CN107091583A - 化学蓄热器的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化学蓄热器的控制装置,该控制装置能够谋求化学蓄热器的小型化,并且能够适当选择优先进行加热和/或蓄热的部位从而进行与优先程度相应的放热和/或蓄热。化学蓄热器(1)具备使多个反应器(2)个别地与贮存器(3)连通和切断的阀机构(8),控制阀机构的开度的控制器构成为:在两个反应器(2a、2b)都处于能够进行由反应材料(5)和反应介质(6)实现的放热反应的状态的情况下、或都处于能够进行反应介质(6)脱离的吸热反应的状态的情况下,控制阀机构(8)的开度,以使得在放热或蓄热的优先程度高的第1反应器(2a)与贮存器(3)之间流通的反应介质(6)的流量,比在放热或蓄热的优先程度低的第2反应器(2b)与贮存器(3)之间流通的反应介质(6)的流量多。
Description
技术领域
本发明涉及对利用反应材料与反应介质的可逆的化学反应来进行放热和蓄热的化学蓄热器进行控制的装置。
背景技术
专利文献1和专利文献2中记载了这种装置。在专利文献1所记载的装置中,收纳第1反应材料的第1反应器安装于加热对象物,通过从第1储存器向该第1反应器供给第1反应介质,在第1反应器内利用第1反应材料与第1反应介质的反应来放热,利用该热对加热对象物进行加热。并且,在加热对象物的温度因排气的热等而变高时,第1反应介质从第1反应材料分离,第1反应介质被吸附于第1储存器。即蓄热。
专利文献1所记载的装置构成为:在第1反应器的外侧还具有第2反应器,利用收纳于该第2反应器中的第2反应材料与从第2储存器供给的第2反应介质的反应来放热,利用该热来加热第1反应器。即,专利文献1所记载的装置构成为:在第1反应器没有被排气充分加热的情况下,利用来自第2反应器的热使第1反应介质从第1反应材料分离,充分地进行由第1反应器和第1储存器实现的蓄热。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2014-227861号公报
发明内容
专利文献1所记载的装置构成为:在第1反应器中的第1反应介质的分离不充分的情况下,利用在第2反应器中产生的热来加热第1反应器,因此,需要使在第1反应器中产生的热量与在第2反应器中产生的热量不同,所以使第1反应材料和第2反应材料为不同的物质,同样地使第1反应介质和第2反应介质为互相不同的物质。即,专利文献1的装置为了对加热温度条件不同的两个部位进行加热并蓄热,分别设置了两个反应器以及储存器。
这样地设置了多个反应器以及储存器的装置可考虑应用于对加热和蓄热的温度条件相同或近似的部位或部件的加热和蓄热。在该情况下,反应器设置于各部位,但若加热和/或蓄热的温度条件相同,则能够使反应介质以及储存器由多个反应器共通化或共用化。然而,即使各部位处的加热和/或蓄热的温度条件相同或近似,也可能会在设置于各部位的反应器的放热和/或蓄热的优先程度不同、反应器的放热和/或蓄热的优先程度与温度条件不一致的情况下,发生向与放热和/或蓄热的优先程度高的反应器相比优先程度低的反应器供给反应介质、或反应介质从优先程度低的反应器脱离,而无法进行与优先程度相应的放热和/或蓄热。
本发明是着眼于上述技术课题而完成的,目的在于提供一种能够使反应介质共用于多个部位的加热和/或蓄热而谋求化学蓄热器的小型化,并且能够适当地选择优先进行放热和/或蓄热的部位从而进行与优先程度相应的放热和/或蓄热的化学蓄热器的控制装置。
为了达成上述目的,本发明提供一种化学蓄热器的控制装置,所述化学蓄热器通过由反应材料和反应介质实现的放热反应来放热,通过所述反应介质从所述反应材料脱离来蓄热,并且通过维持所述反应介质从所述反应材料脱离了的状态来蓄热,所述控制装置的特征在于,所述化学蓄热器具备:分别具备所述反应材料,与加热对象物进行热交换的多个反应器;与所述多个反应器连接并且贮存所述反应介质的贮存器;以及使所述多个反应器个别地与所述贮存器连通和切断的阀机构,所述控制装置具备控制所述阀机构的开度的控制器,所述控制器构成为,在所述多个反应器中的至少两个反应器都处于能够进行由所述反应材料和所述反应介质实现的放热反应的状态的情况下、或都处于能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,控制所述阀机构的开度,以使得在所述两个反应器中放热或蓄热的优先程度高的第1反应器与所述贮存器之间流通的所述反应介质的流量,比在放热或蓄热的优先程度低的第2反应器与所述贮存器之间流通的所述反应介质的流量多。
在本发明中,所述化学蓄热器可以具有:将所述第1反应器与所述贮存器连接的第1管路;以及将所述第2反应器与所述贮存器连接的第2管路,可以设置成:所述阀机构被构成为能够个别地开闭所述第1管路和所述第2管路,所述控制器被构成为在所述多个反应器中的至少两个反应器都处于能够进行由所述反应材料和所述反应介质实现的放热反应的状态的情况下,控制所述阀机构,以使得所述第1管路成为打开状态,且所述第2管路成为关闭状态。
另外,在本发明中,所述控制器可以构成为:在对所述第1反应器供给的所述反应介质的供给量达到了预先设定的量后,控制所述阀机构,以使得所述第2管路成为打开状态。
而且,本发明可以设置成:所述至少两个反应器都能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态,包括所述两个反应器的温度都达到了所述反应介质从所述反应材料开始脱离的判断基准温度的状态,所述控制器被构成为在所述第1反应器的温度达到了所述判断基准温度后所述第2反应器的温度达到所述判断基准温度,从而所述至少两个反应器都成为了能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,或者在所述第2反应器的温度达到了所述判断基准温度后所述第1反应器的温度达到所述判断基准温度,从而所述至少两个反应器都成为了能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,控制所述阀机构的开度,以使得所述第1反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量比所述第2反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量多。
并且,在本发明中,所述控制器可以构成为:在所述第1反应器中所述反应介质从所述反应材料的脱离完成后,控制所述阀机构的开度,以使得在所述第2反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量比所述第1反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量多。
根据本发明,相对于多个反应器设置一个贮存器即可,所以能够简化化学蓄热器的整体结构,能够使其小型化。而且,能够利用阀机构来避免或抑制其他反应器中的吸热反应和/或放热反应对应该优先进行放热和/或蓄热的反应器的影响,所以能够有效地进行放热和蓄热。
阀机构构成为对各反应器供给反应介质,将排出的管路开闭,由此能够避免或抑制应该在某一反应器与贮存器之间流通的反应介质向其他反应器流动等事态。结果,能够有效地使预定的反应器中的放热优先。
在该情况下,在对第1反应器充分地供给了反应介质后,增大对第2反应器供给的反应介质的供给量,所以能够利用各反应器进行放热和与此相伴的暖机。
而且,在本发明中,在第1反应器的温度达到能够进行反应介质的脱离的温度的定时、与第2反应器的温度达到能够进行反应介质的脱离的温度的定时存在偏差的情况下,控制阀机构的开度,以使得从应该优先蓄热的第1反应器向贮存器流通的反应介质的量比从第2反应器向贮存器流通的反应介质的量多,所以即使在第2反应器中发生了反应介质的脱离,也能够减少其影响,使第1反应器中的脱离即蓄热发生,从而能够有效地进行与优先程度相应的蓄热。
存在这样的达到脱离开始的温度的定时的偏差的情况下,使第1反应器中的脱离优先的控制,持续直到第1反应器中的反应介质的脱离完成为止,其后增大反应介质从第2反应器相对于贮存器流通的流通量,所以能够有效地进行与优先程度相应的蓄热。
附图说明
图1是示意性地示出本发明中作为对象的化学蓄热器的一例的框图。
图2是示出与电子控制装置(ECU)相关的输入数据以及输出信号的例子的框图。
图3A是示出由本发明的实施方式中的控制装置所实施的控制的一例的一部分的部分流程图。
图3B是示出由本发明的实施方式中的控制装置所实施的控制的一例的另一部分的部分流程图。
图3C是示出由本发明的实施方式中的控制装置所实施的控制的一例的又一部分的部分流程图。
图4是说明进行脱离的完成的判断的情况下的压力与温度的关系的线图。
图5是示出由本发明的实施方式中的控制装置进行了控制的情况下的各反应器的温度的变化的一例的时间图。
图6是示意性地示出对各阀进行了控制以使得发生图5所示的温度变化的情况下的各阀的开闭的状态以及反应介质的流动的框图。
图7是示出由本发明的实施方式中的控制装置进行了控制的情况下的各反应器的温度的变化的另一例的时间图。
图8是示意性地示出对各阀进行了控制以使得发生图7所示的温度变化的情况下的蓄热过程中的各阀的开闭的状态以及反应介质的流动的框图。
图9是示出由本发明的实施方式中的控制装置进行了控制的情况下的各反应器的温度的变化的又一例的时间图。
图10是示意性地示出对各阀进行了控制以使得发生图9所示的温度变化的情况下的蓄热过程中的各阀的开闭的状态以及反应介质的流动的框图。
图11是示出由本发明的实施方式中的控制装置进行了控制的情况下的各反应器的温度的变化的又一例的时间图。
图12是示意性地示出对各阀进行了控制以使得发生图11所示的温度变化的情况下的蓄热过程中的各阀的开闭的状态以及反应介质的流动的框图。
附图标记说明
1…化学蓄热器,2、2a、2b…反应器,3…吸附器,4…加热对象部,5a、5b…反应材料(蓄热材料),6…反应介质,7、7a、7b…管路,8…阀机构,8a、8b…阀,9…电子控制装置(ECU),10a、10b…温度传感器,11…压力传感器。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了本发明的实施方式中的化学蓄热器1的一例。此处所示的化学蓄热器1具有多个反应器2和这些反应器2共同使用的吸附器3。在图1中示出了两个反应器2a、2b。上述反应器2a、2b安装于加热对象部4并构成为在与加热对象部4之间进行热交换。
各反应器2a、2b具备可逆地进行放热反应和吸热反应的反应材料(也称为蓄热材料)5a、5b。放热反应通过反应材料5a、5b与反应介质6化合来发生,吸热反应通过反应介质6从反应材料5a、5b分离(脱离)来发生。进行这样的化学反应的反应材料5a、5b可以是Mg、CaO、FeCl2等以往的化学蓄热器中所采用的物质,还可以使用上述的专利文献1所记载的物质作为反应材料5a、5b。因此,反应介质6根据作为反应材料5a、5b而使用的物质,可采用NH3、H2O、CO2等发生上述的放热反应和吸热反应的物质。
吸附器3是将反应介质6以从反应材料5a、5b分离了的状态贮存的贮存器,其可以根据反应介质6而具备陶瓷制或合成树脂制的多孔质体、活性碳的成型体或者使反应介质冷凝的水等作为吸附材料。
安装有反应器2a、2b的加热对象部4是在停止状态下温度低、通过工作从而温度变高的部位,例如:发动机的汽缸体、进气口的附近、排气口的附近、油盘、排气净化催化剂等。
各反应器2a、2b和吸附器3通过使反应介质6流通的管路7而连通。在该管路7的中途设置有阀机构8。阀机构8是构成为个别地对反应介质6在一方的反应器2a与吸附器3之间的流通、和反应介质6在另一方的反应器2b与吸附器3之间的流通进行控制的机构,作为一例,具备在将一方的反应器2a与吸附器3连通的管路7a中设置的阀8a、以及在将另一方的反应器2b与吸附器3连通的管路7b中设置的阀8b。这些阀8a、8b可以是电控制的流量控制阀或压力控制阀。此外,在相对于一个吸附器3而设置有两个反应器2a、2b的情况下,阀机构8也可以由三通切换阀构成。
虽然在图1中未图示,但设置有用于对该阀机构8的开闭和/或开度进行控制的电子控制装置(ECU)9。为了取得用于该控制的数据,设置有检测各反应器2a、2b的温度的温度传感器10a、10b,以及检测吸附器3中的反应流体6的压力的压力传感器11。ECU9相当于本发明的实施方式中的控制器,以微型电子计算机为主体而构成为:使用从各传感器10a、10b、11、未图示的其他传感器等输入的数据、预先存储的数据等来进行运算,将运算结果作为控制指令信号向各阀8a、8b输出,控制其开度和/或开闭的状态。在图2中示出了与ECU9相关的输入数据以及输出信号的例子。
作为本发明的实施方式的控制装置构成为:使与吸附器3连通的反应器2a、2b中的、设置于优先加热的部位的反应器2a中的放热反应和吸热反应优先发生。具体而言,构成为:由阀机构8来控制各反应器2a、2b中的反应介质6的流通或压力,对各反应器2a、2b的放热赋予优先度,另外对为再次的放热而准备的蓄热赋予优先度。图3A、图3B以及图3C是用于说明由作为本发明的实施方式的控制装置所执行的控制的一例的流程图。该图3A、图3B以及图3C所示的例程例如在发动机水温低的状态下启动发动机时执行。
在图3A中,首先,使对放热或蓄热的优先程度高的一方的反应器(以下,记为第1反应器)2a供给的反应介质6的供给量,比对放热或蓄热的优先程度比第1反应器2a的放热或蓄热的优先程度低的另一方的反应器(以下,记为第2反应器)2b供给的反应介质6的供给量多(步骤S1)。此外,在此“优先”是指早期达成放热或蓄热,优先程度高的反应器意味着应该比其他反应器更早地达成放热和/或蓄热的反应器。另外,应该比其他反应器更早地达成放热的反应器例如是安装于如下加热对象物的反应器:所述加热对象物与安装有其他反应器的加热对象物相比放热量小,与其他加热对象物相比暖机更花费时间。而且,应该比其他反应器更早地达成蓄热的反应器例如是安装于如下加热对象物的反应器:所述加热对象物虽然在下次的放热反应时与安装了其他反应器的加热对象物相比需要加热,但是放热量小,相比安装于其他加热对象物的反应器,达到反应介质从蓄热材料脱离的温度需要更长时间。
该步骤S1的控制可以通过使第1反应器2a侧的阀(以下,有时记为第1阀)8a的开度比第2反应器2b侧的阀(以下,有时记为第2阀)8b的开度大来进行。在该情况下,第1阀8a的开度比第2阀8b的开度大即可,因此第2阀8b也可以关闭。以下,在各阀8a、8b中,将开度大记为“开”,将开度小(包括全闭)记为“闭”。
在各反应器2a、2b中,根据反应介质6的供给的有无或多少来发生放热反应。即,由于向第1反应器2a供给的反应介质6的量比向第2反应器2b供给的反应介质6的量多、或没有向第2反应器2b供给反应介质6,所以第1反应器2a中的反应材料5a与反应介质6的反应优先于第2反应器2b而发生,其温度上升。即,加热对象物4中安装有第1反应器2a的部位优先于其他部位而被加热(或暖机)。
在执行步骤S1的控制的过程中,判断第1反应器2a的温度TA是否达到了预先设定的阈值τ0(步骤S2)。该阈值τ0是用于对为了使第1反应器2a所要求的热量在第1反应器2a中产生而向第1反应器2a供给了足够的量的反应介质6、或者向第1反应器2a供给了预先设定的量的反应介质6进行判定的温度,可以通过实验等来预先设定。在步骤S2中判断为否定的情况下,返回到步骤S1而继续以前的控制。
与此相对,在步骤S2中判断为肯定的情况下,关闭第1阀8a(包括使开度减小),且打开第2阀8b(包括使开度增大)(步骤S3)。即,使第2阀8b的开度比第1阀8a的开度大,使对第2反应器2b供给的反应介质6的供给量增大。因此,虽然第1反应器2a的温度比第2反应器2b的温度高,但通过在第1反应器2a中减少反应介质6的供给量从而使温度上升梯度下降。
与此相对,在第2反应器2b中,通过增大反应介质6的供给量从而放热反应变得强烈,伴随着放热量的增大,温度的上升梯度变大。此外,在各反应器2a、2b中使放热反应发生从而对加热对象部4进行加热(暖机)的状态下,具有加热对象部4的发动机开始启动。与此相伴加热对象部4自身也放热,所以其热也增加从而使各反应器2a、2b的温度上升。
对于像这样温度上升的反应器2b的温度TB是否达到了阈值τ0进行判断(步骤S4)。在步骤S4中判断为否定的情况下,返回到步骤S3而维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S4中判断为肯定的情况下,对第2反应器2b也充分地供给了反应介质6从而成为放热反应大致完成了的状态。因此,在步骤S4中判断为肯定的情况下,使在上述的步骤S3中被设为全闭、或开度被减小了的第1阀8a为全开、或者使其开度增大,并使第2阀8b维持为打开状态(步骤S5)。这样,为准备第1反应器2a与第2反应器2b的脱离,第1阀8a和第2阀8b都成为打开状态。此外,第1阀8a和第2阀8b的开度不一定必须相同,只要为打开状态则开度也可以互相不同。
接着,判断是否为第1反应器2a的温度TA低于脱离开始温度τ1、且第2反应器2b的温度TB达到了脱离开始温度τ1的状态(步骤S6)。脱离开始温度τ1相当于本发明的实施方式中的判断基准温度,是由反应材料5a、5b和反应介质6确定的温度。例如在反应材料5a、5b为Mg、反应介质6为H2O的情况下,脱离开始温度τ1为287℃,在反应材料5a、5b为CaO、反应介质6为H2O的情况下,脱离开始温度τ1为480℃,在反应材料5a、5b为FeCl2·NH3、反应介质6为NH3的情况下,脱离开始温度τ1为278℃。如上所述,在第2反应器2b的温度TB达到了阈值τ0后(步骤S4),第1阀8a被设为全开、或者使其开度增大,所以有时第1反应器2a的温度TA会晚于第2反应器2b地达到脱离开始温度τ1。在这样的情况下,在步骤S6中被判断为肯定。在该情况下,使第2阀8b为全开、或者使其开度增大,在该状态下将第1阀8a控制为打开状态或关闭状态中的任一状态(步骤S7)。
第1阀8a的开闭状态可以是“开”和“闭”中的任一方,这是因为第1反应器2a被已经成为工作状态的加热对象部4加热,等待第1反应器2a的温度达到脱离开始温度τ1。另外,成为第2反应器2b的温度已经达到脱离开始温度τ1、发生反应介质6从反应材料5b分离(脱离)的吸热反应、可进行蓄热的状态,而且通过第1反应器2a尚未处于发生反应介质6分离的反应的状态,从而在第2反应器2b中分离了的反应介质6不会对第1反应器2a产生影响,所以第2阀8b被维持为全开、或维持为增大了其开度的状态。
如上所述,第1反应器2a被加热对象部4的热加热,判断在该状态下第1反应器2a的温度TA是否达到了脱离开始温度τ1(步骤S8)。在该步骤S8中判断为肯定的情况下,第1阀8a被控制为全开、或者使其开度增大,且第2阀8b被控制为全闭、或者被控制为其开度比第1阀8a的开度小的状态(步骤S9)。第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1而成为了能够进行反应介质6的脱离即蓄热的状态,所以为了进行第1反应器2a中的反应介质6的脱离即蓄热而使第1阀8a为全开、或者使其开度增大。与此相对,第2阀8b被控制为全闭、或者减小其开度。
通过使第2阀8b为全闭、或者减小其开度,从而避免或抑制下述情况:在第2反应器2b中从反应材料5b分离了的反应介质6向第1反应器2a侧流动、或提高吸附器3的内压。在该状态下,第1反应器2a与吸附器3连通,所以可促进第1反应器2a中的反应介质6的分离(脱离)。即,可抑制或限制第2反应器2b中的反应介质6的脱离即第2反应器2b中的蓄热,优先进行由第1反应器2a实现的蓄热。
接着,判断第1反应器2a中的反应介质6的脱离是否已完成(步骤S10)。在该情况下,一并确认第2反应器2b的温度TB是否下降而低于脱离开始温度τ1,所以可判断第2反应器2b的温度TB是否为脱离开始温度τ1以上。反应介质6的脱离(蓄热)完成的判断可以如以下所说明那样来执行。
图4示意性地示出了在反应器2中反应介质6从开始脱离到脱离完成为止的压力与温度的变化,在反应器2的温度(更准确而言为反应材料的温度)达到脱离温度τ1之前(t1时点之前),若无视与温度上升相伴的膨胀则反应器2的压力成为大致一定。其后,在反应介质6的脱离开始后,压力逐渐增大。在该反应介质6的脱离与由吸附器3对脱离了的反应介质6的吸附相平衡时(t2时点),压力成为大致一定(t2时点~t3时点)。
在进行脱离而从反应材料分离的反应介质6的量开始减少时(t3时点),由吸附器3吸附的反应介质6的吸附量超过从反应材料分离的分离量,由此压力开始下降。此外,在反应器2中发生由反应介质6的脱离实现的吸热反应,所以温度被维持为大致一定。并且,在反应介质6的脱离完成时,反应器2中的吸热反应结束,所以反应器2的温度由于从加热对象部4传递的热而开始上升(t4时点)。这样,在反应介质6的脱离完成后,压力下降,并且温度上升到脱离温度τ1以上,所以能够通过检测反应器2的温度与压力的这样的变化,来判断反应介质6的脱离的完成。
在图3A所示的步骤S10中如上所述那样地判断第1反应器2a中的反应介质6的脱离的完成,因脱离没有完成而在步骤S10中判断为否定的情况下,返回到步骤S9而维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S10中判定为肯定的情况下,使第1阀8a为全闭、或者减小其开度,且使第2阀8b为全开、或者使其开度增大(步骤S11)。通过这样控制第2阀8b,从而在第2反应器2b中使反应介质6的脱离即蓄热进行。在该情况下,反应介质6的脱离结束了的第1反应器2a可通过使第1阀8a为全闭、或者减小其开度来阻止或抑制反应介质6的流入,从而良好地维持蓄热状态。
判断来自该第2反应器2b的反应介质6的脱离的完成(步骤S12)。在该步骤S12中判断为否定的情况下,为了使第2反应器2b中的反应介质6的脱离继续而返回到步骤S11,维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S12中判断为肯定的情况下,将各阀8a、8b都关闭(步骤S13),其后,暂且结束图3A所示的例程。即,将各反应器2a、2b从吸附器3切断,阻止反应材料5a、5b与反应介质6化合,维持蓄热状态。
在将进行了上述的图3A的步骤S1~步骤S13的控制的情况下的各反应器2a、2b的温度TA、TB的变化用时间图示出时,正如图5所示。此外,在图6的(a)~(g)中示意性地示出了各阀8a、8b的开闭的状态以及反应介质6的流动的状态。在图6中,白色的阀8a、8b表示“开状态”,黑色的阀8a、8b表示“闭状态”,虚线表示“开”、“闭”中的任一方都可以。
在对加热对象部4进行加热(暖机)的判断成立时(t10时点),如图6的(a)所示,第1阀8a被打开,且第2阀8b被维持为关闭状态。因此,反应介质6被供给到第1反应器2a,在第1反应器2a中发生放热反应,通过来自第1反应器2a的放热从而使加热对象部4被加热(暖机)。在该情况下,通过加热对象部4开始工作,另外通过来自第1反应器2a的热传递从而使第2反应器2b的温度TB稍稍上升。
在这样地第1反应器2a的温度TA达到上述的阈值τ0时(t11时点),如图6的(b)所示,第1阀8a被关闭,且第2阀8b被打开。因此,可避免或抑制从吸附器3向第1反应器2a供给的反应介质6的一部分向第2反应器2b侧流动、或与此相伴第1反应器2a中的反应介质6的量不足等事态,使第1反应器2a中的放热优先于第2反应器2b执行。在t11时点之后,第1反应器2a的温度上升变得缓慢,与此相对第2反应器2b中的放热反应变得活跃,其温度TB以大的梯度上升。
在第2反应器2b的温度TB达到上述的阈值τ0时(t12时点),如图6的(c)所示,各阀8a、8b都被打开。在该状态下,对各反应器2a、2b供给足够的量的反应介质6,放热反应大致结束,加热对象部4被必要且充分地加热。因此,在各反应器2a、2b中尤其没有发生反应。另外,加热对象部4工作,其温度逐渐变高,所以各反应器2a、2b的温度继续上升。
然后,在第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1时(t13时点),关于第2反应器2b,成为能够进行反应介质6的脱离的状态,所以为了进行反应介质6的脱离(与第2反应器2b相关的蓄热),如图6的(d)所示,第2阀8b被打开。与此相对,在第1反应器2a中与反应介质6的反应结束,且没有达到反应介质6发生脱离的温度。因此,反应介质6相对于第1反应器2a的流入和流出没有被特别限制,另外也没有要求,所以第1阀8a可以是打开状态和关闭状态中的任一状态。然而,第1阀8a在之前成为打开状态,另外任一方为了达到脱离开始温度τ1来使反应介质6脱离而控制为打开状态,所以为了避免不必要地切换开闭状态,可以将第1阀8a维持为打开状态。
在第2反应器2b中使反应介质6的脱离发生了的状态下第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1时(t14时点),如图6的(e)所示,打开第1阀8a,且关闭第2阀8b。即,在第1以及第2反应器2a、2b都成为了可脱离状态的情况下,使第1反应器2a中的脱离(即蓄热)优先于第2反应器2b。在第2反应器2b中,通过脱离了的反应介质6使其蒸气压变高,抑制第2反应器2b中的反应介质6的脱离(即蓄热)。另外,第1反应器2a通过打开第1阀8a、且关闭第2阀8b,由此不会从第2反应器2b流入反应介质6而限制或抑制第1反应器2a中的反应介质6的脱离,当然在第1反应器2a中脱离了的反应介质6会积极地流入吸附器3而被吸附。即,由第1反应器2a中的反应介质6的脱离实现的蓄热优先于第2反应器2b发生。此外,在第2反应器2b中反应介质6的脱离即吸热反应被限制或抑制,所以温度逐渐上升。
在第1反应器2a中进行反应介质6的脱离,最终脱离完成(t15时点)。在该状态下,优先进行的由第1反应器2a实现的蓄热已结束,所以为了再开始由第2反应器2b实现的蓄热,如图6的(f)所示,第2阀8b被打开。在该情况下,为了防止或抑制来自第2反应器8b的反应介质6流入第1反应器2a而将第1阀8a关闭。
然后,在第2反应器2b中的反应介质6的脱离(由第2反应器2b实现的蓄热)已完成的情况下(t16时点),如图6的(g)所示那样第1以及第2阀8a、8b都被关闭。这是为了维持由各反应器2a、2b实现的蓄热状态。此外,各反应器2a、2b的温度随着加热对象部4的温度上升而上升。
在第1反应器2a与第2反应器2b的温度的变化的方式与上述的图5所示的例子不同的情况下,在图3A所示的例程中的步骤S6和/或步骤S8中判断为否定。例如在第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1之前第2反应器2b中的反应介质6的脱离已完成的情况下,在步骤S8中判断为否定。在该情况下,进入图3B所示的步骤S14,判断在第1反应器2a的温度TA低于脱离开始温度τ1的状态下第2反应器2b中的反应介质6的脱离是否已完成。此外,脱离的完成的判断按照参照上述的图4所说明的来进行即可。
在该步骤S14中判断为否定的情况下,返回到图3A所示的步骤S7,各阀8a、8b的开闭状态被维持为以前的状态。与此相对,在步骤S14中判断为肯定的情况下,将第2阀8b控制为关闭状态,且将第1阀8a控制为打开状态或关闭状态中的任一状态(步骤S15)。关闭第2阀8b是为了在第1反应器2a中反应介质6脱离了的情况下避免或抑制该反应介质6流入第2反应器2b。另外,第1阀8a的开闭状态可以是“开”和“闭”中的任一方,这是为了使第1反应器2a由已经成为工作状态的加热对象部4加热,等待第1反应器2a的温度达到脱离开始温度τ1。
其后,判断第1反应器2a的温度TA是否达到了脱离开始温度τ1(步骤S16)。在该步骤S16中判断为否定的情况下,返回到步骤S15而维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S16中判断为肯定的情况下,在关闭第2阀8b的状态下,将第1阀8a控制为打开状态,使第1反应器2a中的反应介质6的脱离进行(步骤S17)。即,进行由第1反应器2a实现的蓄热。
判断这样地进行的第1反应器2a中的脱离是否已完成(步骤S18)。在该步骤S18中判断为否定的情况下,返回到步骤S17而维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S18中判断为肯定的情况下,第1反应器2a以及第2反应器2b中的反应介质6的脱离都已完成,所以进入图3A所示的步骤S13,第1以及第2阀8a、8b被关闭,暂且结束图3A以及图3B所示的例程。
如果将在上述的图3A的步骤S8中判断为否定、且在图3B的步骤S14中判断为肯定的情况下的各反应器2a、2b的温度TA、TB的变化用时间图表示,则正如图7所示。另外,在图8的(a)~(c)中示意性地示出了各阀8a、8b的开闭的状态以及反应介质6的流动的状态。此外,在图8中示出了发生吸热反应的状态,在发生放热反应的状态下与上述的图6同样,所以在图8中省略了发生放热反应的情况下的各阀8a、8b的开闭的状态。另外,与各阀8a、8b相关的符号的意义与图6所示的例子是同样的。
通过对加热对象部4进行加热(暖机)的判断成立(t20时点),第1阀8a被打开,且第2阀8b被维持为关闭状态。接着,第1反应器2a的温度TA达到上述的阈值τ0(t21时点),第1阀8a被关闭,且第2阀8b被打开。接着,在第2反应器2b的温度TB达到上述的阈值τ0时(t22时点),各阀8a、8b都被控制为打开状态。在该状态下,加热对象部4工作,其温度逐渐变高,所以各反应器2a、2b的温度继续上升(t22时点~t23时点)。
然后,在第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1时(t23时点),第2阀8b被打开。此外,图7所示的从t20时点到t23时点为止的各反应器2a、2b的温度变化与图5所示的从t10时点到t13时点为止的温度变化相同或相似。与此相对,在第1反应器2a中与反应介质6的反应结束,且没有达到反应介质6发生脱离的温度。因此,反应介质6相对于第1反应器2a的流入和流出没有被特别限制,另外也没有要求,所以第1阀8a可以是打开状态和关闭状态中的任一状态。在图8的(a)中示出了该状态。
上述的从t20时点到t23时点为止的各阀8a、8b的控制及其开闭的状态、以及各反应器2a、2b的温度的变化,与上述的图3A的流程图所示的控制及图6的(a)~(d)所示的状态、以及图5所示的变化是同样的。
其后,在第1反应器2a的温度达到脱离开始温度τ1以前(t24时点)第2反应器2b中的反应介质6的脱离完成。在这样的情况下,在上述的图3B所示的步骤S14中判断为肯定,第2阀8b被关闭。这是为了避免或抑制从第1反应器2a向第2反应器2b流入反应介质6,为了维持由第2反应器2b实现的蓄热状态。此外,第1阀8a可以关闭,或者也可以打开。这是因为第1反应器2a中的放热反应结束,另外不发生反应介质6的脱离。在图8的(b)中示意性地示出了该状态。
在第2反应器2b中的反应介质6的脱离完成后,第2反应器2b的温度TB通过加热对象部4而逐渐上升。在该过程中第1反应器2a的温度达到脱离开始温度τ1时(t25时点),第1反应器2a中的反应介质6的脱离发生,所以为了促进由反应介质6脱离而实现的蓄热,第1阀8a如图8的(c)所示被控制为打开状态。此外,为了维持由第2反应器2b实现的蓄热状态,第2阀8b被维持为关闭状态。
在进行第1反应器2a中的反应介质6的脱离、且最终脱离完成时(t26时点),为了维持由第1反应器2a实现的蓄热状态而将第1阀8a关闭。该状态是上述的图6的(g)所示的状态。此外,各反应器2a、2b的温度随着加热对象部4的温度上升而上升。
上述的两个例子是第2反应器2b的温度TB比第1反应器2a的温度TA先达到脱离开始温度τ1的例子,但有时与此相反,第1反应器2a的温度TA比第2反应器2b的温度TB先达到脱离开始温度τ1。以下对该例进行说明。在第1反应器2a的温度TA比第2反应器2b的温度TB先达到脱离开始温度τ1时,在上述的图3A所示的例程中的步骤S6中判断为否定。在该情况下,进入图3C所示的例程中的步骤S19,判断是否第1反应器2a的温度TA为脱离开始温度τ1以上且第2反应器2b的温度TB低于脱离开始温度τ1。
在步骤S19中判断为否定的情况下,返回到图3A所示的步骤S5。另外,在步骤S19中判断为肯定的情况下,打开第1阀8a(步骤S20)。这是为了使第1反应器2a与吸附器3连通而进行第1反应器2a中的反应介质6的脱离。在该情况下,第2阀8b可以控制为“开”和“闭”中的任一状态。这是因为虽然第2反应器2b中的放热反应大致结束,但在第2反应器2b中未发生反应介质6的脱离,而且即使从第1反应器2a流入反应介质6也不会有什么问题。
判断在第1反应器2a中使反应介质6的脱离发生了的状态下第2反应器2b的温度TB是否成为了脱离开始温度τ1以上(步骤S21)。在该步骤S21中判断为肯定的情况下,能够在第1反应器2a和第2反应器2b两者中进行反应介质6的脱离,所以为了使第1反应器2a中的反应介质6的脱离优先,进入图3A所示的步骤S9,将第1阀8a控制为打开状态,且将第2阀8b控制为关闭状态。之后,依次执行图3A所示的步骤S10~步骤S13的控制。此外,在步骤S21中判断为否定的情况下,判断第1反应器2a中的反应介质6的脱离是否已完成。在该步骤S22中判断为否定的情况下,返回到步骤S20,维持之前的控制状态。
在图9中用时间图示出了执行上述的步骤S19~步骤S21以及步骤S9~步骤S13的控制的情况下的各反应器2a、2b的温度变化的一例。另外,在图10的(a)~(c)中示意性地示出了各阀8a、8b的开闭的状态以及反应介质6的流动的状态。此外,在图10中示出了发生吸热反应的状态,在发生放热反应的状态下与上述的图6是同样的,所以在图10中省略了发生放热反应的情况下的各阀8a、8b的开闭的状态。另外,与各阀8a、8b相关的符号的意义与图6所示的例子是同样的。
通过对加热对象部4进行加热(暖机)的判断成立(t30时点),第1阀8a被打开,且第2阀8b被维持为关闭状态或低开度,与此相伴第1反应器2a的温度TA逐渐变高,另外第2反应器2b的温度TB以比第1反应器2a的温度TA小的梯度上升(t30时点~t31时点)。这样的温度变化与图5和/或图7所示的例子是同样的。第1反应器2a的温度TA达到上述的阈值τ0(t31时点),第1阀8a被关闭,且第2阀8b被打开。
接着,在第2反应器2b的温度TB达到上述的阈值τ0时(t32时点),各阀8a、8b都被控制为打开状态。在该状态下,加热对象部4工作,其温度逐渐变高,所以各反应器2a、2b的温度继续上升,但在图9所示的例子中,第2反应器2b的温度TB的上升的梯度下降(t32时点~t33时点)。此外,图9所示的从t31时点到t32时点为止的各反应器2a、2b的温度变化与图5所示的从t11时点到t12时点为止的温度变化相同或相似。
在图9所示的例子中,通过使第2反应器2b的温度TB的上升变得缓慢,从而在第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1以前,第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1(t33时点)。在该状态下第1阀8a被控制为打开状态,在第1反应器2a中发生反应介质6的脱离,所以第1反应器2a的温度TA通过反应材料5a与反应介质6的吸热反应而被维持为脱离开始温度τ1左右的一定温度。与此相对,第2反应器2b的温度TB利用从加热对象部4传递的热,向脱离开始温度τ1上升(t33时点~t34时点)。该情况下的各阀8a、8b的开闭的状态正如图10的(a)所示,第2阀8b可以是“开”和“闭”中的任一方。
在第1反应器2a中的脱离进行着的状态下第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1时(t34时点),第1反应器2a和第2反应器2b双方成为能够进行反应介质6的脱离的状态。因此,如图10的(b)所示,为了使第1反应器2a中的脱离(蓄热)优先于第2反应器2b,而将第2阀8b关闭。即,可避免或抑制在第2反应器2b中脱离了的反应介质6流入第1反应器2a、或使吸附器3的压力上升的事态,从而使第1反应器2a中的反应介质6的脱离以及与此相伴的蓄热相对于第2反应器2b优先发生。此外,在第2反应器2b中第2阀8b被关闭,反应介质6的脱离(吸热反应)被限制,所以第2反应器2b的温度TB利用从加热对象部4传递的热,逐渐升高至脱离开始温度τ1以上的温度(t34时点~t35时点)。
在进行第1反应器2a中的脱离而第1反应器2a中的反应介质6的脱离完成时(t35时点),如图10的(c)所示,第1阀8a被关闭,由第1反应器2a实现的蓄热完成,其温度TA通过来自加热对象部4的热而逐渐上升。另外,第2阀8b被控制打为开状态,第2反应器2b中的反应介质6的脱离(吸热反应)开始,第2反应器2b的温度被维持为与来自加热对象部4的输入热量和由反应介质6的脱离实现的蓄热相应的预定的温度(t35时点~t36时点)。然后,在第2反应器2b中反应介质6的脱离完成时(t36时点),第1阀8a和第2阀8b双方被控制为关闭状态。因此,第2反应器2b的温度TB逐渐上升。上述t34时点之后的各温度TA、TB的变化以及各阀8a、8b的开闭的状态与上述的图5和图6所示的状态是同样的。
接着,对在第1反应器2a中的反应介质6的脱离完成后,第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1的情况下的控制例进行说明。在这样的情况下,在第2反应器2b的温度TA低于脱离开始温度τ1的状态下,第1反应器2a中的反应介质6的脱离已完成,所以在上述的图3C所示的步骤S21中判断为否定,且在步骤S22中判断为肯定。在该情况下,为了维持由第1反应器2a实现的蓄热状态而将第1阀8a关闭(步骤S23),切断第1反应器2a与吸附器3的连通。此外,因第2反应器2b的温度TB低于脱离开始温度τ1,第2阀8b的开闭状态可以是“开”和“闭”中的任一方。
接着,判断第2反应器2b的温度TB是否为脱离开始温度τ1以上,即是否达到了脱离开始温度τ1(步骤S24)。在该步骤S24中判断为否定的情况下返回到步骤S23,维持以前的控制状态。与此相对,在步骤S24中判断为肯定的情况下,为了使第2反应器2b中的反应介质6的脱离(蓄热)进行而将第2阀8b控制为打开状态,且将第1阀8a维持为关闭状态。这是上述的图3A所示的步骤S11的控制,因此在此之后依次执行图3A所示的步骤S12和步骤S13的控制,其后,图3A~图3C所示的例程暂且结束。
在图11中用时间图示出了执行上述的步骤S23~步骤S24的控制的情况下的各反应器2a、2b的温度变化的一例。另外,在图12的(a)~(c)中示意性地示出了各阀8a、8b的开闭的状态以及反应介质6的流动的状态。此外,在图12中示出了发生吸热反应的状态,在发生放热反应的状态下与上述的图6是同样的,所以在图12中省略了发生放热反应的情况下的各阀8a、8b的开闭的状态。另外,与各阀8a、8b相关的符号的意义与图6所示的例子是同样的。
在图11中,从对加热对象部4进行加热(暖机)的判断的成立(t40时点)到第1反应器2a的温度TA达到阈值τ0(t41时点),进而第2反应器2b的温度TB达到阈值τ0(t42时点),然后第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1(t43时点)为止的温度的变化以及各阀8a、8b的开闭的状态与上述的图9所示的从t31时点到t33时点为止的变化是同样的。
在图11所示的t43时点处,第1反应器2a的温度TA达到脱离开始温度τ1,且第2反应器2b的温度TB低于脱离开始温度τ1,所以如图12的(a)所示,第1阀8a被控制为打开状态。第2阀8b可以是打开状态和关闭状态中的任一状态。因此,使第1反应器2a中的反应介质6的脱离(蓄热)进行。
如果在该状态下,第2反应器2b的温度TB没有达到脱离开始温度τ1,并且第1反应器2a中的反应介质6的脱离完成(t44时点),则为了避免或抑制从第1反应器2b流入反应介质6,并且维持由第1反应器2a实现的蓄热状态,将第1阀8a关闭。此外,第2反应器2b的温度TB未达到脱离开始温度τ1,所以第2阀8b可以是打开状态和关闭状态中的任一状态。在图12的(b)中示出了该状态。
其后,在第2反应器2b的温度TB达到脱离开始温度τ1时(t45时点),如图12的(c)所示,在关闭了第1阀8a的状态下将第2阀8b打开。因此,在第2反应器2b中反应介质6的脱离反应(吸热反应)开始,第2反应器2b的温度TB被维持为脱离开始温度τ1左右的温度(t45时点~t46时点)。然后,在第2反应器2b中反应介质6的脱离完成时(t46时点),第1阀8a和第2阀8b双方被控制为关闭状态。因此,第2反应器2b的温度TB逐渐上升。
以上,如具体说明了的那样,在本发明的实施方式的控制装置中,多个反应器2a、2b或反应材料5a、5b分别连接于共通的单一的吸附器3,所以吸附器3的数量可以比加热对象部4、反应器2a、2b或反应材料5a、5b的数量少,结果,能够使化学蓄热器1的整体构成简化,能够使其小型化。而且,能够选择需要优先进行放热或蓄热的反应器2a、2b,使该反应器2a、2b相对于其他反应器2a、2b优先与吸附器3连通而使放热反应和/或吸热反应发生。换言之,即使在一个吸附器3连接有多个反应器2a、2b,也能够进行与优先程度相应的放热和蓄热。
此外,本发明的控制装置构成为:在多个反应器中的至少两个反应器都能够进行放热反应的情况下,在这些反应器中的优先程度高的反应器中优先于其他反应器而使放热反应发生。在上述的图5、图7、图9以及图11所示的任一例中,第1反应器2a相当于优先程度高的反应器,优先对第1反应器2a供给反应介质6。另外,本发明的控制装置构成为:在多个反应器中的至少两个反应器都能够进行吸热反应的情况下,在这些反应器中的优先程度高的反应器中优先于其他反应器而使吸热反应发生。因此,这样的蓄热控制以能够在至少两个反应器中进行反应介质的脱离为前提,所以这样的前提成立了的例子是上述的图5以及图9所示的例子,第1反应器2a相当于优先程度高的反应器,优先使反应介质6从第1反应器2a脱离。
此外,在本发明的控制装置中,阀的打开状态不限于开度为100%,在能够达成控制的目的的范围内,只要是比关闭状态的阀的开度大的开度即可。同样,阀的关闭状态不限于开度为0%,在能够达成控制的目的的范围内,只要是比打开状态的阀的开度小的开度即可。进而,在本发明中将阀控制为打开状态、或将其控制为关闭状态的情况下,也可以不使开度一概地发生变化,而是使开度一点一点地阶段性地发生变化。
另外,本发明中作为对象的化学蓄热器也可以是三个以上的反应器与单一的吸附器连接的结构,在该情况下,也可以将反应器分为两个组而将一方设为优先程度高的组,将另一方设为优先程度低的组,对这些组进行与上述的具体例同样的控制。在该情况下,也可以使一方的组由单一的反应器构成,使另一方的组由多个反应器构成。另外,也可以将构成各组的多个反应器进一步分为优先程度高的反应器和优先程度低的反应器,对这些反应器进行与上述的具体例同样的控制。设置于这些反应器的反应材料既可以是相同的物质,也可以是不同的物质。
并且,在上述的具体例中,没有示出各反应器2a、2b的温度TA、TB同时达到了脱离开始温度τ1的情况,但总而言之,本发明的控制装置构成为控制成在优先程度高的反应器2a、2b中放热或蓄热优先发生即可。因此,在本发明的实施方式中,在各反应器2a、2b的温度TA、TB同时达到了脱离开始温度τ1的情况下,控制成使优先程度高的一方的反应器与吸附器连通,且使另一方的反应器相对于吸附器切断即可。
并且,上述的图3A、图3B以及图3C是构成为在各反应器2a、2b的温度如图5及图7以及图9、图11所示那样变化的任一情况下均能够适用的情况下的流程图。然而,由本发明的控制装置实现的控制不限定于上述图3A、图3B以及图3C所示的控制例,在预先已知反应器的温度的变化的模式等情况下,也可以构成为执行图3A、图3B以及图3C中任一者所示的控制。另外,上述的步骤S6、步骤S9,或步骤S8、步骤S14等的判断的顺序不限于上述的具体例所示出的顺序,可以适当确定。
Claims (5)
1.一种化学蓄热器的控制装置,通过由反应材料和反应介质实现的放热反应来放热,通过所述反应介质从所述反应材料脱离来蓄热,并且通过维持所述反应介质从所述反应材料脱离了的状态来蓄热,
所述控制装置的特征在于,
所述化学蓄热器具备:
分别具备所述反应材料,与加热对象物进行热交换的多个反应器;
与所述多个反应器连接并且贮存所述反应介质的贮存器;以及
使所述多个反应器个别地与所述贮存器连通和切断的阀机构,
所述控制装置具备控制所述阀机构的开度的控制器,
所述控制器构成为,在所述多个反应器中的至少两个反应器都处于能够进行由所述反应材料和所述反应介质实现的放热反应的状态的情况下、或都处于能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,控制所述阀机构的开度,以使得在所述两个反应器中放热或蓄热的优先程度高的第1反应器与所述贮存器之间流通的所述反应介质的流量,比在放热或蓄热的优先程度低的第2反应器与所述贮存器之间流通的所述反应介质的流量多。
2.根据权利要求1所述的化学蓄热器的控制装置,其特征在于,
所述化学蓄热器具有:
将所述第1反应器与所述贮存器连接的第1管路;以及
将所述第2反应器与所述贮存器连接的第2管路,
所述阀机构构成为,能够个别地开闭所述第1管路和所述第2管路,
所述控制器构成为,在所述多个反应器中的至少两个反应器都处于能够进行由所述反应材料和所述反应介质实现的放热反应的状态的情况下,控制所述阀机构,以使得所述第1管路成为打开状态,且所述第2管路成为关闭状态。
3.根据权利要求2所述的化学蓄热器的控制装置,其特征在于,
所述控制器构成为,在对所述第1反应器供给的所述反应介质的供给量达到了预先设定的量后,控制所述阀机构,以使得所述第2管路成为打开状态。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的化学蓄热器的控制装置,其特征在于,
所述至少两个反应器都能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态,包括所述两个反应器的温度都达到了所述反应介质从所述反应材料开始脱离的判断基准温度的状态,
所述控制器构成为,在所述第1反应器的温度达到了所述判断基准温度后所述第2反应器的温度达到所述判断基准温度,从而所述至少两个反应器都成为了能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,或者在所述第2反应器的温度达到了所述判断基准温度后所述第1反应器的温度达到所述判断基准温度,从而所述至少两个反应器都成为了能够进行所述反应介质从所述反应材料脱离的吸热反应的状态的情况下,控制所述阀机构的开度,以使得所述第1反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量比所述第2反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量多。
5.根据权利要求4所述的化学蓄热器的控制装置,其特征在于,
所述控制器构成为,在所述第1反应器中所述反应介质从所述反应材料的脱离完成后,控制所述阀机构的开度,以使得在所述第2反应器与所述贮存器之间所述反应介质的流通量比所述第1反应器与所述贮存器之间的所述反应介质的流通量多。
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