JP6085947B2 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の内燃機関の排気系に設けられた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に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の化学蓄熱装置は、排気の温度が充分に上昇していない状態では、貯蔵器内の反応媒体が連通路を通って反応器内の化学蓄熱材に流入することで、反応媒体と化学蓄熱材との化学反応によって熱が発生し、この熱によって触媒が加熱され、経過時間と共に排気の温度が充分に上昇すると、化学蓄熱材に吸着された反応媒体が排気の熱によって離脱され、その反応媒体が連通路を通って貯蔵器内に流入するというものである。

特開２０１１−２０８８６５号公報

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、排気の温度が想定以上に低いために触媒が加熱されない場合には、ヒータにより貯蔵器（吸着器）を加熱する必要がある。しかし、ヒータの消費電力は大きいため、燃費ロスが増大する。また、排気の熱（排熱）により反応媒体を吸着器内に戻す再生（蓄熱）時には、十分な排熱が得られないと、反応媒体を吸着器内に戻しきれない。この場合には、ヒータにより反応器を加熱する必要があるが、やはり燃費ロスの増大につながる。

本発明の目的は、ヒータにより吸着器または反応器を加熱しなくても、加熱対象物の加熱及び反応媒体の再生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である。

本発明は、エアコンシステムを搭載した車両の内燃機関の排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、反応媒体と化学反応して熱を発生させる化学蓄熱材を有する反応器と、反応器と接続され、反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器と、エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって吸着器を加熱する加熱手段と、エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって吸着器を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とするものである。

このように本発明の化学蓄熱装置においては、エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって吸着器を加熱すると、吸着器から反応器への反応媒体の供給圧が高くなるため、反応器の温度が高くなり、反応器から加熱対象物に十分な熱が伝えられるようになる。一方、エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって吸着器を冷却すると、吸着器の圧力が低くなるため、反応器から吸着器に反応媒体が戻りやすくなる。このようにヒータにより吸着器または反応器を加熱しなくても、加熱対象物の加熱及び反応媒体の再生を十分に行うことができる。

好ましくは、エアコンシステムは、低温・低圧の冷媒を気化させる蒸発器と、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を高温・高圧に圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器とを有し、加熱手段は、圧縮機と凝縮器との間に接続され、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒と吸着器とを熱交換させる第１熱交換器と、圧縮機と第１熱交換器との間に設けられ、高温・高圧の冷媒を第１熱交換器に供給するか否かを切り換える第１切換弁とを有し、冷却手段は、蒸発器と圧縮機との間に接続され、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒と吸着器とを熱交換させる第２熱交換器と、蒸発器と第２熱交換器との間に設けられ、低温・低圧の冷媒を第２熱交換器に供給するか否かを切り換える第２切換弁とを有する。

このような構成では、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を第１熱交換器に供給するように第１切換弁を切り換えることにより、高温・高圧の冷媒と吸着器とが第１熱交換器により熱交換され、吸着器が加熱されるようになる。また、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を第２熱交換器に供給するように第２切換弁を切り換えることにより、低温・低圧の冷媒と吸着器とが第２熱交換器により熱交換され、吸着器が冷却されるようになる。従って、エアコンシステムにおいて冷媒が流れる方向を一定とした場合でも、冷媒との熱交換によって吸着器を加熱または冷却することができる。

また、エアコンシステムは、低温・低圧の冷媒を気化させる蒸発器と、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を高温・高圧に圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、冷媒が流れる方向を設定する設定手段とを有し、圧縮機と蒸発器との間には、冷媒と吸着器とを熱交換させる熱交換器が接続されており、圧縮機と熱交換器との間には、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を熱交換器に供給するか否かを切り換える第１切換弁が設けられており、蒸発器と熱交換器との間には、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を熱交換器に供給するか否かを切り換える第２切換弁が設けられており、加熱手段は、設定手段によって冷媒が圧縮器側から蒸発器側に流れるように設定されたときの熱交換器及び第１切換弁により構成されており、冷却手段は、設定手段によって冷媒が蒸発器側から圧縮器側に流れるように設定されたときの熱交換器及び第２切換弁により構成されていても良い。

このような構成では、冷媒が圧縮器側から蒸発器側に流れるように設定された状態で、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を熱交換器に供給するように第１切換弁を切り換えることにより、高温・高圧の冷媒と吸着器とが熱交換器により熱交換され、吸着器が加熱されるようになる。また、冷媒が蒸発器側から圧縮器側に流れるように設定された状態で、蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を熱交換器に供給するように第２切換弁を切り換えることにより、低温・低圧の冷媒と吸着器とが熱交換器により熱交換され、吸着器が冷却されるようになる。この場合には、使用する熱交換器が１つだけであっても、冷媒との熱交換によって吸着器を加熱または冷却することができる。

さらに、エアコンシステムは、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、車両の前方より外気を凝縮器を介して取り込むためのファンとを有し、吸着器は、凝縮器の近傍後側に配置されていると共に、凝縮器と対向する位置と凝縮器から退避した位置との間で移動可能であり、加熱手段は、吸着器が凝縮器と対向する位置にあるときに、凝縮器により暖められた外気との熱交換によって吸着器を加熱する手段であり、冷却手段は、吸着器が凝縮器から退避した位置にあるときに、走行風による外気との熱交換によって吸着器を冷却する手段であっても良い。

このような構成では、ファンを作動させると、外気が車両の前方より凝縮器を介して取り込まれる。このとき、吸着器が凝縮器と対向する位置にある状態では、高温の凝縮器により外気が暖かくなり、その暖かい外気と吸着器とが熱交換されて、吸着器が加熱されるようになる。一方、吸着器が凝縮器から退避した位置にある状態では、走行風による外気と吸着器とが熱交換されて、吸着器が冷却されるようになる。このように外気との熱交換によって簡単に吸着器を加熱または冷却することができる。

また、エアコンシステムは、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、車両の前方より外気を凝縮器を介して取り込むためのファンとを有し、吸着器は、凝縮器の近傍後側に配置されており、吸着器の近傍には、凝縮器により暖められた外気を吸着器に対して遮断すると共に走行風による外気を吸着器に導くための仕切板が配置されており、仕切板は、凝縮器と対向する位置と凝縮器から退避した位置との間で移動可能であり、加熱手段は、仕切板が凝縮器から退避した位置にあるときに、凝縮器により暖められた外気との熱交換によって吸着器を加熱する手段であり、冷却手段は、仕切板が凝縮器と対向する位置にあるときに、走行風による外気との熱交換によって吸着器を冷却する手段であっても良い。

このような構成では、ファンを作動させると、外気が車両の前方より凝縮器を介して取り込まれる。このとき、仕切板が凝縮器から退避した位置にある状態では、高温の凝縮器により外気が暖かくなり、その暖かい外気と吸着器とが熱交換されて、吸着器が加熱されるようになる。一方、仕切板が凝縮器と対向する位置にある状態では、凝縮器により暖められた外気が仕切板により吸着器に対して遮断されると共に、走行風による外気が仕切板に沿って吸着器に導かれ、走行風による外気と吸着器とが熱交換されて、吸着器が冷却されるようになる。このように外気との熱交換によって簡単に吸着器を加熱または冷却することができる。

本発明によれば、ヒータにより吸着器または反応器を加熱しなくても、加熱対象物の加熱及び反応媒体の再生を十分に行うことができる。これにより、消費電力が抑えられるため、燃費ロスの増大を抑制することが可能となる。

本発明に係る化学蓄熱装置の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。 本発明に係る化学蓄熱装置の第１実施形態をエアコンシステムと共に示す構成図である。 図２に示した吸着器を加熱する状態を示す構成図である。 図２に示した吸着器を冷却する状態を示す構成図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第２実施形態をエアコンシステムと共に示す構成図である。 図５に示した吸着器を加熱する状態を示す構成図である。 図５に示した吸着器を冷却する状態を示す構成図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第３実施形態を車両及びエアコンシステムと共に示す構成図である。 図８に示したエアコンシステムを運転しない状況下で反応器にＮＨ_３を供給して反応器を発熱させる様子を示す構成図である。 図８に示したエアコンシステムを運転しない状況下でＮＨ_３を再生する様子を示す構成図である。 図８に示したエアコンシステムを運転している状況下で反応器にＮＨ_３を供給して反応器を発熱させる様子を示す構成図である。 図８に示したエアコンシステムを運転している状況下でＮＨ_３を再生する様子を示す構成図である。 図８に示した車室内の冷却が不要であるにもかかわらずエアコンシステムを運転し、反応器にＮＨ_３を供給して反応器を発熱させる様子を示す構成図である。 図８に示した車室内の冷却が不要であるため、コンデンサファンのみを作動させてＮＨ_３を再生する様子を示す構成図である。 本発明に係る化学蓄熱装置の第４実施形態を車両及びエアコンシステムと共に示す構成図である。

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。

図１は、本発明に係る化学蓄熱装置の実施形態の一部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と接続された排気管３の途中に上流側から下流側に向けて順に設けられた酸化触媒（ＤＯＣ）４、ディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）５、選択還元触媒（ＳＣＲ）６及び酸化触媒（ＡＳＣ）７を備えている。

酸化触媒４は、排ガス中に含まれるＨＣやＣＯ等を酸化して浄化する触媒である。ＤＰＦ５は、排ガス中に含まれるＰＭを捕集して取り除くフィルタである。ＳＣＲ６は、添加弁８より尿素やアンモニアを供給して、排ガス中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する触媒である。酸化触媒７は、ＳＣＲ６の下流側に流れたＮＨ_３を酸化する触媒である。

このような排気浄化システム１を備えた車両には、図２に示すようなエアコンシステム１０が搭載されている。図２は、本発明に係る化学蓄熱装置の第１実施形態をエアコンシステムと共に示す構成図である。

図２において、エアコンシステム１０は、コンプレッサ（圧縮機）１１と、コンデンサ（凝縮器）１２と、エキスパンションバルブ（膨張弁）１３と、エバポレータ（蒸発器）１４とを有している。エアコンシステム１０の冷凍サイクルとしては、コンプレッサ１１→コンデンサ１２→エキスパンションバルブ１３→エバポレータ１４の順に冷媒が流れるようになっている。

コンプレッサ１１は、エバポレータ１４により気化された冷媒（クーラーガス）を高温・高圧に圧縮する。コンデンサ１２は、コンプレッサ１１により圧縮された高温・高圧のガスを冷却して液化する。車両におけるコンデンサ１２の後側には、コンデンサファン１５が配置されている。コンデンサファン１５により外気を取り込むことで、高温・高圧のガスを冷却する。エキスパンションバルブ１３は、コンデンサ１２により液化された高温・高圧の冷媒を膨張させて、低温・低圧の霧状の冷媒に変化させる。エバポレータ１４は、エキスパンションバルブ１３により低温・低圧とされた冷媒を気化（蒸発）させる。このとき、液体が蒸発する際に周りの熱を奪うことでエバポレータ１４が冷却され、車室内の空気がエバポレータ１４を通過することで冷却され、その冷えた空気がブロアモータ（図示せず）により車室内に循環するようになる。

ところで、酸化触媒４等の触媒には、環境汚染物質の浄化能力を発揮できる温度領域（活性温度）が存在する。例えば、酸化触媒４の活性温度の下限は１５０℃程度である。一方、エンジン２の始動直後の排ガスの温度は１００℃程度と比較的低温であり、酸化触媒４の温度もほぼ同様である。従って、酸化触媒４の温度を活性温度にするために、酸化触媒４を加熱する必要がある。

そこで、排気浄化システム１は、本実施形態の化学蓄熱装置２０を備えている。化学蓄熱装置２０は、エネルギーレスで酸化触媒４を加熱する装置である。つまり、化学蓄熱装置２０は、通常は排ガスの熱（排熱）を蓄えておき、必要なときに熱を使用するというものである。

化学蓄熱装置２０は、図１及び図２に示すように、酸化触媒４の周囲に配置された円筒状の反応器２１と、この反応器２１と管路２２を介して接続され、反応媒体としてのアンモニア（ＮＨ_３）を活性炭に物理吸着することで貯蔵する吸着器２３とを備えている。管路２２には、開閉弁２４が設けられている。反応器２１には、ＮＨ_３と化学反応して熱を発生させるＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、ＺｎＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２等の化学蓄熱材が含まれている。

また、化学蓄熱装置２０は、コンプレッサ１１とコンデンサ１２との間に接続され、コンプレッサ１１により圧縮された高温・高圧の冷媒と吸着器２３とを熱交換させる熱交換器２５と、エバポレータ１４とコンプレッサ１１との間に接続され、エバポレータ１４により気化された低温・低圧の冷媒と吸着器２３とを熱交換させる熱交換器２６とを備えている。

コンプレッサ１１と熱交換器２５との間には、高温・高圧の冷媒を熱交換器２５に供給する開位置と高温・高圧の冷媒を熱交換器２５に供給しない閉位置との間で切り換えられる切換弁２７が設けられている。なお、切換弁２７の開閉位置にかかわらず、高温・高圧の冷媒はコンデンサ１２に供給される。エバポレータ１４と熱交換器２６との間には、低温・低圧の冷媒を熱交換器２６に供給する開位置と低温・低圧の冷媒を熱交換器２６に供給しない閉位置との間で切り換えられる切換弁２８が設けられている。なお、切換弁２８の開閉位置にかかわらず、低温・低圧の冷媒はコンプレッサ１１に供給される。切換弁２７，２８の開閉動作は、コントローラ２９により制御される。切換弁２７，２８は、通常時は何れも閉位置にある（図２参照）。

熱交換器２５及び切換弁２７は、エアコンシステム１０の冷媒との熱交換によって吸着器２３を加熱する加熱手段を構成している。熱交換器２６及び切換弁２８は、エアコンシステム１０の冷媒によって吸着器２３を冷却する冷却手段を構成している。

このような化学蓄熱装置２０を備えた排気浄化システム１において、吸着器２３は、通常時は外気と熱交換されて常温に保たれている。ここで、エンジン２からの排ガスの温度が低いときは、開閉弁２４を開くことで、吸着器２３に貯蔵されたＮＨ_３が管路２２を介して反応器２１に供給される。すると、反応器２１に含まれる化学蓄熱材（例えばＣａＣｌ_２）とＮＨ_３とが化学反応して化学吸着（配位結合）し、反応器２１から熱が発生する。つまり、下記の反応式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２１から発生した熱によって酸化触媒４が加熱されるようになる。
ＣａＣｌ_２＋_ｘＮＨ_３ ⇔ Ｃａ（ＮＨ_３）_ｘＣｌ_２＋熱

一方、エンジン２からの排ガスの温度が高くなると、排気ガスの熱（排熱）が反応器２１に与えられることで、ＣａＣｌ_２とＮＨ_３とが分離する。つまり、上記の反応式における右辺から左辺への反応（再生反応）が起こる。すると、反応器２１の圧力が高くなるため、開閉弁２４を開くことで、ＣａＣｌ_２から分離したＮＨ_３が管路２２を介して吸着器２３に戻るようになる。

ここで、排ガスの温度が低すぎるために酸化触媒４が活性温度まで加熱されないときは、反応器２１の温度を上げることで、酸化触媒４の加熱をアシストする必要がある。この場合には、図３に示すように、切換弁２７を閉位置から開位置に切り換えることで、コンプレッサ１１により圧縮された高温の冷媒を熱交換器２５に供給する。これにより、熱交換器２５によって高温の冷媒と吸着器２３とが熱交換され、吸着器２３が加熱されるため、吸着器２３から反応器２１へのＮＨ_３の供給圧が上がり、反応器２１の温度上昇が促進される。従って、反応器２１から酸化触媒４へ十分な熱が伝えられるため、酸化触媒４を十分加熱することができる。

また、ＮＨ_３の再生時には、十分な排熱が反応器２１に与えられないと、ＣａＣｌ_２から分離したＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことはできない。この場合には、図４に示すように、切換弁２８を閉位置から開位置に切り換えることにより、エバポレータ１４により気化された低温の冷媒を熱交換器２６に供給する。これにより、熱交換器２６によって低温の冷媒と吸着器２３とが熱交換され、吸着器２３が冷却されるため、吸着器２３の圧力が低下し、反応器２１と吸着器２３との差圧が大きくなる。従って、反応器２１から吸着器２３にＮＨ_３が戻る速度が上がり、ＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことができる。

このように本実施形態によれば、特にヒータにより反応器２１または吸着器２３を加熱しなくても、エアコンシステム１０を利用して酸化触媒４の加熱アシスト及びＮＨ_３の再生アシストを行うことができる。エアコンシステム１０のＣＯＰ（熱出力／消費電力）は、ヒータのＣＯＰ（＝１）よりも高い。これにより、少ない電力で反応器２１の温度を高くすることができる。また、少ない電力でＮＨ_３の未再生を防止することができる。その結果、ヒータを使用する場合と比較して、燃費ロスを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、切換弁２７が開位置にある状態では、コンプレッサ１１により圧縮された高温・高圧の冷媒を直接コンデンサ１２に供給すると共に、当該高温・高圧の冷媒を熱交換器２５を介してコンデンサ１２に供給するようにしたが、高温・高圧の冷媒を熱交換器２５を介してコンデンサ１２に供給するルートのみとしても良い。

図５は、本発明に係る化学蓄熱装置の第２実施形態をエアコンシステムと共に示す構成図である。図中、上記第１実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、エアコンシステム１０は、冷媒が流れる方向を切り換えることが可能である。通常の冷凍サイクルでは、上記第１実施形態と同様に、コンプレッサ１１→コンデンサ１２→エキスパンションバルブ１３→エバポレータ１４の順に冷媒が流れる。冷凍サイクルを逆方向にすると、コンプレッサ１１→エバポレータ１４→エキスパンションバルブ１３→コンデンサ１２の順に冷媒が流れるようになる（図６参照）。このとき、コンデンサ１２がエバポレータとして機能し、エバポレータ１４がコンデンサとして機能することになる。

本実施形態の化学蓄熱装置２０は、コンプレッサ１１とエバポレータ１４との間に接続され、エアコンシステム１０の冷媒と吸着器２３とを熱交換させる熱交換器３１を備えている。

コンプレッサ１１と熱交換器３１との間には、コンプレッサ１１により圧縮された高温・高圧の冷媒を熱交換器３１に供給する開位置と当該高温・高圧の冷媒を熱交換器３１に供給しない閉位置との間で切り換えられる切換弁３２が設けられている。エバポレータ１４と熱交換器３１との間には、エバポレータ１４により気化された低温・低圧の冷媒を熱交換器３１に供給する開位置と当該低温・低圧の冷媒を熱交換器３１に供給しない閉位置との間で切り換えられる切換弁３３が設けられている。切換弁３２，３３は、通常時は何れも閉位置にある（図５参照）。

また、化学蓄熱装置２０は、コントローラ３４を備えている。コントローラ３４は、エアコンシステム１０における冷媒が流れる方向を切り換えるようにコンプレッサ１１を制御すると共に、切換弁３２，３３の開閉動作を制御する。

熱交換器３１及び切換弁３２は、エアコンシステム１０の冷媒との熱交換によって吸着器２３を加熱する加熱手段を構成している。熱交換器３１及び切換弁３３は、エアコンシステム１０の冷媒によって吸着器２３を冷却する冷却手段を構成している。コントローラ３４の一部機能は、冷媒が流れる方向を設定する設定手段を構成している。

このような本実施形態において、図６に示すように、エアコンシステム１０における冷媒が流れる方向を通常の冷凍サイクルとは逆にした状態で、切換弁３２，３３を閉位置から開位置に切り換えると、コンプレッサ１１により圧縮された高温の冷媒が熱交換器３１に供給される。これにより、熱交換器３１によって高温の冷媒と吸着器２３とが熱交換され、吸着器２３が加熱されるため、吸着器２３から反応器２１へのＮＨ_３の供給圧が上がり、反応器２１の温度上昇が促進される。従って、反応器２１から酸化触媒４へ十分な熱が伝えられるため、酸化触媒４を十分加熱することができる。

また、図７に示すように、エアコンシステム１０における冷媒が流れる方向を通常の冷凍サイクルとした状態で、切換弁３２，３３を閉位置から開位置に切り換えると、エバポレータ１４により気化された低温の冷媒が熱交換器３１に供給される。これにより、熱交換器３１によって低温の冷媒と吸着器２３とが熱交換され、吸着器２３が冷却されるため、吸着器２３の圧力が低下し、反応器２１と吸着器２３との差圧が大きくなる。従って、反応器２１から吸着器２３にＮＨ_３が戻る速度が上がり、ＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことができる。

このように本実施形態においても、エアコンシステム１０を利用して酸化触媒４の加熱アシスト及びＮＨ_３の再生アシストを行うことができる。これにより、反応器２１または吸着器２３を加熱するヒータが不要となるため、消費電力を抑制し、燃費ロスを低減することが可能となる。

図８は、本発明に係る化学蓄熱装置の第３実施形態を車両及びエアコンシステムと共に示す構成図である。図中、上記第１実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、エアコンシステム１０の上記コンデンサ１２は、車両Ｐの前端部付近に配置されている。コンデンサ１２の後側には、車両Ｐの前方より外気をコンデンサ１２を介して取り込むための上記コンデンサファン１５が配置されている。なお、上記のコンプレッサ１１及びエキスパンションバルブ１３については、図示を省略してある。

本実施形態の化学蓄熱装置２０は、上記の反応器２１及び吸着器２３を備えている。吸着器２３は、コンデンサ１２の近傍後側、つまりコンデンサ１２とコンデンサファン１５との間に配置されている。吸着器２３は、コンデンサ１２と対向する上部位置（図８参照）とコンデンサ１２から退避した下部位置（図１２参照）との間で移動可能である。吸着器２３は、通常時は上部位置に配置されている。反応器２１は、吸着器２３の後方に配置されている。

また、化学蓄熱装置２０は、上部位置と下部位置との間で吸着器２３を移動させる駆動部４１と、この駆動部４１を制御するコントローラ４２とを備えている（図８にのみ図示）。

このような本実施形態において、図９に示すように、車両Ｐの室内（車室内）の冷却が不要であるためにエアコンシステム１０を運転していない状況では、コンデンサファン１５も作動されないため、車両の前方から取り込まれる外気は少ない。この状況下で、排ガスの温度が低いときは、上述したように、吸着器２３から反応器２１にＮＨ_３が供給され、反応器２１に含まれる化学蓄熱材とＮＨ_３との化学反応により反応器２１から熱が発生し、その熱によって酸化触媒４が加熱されるようになる。

また、図１０に示すように、車室内の冷却が不要であるためにコンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転していない状況下で、排ガスの温度が高くなると、上述したように、排熱が反応器２１に与えられることでＣａＣｌ_２とＮＨ_３とが分離し、ＮＨ_３が吸着器２３に戻るようになる。

一方、図１１に示すように、車室内の冷却が必要であるためにコンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転すると、車両Ｐの前方から外気が取り込まれる。その状況下で、排ガスの温度が低いにもかかわらず酸化触媒４が活性温度まで加熱されるとき、または排ガスの温度が低すぎるために酸化触媒４が活性温度まで加熱されないときは、吸着器２３を上部位置に配置したままの状態とする。すると、車両Ｐの前方から取り込まれた外気と高温状態のコンデンサ１２とが熱交換されるため、外気が暖められる。そして、その暖められた外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が加熱される。このため、吸着器２３から反応器２１へのＮＨ_３の供給圧が上がり、反応器２１の温度上昇が促進される。従って、反応器２１から酸化触媒４へ十分な熱が伝えられるため、酸化触媒４を十分加熱することができる。

また、図１２に示すように、車室内の冷却が必要であるためにコンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転している状況下で、排ガスの温度が高くなって十分な排熱が反応器２１に与えられるとき、または排ガスの温度があまり高くなっていないために十分な排熱が反応器２１に与えられないときは、吸着器２３を上部位置から下部位置に移動させる。すると、高温状態のコンデンサ１２により暖められた外気と吸着器２３とが熱交換されることは無く、走行風による外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が冷却される。従って、吸着器２３の圧力が低下するため、反応器２１から吸着器２３にＮＨ_３が戻る速度が上がり、ＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことができる。

さらに、外気あるいは排ガスの温度が低すぎるために酸化触媒４が活性温度まで加熱されないときでも、車室内の冷却は不要であることがある。この場合には、図１３に示すように、吸着器２３を上部位置に配置したままの状態で、車室内の冷却が不要であるにもかかわらず、コンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転する。すると、車両Ｐの前方から取り込まれた外気が高温状態のコンデンサ１２により暖められ、その暖められた外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が加熱される。従って、吸着器２３から反応器２１へのＮＨ_３の供給圧が上がり、反応器２１の温度が高くなるため、上記のように酸化触媒４を十分加熱することができる。なお、車室内の冷却は不要であるため、車室内の冷風は専用のダクトを介して車室外に捨てるようにする。

また、排ガスの温度があまり高くなっていないために十分な排熱が反応器２１に与えられないときでも、車室内の冷却は不要であることがある。この場合には、図１４に示すように、吸着器２３を上部位置に配置したままの状態で、エアコンシステム１０を運転せずに、コンデンサファン１５のみを作動させるようにする。すると、車両Ｐの前方から外気が取り込まれるが、その外気は高温状態のコンデンサ１２により暖められることは無いため、常温の外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が冷却される。従って、吸着器２３の圧力が低下するため、上記のようにＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことができる。

以上のように本実施形態においては、コンデンサ１２の近傍後側に吸着器２３を配置し、その吸着器２３を上部位置と下部位置との間で移動可能としたので、エアコンシステム１０を利用して酸化触媒４の加熱アシストを行い、走行風またはコンデンサファン１５を利用してＮＨ_３の再生アシストを行うことができる。従って、反応器２１または吸着器２３を加熱するヒータが不要となるため、消費電力を抑制し、燃費ロスを低減することが可能となる。

図１５は、本発明に係る化学蓄熱装置の第４実施形態を車両及びエアコンシステムと共に示す構成図である。図中、上記第３実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

同図において、本実施形態の化学蓄熱装置２０は、上記の反応器２１及び吸着器２３を備えている。吸着器２３は、コンデンサ１２の近傍後側に固定して配置されている。

コンデンサ１２と吸着器２３との間には、略Ｌ字状の仕切板４３が配置されている。仕切板４３は、コンデンサ１２により暖められた外気を吸着器２３に対して遮断するための遮蔽部４３ａと、走行風による外気を下方から吸着器２３に導くための案内部４３ｂとからなっている。遮蔽部４３ａは、車両Ｐの高さ方向に延在しており、案内部４３ｂは、遮蔽部４３ａに対して斜め前方に延在している。仕切板４３は、遮蔽部４３ａがコンデンサ１２と対向する上部位置と遮蔽部４３ａがコンデンサ１２から退避した下部位置との間で移動可能である。仕切板４３は、通常時は下部位置（不図示）に配置されている。

また、化学蓄熱装置２０は、上部位置と下部位置との間で仕切板４３を移動させる上記駆動部４１と、この駆動部４１を制御する上記コントローラ４２とを備えている。

このような本実施形態において、コンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転している状況下で、排ガスの温度が低いにもかかわらず酸化触媒４が活性温度まで加熱されるとき、または排ガスの温度が低すぎるために酸化触媒４が活性温度まで加熱されないときは、仕切板４３を下部位置に配置したままの状態とする。この場合には、車両Ｐの前方から取り込まれた外気が高温状態のコンデンサ１２により暖められ、その暖められた外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が加熱される。従って、吸着器２３から反応器２１へのＮＨ_３の供給圧が上がり、反応器２１の温度上昇が促進されるため、上記のように酸化触媒４を十分加熱することができる。

また、コンデンサファン１５を含むエアコンシステム１０を運転している状況下で、排ガスの温度が高くなって十分な排熱が反応器２１に与えられるとき、または排ガスの温度があまり高くなっていないために十分な排熱が反応器２１に与えられないときは、吸着器２３を下部位置から上部位置に移動させる（図１５参照）。この場合には、高温状態のコンデンサ１２により暖められた外気と吸着器２３とが熱交換されることは無く、走行風による外気と吸着器２３とが熱交換されて、吸着器２３が冷却される。従って、吸着器２３の圧力が低下するため、上記のようにＮＨ_３を吸着器２３に完全に戻すことができる。

このように本実施形態においては、コンデンサ１２の近傍後側に吸着器２３を配置し、その吸着器２３の近傍に仕切板４３を配置し、仕切板４３を上部位置と下部位置との間で移動可能としたので、上記第３実施形態と同様に、エアコンシステム１０を利用して酸化触媒４の加熱アシストを行い、走行風またはコンデンサファン１５を利用してＮＨ_３の再生アシストを行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、反応媒体としてアンモニア（ＮＨ_３）を使用し、反応媒体と化学反応して熱を発生させる化学蓄熱材としてＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２、ＮｉＣｌ_２、ＺｎＣｌ_２、ＳｒＣｌ_２等の金属塩を使用したが、反応媒体及び化学蓄熱材としては特にそれらに限られず、例えば反応媒体として水蒸気系物質を使用し、化学蓄熱材として金属酸化物を使用しても良い。

また、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酸化触媒４を加熱するものであるが、本発明の化学蓄熱装置は、ディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンの排気系に設けられた触媒等の加熱対象物を加熱するものであれば適用可能である。

２…ディーゼルエンジン（内燃機関）、３…排気管（排気系）、４…酸化触媒（加熱対象物）、１０…エアコンシステム、１１…コンプレッサ（圧縮機）、１２…コンデンサ（凝縮器、加熱手段）、１４…エバポレータ（蒸発器）、１５…コンデンサファン（加熱手段、冷却手段）、２０…化学蓄熱装置、２１…反応器、２３…吸着器、２５…熱交換器（第１熱交換器、加熱手段）、２６…熱交換器（第２熱交換器、冷却手段）、２７…切換弁（第１切換弁、加熱手段）、２８…切換弁（第２切換弁、冷却手段）、３１…熱交換器（加熱手段、冷却手段）、３２…切換弁（第１切換弁、加熱手段）、３３…切換弁（第２切換弁、冷却手段）、３４…コントローラ（設定手段）、４１…駆動部（加熱手段、冷却手段）、４２…コントローラ（加熱手段、冷却手段）、４３…仕切板（加熱手段、冷却手段）。

Claims (5)

1. 反応媒体であるアンモニアと化学反応して熱を発生させる化学蓄熱材を有する反応器と、
   前記アンモニアを吸着して貯蔵する吸着器と、
   前記反応器と前記吸着器とを接続すると共に、前記反応器の内部と前記吸着器の内部との間で前記アンモニアを流通される管路とを備え、
   エアコンシステムを搭載した車両の内燃機関の排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
   前記エアコンシステムの圧縮機の下流側に配置されると共に、前記圧縮機により圧縮された冷媒によって前記吸着器を加熱するか、または前記エアコンシステムの凝縮器により暖められた外気との熱交換によって前記吸着器を加熱する加熱手段と、
   前記エアコンシステムの前記圧縮機の上流側に配置されると共に、前記エアコンシステムの蒸発器により気化された冷媒によって前記吸着器を冷却するか、または走行風による外気との熱交換によって前記吸着器を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする化学蓄熱装置。
2. 前記エアコンシステムは、低温・低圧の冷媒を気化させる蒸発器と、前記蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を高温・高圧に圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器とを有し、
   前記加熱手段は、前記圧縮機と前記凝縮器との間に接続され、前記圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒と前記吸着器とを熱交換させる第１熱交換器と、前記圧縮機と前記第１熱交換器との間に設けられ、前記高温・高圧の冷媒を前記第１熱交換器に供給するか否かを切り換える第１切換弁とを有し、
   前記冷却手段は、前記蒸発器と前記圧縮機との間に接続され、前記蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒と前記吸着器とを熱交換させる第２熱交換器と、前記蒸発器と前記第２熱交換器との間に設けられ、前記低温・低圧の冷媒を前記第２熱交換器に供給するか否かを切り換える第２切換弁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。
3. 前記エアコンシステムは、低温・低圧の冷媒を気化させる蒸発器と、前記蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を高温・高圧に圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、前記冷媒が流れる方向を設定する設定手段とを有し、
   前記圧縮機と前記蒸発器との間には、前記冷媒と前記吸着器とを熱交換させる熱交換器が接続されており、
   前記圧縮機と前記熱交換器との間には、前記圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を前記熱交換器に供給するか否かを切り換える第１切換弁が設けられており、
   前記蒸発器と前記熱交換器との間には、前記蒸発器により気化された低温・低圧の冷媒を前記熱交換器に供給するか否かを切り換える第２切換弁が設けられており、
   前記加熱手段は、前記設定手段によって前記冷媒が前記圧縮機側から前記蒸発器側に流れるように設定されたときの前記熱交換器及び前記第１切換弁により構成されており、
   前記冷却手段は、前記設定手段によって前記冷媒が前記蒸発器側から前記圧縮機側に流れるように設定されたときの前記熱交換器及び前記第２切換弁により構成されていることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱装置。
4. エアコンシステムを搭載した車両の内燃機関の排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
   反応媒体と化学反応して熱を発生させる化学蓄熱材を有する反応器と、
   前記反応器と接続され、前記反応媒体を吸着して貯蔵する吸着器と、
   前記エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって前記吸着器を加熱する加熱手段と、
   前記エアコンシステムの冷媒または外気との熱交換によって前記吸着器を冷却する冷却手段とを備え、
   前記エアコンシステムは、圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、前記車両の前方より外気を前記凝縮器を介して取り込むためのファンとを有し、
   前記吸着器は、前記凝縮器の近傍後側に配置されていると共に、前記凝縮器と対向する位置と前記凝縮器から退避した位置との間で移動可能であり、
   前記加熱手段は、前記吸着器が前記凝縮器と対向する位置にあるときに、前記凝縮器により暖められた外気との熱交換によって前記吸着器を加熱する手段であり、
   前記冷却手段は、前記吸着器が前記凝縮器から退避した位置にあるときに、走行風による外気との熱交換によって前記吸着器を冷却する手段であることを特徴とする化学蓄熱装置。
5. エアコンシステムを搭載した車両の内燃機関の排気系に設けられた加熱対象物を加熱する化学蓄熱装置において、
   反応媒体であるアンモニアと化学反応して熱を発生させる化学蓄熱材を有する反応器と、
   前記反応器と管路を介して接続され、前記アンモニアを吸着して貯蔵する吸着器と、
   前記エアコンシステムの圧縮機により圧縮された冷媒または前記エアコンシステムの凝縮器により暖められた外気との熱交換によって前記吸着器を加熱する加熱手段と、
   前記エアコンシステムの蒸発器により気化された冷媒または走行風による外気との熱交換によって前記吸着器を冷却する冷却手段とを備え、
   前記エアコンシステムは、前記圧縮機により圧縮された高温・高圧の冷媒を液化する凝縮器と、前記車両の前方より外気を前記凝縮器を介して取り込むためのファンとを有し、
   前記吸着器は、前記凝縮器の近傍後側に配置されており、
   前記吸着器の近傍には、前記凝縮器により暖められた外気を前記吸着器に対して遮断すると共に走行風による外気を前記吸着器に導くための仕切板が配置されており、
   前記仕切板は、前記凝縮器と対向する位置と前記凝縮器から退避した位置との間で移動可能であり、
   前記加熱手段は、前記仕切板が前記凝縮器から退避した位置にあるときに、前記凝縮器により暖められた外気との熱交換によって前記吸着器を加熱する手段であり、
   前記冷却手段は、前記仕切板が前記凝縮器と対向する位置にあるときに、前記走行風による外気との熱交換によって前記吸着器を冷却する手段であることを特徴とする化学蓄熱装置。

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