JP2011058678A - 蓄熱構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱構造が不要で、実質的に蓄熱保持時間に制限がなく、しかも、蓄熱材の使用量を減らすことができ、使用の簡便さ、コスト低減、小型化を図る。
【解決手段】第１蓄熱構造体１０Ａは、第１側面１２ａ〜第４側面１２ｄを有するハニカム構造体１４と、ハニカム構造体１４に形成され、第１流体１６Ａが流通する複数の第１流路１８Ａと、ハニカム構造体１４に形成され、第２流体１６Ｂが流通する複数の第２流路１８Ｂと、第２流路１８Ｂに沿って保持された化学蓄熱体とを有し、第１流路１８Ａは、ハニカム構造体１４の第１側面１２ａから該第１側面１２ａと対向する第２側面１２ｂにかけて形成され、第２流路１８Ｂは、ハニカム構造体１４の第３側面１２ｃから該第３側面１２ｃと対向する第４側面１２ｄにかけて形成され、且つ、第１流路１８Ａと上下方向で隣接して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱材での吸熱反応、発熱反応を利用して流体に熱を伝達する蓄熱構造体に関し、例えば自動車等のエンジンスタート時における排ガス処理触媒の加熱補助等に用いて好適な蓄熱構造体に関する。

従来から、蓄熱材を利用して自動車の排熱を回収し、その熱を次回のエンジン始動時における触媒（排ガス処理触媒）の活性化に利用して、触媒活性の時間短縮を図る構造が提案されている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１記載の構造は、断熱容器の内部にハニカム状の触媒体を設け、この触媒体の内部に、排出ガスの流れ方向に沿って並列的に複数の筒状蓄熱容器を配置し、この筒状蓄熱容器の内部に蓄熱材を配置することで、筒状蓄熱容器内部の蓄熱材の全表面から排出ガスの熱を受けるようにしている。

特許文献２記載の方法は、エンジンからの排気ガスを浄化処理するための触媒を収容した触媒ケースと、触媒よりも上流側の触媒ケースの内側部位に配設された熱交換部材としてのメタル担体と、メタル担体に近接するように触媒ケースの外側に配設され、融解過程での吸熱反応によって吸熱すると共に、凝固過程での発熱反応によって発熱する蓄熱材とを備えるようにしている。

また、従来では、例えば電気自動車に用いられる燃料改質装置、特に燃料の改質反応などの化学反応が行われる部位に熱量を与えるのに適した燃料改質装置に用いて好適な構造が提案されている（特許文献３参照）。この特許文献３では、システムの立ち上がり時には蓄熱タンクに収容される蓄熱材の容量を少なくし、システムの安定時には蓄熱タンクに収容される蓄熱材の容量を多くする、というものである。

特開平１０−２３６１４７号公報 特開２００５−７６４５３号公報 特開２０００−３１９００７号公報

しかしながら、特許文献１では、蓄熱材として、液相と固相との間を潜熱の吸収、放出を伴って可逆的に相転移する蓄熱材を使用し、特許文献２では、融解過程での吸熱反応によって吸熱すると共に、凝固過程での発熱反応によって発熱する蓄熱材を使用している。つまり、特許文献１及び２では、共に潜熱蓄熱材を使用していることから、外部温度が蓄熱材温度より低いときは放熱してしまうため、断熱が必要になる。そのため、特許文献１では、外部環境との間の断熱を行う断熱容器を設置し、特許文献２では、触媒ケースの内周面と触媒の外周面との間に、マット（断熱性を有するアルミファイバー）を介在させるようにしている。

特許文献３は、蓄熱材として、シリコーンオイル（顕熱蓄熱材）を使用しており、また、変形例として潜熱蓄熱体を使用してもよいとの記載があるが、いずれにしても、特許文献１及び２と同様に、外部温度が蓄熱材温度より低いときは放熱してしまうため、断熱が必要になる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、特別に断熱構造をとる必要がなく、実質的に蓄熱保持時間に制限がなく、しかも、蓄熱材の使用量を減らすことができ、使用の簡便さ、コスト低減、小型化を図ることができる蓄熱構造体を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係る蓄熱構造体は、少なくとも４つの側面を有するハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に形成され、第１流体が流通する複数の第１流路と、前記ハニカム構造体に形成され、第２流体が流通する複数の第２流路と、前記第２流路に沿って保持された化学蓄熱体とを有し、前記第１流路は、前記ハニカム構造体の前記４つの側面のうち、第１側面から該第１側面と対向する第２側面にかけて形成され、前記第２流路は、前記ハニカム構造体の前記４つの側面のうち、前記第１側面及び前記第２側面とは異なる第３側面から該第３側面と対向する第４側面にかけて形成され、且つ、前記第１流路と上下方向で隣接して形成されていることを特徴とする。

［２］ 本発明において、少なくとも前記化学蓄熱体が保持された部分と前記第１流路との間に、緻密体にて構成された隔壁が介在されていることを特徴とする。

［３］ 本発明において、前記第２流路の内壁面に前記化学蓄熱体が担持されていることを特徴とする。

［４］ 本発明において、隣接する前記第２流路間に前記化学蓄熱体が保持されていることを特徴とする。

［５］ 本発明において、隣接する前記第２流路間に中空部を有し、前記第２流路と前記中空部間の隔壁が多孔体にて形成され、前記中空部内に前記化学蓄熱体が充填され、前記中空部の両端が目封じされていることを特徴とする。

［６］ 本発明において、隣接する前記第２流路間の隔壁は多孔体にて構成され、隣接する前記第２流路のうち、それぞれ一方の第２流路は、前記第３側面側が開口とされ、前記第４側面側が緻密体にて目封じされ、それぞれ他方の第２流路は、前記第３側面側が緻密体にて目封じされ、前記第４側面側が多孔体にて目封じされ、前記他方の第２流路内に前記化学蓄熱体が充填され、前記一方の第２流路の開口から供給された前記第２流体は、前記一方の第２流路から前記隔壁及び前記他方の第２流路を経て流通することを特徴とする。

［７］ 本発明において、隣接する前記第１流路間の隔壁は多孔体にて構成され、隣接する前記第１流路のうち、それぞれ一方の第１流路は、前記第１側面側が開口とされ、前記第２側面側が目封じされ、それぞれ他方の第１流路は、前記第１側面側が目封じされ、前記第２側面側が開口とされ、前記一方の第１流路の開口から供給された前記第１流体は、前記一方の第１流路から前記隔壁及び前記他方の第１流路を経て流通することを特徴とする。

［８］ 本発明において、前記化学蓄熱体は、前記第１流路に、該化学蓄熱体の蓄熱操作温度以上の温度を有する第１流体が供給されることで吸熱反応し、前記吸熱反応後の前記化学蓄熱体は、前記第２流路に、前記第２流体が供給されることで発熱反応し、前記化学蓄熱体での発熱反応によって、前記第１流路を流通する前記蓄熱操作温度未満の温度を有する前記第１流体に熱が伝達されることを特徴とする。

［９］ 本発明において、前記化学蓄熱体は、金属酸化物−水蒸気系の蓄熱材、金属酸化物−二酸化炭素系の蓄熱材、金属塩−水蒸気系の蓄熱材又は金属塩−アンモニア系の蓄熱材であることを特徴とする。

本発明に係る蓄熱構造体によれば、特別に断熱構造をとる必要がなく、実質的に蓄熱保持時間に制限がなく、しかも、蓄熱材の使用量を減らすことができ、使用の簡便さ、コスト低減、小型化を図ることができる。

第１蓄熱構造体の構成を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線上の一部省略断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。 第１蓄熱構造体の周辺構造を示す説明図である。 化学蓄熱体での蓄熱と放熱のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。 第２蓄熱構造体の構成を示す斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線上の一部省略断面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線上の断面図である。 第３蓄熱構造体の構成を示す斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線上の一部省略断面図である。 図９のＸＩ−ＸＩ線上の断面図である。 第４蓄熱構造体の構成を示す斜視図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上の一部省略断面図である。

以下、本発明に係る蓄熱構造体の実施の形態例を図１〜図１３を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る蓄熱構造体は、自動車等のエンジンスタート時における排ガス処理触媒の加熱補助等に用いて好適な蓄熱構造体であり、蓄熱材を利用して自動車の排熱を回収し、その熱を次回のエンジン始動時における触媒（排ガス処理触媒）の活性化に利用して、触媒活性の時間短縮を図ることができる。

そして、第１の本実施の形態に係る蓄熱構造体（以下、第１蓄熱構造体１０Ａと記す）は、図１に示すように、上面１２ｘ、下面１２ｙ及び少なくとも４つの側面（第１側面１２ａ〜第４側面１２ｄ）を具備したハニカム構造体１４を有する。

このハニカム構造体１４は、第１流体１６Ａ（例えば排ガス）が流通する複数の第１流路１８Ａと、ハニカム構造体１４に形成され、第２流体１６Ｂ（例えば水蒸気）が流通する複数の第２流路１８Ｂと、第２流路１８Ｂに沿って保持された化学蓄熱体２０（図２及び図３参照）とを有する。

第１流路１８Ａは、４つの側面のうち、第１側面１２ａから該第１側面１２ａと対向する第２側面１２ｂにかけて形成され、第２流路１８Ｂは、第１側面１２ａ及び第２側面１２ｂとは異なる第３側面１２ｃから該第３側面１２ｃと対向する第４側面１２ｄにかけて形成され、且つ、第１流路１８Ａと上下方向で隣接して形成されている。

具体的には、図３に示すように、１つの第１流路１８Ａが形成された緻密体の第１構造体２２Ａと、複数の第２流路１８Ｂが横一列に配列された緻密体の第２構造体２２Ｂとが互い違いに、且つ、第１流路１８Ａと第２流路１８Ｂとが、上面から見て、直交するようにして積層されて構成されている。ここで、緻密体とは、第１流体１６Ａ、第２流体１６Ｂが透過しない程度に緻密化され、表面に閉気孔（貫通せずに途中で閉じられた気孔）が無数に形成された構造を指す。化学蓄熱体２０は、第２構造体２２Ｂのうち、第２流路１８Ｂの内壁面の平坦部や孔部に担持されている。従って、化学蓄熱体２０が保持された部分（この場合、第２流路１８Ｂ）と第１流路１８Ａとの間に、緻密体にて構成された隔壁２４が介在された形態となる。

化学蓄熱体２０は、この実施の形態では、金属酸化物−水蒸気系の化学蓄熱体を用いており、具体的には、以下の式（１）のように、可逆的な化学反応を行う化学蓄熱体を用いている。

この化学蓄熱体２０は、通常は、ＭｇＯ（ＯＨ）₂（水酸化マグネシウム）の形態で存在し、環境温度が蓄熱操作温度以上となった段階で、吸熱反応（脱水反応）によってＭｇＯ（酸化マグネシウム）に変化する。その後、ＭｇＯに水が触れることで、発熱反応（水和反応）が起こり、熱を出力する。ＭｇＯは水が触れない限り、環境温度が蓄熱操作温度より低下しても、そのままの形態を維持することから、潜熱蓄熱体では必要であった断熱構造を設ける必要がない。

また、この第１蓄熱構造体１０Ａの周辺には、図４に示すように、第１流体１６Ａを第１蓄熱構造体１０Ａの第１側面１２ａに導入するための第１配管２６Ａと、第１蓄熱構造体１０Ａの第２側面１２ｂから排出された第１流体１６Ａを外部に導くための第２配管２６Ｂと、第２流体１６Ｂを第１蓄熱構造体１０Ａの第３側面１２ｃに導入するための第３配管２６Ｃと、第１蓄熱構造体１０Ａの第４側面１２ｄから排出された第２流体１６Ｂを外部に導くための第４配管２６Ｄとが設置されている。また、第３配管２６Ｃの前段には、第２流体１６Ｂを、必要なときに第３配管２６Ｃを通じて第１蓄熱構造体１０Ａに導入できるように、水蒸気発生装置２８等の流体制御装置が設置されている。

ここで、第１蓄熱構造体１０Ａの使用例について図５も参照しながら説明する。この使用例は、自動車等のエンジンスタート時における排ガス処理触媒の加熱補助に使用したものであって、第１流路１８Ａに第１流体１６Ａとしての排ガス３０を流通させ、第２流路１８Ｂに第２流体１６Ｂとしての水蒸気３２を流通させる。

先ず、図５に示すように、最初のエンジンスタート時には、排ガス３０の温度は低く、蓄熱操作温度Ｔｃ未満である。第１蓄熱構造体１０Ａには、エンジンスタート時から第１配管２６Ａを通じて排ガス３０が供給され、第１流路１８Ａには排ガス３０が流通することになる。なお、水蒸気発生装置２８からの第１蓄熱構造体１０Ａへの水蒸気３２の供給は停止状態でもよいし、供給状態でもよい。排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃとなるまでに、化学蓄熱体２０が金属水酸化物（この例では、Ｍｇ（ＯＨ）₂）となっていればよい。その後、自動車の運転時間が経過することで、排ガス３０の温度が徐々に上昇し、それに伴って、第２流路１８Ｂに保持された化学蓄熱体２０も徐々に暖められることになる。排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ以上になると、水蒸気発生装置２８からの第１蓄熱構造体１０Ａへの水蒸気３２の供給が停止状態になり、このとき、化学蓄熱体２０は、吸熱反応（脱水反応）を起こし、金属水酸化物から金属酸化物に変化する。この例では、Ｍｇ（ＯＨ）₂からＭｇＯに変化する。この吸熱反応は、排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ以上である期間Ｔａに行われる。このようにして、第２流路１８Ｂに保持されている化学蓄熱体２０がＭｇＯに変化する。

その後、自動車の運転を停止し、時間が経過することで、排ガス３０の温度が低下することとなるが、水蒸気３２の供給は停止状態となっているため、排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ未満になっても、化学蓄熱体２０はＭｇＯの形態を維持している。

その後、自動車の運転を再開し、２回目のエンジンスタート時においては、第１蓄熱構造体１０Ａには、２回目のエンジンスタート時から第１配管２６Ａを通じて排ガス３０が供給され、第３配管２６Ｃを通じて水蒸気３２が供給される。これにより、第１流路１８Ａに排ガス３０が流通し、第２流路１８Ｂに水蒸気３２が流通することになる。第２流路１８Ｂに水蒸気３２が流通することで、第２流路１８Ｂに保持されている化学蓄熱体２０が発熱反応（水和反応）を起こし、ＭｇＯからＭｇ（ＯＨ）₂に変化する。この発熱反応によって発生した熱が、第１流路１８Ａを流通している排ガス３０に伝達し、排ガス３０の温度は急激に上昇する。その結果、排ガス３０の熱によって触媒（排ガス処理触媒）の活性化が促進し、触媒活性の時間短縮化が図られることとなる。

このように、第１蓄熱構造体１０Ａにおいては、潜熱蓄熱体よりも熱密度の大きい化学蓄熱体２０を使用したので、蓄熱体の量を減らすことができる。熱が必要なときに、化学反応で熱を発生させることができるため、外部温度（環境温度）に左右されず、しかも、熱が不要である期間での断熱も不要となる。つまり、潜熱蓄熱体では、蓄熱を維持するために特別な断熱構造が必要であったが、この第１蓄熱構造体１０Ａでは不要である。このことから、実質的に蓄熱保持時間に制限がなく、次回の使用時まで断熱材を用いることなく保管することができ、使用が簡便となる。

また、化学反応による発熱のため、昇温速度が速い。そのため、特許文献３で必要であった「システムの立ち上がり時には蓄熱タンクに収容される蓄熱材の容量を少なくし、システムの安定時には蓄熱タンクに収容される蓄熱材の容量を多くする」という操作を行う必要がない。これは装置構成の簡略化につながる。

十分に暖気されて触媒が機能するようになった後は、排ガス３０の温度、特に、蓄熱操作温度Ｔｃ以上の余剰熱を利用して、放熱後の化学蓄熱体２０（金属水酸化物）を金属酸化物（蓄熱状態）に戻すことができ、蓄熱効率の向上を高めることができる。

また、第１蓄熱構造体１０Ａに形成される第１流路１８Ａと第２流路１８Ｂとを、上面から見て、直交するように配置しているため、排ガス３０の通路（第１配管２６Ａや第２配管２６Ｂ）を通じて水が第２流路１８Ｂに入り難くなり、しかも、水蒸気発生装置２８によって、第２流路１８Ｂへの水蒸気３２の供給を制御しているため、化学蓄熱体２０での蓄熱保持時間に、第２流路１８Ｂに水が混入するという不測の事態を回避することができる。

次に、第２の実施の形態に係る蓄熱構造体（以下、第２蓄熱構造体１０Ｂと記す）について図６〜図８を参照しながら説明する。

この第２蓄熱構造体１０Ｂは、図６〜図８に示すように、上述した第１蓄熱構造体１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、第２流路１８Ｂが形成された第２構造体２２Ｂは、第２蓄熱構造体１０Ｂの外表面を構成する部分が緻密体にて構成され、内部の第２流路１８Ｂ間の隔壁３４を構成する部分が多孔体にて構成されている。また、隣接する第２流路１８Ｂ間に中空部３６が配置された形態を有し、中空部３６の両端が緻密体３８にて目封じされた構成となっている。第２構造体２２Ｂのうち、第１構造体２２Ａと接する部分は、図８に示すように、緻密体にて構成してもよいし、多孔体にて構成してもよい。ここで、緻密体とは、上述したように、第１流体１６Ａ、第２流体１６Ｂが透過しない程度に緻密化され、表面に閉気孔が無数に形成された構造を指し、多孔体とは、第１流体１６Ａ、第２流体１６Ｂが透過する程度に開気孔（隔壁を貫通する気孔）が無数に形成された構造を指す。なお、第１構造体２２Ａは、図３の第１蓄熱構造体１０Ａと同様に、１つの第１流路１８Ａが形成された緻密体にて構成されている。

そして、第２蓄熱構造体１０Ｂは、第１構造体２２Ａと第２構造体２２Ｂとが互い違いに、且つ、第１流路１８Ａと第２流路１８Ｂ（及び中空部３６）とが、上面から見て、直交するようにして積層されて構成されている。化学蓄熱体２０は、第２構造体２２Ｂのうち、中空部３６内に充填されている。

この第２蓄熱構造体１０Ｂを使用する場合は、第１蓄熱構造体１０Ａと同様に、先ず、第１流路１８Ａに排ガス３０を流通させる。排ガス３０の温度の上昇に伴って、中空部３６に充填されている化学蓄熱体２０も徐々に暖められることになる。排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ以上になると、化学蓄熱体２０は、吸熱反応（脱水反応）を起こし、金属水酸化物から金属酸化物に変化する。その後、排ガス３０の温度が低下しても、化学蓄熱体２０は金属酸化物の形態を維持している。

その後、第１流路１８Ａを通じて低温の排ガス３０が供給されている状態で、第２流路１８Ｂに水蒸気３２を流通させることで、水蒸気３２は多孔体の隔壁３４を通じて中空部３６に進入し、これにより、中空部３６に充填されている化学蓄熱体２０が発熱反応（水和反応）を起こし、金属酸化物から金属水酸化物に変化する。この発熱反応によって発生した熱が、第１流路１８Ａを流通している排ガス３０に伝達し、排ガス３０の温度は急激に上昇する。その結果、排ガス３０の熱によって触媒（排ガス処理触媒）の活性化が促進し、触媒活性の時間短縮化が図られることとなる。

この第２蓄熱構造体１０Ｂにおいても、上述した第１蓄熱構造体１０Ａと同様の効果を奏する。特に、化学蓄熱体２０を中空部３６内に充填し、中空部３６の両端を緻密体３８で目封じしているため、運搬中や使用中に化学蓄熱体２０が外部に流出するという不都合を防止することができる。

次に、第３の実施の形態に係る蓄熱構造体（以下、第３蓄熱構造体１０Ｃと記す）について図９〜図１１を参照しながら説明する。

この第３蓄熱構造体１０Ｃは、図９〜図１１に示すように、上述した第１蓄熱構造体１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、第２流路１８Ｂが形成された第２構造体２２Ｂは、第３蓄熱構造体１０Ｃの外表面を構成する部分が緻密体にて構成され、内部の第２流路１８Ｂ間の隔壁３４を構成する部分が多孔体にて構成されている。また、隣接する第２流路１８Ｂのうち、それぞれ一方の第２流路１８Ｂａは、第３側面１２ｃ側が開口とされ、第４側面１２ｄ側が緻密体３８にて目封じされ、それぞれ他方の第２流路１８Ｂｂは、第３側面１２ｃ側が緻密体３８にて目封じされ、第４側面１２ｄ側が多孔体４０にて目封じされている。従って、一方の第２流路１８Ｂａの開口から供給された第２流体１６Ｂは、一方の第２流路１８Ｂａから多孔体の隔壁３４、他方の第２流路１８Ｂｂ及び多孔体４０（目封じ）を経て流通するようになっている。なお、第２構造体２２Ｂのうち、第１構造体２２Ａと接する部分は、図１１に示すように、緻密体にて構成してもよいし、多孔体にて構成してもよい。第１構造体２２Ａは、図３の第１蓄熱構造体１０Ａと同様に、１つの第１流路１８Ａが形成された緻密体にて構成されている。

そして、第３蓄熱構造体１０Ｃは、第１構造体２２Ａと第２構造体２２Ｂとが互い違いに、且つ、第１流路１８Ａと第２流路１８Ｂ（一方の第２流路１８Ｂａ及び他方の第２流路１８Ｂｂ）とが、上面から見て、直交するようにして積層されて構成されている。化学蓄熱体２０は、第２構造体２２Ｂのうち、他方の第２流路１８Ｂｂ内に充填されている。

この第３蓄熱構造体１０Ｃを使用する場合は、第１蓄熱構造体１０Ａと同様に、先ず、第１流路１８Ａに排ガス３０を流通させる。排ガス３０の温度の上昇に伴って、他方の第２流路１８Ｂｂに充填されている化学蓄熱体２０も徐々に暖められることになる。排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ以上になると、化学蓄熱体２０は、吸熱反応（脱水反応）を起こし、金属水酸化物から金属酸化物に変化する。その後、排ガス３０の温度が低下しても、化学蓄熱体２０は金属酸化物の形態を維持している。

その後、第１流路１８Ａを通じて低温の排ガス３０が供給されている状態で、一方の第２流路１８Ｂの開口から水蒸気３２を供給することで、水蒸気３２は、一方の第２流路１８Ｂａから多孔体の隔壁３４、他方の第２流路１８Ｂｂ及び多孔体４０（目封じ）を経て流通することから、他方の第２流路１８Ｂｂに充填されている化学蓄熱体２０が発熱反応（水和反応）を起こし、金属酸化物から金属水酸化物に変化する。この発熱反応によって発生した熱が、第１流路１８Ａを流通している排ガス３０に伝達し、排ガス３０の温度は急激に上昇する。その結果、排ガス３０の熱によって触媒（排ガス処理触媒）の活性化が促進し、触媒活性の時間短縮化が図られることとなる。

この第３蓄熱構造体１０Ｃにおいても、上述した第１蓄熱構造体１０Ａと同様の効果を奏する。特に、第２蓄熱構造体１０Ｂの中空部３６と異なり、化学蓄熱体２０が充填された部分も流路して機能するため、単位時間当たりの水蒸気の流通量を増やすことができ、しかも、化学蓄熱体２０に水蒸気３２を接触させる割合を、第２蓄熱構造体１０Ｂの場合よりも、大幅に増加させることができるため、発熱反応をさらに促進させることができ、排ガス３０の温度上昇を向上させることができる。もちろん、化学蓄熱体２０が充填されている他方の第２流路１８Ｂｂの両端を目封じ（第３側面１２ｃ側を緻密体３８、第４側面１２ｄ側を多孔体４０）するようにしたので、運搬中や使用中に化学蓄熱体２０が外部に流出するという不都合も防止することができる。

次に、第４の実施の形態に係る蓄熱構造体（以下、第４蓄熱構造体１０Ｄと記す）について図１２及び図１３を参照しながら説明する。

この第４蓄熱構造体１０Ｄは、図１２及び図１３に示すように、上述した第１蓄熱構造体１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、第１構造体２２Ａは、複数の第１流路１８Ａが横一列に配列されて形成され、第４蓄熱構造体１０Ｄの外表面を構成する部分が緻密体にて構成され、内部の第１流路１８Ａ間の隔壁４２を構成する部分が多孔体にて構成されている。また、隣接する第１流路１８Ａのうち、それぞれ一方の第１流路１８Ａａは、第１側面１２ａ側が開口とされ、第２側面１２ｂ側が緻密体３８にて目封じされ、それぞれ他方の第１流路１８Ａｂは、第１側面１２ａ側が緻密体３８にて目封じされ、第２側面１２ｂ側が開口とされている。従って、一方の第１流路１８Ａａの開口から供給された第１流体１６Ａは、一方の第１流路１８Ａａから多孔体の隔壁４２、他方の第１流路１８Ａｂを経て流通するようになっている。なお、第２構造体２２Ｂは、第１蓄熱構造体１０Ａの第２構造体２２Ａを採用してもよいし、第２蓄熱構造体１０Ｂの第２構造体２２Ｂを採用してもよいし、第３蓄熱構造体１０Ｃの第２構造体２２Ｂを採用してもよい。

この第４蓄熱構造体１０Ｄを使用する場合は、第１蓄熱構造体１０Ａと同様に、先ず、第１流路１８Ａに排ガス３０を流通させる。排ガス３０の温度の上昇に伴って、第２構造体２２Ｂに保持された化学蓄熱体２０も徐々に暖められることになる。排ガス３０の温度が蓄熱操作温度Ｔｃ以上になると、化学蓄熱体２０は、吸熱反応（脱水反応）を起こし、金属水酸化物から金属酸化物に変化する。その後、排ガス３０の温度が低下しても、化学蓄熱体２０は金属酸化物の形態を維持している。

その後、第１流路１８Ａを通じて低温の排ガス３０が供給されている状態で、第２流路１８Ｂに水蒸気３２を流通させることで、第２構造体２２Ｂに保持された化学蓄熱体２０が発熱反応（水和反応）を起こし、金属酸化物から金属水酸化物に変化する。この発熱反応によって発生した熱が、第１流路１８Ａを流通している排ガス３０に伝達し、排ガス３０の温度は急激に上昇する。その結果、排ガス３０の熱によって触媒（排ガス処理触媒）の活性化が促進し、触媒活性の時間短縮化が図られることとなる。

この第４蓄熱構造体１０Ｄにおいても、上述した第１蓄熱構造体１０Ａ、第２蓄熱構造体１０Ｂ、第３蓄熱構造体１０Ｃと同様の効果を奏する。特に、この第４蓄熱構造体１０Ｄは、以下のような特有の効果を奏する。すなわち、第１流路１８Ａを通じて排ガス３０を流通させると、排ガス３０は第１流路１８Ａ間の隔壁４２を透過することから、時間の経過に伴って隔壁４２に排気微粒子（すす：ｓｏｏｔ）が堆積する。隔壁４２でのすすの堆積量が増加すると、圧損が増加し、フィルタ効果が低減することから、通常は、排ガス３０の温度を上昇させて、すすを燃焼して除去するようにしている。しかし、すすが燃焼すると、隔壁４２において燃焼時の熱が放熱されず、蓄熱されてしまい、異常高温となって隔壁４２自体が溶けるおそれがある。

ところが、この第４蓄熱構造体１０Ｄでは、第２構造体２２Ｂに化学蓄熱体２０が保持されているため、すすが燃焼しても、その熱が化学蓄熱体２０にて吸熱され、その結果、隔壁４２での異常高温は発生せず、すすのみが除去され、所望のフィルタ効果を発揮させることができ、フィルタとしての寿命も延ばすことができる。

つまり、第４蓄熱構造体１０Ｄは、ハニカム構造の熱交換器とハニカム構造のフィルタとが一体化された構造を有し、しかも、隔壁４２に堆積されたすすの除去を、隔壁４２を保護しつつ、効率よく行うことができるという特有の効果を奏する。

上述の第１蓄熱構造体１０Ａ〜第４蓄熱構造体１０Ｄでは、金属酸化物−水蒸気系の蓄熱材、具体的には、上述した式（１）のように、可逆的な化学反応を行う化学蓄熱体２０を用いたが、その他、表１に示すように、アプリケーションの仕様に応じて、その他の金属酸化物−水蒸気系の蓄熱材、金属酸化物−二酸化炭素系の蓄熱材、金属塩−水蒸気系の蓄熱材又は金属塩−アンモニア系の蓄熱材のいずれかを用いることができる。

また、上述の例では、自動車等のエンジンスタート時における排ガス処理触媒の加熱補助等に用いて好適な蓄熱構造体に適用した例を示したが、本実施の形態のように、２つの流路が交互に交差するように配置されているセラミックス製の構造体あるいはハニカム構造体１４は、高温用の熱交換器、空気／酸素等のガス分離膜、集光型太陽熱発電用の容積型太陽熱吸収器（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）等にも適用することができる。

なお、本発明に係る蓄熱構造体は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０Ａ〜１０Ｄ…第１蓄熱構造体〜第４蓄熱構造体
１２ａ〜１２ｄ…第１側面〜第４側面
１４…ハニカム構造体
１６Ａ…第１流体
１６Ｂ…第２流体
１８Ａ、１８Ａａ、１８Ａｂ…第１流路
１８Ｂ、１８Ｂａ、１８Ｂｂ…第２流路
２０…化学蓄熱体
２２Ａ…第１構造体
２２Ｂ…第２構造体
３０…排ガス
３２…水蒸気

Claims (9)

1. 少なくとも４つの側面を有するハニカム構造体と、
   前記ハニカム構造体に形成され、第１流体が流通する複数の第１流路と、
   前記ハニカム構造体に形成され、第２流体が流通する複数の第２流路と、
   前記第２流路に沿って保持された化学蓄熱体とを有し、
   前記第１流路は、前記ハニカム構造体の前記４つの側面のうち、第１側面から該第１側面と対向する第２側面にかけて形成され、
   前記第２流路は、前記ハニカム構造体の前記４つの側面のうち、前記第１側面及び前記第２側面とは異なる第３側面から該第３側面と対向する第４側面にかけて形成され、且つ、前記第１流路と上下方向で隣接して形成されていることを特徴とする蓄熱構造体。
2. 請求項１記載の蓄熱構造体において、
   少なくとも前記化学蓄熱体が保持された部分と前記第１流路との間に、緻密体にて構成された隔壁が介在されていることを特徴とする蓄熱構造体。
3. 請求項１又は２記載の蓄熱構造体において、
   前記第２流路の内壁面に前記化学蓄熱体が担持されていることを特徴とする蓄熱構造体。
4. 請求項１又は２記載の蓄熱構造体において、
   隣接する前記第２流路間に前記化学蓄熱体が保持されていることを特徴とする蓄熱構造体。
5. 請求項４記載の蓄熱構造体において、
   隣接する前記第２流路間に中空部を有し、
   前記第２流路と前記中空部間の隔壁が多孔体にて形成され、
   前記中空部内に前記化学蓄熱体が充填され、
   前記中空部の両端が目封じされていることを特徴とする蓄熱構造体。
6. 請求項１又は２記載の蓄熱構造体において、
   隣接する前記第２流路間の隔壁は多孔体にて構成され、
   隣接する前記第２流路のうち、それぞれ一方の第２流路は、前記第３側面側が開口とされ、前記第４側面側が緻密体にて目封じされ、それぞれ他方の第２流路は、前記第３側面側が緻密体にて目封じされ、前記第４側面側が多孔体にて目封じされ、
   前記他方の第２流路内に前記化学蓄熱体が充填され、
   前記一方の第２流路の開口から供給された前記第２流体は、前記一方の第２流路から前記隔壁及び前記他方の第２流路を経て流通することを特徴とする蓄熱構造体。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱構造体において、
   隣接する前記第１流路間の隔壁は多孔体にて構成され、
   隣接する前記第１流路のうち、それぞれ一方の第１流路は、前記第１側面側が開口とされ、前記第２側面側が目封じされ、それぞれ他方の第１流路は、前記第１側面側が目封じされ、前記第２側面側が開口とされ、
   前記一方の第１流路の開口から供給された前記第１流体は、前記一方の第１流路から前記隔壁及び前記他方の第１流路を経て流通することを特徴とする蓄熱構造体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱構造体において、
   前記化学蓄熱体は、前記第１流路に、該化学蓄熱体の蓄熱操作温度以上の温度を有する第１流体が供給されることで吸熱反応し、
   前記吸熱反応後の前記化学蓄熱体は、前記第２流路に、前記第２流体が供給されることで発熱反応し、
   前記化学蓄熱体での発熱反応によって、前記第１流路を流通する前記蓄熱操作温度未満の温度を有する前記第１流体に熱が伝達されることを特徴とする蓄熱構造体。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱構造体において、
   前記化学蓄熱体は、金属酸化物−水蒸気系の蓄熱材、金属酸化物−二酸化炭素系の蓄熱材、金属塩−水蒸気系の蓄熱材又は金属塩−アンモニア系の蓄熱材であることを特徴とする蓄熱構造体。

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