JP2015165178A - 化学蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる化学蓄熱装置を提供する。【解決手段】化学蓄熱装置10は、熱交換器4の周囲に配置され、NH3と化学反応して熱を発生させると共に排熱を受けてNH3を脱離させる蓄熱材13を含む反応器11と、NH3の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材14を含む吸着器12と、反応器11と吸着器12との間に設けられ、両者間の流路を開閉させる電磁弁16と、反応器11と吸着器12との間に電磁弁16に対して並列に設けられ、反応器11内の圧力が予め設定された開弁設定圧に達すると、機械的に開く安全弁18とを備えている。安全弁18は、吸着器12から反応器11にNH3が流れるのを止める逆止弁機能を有している。【選択図】図1
Description
本発明は、例えばエンジンの排気系等に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置に関するものである。
従来の化学蓄熱装置としては、例えば特許文献1に記載されているように、エンジン要素部品を加熱する無回収式加熱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、化学反応媒体としてのアンモニア(NH3)の固定化及び脱離が可能なアンモニア吸着材を有するアンモニア吸着器と、このアンモニア吸着器と配管を介して接続され、NH3との化学反応により発熱すると共に熱源からの余剰熱によりNH3を脱離させる化学蓄熱材を有する化学蓄熱反応器と、配管に設けられた開閉弁とを備えている。
エンジンの始動時には、開閉弁を開放させることで、アンモニア吸着器のアンモニア吸着材から脱離したNH3が配管を通じて化学蓄熱反応器に供給される。そして、NH3と化学蓄熱材との化学反応によって化学蓄熱材が発熱し、その熱によりエンジン要素部品が加熱される。エンジンの暖機後には、エンジン要素部品の余剰熱によって化学蓄熱材からNH3が脱離する。そして、そのNH3が配管を通じてアンモニア吸着材に再び固定(回収)される。その後、開閉弁が閉止される。
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、NH3の回収時には、化学蓄熱反応器(以下、単に反応器)が高温状態となるが、その状態でエンジンを停止させると、開閉弁が電磁弁である場合には開閉弁が閉じられる。そのような状態では、反応器からアンモニア吸着器(以下、単に吸着器)にNH3を戻せないため、反応器内にNH3が充満し、反応器内が異常な過圧状態となる。このとき、反応器を破裂させないようにするには、反応器の剛性を十分高くする必要があり、反応器の体格及び重量が必要以上に増大してしまう。
また、反応器の化学蓄熱材を高温で発熱させるためには、数気圧以上の圧力が必要となる。このため、吸着器としては、その圧力に耐え得る剛性が必要となる。ところで、吸着器内の圧力は、外気温によって変動する。具体的には、外気温が高くなると、吸着器の温度が高くなり、吸着器内の圧力が高くなる。ここで、開閉弁が閉じている際には、外気温が上昇して吸着器が高温状態になっても、吸着器から反応器にNH3が移動できないため、吸着器内にNH3が充満し、吸着器内が異常な過圧状態となる。従って、外気温の変動を考慮して吸着器の設計を行う場合には、吸着器の剛性を十分高くする必要があり、吸着器の体格及び重量が必要以上に増大してしまう。
本発明の目的は、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる化学蓄熱装置を提供することである。
本発明は、加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、気体の反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有する反応器と、反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、反応器と吸着器との間に設けられ、反応器と吸着器との間の流路を開閉させる開閉弁と、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器と吸着器とを連通させる連通手段とを備えることを特徴とするものである。
このような本発明の化学蓄熱装置においては、反応器と吸着器との間に設けられた開閉弁が閉じている状態でも、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器と吸着器とが連通されるので、反応器と吸着器との間で反応媒体が移動するようになる。これにより、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる。
連通手段は、反応器と吸着器との間に設けられ、反応器の内部圧力が予め設定された第1開弁設定圧に達すると開く第1弁及び吸着器の内部圧力が予め設定された第2開弁設定圧に達すると開く第2弁の少なくとも一方とを有すると良い。このような構成では、反応器の内部圧力が第1弁の第1開弁設定圧に達すると、第1弁が開き、反応器から吸着器に反応媒体が移動するようになる。また、吸着器の内部圧力が第2弁の第2開弁設定圧に達すると、第2弁が開き、吸着器から反応器に反応媒体が移動するようになる。これにより、反応器または吸着器の内部圧力を検出するセンサを用いなくても、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを確実に防止できる。
このとき、第1弁は、吸着器から反応器への反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含み、第2弁は、反応器から吸着器への反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含むと良い。この場合には、吸着器の内部圧力が第1弁の第1開弁設定圧に達しても、吸着器から反応器へ反応媒体が移動することが無い。また、反応器の内部圧力が第2弁の第2開弁設定圧に達しても、反応器から吸着器へ反応媒体が移動することが無い。
また、反応器と吸着器との間には、第1弁及び第2弁がそれぞれ設けられており、第2開弁設定圧は、第1開弁設定圧よりも大きいと良い。この場合には、吸着器の内部圧力が比較的高い通常状態時に、第2弁が開いて吸着器から反応器に反応媒体が移動してしまうことが抑制される。
さらに、第1弁及び第2弁の何れか一方は、開閉弁と一体に構成されていると良い。この場合には、使用する弁ユニットの数が必要最小限で済むため、コスト的に有利となる。
また、連通手段は、開閉弁と並列に設けられたバイパス通路を更に有し、第1弁及び第2弁の少なくとも一方は、バイパス通路に設けられていても良い。この場合には、開閉弁、第1弁及び第2弁の構造が簡単になる。
また、連通手段は、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力を検出する検出手段と、検出手段により反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上であることが検出されると、開閉弁を開くように制御する制御手段とを有すると良い。このような構成では、反応器の内部圧力が所定値以上になると、開閉弁が開き、反応器から吸着器に反応媒体が移動するようになる。また、吸着器の内部圧力が所定値以上になると、開閉弁が開き、吸着器から反応器に反応媒体が移動するようになる。これにより、使用する弁の数を必要最小限としつつ、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを確実に防止できる。
さらに、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が予め決められたリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を更に備えると良い。この場合には、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力が連通手段では対応できないほど高くなったときでも、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力がリリーフ設定値に達すると、リリーフ弁が開き、反応器及び吸着器の少なくとも一方から反応媒体が排出されるようになる。これにより、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを一層防止できる。
このとき、加熱対象物は、エンジンの排気系に設けられており、リリーフ弁は、反応器及び吸着器の少なくとも一方と排気系との間に設けられていると良い。この場合には、反応器及び吸着器の少なくとも一方の内部圧力がリリーフ設定値に達すると、リリーフ弁が開き、反応器及び吸着器の少なくとも一方から排気系に反応媒体が排出されることになる。
本発明によれば、反応器または吸着器の内部が異常な過圧状態となることを防止できる。これにより、反応器または吸着器を破裂させないように、反応器または吸着器の体格及び重量を必要以上に大きくしなくて済み、コストダウン化を図ることが可能となる。
以下、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明に係る化学蓄熱装置の第1実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、排気浄化システム1は、車両のディーゼルエンジン2(以下、単にエンジン2という)の排気系に設けられ、エンジン2から排出される排気ガス中に含まれる有害物質(環境汚染物質)を浄化するシステムである。
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3(排気系)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:Selective Catalytic Reduction)7及び酸化触媒(ASC:Ammonia Slip Catalyst)8を備えている。
熱交換器4は、エンジン2からの排気ガスと後述する反応器11との間で熱の伝達を行う機器であり、ハニカム構造をなしている。なお、熱交換器4はハニカム構造に限らず、周知の熱交換構造を利用可能である。酸化触媒5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触媒である。DPF6は、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集して取り除くフィルタである。SCR7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触媒である。酸化触媒8は、SCR7をすり抜けてSCR7の下流側に流れたNH3を酸化する触媒である。
また、排気浄化システム1は、本実施形態の化学蓄熱装置10を備えている。化学蓄熱装置10は、通常は排気ガスの熱(排熱)を蓄えておき、必要なときに排熱を使用することにより、エネルギーレスで熱交換器4を加熱する装置である。化学蓄熱装置10は、熱交換器4の周囲に配置された反応器11と、熱交換器4から離間して配置された吸着器12とを備えている。
反応器11は、気体の反応媒体であるNH3と化学反応して、熱交換器4を加熱するための熱を発生させると共に、排熱を受けてNH3を脱離させる蓄熱材13を含んでいる。蓄熱材13としては、ハロゲン化物のMXaという組成を持つ材料が用いられる。ここで、Mは、Mg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等の遷移金属である。Xは、Cl、Br、I等である。aは、2〜3である。
吸着器12は、NH3の物理吸着による保持及び脱離が可能な吸着材14を含んでいる。吸着材14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及びナノカーボン等が用いられる。吸着器12は、NH3を吸着材14に物理吸着させることで、NH3を貯蔵する。
反応器11及び吸着器12は、主配管15を介して接続されている。主配管15には、反応器11と吸着器12との間の流路を開閉させる開閉弁である電磁弁16が設けられている。電磁弁16は、コントローラ(図示せず)により制御される。
主配管15には、バイパス配管17(バイパス通路)が接続されている。バイパス配管17には、機械式の安全弁18が電磁弁16に対して並列に設けられている。安全弁18は、電磁弁16と別体で構成されている。安全弁18は、反応器11内の圧力が開弁設定圧(第1開弁設定圧)に達すると、機械的に開くバルブ(第1弁)である。開弁設定圧は、安全弁18に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。
安全弁18は、吸着器12から反応器11にNH3が流れるのを止める逆止弁機能を有している。従って、反応器11内の圧力が開弁設定圧に達すると、安全弁18が開くことで、反応器11から吸着器12にNH3が移動するが、吸着器12内の圧力が開弁設定圧に達しても、吸着器12から反応器11にNH3が移動することは無い。
ここで、安全弁18は、反応器11及び吸着器12の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器11と吸着器12とを連通させる連通手段を構成している。
このような化学蓄熱装置10において、エンジン2からの排気ガスの温度が低いときは、電磁弁16が開くことで、吸着器12から反応器11にNH3が主配管15を介して供給され、反応器11の蓄熱材13(例えばMgBr2)とNH3とが化学反応して化学吸着(配位結合)し、蓄熱材13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。そして、反応器11で発生した熱によって熱交換器4が加熱される。
MgBr2+xNH3 ⇔ Mg(NH3)xBr2+熱 …(A)
一方、エンジン2からの排気ガスの温度が高くなると、排熱が反応器11の蓄熱材13に与えられることで、蓄熱材13とNH3とが分離する。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。そして、蓄熱材13から脱離したNH3は、主配管15を介して吸着器12に戻り、吸着器12の吸着材14に物理吸着(回収)される。
ここで、排熱によるNH3の回収中にエンジン2を停止させると、電磁弁16に電気が供給されなくなるため、電磁弁16が閉じる。すると、図2に示すように、反応器11内に高温のNH3ガスが充満し、反応器11内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器11内の圧力が安全弁18の開弁設定圧に達すると、安全弁18が開くため、反応器11内のNH3がバイパス配管17を通って吸着器12に移動するようになる。これにより、反応器11内が異常に過圧されることは無い。
このように本実施形態によれば、NH3の回収中に電磁弁16が閉じることで、反応器11内の圧力が急激に上昇しても、安全弁18が動作するので、反応器11内が異常に過圧されることを防止できる。従って、反応器11を破裂させないように反応器11を必要以上に頑丈な構造としなくて済むため、反応器11の体格及び重量の増大を抑制し、コストダウン化を図ることができる。
図3は、本発明に係る化学蓄熱装置の第2実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置10は、上記第1実施形態における安全弁18に代えて、安全弁ユニット20を備えている。安全弁ユニット20は、機械式の安全弁21(第1弁)と、この安全弁21に対して並列に設けられた機械式の安全弁22(第2弁)とを有している。
安全弁21は、反応器11内の圧力が反応器用開弁設定圧(第1開弁設定圧)に達すると、機械的に開くバルブ(第1弁)である。反応器用開弁設定圧は、安全弁21に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。安全弁21は、吸着器12から反応器11にNH3が流れるのを止める逆止弁機能を有している。
安全弁22は、吸着器12内の圧力が吸着器用開弁設定圧(第2開弁設定圧)に達すると、機械的に開くバルブ(第2弁)である。吸着器用開弁設定圧は、安全弁22に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。安全弁22は、反応器11から吸着器12にNH3が流れるのを止める逆止弁機能を有している。
通常状態では、吸着器12内の圧力が反応器11内の圧力よりも高くなる。このため、安全弁22の吸着器用開弁設定圧は、安全弁21の反応器用開弁設定圧よりも高く設定されている。
ここで、安全弁21,22は、反応器11及び吸着器12の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器11と吸着器12とを連通させる連通手段を構成している。
NH3の回収中にエンジン2を停止させると、上述したように電磁弁16が閉じるため、図4(a)に示すように、反応器11内に高温のNH3ガスが充満し、反応器11内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器11内の圧力が安全弁21の反応器用開弁設定圧に達すると、安全弁21が開くため、反応器11内のNH3がバイパス配管17を通って吸着器12に移動するようになる。これにより、反応器11内が異常に過圧されることは無い。
エンジン2の停止時に、外気温の上昇により吸着器12に熱が与えられて吸着器12が高温状態になると、電磁弁16が閉じているため、図4(b)に示すように、吸着器12内の高温のNH3ガスにより吸着器12内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器12内の圧力が安全弁22の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁22が開くため、吸着器12内のNH3がバイパス配管17を通って反応器11に移動するようになる。これにより、吸着器12内が異常に過圧されることは無い。
従って、反応器11を破裂させないように反応器11を必要以上に頑丈な構造としなくて済むことに加え、吸着器12を破裂させないように吸着器12を必要以上に頑丈な構造としなくて済むため、反応器11及び吸着器12の体格及び重量の増大を抑制し、更なるコストダウン化を図ることができる。
また、安全弁22の吸着器用開弁設定圧が安全弁21の反応器用開弁設定圧よりも高くなっているので、吸着器12内の圧力が高くなっても、安全弁22が直ぐに開くことは無く、吸着器12から反応器11へのNH3の移動の誤動作を抑制することができる。また、安全弁21の反応器用開弁設定圧が安全弁22の吸着器用開弁設定圧に比べて低いため、反応器11から吸着器12へのNH3の移動が容易に行われるようになり、NH3の回収を促進させることができる。
図5は、本発明に係る化学蓄熱装置の第3実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置10は、上記第2実施形態における構成に加えて、リリーフ弁30を備えている。
リリーフ弁30は、反応器11と排気通路3とを接続する配管31に設けられている。配管31の一端は、排気通路3における熱交換器4と酸化触媒5とを繋ぐ排気管32に接続されている。
リリーフ弁30は、反応器11内の圧力がリリーフ設定値に達すると、機械的に開くバルブである。リリーフ設定値は、リリーフ弁30に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。リリーフ設定値は、安全弁21の反応器用開弁設定圧よりも高く設定されている。リリーフ弁30は、排気管32から反応器11にガスが流れるのを止める逆止弁機能を有している。
エンジン2の停止時に、反応器11及び吸着器12の両方が高温状態になると、電磁弁16が閉じているため、図6に示すように、反応器11内及び吸着器12内の高温のNH3ガスにより反応器11内及び吸着器12内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器11内の圧力が安全弁21の反応器用開弁設定圧に達すると、安全弁21が開き、吸着器12内の圧力が安全弁22の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁22が開く。しかし、反応器11内及び吸着器12内は、NH3ガスにより過圧された状態のままである。
反応器11内の圧力がリリーフ弁30のリリーフ設定圧に達すると、リリーフ弁30が開くため、反応器11内のNH3が配管31を通って酸化触媒5の前段の排気管32に放出されるようになる。そして、排気管32に放出されたNH3は、酸化触媒5によって酸化されてNOxとなる。
このように反応器11内及び吸着器12内の圧力が何れも急激に上昇することで、安全弁21,22では対応できない状態になっても、リリーフ弁30の動作によって反応器11内から排気管32にNH3が放出されるため、反応器11内及び吸着器12内が異常に過圧されることを防止できる。
なお、本実施形態では、反応器11内のNH3を酸化触媒5の前段の排気管32に放出するようにしたが、NH3の放出先としては、特に排気管32には限られず、熱交換器4、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ6、選択還元触媒7及び酸化触媒8の何れかの前段の排気管等であっても良い。
また、本実施形態では、反応器11と排気通路3との間に、反応器11内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁30を設けるようにしたが、吸着器12内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を、吸着器12と排気通路3との間に設けても良いし、反応器11内または吸着器12内の圧力がリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を、反応器11と吸着器12とをつなぐ通路に設けても良い。
図7は、本発明に係る化学蓄熱装置の第4実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置10は、上記第1実施形態における電磁弁16及び安全弁18に代えて、電磁弁ユニット40を備えている。
電磁弁ユニット40は、主要部である開閉弁としての電磁弁41に対して逆止弁42を備えている。電磁弁41及び逆止弁42は、一体に構成されている。つまり、電磁弁ユニット40は、逆止弁42付きの電磁弁41である。電磁弁ユニット40は、コントローラ(図示せず)により制御される。
電磁弁41は、反応器11と吸着器12との間の流路を開閉させるバルブである。逆止弁42は、反応器11内の圧力が開弁設定圧(第1開弁設定圧)に達すると、機械的に開くと共に、吸着器12から反応器11にNH3が流れるのを止めるバルブ(第1弁)である。開弁設定圧は、電磁弁ユニット40に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。
ここで、逆止弁42は、反応器11及び吸着器12の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器11と吸着器12とを連通させる連通手段を構成している。
NH3の回収中にエンジン2を停止させると、電磁弁41の動作により電磁弁ユニット40が閉じる。すると、図8に示すように、反応器11内に高温のNH3ガスが充満し、反応器11内の圧力が急激に上昇する。このとき、反応器11内の圧力が電磁弁ユニット40の開弁設定圧に達すると、逆止弁42の動作により電磁弁ユニット40が開くため、反応器11内のNH3が主配管15を通って吸着器12に移動するようになる。これにより、反応器11内の過圧状態を緩和することができる。
図9は、本発明に係る化学蓄熱装置の第5実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置10は、上記第4実施形態における構成に加えて、機械式の安全弁45を備えている。
安全弁45は、主配管15に接続されたバイパス配管46(バイパス通路)に電磁弁ユニット40に対して並列に設けられている。安全弁45は、吸着器12内の圧力が吸着器用開弁設定圧(第2開弁設定圧)に達すると、機械的に開くバルブ(第2弁)である。吸着器用開弁設定圧は、安全弁45に設けられたバネ(図示せず)により予め設定されている。安全弁45の吸着器用開弁設定圧は、電磁弁ユニット40の開弁設定圧(第1開弁設定圧)よりも高く設定されている。また、安全弁45は、反応器11から吸着器12にNH3が流れるのを止める逆止弁機能を有している。
ここで、逆止弁42及び安全弁45は、反応器11及び吸着器12の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器11と吸着器12とを連通させる連通手段を構成している。
エンジン2の停止時に、外気温の上昇により吸着器12に熱が与えられて吸着器12が高温状態になると、電磁弁ユニット40が閉じているため、図10に示すように、吸着器12内の高温のNH3ガスにより吸着器12内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器12内の圧力が安全弁45の吸着器用開弁設定圧に達すると、安全弁45が開くため、吸着器12内のNH3がバイパス配管46を通って反応器11に移動するようになる。これにより、吸着器12内の過圧状態を緩和することができる。
図11は、本発明に係る化学蓄熱装置の第6実施形態を備えた排気浄化システムを示す概略構成図である。同図において、本実施形態の化学蓄熱装置10は、上記第1実施形態における主配管15及び電磁弁16を有しているが、バイパス配管17及び安全弁18を有していない。
化学蓄熱装置10は、吸着器12内の圧力を検出する圧力センサ50(検出手段)と、この圧力センサ50と接続されたコントローラ51(制御手段)とを備えている。コントローラ51は、圧力センサ50の検出値に基づいて電磁弁16を制御する。
図12は、コントローラ51により実行される電磁弁制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、発熱反応時及び再生反応時以外の期間に実行される。なお、発熱反応時及び再生反応時以外の期間は、電磁弁16は閉じた状態にある。
図12において、まず圧力センサ50の検出値を入力し(手順S101)、圧力センサ50により検出された吸着器12内の圧力(吸着器圧力)が設定圧よりも低いかどうかを判断する(手順S102)。設定圧は、実験等により予め設定されている。
吸着器12内の圧力が設定圧よりも低いときは、電磁弁16を閉じるように制御し(手順S103)、手順S101に戻る。吸着器12内の圧力が設定圧以上であるときは、電磁弁16を開くように制御し(手順S104)、手順S101に戻る。
ここで、圧力センサ50及びコントローラ51は、反応器11及び吸着器12の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、反応器11と吸着器12とを連通させる連通手段を構成している。
エンジン2が停止していない状態でも、発熱反応時及び再生反応時以外の期間は電磁弁16が閉じているため、外気温の上昇により吸着器12に熱が与えられて吸着器12が高温状態になると、図13に示すように、吸着器12内の高温のNH3ガスにより吸着器12内の圧力が急激に上昇する。このとき、吸着器12内の圧力が設定圧に達すると、電磁弁16が開くため、吸着器12内のNH3が主配管15を通って反応器11に移動するようになる。これにより、吸着器12内が異常に過圧されることは無い。従って、上記第2実施形態と同様に、吸着器12の剛性を必要以上に高くしなくて済むため、吸着器12の体格及び重量の増大を抑制することができる。
なお、本実施形態では、吸着器12内の圧力が設定圧以上であるときに、電磁弁16を開くように制御したが、特にそれに限られず、反応器11内の圧力を検出する圧力センサを設け、反応器11内の圧力が設定圧以上になったときに、電磁弁16を開くように制御しても良い。
また、本実施形態においても、上記第3実施形態におけるリリーフ弁30を別途備えていても良い。
以上、本発明に係る化学蓄熱装置の好適な実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無い。例えば上記第1〜第5実施形態では、反応器11内の圧力が第1開弁設定圧に達すると、機械的に開く第1弁である安全弁18、安全弁21及び逆止弁42の何れかが設けられているが、反応器11内の圧力が第1開弁設定圧に達すると開く第1弁は設けずに、吸着器12内の圧力が第2開弁設定圧に達すると開く第2弁を設ける構成としても良い。
また、上記第2、第3及び第5実施形態では、第2弁の第2開弁設定圧が第1弁の第1開弁設定圧よりも高く設定されているが、特にその形態には限られず、第2弁の第2開弁設定圧を第1弁の第1開弁設定圧と等しくしても良い。
また、上記実施形態では、反応器11の蓄熱材13と化学反応する気体の反応媒体としてNH3を使用したが、反応媒体としては、特にNH3には限られず、CO2等を使用しても良い。反応媒体としてCO2を使用する場合、CO2と化学反応する蓄熱材13としては、MgO、CaO、BaO、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3、FeO、Fe2O3、Fe3O4等を使用することができる。
さらに、上記実施形態では、熱交換器4の周囲に反応器11が配置されているが、反応器11の配置箇所としては、特にそれには限られず、例えば熱交換器4の中であっても良い。
また、上記実施形態では、吸着器12がNH3を物理吸着する吸着材14を含んでいるが、吸着器12としては特にこれに限られず、NH3を化学吸着する吸着材を含んでいても良い。
さらに、上記実施形態は、ディーゼルエンジン2の排気系に設けられた熱交換器4を加熱するものであるが、本発明は、ディーゼルエンジン2の排気系に設けられた他の部分(酸化触媒5等)を加熱するものにも適用可能である。また、本発明は、ガソリンエンジンの排気系に設けられた触媒等を加熱するもの、或いはエンジンの排気系以外の加熱対象物を加熱するものにも適用可能である。
4…熱交換器(加熱対象物)、3…排気通路(排気系)、10…化学蓄熱装置、11…反応器、12…吸着器、13…蓄熱材、14…吸着材、16…電磁弁(開閉弁)、17…バイパス配管(バイパス通路)、18…安全弁(第1弁、連通手段)、21…安全弁(第1弁、連通手段)、22…安全弁(第2弁、連通手段)、30…リリーフ弁、41…電磁弁(開閉弁)、42…逆止弁(第1弁、連通手段)、45…安全弁(第2弁、連通手段)、46…バイパス配管(バイパス通路)、50…圧力センサ(検出手段、連通手段)、51…コントローラ(検出手段、連通手段)。
Claims (9)
- 加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
気体の反応媒体と化学反応して熱を発生させる蓄熱材を有する反応器と、
前記反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、
前記反応器と前記吸着器との間に設けられ、前記反応器と前記吸着器との間の流路を開閉させる開閉弁と、
前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が所定値以上になると、前記反応器と前記吸着器とを連通させる連通手段とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。 - 前記連通手段は、前記反応器と前記吸着器との間に設けられ、前記反応器の内部圧力が予め設定された第1開弁設定圧に達すると開く第1弁及び前記吸着器の内部圧力が予め設定された第2開弁設定圧に達すると開く第2弁の少なくとも一方とを有することを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱装置。
- 前記第1弁は、前記吸着器から前記反応器への前記反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含み、
前記第2弁は、前記反応器から前記吸着器への前記反応媒体の流れを止める逆止弁機能を含むことを特徴とする請求項2記載の化学蓄熱装置。 - 前記反応器と前記吸着器との間には、前記第1弁及び前記第2弁がそれぞれ設けられており、
前記第2開弁設定圧は、前記第1開弁設定圧よりも大きいことを特徴とする請求項2または3記載の化学蓄熱装置。 - 前記第1弁及び前記第2弁の何れか一方は、前記開閉弁と一体に構成されていることを特徴とする請求項2〜4の何れか一項記載の化学蓄熱装置。
- 前記連通手段は、前記開閉弁と並列に設けられたバイパス通路を更に有し、
前記第1弁及び前記第2弁の少なくとも一方は、前記バイパス通路に設けられていることを特徴とする請求項2〜4の何れか一項記載の化学蓄熱装置。 - 前記連通手段は、前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力を検出する検出手段と、前記検出手段により前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が前記所定値以上であることが検出されると、前記開閉弁を開くように制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱装置。
- 前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方の内部圧力が予め設定されたリリーフ設定値に達すると開くリリーフ弁を更に備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項記載の化学蓄熱装置。
- 前記加熱対象物は、エンジンの排気系に設けられており、
前記リリーフ弁は、前記反応器及び前記吸着器の少なくとも一方と前記排気系との間に設けられていることを特徴とする請求項8記載の化学蓄熱装置。
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