏｌのＭｇＢｒ２をヒータ１２内に配置したとすると、２和物のＭｇＢｒ２に対して化学吸着することが可能なＮＨ３の量は４ｍｏｌなので、ＮＨ３の総移動量は４ｍｏｌとなる。
【００４５】
配管内ヒータ側容積とは、接続部１５ａとバルブ１６との間における配管１５の内部容積である。配管１５の内部容積とは、配管１５の内径と軸方向長さによって決まる内側の容積である。つまり、本実施形態では、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％に相当するＮＨ３の量をストレージ１１の反応媒体充填圧力における体積に換算した値（以下、「ＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積」ともいう）以下であるため、再生反応の最終段階においてバルブ１６が閉じられた状態における接続部１５ａからバルブ１６までの配管１５内に残るＮＨ３の量（以下、「ＮＨ３吸い戻し量」ともいう）が、ＮＨ３総移動量の８％以下となっている。
【００４６】
次に、図３を参照して、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下である場合のバルブ１６の配置構成の具体例を説明する。図３は、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下となるように配管１５に設けられたバルブ１６の配置構成の具体例を示す図である。図３の（ａ）は、１／２インチの外径、０．８９ｍｍの肉厚、及び１０．９ｍｍの内径を有する配管１５（以下、「１／２インチ管」ともいう）を用いた場合のバルブ１６の配置構成の一例を示している。図３の（ｂ）は、３／８インチの外径、０．８９ｍｍの肉厚、及び７．７２ｍｍの内径を有する配管１５（以下、「３／８インチ管」ともいう。）を用いた場合のバルブ１６の配置構成の一例を示している。
【００４７】
図３の（ａ）に示すように、例えば、所望の発熱特性を得るためのＮＨ３総移動量を０．０２８ｍｏｌ、温度を２５℃、ストレージ１１への反応媒体充填圧力を８５０ｋＰａとして、気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴを用いると、ＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積は約６．５３ｃｃとなる。このとき、１／２インチ管を用いた場合、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下であるバルブ１６の位置は、ヒータ１２からの距離が約６９．７ｍｍ以下となる位置である。すなわち、この場合、バルブ１６は、１／２インチ管における接続部１５ａからバルブ１６までの軸方向長さＬ１（すなわち、バルブ１６とヒータ１２との間の距離）が約６９．７ｍｍ以下となる位置に配置されている。軸方向長さＬ１は、例えば１／２インチ管におけるバルブ１６とストレージ１１との間の軸方向長さＬ２よりも小さい。すなわち、１／２インチ管内におけるバルブ１６とヒータ１２との間の距離が、１／２インチ管内におけるバルブ１６とストレージ１１との間の距離より短い。よって、１／２インチ管内におけるバルブ１６とヒータ１２との間には、１／２インチ管内におけるバルブ１６とストレージ１１との間よりも、ＮＨ３が存在し難くなっている。
【００４８】
１／２インチ管全体の軸方向長さは、少なくとも、軸方向長さＬ１の２倍よりも大きい。この場合、１／２インチ管全体の軸方向長さを、例えばストレージ１１とヒータ１２とが十分に離れて位置することが可能な長さ（例えば、約５００ｍｍ程度）にすることができ、化学蓄熱装置１０の搭載性を向上させることができる。なお、軸方向長さＬ２は、上記に限られず、例えば軸方向長さＬ１以下であってもよい。すなわち、１／２インチ管全体の軸方向長さが、軸方向長さＬ１の２倍以下であってもよい。
【００４９】
図３の（ｂ）に示すように、例えば、所望の発熱特性を得るためのＮＨ３総移動量を０．０２８ｍｏｌ、温度を２５℃、ストレージ１１への反応媒体充填圧力を８５０ｋＰａとして、気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴを用いると、ＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積は約６．５３ｃｃとなる。このとき、３／８インチ管を用いた場合、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下であるバルブ１６の位置は、ヒータ１２からの距離が約１３９．５ｍｍ以下となる位置である。すなわち、この場合、バルブ１６は、３／８インチ管における接続部１５ａからバルブ１６までの軸方向長さＬ３（すなわち、バルブ１６とヒータ１２との間の距離）が約１３９．５ｍｍ以下となる位置に配置されている。軸方向長さＬ３は、例えば３／８インチ管におけるバルブ１６とストレージ１１との間の軸方向長さＬ４よりも小さい。すなわち、３／８インチ管内におけるバルブ１６とヒータ１２との間の距離が、３／８インチ管内におけるバルブ１６とストレージ１１との間の距離より短い。よって、３／８インチ管内におけるバルブ１６とヒータ１２との間には、３／８インチ管内におけるバルブ１６とストレージ１１との間よりも、ＮＨ３が存在し難くなっている。
【００５０】
３／８インチ管全体の軸方向長さは、少なくとも、軸方向長さＬ３の２倍よりも大きい。この場合、３／８インチ管全体の軸方向長さを、例えばストレージ１１とヒータ１２とが十分に離れて位置可能な長さ（例えば、約５００ｍｍ程度）にすることができ、化学蓄熱装置１０の搭載性を向上させることができる。なお、軸方向長さＬ４は、上記に限られず、例えば軸方向長さＬ３以下であってもよい。すなわち、３／８インチ管全体の軸方向長さが、軸方向長さＬ３の２倍以下であってもよい。
【００５１】
また、例えば、１／２インチ管や３／８インチ管を含む種々の大きさの配管１５を用いた場合において、バルブ１６は、ヒータ１２に隣接して設けられていてもよい。より具体的には、バルブ１６は、配管１５におけるヒータ１２との接続部１５ａに設けられていてもよい。バルブ１６がヒータ１２に隣接していることにより、配管１５内におけるバルブ１６とヒータ１２との間が非常に短くなるため、配管１５内におけるバルブ１６とヒータ１２との間には、ＮＨ３が確実に存在し難くなる。
【００５２】
次に、図４及び表１を参照して、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下である場合、すなわちＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の８％以下である場合の作用効果の一例について説明する。この例では、ＮＨ３を貯蔵するストレージと、ＮＨ３との化学反応により発熱すると共に加熱されるとＮＨ３を脱離する反応材を有するヒータと、ストレージとヒータとを接続する配管と、配管に配設され、ＮＨ３の流路を開閉するバルブと、を備えた化学蓄熱装置を用いて、次のようにして、発熱性能に関する実験を行った。
【００５３】
まず、約１．３ｇのＭｇＢｒ２と約０．８ｇのカーボンファイバとを混合し、プレス成型加工を施してペレット状に成型した反応材をヒータ内に挿入して、真空引き後に９０℃〜１５０℃程度に加熱した。続いてストレージからヒータへ８５０ｋＰａでＮＨ３を供給して発熱反応を生じさせ、１０分待機した。続いて、ヒータを４００℃に加熱し、１時間待機して、再生反応を生じさせた。その後、バルブを閉じて、ヒータの温度が１５０℃になるまで放置した後、再度バルブを開いて、ストレージからヒータにＮＨ３を供給し、発熱反応を生じさせた。そして、当該発熱反応時における反応材の発熱温度を計測し、発熱性能を評価した。以下、再生反応後の２回目の発熱反応を「次回の発熱反応」ともいう。
【００５４】
発熱性能を評価するための基準として、図４に、１回目の発熱反応時の反応材の温度変化のグラフを示す。図４の横軸は、経過時間［ｓ］を示し、図４の縦軸は、反応材の温度を示す。図４に示すように、発熱反応時における反応材の温度のピーク値（以下、「発熱温度」ともいう）は、約２４５℃であった。化学蓄熱装置が適用される排気浄化システム等においては、瞬間的な熱出力が重要であるため、この発熱温度を用いて発熱性能を評価することができる。
【００５５】
比較例として、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の１０％のＮＨ３体積となるような位置、すなわちＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の１０％となるような位置にバルブを配置させて、上述の実験を行った。また、実施例として、配管内ヒータ側容積がＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下となるような位置、すなわちＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の８％以下となる位置にバルブを配置させて、上述の実験を行った。実施例１では、ＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の８％となる位置にバルブを配置させ、実施例２では、ＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の２％となる位置にバルブ１６を配置させた。比較例及び実施例の結果を以下の表１に示す。表１は、ＮＨ３吸い戻し量に応じた発熱温度を示す表である。なお、表１には、比較例及び実施例の結果に加え、発熱性能を評価するための基準値として、１回目の発熱反応時の反応材の発熱温度を示している。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
表１に示すように、比較例では、ＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の１０％であり、ヒータへ移動してヒータ内の反応材と再度反応してしまうＮＨ３の量が比較的多くなっている。この場合、次回の発熱反応時における反応材の発熱温度が約１８１℃であり、基準値である約２４５℃に対して発熱性能が比較的大きく低下した。これは、次回の発熱反応時に利用可能な反応材が減少してしまい、その結果、次回の発熱反応時に、所望の発熱反応（例えば、２和物のＭｇＢｒ２を６和物のＭｇＢｒ２にする発熱反応）を行うことができなかったことを示している。
【００５８】
これに対し、実施例１、２では、ＮＨ３吸い戻し量がＮＨ３総移動量の８％以下であり、ヒータへ移動してヒータ内の反応材と再度反応してしまうＮＨ３の量が少なくなっている。実施例１では、次回の発熱反応時における反応材の発熱温度が約２４２℃であり、実施例２では、次回の発熱反応時における反応材の発熱温度が約２２０℃であり、いずれの場合も、基準値である約２４５℃に対する発熱性能の低下が、比較例に比べて抑制された。これは、次回の発熱反応時に利用可能な反応材の減少が抑制される結果、次回の発熱反応時に、所望の発熱反応（例えば、２和物のＭｇＢｒ２を６和物のＭｇＢｒ２にする発熱反応）を行うことができたことを示している。
【００５９】
以上、本実施形態に係る化学蓄熱装置１０によれば、ＮＨ３吸い戻し量が、ＮＨ３総移動量の８％以下となる。このため、次回の発熱反応時に利用可能な反応材１４の減少が抑制され、その結果、次回の発熱反応時における化学蓄熱装置１０の発熱性能の大幅な低下を抑制することができる。
【００６０】
また、上記実施形態によれば、バルブ１６がヒータ１２に隣接して設けられることにより、バルブ１６から配管１５におけるヒータ１２との接続部１５ａまでの距離が非常に短くなるので、ＮＨ３の配管１５内での移動をスムーズにするため用いる配管１５の直径を大きくした場合であっても、ＮＨ３吸い戻し量を、確実にＮＨ３総移動量の８％以下にすることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、上記実施形態において、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。
【００６３】
上記実施形態では、一つのストレージ１１に対して一つのヒータ１２が接続されているとしたが、これに限られない。例えば、一つのストレージに対して、複数のヒータが接続されていてもよい。また、一つのストレージと複数のヒータとを接続する配管が、一つのストレージに接続されている一つの主配管と、主配管から分岐していると共に複数のヒータに接続されている複数の分岐配管とを有していてもよい。さらに、分岐配管のそれぞれにバルブが配設されていてもよい。この場合、各分岐配管におけるヒータとの接続部から各バルブまでの内部容積が、ＮＨ３総移動量の８％のＮＨ３体積以下となる位置に、バルブが設けられていてもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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の場合の反応材、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、反応材、吸着材は適宜他の材料が用いられる。
【００６７】
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。
【００６８】
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５に示すようなオイル循環システム１Ａに適用してもよい。
【００６９】
図５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。
【００７０】
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。
【００７１】
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】
【００７２】
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…配管、１５ａ…接続部、１６…バルブ、Ｌ１，Ｌ３…軸方向長さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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