車両用化学蓄熱システム
【課題】蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができるようにする。
【解決手段】反応器１５の化学蓄熱材は、エンジン排気ガスから熱供給を受けることで、脱水反応を生じつつ蓄熱する。この脱水反応に伴って生じる水蒸気は、蒸発・凝縮部３０にて凝縮される。化学蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、蒸発・凝縮部３０において、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、水和反応のための水蒸気を反応器１６に供給する。化学蓄熱材の水和反応が生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。ここで、車両用化学蓄熱システム１０は、反応器１６による蓄熱を開始するときに、蓄熱ＥＣＵによって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、蒸発凝縮器３０から反応器１６へ供給するように制御する。反応器１６の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器１６が自己昇温する。
【解決手段】反応器１５の化学蓄熱材は、エンジン排気ガスから熱供給を受けることで、脱水反応を生じつつ蓄熱する。この脱水反応に伴って生じる水蒸気は、蒸発・凝縮部３０にて凝縮される。化学蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、蒸発・凝縮部３０において、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、水和反応のための水蒸気を反応器１６に供給する。化学蓄熱材の水和反応が生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。ここで、車両用化学蓄熱システム１０は、反応器１６による蓄熱を開始するときに、蓄熱ＥＣＵによって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、蒸発凝縮器３０から反応器１６へ供給するように制御する。反応器１６の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器１６が自己昇温する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行に伴い生じる熱を有効利用するための車両用化学蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蓄熱材を充填した化学蓄熱反応器を有し、蓄熱時には温熱流体を加えることで吸熱反応により蓄熱し、放熱時には反応熱により温熱流体を発生する反応部と、溶液を充填した蒸発凝縮器を有し、蓄熱時には凝縮熱による温熱流体を発生し、放熱時には蒸発潜熱による冷熱流体を発生する蒸発凝縮部と、化学蓄熱器と蒸発凝縮器を接続するパイプ及びバルブと、を有するケミカルヒートポンプコンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、ハイブリッド車用の蓄熱システムにおける蓄熱用熱源をエンジン排気熱とした場合、エンジンの作動期間が短く、停止期間が長くなることから、蓄熱動作は間欠的となる。一方、間欠的蓄熱における停止期間中では、反応器温度が外部放熱等により低下するため、蓄熱を再開するためには脱水反応可能な温度レベルまで昇温する必要がある。
【０００５】
ここで、エンジン作動初期において排気熱との熱交換により蓄熱材を昇温させる方法では、排気ガス流路と蓄熱材との隔壁を介した熱交換となるため、熱抵抗が存在する。また、昇温過程において排気ガス温度と蓄熱材との温度差が小さくなるため、熱交換量が低減し、昇温時間が大幅に増大する。
【０００６】
短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて長い蓄熱期間を確保することが、間欠的な蓄熱動作で要求される。しかし、エンジン排気などの外部熱源を利用した昇温方法では、蓄熱を再開するまでの昇温時間の短縮化が困難である、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる車両用化学蓄熱システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、前記反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、前記蒸発凝縮器から前記反応器へ供給するように制御する制御部と、を含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムでは、反応器の化学蓄熱材は、車両の熱源から熱供給を受けることで、脱水反応を生じつつ蓄熱する。この脱水反応に伴って生じる水蒸気は、蒸発凝縮部にて凝縮される。化学蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、蒸発凝縮部において、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、水和反応のための水蒸気を反応器に供給する。これにより、化学蓄熱材の水和反応が生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。
【００１０】
ここで、車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、制御部によって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、蒸発凝縮器から反応器へ供給するように制御する。これによって、反応器の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器が自己昇温する。
【００１１】
このように、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００１２】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えてから、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように、前記冷媒切換部を制御するようにすることができる。これによって、反応器によって蓄熱を行うときに、一時的な水和反応から蓄熱状態に瞬時に切り換えることができる。
【００１３】
上記の第１の冷媒パス構造及び第２の冷媒パス構造を含む車両用化学蓄熱システムは、前記第２の冷媒パス構造の前記冷媒の温度を検出する温度検出部を更に含み、前記冷却器を、前記蒸発凝縮部の冷媒入口の手前に設け、前記第２冷媒パス構造は、前記熱源及び前記冷却器をバイパスして前記冷媒を循環させ、前記制御部は、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するときに、前記温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に基づいて、前記冷媒の温度が所定温度以上とならないように、前記冷却器の作動を制御するようにすることができる。これによって、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【００１４】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するための水蒸気バッファと、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御する制御部と、を含んで構成されている。
【００１５】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、制御部によって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、水蒸気バッファから反応器供給するように制御する。これによって、反応器の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器が自己昇温する。
【００１６】
このように、反応器による蓄熱を開始するときに、水蒸気バッファから、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００１７】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る冷媒パス構造を更に含むようにすることができる。
【００１８】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、前記蒸発凝縮器から供給される水蒸気の温度を検出する温度検出部と、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御すると共に、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御し、前記温度検出部によって検出された水蒸気の温度が、前記反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度である場合、前記蒸発凝縮器から前記反応器に水蒸気を供給するように制御してから、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御するようにすることができる。これによって、水蒸気バッファの小型化を図ることができる。
【００１９】
上記の水蒸気バッファは、前記第２の冷媒パス構造の冷媒との熱交換により、前記水蒸気を供給するようにすることができる。
【００２０】
上記の第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、前記水蒸気バッファから供給される水蒸気の温度を検出する第２温度検出部を更に含み、前記水蒸気バッファは、前記水蒸気を前記反応器と共に前記蒸発凝縮器に対して供給可能に構成され、前記制御部は、前記水蒸気バッファから前記水蒸気を前記反応器に供給しているときに、前記第２温度検出部によって検出された温度が、前記反応平衡圧より高い飽和蒸気圧となる所定温度以上である場合、前記水蒸気バッファから供給された前記水蒸気の一部を、前記蒸発凝縮器に供給するように制御するようにすることができる。これによって、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵを示すブロック図である。
【図３】（Ａ）本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱作動を説明するための図、及び（Ｂ）放熱作動を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの一時的な水和反応による反応器の昇温を説明するための図である。
【図５】（Ａ）エンジン排気熱との熱交換による反応器の昇温を説明するための図、及び（Ｂ）一時的な水和反応による反応器の昇温を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱モード開始時の様子を示すシステム構成図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱モードの様子を示すシステム構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０について、図１〜図７に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、車両用化学蓄熱システム１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム１０は、容器１２内における化学蓄熱材用空間としての反応流路１４に化学蓄熱材（図示所略）が充填された反応器１６を備えている。反応器１６を構成する化学蓄熱材は、脱水に伴って蓄熱（吸熱）し、水和（水酸化カルシウムへの復原）に伴って放熱（発熱）する構成とされている。
【００２５】
この実施形態では、化学蓄熱材として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が採用されている。したがって、反応器１６内では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
【００２６】
Ｃａ（ＯＨ）２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
【００２７】
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
となる。この化学蓄熱材（Ｃａ（ＯＨ）２）の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、略１．８６［ＭＪ／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）２］とされている。
【００２８】
さらに、この実施形態では、反応器１６の容器１２内には、化学蓄熱材に熱を供給するための空気流路１８と、化学蓄熱材からの熱を加熱対象に輸送するための冷媒流路（図示省略）とが設けられている。空気流路１８、冷媒流路は、それぞれ内部を流れる熱媒、冷媒と反応流路１４内の化学蓄熱材との熱交換可能に、該反応流路１４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００２９】
空気流路１８には、熱媒ライン２２が接続されている。熱媒ライン２２における空気流路１８の上流側には、車両用化学蓄熱システム１０が適用された自動車の熱源に接続されている。熱媒ライン２２の下流端２２Ａは、大気開放端とされている。
【００３０】
この実施形態では、熱媒として、内燃機関ＥＧの排気ガスが採用されている。なお、電気ヒータで加熱された空気を、熱媒として採用してもよい。電気ヒータは、例えば車両用化学蓄熱システム１０が適用された自動車が電気モータを駆動源として備える電気自動車やハイブリッド自動車の場合に採用され、バッテリへの充電ができない余剰電力によって作動される構成とすることができる。余剰電力としては、例えば、車両減速に伴う回生エネルギ相当分や、燃料電池等の発電装置を搭載する構成においては、負荷変動に伴う余剰発電量相当分が挙げられる。
【００３１】
一方、冷媒流路には、熱輸送ライン（図示省略）が接続されている。熱輸送ラインにおける冷媒流路の上流側にはブロア（図示省略）が設けられており、熱輸送ラインにおける冷媒流路の下流側には、車両用化学蓄熱システム１０による加熱対象（図示省略）との熱交換部が設けられている。これにより、車両用化学蓄熱システム１０では、反応器１６で化学蓄熱材が放熱した熱を加熱対象の加熱（暖機）に供することができる構成とされている。熱輸送ラインの下流端は大気開放端とされている。加熱対象としては、内燃機関ＥＧ、該内燃機関ＥＧの排気ガスを浄化するための排気触媒、モータ駆動用のバッテリを統制する構成では該バッテリなどが挙げられ、複数の加熱対象（候補）から一部の加熱対象を選択する構成としても良い。
【００３２】
また、車両用化学蓄熱システム１０は、反応器１６の反応流路１４から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水を蒸発させて反応器１６に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての機能を兼ね備える蒸発・凝縮器３０を備えている。蒸発・凝縮器３０は、反応器１６の反応流路１４に水蒸気循環ライン３２を介して連通された蒸気流路３４と、蒸気流路３４内の水蒸気を凝縮すると共に、蒸気流路３４内の水を蒸発させるための媒体流路３８とが容器４０内に形成されて構成されている。媒体流路３８は、内部を流れる冷媒、熱媒と蒸気流路３４内の水又は水蒸気との熱交換可能に、該蒸気流路３４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００３３】
蒸気流路３４は、水蒸気循環ライン３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。水蒸気循環ライン３２には、蒸気流路３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁４２が設けられている。また、蒸気流路３４における重力方向の低所は、水循環ライン４４を介して水タンク４６に連通されている。水循環ライン４４には、ウォータポンプ４８、開閉弁５０が設けられている。水タンク４６は、蒸気流路３４で凝縮された水を、該蒸気流路３４で蒸発させるための水として貯留するようになっている。ウォータポンプ４８は、作動することで、水タンク４６の水を蒸気流路３４に供給するようになっている。
【００３４】
媒体流路３８には、冷媒循環ライン５２が接続されている。冷媒循環ライン５２には、冷却器５４及び冷媒ポンプ５６が媒体流路３８と直列を成すように設けられている。これにより、冷媒ポンプ５６が作動されることで冷媒が媒体流路３８、冷却器５４を循環し、媒体流路３８における水蒸気の凝縮熱を冷却器５４で放熱するようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０を構成する媒体流路３８での水蒸気から水への凝縮を維持するための凝縮器冷却系５８が構成されているものと捉えることができる。
【００３５】
冷媒循環ライン５２は、媒体流路３８の上流側及び下流側の各々で分岐しており、各分岐点で、冷却水循環ライン６２に接続されている。冷却水循環ライン６２には、冷却器６４、冷却水ポンプ６６、及び内燃機関ＥＧが媒体流路３８と直列を成すように設けられている。これにより、冷却水ポンプ６６が作動されることでエンジン冷却水が内燃機関ＥＧ、媒体流路３８、冷却器６４を循環し、蒸気流路３４内の水を蒸発させるようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８での水の蒸発のための蒸発熱を一時的に付与するための一時的加熱系６０が構成されているものと捉えることができる。なお、冷媒循環ライン５２は、第１の冷媒パス構造の一例であり、冷却水循環ライン６２は、第２の冷媒パス構造の一例である。
【００３６】
冷媒循環ライン５２と冷却水循環ライン６２との２つの接続位置（分岐位置）には、媒体流路３８に流れる媒体を、冷媒循環ライン５２の冷媒及び冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水の何れかにするかを切り換える切換バルブ６８Ａ、６８Ｂが設けられている。
【００３７】
また、車両用化学蓄熱システム１０は、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８での水の蒸発のための蒸発熱を付与するための蒸発器加熱系（図示省略）を備えている。蒸発器加熱系は、熱媒を媒体流路３８に流すことにより、蒸気流路３４において水を蒸発させて水蒸気を得る構成とされている。蒸発・凝縮器３０では、熱媒から水への放熱（熱交換）が行われる構成である。
【００３８】
また、図２に示されるように、車両用化学蓄熱システム１０は、制御部としての蓄熱ＥＣＵ８２を備えている。蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂ、ウォータポンプ４８、冷媒ポンプ５６、冷却水ポンプ６６、冷却器５４、６４のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。
【００３９】
この蓄熱ＥＣＵ８２には、自動車の図示しないスタートスイッチ（運転制御ＥＣＵやメインコントローラ）から適用された自動車の運転状態に応じた信号が入力されるようになっている。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、反応器１６の化学蓄熱材の温動に対応した信号を出力する化学蓄熱材温センサ８８に電気的に接続されている。
【００４０】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００４１】
まず、図３（Ａ）に示すように、蓄熱作動時には、蒸発・凝縮器３０を、蓄熱温度（４２４℃）における反応平衡圧レベルの飽和蒸気圧（１１．６ｋＰａ）により小さい飽和蒸気圧となる温度（４０℃）に設定することで、反応器１６の脱水反応により得られた水蒸気が、蒸発・凝縮器３０に回収される。
【００４２】
また、図３（Ｂ）に示すように、放熱作動時には、蒸発・凝縮器３０を、放熱温度（３３０℃）における反応平衡圧レベルの飽和蒸気圧（０．６５ｋＰａ）となる温度（０℃）に設定することで、反応器１６に水蒸気を供給し、水和反応により反応器１６が昇温し、放熱温度以下の熱利用が可能となる。
【００４３】
ここで、蓄熱温度レベル（４２４℃）にて熱利用する場合、通常の放熱モード以上の飽和蒸気圧力（１１．６ｋＰａ）となるように蒸発凝縮温度を設定する必要がある。間欠的な蓄熱動作により反応器１６の温度が低下するのに対し、図４に示すように、蒸発・凝縮器３０を蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）に設定することにより、図５（Ｂ）に示すように、反応器１６の顕熱上昇分に必要な反応用水蒸気量を供給し、一時的な水和反応により、脱水反応温度レベルまで昇温が可能となる。このとき、図５（Ａ）に示すような外部熱源（エンジン排気熱）との熱交換による昇温と比較して、内部発熱を利用するため、スムーズな熱発生が可能となる。このため、エンジン作動が再開する直前で、短時間で反応器１６を昇温させることができ、短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて蓄熱期間を確保することが可能となる。
【００４４】
また、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８に、エンジン冷却水の循環経路である冷却水循環ライン６２を接続した加熱パスと、媒体を冷却するための冷媒の循環経路である冷媒循環ライン５２を接続した冷却パスとを、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂで切り換えることにより、一時的な水和反応による反応器１６の昇温過程のための蒸気生成を可能とする高温熱源との熱交換モードと、蓄熱再開時に媒体流路３８を冷却パスに接続するように切換え、脱水反応で生成する蒸気を凝縮させる冷却モードとを、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂにより瞬時に切り換えることで、より長い蓄熱期間を確保することが可能となる。
【００４５】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００４６】
自動車に適用された車両用化学蓄熱システム１０の蓄熱ＥＣＵ８２の制御について、図６に示す蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを参照しつつ説明する。なお、車両用化学蓄熱システム１０の動作を示す図７、図８において、実線は水、水蒸気、各熱媒等の流体の流れを示しており、想像線は流れのないラインを示しており、白抜きの矢印は熱の移動を示しており、黒塗りのバルブポートは流れの閉止状態を示している。また、図７、図８では、説明すべきモードに関与しない構成要素の図示を省略する場合がある。
【００４７】
内燃機関ＥＧが作動開始すると、蓄熱ＥＣＵ８２によって蓄熱モード遷移制御処理ルーチンが実行される。
【００４８】
まず、ステップ１００において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。これにより、図７に示すように、内燃機関ＥＧ、蒸発・凝縮器３０、冷却器６４の順でエンジン冷却水が冷却水循環ライン６２を循環する。また、媒体流路３８にエンジン冷却水が流れ、蒸発・凝縮器３０において、蒸気流路３４内の水を蒸発させ、反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００４９】
ステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ移行する。
【００５０】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御し、また、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００５１】
そして、蓄熱モードが開始され、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を作動させる。これにより、図８に示すように、冷却器５４、蒸発・凝縮器３０の順で冷媒が冷媒循環ライン５２を循環する。
【００５２】
反応器１６では、内燃機関ＥＧから供給された熱によって反応流路１４の化学蓄熱材が脱水反応を生じ、該化学蓄熱材への蓄熱が成される。そして、化学蓄熱材の脱水反応に伴って生じた水蒸気が水蒸気循環ライン３２を介して蒸発・凝縮器３０の蒸気流路３４に導入されると、該水蒸気が媒体流路３８を流れる冷媒との熱交換によって凝縮され、重力にて水タンク４６に回収される。水蒸気との熱交換で加熱された冷媒は、冷却器５４で外気と熱交換することで冷却される。これにより、反応器１６での蓄熱動作が維持される。
【００５３】
また、化学蓄熱材温センサ８８の信号に基づき、化学蓄熱材の所定値以上の温度上昇（顕熱）を検出すると、蓄熱が完了したと判断し、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ閉止させると共に、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を停止させ、蓄熱モードを終了する。
【００５４】
また、加熱対象の加熱が必要となり、放熱モードに遷移した場合には、加熱対象の要求熱量（Ｗ）を求め、蓄熱ＥＣＵ８２は、要求熱量だけ反応器１６（化学蓄熱材）に放熱させるための水和反応量（Ｗ）を算出する。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させ、ウォータポンプ４８を作動させる。
【００５５】
次いで蓄熱ＥＣＵ８２は、水和反応を行うために必要な量の水蒸気を蒸発・凝縮器３０が発生するように、蒸発器加熱系を制御し、蒸発器加熱系の熱媒は、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８において、水タンク４６から蒸気流路３４に供給された水との熱交換（凝縮熱の付与）に供される。これにより、蒸気流路３４から反応器１６の反応流路１４に水蒸気が供給され、反応流路１４内の化学蓄熱材が水和反応を生じ、該水和反応に伴い放熱する。この熱は、熱輸送ラインを流れる空気によって加熱対象に輸送され、該加熱対象の加熱（暖機）に寄与する。
【００５６】
さらに、蓄熱ＥＣＵ８２は、加熱対象の昇温が完了したか否かを判断し、加熱対象の昇温が完了したと判断した場合、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ閉止させると共に、ウォータポンプ４８を停止させ、放熱モードを終了する。
【００５７】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を蒸発・凝縮器から反応器へ供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００５８】
また、蒸発・凝縮器の媒体流路に、エンジン冷却水の循環経路である冷却水循環ラインを接続した加熱パスと、媒体を冷却するための冷媒の循環経路である冷媒循環ラインを接続した冷却パスとを、切換バルブで切り換えることにより、反応器によって蓄熱を行うときに、一時的な水和反応から蓄熱状態に瞬時に切り換えることができる。
【００５９】
また、蓄熱時において反応器を蓄熱可能温度レベルまで昇温するために、外部熱源と熱交換することなく、蒸発・凝縮器を蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度とすることで、一時的な水和反応による内部発熱を利用して、蓄熱材を自己昇温させることができ、効率よく脱水温度域まで昇温させることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム２１０について、図９及び図１０に基づいて説明する。図９には、車両用化学蓄熱システム２１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム２１０は、冷媒循環ラインによる冷媒の循環と冷却水循環ラインによるエンジン冷却水の循環とで、冷却器５４が兼用されるように、冷却器５４が、蒸発・凝縮器３０の媒体入口手前に設けられている点で、第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０とは異なる。
【００６１】
また、車両用化学蓄熱システム２１０は、冷却水循環ラインにおける内燃機関ＥＧの下流側に、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、冷却水温センサに電気的に接続されている。
【００６２】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００６３】
一時的な水和反応に必要な蒸気供給用の熱源として、エンジン冷却水（６５℃）を利用した場合、高い蒸気飽和圧力（２３ｋＰａ）が得られる。このとき、脱水反応平衡温度（４２４℃）となるために、高温レベルの内部熱源の確保が可能となり、温度差による熱伝導が活発となる。さらに伝導経路が蓄熱材の熱伝導のみとなるため外部熱源との熱交換と比較して小さい温度差で、高い熱輸送能力が期待できる。一方、エンジン冷却水が６５℃を上回る場合、飽和蒸気圧が過上昇するため、反応平衡温度＞４２４℃となる。このとき、冷媒循環ラインの冷却器５４を、冷却水循環ラインによるエンジン冷却水の循環で兼用可能とすることで、エンジン冷却水が６５℃を上回った場合に、冷却器５４を作動させ、エンジン冷却水の水温を低下させるように制御することができる。
【００６４】
第２の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１０を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
まず、ステップ１００において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。
【００６６】
ステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ移行する。一方、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達していないと判定された場合、ステップ２５０において、冷却水温センサからの出力に基づいて、エンジン冷却水の水温が、例えば７０℃以上であるか否かを判定し、エンジン冷却水の水温が、７０℃未満であると、上記ステップ１０２へ戻る。一方、エンジン冷却水の水温が、７０℃以上である場合には、ステップ２５２において、冷却器５４を作動させて、上記ステップ１０２へ戻る。
【００６７】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御して、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００６８】
なお、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム２１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、冷却パスの冷却器を蒸発・凝縮器の入口付近に設置し、冷却パスおよび加熱パスとで兼用可能な構成とし、高温熱源としてのエンジン冷却水の温度を調整して、蒸発・凝縮器の温度を調整することで、蓄熱材における内部発熱の平衡温度レベルの制御が可能であり、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０について、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１には、車両用化学蓄熱システム３１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム３１０は、反応器１６による一時的な水和反応のための水蒸気を供給する蒸発器３３０を備えている点で、第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０とは異なる。
【００７１】
具体的には、車両用化学蓄熱システム３１０は、水を蒸発させて反応器１６に一時的に水蒸気を供給するための蒸発器３３０を備え、蒸発器３３０は、反応器１６の反応流路１４に第２水蒸気循環ライン３３２を介して連通された蒸気バッファ３３４と、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させるための媒体流路３３８とが容器３４０内に形成されて構成されている。媒体流路３３８は、内部を流れる媒体と蒸気バッファ３３４内の水との熱交換可能に、該蒸気バッファ３３４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００７２】
蒸気バッファ３３４は、第２水蒸気循環ライン３３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。第２水蒸気循環ライン３３２には、蒸気バッファ３３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁３４２が設けられている。また、蒸気バッファ３３４における重力方向の低所は、第２水循環ライン３４４を介して水タンク４６に連通されている。水循環ライン３４４には、第２ウォータポンプ３４８、第２開閉弁３５０が設けられている。第２ウォータポンプ４８は、作動することで、水タンク４６の水を蒸気バッファ３３４に供給するようになっている。
【００７３】
媒体流路３３８には、第２冷却水循環ライン３６２に接続されている。第２冷却水循環ライン３６２は、内燃機関ＥＧの冷却水出口側と冷却器６４の手前とで冷却水循環ライン６２と分岐するように設けられ、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が、第２冷却水循環ライン３６２にも流れるようになっている。これにより、冷却水ポンプ６６が作動されることで、エンジン冷却水が内燃機関ＥＧ、媒体流路３３８、冷却器６４を循環し、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させるようになっている。
【００７４】
また、車両用化学蓄熱システム３１０は、蒸気流路３４内に、水蒸気の温度を検出する水蒸気温度センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、水蒸気温度センサに電気的に接続されている。
【００７５】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００７６】
一時的な水和反応のための蒸発を蒸発・凝縮器３０で実現する場合、蒸発温度（６５℃）まで温度変化させる必要がある。このとき、蒸発・凝縮器３０の容器、蒸発用の水等の熱容量により、温度応答遅れが生じる。このため、一時的な水和反応への瞬時の切り換えが不可能となる。そこで、蒸気バッファ３３４を一時的な水和反応における蒸発温度（６５℃）と設定し、開閉弁４２、３４２により反応器１６との接続を切り換えることで、蓄熱温度レベル（４２４℃）の水和反応を維持するための蒸気圧力への瞬時の切り換えが可能となる。
【００７７】
次に、第３の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１２を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７８】
まず、ステップ３７０において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁５０、３５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。これにより、内燃機関ＥＧ、蒸発・凝縮器３０、冷却器６４の順でエンジン冷却水が冷却水循環ライン６２を循環すると共に、第２冷却水循環ライン３６２を循環する。また、媒体流路３８にエンジン冷却水が流れ、第２媒体流路３８にエンジン冷却水が流れる。蒸発・凝縮器３０において、蒸気流路３４内の水を蒸発させると共に、蒸発器３３０において、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させる。
【００７９】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。これにより、蒸気バッファ３３４から反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００８０】
ステップ３７６では、水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）以上になったか否かを判定し、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃に到達すると、ステップ３７８へ進む。
【００８１】
そして、ステップ３７８では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ３８０において、開閉弁４２を開放させる。これにより、蒸気流路３４から反応流路１４に水蒸気が供給され、反応器１６は、一時的な水和反応により、さらに自己昇温する。
【００８２】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ進む。
【００８３】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御し、また、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００８４】
なお、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、反応器による蓄熱を開始するときに、蒸気バッファから、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００８６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムについて、図１３に基づいて説明する。本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムは、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器１６による一時的な水和反応のための水蒸気を、蒸発器３３０のみから供給し、蒸発・凝縮器３０から供給しない点で、第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０とは異なる。
【００８７】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００８８】
蓄熱時の凝縮と一時的な水和反応のための蒸発とを、蒸発・凝縮器３０で両立させた場合、凝縮温度（４０℃）と蒸発温度（６５℃）の間（温度差２５℃）を温度変化させる必要がある。このとき、蒸発・凝縮器３０の容器や蒸発用の水等の熱容量により、温度応答遅れが生じる。そこで、蒸発・凝縮器３０を蓄熱時における凝縮温度（４０℃）に設定し、蒸気バッファ３３４を一時的な水和反応における蒸発温度（６５℃）と設定し、開閉弁４２、３４２により反応器１６との接続を切り換えることで、蓄熱温度レベル（４２４℃）の水和反応を維持するための蒸気圧力から、蓄熱時の凝縮温度における蒸気圧力へ、より瞬時に切り換えることが可能となる。
【００８９】
第４の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１３を用いて説明する。なお、第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９０】
まず、ステップ４００において、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御すると共に、冷媒ポンプ５６、冷却器５４を作動させる。これにより、冷却器５４、蒸発・凝縮器３０の順で冷媒が冷媒循環ライン５２を循環する。
【００９１】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。これにより、蒸気バッファ３３４から反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００９２】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ４０２へ進む。
【００９３】
ステップ４０２では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ４０４において、開閉弁４２を開放させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。これにより、化学蓄熱材の脱水反応に伴って生じた水蒸気が水蒸気循環ライン３２を介して蒸発・凝縮器３０の蒸気流路３４に導入され、該水蒸気が媒体流路３８を流れる冷媒との熱交換によって凝縮される。
【００９４】
なお、第４の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００９５】
以上説明したように、第４の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、蓄熱時における一時的な蒸気供給を可能とする蒸気バッファを反応器に接続することにより、蒸気バッファからの蒸気供給による一時的な水和反応から、蒸発・凝縮器を凝縮温度に設定した蓄熱反応への移行を瞬時に切り換えることができる。
【００９６】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム５１０について、図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４には、車両用化学蓄熱システム５１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム５１０は、蒸気バッファ３３４と、蒸気流路３４とが、水蒸気循環ライン３２及び第２水蒸気循環ライン３３２を介して接続されている点で、第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０とは異なる。
【００９７】
具体的には、車両用化学蓄熱システム５１０は、蒸気バッファ３３４と媒体流路３３８とを用いて構成された蒸発器３３０を備え、蒸気バッファ３３４は、第２水蒸気循環ライン３３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。第２水蒸気循環ライン３３２には、蒸気バッファ３３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁３４２が設けられている。
【００９８】
媒体流路３３８には、第２冷却水循環ライン３６２に接続されている。第２冷却水循環ライン３６２は、内燃機関ＥＧの冷却水出口側と冷却器６４の手前とで冷却水循環ライン６２から分岐するように設けられている。
【００９９】
第２水蒸気循環ライン３３２は、反応流路１４と開閉弁４２との間で、水蒸気循環ライン３２と接続されており、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気が、水蒸気循環ライン３２にも流れるように構成されている。
【０１００】
また、車両用化学蓄熱システム５１０は、化学蓄熱材温センサ８８及び蒸気流路３４内の水蒸気温度センサ（図示省略）を設けると共に、蒸気バッファ３３４内に、水蒸気の温度を検出する第２水蒸気温度センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、化学蓄熱材温センサ８８、水蒸気温度センサ、及び第２水蒸気温度センサに電気的に接続されている。
【０１０１】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【０１０２】
蒸発・凝縮器３０を凝縮温度（４０℃）、蒸発器３３０を一時的な水和反応のための蒸発温度（６５℃）に設定することが可能である。一方、反応器１６の昇温においてエンジン冷却水が６５℃を上回る場合、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気の飽和蒸気圧が過上昇するため、反応平衡温度＞４２４℃となる。このとき、蒸発・凝縮器３０と反応器１６とを接続する開閉弁４２を間欠的に開くことで、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気の蒸気圧力の過上昇を抑制し、反応器１６の温度を制御することができる。反応器１６の温度応答性を向上させることにより、エンジン作動が再開する直前にて短時間で反応器を昇温させることができ、短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて蓄熱期間を確保することが可能となる。さらに、反応器１６の温度を必要以上（＞脱水反応温度）に昇温することを防ぐことにより、反応器１６の化学蓄熱材の熱の有効利用を図ることができる。
【０１０３】
第５の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１５を用いて説明する。なお、第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０４】
まず、ステップ３７０において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁５０、３５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる
【０１０５】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。
【０１０６】
次のステップ５５０では、第２水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、一時的な水和反応のための蒸発温度を超えた温度、例えば７０℃以上であるか否かを判定し、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、７０℃以上になると、ステップ５５２において、開閉弁４２を間欠的に開放させ、ステップ３７６へ移行する。これにより、反応流路１４へ供給される蒸気圧力の過上昇が抑制される。一方、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、７０℃未満である場合には、ステップ５５４において、開閉弁４２を閉鎖し、ステップ３７６へ移行する。
【０１０７】
ステップ３７６では、水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）以上になったか否かを判定し、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃に到達すると、ステップ３７８へ進むが、一方、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃未満である場合には、上記ステップ５５０へ戻る。
【０１０８】
そして、ステップ３７８では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ３８０において、開閉弁４２を開放させる。
【０１０９】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ進む。
【０１１０】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御して、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【０１１１】
なお、第５の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム５１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１１２】
以上説明したように、第５の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、蓄熱時における一時的な蒸気供給を可能とする蒸気バッファと、蒸発・凝縮器とを接続し、蒸気バッファからの水蒸気を一部回収して、水蒸気の圧力を調整し、蒸発・凝縮器の温度を調整することで、蓄熱材における内部発熱の平衡温度レベルの制御が可能であり、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【０１１３】
なお、上記の第５の実施の形態では、蒸気バッファ３３４と、蒸発・凝縮器３０とから、一時的な水和反応のための水蒸気を供給する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上述した第４の実施の形態のように、蒸気バッファ３３４のみから、一時的な水和反応のための水蒸気を供給するように制御してもよい。これによって、蒸気バッファ３３４からの蒸気供給による一時的な水和反応から、蒸発・凝縮器３０を凝縮温度に設定した蓄熱反応への移行を、より瞬時に切り換えることができる。
【０１１４】
また、上記の第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、反応器の温度が４２４℃以上となったか否かにより、一時的な水和反応の終了タイミングを判断する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、一時的な水和反応のための水蒸気の供給を開始してから、反応器の温度が４２４℃まで昇温するのにかかる予め求められた所要時間を経過したか否かにより、一時的な水和反応の終了タイミングを判断するようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記した実施形態では、蒸発器としての機能と凝縮器としての機能とを併せ持つ蒸発・凝縮器３０を備えて車両用化学蓄熱システムが構成された例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、車両用化学蓄熱システムが、独立して構成された蒸発器、凝縮器を備えた構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０、２１０、３１０、５１０ 車両用化学蓄熱システム
１４ 反応流路
１６ 反応器
１８ 空気流路
３０ 蒸発・凝縮器
３２、３３２ 水蒸気循環ライン
３４ 蒸気流路
３８、３３８ 媒体流路
４２、３４２ 開閉弁
５２ 冷媒循環ライン
５４ 冷却器
６２、３６２ 冷却水循環ライン
６４ 冷却器
６８Ａ、６８Ｂ切換バルブ
８２ 蓄熱ＥＣＵ
８８ 化学蓄熱材温センサ
３３０ 蒸発器
３３４ 蒸気バッファ
ＥＧ 内燃機関
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行に伴い生じる熱を有効利用するための車両用化学蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蓄熱材を充填した化学蓄熱反応器を有し、蓄熱時には温熱流体を加えることで吸熱反応により蓄熱し、放熱時には反応熱により温熱流体を発生する反応部と、溶液を充填した蒸発凝縮器を有し、蓄熱時には凝縮熱による温熱流体を発生し、放熱時には蒸発潜熱による冷熱流体を発生する蒸発凝縮部と、化学蓄熱器と蒸発凝縮器を接続するパイプ及びバルブと、を有するケミカルヒートポンプコンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、ハイブリッド車用の蓄熱システムにおける蓄熱用熱源をエンジン排気熱とした場合、エンジンの作動期間が短く、停止期間が長くなることから、蓄熱動作は間欠的となる。一方、間欠的蓄熱における停止期間中では、反応器温度が外部放熱等により低下するため、蓄熱を再開するためには脱水反応可能な温度レベルまで昇温する必要がある。
【０００５】
ここで、エンジン作動初期において排気熱との熱交換により蓄熱材を昇温させる方法では、排気ガス流路と蓄熱材との隔壁を介した熱交換となるため、熱抵抗が存在する。また、昇温過程において排気ガス温度と蓄熱材との温度差が小さくなるため、熱交換量が低減し、昇温時間が大幅に増大する。
【０００６】
短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて長い蓄熱期間を確保することが、間欠的な蓄熱動作で要求される。しかし、エンジン排気などの外部熱源を利用した昇温方法では、蓄熱を再開するまでの昇温時間の短縮化が困難である、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる車両用化学蓄熱システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、前記反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、前記蒸発凝縮器から前記反応器へ供給するように制御する制御部と、を含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムでは、反応器の化学蓄熱材は、車両の熱源から熱供給を受けることで、脱水反応を生じつつ蓄熱する。この脱水反応に伴って生じる水蒸気は、蒸発凝縮部にて凝縮される。化学蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、蒸発凝縮部において、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、水和反応のための水蒸気を反応器に供給する。これにより、化学蓄熱材の水和反応が生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。
【００１０】
ここで、車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、制御部によって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、蒸発凝縮器から反応器へ供給するように制御する。これによって、反応器の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器が自己昇温する。
【００１１】
このように、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００１２】
第１の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えてから、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように、前記冷媒切換部を制御するようにすることができる。これによって、反応器によって蓄熱を行うときに、一時的な水和反応から蓄熱状態に瞬時に切り換えることができる。
【００１３】
上記の第１の冷媒パス構造及び第２の冷媒パス構造を含む車両用化学蓄熱システムは、前記第２の冷媒パス構造の前記冷媒の温度を検出する温度検出部を更に含み、前記冷却器を、前記蒸発凝縮部の冷媒入口の手前に設け、前記第２冷媒パス構造は、前記熱源及び前記冷却器をバイパスして前記冷媒を循環させ、前記制御部は、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するときに、前記温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に基づいて、前記冷媒の温度が所定温度以上とならないように、前記冷却器の作動を制御するようにすることができる。これによって、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【００１４】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するための水蒸気バッファと、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御する制御部と、を含んで構成されている。
【００１５】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、制御部によって、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、水蒸気バッファから反応器供給するように制御する。これによって、反応器の化学蓄熱材の水和反応が一時的に生じ、該化学蓄熱材に蓄えられていた熱を利用して、反応器が自己昇温する。
【００１６】
このように、反応器による蓄熱を開始するときに、水蒸気バッファから、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００１７】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る冷媒パス構造を更に含むようにすることができる。
【００１８】
第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、前記蒸発凝縮器から供給される水蒸気の温度を検出する温度検出部と、冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御すると共に、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御し、前記温度検出部によって検出された水蒸気の温度が、前記反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度である場合、前記蒸発凝縮器から前記反応器に水蒸気を供給するように制御してから、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御するようにすることができる。これによって、水蒸気バッファの小型化を図ることができる。
【００１９】
上記の水蒸気バッファは、前記第２の冷媒パス構造の冷媒との熱交換により、前記水蒸気を供給するようにすることができる。
【００２０】
上記の第２の発明に係る車両用化学蓄熱システムは、前記水蒸気バッファから供給される水蒸気の温度を検出する第２温度検出部を更に含み、前記水蒸気バッファは、前記水蒸気を前記反応器と共に前記蒸発凝縮器に対して供給可能に構成され、前記制御部は、前記水蒸気バッファから前記水蒸気を前記反応器に供給しているときに、前記第２温度検出部によって検出された温度が、前記反応平衡圧より高い飽和蒸気圧となる所定温度以上である場合、前記水蒸気バッファから供給された前記水蒸気の一部を、前記蒸発凝縮器に供給するように制御するようにすることができる。これによって、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵを示すブロック図である。
【図３】（Ａ）本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱作動を説明するための図、及び（Ｂ）放熱作動を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの一時的な水和反応による反応器の昇温を説明するための図である。
【図５】（Ａ）エンジン排気熱との熱交換による反応器の昇温を説明するための図、及び（Ｂ）一時的な水和反応による反応器の昇温を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱モード開始時の様子を示すシステム構成図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱モードの様子を示すシステム構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムを構成する蓄熱ＥＣＵによる蓄熱モード遷移制御処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０について、図１〜図７に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、車両用化学蓄熱システム１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム１０は、容器１２内における化学蓄熱材用空間としての反応流路１４に化学蓄熱材（図示所略）が充填された反応器１６を備えている。反応器１６を構成する化学蓄熱材は、脱水に伴って蓄熱（吸熱）し、水和（水酸化カルシウムへの復原）に伴って放熱（発熱）する構成とされている。
【００２５】
この実施形態では、化学蓄熱材として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が採用されている。したがって、反応器１６内では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
【００２６】
Ｃａ（ＯＨ）２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
【００２７】
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
となる。この化学蓄熱材（Ｃａ（ＯＨ）２）の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、略１．８６［ＭＪ／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）２］とされている。
【００２８】
さらに、この実施形態では、反応器１６の容器１２内には、化学蓄熱材に熱を供給するための空気流路１８と、化学蓄熱材からの熱を加熱対象に輸送するための冷媒流路（図示省略）とが設けられている。空気流路１８、冷媒流路は、それぞれ内部を流れる熱媒、冷媒と反応流路１４内の化学蓄熱材との熱交換可能に、該反応流路１４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００２９】
空気流路１８には、熱媒ライン２２が接続されている。熱媒ライン２２における空気流路１８の上流側には、車両用化学蓄熱システム１０が適用された自動車の熱源に接続されている。熱媒ライン２２の下流端２２Ａは、大気開放端とされている。
【００３０】
この実施形態では、熱媒として、内燃機関ＥＧの排気ガスが採用されている。なお、電気ヒータで加熱された空気を、熱媒として採用してもよい。電気ヒータは、例えば車両用化学蓄熱システム１０が適用された自動車が電気モータを駆動源として備える電気自動車やハイブリッド自動車の場合に採用され、バッテリへの充電ができない余剰電力によって作動される構成とすることができる。余剰電力としては、例えば、車両減速に伴う回生エネルギ相当分や、燃料電池等の発電装置を搭載する構成においては、負荷変動に伴う余剰発電量相当分が挙げられる。
【００３１】
一方、冷媒流路には、熱輸送ライン（図示省略）が接続されている。熱輸送ラインにおける冷媒流路の上流側にはブロア（図示省略）が設けられており、熱輸送ラインにおける冷媒流路の下流側には、車両用化学蓄熱システム１０による加熱対象（図示省略）との熱交換部が設けられている。これにより、車両用化学蓄熱システム１０では、反応器１６で化学蓄熱材が放熱した熱を加熱対象の加熱（暖機）に供することができる構成とされている。熱輸送ラインの下流端は大気開放端とされている。加熱対象としては、内燃機関ＥＧ、該内燃機関ＥＧの排気ガスを浄化するための排気触媒、モータ駆動用のバッテリを統制する構成では該バッテリなどが挙げられ、複数の加熱対象（候補）から一部の加熱対象を選択する構成としても良い。
【００３２】
また、車両用化学蓄熱システム１０は、反応器１６の反応流路１４から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水を蒸発させて反応器１６に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての機能を兼ね備える蒸発・凝縮器３０を備えている。蒸発・凝縮器３０は、反応器１６の反応流路１４に水蒸気循環ライン３２を介して連通された蒸気流路３４と、蒸気流路３４内の水蒸気を凝縮すると共に、蒸気流路３４内の水を蒸発させるための媒体流路３８とが容器４０内に形成されて構成されている。媒体流路３８は、内部を流れる冷媒、熱媒と蒸気流路３４内の水又は水蒸気との熱交換可能に、該蒸気流路３４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００３３】
蒸気流路３４は、水蒸気循環ライン３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。水蒸気循環ライン３２には、蒸気流路３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁４２が設けられている。また、蒸気流路３４における重力方向の低所は、水循環ライン４４を介して水タンク４６に連通されている。水循環ライン４４には、ウォータポンプ４８、開閉弁５０が設けられている。水タンク４６は、蒸気流路３４で凝縮された水を、該蒸気流路３４で蒸発させるための水として貯留するようになっている。ウォータポンプ４８は、作動することで、水タンク４６の水を蒸気流路３４に供給するようになっている。
【００３４】
媒体流路３８には、冷媒循環ライン５２が接続されている。冷媒循環ライン５２には、冷却器５４及び冷媒ポンプ５６が媒体流路３８と直列を成すように設けられている。これにより、冷媒ポンプ５６が作動されることで冷媒が媒体流路３８、冷却器５４を循環し、媒体流路３８における水蒸気の凝縮熱を冷却器５４で放熱するようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０を構成する媒体流路３８での水蒸気から水への凝縮を維持するための凝縮器冷却系５８が構成されているものと捉えることができる。
【００３５】
冷媒循環ライン５２は、媒体流路３８の上流側及び下流側の各々で分岐しており、各分岐点で、冷却水循環ライン６２に接続されている。冷却水循環ライン６２には、冷却器６４、冷却水ポンプ６６、及び内燃機関ＥＧが媒体流路３８と直列を成すように設けられている。これにより、冷却水ポンプ６６が作動されることでエンジン冷却水が内燃機関ＥＧ、媒体流路３８、冷却器６４を循環し、蒸気流路３４内の水を蒸発させるようになっている。すなわち、車両用化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８での水の蒸発のための蒸発熱を一時的に付与するための一時的加熱系６０が構成されているものと捉えることができる。なお、冷媒循環ライン５２は、第１の冷媒パス構造の一例であり、冷却水循環ライン６２は、第２の冷媒パス構造の一例である。
【００３６】
冷媒循環ライン５２と冷却水循環ライン６２との２つの接続位置（分岐位置）には、媒体流路３８に流れる媒体を、冷媒循環ライン５２の冷媒及び冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水の何れかにするかを切り換える切換バルブ６８Ａ、６８Ｂが設けられている。
【００３７】
また、車両用化学蓄熱システム１０は、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８での水の蒸発のための蒸発熱を付与するための蒸発器加熱系（図示省略）を備えている。蒸発器加熱系は、熱媒を媒体流路３８に流すことにより、蒸気流路３４において水を蒸発させて水蒸気を得る構成とされている。蒸発・凝縮器３０では、熱媒から水への放熱（熱交換）が行われる構成である。
【００３８】
また、図２に示されるように、車両用化学蓄熱システム１０は、制御部としての蓄熱ＥＣＵ８２を備えている。蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂ、ウォータポンプ４８、冷媒ポンプ５６、冷却水ポンプ６６、冷却器５４、６４のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。
【００３９】
この蓄熱ＥＣＵ８２には、自動車の図示しないスタートスイッチ（運転制御ＥＣＵやメインコントローラ）から適用された自動車の運転状態に応じた信号が入力されるようになっている。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、反応器１６の化学蓄熱材の温動に対応した信号を出力する化学蓄熱材温センサ８８に電気的に接続されている。
【００４０】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００４１】
まず、図３（Ａ）に示すように、蓄熱作動時には、蒸発・凝縮器３０を、蓄熱温度（４２４℃）における反応平衡圧レベルの飽和蒸気圧（１１．６ｋＰａ）により小さい飽和蒸気圧となる温度（４０℃）に設定することで、反応器１６の脱水反応により得られた水蒸気が、蒸発・凝縮器３０に回収される。
【００４２】
また、図３（Ｂ）に示すように、放熱作動時には、蒸発・凝縮器３０を、放熱温度（３３０℃）における反応平衡圧レベルの飽和蒸気圧（０．６５ｋＰａ）となる温度（０℃）に設定することで、反応器１６に水蒸気を供給し、水和反応により反応器１６が昇温し、放熱温度以下の熱利用が可能となる。
【００４３】
ここで、蓄熱温度レベル（４２４℃）にて熱利用する場合、通常の放熱モード以上の飽和蒸気圧力（１１．６ｋＰａ）となるように蒸発凝縮温度を設定する必要がある。間欠的な蓄熱動作により反応器１６の温度が低下するのに対し、図４に示すように、蒸発・凝縮器３０を蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）に設定することにより、図５（Ｂ）に示すように、反応器１６の顕熱上昇分に必要な反応用水蒸気量を供給し、一時的な水和反応により、脱水反応温度レベルまで昇温が可能となる。このとき、図５（Ａ）に示すような外部熱源（エンジン排気熱）との熱交換による昇温と比較して、内部発熱を利用するため、スムーズな熱発生が可能となる。このため、エンジン作動が再開する直前で、短時間で反応器１６を昇温させることができ、短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて蓄熱期間を確保することが可能となる。
【００４４】
また、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８に、エンジン冷却水の循環経路である冷却水循環ライン６２を接続した加熱パスと、媒体を冷却するための冷媒の循環経路である冷媒循環ライン５２を接続した冷却パスとを、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂで切り換えることにより、一時的な水和反応による反応器１６の昇温過程のための蒸気生成を可能とする高温熱源との熱交換モードと、蓄熱再開時に媒体流路３８を冷却パスに接続するように切換え、脱水反応で生成する蒸気を凝縮させる冷却モードとを、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂにより瞬時に切り換えることで、より長い蓄熱期間を確保することが可能となる。
【００４５】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００４６】
自動車に適用された車両用化学蓄熱システム１０の蓄熱ＥＣＵ８２の制御について、図６に示す蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを参照しつつ説明する。なお、車両用化学蓄熱システム１０の動作を示す図７、図８において、実線は水、水蒸気、各熱媒等の流体の流れを示しており、想像線は流れのないラインを示しており、白抜きの矢印は熱の移動を示しており、黒塗りのバルブポートは流れの閉止状態を示している。また、図７、図８では、説明すべきモードに関与しない構成要素の図示を省略する場合がある。
【００４７】
内燃機関ＥＧが作動開始すると、蓄熱ＥＣＵ８２によって蓄熱モード遷移制御処理ルーチンが実行される。
【００４８】
まず、ステップ１００において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。これにより、図７に示すように、内燃機関ＥＧ、蒸発・凝縮器３０、冷却器６４の順でエンジン冷却水が冷却水循環ライン６２を循環する。また、媒体流路３８にエンジン冷却水が流れ、蒸発・凝縮器３０において、蒸気流路３４内の水を蒸発させ、反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００４９】
ステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ移行する。
【００５０】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御し、また、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００５１】
そして、蓄熱モードが開始され、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を作動させる。これにより、図８に示すように、冷却器５４、蒸発・凝縮器３０の順で冷媒が冷媒循環ライン５２を循環する。
【００５２】
反応器１６では、内燃機関ＥＧから供給された熱によって反応流路１４の化学蓄熱材が脱水反応を生じ、該化学蓄熱材への蓄熱が成される。そして、化学蓄熱材の脱水反応に伴って生じた水蒸気が水蒸気循環ライン３２を介して蒸発・凝縮器３０の蒸気流路３４に導入されると、該水蒸気が媒体流路３８を流れる冷媒との熱交換によって凝縮され、重力にて水タンク４６に回収される。水蒸気との熱交換で加熱された冷媒は、冷却器５４で外気と熱交換することで冷却される。これにより、反応器１６での蓄熱動作が維持される。
【００５３】
また、化学蓄熱材温センサ８８の信号に基づき、化学蓄熱材の所定値以上の温度上昇（顕熱）を検出すると、蓄熱が完了したと判断し、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ閉止させると共に、凝縮器冷却系５８の冷媒ポンプ５６、冷却器５４を停止させ、蓄熱モードを終了する。
【００５４】
また、加熱対象の加熱が必要となり、放熱モードに遷移した場合には、加熱対象の要求熱量（Ｗ）を求め、蓄熱ＥＣＵ８２は、要求熱量だけ反応器１６（化学蓄熱材）に放熱させるための水和反応量（Ｗ）を算出する。また、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させ、ウォータポンプ４８を作動させる。
【００５５】
次いで蓄熱ＥＣＵ８２は、水和反応を行うために必要な量の水蒸気を蒸発・凝縮器３０が発生するように、蒸発器加熱系を制御し、蒸発器加熱系の熱媒は、蒸発・凝縮器３０の媒体流路３８において、水タンク４６から蒸気流路３４に供給された水との熱交換（凝縮熱の付与）に供される。これにより、蒸気流路３４から反応器１６の反応流路１４に水蒸気が供給され、反応流路１４内の化学蓄熱材が水和反応を生じ、該水和反応に伴い放熱する。この熱は、熱輸送ラインを流れる空気によって加熱対象に輸送され、該加熱対象の加熱（暖機）に寄与する。
【００５６】
さらに、蓄熱ＥＣＵ８２は、加熱対象の昇温が完了したか否かを判断し、加熱対象の昇温が完了したと判断した場合、蓄熱ＥＣＵ８２は、開閉弁４２、５０をそれぞれ閉止させると共に、ウォータポンプ４８を停止させ、放熱モードを終了する。
【００５７】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を蒸発・凝縮器から反応器へ供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００５８】
また、蒸発・凝縮器の媒体流路に、エンジン冷却水の循環経路である冷却水循環ラインを接続した加熱パスと、媒体を冷却するための冷媒の循環経路である冷媒循環ラインを接続した冷却パスとを、切換バルブで切り換えることにより、反応器によって蓄熱を行うときに、一時的な水和反応から蓄熱状態に瞬時に切り換えることができる。
【００５９】
また、蓄熱時において反応器を蓄熱可能温度レベルまで昇温するために、外部熱源と熱交換することなく、蒸発・凝縮器を蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度とすることで、一時的な水和反応による内部発熱を利用して、蓄熱材を自己昇温させることができ、効率よく脱水温度域まで昇温させることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム２１０について、図９及び図１０に基づいて説明する。図９には、車両用化学蓄熱システム２１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム２１０は、冷媒循環ラインによる冷媒の循環と冷却水循環ラインによるエンジン冷却水の循環とで、冷却器５４が兼用されるように、冷却器５４が、蒸発・凝縮器３０の媒体入口手前に設けられている点で、第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０とは異なる。
【００６１】
また、車両用化学蓄熱システム２１０は、冷却水循環ラインにおける内燃機関ＥＧの下流側に、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、冷却水温センサに電気的に接続されている。
【００６２】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００６３】
一時的な水和反応に必要な蒸気供給用の熱源として、エンジン冷却水（６５℃）を利用した場合、高い蒸気飽和圧力（２３ｋＰａ）が得られる。このとき、脱水反応平衡温度（４２４℃）となるために、高温レベルの内部熱源の確保が可能となり、温度差による熱伝導が活発となる。さらに伝導経路が蓄熱材の熱伝導のみとなるため外部熱源との熱交換と比較して小さい温度差で、高い熱輸送能力が期待できる。一方、エンジン冷却水が６５℃を上回る場合、飽和蒸気圧が過上昇するため、反応平衡温度＞４２４℃となる。このとき、冷媒循環ラインの冷却器５４を、冷却水循環ラインによるエンジン冷却水の循環で兼用可能とすることで、エンジン冷却水が６５℃を上回った場合に、冷却器５４を作動させ、エンジン冷却水の水温を低下させるように制御することができる。
【００６４】
第２の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１０を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
まず、ステップ１００において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁４２、５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。
【００６６】
ステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ移行する。一方、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達していないと判定された場合、ステップ２５０において、冷却水温センサからの出力に基づいて、エンジン冷却水の水温が、例えば７０℃以上であるか否かを判定し、エンジン冷却水の水温が、７０℃未満であると、上記ステップ１０２へ戻る。一方、エンジン冷却水の水温が、７０℃以上である場合には、ステップ２５２において、冷却器５４を作動させて、上記ステップ１０２へ戻る。
【００６７】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御して、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００６８】
なお、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム２１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、冷却パスの冷却器を蒸発・凝縮器の入口付近に設置し、冷却パスおよび加熱パスとで兼用可能な構成とし、高温熱源としてのエンジン冷却水の温度を調整して、蒸発・凝縮器の温度を調整することで、蓄熱材における内部発熱の平衡温度レベルの制御が可能であり、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０について、図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１には、車両用化学蓄熱システム３１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム３１０は、反応器１６による一時的な水和反応のための水蒸気を供給する蒸発器３３０を備えている点で、第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム１０とは異なる。
【００７１】
具体的には、車両用化学蓄熱システム３１０は、水を蒸発させて反応器１６に一時的に水蒸気を供給するための蒸発器３３０を備え、蒸発器３３０は、反応器１６の反応流路１４に第２水蒸気循環ライン３３２を介して連通された蒸気バッファ３３４と、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させるための媒体流路３３８とが容器３４０内に形成されて構成されている。媒体流路３３８は、内部を流れる媒体と蒸気バッファ３３４内の水との熱交換可能に、該蒸気バッファ３３４に隣接（図示は省略）して設けられている。
【００７２】
蒸気バッファ３３４は、第２水蒸気循環ライン３３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。第２水蒸気循環ライン３３２には、蒸気バッファ３３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁３４２が設けられている。また、蒸気バッファ３３４における重力方向の低所は、第２水循環ライン３４４を介して水タンク４６に連通されている。水循環ライン３４４には、第２ウォータポンプ３４８、第２開閉弁３５０が設けられている。第２ウォータポンプ４８は、作動することで、水タンク４６の水を蒸気バッファ３３４に供給するようになっている。
【００７３】
媒体流路３３８には、第２冷却水循環ライン３６２に接続されている。第２冷却水循環ライン３６２は、内燃機関ＥＧの冷却水出口側と冷却器６４の手前とで冷却水循環ライン６２と分岐するように設けられ、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が、第２冷却水循環ライン３６２にも流れるようになっている。これにより、冷却水ポンプ６６が作動されることで、エンジン冷却水が内燃機関ＥＧ、媒体流路３３８、冷却器６４を循環し、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させるようになっている。
【００７４】
また、車両用化学蓄熱システム３１０は、蒸気流路３４内に、水蒸気の温度を検出する水蒸気温度センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、水蒸気温度センサに電気的に接続されている。
【００７５】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００７６】
一時的な水和反応のための蒸発を蒸発・凝縮器３０で実現する場合、蒸発温度（６５℃）まで温度変化させる必要がある。このとき、蒸発・凝縮器３０の容器、蒸発用の水等の熱容量により、温度応答遅れが生じる。このため、一時的な水和反応への瞬時の切り換えが不可能となる。そこで、蒸気バッファ３３４を一時的な水和反応における蒸発温度（６５℃）と設定し、開閉弁４２、３４２により反応器１６との接続を切り換えることで、蓄熱温度レベル（４２４℃）の水和反応を維持するための蒸気圧力への瞬時の切り換えが可能となる。
【００７７】
次に、第３の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１２を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７８】
まず、ステップ３７０において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁５０、３５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる。これにより、内燃機関ＥＧ、蒸発・凝縮器３０、冷却器６４の順でエンジン冷却水が冷却水循環ライン６２を循環すると共に、第２冷却水循環ライン３６２を循環する。また、媒体流路３８にエンジン冷却水が流れ、第２媒体流路３８にエンジン冷却水が流れる。蒸発・凝縮器３０において、蒸気流路３４内の水を蒸発させると共に、蒸発器３３０において、蒸気バッファ３３４内の水を蒸発させる。
【００７９】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。これにより、蒸気バッファ３３４から反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００８０】
ステップ３７６では、水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）以上になったか否かを判定し、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃に到達すると、ステップ３７８へ進む。
【００８１】
そして、ステップ３７８では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ３８０において、開閉弁４２を開放させる。これにより、蒸気流路３４から反応流路１４に水蒸気が供給され、反応器１６は、一時的な水和反応により、さらに自己昇温する。
【００８２】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ進む。
【００８３】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御し、また、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【００８４】
なお、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、反応器による蓄熱を開始するときに、蒸気バッファから、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を反応器に供給するように制御して、反応器の化学蓄熱材の水和反応を一時的に生じさせ、反応器を自己昇温させることにより、蓄熱を再開するまでの昇温時間を短くすることができる。
【００８６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムについて、図１３に基づいて説明する。本発明の第４の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムは、第３の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムは、反応器１６による一時的な水和反応のための水蒸気を、蒸発器３３０のみから供給し、蒸発・凝縮器３０から供給しない点で、第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０とは異なる。
【００８７】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【００８８】
蓄熱時の凝縮と一時的な水和反応のための蒸発とを、蒸発・凝縮器３０で両立させた場合、凝縮温度（４０℃）と蒸発温度（６５℃）の間（温度差２５℃）を温度変化させる必要がある。このとき、蒸発・凝縮器３０の容器や蒸発用の水等の熱容量により、温度応答遅れが生じる。そこで、蒸発・凝縮器３０を蓄熱時における凝縮温度（４０℃）に設定し、蒸気バッファ３３４を一時的な水和反応における蒸発温度（６５℃）と設定し、開閉弁４２、３４２により反応器１６との接続を切り換えることで、蓄熱温度レベル（４２４℃）の水和反応を維持するための蒸気圧力から、蓄熱時の凝縮温度における蒸気圧力へ、より瞬時に切り換えることが可能となる。
【００８９】
第４の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１３を用いて説明する。なお、第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９０】
まず、ステップ４００において、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御すると共に、冷媒ポンプ５６、冷却器５４を作動させる。これにより、冷却器５４、蒸発・凝縮器３０の順で冷媒が冷媒循環ライン５２を循環する。
【００９１】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。これにより、蒸気バッファ３３４から反応流路１４に水蒸気が供給される。反応器１６は、一時的な水和反応により、自己昇温する。
【００９２】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ４０２へ進む。
【００９３】
ステップ４０２では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ４０４において、開閉弁４２を開放させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。これにより、化学蓄熱材の脱水反応に伴って生じた水蒸気が水蒸気循環ライン３２を介して蒸発・凝縮器３０の蒸気流路３４に導入され、該水蒸気が媒体流路３８を流れる冷媒との熱交換によって凝縮される。
【００９４】
なお、第４の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００９５】
以上説明したように、第４の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、蓄熱時における一時的な蒸気供給を可能とする蒸気バッファを反応器に接続することにより、蒸気バッファからの蒸気供給による一時的な水和反応から、蒸発・凝縮器を凝縮温度に設定した蓄熱反応への移行を瞬時に切り換えることができる。
【００９６】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム５１０について、図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４には、車両用化学蓄熱システム５１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、車両用化学蓄熱システム５１０は、蒸気バッファ３３４と、蒸気流路３４とが、水蒸気循環ライン３２及び第２水蒸気循環ライン３３２を介して接続されている点で、第３の実施形態に係る車両用化学蓄熱システム３１０とは異なる。
【００９７】
具体的には、車両用化学蓄熱システム５１０は、蒸気バッファ３３４と媒体流路３３８とを用いて構成された蒸発器３３０を備え、蒸気バッファ３３４は、第２水蒸気循環ライン３３２、反応器１６の反応流路１４と共に真空脱気されている。第２水蒸気循環ライン３３２には、蒸気バッファ３３４と反応流路１４との連通、非連通を切り替えるための開閉弁３４２が設けられている。
【００９８】
媒体流路３３８には、第２冷却水循環ライン３６２に接続されている。第２冷却水循環ライン３６２は、内燃機関ＥＧの冷却水出口側と冷却器６４の手前とで冷却水循環ライン６２から分岐するように設けられている。
【００９９】
第２水蒸気循環ライン３３２は、反応流路１４と開閉弁４２との間で、水蒸気循環ライン３２と接続されており、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気が、水蒸気循環ライン３２にも流れるように構成されている。
【０１００】
また、車両用化学蓄熱システム５１０は、化学蓄熱材温センサ８８及び蒸気流路３４内の水蒸気温度センサ（図示省略）を設けると共に、蒸気バッファ３３４内に、水蒸気の温度を検出する第２水蒸気温度センサ（図示省略）を設け、蓄熱ＥＣＵ８２は、化学蓄熱材温センサ８８、水蒸気温度センサ、及び第２水蒸気温度センサに電気的に接続されている。
【０１０１】
次に、本実施の形態の原理について説明する。
【０１０２】
蒸発・凝縮器３０を凝縮温度（４０℃）、蒸発器３３０を一時的な水和反応のための蒸発温度（６５℃）に設定することが可能である。一方、反応器１６の昇温においてエンジン冷却水が６５℃を上回る場合、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気の飽和蒸気圧が過上昇するため、反応平衡温度＞４２４℃となる。このとき、蒸発・凝縮器３０と反応器１６とを接続する開閉弁４２を間欠的に開くことで、第２水蒸気循環ライン３３２の水蒸気の蒸気圧力の過上昇を抑制し、反応器１６の温度を制御することができる。反応器１６の温度応答性を向上させることにより、エンジン作動が再開する直前にて短時間で反応器を昇温させることができ、短いエンジン作動時間に効率良く昇温させて蓄熱期間を確保することが可能となる。さらに、反応器１６の温度を必要以上（＞脱水反応温度）に昇温することを防ぐことにより、反応器１６の化学蓄熱材の熱の有効利用を図ることができる。
【０１０３】
第５の実施の形態に係る蓄熱モード遷移制御処理ルーチンについて、図１５を用いて説明する。なお、第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０４】
まず、ステップ３７０において、媒体流路３８に、冷却水循環ライン６２のエンジン冷却水が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御する。また、開閉弁５０、３５０をそれぞれ開放させると共に、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を作動させる
【０１０５】
そして、ステップ３７２において、開閉弁４２を閉鎖させ、ステップ３７４において、開閉弁３４２を開放させる。
【０１０６】
次のステップ５５０では、第２水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、一時的な水和反応のための蒸発温度を超えた温度、例えば７０℃以上であるか否かを判定し、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、７０℃以上になると、ステップ５５２において、開閉弁４２を間欠的に開放させ、ステップ３７６へ移行する。これにより、反応流路１４へ供給される蒸気圧力の過上昇が抑制される。一方、蒸気バッファ３３４内の水蒸気の温度が、７０℃未満である場合には、ステップ５５４において、開閉弁４２を閉鎖し、ステップ３７６へ移行する。
【０１０７】
ステップ３７６では、水蒸気温度センサからの出力に基づいて、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、蓄熱温度における反応平衡圧以上の飽和蒸気圧（例えば、２３ｋＰａ）となる温度（例えば６５℃）以上になったか否かを判定し、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃に到達すると、ステップ３７８へ進むが、一方、蒸気流路３４内の水蒸気の温度が、６５℃未満である場合には、上記ステップ５５０へ戻る。
【０１０８】
そして、ステップ３７８では、開閉弁３４２を閉鎖させ、ステップ３８０において、開閉弁４２を開放させる。
【０１０９】
次のステップ１０２では、化学蓄熱材温センサ８８からの出力に基づいて、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）以上になったか否かを判定し、反応器１６の温度が、蓄熱温度（４２４℃）に到達すると、ステップ１０４へ進む。
【０１１０】
ステップ１０４では、媒体流路３８に、冷媒循環ライン５２の冷媒が流れるように、切換バルブ６８Ａ、６８Ｂを制御して、冷却水ポンプ６６、冷却器６４を停止させて、蓄熱モード遷移制御処理ルーチンを終了する。
【０１１１】
なお、第５の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システム５１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１１２】
以上説明したように、第５の実施の形態に係る車両用化学蓄熱システムによれば、蓄熱時における一時的な蒸気供給を可能とする蒸気バッファと、蒸発・凝縮器とを接続し、蒸気バッファからの水蒸気を一部回収して、水蒸気の圧力を調整し、蒸発・凝縮器の温度を調整することで、蓄熱材における内部発熱の平衡温度レベルの制御が可能であり、反応器の化学蓄熱材の一時的な水和反応により、反応器が過度に自己昇温することを防ぐことができる。
【０１１３】
なお、上記の第５の実施の形態では、蒸気バッファ３３４と、蒸発・凝縮器３０とから、一時的な水和反応のための水蒸気を供給する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上述した第４の実施の形態のように、蒸気バッファ３３４のみから、一時的な水和反応のための水蒸気を供給するように制御してもよい。これによって、蒸気バッファ３３４からの蒸気供給による一時的な水和反応から、蒸発・凝縮器３０を凝縮温度に設定した蓄熱反応への移行を、より瞬時に切り換えることができる。
【０１１４】
また、上記の第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、反応器の温度が４２４℃以上となったか否かにより、一時的な水和反応の終了タイミングを判断する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、一時的な水和反応のための水蒸気の供給を開始してから、反応器の温度が４２４℃まで昇温するのにかかる予め求められた所要時間を経過したか否かにより、一時的な水和反応の終了タイミングを判断するようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記した実施形態では、蒸発器としての機能と凝縮器としての機能とを併せ持つ蒸発・凝縮器３０を備えて車両用化学蓄熱システムが構成された例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、車両用化学蓄熱システムが、独立して構成された蒸発器、凝縮器を備えた構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０、２１０、３１０、５１０ 車両用化学蓄熱システム
１４ 反応流路
１６ 反応器
１８ 空気流路
３０ 蒸発・凝縮器
３２、３３２ 水蒸気循環ライン
３４ 蒸気流路
３８、３３８ 媒体流路
４２、３４２ 開閉弁
５２ 冷媒循環ライン
５４ 冷却器
６２、３６２ 冷却水循環ライン
６４ 冷却器
６８Ａ、６８Ｂ切換バルブ
８２ 蓄熱ＥＣＵ
８８ 化学蓄熱材温センサ
３３０ 蒸発器
３３４ 蒸気バッファ
ＥＧ 内燃機関
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、
前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、
前記反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、前記蒸発凝縮器から前記反応器へ供給するように制御する制御部と、
を含む車両用化学蓄熱システム。
【請求項２】
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、
熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、
前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えてから、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように、前記冷媒切換部を制御する請求項１記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項３】
前記第２の冷媒パス構造の前記冷媒の温度を検出する温度検出部を更に含み、
前記冷却器を、前記蒸発凝縮部の冷媒入口の手前に設け、
前記第２冷媒パス構造は、前記熱源及び前記冷却器をバイパスして前記冷媒を循環させ、
前記制御部は、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するときに、前記温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に基づいて、前記冷媒の温度が所定温度以上とならないように、前記冷却器の作動を制御する請求項２記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項４】
車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、
前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、
蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するための水蒸気バッファと、
前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御する制御部と、
を含む車両用化学蓄熱システム。
【請求項５】
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る冷媒パス構造を更に含む請求項４記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項６】
前記蒸発凝縮器から供給される水蒸気の温度を検出する温度検出部と、
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、
熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、
前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御すると共に、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御し、前記温度検出部によって検出された水蒸気の温度が、前記反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度である場合、前記蒸発凝縮器から前記反応器に水蒸気を供給するように制御してから、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御する請求項４記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項７】
前記水蒸気バッファは、前記第２の冷媒パス構造の冷媒との熱交換により、前記水蒸気を供給する請求項６記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項８】
前記水蒸気バッファから供給される水蒸気の温度を検出する第２温度検出部を更に含み、
前記水蒸気バッファは、前記水蒸気を前記反応器と共に前記蒸発凝縮器に対して供給可能に構成され、
前記制御部は、前記水蒸気バッファから前記水蒸気を前記反応器に供給しているときに、前記第２温度検出部によって検出された温度が、前記反応平衡圧より高い飽和蒸気圧となる温度以上である場合、前記水蒸気バッファから供給された前記水蒸気の一部を、前記蒸発凝縮器に供給するように制御する請求項４〜請求項７の何れか１項記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項１】
車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、
前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、
前記反応器による蓄熱を開始するときに、蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を、前記蒸発凝縮器から前記反応器へ供給するように制御する制御部と、
を含む車両用化学蓄熱システム。
【請求項２】
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、
熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、
前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えてから、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように、前記冷媒切換部を制御する請求項１記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項３】
前記第２の冷媒パス構造の前記冷媒の温度を検出する温度検出部を更に含み、
前記冷却器を、前記蒸発凝縮部の冷媒入口の手前に設け、
前記第２冷媒パス構造は、前記熱源及び前記冷却器をバイパスして前記冷媒を循環させ、
前記制御部は、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するときに、前記温度検出部によって検出された前記冷媒の温度に基づいて、前記冷媒の温度が所定温度以上とならないように、前記冷却器の作動を制御する請求項２記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項４】
車両からの熱供給により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、
前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気を、冷媒との熱交換によって凝縮させると共に、冷媒との熱交換によって水を蒸発させることで、前記水和反応のための水蒸気を前記反応器に供給する蒸発凝縮部と、
蓄熱により放出される水蒸気の反応平衡圧より高い水蒸気を前記反応器に供給するための水蒸気バッファと、
前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を、前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御する制御部と、
を含む車両用化学蓄熱システム。
【請求項５】
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る冷媒パス構造を更に含む請求項４記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項６】
前記蒸発凝縮器から供給される水蒸気の温度を検出する温度検出部と、
冷却器をバイパスして、水蒸気を凝縮させるための冷媒を循環させ得る第１の冷媒パス構造と、
熱源をバイパスして、前記反応平衡圧より高い水蒸気を供給させるための冷媒を循環させ得る第２の冷媒パス構造と、
前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造及び前記第２の冷媒パス構造で循環する冷媒の何れかに切り替える冷媒切換部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反応器による蓄熱を開始するときに、前記反応平衡圧より高い水蒸気を前記水蒸気バッファから前記反応器へ供給するように制御すると共に、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第２の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御し、前記温度検出部によって検出された水蒸気の温度が、前記反応平衡圧以上の飽和蒸気圧となる温度である場合、前記蒸発凝縮器から前記反応器に水蒸気を供給するように制御してから、前記蒸発凝縮部において熱交換される冷媒を、前記第１の冷媒パス構造の冷媒に切り換えるように前記冷媒切換部を制御する請求項４記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項７】
前記水蒸気バッファは、前記第２の冷媒パス構造の冷媒との熱交換により、前記水蒸気を供給する請求項６記載の車両用化学蓄熱システム。
【請求項８】
前記水蒸気バッファから供給される水蒸気の温度を検出する第２温度検出部を更に含み、
前記水蒸気バッファは、前記水蒸気を前記反応器と共に前記蒸発凝縮器に対して供給可能に構成され、
前記制御部は、前記水蒸気バッファから前記水蒸気を前記反応器に供給しているときに、前記第２温度検出部によって検出された温度が、前記反応平衡圧より高い飽和蒸気圧となる温度以上である場合、前記水蒸気バッファから供給された前記水蒸気の一部を、前記蒸発凝縮器に供給するように制御する請求項４〜請求項７の何れか１項記載の車両用化学蓄熱システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２３７１０６（Ｐ２０１１−２３７１０６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８６２２（Ｐ２０１０−１０８６２２）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
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