JP2014185783A - 化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】水蒸気の流路内への蓄熱材の侵入を抑制する。
【解決手段】反応器２０は、反応容器２２と、蓄熱粒子Ｐの集合体を含み、水蒸気Ｗによる水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する蓄熱材３０と、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａに対して５倍以下の孔径ｄの貫通孔４２が形成されたフィルタ４０とを有している。ここで、蓄熱材３０が水和反応により膨張し、蓄熱材３０の一部が崩壊して蓄熱粒子化しても、貫通孔４２の孔径ｄが蓄熱粒子の平均粒子径Ｄａに対して５倍以下に設定されている。このため、貫通孔４２を通過する蓄熱粒子Ｐの数が減るので、流路２３内への蓄熱材３０の侵入を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、化学反応によって蓄熱する化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱反応器を用いた化学蓄熱システムに関する。

特許文献１には、熱媒が流れる熱媒流路と、熱媒流路で挟まれた水蒸気流路となる反応容器と、反応容器内の中央に設けられた主管部及び支管部と、反応容器内で支管部の両外側に設けられた蓄熱材とを有する化学蓄熱反応器が記載されている。特許文献１の化学蓄熱反応器では、水和反応により蓄熱材が膨張するとき、主管部が蓄熱材の膨張を抑制すると共に支管部が水蒸気を通過させることで、水蒸気の流路を確保している。

特開２０１２−２１１７１３号

ここで、特許文献１の化学蓄熱反応器において、蓄熱材の水和膨張圧は、数[ＭＰａ]程度と大きくなっている。このため、膨張を容器にて拘束することにより粒子化（粉体化）した蓄熱材の一部が、水蒸気流路内に侵入する可能性が高い。

本発明は、水蒸気の流路内への蓄熱材の侵入を抑制することができる化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムを得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る化学蓄熱反応器は、水蒸気の流路に隣接するように容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する蓄熱粒子の集合体を含む蓄熱材と、前記流路と前記蓄熱材との間に配置され、前記蓄熱粒子の平均粒子径の５倍の孔径の孔の開口面積以下の開口面積を有する貫通孔が形成された板状体であり、前記流路内への前記蓄熱粒子の侵入を規制すると共に前記流路と前記蓄熱材との間での水蒸気の移動を許容するフィルタと、を有する。

上記構成によれば、加熱対象（例えば、媒体流路内の熱媒体）を加熱するときは、水蒸気が流路からフィルタの貫通孔を通り蓄熱材に到達する。そして、蓄熱材と水蒸気との水和反応により蓄熱材が発熱する。この発熱による熱量によって、加熱対象が加熱される。

蓄熱材は、水和反応により膨張する。ここで、蓄熱材の膨張が容器で拘束されることで、蓄熱材の一部が崩壊して粒子化することがあるが、上記構成では、フィルタの貫通孔の開口面積が、蓄熱粒子の平均粒子径の５倍の孔径の孔の開口面積以下に設定されている。このため、フィルタの孔径が平均粒子径に対して５倍よりも大きく設定されている構成に比べて、水蒸気の流路内への蓄熱材の侵入を抑制することができる。

本発明の請求項２に係る化学蓄熱反応器は、第１貫通孔が形成された一の板状体と第２貫通孔が形成された他の板状体とが、該第１貫通孔の孔縁と該第２貫通孔の孔縁とがずれるように厚み方向に重ねられて前記フィルタが構成されている。

上記構成によれば、単一のフィルタに形成される貫通孔の小径化に限界がある場合でも、第１貫通孔の孔縁と第２貫通孔の孔縁とがずれるように複数の板状体を重ねることで、第１貫通孔及び第２貫通孔の孔径よりも小さい孔径の貫通孔が形成される。これにより、蓄熱材を構成する蓄熱粒子の平均粒子径が小さい場合でも、製造上のフィルタの貫通孔の孔径を小さくすることができる。

本発明の請求項３に係る化学蓄熱システムは、請求項１又は請求項２に記載の化学蓄熱反応器と、前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、を有する。

上記構成によれば、水蒸気の流路内への蓄熱材の侵入が抑制されることで、流路が狭くなることが抑制される。これにより、蓄熱材に供給される水蒸気の量及び蒸発部に供給される水蒸気の量の低下が抑制されるので、化学蓄熱反応器における蓄熱材の反応性の低下を抑制することができる。

本発明は、上記構成としたので、水蒸気の流路内への蓄熱材の侵入を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システムの概略構成を示す全体図である。 本発明の第１実施形態に係る反応器の内部の構成図である。 本発明の第１実施形態に係る蓄熱材の一部を構成する蓄熱粒子について、平均粒子径を測定する方法を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システムにおける蓄熱材の反応平衡線及び水の気液平衡線を温度と平衡圧との関係で示す線図である。 本発明の第１実施形態に係るフィルタの開口率を２９％、４６％と変えたときの時間に対する蓄熱材の温度の変化の違いを示すグラフである。 （Ａ）本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システムにおいて水和反応による熱媒の加熱状態を示す説明図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システムにおいて熱媒による加熱で脱水反応を行うときの凝縮状態を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るフィルタの縦断面図及び下面図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の第３実施形態に係るフィルタの縦断面図及び下面図である。 本発明の第１〜第３実施形態に係る蓄熱材の各粒径における割合を示すグラフである。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について説明する。

（全体構成）
図１には、第１実施形態の一例としての化学蓄熱システム１０の概略構成が示されている。化学蓄熱システム１０は、水（Ｈ_２Ｏ）の蒸発、凝縮が行われる蒸発部の一例としての蒸発凝縮器１２と、後述する蓄熱材３０の水和反応又は脱水反応が行われる化学蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、を有している。さらに、化学蓄熱システム１０は、蒸発凝縮器１２及び反応器２０に接続され、これらの内部を連通させる水蒸気流路１４を有している。なお、本実施形態では一例として、化学蓄熱システム１０を自動車（図示省略）に適用している。

蒸発凝縮器１２は、貯留した水を蒸発させて反応器２０に供給する（水蒸気を生成する）蒸発部、反応器２０から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮された水を貯留する貯留部としての各機能を兼ね備えている。また、蒸発凝縮器１２は、内部に水を貯留した貯留容器１６を有している。貯留容器１６内には、水蒸気の凝縮用の冷媒が流れる冷媒流路１７及び水の蒸発用のヒータ１８が設けられている。冷媒流路１７は、貯留容器１６内における少なくとも気相部１６Ａを含む部分で熱交換を行うように設けられている。ヒータ１８は、貯留容器１６内における少なくとも液相部（貯留部）１６Ｂを含む部分で通電により加熱を行うように設けられている。

水蒸気流路１４には、蒸発凝縮器１２（貯留容器１６）と反応器２０（後述する反応容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９が設けられている。貯留容器１６、反応容器２２、水蒸気流路１４、及び開閉弁１９は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間が予め真空脱気されている。

（要部構成）
次に、反応器２０について説明する。

図２に示すように、反応器２０は、水蒸気流路１４から水蒸気Ｗが流れる流路２３を備えた容器の一例としての反応容器２２を有している。反応容器２２には、内部を熱媒体（以後、熱媒といい、図示は省略する）が流れる媒体流路の一例としての熱媒流路２４、２５が隣接している。さらに、反応器２０は、反応容器２２内において流路２３の熱媒流路２４、２５側にそれぞれ設けられた蓄熱材３０と、流路２３と蓄熱材３０との間にそれぞれ配置されたフィルタ４０とを有している。

なお、以後の説明では、反応器２０において、流路２３から水蒸気流路１４への水蒸気Ｗの流出方向を＋Ｘ方向、水蒸気流路１４から流路２３への水蒸気Ｗの流入方向を−Ｘ方向と記載する。また、反応器２０の上方向を＋Ｙ方向、下方向を−Ｙ方向と記載する。さらに、反応器２０の手前側から奥側へ向かう方向を＋Ｚ方向、反応器２０の奥側から手前側へ向かう方向を−Ｚ方向と記載する。そして、各方向において＋、−の区別をしない場合は、単にＸ、Ｙ、Ｚ方向と記載する。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ直交している。

流路２３は、反応容器２２内のＹ方向中央でＸ方向に沿って延びている。そして、反応容器２２内では、流路２３からそれぞれ＋Ｙ方向、−Ｙ方向に向けて、フィルタ４０、蓄熱材３０の順で積層されている。反応容器２２の＋Ｙ方向側には、熱媒流路２４が隣接して配置されており、反応容器２２の−Ｙ方向側には、熱媒流路２５が隣接して配置されている。なお、本実施形態では一例として、Ｘ−Ｙ面が鉛直面となるように反応器２０が配置されているが、Ｘ−Ｙ面が水平面となるように反応器２０を配置してもよい。

熱媒流路２４、２５は、一例として、角筒状のステンレス鋼で構成されており、＋Ｘ方向側に形成され熱媒が流入する扁平矩形状の流入口２４Ａ、２５Ａと、−Ｘ方向側に形成され熱媒が流出する扁平矩形状の流出口２４Ｂ、２５Ｂとを有している。なお、流入口２４Ａ、２５Ａから熱媒流路２４、２５内への熱媒の流入を矢印Ａで示しており、熱媒流路２４、２５内から流出口２４Ｂ、２５Ｂへの熱媒の流出を矢印Ｂで示している。矢印Ａ、Ｂの方向は、一例として、Ｘ方向に沿っている。

熱媒は、蓄熱材３０から得た熱を加熱対象に輸送するためのものであり、本実施形態では、熱媒の一例として、自動車（図示省略）のエンジンオイルを用いている。なお、熱媒の他の例として、水等の流体を用いてもよい。また、熱媒としての流体ではなく触媒を用いて、この触媒を温めるようにしてもよい。

反応容器２２は、一例として、直方体状の容器で構成されている。そして、反応容器２２は、蓄熱材３０の−Ｙ方向側でＸ−Ｚ面に沿った底壁２２Ａと、底壁２２Ａの＋Ｘ方向側、−Ｘ方向側で＋Ｙ方向に直立する側壁２２Ｂ、２２Ｃと、側壁２２Ｂ及び側壁２２Ｃの上端を繋ぎ底壁２２Ａと対向する天井壁２２Ｄとを有している。

また、反応容器２２は、−Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する前壁（図示省略）と、＋Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する後壁（図示省略）とを有している。さらに、側壁２２ＢのＹ方向中央部には、＋Ｘ方向側に開口した開口部２２Ｅが形成されている。開口部２２Ｅは、流路２３における水蒸気Ｗの入口及び出口となっており、開口部２２Ｅには、水蒸気流路１４の−Ｘ方向側の一端が気密状態で接続されている。

蓄熱材３０は、一例として、アルカリ土類金属の酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム蓄熱粒子をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、略矩形ブロック状に形成されている。即ち、蓄熱材３０は、酸化カルシウムを含む蓄熱粒子Ｐ（図３参照）の集合体を含んでおり、蓄熱粒子Ｐとは、造粒（乾式微粉砕）後の二次粒子である。また、蓄熱材３０は、一例として、反応容器２２の底壁２２Ａの上面、天井壁２２Ｄの下面にそれぞれ密着した状態で配置（挿入）されている。

図３に示すように、蓄熱材３０の１つの蓄熱粒子Ｐの粒径[μｍ]の測定方法としては、一例として、蓄熱材３０を切断した切断面を走査型電子顕微鏡（例えば（株）日立ハイテクノロジーズ製；ＳＥＭ）で観察する。そして、観察した１つの蓄熱粒子Ｐについて外接円Ｅを決定し、この外接円Ｅの直径Ｄ[μｍ]を測定することで、１つの蓄熱粒子Ｐの粒径Ｄ[μｍ]が得られる。

ここで、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａ[μｍ]とは、一例として、個数Ｎ（例えば１００個）の蓄熱粒子Ｐについてそれぞれ得られた粒径Ｄ[μｍ]の合計値を、個数Ｎで除した平均値である。図９には、蓄熱材３０（図３参照）の各粒径[μｍ]における割合（全個数に対する各粒径の個数の比率）[％]がグラフで示されており、本実施形態では、一例として、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａが１２０[μｍ]となっている。

図２に示す反応器２０において、蓄熱材３０は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものである。即ち、反応器２０内において、蓄熱材３０は、以下に示す反応で放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）_２
この式に発熱量Ｑ、蓄熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
となる。なお、蓄熱材３０の１[ｋｇ]当たりの蓄熱容量は、一例として、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

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（図１参照）のサイクルが示されている。図４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。このサイクルでは、例えば、蓄熱材３０（図２参照）の温度が４１０[℃]で蓄熱された場合、水蒸気Ｗ（図２参照）は、５０[℃]が平衡温度となる。そして、化学蓄熱システム１０では、水蒸気Ｗは、蒸発凝縮器１２（図１参照）において冷媒流路１７（図１参照）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。

一方、ヒータ１８（図１参照）により加熱を行うことで、該ヒータ１８の温度に応じた蒸気圧の水蒸気Ｗが発生する。例えば、図４のサイクルにおいて、５[℃]で水蒸気Ｗを発生させる場合、蓄熱材３０は、３１５[℃]で放熱することが解る。このように、内部が真空脱気されている化学蓄熱システム１０では、５[℃]付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３１５[℃]もの高温を得ることができる。

（フィルタ）
次に、フィルタ４０について説明する。

図２の一点鎖線で囲んだ領域Ｃ内には、フィルタ４０を流路２３側から＋Ｙ方向に見た下面図が模式的に示されている。フィルタ４０は、１枚の板状に形成された単体の金属箔で構成されており、一例として、厚さ１００[μｍ]のステンレス箔が用いられている。そして、フィルタ４０には、Ｙ方向を中心軸方向として貫通した断面円形の複数の貫通孔４２が形成されている。なお、フィルタ４０のＸ方向の両端部及びＺ方向の両端部と、反応容器２２の内壁との間は、一例として、溶接によりシールされている。シールの他の例として、高温用接着材（アロンセラミック）を用いてもよい。

複数の貫通孔４２は、一例として、ステンレス箔にフォトレジスト法によりパターンを形成した後、エッチング溶液で溶解するエッチング加工で形成されている。また、複数の貫通孔４２は、一例として、Ｘ方向の配列のピッチとＺ方向の配列のピッチが共にＬである二次元配列となっている。そして、複数の貫通孔４２は、孔径ｄ[μｍ]（直径）が同じ大きさに揃えられている。複数の貫通孔４２の孔径ｄは、後述するように、蓄熱材３０を構成する蓄熱粒子Ｐ（図３参照）の平均粒子径Ｄａ[μｍ]の５倍以下で設定されており、ここでは一例として、孔径ｄが５００[μｍ]となっている。

なお、フィルタ４０の開孔率Ｋ[％]は、孔径ｄ、ピッチＬの丸孔並列配置であるものとして、Ｋ＝１００×π×（ｄ^２／４）／Ｌ^２で求められる。そして、フィルタ４０では、水蒸気Ｗの拡散が十分行われるようにするため、後述するように、開孔率Ｋが３０[％]以上となることが好ましい。これにより、複数の貫通孔４２のピッチＬは、開孔率Ｋが３０[％]以上となるように設定されている。

図５には、脱水反応時の反応開始時点から経過した時間に対する蓄熱材３０（図２参照）の温度[℃]上昇のグラフＧ１、Ｇ２が示されている。グラフＧ１は、フィルタの開孔率Ｋが４６[％]の場合であり、グラフＧ２は、フィルタの開孔率Ｋが２９[％]の場合である。また、図５には、グラフＧ１において開始時点から設定温度（例えば、３６０[℃]）に到達するまでの時間がｔ１で示され、グラフＧ２において開始時点から設定温度（例えば、３６０[℃]）に到達するまでの時間がｔ２で示されている。

グラフＧ１、Ｇ２から分かるように、開孔率Ｋが小さいほど、設定温度（例えば、３６０[℃]）までの温度上昇時間が長い（ｔ１＜ｔ２）。即ち、開孔率Ｋが小さいほど、反応速度が遅くなる。これは、開孔率Ｋが小さいことで水蒸気Ｗの拡散速度が低下するためと考えられる。なお、開孔率Ｋは、一例として、３０[％]以上であることが好ましい。

ここで、図１に示す反応器２０において、蓄熱材３０の蓄熱粒子Ｐ（図３参照）の平均粒子径Ｄａを１２０[μｍ]とし、フィルタ４０の貫通孔４２の孔径ｄを５４０、５８０、６００、６２０、６６０[μｍ]と変えて、水和反応時の蓄熱材３０の漏れ評価を行った。この蓄熱材３０の漏れ評価結果を貫通孔４２の開口面積と共に表１に示す。なお、蓄熱粒子Ｐの漏れとは、流路２３への蓄熱粒子Ｐの侵入を意味している。蓄熱材３０の漏れ評価は、水和反応後に反応容器２２内からフィルタ４０を取り外し、フィルタ４０の流路２３側を目視することで行った。また、漏れ評価は、目視で蓄熱粒子Ｐが明らかに確認されたものを×、蓄熱粒子Ｐがほとんど確認されなかったものを○とした。

表１に示すように、フィルタ４０の孔径ｄを蓄熱材３０の蓄熱粒子Ｐの平均粒子径Ｄａで除した比率（以後、比率Ｒという）が５．０よりも大きい場合は、漏れ評価結果がＮＧであり、比率Ｒが５．０以下の場合は、漏れ評価結果がＯＫとなることが分かった。このため、本実施形態では、既述のように、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａ＝１２０[μｍ]に対し、フィルタ４０の孔径ｄ＝５００[μｍ]としている。

（比較例）
次に、比較例について説明する。

比較例の反応器（図示省略）は、フィルタを除く他の構成が本実施形態の反応器２０と同様の構成となっており、比較例のフィルタに形成された貫通孔の孔径が６５０[μｍ]に設定されているものとする。このため、本実施形態と同様の部材については、本実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

比較例の反応器では、蓄熱材３０が水和反応により膨張したとき、この膨張が反応容器２２で拘束され、蓄熱材３０の一部（流路２３側）が蓄熱粒子Ｐとなる（粉体化する）。ここで、比較例の貫通孔の孔径が、蓄熱材３０の平均粒子径の５倍である６００[μｍ]よりも大きいので、蓄熱粒子Ｐは、貫通孔を通して流路２３内へ侵入することになる（表１参照）。そして、流路２３内に侵入した蓄熱粒子Ｐは、堆積して流路２３を塞ぎ、水蒸気Ｗ（図２参照）の流量を減少させることになる。

（作用）
次に、第１実施形態の作用について説明する。

（化学蓄熱システムの作用）
図６（Ａ）に示すように、第１実施形態の化学蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を放熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、蒸発凝縮器１２のヒータ１８により液相部１６Ｂの水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気Ｗが、水蒸気流路１４内を矢印−Ｘ方向に移動して、反応器２０内に供給される。

続いて、反応器２０内では、供給された水蒸気Ｗが流路２３内を流れる。そして、流路２３内の水蒸気Ｗが各フィルタ４０を通過して各蓄熱材３０と接触することにより、各蓄熱材３０は、水和反応を生じつつ放熱する。

続いて、各蓄熱材３０において水和反応により生じた熱は、反応容器２２を介して熱媒流路２４、２５へ伝導し、熱媒流路２４、２５内を流れる熱媒（図示省略）によって加熱対象に輸送される。このようにして、反応器２０に蓄熱された熱の放熱が行われる。

一方、図６（Ｂ）に示すように、化学蓄熱システム１０において反応器２０の各蓄熱材３０に蓄熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、熱媒流路２４、２５内に熱源（図示省略）によって加熱された熱媒（図示省略）を流通させる。この熱媒によって加熱されることで、各蓄熱材３０の脱水反応に要した熱が各蓄熱材３０に蓄熱される。

このとき、各蓄熱材３０から脱水された水蒸気Ｗは、各フィルタ４０を通り、流路２３及び水蒸気流路１４を流れ、蒸発凝縮器１２内に導入される。そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、冷媒流路１７を流通する冷媒によって水蒸気Ｗが冷却され、凝縮された水が貯留容器１６の液相部１６Ｂに貯留される。このようにして、反応器２０における蓄熱が行われる。

ここで、化学蓄熱システム１０では、後述するフィルタ４０の作用により、水蒸気Ｗの流路２３内への蓄熱材３０（蓄熱粒子Ｐ）の侵入が抑制されることで、流路２３が狭くなることが抑制される。これにより、化学蓄熱システム１０では、蓄熱材３０に供給される水蒸気Ｗの量及び蒸発凝縮器１２に供給される水蒸気Ｗの量の低下が抑制されるので、反応器２０における蓄熱材３０の反応性の低下を抑制することができる。

（フィルタの作用）
図２に示すように、第１実施形態の反応器２０では、フィルタ４０の貫通孔４２の孔径ｄが、蓄熱材３０の平均粒子径に対して５倍以下に設定されている。即ち、反応器２０では、貫通孔４２の開口面積が、蓄熱粒子Ｐ（図３参照）の平均粒子径Ｄａ（図示省略）の５倍の孔径の孔の開口面積以下に設定されている。このため、反応器２０では、蓄熱材３０の水和反応による膨張で蓄熱材３０の一部が崩れて蓄熱粒子Ｐとなっても、貫通孔４２を通過する蓄熱粒子Ｐの数が既述の比較例に比べて減るので、流路２３内への蓄熱粒子Ｐの侵入を抑制することができる（表１参照）。

また、第１実施形態の反応器２０では、フィルタ４０が単一の金属箔（ステンレス箔）で構成されているので、フィルタ４０に局所的な応力集中が生じにくく、経時で貫通孔４２が変形しにくい（孔径が大きくなりにくい）。これにより、反応器２０では、繊維の集合体のような変形しやすいフィルタを用いる構成に比べて、流路２３内への蓄熱粒子Ｐの侵入を抑制することができる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部材には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２実施形態の化学蓄熱反応器の一例としての反応器５０は、第１実施形態の反応器２０（図２参照）において、フィルタ４０（図２参照）に換えてフィルタ６０が設けられた構成となっている。即ち、第２実施形態の反応器５０は、フィルタ６０を除く他の構成が第１実施形態の反応器２０（図２参照）と同様の構成となっている。

フィルタ６０は、流路２３側に配置された一の板状体の一例としての板状の第１フィルタ６２と、蓄熱材３０側に配置された他の板状体の一例としての板状の第２フィルタ６４とを有している。そして、フィルタ６０は、第１フィルタ６２と第２フィルタ６４とが、後述する第１貫通孔６２Ａの孔縁と第２貫通孔６４Ａの孔縁とがずれるように厚み方向に重ねられている。

第１フィルタ６２は、一例として、厚さ１００[μｍ]のステンレス箔で構成されており、第１フィルタ６２には、Ｙ方向を中心軸方向として貫通した断面円形の複数の第１貫通孔６２Ａが形成されている。なお、第１フィルタ６２のＸ方向の両端部及びＺ方向の両端部と、反応容器２２（図２参照）の内壁との間は、一例として、溶接によりシールされている。シールの他の例として、高温用接着材（アロンセラミック）を用いてもよい。また、複数の第１貫通孔６２Ａは、一例として、既述のエッチング加工で形成されている。

第２フィルタ６４は、一例として、厚さ３００[μｍ]のステンレス箔で構成されており、第２フィルタ６４には、Ｙ方向を中心軸方向として貫通した断面円形の複数の第２貫通孔６４Ａが形成されている。なお、第２フィルタ６４のＸ方向の両端部及びＺ方向の両端部と、反応容器２２（図２参照）の内壁との間は、一例として、溶接によりシールされている。シールの他の例として、高温用接着材（アロンセラミック）を用いてもよい。また、複数の第２貫通孔６４Ａは、一例として、既述のエッチング加工で形成されている。

複数の第１貫通孔６２Ａの孔径ｄ１は、複数の第２貫通孔６４Ａの孔径ｄ２よりも小さくなっている。また、複数の第１貫通孔６２Ａのピッチは、複数の第２貫通孔６４Ａのピッチよりも小さくなっている。そして、フィルタ６０は、既述のように、第１貫通孔６２Ａの孔縁と第２貫通孔６４Ａの孔縁とがＸ方向にずれることで、Ｙ方向に見て、開口面積が異なる複数の貫通孔６６（一例として、符号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄ、６６Ｅで示す）が形成されている。

貫通孔６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄ、６６Ｅは、いずれも紡錘形に近い形状であり、一例として、貫通孔６６Ａの開口面積が一番大きく、２．８×１０^５[μｍ^２]となっている。なお、各貫通孔６６の開口面積を求める方法は、一例として、貫通孔６６を第１貫通孔６２Ａ側と第２貫通孔６４Ａ側とに分割してそれぞれ開口面積を求め、これらを合計する方法がある。

ここで、貫通孔６６Ａの開口面積は、第１実施形態の貫通孔４２（図２参照）の開口面積と同程度の大きさとなっている。即ち、フィルタ６０において、最も大きい開口面積は、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａ[μｍ]の５倍に相当する孔径の貫通孔の開口面積とほぼ同じである。また、フィルタ６０の開口率Ｋは、一例として３０[％]に設定してある。

（作用）
次に、第２実施形態の作用について説明する。

表２には、フィルタ６０の複数の貫通孔６６の開口面積のうち、最も大きい開口面積の貫通孔６６Ａについて、開口面積の値を変化させたときの水和反応時の蓄熱材３０の漏れ評価結果が示されている。なお、蓄熱材３０の漏れ評価方法は、第１実施形態と同様の方法であるため、説明を省略する。

表２に示すように、貫通孔６６の開口面積が２．８×１０^５[μｍ^２]よりも大きい場合は、漏れ評価結果がＮＧであり、貫通孔６６の開口面積が２．８×１０^５[μｍ^２]以下の場合は、漏れ評価結果がＯＫとなることが分かった。

このように、第２実施形態の反応器５０では、フィルタ６０の最大の開口面積となる貫通孔６６Ａの開口面積が、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａに対して５倍となる孔径の貫通孔の開口面積とほぼ同じに設定されている。このため、反応器５０では、蓄熱材３０の水和反応による膨張で蓄熱材３０の一部が崩れて蓄熱粒子Ｐとなっても、既述の比較例に比べて、流路２３内への蓄熱材３０（蓄熱粒子Ｐ）の侵入を抑制することができる。

また、第２実施形態の反応器５０では、第１フィルタ６２及び第２フィルタ６４が、それぞれ単一の金属箔（ステンレス箔）で構成されているので、フィルタ６０に局所的な応力集中が生じにくく、経時で貫通孔６６が変形しにくい（孔径が大きくなりにくい）。これにより、反応器５０では、繊維の集合体のような変形しやすいフィルタを用いる構成に比べて、流路２３内への蓄熱粒子Ｐの侵入を抑制することができる。

さらに、第２実施形態の反応器５０では、第１貫通孔６２Ａの孔縁と第２貫通孔６４Ａの孔縁とがずれるように第１フィルタ６２と第２フィルタ６４とを重ねることで、第１貫通孔６２Ａ及び第２貫通孔６４Ａの孔径よりも小さい孔径の貫通孔６６が形成される。これにより、反応器５０では、単一のフィルタに形成可能な貫通孔の孔径に製造上の下限がある場合でも、水蒸気Ｗの流路２３内への蓄熱材３０の侵入を抑制することができる。

[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部材には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。

図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第３実施形態の反応器７０は、第１実施形態の反応器２０（図２参照）において、フィルタ４０（図２参照）に換えてフィルタ８０が設けられた構成となっている。即ち、第３実施形態の反応器７０は、フィルタ８０を除く他の構成が第１実施形態の反応器２０（図２参照）と同様の構成となっている。

フィルタ８０は、流路２３側に配置された一の板状体の一例としての板状の第１フィルタ８２と、蓄熱材３０側に配置された他の板状体の一例としての板状の第２フィルタ８４とを有している。そして、フィルタ８０は、第１フィルタ８２と第２フィルタ８４とが、後述する第１貫通孔８２Ａの孔縁と第２貫通孔８４Ａの孔縁とがずれるように厚み方向に重ねられている。

第１フィルタ８２は、一例として、厚さ１００[μｍ]のステンレス箔で構成されている。そして、第１フィルタ８２には、Ｘ方向を長手方向としてＹ方向に貫通しＺ方向に間隔をあけて配置された長孔状の複数の第１貫通孔８２Ａが形成されている。なお、第１フィルタ８２のＸ方向の両端部及びＺ方向の両端部と、反応容器２２（図２参照）の内壁との間は、一例として、溶接によりシールされている。シールの他の例として、高温用接着材（アロンセラミック）を用いてもよい。また、複数の第１貫通孔８２Ａは、一例として、既述のエッチング加工で形成されている。

第２フィルタ８４は、一例として、厚さ１５０[μｍ]のステンレス箔で構成されている。そして、第２フィルタ８４には、Ｚ方向を長手方向としてＹ方向に貫通しＸ方向に間隔をあけて配置された楕円形の複数の第２貫通孔８４Ａが形成されている。なお、第２フィルタ８４のＸ方向の両端部及びＺ方向の両端部と、反応容器２２（図２参照）の内壁との間は、一例として、溶接によりシールされている。シールの他の例として、高温用接着材（アロンセラミック）を用いてもよい。また、複数の第２貫通孔８４Ａは、一例として、既述のエッチング加工で形成されている。

複数の第１貫通孔８２Ａと複数の第２貫通孔８４Ａとは、Ｙ方向に見て格子状に配置されている。そして、フィルタ８０には、複数の第１貫通孔８２Ａと複数の第２貫通孔８４Ａとが一部で重なることで、開口面積が異なる複数の貫通孔８６（一例として、符号８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、８６Ｉで示す）が形成されている。

貫通孔８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃ、８６Ｄ、８６Ｅ、８６Ｆ、８６Ｇ、８６Ｈ、８６Ｉは、異なる開口形状であり、一例として、貫通孔８６Ｂ、８６Ｅ、８６Ｈの開口面積が一番大きく、２．８×１０^５[μｍ^２]となっている。なお、貫通孔８６Ｂ、８６Ｅ、８６Ｈの開口面積は、第１実施形態の貫通孔４２（図２参照）の開口面積と同程度の大きさとなっている。即ち、フィルタ８０において、最も大きい開口面積は、蓄熱材３０の平均粒子径Ｄａ[μｍ]の５倍に相当する孔径の貫通孔の面積とほぼ同じとなっている。また、フィルタ８０の開口率は、一例として、３０[％]に設定してある。

（作用）
次に、第３実施形態の作用について説明する。

表３には、フィルタ８０の複数の貫通孔８６の開口面積のうち、最も大きい開口面積の貫通孔８６Ｂ、８６Ｅ、８６Ｈについて、開口面積の値を変化させたときの水和反応時の蓄熱材３０の漏れ評価結果が示されている。なお、蓄熱材３０の漏れ評価は、第１実施形態と同様の方法であるため、説明を省略する。

表３に示すように、貫通孔８６の開口面積が２．８×１０^５[μｍ^２]よりも大きい場合は、漏れ評価結果がＮＧであり、貫通孔８６の開口面積が２．８×１０^５[μｍ^２]以下の場合は、漏れ評価結果がＯＫとなることが分かった。

このように、第３実施形態の反応器７０では、フィルタ８０の最大の開口面積となる貫通孔８６Ｂ、８６Ｅ、８６Ｈの開口面積が、蓄熱材３０の平均粒子径に対して５倍となる孔径の貫通孔の開口面積とほぼ同じに設定されている。このため、反応器７０では、蓄熱材３０の水和反応による膨張で蓄熱材３０の一部が崩れて蓄熱粒子Ｐとなっても、貫通孔８６を通過する蓄熱粒子Ｐの数が既述の比較例に比べて減るので、流路２３内への蓄熱材３０の侵入を抑制することができる。

また、第３実施形態の反応器７０では、第１フィルタ８２及び第２フィルタ８４が、それぞれ単一の金属箔（ステンレス箔）で構成されているので、フィルタ８０に局所的な応力集中が生じにくく、経時で貫通孔８６が変形しにくい（孔径が大きくなりにくい）。これにより、反応器７０では、繊維の集合体のような変形しやすいフィルタを用いる構成に比べて、流路２３内への蓄熱粒子Ｐの侵入を抑制することができる。

さらに、第３実施形態の反応器７０では、第１貫通孔８２Ａの孔縁と第２貫通孔８４Ａの孔縁とがずれるように第１フィルタ８２と第２フィルタ８４とを重ねることで、第１貫通孔８２Ａ及び第２貫通孔８４Ａの孔径よりも小さい孔径の貫通孔８６が形成される。これにより、反応器７０では、単一のフィルタに形成可能な貫通孔の孔径に製造上の下限がある場合でも、水蒸気Ｗの流路２３内への蓄熱材３０の侵入を抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

反応器２０は、反応容器２２における水蒸気の流れる方向（矢印Ｘ方向）と、熱媒流路２４、２５の熱媒が流れる方向とが、側面視で直交する配置となっていてもよい。また、ヒータ１８に換えて、熱媒が流れる熱媒流路を液相部１６Ｂに配置して水蒸気を発生させるようにしてもよい。さらに、蓄熱材３０に隣接してヒータ又は熱媒流路を配置し、蓄熱材３０を加熱して脱水反応を生じさせるようにしてもよい。

蓄熱材３０の一例として酸化カルシウムを用いたが、水和、脱水による放熱、蓄熱を行う他の化学蓄熱材（例えば、アルカリ土類金属の酸化物）を用いてもよい。さらに、蓄熱材３０として成形体を用いた例を示したが、これに限定されず、例えば、粒状に形成された蓄熱材を反応容器２２内に充填することで反応器２０を構成しても良い。

蓄熱材３０の他の例として、例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）_２）及びその水和物（Ｂａ（ＯＨ）_２・Ｈ_２Ｏ）などのアルカリ土類金属の無機水酸化物や、水酸化リチウム一水和物（ＬｉＯＨ・Ｈ_２Ｏ）などのアルカリ金属の無機水酸化物、酸化アルミニウム三水和物（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ）などの無機酸化物などを挙げることができる。中でも、脱水反応に伴って吸熱し、水和反応に伴なって放熱する水和反応性蓄熱材が好ましく、特に水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）が好ましい。

フィルタに貫通孔を形成する加工方法は、エッチング加工に限らず、精密プレス加工を用いてもよい。また、他の加工方法として、ドリルで孔をあける機械加工や、レーザ光照射によるレーザ加工を用いてもよい。さらに、フィルタに形成される貫通孔の形状は、流路２３側と蓄熱材３０側の孔径が異なっていてもよい（貫通孔の孔縁の縦断面形状がテーパ状となっていてもよい）。

フィルタ６０、８０は、２つのフィルタを重ねていたが、重ねる数は２つに限らず、３つ以上のフィルタをＹ方向で重ねていてもよい。この構成においても、最大の開口面積となる貫通孔（流路２３側）に着目して開口面積を設定すればよい。また、反応容器２２は、流路２３を内包するものに限らず、流路２３とは別体として、流路２３に隣接して配置されるものであってもよい。

１０ 化学蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器（蒸発部の一例）
２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器（容器の一例）
２３ 流路
３０ 蓄熱材
４０ フィルタ
４２ 貫通孔
５０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
６２ 第１フィルタ（一の板状体の一例）
６２Ａ 第１貫通孔
６４ 第２フィルタ（他の板状体の一例）
６４Ａ 第２貫通孔
６６ 貫通孔
７０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
８２ 第１フィルタ（一の板状体の一例）
８２Ａ 第１貫通孔
８４ 第２フィルタ（他の板状体の一例）
８４Ａ 第２貫通孔
８６ 貫通孔
Ｐ 蓄熱粒子
Ｗ 水蒸気

Claims (3)

1. 水蒸気の流路に隣接するように容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する蓄熱粒子の集合体を含む蓄熱材と、
   前記流路と前記蓄熱材との間に配置され、前記蓄熱粒子の平均粒子径の５倍の孔径の孔の開口面積以下の開口面積を有する貫通孔が形成された板状体であり、前記流路内への前記蓄熱粒子の侵入を規制すると共に前記流路と前記蓄熱材との間での水蒸気の移動を許容するフィルタと、
   を有する化学蓄熱反応器。
2. 第１貫通孔が形成された一の板状体と第２貫通孔が形成された他の板状体とが、該第１貫通孔の孔縁と該第２貫通孔の孔縁とがずれるように厚み方向に重ねられて前記フィルタが構成されている請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の化学蓄熱反応器と、
   前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、
   を有する化学蓄熱システム。