JP2003322431A - ケミカルヒートポンプ - Google Patents
ケミカルヒートポンプInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
的に加熱できるとともに、ヒータ14で化学反応物質1
6を効率的に加熱でき、もって効率的なケミカルヒート
ポンプを提供する。 【解決手段】反応容器20内に、複数の熱交換器18を
上下方向に収容する。熱交換器18を構成する容器10
を良熱伝導体の網状部材で形成し、この容器10内に良
熱伝導体からなり長い帯状の伝熱板30を幅方向を上下
方向として厚さ方向に略渦巻状に曲げて配設する。伝熱
板30の側面に、長さ方向の略全長にわたり、幅方向上
部に熱交換パイプ12を連続して接合し、幅方向下部に
ヒータ14を配設する。複数の熱交換器18のそれぞれ
の熱交換パイプ12を上下方向で直列に連結する。
Description
れる熱交換器の熱交換効率を高めるとともに、化学反応
による発生する熱量が増大するようにした、ケミカルヒ
ートポンプに関するものである。
に示す。図11において、上側が開口される有底の容器
10内に、熱移動媒体が封入された熱交換パイプ12と
ヒータ14が配設され、容器10内に気体との化学反応
による発熱する化学反応物質16が充填されて、熱交換
器18が構成される。そして、この熱交換器18が密閉
構造の反応容器20内に適宜に収容される。また、密閉
構造の貯蔵容器22内に,加熱用ヒータ24が収容され
るとともに気体を発生させる液体26が注入貯蔵され
る。そして、反応容器20と貯蔵容器22とが連通およ
び遮断制御自在の開閉弁28を介して連通される。
において、一例として化学反応物質16は酸化マグネシ
ウムであり、液体26は水であって気体は水蒸気であ
る。まず、反応容器20内の化学反応物質16が酸化マ
グネシウムの状態にあり、開閉弁28を閉塞して、加熱
用ヒータ24で液体26を加熱して気体である水蒸気を
発生させ、貯蔵容器22内の水蒸気の圧力を高める。そ
して、開閉弁28を開成することで、貯蔵容器22内の
水蒸気が圧力の低い反応容器20内に移動し、化学反応
物質16の酸化マグネシウムと化学反応し、水酸化マグ
ネシウムに化学変化させ、この化学反応により発熱す
る。そこで、この化学反応で生じた熱により熱交換パイ
プ12に封入された熱移動媒体が加熱され、熱移動媒体
をポンプなどで適宜に循環させることで、反応熱を外部
に取り出して利用することができる。化学反応物質16
が全て水酸化マグネシウムに化学変化したならば、こん
どはヒータ14に通電することによりこれを加熱し、化
学反応物質16から脱水反応により水蒸気を分離させて
再び酸化マグネシウムに変化させる。分離した水蒸気は
貯蔵容器22に戻り、液化して再び水として貯蔵させ
る。この化学反応物質16の可逆的化学反応を繰り返す
ことで、反応熱を暖房や融雪などの利用することができ
る。
改善するには、化学反応による発熱を効率良く取り出す
ことができることと、化学反応物質16と気体を効率良
く化学反応させること、さらに脱水反応を効率良く進行
させることが要望される。
熱交換器の構造の一例が、特開平11−182968号
公報に開示される。この特開平11−182968号公
報に開示された技術を簡単に説明するならば、中心を通
る垂直面で少なくとも2分割可能な円板状の上部が開口
されたトレイを上下方向に多段に配設し、そしてトイレ
の中心部に垂直方向に熱交換パイプを多段のトレイにわ
たり通し、トレイの外周部に垂直方向に複数のヒータを
多段のトレイにわたり配設し、さらにトレイに化学反応
物質が充填される。なお、トレイと熱交換パイプおよび
トレイとヒータは、なるべく接触面が大きくなるように
構成される。
学反応物質を充填することで、トレイの一段の化学反応
物質の層高さが小さくなり、それだけ気体との反応が容
易となる。また、トレイにより熱移動が良好であり、化
学反応物質の化学反応による熱が中心部の熱交換パイプ
に効率良く移動し、またヒータの熱が化学反応物質に効
率的に移動して脱水反応が均一かつ迅速になされる。
182968号公報に開示される技術は、1つの容器に
全ての化学反応物質を充填する従来の構造に比較して、
格段に効率が改善されている。しかるに、上下方向に多
段に配設されるトレイの間には気体が流入するように適
宜な隙間が設けられており、垂直方向に配設される熱交
換パイプおよびヒータは、この隙間の部分においてトレ
イに接していない。そこで、この隙間の部分で熱交換パ
イプの熱が放射され、熱移動媒体の温度上昇を効率的に
なし得ないという問題がある。また、連続して発熱する
ヒータも、この隙間の部分の発熱が有効にトレイに伝達
されずに放射され、化学反応物質16を効率的に加熱し
得ないという問題がある。さらに、トレイに設置された
熱交換板に対して熱交換パイプは中心の1箇所にのみ設
けられ、しかも熱交換板と熱交換パイプの接触面積が小
さい。そこで、熱交換板の温度分布が大きく不均一とな
り、この温度不均一により化学反応が偏在する虞があ
る。また、接触面積不足により熱交換が効率的になされ
ない。このため、熱交換板の均一な温度分布を実現して
反応槽全体で均一な化学反応を進行させることができ、
しかも高効率な熱交換を実現し得る熱交換器の設計が望
まれる。ヒータの設置方法においても同様の課題があ
り、改善が望まれる。
鑑みてなされたもので、より効率的に化学反応による発
熱で熱交換パイプを加熱できるとともに、より効率的に
ヒータで化学反応物質を加熱できるようにして、もって
効率的なケミカルヒートポンプを提供することを目的と
する。
めに、本発明のケミカルヒートポンプは、気体との化学
反応により発熱する化学反応物質を容器に充填するとと
もに、前記化学反応物質を加熱するヒータと前記化学反
応による発熱を外部に取り出す熱移動媒体を封入した熱
交換パイプを前記容器内に設けてなる熱交換器を収容し
た反応容器と、前記気体を供給および貯蔵する貯蔵容器
とを、連通および遮断自在の開閉弁を介して連通したケ
ミカルヒートポンプにおいて、前記容器内に良熱伝導体
からなり長い帯状の伝熱板を幅方向を上下方向として厚
さ方向に折りまたは曲げて配設し、前記伝熱板に前記ヒ
ータと前記熱交換パイプを配設して構成されている。
略全長にわたり前記ヒータと前記熱交換パイプを添設し
て構成しても良い。
換パイプを添設するとともに幅方向下部に前記ヒータを
添設して構成することもできる。
とも可能である。
ないし図6を参照して説明する。図1は、本発明のケミ
カルヒートポンプの第1実施例の反応容器を一部切り欠
いて熱交換器を見せた正面図である。図2は、図1のA
−A断面矢視図である。図3は、図2のB−B断面矢視
図である。図4は、伝熱板に熱交換パイプとヒータを添
設する構造を示し、(a)は正面部分図であり、(b)
は(a)のC−C断面矢視図である。図5は、図4
(b)の熱交換パイプの部分の拡大図である。図6は、
図4(b)のヒータの部分の拡大図である。
に開口部が設けられた有底で深さが比較的に浅く、ステ
ンレスの金網などの良熱伝導体の網状部材で構成される
容器10,10…が上下方向に複数段それぞれの間に適
宜な隙間を設けて配設収容される。そして、それぞれの
容器10内には、図2に示すごとく、長い帯状で平面か
ら見て略渦巻状に厚さ方向に曲げられた銅やステンレス
などの良熱伝導体からなる伝熱板30が、幅方向を上下
方向として配設される。この伝熱板30の側面に、長さ
方向の略全長にわたり幅方向上部に熱交換パイプ12が
添設される。この添設構造の一例は、図5に示すごと
く、熱交換パイプ12の全長にわたって伝熱板30の側
面に溶接32,32…により連続して接合される。ま
た、伝熱板30の側面に、長さ方向の略全長にわたり幅
方向下部にヒータ14が添設される。その添設構造の一
例は、図6に示すごとく、伝熱板30の側面に、同じ方
向に突出する複数の切り起こし部34,34…を形成
し、この切り起こし部34,34…と伝熱板30の側面
の間の隙間に、ヒータ14が挿通される。しかも、ヒー
タ14は、長さ方向にも伸縮自在なフレキシブルヒータ
が用いられる。さらに、伝熱板30が設けられた容器1
0内に、酸化マグネシウムなどの化学反応物質16が充
填されて、熱交換器18が構成される。そこで、反応容
器20内に上記構造の熱交換器18,18…が上下方向
に複数段収容されることとなる。
換器18,18…のそれぞれの熱交換パイプ12,12
…が、上下方向に順次に直列に連結され、下側の熱交換
パイプ入口36および上側の熱交換パイプ出口38が、
反応容器20から外部に導出される。なお、ポンプ等を
用いて強制循環させるならば、下側の36を出口とし、
上側の38を入口とすることもできる。また、上下方向
に配設された複数の熱交換器18,18…のそれぞれの
ヒータ14,14…は、それぞれに反応容器20から外
部に導出されて制御電源(図示せず)に接続され、それ
ぞれに独立して制御される。
8,18…が反応容器20内に設けられた本発明のケミ
カルヒートポンプにあっては、化学反応物質16が網状
部材からなる容器10に充填されるので、網状部材の網
目を気体が通過することで、化学反応物質16と気体と
接触面積を広くすることができ、それだけ化学反応物質
16と気体との化学反応が効率的になされる。また、化
学反応による発熱が、広い接触面積の伝熱板30を介し
て化学反応物質30から熱交換パイプ12に効率的に移
動し得る。ここで、熱交換パイプ12は、伝熱板30に
全長にわたり溶接32,32…により接合されており、
熱の伝達効率が良好である。しかも、上下方向に多段に
配設される熱交換器18,18…の熱交換パイプ12,
12…が上下方向に直列に連結されるので、熱交換パイ
プ12内に封入された熱移動媒体の対流により高温の熱
移動媒体を上側の熱交換パイプ出口38から外部に取り
出すことができる。ここで、熱交換パイプ12を伝熱板
30の幅方向上部に添設することで、化学反応物質16
の化学反応の熱が伝導熱伝達および自然対流熱伝達によ
り伝熱板30の上部に熱が伝達されて熱交換パイプ12
が効率良く加熱される。また、化学反応物質16を脱水
反応させるべくヒータ14で伝熱板30の幅方向下部を
加熱すると、自然対流熱伝達および伝導熱伝達により化
学反応物質16を均一に加熱することができる。もっ
て、化学反応物質16の脱水反応を確実に効率良くなし
得る。ところで、ヒータ14にフレキシブルヒータを用
い、しかも切り起こし部34,34…により伝熱板30
に添設させることで、加熱冷却により伝熱板30が膨張
収縮しても、ヒータ14自体の伸縮と、固定して配設さ
れずに相対的なずれが可能であることにより、ヒータ1
4が破損されるようなことがない。もって、効率の良い
ケミカルヒートポンプを構成することができる。
ら見て、略渦巻状としたが、さらに図7に示すごとく、
略渦巻状の伝熱板30から適宜にフィン40,40…を
突設しても良い。伝熱板30と化学反応物質16との間
の熱移動がより確実なものとなる。
面から見て、略渦巻状としたが、これに限られず、図8
に示すごとく、平面から見て略九十九折り状に厚さ方向
に折ったものでも良い。
円に限られず、図9に示すごとく、平面から見て正方形
であっても良い。そして、伝熱板30は、この正方形に
応じて平面から見て、直線状を渦巻状に連結したごとき
形状に折られて形成されても良い。
上述のごとき略渦巻状や略九十九折り状に限られず、長
い帯状の板部材が互いに密着して重ならない形状で適宜
に曲げられまたは折られて形成されれば、いかなる形状
であっても良い。そこで、平面から見て、略花びらの形
状などであっても良い。
して説明する。図10は、本発明のケミカルヒートポン
プの第2実施例の反応容器を一部切り欠いて熱変換器を
見せた正面図である。図10において、図1ないし図9
および図11と同じまたは均等な部材には同じ符号を付
けて重複する説明を省略する。
示す第1実施例と相違するところは、各熱交換器18,
18…に設けられた熱交換パイプ12,12…がそれぞ
れ独立して反応容器20の外部に導出されたことにあ
る。
要に変動がある場合に好適である。まず、フル出力運転
が必要な場合には、全ての熱交換器18,18…のヒー
タ14,14…に通電して化学反応物質16,16…を
いずれも脱水反応させて酸化マグネシウムの状態として
反応容器20内に気体を導入すれば、全ての熱交換器1
8,18…で化学反応が生じ、全ての熱交換パイプ1
2,12…により反応熱が外部に導出され得る。また、
少ない熱量の出力運転とする場合には、一部の熱交換器
18,18…のヒータ14,14…のみに通電して化学
反応物質16,16…を酸化マグネシウムの状態とし、
他の熱交換器18,18…のヒータ14,14…は通電
することなく、化学反応物質16を水酸化マグネシウム
の状体のままとする。かかる状態で、反応容器20内に
気体を導入すると、脱水反応のなされた一部の熱交換器
18,18…でのみ化学反応が生じ、脱水反応のなされ
ていない他の熱交換器18,18…では化学反応が生じ
ない。そこで、この化学反応が生ずるようにした一部の
熱交換器18,18…から、熱交換パイプ12,12…
で反応熱を外部に導出させれば良い。このように熱交換
器18,18…のヒータ14,14…を個別に通電制御
するとともに通電した熱交換器18,18…からのみ反
応熱を外部に導出させることで、熱需要に応じた効率的
な運転が可能である。
成する網状部材は線状部材を編んだものに限られず、板
状部材に小さな孔を多数穿設したものも含む。また、伝
熱板30に対して熱交換パイプ12とヒータ14が熱伝
達が容易な状態で配設されていれば良く、上記実施例の
ごとく添設するものに限られず、伝熱板30に熱交換パ
イプ12とヒータ14の双方またはいずれか一方が一体
的に組み付けられても良い。そして、上記実施例では伝
熱板30の側面に熱交換パイプ12を溶接32により接
合していいるが、これに限られず、伝熱板30と熱交換
パイプ12が直接的にまたは良熱伝導材を介して大きな
接触面積で接合すればいかなる構造であっても、同様な
効果が得られる。さらに、化学反応物質16およびこれ
と反応する気体は、上記実施例のごとく酸化マグネシウ
ムと水蒸気に限られず、化学反応により発熱するととも
に、加熱による脱離反応で元の状態に戻る可逆的化学反
応する物質であれば、いかなるものであっても良い。
ートポンプは構成されているので、以下のごとき格別な
効果を奏する。
っては、化学反応物質が充填される容器内に、良熱伝導
体からなり長い帯状の伝熱板を幅方向を上下方向として
厚さ方向に折りまたは曲げて配設し、この伝熱板にヒー
タと熱交換パイプを配設するので、化学反応物質の化学
反応による発熱が伝熱板を介して効率良く熱交換パイプ
を加熱でき、化学反応による発熱を効率良く外部に取り
出すことができる。しかも、ヒータによる加熱が伝熱板
を介して化学反応物質を均一に広い面で加熱でき、脱水
反応を効率的になし得る。
っては、伝熱板の側面に、長さ方向の略全長にわたりヒ
ータと熱交換パイプを添設するので、化学反応による発
熱により全長にわたり加熱された伝熱板で効率的に熱交
換パイプが加熱され、またヒータにより伝熱板を全長に
わたり加熱できて化学反応物質を広い範囲で均一に加熱
し得る。
っては、ヒータをフレキシブルヒータとするので、ヒー
タの加熱などにより伝熱板が伸縮してもヒータ自体も伸
縮でき、破損することがない。
っては、伝熱板に熱交換パイプを全長にわたり連続して
接合するので、熱交換パイプの全長が伝熱板により均一
に加熱され、封入される熱移動媒体の加熱が効率良くな
される。
っては、伝熱板の幅方向上部に熱交換パイプを添設する
ので、化学反応熱が自然対流熱伝達および伝導熱伝達に
より、効果的に上部の熱交換パイプを加熱し得る。ま
た、伝熱板の幅方向下部にヒータを添設するので、ヒー
タにより加熱された伝熱板の熱が自然対流熱伝体および
伝導熱伝達により幅方向上部に移動し、伝熱板を均等に
加熱でき、もって化学反応物質を均一に加熱させて脱水
反応を効率的に促進することができる。
っては、容器を網状部材で構成するので、この網状部材
の網目を気体が通過して内部に充填される化学反応物質
と広い面積で接触して化学反応をなし得る。そこで、化
学反応物質と気体の化学反応が効率的になされる。
っては、反応容器に熱交換器を上下方向に複数収容する
ことにより、熱交換器を構成するそれぞれの容器の深さ
が浅くなり、それだけ充填される化学反応物質の層高さ
が低くできる。そこで、容器の上部の開口部により気体
に晒される化学反応物質の面積が広くなり、化学反応が
迅速なされ得る。
っては、複数の熱交換器のそれぞれの熱交換パイプを上
下方向で直列に連結するので、封入される熱移動媒体が
加熱により下から上に向けて対流により移動して上側か
ら外部に取り出され、効率的な加熱がなされる。
っては、複数の熱交換器のそれぞれの熱交換パイプを互
いに独立して外部に導出し、それぞれのヒータを互いに
独立して制御するので、ヒータに通電する熱交換器は化
学反応を生じ、熱交換パイプにより、熱を外に取り出す
ことができる。また、ヒータに通電しない熱交換器は化
学反応を生じない。もって、熱需要に応じて、必要なだ
けの熱をケミカルヒートポンプから外部に取り出すこと
ができる。しかも、少ない熱量を取り出す場合には、一
部のヒータには通電しないので、エネルギー損失を生じ
ない。
あっては、伝熱板の切り起こし部により、フレキシブル
ヒータを固定することなしに伝熱板に配設できるので、
相対的なずれが可能であり、伝熱板の伸縮に対して、フ
レキシブルヒータの相対的ずれとヒータ自体の伸縮によ
り、ヒータが破損することがない。
あっては、伝熱板を平面から見て略渦巻状または略九十
九折りとするので、容器内に長い伝熱板を収容すること
ができる。それだけ、伝熱板に接する化学反応物質の面
積を広くでき、伝熱板と化学反応物質との間で、熱の伝
達が効率的になし得る。
反応容器を一部切り欠いて熱交換器を見せた正面図であ
る。
を示し、(a)は正面部分図であり、(b)は(a)の
C−C断面矢視図である。
る。
る。
である。
状を渦巻状に連結したごとき形状に折り曲げた例を示す
平面図である。
の反応容器を一部切り欠いて熱変換器を見せた正面図で
ある。
Claims (11)
- 【請求項1】 気体との化学反応により発熱する化学反
応物質を容器に充填するとともに、前記化学反応物質を
加熱するヒータと前記化学反応による発熱を外部に取り
出す熱移動媒体を封入した熱交換パイプを前記容器内に
設けてなる熱交換器を収容した反応容器と、前記気体を
供給および貯蔵する貯蔵容器とを、連通および遮断自在
の開閉弁を介して連通したケミカルヒートポンプにおい
て、前記容器内に良熱伝導体からなり長い帯状の伝熱板
を幅方向を上下方向として厚さ方向に折りまたは曲げて
配設し、前記伝熱板に前記ヒータと前記熱交換パイプを
配設して構成したことを特徴とするケミカルヒートポン
プ。 - 【請求項2】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記伝熱板の側面に、長さ方向の略全長にわた
り前記ヒータと前記熱交換パイプを添設して構成したこ
とを特徴とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項3】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記ヒータをフレキシブルヒータで構成したこ
とを特徴とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項4】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記伝熱板の側面に、前記熱交換パイプを略全
長にわたり連続して接合して構成したことを特徴とする
ケミカルヒートポンプ。 - 【請求項5】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記伝熱板の幅方向上部に前記熱交換パイプを
添設するとともに幅方向下部に前記ヒータを添設して構
成したことを特徴とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項6】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記容器を網状部材で構成したことを特徴とす
るケミカルヒートポンプ。 - 【請求項7】 請求項1記載のケミカルヒートポンプに
おいて、前記反応容器内に、前記熱交換器を上下方向に
複数収容して構成したことを特徴とするケミカルヒート
ポンプ。 - 【請求項8】 請求項7記載のケミカルヒートポンプに
おいて、複数の前記熱交換器のそれぞれの前記熱交換パ
イプを上下方向で直列に連結して構成したことを特徴と
するケミカルヒートポンプ。 - 【請求項9】 請求項7記載のケミカルヒートポンプに
おいて、複数の前記熱交換器のそれぞれの前記熱交換パ
イプを互いに独立して外部に導出するとともに、それぞ
れの前記ヒータを互いに独立して制御するように構成し
たことを特徴とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項10】 請求項3記載のケミカルヒートポンプ
において、前記伝熱板の側面に、同方向に突出する複数
の切り起こし部を設け、これらの切り起こし部と前記側
面の間の隙間に前記フレキシブルヒータを挿通して構成
したことを特徴とするケミカルヒートポンプ。 - 【請求項11】 請求項1記載のケミカルヒートポンプ
において、前記伝熱板を平面から見て、略渦巻状または
略九十九折り状に折りまたは曲げて構成したことを特徴
とするケミカルヒートポンプ。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002125308A JP3872715B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | ケミカルヒートポンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003322431A true JP2003322431A (ja) | 2003-11-14 |
JP3872715B2 JP3872715B2 (ja) | 2007-01-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002125308A Expired - Fee Related JP3872715B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | ケミカルヒートポンプ |
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JP (1) | JP3872715B2 (ja) |
KR (1) | KR20030084564A (ja) |
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2002
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