熱回収式加熱装置
【課題】小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機後に車両内の熱源に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることを可能にする。
【解決手段】化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファ１２と、アンモニアバッファ１２から供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させアンモニアバッファ１２に戻す化学蓄熱材２４が設けられた化学蓄熱反応器１４と、を有している。
【解決手段】化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファ１２と、アンモニアバッファ１２から供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させアンモニアバッファ１２に戻す化学蓄熱材２４が設けられた化学蓄熱反応器１４と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱回収式加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルタンク内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給し、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給するエンジン潤滑装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この装置では、エンジン始動時に、蓄熱タンクに貯留された高温のオイルが、サブポンプによって、吐出パイプからクランクシャフトの主にジャーナルに向かって吐出される。これにより、クランクシャフト周辺を暖機して、フリクションの低減を図っている。
【０００４】
エンジン暖機完了後には、オイルタンクに高温のオイルが貯留される。蓄熱タンク内の高温のオイルは、エンジン始動時に消費されるので、次回の暖機に備えるべく、オイルタンク内の高温のオイルがサブポンプによって蓄熱タンクへ送油され、該蓄熱タンクに再び貯留される。
【０００５】
またこの装置では、サブポンプ系からの高温のオイルを、メインポンプ系へも供給することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４４６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来例のように、実際のエンジンにおけるクランクシャフト周辺は熱容量が非常に大きく、例えばシャフト部で４ｋＪ／Ｋ、エンジンブロックで２７ｋＪ／Ｋ、コンロッドで０．２６ｋＪ／Ｋである。これらを５０Ｋ昇温させようとすると、シャフト部で４×５０＝２００ｋＪ／Ｋ、エンジンブロックで２７×５０＝１３５０ｋＪ／Ｋ、コンロッドで０．２６×５０＝１３ｋＪ／Ｋ、計１５６３ｋＪという大きな熱量が夫々必要となる。
【０００８】
また上記した従来例では、エンジン暖機完了後における高温オイルの貯留を示唆しているが、オイルの顕熱容量は相対的に小さく、上記熱量を蓄熱するためには、膨大なオイルを貯留することが必要になる。例えば１００℃のオイル（比熱 ２．１３ｋＪ／ｋｇＫ、密度 ０．８５２ｋｇ／ｍ3 ）を利用して、上記１５６３ｋＪを供給する（５０Ｋ昇温させる）ために必要なオイルの体積を計算すると、１５６３／（２．１３×５０）／０．８２５-＝１７ｍ3と大量になり、現実的ではない。更に熱交換効率も含め考慮すると、実現は不可能と思われる。
【０００９】
本発明は、上記事実を考慮して、小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機後に車両内の熱源に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファと、前記アンモニアバッファから供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させ前記アンモニアバッファに戻す化学蓄熱材が設けられた化学蓄熱反応器と、を有している。
【００１１】
請求項１に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニアバッファから脱離したアンモニアが、化学蓄熱反応器に供給され、該アンモニアと化学蓄熱材との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により発熱する。化学反応媒体としてアンモニアを用いることで、例えば氷点下のような低温の条件下でも、アンモニアバッファからアンモニアを脱離させることができる。この化学蓄熱反応器が発する熱により、車両の加熱対象を加熱して速やかに暖機を行うことができる。
【００１２】
また暖機後には、車両内に大量に存在する熱源の余剰熱を用いて化学蓄熱材からアンモニアを脱離させる。これにより、従来利用できなかった大量の余剰熱を利用することができる。化学蓄熱材から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器からアンモニアバッファに戻されて再び固定化される。
【００１３】
このように、また化学蓄熱材とアンモニアとの配位反応熱を利用することで、高い反応性と大きな蓄熱密度が得られ、システムの小型化及び高出力化が可能となる。そしてこのような小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機完了後に車両内に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱回収式加熱装置において、前記化学蓄熱材として、金属塩化物が用いられる。
【００１５】
請求項２に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱材として金属塩化物が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱回収式加熱装置において、前記金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である。
【００１７】
請求項３に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱材として、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の熱回収式加熱装置において、前記アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌであり、前記アルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2、ＣａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＢａＣｌ2の少なくとも１種であり、前記遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2、ＣｏＣｌ2、ＮｉＣｌの少なくとも１種である。
【００１９】
請求項４に記載の熱回収式加熱装置では、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物として上記のものが用いられるので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられる。
【００２１】
請求項５に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられるので、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着器は、平板積層型の熱交換型反応器である。
【００２３】
請求項６に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器であるので、伝熱律速を最小化し、アンモニアの吸着反応及び脱離反応の速度を速めることができる。このため、化学蓄熱反応器での高い熱出力を得ることができる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されている。
【００２５】
請求項７に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着器の内部に充填されたアンモニア吸着材により、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着材は、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体である。
【００２７】
請求項８に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着材として、上記細孔を有する多孔体を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００２８】
請求項９の発明は、請求項７に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着材は、１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材である。
【００２９】
請求項９に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着材として、上記１次粒径の物理吸着材を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００３０】
請求項１０の発明は、前記化学蓄熱反応器が、加熱対象部品を暖機するために設けられている。
【００３１】
請求項１０に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が発する熱により、加熱対象部品を加熱して速やかに暖機を行うことができる。
【００３２】
請求項１１の発明は、前記加熱対象部品がエンジン要素部品である。
【００３３】
請求項１１に記載の熱回収式加熱装置では、エンジン要素部品を速やかに暖機することができる
【００３４】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の熱回収式加熱装置において、前記エンジン要素部品は、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部に設けられている。
【００３５】
例えば０℃程度の低温の条件では、エンジンオイルの高粘度化により、ピストン、クランクシャフト、動弁系における摩擦の増加が燃費悪化の大きな要因となる。
【００３６】
請求項１２に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部に設けられているので、エンジンの始動時に、外部からの熱供給なしに軸受部を速やかに暖機して、該軸受部のオイルの粘度を低下させることができる。クランクシャフトに比べて熱容量が小さい軸受部を加熱することで、熱量あたりの昇温効率を向上させることができる。また暖機後に軸受部の熱を利用して、化学蓄熱反応器からアンモニアを脱離させてアンモニアバッファに戻すことができる。
【００３７】
請求項１３の発明は、請求項１０に記載の熱回収式加熱装置において、前記加熱対象部品が、車両に搭載される電池を蒸気加熱するための蒸気発生器である。
【００３８】
請求項１３に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が設けられる加熱対象部品が蒸気発生器であるので、アンモニアと化学蓄熱材との配位反応により発生する熱を利用して、水蒸気を発生させることができる。この水蒸気を、例えば−３０℃程度の極低温の条件下にある車両の電池に当てると温度差から凝縮が生じる。この際の凝縮潜熱により、電池を加熱して暖気することができる。このように水蒸気の潜熱を利用することにより、熱伝達効率を向上させることができる。また化学蓄熱反応器で直接電池を加熱するのではなく、水蒸気で加熱するので、水蒸気の凝縮温度が加熱上限となる。これにより、過剰加熱を抑制し、電池の劣化を抑制することができる。
【００３９】
請求項１４の発明は、請求項１０に記載の熱回収式加熱装置において、前記加熱対象部品が、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファである。
【００４０】
請求項１４に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が設けられる加熱対象部品が、加熱によりアンモニアを発生する第２アンモニアバッファであるので、化学蓄熱反応器においてアンモニアと化学蓄熱材との配位反応により発生する熱を利用して、第２アンモニアバッファからアンモニアを脱離させることができる。このアンモニアを、第１アンモニア供給装置からディーゼルエンジン用の触媒へ供給することにより、エンジンの始動時から排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる。
【００４１】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の熱回収式加熱装置において、前記第２アンモニアバッファには、該第２アンモニアバッファよりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器が接続されている。
【００４２】
第２アンモニアバッファにおけるアンモニアの残量は、触媒へアンモニアを供給することで消費されて減少する。この熱回収式加熱装置では、アンモニアの残量が少なくなった第２アンモニアバッファに、より大容量の第２化学蓄熱反応器からアンモニアを供給して補うことができる。このため、より長期にわたって、エンジンの始動時における触媒へのアンモニアの供給を行うことができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の熱回収式加熱装置によれば、小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機後に車両内の熱源に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることを可能にすることができる、という優れた効果が得られる。
【００４４】
請求項２に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４５】
請求項３に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４６】
請求項４に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４７】
請求項５に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４８】
請求項６に記載の熱回収式加熱装置によれば、化学蓄熱反応器での高い熱出力を得ることができる、という優れた効果が得られる。
【００４９】
請求項７に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材により、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５０】
請求項８に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材として、細孔を有する多孔体を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５１】
請求項９に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材として、上記粒径の物理吸着材を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５２】
請求項１０に記載の熱回収式加熱装置によれば、化学蓄熱反応器により加熱対象部品を加熱して速やかに暖機することができる、という優れた効果が得られる。
【００５３】
請求項１１に記載の熱回収式加熱装置によれば、エンジン要素部品を速やかに暖機することができる、という優れた効果が得られる。
【００５４】
請求項１２に記載の熱回収式加熱装置によれば、エンジンの始動時にクランクシャフトの軸受部を速やかに暖機して、該軸受部のオイルの粘度を低下させることができる、という優れた効果が得られる。
【００５５】
請求項１３に記載の熱回収式加熱装置によれば、車両の電池を暖機することができるという優れた効果が得られる。
【００５６】
請求項１４に記載の熱回収式加熱装置によれば、ディーゼルエンジンの始動時から排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５７】
請求項１５に記載の熱回収式加熱装置によれば、より長期にわたって、エンジンの始動時における触媒へのアンモニアの供給を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１から図３は、第１実施形態に係り、図１はエンジンにおけるクランクシャフトの軸受部を暖機するための熱回収式加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図２】軸受部の構造を示す拡大分解斜視図である。
【図３】試験例における解析結果を示す線図である。
【図４】図４から図８は、第２実施形態に係り、図４は熱回収式加熱装置及び電池を模式的に示す斜視図である。
【図５】蒸気発生器及び電池を模式的に断面図である。
【図６】化学蓄熱反応器についての時間と熱出力の関係を示す線図である。
【図７】加熱時間と電池温度との関係を示す線図である。
【図８】２種類の電池について、充電率の違いと走行完了率との関係を示す線図である。
【図９】第３実施形態に係る熱回収式加熱装置、第２アンモニアバッファ、第２化学蓄熱反応器及び触媒を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
【００６０】
［第１実施形態］
図１，図２において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置１０は、アンモニアバッファ１２と、化学蓄熱反応器１４と、を有している。この化学蓄熱反応器１４は、車両のエンジン１６におけるクランクシャフト１８の軸受部２２に設けられている。この軸受部２２は、車両における加熱対象部品としてのエンジン要素部品の一例でる。
【００６１】
アンモニアバッファ１２は、化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成された、例えばアンモニア吸着器であり、エンジン１６の外部に設けられている。このアンモニア吸着器は、例えば平板積層型の熱交換型反応器であり、内部には平板状のアンモニア吸着材が多層に充填されている（図示せず）。アンモニア吸着材は、例えば１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体であり、アンモニア吸着材の１次粒径は、例えば５０μｍ以下である。アンモニア吸着材としては、例えば活性炭、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカ等が好適である。
【００６２】
化学蓄熱反応器１４には、化学蓄熱材２４が設けられており、アンモニアバッファ１２から供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させアンモニアバッファ１２に戻すようになっている。化学蓄熱反応器１４は、例えば複数の軸受部２２に設けられており、アンモニアバッファ１２との間が配管２６により接続されている。この配管２６には、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へのアンモニアの供給量を調節するバルブ２８が設けられている。
【００６３】
図２に示されるように、軸受部２２は、エンジンブロック側に一体成形された土台部３２と、該土台部３２に固定される押え部材３４との半割り構造とされている。
【００６４】
土台部３２と押え部材３４とには、半円筒形の凹面が形成され、該凹面に沿うように、半割り形状の軸受メタル３６，３８が夫々設けられている。土台部３２には、例えば一対のねじ穴３２Ａが形成され、押え部材３４のうち該穴３２Ａに対応する位置には、貫通孔３４Ａが形成されている。この貫通孔３４Ａにボルト４０を通し、土台部３２のねじ穴３２Ａに締結することで、クランクシャフト１８が軸受部２２に回動自在に支持されるようになっている。
【００６５】
化学蓄熱反応器１４は、この軸受部２２のうち、例えば土台部３２における凹面に近い位置に設けられている。具体的には、化学蓄熱反応器１４は、土台部３２に、凹面に沿った湾曲形状のチャンバを形成し、該チャンバ内に化学蓄熱材２４を充填することにより構成されている。
【００６６】
化学蓄熱材２４としては、例えば金属塩化物が用いられる。この金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である。具体的には、アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌである。またアルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2 、ＣａＣｌ2 、ＳｒＣｌ2 、ＢａＣｌ2の少なくとも１種である。そして遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2 、ＣｏＣｌ2 、ＮｉＣｌの少なくとも１種である。
【００６７】
化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いた場合、１ｃｃあたり１４Ｗで２．４ｋＪの熱量を出力可能である。１つの軸受部２２あたりの必要熱出力を５０Ｗとした場合、化学蓄熱反応器１４を構成するチャンバの容積は約５ｃｃであり、アンモニアバッファ１２を構成するアンモニア吸着器の必要容積は約５０ｃｃとなる。従って、チャンバ、アンモニア吸着器及び配管２６を含めても、約１００ｃｃ程度の容積である。
【００６８】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。例えば０℃程度の低温の条件では、エンジンオイルの高粘度化により、ピストン（図示せず）、クランクシャフト１８、動弁系（図示せず）における摩擦の増加が燃費悪化の大きな要因となる。
【００６９】
図１において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置１０では、このような条件下での車両のエンジン１６の始動時に、アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４との間の配管２６に設けられたバルブ２８を開放する。アンモニアバッファ１２を構成するアンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されており、０℃程度の低温であっても、該アンモニア吸着材から、化学反応媒体であるアンモニアを脱離させることができる。このアンモニアが、配管２６を通じて、軸受部２２に設けられた各々の化学蓄熱反応器１４へ、矢印Ａ方向及びＢ方向に供給される。具体的には、０℃のときに約３気圧（３０３９ｈＰａ）のアンモニアが、化学蓄熱反応器１４に供給される。
【００７０】
このアンモニアと、化学蓄熱反応器１４に充填された化学蓄熱材２４との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により、該化学蓄熱材２４（化学蓄熱反応器１４）が速やかに発熱する。化学蓄熱反応器１４は、エンジン１６におけるクランクシャフト１８の軸受部２２に設けられているので、該軸受部２２が速やかに加熱される。具体的には、軸受部２２の温度は、例えば１分以内に０℃から３０℃程度まで上昇する。軸受部２２の熱容量は、クランクシャフト１８の熱容量よりも小さく、約１／１０である。この軸受部２２を加熱することで、熱量あたりの昇温効率を向上させることができる。
【００７１】
このように、本実施形態では、エンジン１６の始動時に、外部からの熱供給なしに軸受部２２を速やかに暖機して、該軸受部２２のオイルの粘度を低下させることができる。これにより、クランクシャフト１８と軸受部２２との間の摩擦を低減することができる。
【００７２】
アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へのアンモニアの供給量は、該アンモニアバッファ１２、化学蓄熱反応器１４及び配管２６からなる系内におけるアンモニアの保持量により制御することができ、軸受部２２の温度が上昇した後の適度なタイミングで閉止される。
【００７３】
次に暖機完了後の作用について説明する。エンジン１６の暖機後には、軸受部２２の温度は例えば７０℃程度になっており、余剰熱が大量に存在する。この余剰熱を用いて、化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。
【００７４】
具体的には、軸受部２２の温度が７０℃程度となっているときに、バルブ２８を開放する。すると、化学蓄熱材２４に配位結合していたアンモニアが、軸受部２２の余剰熱により加熱されて該化学蓄熱材２４から脱離する。この際に、軸受部２２における余剰熱の一部が回収され、化学エネルギーとして蓄熱される。
【００７５】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて矢印Ｃ及びＤ方向に戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、軸受部２２の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【００７６】
このように、本実施形態では、化学蓄熱材２４とアンモニアとの配位反応熱を利用することで、高い反応性と大きな蓄熱密度が得られる。具体的には、化学蓄熱反応器１４のチャンバ、アンモニアバッファ１２におけるアンモニア吸着器及び配管２６を含めて、約１００ｃｃ程度の容積でありながら、効率的で速やかな軸受部２２の暖機が可能となる。従って、システムの小型化及び高出力化が可能となる。
【００７７】
そしてこのような小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機完了後に車両内に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることができる。更に、化学蓄熱反応器１４からのアンモニアの脱離のために、従来利用できなかった大量の余剰熱を利用することができる。
【００７８】
また化学蓄熱材２４として金属塩化物（アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種）が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００７９】
アンモニアバッファ１２として、アンモニア吸着器が用いられるので、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる。またアンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器であるので、伝熱律速を最小化し、アンモニアの吸着反応及び脱離反応の速度を速めることができる。このため、化学蓄熱反応器１４での高い熱出力を得ることができる。
【００８０】
（試験例）
本実施形態の効果を確認するため、本実施形態に係る実施例と、比較例１及び比較例２について、熱伝道と摩擦の解析を行った。比較例１は、軸受部２２に対する加熱源を有しないものである。また比較例２は、軸受部２２に１２０Ｗの電気ヒーター（図示せず）を挿入して、軸受メタル３６，３８を局所的に１２０秒間加熱し、該軸受部２２に１４．４ｋＪの熱量を与えたものである。
【００８１】
解析条件は次のとおりである。化学蓄熱反応器１４のチャンバにおけるＣａＣｌ2 （化学蓄熱材２４）については、充填密度＝０．７ｇ／ｃｃ、熱出力＝１４Ｗ／ｇ、蓄熱量＝２．４ｋＪ／ｇである。また、アンモニア吸着器の容積＝５ｃｃ（２ｃｃ，８ｃｃ）である。従って、アンモニア吸着器の容積が５ｃｃの場合、ＣａＣｌ2 の蓄熱量は、８．４ｋＪとなる。なお、ＣａＣｌ2 の蓄熱量は、アンモニア吸着器の容積が２ｃｃの場合３．４ｋＪとなり、アンモニア吸着器の容積が８ｃｃの場合１３．４ｋＪとなる。
【００８２】
解析結果は図３に示されるとおりである。実施例では、アンモニア吸着器の容積が２ｃｃ、５ｃｃ、８ｃｃの何れであっても、外部からの熱供給なしに、電気ヒーターで加熱した比較例２と同等、又は比較例２よりも優れた摩擦低減効果を有することが確認できた。
【００８３】
［第２実施形態］
図４，図５において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置２０では、化学蓄熱反応器１４が、車両に搭載される電池４２を蒸気加熱するための蒸気発生器４４に設けられている。この電池４２は、加熱対象部品の一例である。化学蓄熱反応器１４と蒸気発生器４４とは、例えば一体構造とされ、小型化されている。蒸気発生器４４内には、熱媒体の一例たる水５４が入れられており、該蒸気発生器４４とアンモニアバッファ１２とは、配管２６により接続されている。第１実施形態と同様に、配管２６にはバルブ２８が設けられている。
【００８４】
電池４２は、例えばハイブリッド車（プラグインタイプも含む）や電気自動車に搭載される車両駆動用の電池である。この電池４２は、例えば凝縮容器４６内に設けられている。凝縮容器４６と蒸気発生器４４とは、配管４８により接続されている。凝縮容器４６の底部には、凝縮した水を蒸気発生器４４に戻すための配管５０が設けられている。即ち、配管５０は、蒸気発生器４４に接続されている（図示せず）。
【００８５】
なお、電池４２と凝縮容器４６とを層状に重ねてもよい。また蒸気発生器４４に入れられる熱媒体は、水には限られない。
【００８６】
他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。電池４２の充電率が低い場合、例えば−２０〜−３０℃程度の極低温の状態では、電池４２の性能が十分に発揮され難くなる。
【００８８】
図４，図５において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置２０では、このような条件下でのハイブリッド車や電気自動車等の始動時に、アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４との間の配管２６に設けられたバルブ２８を開放する。すると、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へ矢印Ａ方向に供給される。
【００８９】
このアンモニアと、化学蓄熱反応器１４に充填された化学蓄熱材２４との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により、該化学蓄熱材２４（化学蓄熱反応器１４）が速やかに発熱する。化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いて、例えば熱出力４ｋＷ、発熱量６００ｋＪを生成し、３０Ｋ昇温させることができる。化学蓄熱反応器１４は、蒸気発生器４４に設けられているので、この熱により水５４を蒸発させて、水蒸気５６を発生させることができる。
【００９０】
この水蒸気５６は、配管４８を通じて凝縮容器４６へ矢印Ｅ方向に流れて、極低温の条件下にある電池４２に当たる。すると、水蒸気５６と電池４２との温度差から水蒸気５６に凝縮が生じる。この際の凝縮潜熱により、外部からの熱供給なしに、電池４２を加熱して暖気することができる。これにより、極低温の条件下での電池４２の性能を確保することができる。
【００９１】
このように水蒸気５６の潜熱を利用することにより、熱伝達効率を向上させることができる。また化学蓄熱反応器１４で直接電池４２を加熱するのではなく、水蒸気５６で加熱するので、水蒸気５６の凝縮温度（例えば６０℃）が加熱上限となる。これにより、過剰加熱を抑制し、電池４２の劣化を抑制することができる。
【００９２】
凝縮により生じた水５８は、配管５０を通じて蒸気発生器４４へ矢印Ｆ方向に戻され、次回の暖機時の水蒸気５６の発生のために再利用される。
【００９３】
次に暖機完了後の作用について説明する。電池４２の暖機後には、車両に搭載されているモータ、トランスアクスル、リアクトル、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の電気系損失により発生する余剰熱を用いて、化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。この際に、余剰熱の一部が回収され、化学エネルギーとして蓄熱される。
【００９４】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて矢印Ｄ方向に戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、電池４２の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【００９５】
（試験例）
本実施形態の効果を確認するため、まず化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いた場合の化学蓄熱反応器についての時間と熱出力の関係を求めた。結果は図６に示されるとおりであり、３０秒程度で約２ｋＷの熱出力が得られている。
【００９６】
次に、この化学蓄熱反応器を用いて、約−２０℃の条件下にある電池を蒸気加熱した場合の、該電池の各部の温度変化を測定した。図中、「Ｍｉｎ」とは、電池の中心部の温度変化を表し、「Ｍａｘ」とは、電池の表面の温度変化を表している。「ＡＶＥＲＡＧＥ」とは、「Ｍｉｎ」と「Ｍａｘ」の平均値である。「一次遅れ模擬」とは、「ＡＶＥＲＡＧＥ」を、車両搭載状態に合うように一次遅れ要素として模したものである。
【００９７】
この「一次遅れ模擬」の温度変化にて、２種類の電池について、充電率の大小と暖機の有無による走行距離の違いを求めた。結果は図８に示されるとおりである。図中、ハッチングの有無により２種類の柱があるが、これらは電池の種類の違いを示している。「ＳＯＣ９０」とは、充電率が９０％であることを示し、「ＳＯＣ２０」とは、充電率が２０％であることを示している。
【００９８】
図８によれば、充電率が９０％であれば、暖機の有無にかかわらず、２種類の電池は何れも走行完了率が１００％となり、走行距離が長くなることがわかる。一方、充電率が２０％の場合、暖機無しの場合には、夫々８０％，２０％の走行率となってしまう。これに対し、暖機有りの場合、２種類の電池の走行完了率が、夫々１００％，９０％にまで上昇している。このことから、本実施形態に係る電池暖機により、極低温の条件下でも電池性能を確保できることが確認できた。
【００９９】
［第３実施形態］
図９において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置３０では、化学蓄熱反応器１４が、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒６０へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファ６２に設けられている。この第２アンモニアバッファ６２は、加熱対象部品の一例である。アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４とは、配管２６により接続されて閉じているので、低温作動可能な化学蓄熱材２４として潮解性を有するものを利用することができる。第１実施形態において例示した金属塩化物の中では、ＣａＣｌ2 の潮解性が特に高いが、このような金属塩化物でも化学蓄熱材２４として利用することができる。
【０１００】
化学蓄熱反応器１４と第２アンモニアバッファ６２とは、例えば一体構造とされ、小型化されている。触媒６０は、例えばアンモニアＳＣＲ触媒（選択的触媒還元）であり、ディーゼルエンジンから見て上流側の排気管６６と下流側の排気管６８との間に直列に接続されている。矢印Ｈは、排ガスの流れの方向を示している。
【０１０１】
第２アンモニアバッファ６２は、例えば、加熱によりアンモニアを放出可能な熱交換型反応器であり、図示しない化学蓄熱材（例えばＢａＣｌ2 ）が充填されている。第２アンモニアバッファ６２は、アンモニアを触媒６０に供給するための配管７０により、上流側の排気管６６と接続されている。この配管７０には、バルブ７４が設けられている。
【０１０２】
第２アンモニアバッファ６２には、該第２アンモニアバッファ６２よりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器６４が、配管７２により接続されている。第２アンモニアバッファ６２には、図示しない化学蓄熱材（例えばＭｇＣｌ2 ）が充填されている。第２アンモニアバッファ６２と第２化学蓄熱反応器６４とを比較すると、第２アンモニアバッファ６２の方が低容量で、かつ化学蓄熱材の再生温度が低い。
【０１０３】
他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０４】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。ディーゼルエンジン用の触媒６０は、１００〜１５０℃での始動が望ましく、−２０〜−３０℃程度の極低温の状態では性能を発揮し難い。
【０１０５】
図９において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置３０では、このような環境化でのディーゼルエンジンの始動時に、バルブ２８を開放し、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へアンモニアを供給して、アンモニアと化学蓄熱材２４との配位反応により、該化学蓄熱反応器１４を発熱させる。化学蓄熱反応器１４は、例えば熱出力４ｋＷ、発熱量６００ｋＪを生成し、３０Ｋ昇温する。この熱により第２アンモニアバッファ６２を加熱すると、該第２アンモニアバッファ６２において吸着されていたアンモニアが脱離する。
【０１０６】
このアンモニアは、バルブ７４を開放することにより、配管７０を通じて上流側の排気管６６へ矢印Ｇ方向に流れて、該排気管６６から触媒６０へ供給される。これにより、触媒６０が１００℃以上１５０℃以下の状態であっても、該触媒６０により、ディーゼルエンジンの始動後速やかに排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる。
【０１０７】
なお、第２アンモニアバッファ６２から大気圧場にある触媒６０へアンモニアを放出するためには熱量が必要であり、本実施形態では化学蓄熱反応器１４によりこの熱量が供給されるようになっている。第２アンモニアバッファ６２は、化学蓄熱反応器１４と一体化され熱容量が小さくなっているので、触媒６０へのアンモニアの必要供給量に応じた、化学蓄熱反応器１４から第２アンモニアバッファ６２への最小限の熱供給が可能となる。
【０１０８】
次に暖機完了後の作用について説明する。また暖機後には、エンジン自体や排気管６６，６８等の余剰熱を有する熱源が大量に存在する。この熱源の余剰熱を適宜用いて、第２化学蓄熱反応器６４からのアンモニアの放出を行いつつ、化学蓄熱反応器１４の化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。
【０１０９】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、第２アンモニアバッファ６２の加熱及び触媒６０の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【０１１０】
第２アンモニアバッファ６２におけるアンモニアの残量は、触媒６０へアンモニアを供給することで消費されて減少する。本実施形態では、暖機完了後の余剰熱を利用して、アンモニアの残量が少なくなった第２アンモニアバッファ６２に、より大容量の第２化学蓄熱反応器６４からアンモニアを供給して補うことができる。このため、より長期にわたって、エンジン１６の始動時における触媒６０へのアンモニアの供給を行うことができる。
【０１１１】
なお第２アンモニアバッファ６２の化学蓄熱材（ＭｇＣｌ2 ）からアンモニアを脱離させるには、２００℃程度の熱が必要である。この熱源として、例えば排気熱を利用することができる。
【０１１２】
（他の実施形態）
熱回収式加熱装置１０，２０，３０は、上記各実施形態に記載した加熱（暖機）対象、即ち、加熱対象部品の一例たるクランクシャフト１８の軸受部２２（図１）、蒸気発生器４４（図５）及び第２アンモニアバッファ６２（図９）だけでなく、他の加熱対象部品に対しても用いることができる。また熱回収式加熱装置１０，２０，３０を、クランクシャフト１８の軸受部２２以外のエンジン要素部品を暖機するために用いることが可能である。
【０１１３】
化学蓄熱材２４として、金属塩化物が用いられるものとしたが、化学蓄熱材２４はこれに限られるものではない。また金属塩化物は、第１実施形態において例示されるものに限られない。
【０１１４】
アンモニアバッファ１２は、アンモニア吸着器でなくてもよい。アンモニアバッファ１２がアンモニア吸着器である場合において、該アンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器でなくてもよい。またアンモニア吸着器の内部に、アンモニア吸着材を有しない構成であってもよい。アンモニア吸着材については、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体に限られず、また１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材でなくてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 熱回収式加熱装置
１２ アンモニアバッファ
１４ 化学蓄熱反応器
１６ エンジン
１８ クランクシャフト（加熱対象部品、エンジン要素部品）
２０ 熱回収式加熱装置
２２ 軸受部
２４ 化学蓄熱材
２６ 配管
２８ バルブ
３０ 熱回収式加熱装置
４２ 電池
４４ 蒸気発生器（加熱対象部品）
５６ 水蒸気
６０ 触媒
６２ 第２アンモニアバッファ（加熱対象部品）
６４ 第２化学蓄熱反応器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱回収式加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルタンク内のオイルをメインポンプによってエンジン各部へ供給し、蓄熱タンク内のオイルをサブポンプによってクランクシャフト周辺へ供給するエンジン潤滑装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この装置では、エンジン始動時に、蓄熱タンクに貯留された高温のオイルが、サブポンプによって、吐出パイプからクランクシャフトの主にジャーナルに向かって吐出される。これにより、クランクシャフト周辺を暖機して、フリクションの低減を図っている。
【０００４】
エンジン暖機完了後には、オイルタンクに高温のオイルが貯留される。蓄熱タンク内の高温のオイルは、エンジン始動時に消費されるので、次回の暖機に備えるべく、オイルタンク内の高温のオイルがサブポンプによって蓄熱タンクへ送油され、該蓄熱タンクに再び貯留される。
【０００５】
またこの装置では、サブポンプ系からの高温のオイルを、メインポンプ系へも供給することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４４６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来例のように、実際のエンジンにおけるクランクシャフト周辺は熱容量が非常に大きく、例えばシャフト部で４ｋＪ／Ｋ、エンジンブロックで２７ｋＪ／Ｋ、コンロッドで０．２６ｋＪ／Ｋである。これらを５０Ｋ昇温させようとすると、シャフト部で４×５０＝２００ｋＪ／Ｋ、エンジンブロックで２７×５０＝１３５０ｋＪ／Ｋ、コンロッドで０．２６×５０＝１３ｋＪ／Ｋ、計１５６３ｋＪという大きな熱量が夫々必要となる。
【０００８】
また上記した従来例では、エンジン暖機完了後における高温オイルの貯留を示唆しているが、オイルの顕熱容量は相対的に小さく、上記熱量を蓄熱するためには、膨大なオイルを貯留することが必要になる。例えば１００℃のオイル（比熱 ２．１３ｋＪ／ｋｇＫ、密度 ０．８５２ｋｇ／ｍ3 ）を利用して、上記１５６３ｋＪを供給する（５０Ｋ昇温させる）ために必要なオイルの体積を計算すると、１５６３／（２．１３×５０）／０．８２５-＝１７ｍ3と大量になり、現実的ではない。更に熱交換効率も含め考慮すると、実現は不可能と思われる。
【０００９】
本発明は、上記事実を考慮して、小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機後に車両内の熱源に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファと、前記アンモニアバッファから供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させ前記アンモニアバッファに戻す化学蓄熱材が設けられた化学蓄熱反応器と、を有している。
【００１１】
請求項１に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニアバッファから脱離したアンモニアが、化学蓄熱反応器に供給され、該アンモニアと化学蓄熱材との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により発熱する。化学反応媒体としてアンモニアを用いることで、例えば氷点下のような低温の条件下でも、アンモニアバッファからアンモニアを脱離させることができる。この化学蓄熱反応器が発する熱により、車両の加熱対象を加熱して速やかに暖機を行うことができる。
【００１２】
また暖機後には、車両内に大量に存在する熱源の余剰熱を用いて化学蓄熱材からアンモニアを脱離させる。これにより、従来利用できなかった大量の余剰熱を利用することができる。化学蓄熱材から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器からアンモニアバッファに戻されて再び固定化される。
【００１３】
このように、また化学蓄熱材とアンモニアとの配位反応熱を利用することで、高い反応性と大きな蓄熱密度が得られ、システムの小型化及び高出力化が可能となる。そしてこのような小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機完了後に車両内に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の熱回収式加熱装置において、前記化学蓄熱材として、金属塩化物が用いられる。
【００１５】
請求項２に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱材として金属塩化物が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載の熱回収式加熱装置において、前記金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である。
【００１７】
請求項３に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱材として、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の熱回収式加熱装置において、前記アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌであり、前記アルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2、ＣａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＢａＣｌ2の少なくとも１種であり、前記遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2、ＣｏＣｌ2、ＮｉＣｌの少なくとも１種である。
【００１９】
請求項４に記載の熱回収式加熱装置では、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物として上記のものが用いられるので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられる。
【００２１】
請求項５に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられるので、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着器は、平板積層型の熱交換型反応器である。
【００２３】
請求項６に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器であるので、伝熱律速を最小化し、アンモニアの吸着反応及び脱離反応の速度を速めることができる。このため、化学蓄熱反応器での高い熱出力を得ることができる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されている。
【００２５】
請求項７に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着器の内部に充填されたアンモニア吸着材により、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項７に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着材は、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体である。
【００２７】
請求項８に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着材として、上記細孔を有する多孔体を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００２８】
請求項９の発明は、請求項７に記載の熱回収式加熱装置において、前記アンモニア吸着材は、１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材である。
【００２９】
請求項９に記載の熱回収式加熱装置では、アンモニア吸着材として、上記１次粒径の物理吸着材を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる。
【００３０】
請求項１０の発明は、前記化学蓄熱反応器が、加熱対象部品を暖機するために設けられている。
【００３１】
請求項１０に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が発する熱により、加熱対象部品を加熱して速やかに暖機を行うことができる。
【００３２】
請求項１１の発明は、前記加熱対象部品がエンジン要素部品である。
【００３３】
請求項１１に記載の熱回収式加熱装置では、エンジン要素部品を速やかに暖機することができる
【００３４】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の熱回収式加熱装置において、前記エンジン要素部品は、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部に設けられている。
【００３５】
例えば０℃程度の低温の条件では、エンジンオイルの高粘度化により、ピストン、クランクシャフト、動弁系における摩擦の増加が燃費悪化の大きな要因となる。
【００３６】
請求項１２に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部に設けられているので、エンジンの始動時に、外部からの熱供給なしに軸受部を速やかに暖機して、該軸受部のオイルの粘度を低下させることができる。クランクシャフトに比べて熱容量が小さい軸受部を加熱することで、熱量あたりの昇温効率を向上させることができる。また暖機後に軸受部の熱を利用して、化学蓄熱反応器からアンモニアを脱離させてアンモニアバッファに戻すことができる。
【００３７】
請求項１３の発明は、請求項１０に記載の熱回収式加熱装置において、前記加熱対象部品が、車両に搭載される電池を蒸気加熱するための蒸気発生器である。
【００３８】
請求項１３に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が設けられる加熱対象部品が蒸気発生器であるので、アンモニアと化学蓄熱材との配位反応により発生する熱を利用して、水蒸気を発生させることができる。この水蒸気を、例えば−３０℃程度の極低温の条件下にある車両の電池に当てると温度差から凝縮が生じる。この際の凝縮潜熱により、電池を加熱して暖気することができる。このように水蒸気の潜熱を利用することにより、熱伝達効率を向上させることができる。また化学蓄熱反応器で直接電池を加熱するのではなく、水蒸気で加熱するので、水蒸気の凝縮温度が加熱上限となる。これにより、過剰加熱を抑制し、電池の劣化を抑制することができる。
【００３９】
請求項１４の発明は、請求項１０に記載の熱回収式加熱装置において、前記加熱対象部品が、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファである。
【００４０】
請求項１４に記載の熱回収式加熱装置では、化学蓄熱反応器が設けられる加熱対象部品が、加熱によりアンモニアを発生する第２アンモニアバッファであるので、化学蓄熱反応器においてアンモニアと化学蓄熱材との配位反応により発生する熱を利用して、第２アンモニアバッファからアンモニアを脱離させることができる。このアンモニアを、第１アンモニア供給装置からディーゼルエンジン用の触媒へ供給することにより、エンジンの始動時から排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる。
【００４１】
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の熱回収式加熱装置において、前記第２アンモニアバッファには、該第２アンモニアバッファよりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器が接続されている。
【００４２】
第２アンモニアバッファにおけるアンモニアの残量は、触媒へアンモニアを供給することで消費されて減少する。この熱回収式加熱装置では、アンモニアの残量が少なくなった第２アンモニアバッファに、より大容量の第２化学蓄熱反応器からアンモニアを供給して補うことができる。このため、より長期にわたって、エンジンの始動時における触媒へのアンモニアの供給を行うことができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の熱回収式加熱装置によれば、小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機後に車両内の熱源に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることを可能にすることができる、という優れた効果が得られる。
【００４４】
請求項２に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４５】
請求項３に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４６】
請求項４に記載の熱回収式加熱装置によれば、安定した繰返し作動が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４７】
請求項５に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる、という優れた効果が得られる。
【００４８】
請求項６に記載の熱回収式加熱装置によれば、化学蓄熱反応器での高い熱出力を得ることができる、という優れた効果が得られる。
【００４９】
請求項７に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材により、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５０】
請求項８に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材として、細孔を有する多孔体を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５１】
請求項９に記載の熱回収式加熱装置によれば、アンモニア吸着材として、上記粒径の物理吸着材を用いて、アンモニアの固定化及び脱離を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５２】
請求項１０に記載の熱回収式加熱装置によれば、化学蓄熱反応器により加熱対象部品を加熱して速やかに暖機することができる、という優れた効果が得られる。
【００５３】
請求項１１に記載の熱回収式加熱装置によれば、エンジン要素部品を速やかに暖機することができる、という優れた効果が得られる。
【００５４】
請求項１２に記載の熱回収式加熱装置によれば、エンジンの始動時にクランクシャフトの軸受部を速やかに暖機して、該軸受部のオイルの粘度を低下させることができる、という優れた効果が得られる。
【００５５】
請求項１３に記載の熱回収式加熱装置によれば、車両の電池を暖機することができるという優れた効果が得られる。
【００５６】
請求項１４に記載の熱回収式加熱装置によれば、ディーゼルエンジンの始動時から排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００５７】
請求項１５に記載の熱回収式加熱装置によれば、より長期にわたって、エンジンの始動時における触媒へのアンモニアの供給を行うことができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１から図３は、第１実施形態に係り、図１はエンジンにおけるクランクシャフトの軸受部を暖機するための熱回収式加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図２】軸受部の構造を示す拡大分解斜視図である。
【図３】試験例における解析結果を示す線図である。
【図４】図４から図８は、第２実施形態に係り、図４は熱回収式加熱装置及び電池を模式的に示す斜視図である。
【図５】蒸気発生器及び電池を模式的に断面図である。
【図６】化学蓄熱反応器についての時間と熱出力の関係を示す線図である。
【図７】加熱時間と電池温度との関係を示す線図である。
【図８】２種類の電池について、充電率の違いと走行完了率との関係を示す線図である。
【図９】第３実施形態に係る熱回収式加熱装置、第２アンモニアバッファ、第２化学蓄熱反応器及び触媒を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
【００６０】
［第１実施形態］
図１，図２において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置１０は、アンモニアバッファ１２と、化学蓄熱反応器１４と、を有している。この化学蓄熱反応器１４は、車両のエンジン１６におけるクランクシャフト１８の軸受部２２に設けられている。この軸受部２２は、車両における加熱対象部品としてのエンジン要素部品の一例でる。
【００６１】
アンモニアバッファ１２は、化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成された、例えばアンモニア吸着器であり、エンジン１６の外部に設けられている。このアンモニア吸着器は、例えば平板積層型の熱交換型反応器であり、内部には平板状のアンモニア吸着材が多層に充填されている（図示せず）。アンモニア吸着材は、例えば１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体であり、アンモニア吸着材の１次粒径は、例えば５０μｍ以下である。アンモニア吸着材としては、例えば活性炭、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカ等が好適である。
【００６２】
化学蓄熱反応器１４には、化学蓄熱材２４が設けられており、アンモニアバッファ１２から供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させアンモニアバッファ１２に戻すようになっている。化学蓄熱反応器１４は、例えば複数の軸受部２２に設けられており、アンモニアバッファ１２との間が配管２６により接続されている。この配管２６には、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へのアンモニアの供給量を調節するバルブ２８が設けられている。
【００６３】
図２に示されるように、軸受部２２は、エンジンブロック側に一体成形された土台部３２と、該土台部３２に固定される押え部材３４との半割り構造とされている。
【００６４】
土台部３２と押え部材３４とには、半円筒形の凹面が形成され、該凹面に沿うように、半割り形状の軸受メタル３６，３８が夫々設けられている。土台部３２には、例えば一対のねじ穴３２Ａが形成され、押え部材３４のうち該穴３２Ａに対応する位置には、貫通孔３４Ａが形成されている。この貫通孔３４Ａにボルト４０を通し、土台部３２のねじ穴３２Ａに締結することで、クランクシャフト１８が軸受部２２に回動自在に支持されるようになっている。
【００６５】
化学蓄熱反応器１４は、この軸受部２２のうち、例えば土台部３２における凹面に近い位置に設けられている。具体的には、化学蓄熱反応器１４は、土台部３２に、凹面に沿った湾曲形状のチャンバを形成し、該チャンバ内に化学蓄熱材２４を充填することにより構成されている。
【００６６】
化学蓄熱材２４としては、例えば金属塩化物が用いられる。この金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である。具体的には、アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌである。またアルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2 、ＣａＣｌ2 、ＳｒＣｌ2 、ＢａＣｌ2の少なくとも１種である。そして遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2 、ＣｏＣｌ2 、ＮｉＣｌの少なくとも１種である。
【００６７】
化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いた場合、１ｃｃあたり１４Ｗで２．４ｋＪの熱量を出力可能である。１つの軸受部２２あたりの必要熱出力を５０Ｗとした場合、化学蓄熱反応器１４を構成するチャンバの容積は約５ｃｃであり、アンモニアバッファ１２を構成するアンモニア吸着器の必要容積は約５０ｃｃとなる。従って、チャンバ、アンモニア吸着器及び配管２６を含めても、約１００ｃｃ程度の容積である。
【００６８】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。例えば０℃程度の低温の条件では、エンジンオイルの高粘度化により、ピストン（図示せず）、クランクシャフト１８、動弁系（図示せず）における摩擦の増加が燃費悪化の大きな要因となる。
【００６９】
図１において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置１０では、このような条件下での車両のエンジン１６の始動時に、アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４との間の配管２６に設けられたバルブ２８を開放する。アンモニアバッファ１２を構成するアンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されており、０℃程度の低温であっても、該アンモニア吸着材から、化学反応媒体であるアンモニアを脱離させることができる。このアンモニアが、配管２６を通じて、軸受部２２に設けられた各々の化学蓄熱反応器１４へ、矢印Ａ方向及びＢ方向に供給される。具体的には、０℃のときに約３気圧（３０３９ｈＰａ）のアンモニアが、化学蓄熱反応器１４に供給される。
【００７０】
このアンモニアと、化学蓄熱反応器１４に充填された化学蓄熱材２４との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により、該化学蓄熱材２４（化学蓄熱反応器１４）が速やかに発熱する。化学蓄熱反応器１４は、エンジン１６におけるクランクシャフト１８の軸受部２２に設けられているので、該軸受部２２が速やかに加熱される。具体的には、軸受部２２の温度は、例えば１分以内に０℃から３０℃程度まで上昇する。軸受部２２の熱容量は、クランクシャフト１８の熱容量よりも小さく、約１／１０である。この軸受部２２を加熱することで、熱量あたりの昇温効率を向上させることができる。
【００７１】
このように、本実施形態では、エンジン１６の始動時に、外部からの熱供給なしに軸受部２２を速やかに暖機して、該軸受部２２のオイルの粘度を低下させることができる。これにより、クランクシャフト１８と軸受部２２との間の摩擦を低減することができる。
【００７２】
アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へのアンモニアの供給量は、該アンモニアバッファ１２、化学蓄熱反応器１４及び配管２６からなる系内におけるアンモニアの保持量により制御することができ、軸受部２２の温度が上昇した後の適度なタイミングで閉止される。
【００７３】
次に暖機完了後の作用について説明する。エンジン１６の暖機後には、軸受部２２の温度は例えば７０℃程度になっており、余剰熱が大量に存在する。この余剰熱を用いて、化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。
【００７４】
具体的には、軸受部２２の温度が７０℃程度となっているときに、バルブ２８を開放する。すると、化学蓄熱材２４に配位結合していたアンモニアが、軸受部２２の余剰熱により加熱されて該化学蓄熱材２４から脱離する。この際に、軸受部２２における余剰熱の一部が回収され、化学エネルギーとして蓄熱される。
【００７５】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて矢印Ｃ及びＤ方向に戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、軸受部２２の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【００７６】
このように、本実施形態では、化学蓄熱材２４とアンモニアとの配位反応熱を利用することで、高い反応性と大きな蓄熱密度が得られる。具体的には、化学蓄熱反応器１４のチャンバ、アンモニアバッファ１２におけるアンモニア吸着器及び配管２６を含めて、約１００ｃｃ程度の容積でありながら、効率的で速やかな軸受部２２の暖機が可能となる。従って、システムの小型化及び高出力化が可能となる。
【００７７】
そしてこのような小型で高出力の蓄熱システムにより、車両始動時の暖機を速やかに行い、かつ暖機完了後に車両内に存在する余剰熱を回収して次回の暖機に備えることができる。更に、化学蓄熱反応器１４からのアンモニアの脱離のために、従来利用できなかった大量の余剰熱を利用することができる。
【００７８】
また化学蓄熱材２４として金属塩化物（アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種）が用いられているので、安定した繰返し作動が可能となる。
【００７９】
アンモニアバッファ１２として、アンモニア吸着器が用いられるので、アンモニアの蒸気圧の上限を制御することができ、かつ高い反応性の確保が可能となる。またアンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器であるので、伝熱律速を最小化し、アンモニアの吸着反応及び脱離反応の速度を速めることができる。このため、化学蓄熱反応器１４での高い熱出力を得ることができる。
【００８０】
（試験例）
本実施形態の効果を確認するため、本実施形態に係る実施例と、比較例１及び比較例２について、熱伝道と摩擦の解析を行った。比較例１は、軸受部２２に対する加熱源を有しないものである。また比較例２は、軸受部２２に１２０Ｗの電気ヒーター（図示せず）を挿入して、軸受メタル３６，３８を局所的に１２０秒間加熱し、該軸受部２２に１４．４ｋＪの熱量を与えたものである。
【００８１】
解析条件は次のとおりである。化学蓄熱反応器１４のチャンバにおけるＣａＣｌ2 （化学蓄熱材２４）については、充填密度＝０．７ｇ／ｃｃ、熱出力＝１４Ｗ／ｇ、蓄熱量＝２．４ｋＪ／ｇである。また、アンモニア吸着器の容積＝５ｃｃ（２ｃｃ，８ｃｃ）である。従って、アンモニア吸着器の容積が５ｃｃの場合、ＣａＣｌ2 の蓄熱量は、８．４ｋＪとなる。なお、ＣａＣｌ2 の蓄熱量は、アンモニア吸着器の容積が２ｃｃの場合３．４ｋＪとなり、アンモニア吸着器の容積が８ｃｃの場合１３．４ｋＪとなる。
【００８２】
解析結果は図３に示されるとおりである。実施例では、アンモニア吸着器の容積が２ｃｃ、５ｃｃ、８ｃｃの何れであっても、外部からの熱供給なしに、電気ヒーターで加熱した比較例２と同等、又は比較例２よりも優れた摩擦低減効果を有することが確認できた。
【００８３】
［第２実施形態］
図４，図５において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置２０では、化学蓄熱反応器１４が、車両に搭載される電池４２を蒸気加熱するための蒸気発生器４４に設けられている。この電池４２は、加熱対象部品の一例である。化学蓄熱反応器１４と蒸気発生器４４とは、例えば一体構造とされ、小型化されている。蒸気発生器４４内には、熱媒体の一例たる水５４が入れられており、該蒸気発生器４４とアンモニアバッファ１２とは、配管２６により接続されている。第１実施形態と同様に、配管２６にはバルブ２８が設けられている。
【００８４】
電池４２は、例えばハイブリッド車（プラグインタイプも含む）や電気自動車に搭載される車両駆動用の電池である。この電池４２は、例えば凝縮容器４６内に設けられている。凝縮容器４６と蒸気発生器４４とは、配管４８により接続されている。凝縮容器４６の底部には、凝縮した水を蒸気発生器４４に戻すための配管５０が設けられている。即ち、配管５０は、蒸気発生器４４に接続されている（図示せず）。
【００８５】
なお、電池４２と凝縮容器４６とを層状に重ねてもよい。また蒸気発生器４４に入れられる熱媒体は、水には限られない。
【００８６】
他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。電池４２の充電率が低い場合、例えば−２０〜−３０℃程度の極低温の状態では、電池４２の性能が十分に発揮され難くなる。
【００８８】
図４，図５において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置２０では、このような条件下でのハイブリッド車や電気自動車等の始動時に、アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４との間の配管２６に設けられたバルブ２８を開放する。すると、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へ矢印Ａ方向に供給される。
【００８９】
このアンモニアと、化学蓄熱反応器１４に充填された化学蓄熱材２４との化学反応（配位結合による化学蓄熱反応）により、該化学蓄熱材２４（化学蓄熱反応器１４）が速やかに発熱する。化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いて、例えば熱出力４ｋＷ、発熱量６００ｋＪを生成し、３０Ｋ昇温させることができる。化学蓄熱反応器１４は、蒸気発生器４４に設けられているので、この熱により水５４を蒸発させて、水蒸気５６を発生させることができる。
【００９０】
この水蒸気５６は、配管４８を通じて凝縮容器４６へ矢印Ｅ方向に流れて、極低温の条件下にある電池４２に当たる。すると、水蒸気５６と電池４２との温度差から水蒸気５６に凝縮が生じる。この際の凝縮潜熱により、外部からの熱供給なしに、電池４２を加熱して暖気することができる。これにより、極低温の条件下での電池４２の性能を確保することができる。
【００９１】
このように水蒸気５６の潜熱を利用することにより、熱伝達効率を向上させることができる。また化学蓄熱反応器１４で直接電池４２を加熱するのではなく、水蒸気５６で加熱するので、水蒸気５６の凝縮温度（例えば６０℃）が加熱上限となる。これにより、過剰加熱を抑制し、電池４２の劣化を抑制することができる。
【００９２】
凝縮により生じた水５８は、配管５０を通じて蒸気発生器４４へ矢印Ｆ方向に戻され、次回の暖機時の水蒸気５６の発生のために再利用される。
【００９３】
次に暖機完了後の作用について説明する。電池４２の暖機後には、車両に搭載されているモータ、トランスアクスル、リアクトル、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の電気系損失により発生する余剰熱を用いて、化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。この際に、余剰熱の一部が回収され、化学エネルギーとして蓄熱される。
【００９４】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて矢印Ｄ方向に戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、電池４２の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【００９５】
（試験例）
本実施形態の効果を確認するため、まず化学蓄熱材２４としてＣａＣｌ2 を用いた場合の化学蓄熱反応器についての時間と熱出力の関係を求めた。結果は図６に示されるとおりであり、３０秒程度で約２ｋＷの熱出力が得られている。
【００９６】
次に、この化学蓄熱反応器を用いて、約−２０℃の条件下にある電池を蒸気加熱した場合の、該電池の各部の温度変化を測定した。図中、「Ｍｉｎ」とは、電池の中心部の温度変化を表し、「Ｍａｘ」とは、電池の表面の温度変化を表している。「ＡＶＥＲＡＧＥ」とは、「Ｍｉｎ」と「Ｍａｘ」の平均値である。「一次遅れ模擬」とは、「ＡＶＥＲＡＧＥ」を、車両搭載状態に合うように一次遅れ要素として模したものである。
【００９７】
この「一次遅れ模擬」の温度変化にて、２種類の電池について、充電率の大小と暖機の有無による走行距離の違いを求めた。結果は図８に示されるとおりである。図中、ハッチングの有無により２種類の柱があるが、これらは電池の種類の違いを示している。「ＳＯＣ９０」とは、充電率が９０％であることを示し、「ＳＯＣ２０」とは、充電率が２０％であることを示している。
【００９８】
図８によれば、充電率が９０％であれば、暖機の有無にかかわらず、２種類の電池は何れも走行完了率が１００％となり、走行距離が長くなることがわかる。一方、充電率が２０％の場合、暖機無しの場合には、夫々８０％，２０％の走行率となってしまう。これに対し、暖機有りの場合、２種類の電池の走行完了率が、夫々１００％，９０％にまで上昇している。このことから、本実施形態に係る電池暖機により、極低温の条件下でも電池性能を確保できることが確認できた。
【００９９】
［第３実施形態］
図９において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置３０では、化学蓄熱反応器１４が、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒６０へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファ６２に設けられている。この第２アンモニアバッファ６２は、加熱対象部品の一例である。アンモニアバッファ１２と化学蓄熱反応器１４とは、配管２６により接続されて閉じているので、低温作動可能な化学蓄熱材２４として潮解性を有するものを利用することができる。第１実施形態において例示した金属塩化物の中では、ＣａＣｌ2 の潮解性が特に高いが、このような金属塩化物でも化学蓄熱材２４として利用することができる。
【０１００】
化学蓄熱反応器１４と第２アンモニアバッファ６２とは、例えば一体構造とされ、小型化されている。触媒６０は、例えばアンモニアＳＣＲ触媒（選択的触媒還元）であり、ディーゼルエンジンから見て上流側の排気管６６と下流側の排気管６８との間に直列に接続されている。矢印Ｈは、排ガスの流れの方向を示している。
【０１０１】
第２アンモニアバッファ６２は、例えば、加熱によりアンモニアを放出可能な熱交換型反応器であり、図示しない化学蓄熱材（例えばＢａＣｌ2 ）が充填されている。第２アンモニアバッファ６２は、アンモニアを触媒６０に供給するための配管７０により、上流側の排気管６６と接続されている。この配管７０には、バルブ７４が設けられている。
【０１０２】
第２アンモニアバッファ６２には、該第２アンモニアバッファ６２よりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器６４が、配管７２により接続されている。第２アンモニアバッファ６２には、図示しない化学蓄熱材（例えばＭｇＣｌ2 ）が充填されている。第２アンモニアバッファ６２と第２化学蓄熱反応器６４とを比較すると、第２アンモニアバッファ６２の方が低容量で、かつ化学蓄熱材の再生温度が低い。
【０１０３】
他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０４】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。ディーゼルエンジン用の触媒６０は、１００〜１５０℃での始動が望ましく、−２０〜−３０℃程度の極低温の状態では性能を発揮し難い。
【０１０５】
図９において、本実施形態に係る熱回収式加熱装置３０では、このような環境化でのディーゼルエンジンの始動時に、バルブ２８を開放し、アンモニアバッファ１２から化学蓄熱反応器１４へアンモニアを供給して、アンモニアと化学蓄熱材２４との配位反応により、該化学蓄熱反応器１４を発熱させる。化学蓄熱反応器１４は、例えば熱出力４ｋＷ、発熱量６００ｋＪを生成し、３０Ｋ昇温する。この熱により第２アンモニアバッファ６２を加熱すると、該第２アンモニアバッファ６２において吸着されていたアンモニアが脱離する。
【０１０６】
このアンモニアは、バルブ７４を開放することにより、配管７０を通じて上流側の排気管６６へ矢印Ｇ方向に流れて、該排気管６６から触媒６０へ供給される。これにより、触媒６０が１００℃以上１５０℃以下の状態であっても、該触媒６０により、ディーゼルエンジンの始動後速やかに排ガス中のＮＯｘの浄化を効率的に行うことができる。
【０１０７】
なお、第２アンモニアバッファ６２から大気圧場にある触媒６０へアンモニアを放出するためには熱量が必要であり、本実施形態では化学蓄熱反応器１４によりこの熱量が供給されるようになっている。第２アンモニアバッファ６２は、化学蓄熱反応器１４と一体化され熱容量が小さくなっているので、触媒６０へのアンモニアの必要供給量に応じた、化学蓄熱反応器１４から第２アンモニアバッファ６２への最小限の熱供給が可能となる。
【０１０８】
次に暖機完了後の作用について説明する。また暖機後には、エンジン自体や排気管６６，６８等の余剰熱を有する熱源が大量に存在する。この熱源の余剰熱を適宜用いて、第２化学蓄熱反応器６４からのアンモニアの放出を行いつつ、化学蓄熱反応器１４の化学蓄熱材２４からアンモニアを脱離させることができる。
【０１０９】
化学蓄熱材２４から脱離したアンモニアは、化学蓄熱反応器１４とアンモニアバッファ１２との間の圧力差によって、該アンモニアバッファ１２へ、配管２６を通じて戻り、該アンモニアバッファ１２であるアンモニア吸着器のアンモニア吸着材に再び固定される。この状態でバルブ２８を閉止することで、次回の暖機に備えることができる。以降同様に、第２アンモニアバッファ６２の加熱及び触媒６０の暖機と、暖機後の熱回収とを繰返し行うことができる。
【０１１０】
第２アンモニアバッファ６２におけるアンモニアの残量は、触媒６０へアンモニアを供給することで消費されて減少する。本実施形態では、暖機完了後の余剰熱を利用して、アンモニアの残量が少なくなった第２アンモニアバッファ６２に、より大容量の第２化学蓄熱反応器６４からアンモニアを供給して補うことができる。このため、より長期にわたって、エンジン１６の始動時における触媒６０へのアンモニアの供給を行うことができる。
【０１１１】
なお第２アンモニアバッファ６２の化学蓄熱材（ＭｇＣｌ2 ）からアンモニアを脱離させるには、２００℃程度の熱が必要である。この熱源として、例えば排気熱を利用することができる。
【０１１２】
（他の実施形態）
熱回収式加熱装置１０，２０，３０は、上記各実施形態に記載した加熱（暖機）対象、即ち、加熱対象部品の一例たるクランクシャフト１８の軸受部２２（図１）、蒸気発生器４４（図５）及び第２アンモニアバッファ６２（図９）だけでなく、他の加熱対象部品に対しても用いることができる。また熱回収式加熱装置１０，２０，３０を、クランクシャフト１８の軸受部２２以外のエンジン要素部品を暖機するために用いることが可能である。
【０１１３】
化学蓄熱材２４として、金属塩化物が用いられるものとしたが、化学蓄熱材２４はこれに限られるものではない。また金属塩化物は、第１実施形態において例示されるものに限られない。
【０１１４】
アンモニアバッファ１２は、アンモニア吸着器でなくてもよい。アンモニアバッファ１２がアンモニア吸着器である場合において、該アンモニア吸着器が平板積層型の熱交換型反応器でなくてもよい。またアンモニア吸着器の内部に、アンモニア吸着材を有しない構成であってもよい。アンモニア吸着材については、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体に限られず、また１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材でなくてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１０ 熱回収式加熱装置
１２ アンモニアバッファ
１４ 化学蓄熱反応器
１６ エンジン
１８ クランクシャフト（加熱対象部品、エンジン要素部品）
２０ 熱回収式加熱装置
２２ 軸受部
２４ 化学蓄熱材
２６ 配管
２８ バルブ
３０ 熱回収式加熱装置
４２ 電池
４４ 蒸気発生器（加熱対象部品）
５６ 水蒸気
６０ 触媒
６２ 第２アンモニアバッファ（加熱対象部品）
６４ 第２化学蓄熱反応器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファと、
前記アンモニアバッファから供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させ前記アンモニアバッファに戻す化学蓄熱材が設けられた化学蓄熱反応器と、
を有する熱回収式加熱装置。
【請求項２】
前記化学蓄熱材として、金属塩化物が用いられる請求項１に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項３】
前記金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である請求項２に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項４】
前記アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌであり、
前記アルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2 、ＣａＣｌ2 、ＳｒＣｌ2 、ＢａＣｌ2の少なくとも１種であり、
前記遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2 、ＣｏＣｌ2 、ＮｉＣｌの少なくとも１種である請求項３に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項５】
前記アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられる請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項６】
前記アンモニア吸着器は、平板積層型の熱交換型反応器である請求項５に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項７】
前記アンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されている請求項５又は請求項６に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項８】
前記アンモニア吸着材は、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体である請求項７に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項９】
前記アンモニア吸着材は、１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材である請求項７に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１０】
前記化学蓄熱反応器は、加熱対象部品を暖機するために設けられている請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１１】
前記加熱対象部品は、エンジン要素部品である請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１２】
前記エンジン要素部品は、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部である請求項１１に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１３】
前記加熱対象部品は、車両に搭載される電池を蒸気加熱するための蒸気発生器である請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１４】
前記加熱対象部品は、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファである請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１５】
前記第２アンモニアバッファには、該第２アンモニアバッファよりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器が接続されている請求項１４に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１】
化学反応媒体としてのアンモニアの固定化及び脱離が可能に構成されたアンモニアバッファと、
前記アンモニアバッファから供給されるアンモニア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アンモニアを脱離させ前記アンモニアバッファに戻す化学蓄熱材が設けられた化学蓄熱反応器と、
を有する熱回収式加熱装置。
【請求項２】
前記化学蓄熱材として、金属塩化物が用いられる請求項１に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項３】
前記金属塩化物は、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物の少なくとも１種である請求項２に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項４】
前記アルカリ金属の塩化物は、ＬｉＣｌであり、
前記アルカリ土類金属の塩化物は、ＭｇＣｌ2 、ＣａＣｌ2 、ＳｒＣｌ2 、ＢａＣｌ2の少なくとも１種であり、
前記遷移金属の塩化物は、ＭｎＣｌ2 、ＣｏＣｌ2 、ＮｉＣｌの少なくとも１種である請求項３に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項５】
前記アンモニアバッファとして、アンモニア吸着器が用いられる請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項６】
前記アンモニア吸着器は、平板積層型の熱交換型反応器である請求項５に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項７】
前記アンモニア吸着器の内部には、アンモニア吸着材が充填されている請求項５又は請求項６に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項８】
前記アンモニア吸着材は、１０ｎｍ以下の細孔を有する多孔体である請求項７に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項９】
前記アンモニア吸着材は、１次粒径が５０μｍ以下である物理吸着材である請求項７に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１０】
前記化学蓄熱反応器は、加熱対象部品を暖機するために設けられている請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１１】
前記加熱対象部品は、エンジン要素部品である請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１２】
前記エンジン要素部品は、エンジンにおけるクランクシャフトの軸受部である請求項１１に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１３】
前記加熱対象部品は、車両に搭載される電池を蒸気加熱するための蒸気発生器である請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１４】
前記加熱対象部品は、加熱によりアンモニアを発生しディーゼルエンジン用の触媒へアンモニアを供給する第２アンモニアバッファである請求項１０に記載の熱回収式加熱装置。
【請求項１５】
前記第２アンモニアバッファには、該第２アンモニアバッファよりも大容量のアンモニア供給源である第２化学蓄熱反応器が接続されている請求項１４に記載の熱回収式加熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７２５５８（Ｐ２０１３−７２５５８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９４９２（Ｐ２０１１−２０９４９２）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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