JP2014224668A - 反応材成形体及び蓄放熱ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】蓄放熱ユニットと伝熱面との熱交換性能に優れ、劣化時の交換が容易な反応材成形体を提供すること。【解決手段】反応媒体と可逆的に反応して蓄熱又は放熱する反応材を成形した反応材成形体であって、前記反応材成形体は、少なくとも第１の表面から、前記第１の表面とは反対側の面である第２の表面へと伸長する、複数の伝熱促進材を有し、前記複数の伝熱促進材の少なくとも一部は、所定の方向に整列している、反応材成形体。【選択図】図１

Description

本発明は、反応材成形体及び蓄放熱ユニットに関する。

近年、省エネルギーなどの観点から、ケミカルヒートポンプや吸着式冷凍装置を始めとする、廃熱などの熱源を回収して利用するための熱回収システムが注目されている。

熱回収システムは、一般的に、反応媒体と、この反応媒体と可逆的に反応する蓄熱材（以後、反応材と称する）との間で熱を交換する蓄放熱ユニットと、反応媒体を蒸発させる
蒸発器と、反応媒体を凝縮させる凝縮器とが、開閉機構を介して接続される。また、蓄熱放熱ユニットは、一般的に、熱媒体が移動する熱媒流路と、該熱媒流路と熱的に接続され、反応材を収納する反応材収納部とを有して構成される。

熱回収システムを使用して効率的に熱を回収するためには、反応材と、熱媒流路と熱的に接続された伝熱面と、が常に密着していることが好ましい。そのため、特許文献１には、反応材と伝熱面との間の伝熱特性を向上させるために、バインダを使用して吸着剤(本実施形態に係る反応材に相当)を伝熱面に固着させる技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の方法では、反応材が経時劣化して交換する際に、蓄放熱ユニット毎交換する必要があるため、ランニングコストが高くなるという問題点を有していた。

また、特許文献１の方法では、吸着剤層内部の伝熱特性を向上させるために、伝熱促進材としてグラファイトを混合させている。しかしながら、特許文献１に記載された混合方法では、高い伝熱特性を得るためには、多量の伝熱促進材を混合させる必要がある。伝熱促進材の混合比率が大きくなると、吸着剤の充填比率が下がり、また、伝熱促進材の顕熱分の熱ロスを増大させる。その結果、蓄放熱ユニットへの熱入力に対する出力の性能指標の１つであるＣＯＰ（Coefficient of performance）が低下する。そのため、少ない伝熱促進材の混合量でも所定の伝熱方向に対して大きな熱伝導率が得られ、かつ、蓄放熱ユニットの伝熱面との間の熱交換性能に優れた反応材（ユニット）の開発が求められている。

上記課題に対して、蓄放熱ユニットの伝熱面との熱交換性能に優れ、劣化時の交換が容易な反応材成形体を提供することを目的とする。

反応媒体と可逆的に反応して蓄熱又は放熱する反応材を成形した反応材成形体であって、
前記反応材成形体は、少なくとも第１の表面から、前記第１の表面とは反対側の面である第２の表面へと伸長する、複数の伝熱促進材を有し、
前記複数の伝熱促進材の少なくとも一部は、所定の方向に整列している、
反応材成形体が提供される。

本発明によれば、蓄放熱ユニットと伝熱面との熱交換性能に優れ、劣化時の交換が容易な反応材成形体を提供できる。

本実施形態に係る蓄放熱ユニットの一例の概略構成図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの他の例の概略構成図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの他の例の概略構成図である。 本実施形態に係る反応材成形体の一例の概略斜視図である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の一例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る伝熱促進材の効果の一例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る反応材成形体を製造する製造装置の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る反応材成形体を製造する製造装置の動作例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の一例である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る反応媒体流通路の配置形態の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図である。

以下、図を参照して、本実施形態を説明する。

（蓄放熱ユニット）
本実施形態の反応材成形体を使用可能な蓄放熱ユニットの構成例について説明する。本実施形態の反応材成形体は、限定されないが、例えばプレート型蓄放熱ユニット、フィンチューブ型蓄放熱ユニット等に適用することができる。先ず、図１及び図２を参照してプレート型蓄放熱ユニットの構成例について説明し、続いて、図３を参照してフィンチューブ型蓄放熱ユニットの構成例について説明する。

図１に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの一例の概略構成図を示す。

本実施形態に係る蓄放熱ユニット１００ａは、熱媒体が移動する熱媒流路１１０と、熱媒流路１１０と熱的に接続される反応材収納部１２０とを有する。一般的に、１つの蓄放熱ユニットに対して、熱媒流路１１０及び反応材収納部１２０は、複数箇所設けられる。

反応材収納部１２０には、後述する反応材成形体１３０（単に反応材と呼ぶことがある）と、反応材成形体１３０を反応材収納部１２０の壁部である伝熱面１４０へと押し当てる反応材押圧手段１５０とが配置される。図１の例では、１対（２つ）の反応材成形体１３０を、反応材収納部１２０へと収納すると共に、この２つの反応材成形体の間に反応材押圧手段１５０が配置され、両側の反応材成形体１３０が伝熱面１４０へと押し当てられる。

また、図２に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの他の例の概略構成図を示す。図２の蓄放熱ユニット１００ｂは、図１の蓄放熱ユニット１００ａと同様に、プレート型蓄放熱ユニットである。蓄放熱ユニット１００ｂは、熱媒体流路１１０が、図１の蓄放熱ユニット１００ａに対して９０度回転した構成を有する以外は、図１の蓄放熱ユニット１００ａと同様の構成を有する。本実施形態の反応材成形体は、図２の蓄放熱ユニット１００ｂにも、好適に使用することができる。

さらに、図３に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの他の例の概略構成図を示す。図３の蓄放熱ユニット１００ｃは、フィンチューブ型蓄放熱ユニットであり、蓄放熱ユニット１００ａ、１００ｂと同様に、熱媒体が移動する熱媒流路１１０と、熱媒流路１１０と熱的に接続される反応材収納部１２０とを有する。

反応材収納部１２０には、反応材成形体１３０と、反応材成形体を伝熱フィンである伝熱面１４０へと押し当てる反応材押圧手段１５０とが配置される。

即ち、本実施形態の反応材成形体１３０は、反応材押圧手段１５０により伝熱面１４０へと押圧固定する形態の蓄放熱ユニットであれば、どのような形態の蓄放熱ユニットにも使用可能である。

なお、図１乃至図３の蓄放熱ユニット１００ａ〜１００ｃでは、主要部のみを簡略化して示したものであり、蓄放熱ユニット１００ａ〜１００ｃは、その他の構成を有していても良い。その他の構成としては、複数の熱媒流路１１０が集約され、熱媒体が出入りする配管、反応材成形体１３０と反応する反応媒体を導く流路等が挙げられる。

（反応材成形体）
次に、本実施形態に係る反応材成形体１３０の構成例について、説明する。

本実施形態において、反応材は、例えばブロック状又は平板状に予め成形された、反応材成形体１３０を使用する。反応材成形体１３０の成形方法としては、特に限定されず、例えば、公知のバインダを用いて所望の形状に成形する方法が挙げられる。

反応材の材料としては、反応媒体との吸脱着を可逆的に行うことができ、吸脱着の過程で固体又はゲルの形態である反応材であれば、特に限定されない。

反応媒体としては、例えば、水、アンモニア、メタノールなどを使用することができる。反応媒体として水を用いる場合、反応材としては、例えば、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを使用することができるが、本発明はこれに限定されない。反応媒体としてアンモニアを用いる場合、反応材としては、例えば、塩化マンガン、塩化マグネシウム、塩化ニッケル、塩化バリウム、塩化カルシウムなどを使用することができる。反応媒体としてメタノールを使用する場合、反応材としては、例えば、塩化マグネシウムなどが挙げられる。これらの反応材は１種類を単独で使用しても良く、２種類以上を混合して使用しても良い。

反応材は、熱伝導性を高めるために、高熱伝導性材料を混合して使用しても良い。高熱伝導性材料としては、例えば粒状の膨張黒鉛、金属粉などが挙げられる。

また、上述した反応材の中には、潮解性を有する物質が含まれるが、このような反応材であっても、膨張黒鉛等と混合して含浸処理することで、蓄熱及び放熱の過程で固定の形態となるものであれば、使用することができる。

また、本実施形態に係る反応材成形体１３０は、少なくとも内部に、後述する複数の伝熱促進材１３５を有する。反応材成形体１３０における、伝熱促進材１３５の配置形態について、図を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図４に、本実施形態に係る反応材成形体の一例の概略斜視図を示す。また、図５に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の一例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図５は、図４で示された伝熱促進材を通る、Ｘ−Ｚ断面図の一例である。

図５に示されるように、本実施形態の反応材成形体１３０ａは、複数の伝熱促進材１３５ａを有する。この際、伝熱促進材１３５ａは、反応材成形体１３０ａの第１の表面１６０から、この第１の表面１６０とは反対側の面である第２の表面１７０へと伸びて形成される。

また、複数の伝熱促進材１３５ａは、第１の表面１６０から第２の表面１７０へと伸びると共に、少なくとも一部の伝熱促進材１３５ａ（図５の例では、全ての伝熱促進材）が、所定の方向に整列して配置されている。なお、本実施形態の反応材成形体１３０ａを使用する場合、伝熱促進材１３５ａの端部に対応する、第１の表面１６０又は第２の表面１７０のいずれか一方の表面と、蓄放熱ユニット１００の伝熱面１４０とで熱の授受を行うように、反応材成形体１３０ａを配置する。

複数の伝熱促進材１３５ａのうちの少なくとも一部の伝熱促進材を所定の方向に整列して配置することにより、反応材成形体１３０ａ内に、その配列方向の伝熱経路を形成することができる。そのため、伝熱促進材１３５ａを含む反応材成形体１３０ａの所定の伝熱方向の熱伝導率を向上させることができる。ここでの「所定の伝熱方向」とは、反応材成形体１３０ａを蓄放熱ユニットに収納した際に、蓄放熱ユニットの伝熱面に対して略垂直となる方向、即ち、反応材成形体の放熱出力又は蓄熱入力を伝播する方向を意味する。

伝熱促進材１３５ａの材料としては、反応材成形体１３０ａの伝熱方向の寸法に対して、伝熱経路を形成するのに十分な長さを有するように加工可能であり、優れた熱伝導率を有する材料であれば、特に制限はない。具体例としては、カーボン、銅、アルミ等の金属材料を使用することができる。

伝熱促進材１３５ａの配置例として、例えば、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍの硫酸カルシウムの反応材成形体１３０ａに、伝熱促進材１３５ａを形成する場合について説明する。この場合、反応材成形体１３０ａの厚さ方向（図４等のＺ方向）に対して、伝熱促進材１３５ａとして重量に基づく混合比で２質量％のカーボンファイバーを分散させる。そして、反応材成形体１３０ａの表面であって、幅方向と長さ方向と（Ｘ方向及びＹ方向）で構成される面を、蓄放熱ユニット１００との伝熱面として使用することができる。なお、伝熱促進材１３５ａの形成形態は、反応材成形体１３０ａの材料、大きさ等に応じて、当業者が適宜変更することができる。

図６に、本実施形態に係る伝熱促進材の効果を説明するための概略図を示す。図６において、横軸は、反応材成形体に対する伝熱促進材の混合比（質量％）であり、縦軸は、反応材成形体の所定の伝熱方向の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。また、図６における丸印は、伝熱促進材を含まない（伝熱促進材の混合比が０質量％）反応材成形体の例である。三角印は、伝熱促進材を含むが、各々の伝熱促進材が所定の方向に整列していない反応材成形体の例である。矩形印は、伝熱促進材を含み、かつ、各々の伝熱促進材の少なくとも一部が所定の方向に整列している反応材成形体の例である。なお、反応材成形体としては、硫酸カルシウムを使用し、伝熱促進材としては、カーボンファイバーを使用した。

図６の点線で仮想的に示されるように、複数の伝熱促進材を所定の方向に整列させない場合であっても、伝熱促進材の混合比を高くすることにより、反応材成形体の所定の伝熱方向の熱伝導率が向上する。しかしながら、含有する伝熱促進材の少なくとも一部を、所定の方向に整列させることで、反応材成形体の所定の伝熱方向の熱伝導率が大幅に向上することがわかる。本実施形態では、伝熱促進材の少なくとも一部を、所定の方向に整列させることで、整列させない反応材成形体に対して、約５倍の熱伝導率が得られた。より具体的には、伝熱促進材の混合比が２質量％前後と、少量の伝熱促進材を混合した場合であっても、本実施形態に係る反応材成形体の所定の伝熱方向の熱伝導率は、約２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と非常に高い値であった。つまり、本実施形態に係る反応材成形体は、伝熱促進材の混合比が小さい（即ち反応材の充填比率が大きい）一方で、高い伝熱特性を有する。そのため、従来の反応材の充填比率に低下に伴う伝熱促進材の顕熱分の熱ロスを低減することができ、かつ、ＣＯＰの低下を抑制することができる。

伝熱促進材１３５ａは、反応材成形体１３０ａの第１の表面１６０から第２の表面１７０へと伸びる長さを有していれば、その形状は特に限定されず、例えば、針状、紐状又は薄片短冊状とすることができる。

複数の伝熱促進材１３５ａは、その全てが所定の方向に整列されていることが望ましいが、複数の伝熱促進材１３５ａの少なくとも一部の伝熱促進材のみが、所定の方向に整列されていても良い。図７に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。図７に示されるように、複数の伝熱促進材１３５ａの少なくとも一部の伝熱促進材のみが、所定の方向に整列されていても良い。

また、図７に示されるように、伝熱促進材１３５ａのうちの一部は、反応材成形体１３０ａ内に内包されていても良い。

反応材成形体の第１の表面１６０及び第２の表面１７０における、伝熱促進材１３５ａの面積占有率は、熱交換性能の観点からは、より大きい方が好ましい。伝熱促進材１３５ａの面積占有率を高くする方法としては、例えば、伝熱促進材１３５ａの数を増やす方法や、伝熱促進材１３５ａの断面積を大きくする方法などが挙げられる。

（反応材成形体の製造装置）
次に、本実施形態に係る反応材成形体を製造可能である製造装置の一例について、図を参照して説明する。図８に、本実施形態に係る反応材成形体を製造する製造装置の例を説明するための概略図を示す。

本実施形態に係る反応材成形体１３０の伝熱促進材１３５ａの整列構造は、図８に示すような反応材含浸伝熱促進材束積層ユニット２５０（以下、単に製造装置２５０と呼ぶ）を使用して製造することができる。一例として、図６の矩形印で示した伝熱特性を有する、本実施形態に係る反応材成形体１３０を製造した、製造装置２５０の構成例について、下記に説明する。

本実施形態に係る製造装置２５０は、流動状の反応材である流動状反応材２０１を後述する反応材含浸槽２３０へと供給する反応材供給部２１０と、複数の伝熱促進材を整列させて帯状に形成した帯状伝熱促進材束２０２を巻いた帯状伝熱促進材束供給源２２０と、反応材供給部２１０から供給された流動状反応材２０１が充填される反応材含浸槽２３０とを有する。

また、本実施形態に係る製造装置２５０は、帯状伝熱促進材供給源２２０から帯状伝熱促進剤束２０２を繰り出す帯状伝熱促進材繰り出しローラ２２１と、この帯状伝熱促進材繰り出しローラ２２１から送り出された帯状電熱促進材束を反応材含浸槽２３０へと導入する伝熱促進材導入ローラ２３１とを有する。

さらに、本実施形態に係る製造装置２５０の反応材含浸槽２３０は、下部に反応材含浸伝熱促進材束２０３が吐出される反応材含浸伝熱促進材束導出口２３２を有する。そして、この反応材含浸伝熱促進材束導出口２３２の下部には、反応材含浸伝熱促進材束２０３を切断する反応材含浸伝熱促進材束切断機構２３３が配置される。

反応材含浸伝熱促進材束切断機構２３３の下部には、押付けローラ２４０と、この押付けローラ２４０の回転方向前後に配置された往路・復路ステージ２４１、２４２と、往復により伝熱促進材整列積層反応材２０４が形成される積層ステージ２４３とが設けられる。

次に、上述した本実施形態に係る製造装置２５０の動作例について、図９を参照して説明する。図９に、本実施形態に係る反応材成形体を製造する製造装置の動作例を説明するための概略図を示す。

図９（ａ）に示すように、帯状伝熱促進材繰り出しローラ２２１より繰り出された帯状伝熱促進材束２０２は、帯状伝熱促進材束導入ローラ２３１を経て反応材含浸槽２３０に導入される。これにより、帯状伝熱促進材束２０２は、流動状反応材２０１を含浸する。流動状反応材２０１を含浸した反応材含浸伝熱促進材束２０３は、反応材含浸伝熱促進材束導出口２３２を通過し、例えば反時計回りに回転する押付けローラ２４０及び往路ステージ２４１で押付けられながら、例えば右方向に移動する積層ステージ２４３上に積層される。

次に、積層が進み、積層ステージ２４３の端部に達したら、図９（ｂ）に示すように、反応材含浸伝熱促進材束切断機構２３３によって、反応材含浸漬伝熱促進材束切断端２３４（以後、切断端２３４と呼ぶ）が、伝熱促進材整列積層反応材２０４の端部２４４と略同位置にくる長さで切断し、積層を続ける。

次に、図９（ｃ）に示すように、積層ステージ２４３の移動によって、押付けローラ２４０の位置が端部２４４を超えた後に、押付ローラ２４０の回転を逆回転（図９中時計回り）させる。さらに、積層ステージ２４３の移動によって往路ステージ２４２の位置が端部２４４を超えた後に、積層ステージ２４３の高さを、反応材含浸伝熱材束の積層一層分下方に移動させ、更に積層ステージ２４３の移動方向を逆方向（図９中左方向）に移動させる。

最後に、図９（ｄ）に示すように、端部２４４と切断端２３４とが、水平方向で略同一位置となるように、押付けローラ２４０の回転数及び／又は反応材含浸伝熱促進材束２０３の導入速度を調整し、復路の積層を開始する。

上述の工程を繰り返すことにより、伝熱促進材整列積層反応材２０４を得る。得られた伝熱促進材整列反応材２０４は、乾燥、焼成等の硬化処理が施され、使用される蓄放熱ユニット１００の反応材収納部１２０の形状、大きさに応じて成形され、本実施形態に係る反応材成形体を得る。より具体的には、蓄放熱ユニット１００の伝熱面１４０に対して、伝熱促進材２２２の長軸方向が垂直となるように、伝熱促進材整列反応材２０４を切断する。なお、伝熱促進材２２２を反応材成形体１３０の表面に露出させる場合には、硬化した反応材を溶解する溶剤を用いる、又はブラッシングによる表面の反応材を除去する。これにより、蓄放熱ユニット１００の伝熱面１４０における、伝熱促進材２２２の接触を確保できると共に、反応媒体の通気流路を確保することができる。

本実施形態の反応材成形体１３０ａを、蓄放熱ユニット１００ａに適用する場合の、配置例について説明する。

図１０に、本実施形態の蓄放熱ユニット１００ａの反応材収納部１２０周辺の拡大概略図の一例を示す。前述したように、本実施形態では、１対（２つ）の反応材成形体１３０ａを、反応材収納部１２０へと収納すると共に、反応材押圧手段１５０により、反応材成形体１３０ａが伝熱面１４０へと押し当てられる。

反応材押圧手段１５０としては、反応材成形体１３０ａを伝熱面１４０へと押し当てることができれば、特に制限されない。例えば、内圧と外圧との圧力差で膨張収縮可能な密閉中空体や、波状に加工したバネ部材等を使用することができる。図１に示した実施形態では、反応材押圧手段１５０として、密閉中空体（密閉型中空体、中空構造体）を使用した。

本実施形態において、「密閉中空体」とは、蓄放熱ユニットが通常使用される圧力範囲内で膨張及び収縮の変形が可能である。密閉中空体は、真空中に配置された場合、膨張して、密閉中空体が反応材成形体１３０ａを伝熱面１４０へと押し当て固定することができる。また、大気中に配置された場合、収縮して押し当てる力が解除され、例えば反応材成形体１３０ａを交換することができる。

密閉中空体の反応材押圧手段１５０は、例えば金属箔等の材料を用いて作成することができる。金属箔を用いて密閉中空体を製造した場合、密閉中空体の熱容量が小さく、反応媒体と反応することによって発生した熱を効率良く利用することができるため好ましい。

以上、第１の実施形態において、反応材成形体１３０ａは、少なくとも内部に複数の伝熱促進材１３５ａを有する。伝熱促進材１３５ａは、反応材成形体１３０ａに内包されており、伝熱促進材１３５ａは、反応材成形体１３０ａの第１の表面１６０から、この第１の表面１６０とは反対側の面である第２の表面１７０へと伸びて形成される。このような反応材成形体を使用することにより、反応材成形体１３０ａと、蓄放熱ユニット１００の伝熱面１４０との間の伝熱効率を良好とすることができる。また、本実施形態の反応材成形体は、熱伝導率に優れるため、蓄放熱ユニットに固着させる必要がない。そのため、劣化時においても、容易に反応材成形体を交換することができる。

［第２の実施形態］
図１１に第２の実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。

第２の実施形態の反応材成形体１３０ｂは、第１の反応材成形体１３０ａと同様に、複数の伝熱促進材１３５ｂを有し、複数の伝熱促進材１３５ｂのうちの少なくとも一部の伝熱促進材は、各々が所定の方向に整列して配置されている。

第２の実施形態に係る伝熱促進材１３５ｂは、図１１に示されるように、反応材成形体１３０の少なくとも一方の表面から突出して形成されている点で、第１の実施形態に係る伝熱促進材と異なる。即ち、伝熱促進材１３５ｂは、第１の表面１６０から第２の表面１７０へと厚さ方向に伸び、第２の表面１７０から突出部１８０が露出している構成を有する。

この第２の実施形態の反応材成形体１３０ｂを、蓄放熱ユニット１００ａに適用する場合の、配置例について説明する。

図１２に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例を示す。図１２に示されるように、１対（２つ）の反応材成形体１３０ｂは、反応材収納部１２０へと収納されると共に、反応材押圧手段１５０により、反応材成形体１３０ｂが伝熱面１４０へと押し当てられる。この際、反応材成形体１３０ｂと伝熱面１４０との間の熱交換は、反応材成形体１３０ｂの突出部１８０を介して実施される。

蓄放熱ユニット１００ａの伝熱面１４０との熱交換を、伝熱促進材１３５ｂの一部（即ち、突出部１８０）を介して行うことにより、熱伝達時の熱抵抗を小さくすることができる。そのため、蓄熱及び放熱動作における熱交換を高速に行うことができるため、蓄放熱ユニット１００ａの高出力化を実現することができる。

また、本実施形態では、伝熱面１４０と反応材成形体１３０ｂとが直接当接することなく、伝熱面１４０と伝熱促進材１３５ｂとが当接する構成が可能となる。図１３に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。

伝熱面１４０と反応材成形体１３０ｂとが直接当接する実施形態では、反応材成形体１３０ｂの当接面に反応媒体を十分に供給することができず、結果、反応速度が制限される。しかしながら、伝熱面１４０と伝熱促進材１３５ｂとが当接する実施形態（図１２参照）では、隣り合う伝熱促進材１３５ｂの間に空隙が形成され、図１３の矢印で一例を示すような、反応媒体が（自由に）通過することができる反応媒体流通路３００が形成される。即ち、蓄放熱ユニット１００の蓄熱及び放熱動作の際に、反応材成形体１３０ｂの伝熱面１４０側の面（第２の表面１７０：図１２参照）も、反応面として利用することができる。そのため、反応材成形体１３０ｂの反応速度が向上し、熱の入出力速度を向上させることができる。

反応媒体流通経路３００が形成される第２の実施形態の変形例について、図１４を参照して説明する。図１４に、本実施形態に係る反応媒体流通路の配置形態の例を説明するための概略図を示す。

図１４に示す実施形態では、反応材成形体１３０ｂの第２の表面１７０に、溝部となる反応媒体流通路３００を形成している。前述したように、反応媒体が（自由に）通過することができる反応媒体流通路３００を形成することにより、更に反応材成形体１３０ｂの第２の表面１７０は、反応媒体と接触する表面積が増える。結果として、第２の実施形態と同様に、反応材成形体１３０ｂの反応媒体との反応速度が向上し、熱の入出力速度を向上させることができる。この溝部の形状は、図１４に示す例では、平面視で半円形状となっているが、反応材成形体１３０ｂの第２の表面１７０の表面積が大きくなるように溝部を形成されていれば、これに限定されない。

上述した反応媒体流路３００は、図１４の破線で示すように、溝部を形成する実施形態と、突出部１８０を設ける実施形態とを組み合わせても良い。これらを組み合わせることにより、反応材成形体１３０ｂは、反応媒体と接触する表面積を更に大きくすることができる。

さらに、第２の実施形態の変形例として、伝熱促進材１３５ｂは、反応材成形体１３０ｂの両方の表面から突出して形成されていても良い。図１５に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。

図１５に示されるように、反応材成形体１３０ｂの両方の表面から伝熱促進材１３５ｂを突出して形成させることにより、反応材成形体１３０ｂと反応材押圧手段１５０との間の熱抵抗も低減することが可能となるため、更に熱交換性能を向上させることができる。この実施形態においては、反応材成形体１３０ｂの反応材押圧手段１５０側の面（第１の表面１６０）においても、反応媒体流路３００が形成され、反応媒体との反応面として利用することができる。そのため、反応材成形体１３０ｂの反応速度が更に向上し、熱の入出力速度を向上させることができる。

本実施形態において、伝熱促進材１３５ｂは、前述したように優れた熱伝導率を有する材料であれば、特に制限はないが、靱性を有する材料で形成することが好ましい。

図１６に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例を示す。

伝熱促進材１３５ｂを、靱性を有する材料で形成することにより、図１６に示されるように、複数の伝熱促進材１３５ｂの突出部１８０の突出長さが不均一である場合であっても、伝熱促進材１３５ｂが湾曲可能であるため、突出部１８０の図１６のＺ方向の長さが同じとなる。即ち、伝熱促進材１３５ｂの長さのばらつきが吸収されるため、突出部１８０の寸法を高精度に仕上げる必要がなくなる。したがって、低コストで反応材成形体１３０ｂを製造することができる。

前述した材料の中で、靱性を有する材料として、銅又はアルミ等の金属材料を好適に使用することができる。

靱性を有する伝熱促進材１３５ｂの形成例として、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの硫酸カルシウムの反応材成形体に、伝熱促進材１３５ｂを形成する場合について、説明する。例えば、長さ１０ｍｍ、径０．３ｍｍの銅線材を、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの硫酸カルシウム反応材成形体に、厚さ方向に、重量に基づく混合比が１０質量％となるように整列分散させる。これにより、銅線材の長さ１０ｍｍのうち、２ｍｍ（厚さ方向に垂直に分散させた場合）分の長さを、突出部１８０として形成することができる。

また、伝熱促進材１３５ｂは、第１の表面１６０から第２の表面１７０と伸びていれば、その伸長方向は、反応材成形体１３０ｂの厚さ方向に平行である必要はない。

図１７に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。また、図１８に、本実施形態に係る蓄放熱ユニットの反応材収納部周辺の拡大概略図の他の例を示す。

より具体的には、図１７（ａ）は、伝熱促進材１３５ｂが反応材成形体１３０ｂの厚さ方向（Ｚ方向）に対して所定の角度を有して伸長する場合の実施形態であり、図１７（ｂ）は、伝熱促進材１３５ｂが、その長さ方向の途中で、その伸長方向が変わる場合の実施形態である。

図１７（ａ）や図１７（ｂ）で示される伝熱促進材１３５ｂの実施形態においても、伝熱促進材１３５ｂに靱性を有する材料を使用することで、図１８に示されるように、伝熱促進材１３５ｂの長さのばらつきが吸収される。そのため、伝熱促進材１３５ｂの寸法精度を高精度に仕上げる必要がなく、低コストで高い熱交換特性を有する反応材成形体１３０ｂが得られる。なお、これらの実施形態においては、突出部１８０の各々の向きは、反応材成形体１３０ｂの厚さ方向に対して、同じ方向に整列させておくことが好ましい。突出部１８０の向きが、反応材成形体１３０ｂの厚さ方向に対して異なる方向になっているものがある場合、隣り合う突出部１８０同士が干渉することがある。

また、伝熱促進材１３５ｂを、可撓性を有する、例えば紐状の材料で形成しても良い。これにより、伝熱促進材１３５ｂの、伝熱面１４０と接触する側の端部の周辺領域と、伝熱面１４０とが接触して熱交換が可能である。即ち、前記端部の周辺領域の面積を、熱交換に有効利用することができ、好ましい。

紐状の材料としては、可撓性の炭素繊維等を好適に使用することができる。紐状の材料の伝熱促進材１３５ｂの形成例として、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの硫酸カルシウムの反応材成形体に、伝熱促進材１３５ｂを形成する場合について、説明する。例えば、長さ１０ｍｍ、径０．１ｍｍの炭素繊維を、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの硫酸カルシウム反応材成形体に、厚さ方向に、重量に基づく混合比が２質量％となるように整列分散させる。これにより、炭素繊維の長さ１０ｍｍのうち、２ｍｍ（厚さ方向に垂直に分散させた場合）分の長さを、突出部１８０として形成することができる。

さらに、伝熱促進材１３５ｂの端部であって、伝熱面１４０と接触する側の端部１９０には、主表面が伝熱面１４０と平行である、例えば板状の伝熱プレート２００と予め接合させておくことが好ましい。

図１９に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。

主表面が伝熱面１４０と平行である伝熱プレート２００を配置することによって、伝熱プレート２００と伝熱面１４０とが熱的に接続されるため、より効率良く熱交換することができる。なお、伝熱プレート２００は、伝熱促進材１３５ｂと同じ材料を使用することができる。

以上、第２の実施形態において、反応材成形体１３０ｂは、少なくとも内部に複数の伝熱促進材１３５ｂを有する。伝熱促進材１３５ｂは、第１の表面１６０から、この第１の表面とは反対側の面である第２の表面１７０へと伸び、更に、これらの表面１６０及び１７０の少なくとも一方の表面から突出部１８０を有する。このような反応材成形体を使用することにより、反応材成形体と、蓄放熱ユニットの伝熱面との間の伝熱効率を良好とすることができる。また、本実施形態によれば、蓄放熱ユニットの伝熱面と反応材成形体の間に反応媒体流通路３００を形成することができ、反応速度を早めることができる。また、本実施形態の反応材成形体は、熱伝導率に優れるため、蓄放熱ユニットに固着させる必要がない。そのため、劣化時においても、容易に反応材成形体を交換することができる。

［第３の実施形態］
図２０に、本実施形態に係る伝熱促進材の配置形態の他の例を説明するための概略図を示す。

第３の実施形態では、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明した反応材成形体１３０と、伝熱面１４０との間に、圧力により変形可能な可変形性伝熱部材２１０を配置する。

可変形性伝熱部材２１０を配置することにより、反応材成形体１３０ｃと伝熱面１４０との間の接触熱抵抗を更に小さくし、より効率的に熱交換させることができる。

可変形性伝熱部材２１０の材料としては、例えば、ニッケル等の金属の多孔質金属シート、炭素繊維シート等が挙げられる。

可変形成伝熱部材２１０を使用する場合、先ず、長さ１０ｍｍ、径０．３ｍｍの銅線材を、幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ８ｍｍの硫酸カルシウム反応材成形体に、厚さ方向に、重量に基づく混合比が１０質量％となるように整列分散させる。これにより、炭素繊維の長さ１０ｍｍのうち、２ｍｍ（厚さ方向に垂直に分散させた場合）分の長さを、突出部１８０として形成することができる。そして、この突出部１８０と、伝熱面１４０との間に、例えば幅２００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ１ｍｍの炭素繊維シートを配置する。

以上、第３の実施形態においては、反応材成形体１３０と、伝熱面１４０との間に、圧力により変形可能な可変形性伝熱部材２１０を配置する。これにより、反応材成形体１３０ｃと伝熱面１４０との間の接触熱抵抗を更に小さくし、より効率的に熱交換させることができる。

１００ 蓄放熱ユニット
１１０ 熱媒流路
１２０ 反応材収納部
１３０ 反応材成形体
１３５ｂ 伝熱促進材
１４０ 壁部（伝熱面）
１５０ 反応材押圧手段
１６０ 第１の表面
１７０ 第２の表面
１８０ 突出部
１９０ 端部
２００ 伝熱プレート
２１０ 可変形性伝熱部材
３００ 反応媒体流通路

特開平１０−２８６４６０号公報

Claims (12)

1. 反応媒体と可逆的に反応して蓄熱又は放熱する反応材を成形した反応材成形体であって、
   前記反応材成形体は、少なくとも第１の表面から、前記第１の表面とは反対側の面である第２の表面へと伸長する、複数の伝熱促進材を有し、
   前記複数の伝熱促進材の少なくとも一部は、所定の方向に整列している、
   反応材成形体。
2. 前記伝熱促進材は、前記第１の表面及び前記第２の表面の少なくとも一方の表面から突出する突出部を有する、
   請求項１に記載の反応材成形体。
3. 前記複数の伝熱促進材の前記突出部は、同一方向に整列している、請求項２に記載の反応材成形体。
4. 前記複数の伝熱促進材の全ての伝熱促進材が、所定の方向に整列している、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反応材成形体。
5. 前記伝熱促進材の形状は、針状、紐状又は薄片短冊状のいずれかの形状を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反応材成形体。
6. 前記伝熱促進材は、靱性を有する材料で構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反応材成形体。
7. 前記伝熱促進材は、可撓性を有する紐状の材料で構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反応材成形体。
8. 前記伝熱促進材は、カーボンファイバーを含む、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反応材成形体。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の反応材成形体と
   前記反応材成形体を収納し、かつ、前記反応材成形体と熱の授受を行う伝熱面とを有する反応材収納部と、
   前記反応材成形体を、前記伝熱面へと押し当てることが可能な、反応材押圧手段と、
   を有する蓄放熱ユニット。
10. 請求項２に記載の反応材成形体と、
    前記反応材成形体と熱の授受を行う伝熱面を有し、前記反応材成形体の前記突出部と前記伝熱面とが当接するように前記反応材成形体を収納する反応材収納部と、
    前記突出部を、前記伝熱面へと押し当てることが可能な、反応材押圧手段と、
    を有する蓄放熱ユニット。
11. 前記伝熱面と、前記反応材成形体との間に、可変形成伝熱部材が更に配置される、
    請求項９又は１０に記載の蓄放熱ユニット。
12. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の反応材成形体と
    前記反応材成形体を収納し、かつ、前記反応材成形体と熱の授受を行う伝熱面とを有する反応材収納部と、
    前記反応材成形体を、前記伝熱面へと押し当てることが可能な、反応材押圧手段と、
    を有し、
    前記反応材成形体における、前記反応材収納部との当接面及び／又は前記反応材押圧手段との当接面には、前記反応媒体が流通可能な反応媒体流通経路が形成されている、
    蓄放熱ユニット。

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