JP2009257686A - 化学蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】密閉系内において化学蓄熱材と反応し得る二酸化炭素を減少させることができる化学蓄熱システムを得る。
【解決手段】化学蓄熱システム１０は、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材１４が内蔵された反応部１６と、反応部１６に気密状態で連通された蒸発・凝縮器３４とを備える。蒸発・凝縮器３４は、反応部１６から脱水反応に伴って生じた水蒸気を凝縮させる機能と、凝縮された水を貯留する機能と、貯留部の水を蒸発させて反応部１６に供給する水蒸気を発生する機能とを兼ね備える。そして、反応器１６と蒸発・凝縮器３４とを連通する水蒸気循環路４２には、水蒸気中のＣＯ２を吸収するためのリチウムシリケートが内封されたＣＯ２吸着フィルタ４６が設けられている。また、蒸発・凝縮器３４の液相部３６Ｂに貯留された水中には、水中のＣＯ２を吸収するためのメチルジエタノールアミンが添加されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学反応によって蓄熱、放熱する化学蓄熱システムに関する。

反応器内に、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、酸化バリウム、水酸化バリウム等の化学蓄熱材が充填された化学蓄熱カプセルを設け、水蒸気との反応により放熱を行い、加熱により化学蓄熱材が再生される蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公平６−８０３９５号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、蓄熱装置を構成する化学蓄熱材の二酸化炭素との反応すなわち炭酸化について考慮されておらず、この点に改善の余地があった。

本発明は、上記事実を考慮して、密閉系内において化学蓄熱材と反応し得る二酸化炭素を減少させることができる化学蓄熱システムを得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る化学蓄熱システムは、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、前記反応部に気密状態で連通され、該反応部から前記脱水反応に伴って生じた水蒸気を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部に気密状態で連通され、該凝縮部で凝縮された水を貯留する貯留部と、前記反応部及び前記貯留部に気密状態で連通され、前記貯留部の水又は前記貯留部から供給される水を蒸発させて前記反応部に供給する水蒸気を発生する蒸発部と、前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分、及び前記貯留部の少なくとも一部に設けられ、二酸化炭素を吸収するための二酸化炭素吸収材と、を含んでいる。

請求項１記載の化学蓄熱システムでは、反応部が加熱されると、該反応部の化学蓄熱材が脱水反応を生じることで蓄熱される。この脱水反応に伴って生じた水蒸気は、凝縮部にて凝縮されて貯留部に貯留される。反応部の化学蓄熱材に放熱させる場合には、貯留部の水を蒸発部において蒸発させ、この水蒸気を反応部に導入する。すると、反応器内の化学蓄熱材は水和反応を生じて放熱する。この熱にて、例えば加熱対象を加熱することができる。

ここで、本化学蓄熱システムでは、反応部と凝縮部と貯留部と蒸発部とが気密状態で連通されているので、換言すれば、化学蓄熱材の充填空間を含む水蒸気又は水の移動し得る空間（水が貯留されている部分を含む）が密閉系とされているので、該密閉系に外部から二酸化炭素が混入することが抑制される。そして、密閉系内の少なくとも一部に二酸化炭素吸収材が設けられているので、該密閉系内の二酸化炭素が二酸化炭素吸収材に吸収される。これにより、例えば、反応器内の化学蓄熱材が炭酸化反応を生じることを抑制又は防止することができる。

このように、請求項１記載の化学蓄熱システムでは、密閉系内において化学蓄熱材と反応し得る二酸化炭素を減少させることができる。

請求項２記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項１記載の化学蓄熱システムにおいて、前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分の少なくとも一部に、前記二酸化炭素吸収材として、水蒸気中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材を設けた。

請求項２記載の化学蓄熱システムでは、上記密閉系内における水蒸気の移動（循環）経路に、水蒸気中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材が設けられているので、該水蒸気中の二酸化炭素を効果的に吸収する（減少させる）ことができる。

請求項３記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項２記載の化学蓄熱システムにおいて、前記凝縮部と前記貯留部と前記蒸発部とが一体に構成された蒸発・凝縮器を備え、前記蒸発・凝縮器と前記反応器とを連通する水蒸気循環路に、前記二酸化炭素吸収材を設けた。

請求項３記載の化学蓄熱システムでは、蒸発・凝縮器と反応部とを連通する水蒸気循環路に二酸化炭素吸収材が設けられているので、水蒸気が往復する部分で該水蒸気中の二酸化炭素を良好に吸収することができる。

請求項４記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項２及び請求項３記載の化学蓄熱システムにおいて、前記二酸化炭素吸収材として、リチウムシリケートを用いた。

請求項４記載の化学蓄熱システムでは、リチウムシリケートによって水蒸気中の二酸化炭素を効果的に吸収することができる。

請求項５記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の化学蓄熱システムにおいて、前記貯留部の水中に、前記二酸化炭素吸収材として、水中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材を添加した。

請求項５記載の化学蓄熱システムでは、貯留部の水中に添加された水中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材によって、該水中に溶存する二酸化炭素を効果的に吸収する（減少させる）ことができる。なお、水中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材として、例えば、有機アミン類、アルカリ塩（炭酸カリ水溶液、炭酸プロピレン等）、アルコール等の物理吸着材（メタノール、ポリエチレングリコールメチルエーテル等）を用いることができる。

請求項６記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項５記載の化学蓄熱システムにおいて、前記二酸化炭素吸収材として、有機アミン類を用いた。

請求項６記載の化学蓄熱システムでは、有機アミン類によって水中の二酸化炭素を効果的に吸収することができる。なお、有機アミン類として、例えば、メチルジエタノールアミン、ジグリコールアミン、メチルエタノールアミン等を用いることができる。

請求項７記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の化学蓄熱システムにおいて、前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分は、真空脱気されている。

請求項７記載の化学蓄熱システムでは、反応部、凝縮部、貯留部、蒸発部が連通された密閉系内が真空脱気されているので、系内の二酸化炭素量が少ない。そして、上記の如く二酸化炭素吸収材を備えることにより、系内を二酸化炭素が少ない状態に維持することができる。

請求項８記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項１〜請求項７の何れか１項記載の化学蓄熱システムにおいて、前記蓄熱材として、無機化合物が用いられている。

請求項８記載の化学蓄熱システムでは、化学蓄熱材として無機化合物を用いるので、蓄熱、放熱反応（水和、脱水）に対する材料安定性が高い。このため、長期に亘り安定した蓄熱効果を得ることができる。

請求項９記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項８記載の化学蓄熱システムにおいて、前記無機化合物として、アルカリ土類金属の水酸化物が用いられている。

請求項９記載の化学蓄熱システムでは、化学蓄熱材としてアルカリ土類金属の水酸化物を用いるため、換言すれば、環境負荷の小さい材料を用いるため、製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保が容易になる。

以上説明したように本発明に係る化学蓄熱システムは、密閉系内において化学蓄熱材と反応し得る二酸化炭素を減少させることができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１には、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、化学蓄熱システム１０は、容器１２内に化学蓄熱材１４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１４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。

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。
Ｃａ（ＯＨ）_２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ

この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ
となる。この化学蓄熱材１４（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。

さらに、この実施形態では、反応器１６には、化学蓄熱材１４に熱を供給するための加熱流路１８と、化学蓄熱材１４からの熱を加熱対象に輸送するための放熱流路２０とが設けられている。加熱流路１８は、加熱源（熱媒）と化学蓄熱材１４と熱交換部とされ、放熱流路２０は、熱輸送媒体と化学蓄熱材１４との熱交換部とされている。なお、容器１２の壁面を加熱源及び熱輸送媒体の少なくとも一方との熱交換部として構成しても良い。

以上説明した反応器１６の少なくとも一部として、例えば、図２に示される如き熱交換型蓄熱放熱装置２２を用いることができる。熱交換型蓄熱放熱装置２２は、容器１２の一部を成す熱交換器本体２４と、該熱交換器本体２４に設けられた化学蓄熱材複合物成形体２５とを備えている。熱交換器本体２４は、シェル（外壁）２６と、シェル２６内を複数の空間に区画する壁体としての隔壁２８とを有する。

これにより、熱交換器本体２４の内部は、化学蓄熱材複合物成形体２５が収容される蓄熱材収容部３０と、該化学蓄熱材複合物成形体２５との間で熱交換を行う熱交換媒体としての流体が流通する流体流路３２とが交互に配置されている。この実施形態では、蓄熱材収容部３０、流体流路３２は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。また、この実施形態では、熱交換器本体２４は、例えばステンレス鋼やアルミニウム（アルミニウム合金を含む）等の金属材料にて構成されている。

化学蓄熱材複合物成形体２５は、例えば粉体の化学蓄熱材１４をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、内部に水蒸気が流通するための流路２５Ａが形成された略矩形ブロック状に形成されている。この化学蓄熱材複合物成形体２５は、熱交換器本体２４の蓄熱材収容部３０内に周囲を密着させた状態で配置（挿入）されて、熱交換型蓄熱放熱装置２２を構成している。例えば、焼成前の化学蓄熱材複合物成形体２５を蓄熱材収容部３０内に挿入した後に焼成することで、化学蓄熱材複合物成形体２５の周囲を蓄熱材収容部３０内面に良好に密着させることができる。

以上説明した熱交換型蓄熱放熱装置２２のシェル２６に、複数の化学蓄熱材複合物成形体２５の流路２５Ａを連通させるためのヘッダ部材（図示省略）を接合することで、容器１２内に化学蓄熱材複合物成形体２５が内蔵された反応器１６を構成することができる。また、熱交換型蓄熱放熱装置２２の複数の流体流路３２の一部を加熱流路１８として、他の一部を放熱流路２０として用いることができる。この実施形態では、熱交換型蓄熱放熱装置２２すなわち反応器１６は、蓄熱材収容部３０の開口方向（水蒸気の流れ方向）と流体流路３２の開口方向（熱媒、熱輸送媒体の流れ方向）とが側面視で直交する、直行流型熱交換器として構成されている。

また、化学蓄熱システム１０は、反応器１６から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、水蒸気が凝縮された水（液相の水、以下同じ）を貯留する貯留部、及び貯留した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各機能を兼ね備える蒸発・凝縮器３４を備えている。蒸発・凝縮器３４は、容器３６内に、水蒸気凝縮用の冷媒流路３８及び蒸発用の熱媒流路４０とが設けられて構成されている。この実施形態では、冷媒流路３８は、容器３６内における少なくとも気相部３６Ａを含む部分で熱交換を行うように設けられており、熱媒流路４０は、容器３６内における少なくとも液相部（貯留部）３６Ｂを含む部分で熱交換を行うように設けられている。

この蒸発・凝縮器３４の容器３６は、水蒸気循環系を構成する水蒸気循環路４２を介して反応器１６の容器１２に連通されている。水蒸気循環路４２には、容器３６と容器１２との連通、非連通を切り替えるための開閉弁４４が設けられている。この実施形態では、容器１２、容器３６、水蒸気循環路４２、開閉弁４４は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間は真空脱気されている。

そして、化学蓄熱システム１０は、反応器１６と蒸発・凝縮器３４との間を移動（循環）する水蒸気中の二酸化炭素（以下、ＣＯ２という）を除去するためのＣＯ２吸収フィルタ４６を備えている。ＣＯ２吸収フィルタ４６は、上記中二酸化炭素吸収材としてのリチウム複合酸化物の１つであるリチウムシリケート（Ｌｉ_４ＳｉＯ_４）を内封して構成されている。この実施形態では、ＣＯ２吸収フィルタ４６は、水蒸気循環路４２に気密に設けられたフィルタケース４８内に配置されている。

また、化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３４の液相部３６Ｂに貯留された水中のＣＯ２を除去するための水中二酸化炭素吸収材としての有機アミン類が、該液相部３６Ｂに貯留された水中に添加されている。この実施形態では、有機アミン類として、メチルジエタノールアミンが用いられている。このＣＯ２吸収材は、水への溶解性を有し、長期保存性、安定性に優れた有機系溶媒であり、この実施形態では、略３０質量％以下の濃度の水溶液となるように液相部３６Ｂの水中に添加（溶解）されている。

このようなアミン類のＣＯ２吸収反応は複雑であるが、例えば、
２ＲＮＨ_２ ＋ ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ （ＲＮＨ_３）_２ＣＯ_３
等の反応によってＣＯ２が選択的に有機アミン類に吸収される。上記のように有機アミン類とＣＯ２とは１：１で反応するため、該有機アミン類はＣＯ２の吸着容量が大きいと有特徴を有する。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の化学蓄熱システム１０では、反応器１６の化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体２５）に蓄熱する際には、図３（Ａ）に示される如く、開閉弁４４を開放した状態で、加熱流路１８に熱源からの熱媒を流通させる。すると、加熱流路１８からの熱によって化学蓄熱材１４が脱水反応を生じ、この熱が化学蓄熱材１４に蓄熱される。この際、化学蓄熱材１４から脱水された水蒸気は、水蒸気循環路４２を介して蒸発・凝縮器３４に導入される。蒸発・凝縮器３４では、冷媒流路３８を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が容器３６の液相部３６Ｂに貯留される。

一方、反応器１６に蓄熱された熱を放熱する際には、図３（Ｂ）に示される如く、化学蓄熱システム１０は、開閉弁４４を開放した状態で、蒸発・凝縮器３４の熱媒流路４０に熱媒を流通させる。すると、熱媒流路４０の熱媒との熱交換によって液相部３６Ｂの水が蒸発され、水蒸気が水蒸気循環路４２を介して反応器１６内の化学蓄熱材１４に供給される。これにより、化学蓄熱材１４は、水和反応を生じつつ放熱する。この熱は、放熱流路２０を流通する熱輸送媒体によって加熱対象に輸送され、加熱対象の加熱に供される。

以上説明した化学蓄熱材１４の蓄熱・放熱について、図４に示す化学蓄熱システム１０のサイクルを参照しつつ補足する。図４には、ＰＴ線図に示された圧力平衡点における化学蓄熱システム１０のサイクルが示されている。この図において、上側の等圧線が脱水（吸熱）反応を示し、下側の等圧線が水和（発熱）反応を示している。

このサイクルに示されるように、化学蓄熱材の温度が略４２４℃で蓄熱された場合、水蒸気は略５０℃が平衡温度となる。化学蓄熱システム１０では、水蒸気は蒸発・凝縮器３４において冷媒流路３８の冷媒との熱交換によって５０℃以下に冷却され、凝縮されて水になる。

また、化学蓄熱システム１０では、熱媒流路４０に熱媒を供給することで、該熱媒の温度に応じた蒸気圧の水蒸気が発生する。図４に示される如く、熱媒流路４０の熱媒によって０℃で水蒸気を発生させる場合、その平衡圧力は、略０．６５［ｋＰａ］となり、化学蓄熱材１４は略３３０℃で放熱することが解る。このように、水蒸気循環系内が真空脱気されている化学蓄熱システム１０では、０℃付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３３０℃もの高温を得ることができる。

ここで、化学蓄熱システム１０では、反応器１６と蒸発・凝縮器３４とを連通する水蒸気循環路４２にＣＯ２吸収フィルタ４６が設けられているため、水蒸気中に存在するＣＯ２がＣＯ２吸収フィルタ４６（に内封されたリチウムシリケート）に吸収（実質的に固定化）され、水蒸気循環系から除去される。これにより、例えば、容器１２への密封前に化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体２５）に吸着されていたＣＯ２が、真空脱気に伴い化学蓄熱材１４から脱着されて水蒸気循環系内に存在していたとしても、該ＣＯ２がＣＯ２吸収フィルタ４６に吸収されるので、水蒸気循環系内のＣＯ２が著しく減じられる。

また、化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３４を構成する容器３６の液相部３６Ｂに貯留された水中にメチルジエタノールアミンが添加されているので、該水中に溶存していたＣＯ２がメチルジエタノールアミンに吸収、固定化される。

このように、化学蓄熱システム１０では、化学蓄熱材１４及び水蒸気（水）を密閉（真空脱気）系に密閉する構成において、該密閉系内のＣＯ２量を減少させることができる。このため、化学蓄熱材１４の炭酸化が抑制される。

化学蓄熱材１４の炭酸化について補足すると、上記した蓄熱温度に近い４５０℃程度の環境下で、水蒸気とＣＯ２とが共存する場合、水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）_２）である化学蓄熱材１４は、炭酸化反応が促進される。化学蓄熱材１４（Ｃａ（ＯＨ）_２）の炭酸化物であるＣａＣＯ_３は、分解温度が９５０℃と非常に安定な化合物であり、化学蓄熱には寄与しない。このため、化学蓄熱材１４の炭酸化は、反応器１６の蓄熱容量の低下の原因となる。また、反応器１６（化学蓄熱材１４）、蒸発・凝縮器３４（水）中のＣＯ２を、予め完全に除去することは、製造プロセスの複雑化やコスト増加を招き、現実的ではない。

これに対して、本発明に係る化学蓄熱システム１０は、密閉系内、特に真空脱気された系内であっても反応器１６、蒸発・凝縮器３４中にＣＯ２が存在し得るとの新たな知見に基づいて、水蒸気循環路４２に設けたＣＯ２吸収フィルタ４６、容器３６の液相部３６Ｂに貯留された水に溶解されたメチルジエタノールアミンによって、オンサイト（蓄熱、放熱に伴う反応や相変化を生じる密閉系内）でＣＯ２を吸収することにより、密閉系内のＣＯ２量を減少するものである。

これにより、化学蓄熱システム１０では、化学蓄熱材１４に炭酸化が抑制されるので、所要の蓄熱容量（化学蓄熱材１４の単位質量当たりの蓄熱容量）を得ることができる。また、上記の通りＣＯ２吸収フィルタ４６を設けると共に、メチルジエタノールアミンを水中に添加する構成であるため、製造プロセスやコストに与える影響が小さい。

また、化学蓄熱システム１０では、ＣＯ２吸収容量の大きいリチウムシリケートを水蒸気中のＣＯ２吸収材として用いるので、少量のリチウムシリケート（小型のＣＯ２吸収フィルタ４６）で水蒸気循環系内のＣＯ２を吸収、除去することができる。また、化学蓄熱システム１０では、ＣＯ２吸収フィルタ４６が水蒸気循環路４２に設けられているため、換言すれば、化学蓄熱材１４の脱水反応が生じる高温部分から離間した位置にＣＯ２吸収フィルタ４６が配置されているため、該ＣＯ２吸収フィルタ４６を容易に設けることができる。

さらに、化学蓄熱システム１０では、ＣＯ２吸収容量の大きいメチルジエタノールアミンを用いるため、容器３６の液相部３６Ｂに貯留された水中のＣＯ２を効果的に吸収、固定化することができる。また、化学蓄熱システム１０では、蒸発・凝縮器３４内の最高温度は、図１及び図４に示される如く最高で５０℃程度であるから、メチルジエタノールアミンの熱耐久性が問題になることはない。

またさらに、化学蓄熱システム１０では、化学蓄熱材１４として無機化合物である水酸化カルシウムを用いているため、蓄熱、放熱反応（水和、脱水）に対する材料安定性が高い。特に、水酸化カルシウムは、水酸化マグネシウム等に対しても可逆性が高い（ほぼ１００％の水和、脱水反応率を有する）ため、長期間に亘り安定した蓄熱効果を得ることができる。また、水酸化カルシウムは、水酸化マグネシウム等に対して不純物に対する感度が低いので、この点でも長期安定運転に寄与する。また特に、化学蓄熱材１４としてアルカリ土類金属化合物である水酸化カルシウムを用いているため、換言すれば、環境負荷の小さい材料を用いることで、化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体２５）の製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保が容易になる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については、上記第１の実施形態又は前出の構成同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る化学蓄熱システム５０について、図５に基づいて説明する。図５には、化学蓄熱システム５０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、化学蓄熱システム５０は、ＣＯ２吸収フィルタ４６を加熱するための加熱手段としての熱媒流路５２が設けられている点で、第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０とは異なる。

化学蓄熱システム５０では、ＣＯ２吸収フィルタ４６の加熱によってリチウムシリケートに吸収されたＣＯ２を放出させ、リチウムシリケートを再生するようになっている。すなわち、化学蓄熱システム５０は、バッチ処理にてリチウムシリケートの再生が可能な構成とされている。なお、リチウムシリケートは、略９００℃以上においてＣＯ２の放出反応を生じる。

また、化学蓄熱システム５０を構成するフィルタケース４８には、ＣＯ２吸収フィルタ４６から放出されたＣＯ２を排出するための排気手段としての真空ポンプ（ブロア）５４の接続用の開閉弁５６が設けられている。化学蓄熱システム５０では、開閉弁５６の閉止状態で真空ポンプ５４に接続され、該真空ポンプ５４を作動させつつ熱媒流路５２に熱媒流通させることで、ＣＯ２吸収フィルタ４６からＣＯ２を放出させ、さらに密閉系外に排出するようになっている。化学蓄熱システム５０の他の構成は、化学蓄熱システム１０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係る化学蓄熱システム５０によっても、基本的に第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０と同様の構成によって、該化学蓄熱システム１０と同様の効果を得ることができる。また、化学蓄熱システム５０では、熱媒流路５２及び開閉弁５６を備えるため、バッチ処理にてＣＯ２吸収フィルタ４６に吸収されたＣＯ２を放出させること（リチウムシリケートの再生）ができる。

したがって、化学蓄熱システム５０では、適時にリチウムシリケートの再生処理を行うことで、ＣＯ２吸収フィルタ４６によるＣＯ２吸収作用を半永久的に維持することができる。また、ＣＯ２吸収フィルタ４６は反応器１６から離間して配置されているので、リチウムシリケートの再生に伴う熱が化学蓄熱材１４に伝達されることが抑制され、化学蓄熱材１４に熱的ダメージを与えることが防止される。すなわち、化学蓄熱システム５０全体として、高い耐久性が確保される。

なお、第２の実施形態では、熱媒流路５２を介してＣＯ２吸収フィルタ４６を加熱する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、フィルタケース４８の外側からＣＯ２吸収フィルタ４６を加熱する構成としても良く、ＣＯ２吸収フィルタ４６をフィルタケース４８から取り出してリチウムシリケートの再生処理を行い、その後ＣＯ２吸収フィルタ４６をフィルタケース４８に戻してから再度真空脱気を行う構成としても良い。また、このようなＣＯ２吸収フィルタ４６のフィルタケース４８に対する出し入れを真空環境下で行っても良い。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱システム６０について、図６に基づいて説明する。図６には、化学蓄熱システム６０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、化学蓄熱システム６０は、蒸発・凝縮器３４に代えて、互いに別体にて構成された凝縮部としての凝縮器６２と、貯留部としての水タンク６４と、蒸発部としての蒸発器６６とを備える点で、第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０とは異なる。

凝縮器６２は、放出水蒸気ライン６８を介して反応器１６の容器１２に連通された容器７０内に冷媒流路３８を設けることで構成されている。放出水蒸気ライン６８には、開閉弁７２が設けられている。この凝縮器６２の容器７０の底部は、凝縮水回収ライン７４を介して水タンク６４に連通されている。

蒸発器６６は、供給水蒸気ライン７６を介して反応器１６の容器１２に連通された容器７８内に熱媒流路４０を設けることで構成されている。供給水蒸気ライン７６には、開閉弁８０が設けられている。この蒸発器６６の容器７８は、水供給ライン８２を介して水タンク６４に連通されている。また、水供給ライン８２には、水タンク６４に貯留されている水を蒸発器６６の容器７８に圧送するためのウォータポンプ８４が設けられている。

さらに、化学蓄熱システム６０は、凝縮水回収ライン７４と水タンク６４との接続部、水供給ライン８２と水タンク６４との接続部に設けられた開閉弁８６、８８を有する。この実施形態では、凝縮水回収ライン７４と水タンク６４との接続部、水供給ライン８２と水タンク６４との接続部は、水タンク６４における設計上の最低液位よりも重力方向の下側に設定されている。なお、水タンク６４は、凝縮器６２の容器７０、蒸発器６６の容器７８の何れかに一体化されても良い。

また、化学蓄熱システム６０では、放出水蒸気ライン６８に設けられたフィルタケース４８にＣＯ２吸収フィルタ４６が設けられている。一方、メチルジエタノールアミンは、水タンク６４に貯留されている水に添加（溶解）されている。化学蓄熱システム６０の他の構成は、化学蓄熱システム１０の対応する構成と同じである。

次に、第３の実施形態の作用を説明する。

上記構成の化学蓄熱システム６０では、反応器１６の化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体２５）に蓄熱する際には、開閉弁８０、８８を閉止すると共に開閉弁７２、８６を開放した状態で、加熱流路１８に熱源からの熱媒を流通させる。すると、加熱流路１８からの熱によって化学蓄熱材１４が脱水反応を生じ、この熱が化学蓄熱材１４に蓄熱される。この際、化学蓄熱材１４から脱水された水蒸気は、放出水蒸気ライン６８を介して凝縮器６２に導入される。凝縮器６２では、冷媒流路３８を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が水タンク６４に貯留される。

一方、反応器１６に蓄熱された熱を放熱する際には、化学蓄熱システム１０は、開閉弁８０、８８を開放すると共に開閉弁７２、８６を閉止した状態で、蒸発器６６の熱媒流路４０に熱媒を流通させ、かつウォータポンプ８４を作動させる。すると、ウォータポンプ８４により容器７８内に水か補給されつつ、該水が熱媒流路４０の熱媒との熱交換によって蒸発され、この水蒸気は供給水蒸気ライン７６を介して反応器１６内の化学蓄熱材１４に供給される。これにより、化学蓄熱材１４は、水和反応を生じつつ放熱する。この熱は、放熱流路２０を流通する熱輸送媒体によって加熱対象に輸送され、加熱対象の加熱に供される。

このように、第２の実施形態に係る化学蓄熱システム６０は、基本的に第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０と同様に機能する。換言すれば、化学蓄熱システム６０は、蒸発・凝縮器３４の３つの機能（凝縮、貯留、蒸発）を凝縮器６２、水タンク６４、蒸発器６６に分けて構成したものであり、第１の実施形態に係る化学蓄熱システム１０と同様の作用によって、同様の効果を得ることができる。また、化学蓄熱システム６０では、凝縮水回収ライン７４と水タンク６４との接続部、及び水供給ライン８２と水タンク６４との接続部が、水タンク６４における最低液位よりも重力方向の下側に設定されているので、換言すれば、これらの接続部分には水タンク６４内の水の水圧が作用するため、これらの接続部分から外気が侵入することが効果的に抑制される。

なお、上記した各実施形態では、水蒸気循環路４２、放出水蒸気ライン６８にＣＯ２吸収フィルタ４６を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、上記配置のＣＯ２吸収フィルタ４６に代えて又は上記配置のＣＯ２吸収フィルタ４６と共に、第１〜第３の実施形態において容器１２内や容器３６内にＣＯ２吸収フィルタ４６を設けても良く、第３の実施形態において供給水蒸気ライン７６にＣＯ２吸収フィルタ４６を設けても良い。

また、上記した各実施形態では、水蒸気中のＣＯ２を吸収する吸収材としてリチウム複合酸化物であるリチウムシリケートを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、他の二酸化炭素吸着剤を用いても良い。

さらに、上記した各実施形態では、水中のＣＯ２を吸収する吸収材として有機アミン類であるメチルジエタノールアミンを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ジグリコールアミン、メチルエタノールアミン等の他の有機アミン類、アルカリ塩（炭酸カリ水溶液、炭酸プロピレン等）、アルコール等の物理吸着材（メタノール、ポリエチレングリコールメチルエーテル等）等の有機アミン類以外の二酸化炭素吸着剤を用いても良い。

またさらに、上記した各実施形態では、化学蓄熱材として水酸化カルシウムを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、水和・脱水による各種の放熱・蓄熱する各種の化学蓄熱材を用いて実施することができる。

また、上記した各実施形態では、化学蓄熱材１４として、粉体化学蓄熱材を成形することで流路２５Ａが形成された化学蓄熱材複合物成形体２５を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、粒状に形成された化学蓄熱材１４を容器１２に充填することで反応器１６を構成しても良い。

本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムを構成する反応器の一部を模式的に示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムの動作モードを説明するための図であって、（Ａ）は蓄熱モードのシステム構成図、（Ｂ）は、放熱モードのシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムを構成する吸収材の吸収量と平衡圧力との関係を示す線図である。 本発明の第２の実施形態に係る化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。

符号の説明

１０ 化学蓄熱システム
１４ 化学蓄熱材
１６ 反応器
２５ 化学蓄熱材複合物成形体（化学蓄熱材）
３４ 蒸発・凝縮器（凝縮部、貯留部、蒸発部）
４６ ＣＯ２吸収フィルタ（二酸化炭素吸収材、リチウムシリケート）
５０・６０ 化学蓄熱システム
６２ 凝縮器（凝縮部）
６４ 水タンク（貯留部）
６６ 蒸発器（蒸発部）

Claims (9)

1. 加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、
   前記反応部に気密状態で連通され、該反応部から前記脱水反応に伴って生じた水蒸気を凝縮させる凝縮部と、
   前記凝縮部に気密状態で連通され、該凝縮部で凝縮された水を貯留する貯留部と、
   前記反応部及び前記貯留部に気密状態で連通され、前記貯留部の水又は前記貯留部から供給される水を蒸発させて前記反応部に供給する水蒸気を発生する蒸発部と、
   前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分、及び前記貯留部の少なくとも一部に設けられ、二酸化炭素を吸収するための二酸化炭素吸収材と、
   を含む化学蓄熱システム。
2. 前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分の少なくとも一部に、前記二酸化炭素吸収材として、水蒸気中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材を設けた請求項１記載の化学蓄熱システム。
3. 前記凝縮部と前記貯留部と前記蒸発部とが一体に構成された蒸発・凝縮器を備え、
   前記蒸発・凝縮器と前記反応器とを連通する水蒸気循環路に、前記二酸化炭素吸収材を設けた請求項２記載の化学蓄熱システム。
4. 前記二酸化炭素吸収材として、リチウムシリケートを用いた請求項２又は請求項３記載の化学蓄熱システム。
5. 前記貯留部の水中に、前記二酸化炭素吸収材として、水中の二酸化炭素を吸収し得る二酸化炭素吸収材を添加した請求項１〜請求項４の何れか１項記載の化学蓄熱システム。
6. 前記二酸化炭素吸収材として、有機アミン類を用いた請求項５記載の化学蓄熱システム。
7. 前記反応部、前記凝縮部、前記蒸発部、前記反応部と凝縮部との連通部分、前記反応部と蒸発部との連通部分は、真空脱気されている請求項１〜請求項６の何れか１項記載の化学蓄熱システム。
8. 前記蓄熱材として、無機化合物が用いられている請求項１〜請求項７の何れか１項記載の化学蓄熱システム。
9. 前記無機化合物として、アルカリ土類金属の水酸化物が用いられている請求項８記載の化学蓄熱システム。

Images