JP2014500787A - 複合材料製ジャケットを有する熱化学系 - Google Patents

Abstract

本発明は、反応装置（１）、つまりガスを吸収できる固形反応物質の貯蔵槽を有するタイプの熱化学系であって、反応物質（２）およびガスは、両者が同時に存在すると、反応物質（２）によるガスの吸収を起こす化学反応の対象になり、反応物質がガスを吸収すると、反応物質に当接する加熱手段（１７）が作動することで、反応物質に吸収されたガスが脱着される逆の化学反応の対象になる、熱化学系に関する。本熱化学系は、反応装置（１）が複合材料製の外ジャケット（９）で構成され、外ジャケットは、反応物質を収容する気密性の内ジャケット（８）を内包し、加熱手段（１７）は、２つの囲壁（８、９）の間に配置されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、とりわけ冷房器具および／または暖房器具ならびに塩形態でのガス貯蔵系に使用するようになっているタイプの熱化学系の改良に関する。

可逆性で発熱性の高い熱化学反応の特性を利用するこのような系が知られており、この系では、塩およびとりわけ塩化カルシウムまたは塩化バリウムなどの反応物質が、とりわけアンモニアなどの適切なガスを吸収する。この反応の可逆性によって、この反応が終了すると、塩を加熱することで最初のガスを回収することができ、その結果、このサイクルを繰り返すことができる。

この特性は、冷気生成系に利用されており、この系では、熱化学系は、液相ガスを収容するタンクと連通するように制御される。２つの槽が連通すると、タンク内に収容された液状ガスは気化し、これによって一定量の熱が吸収される結果、タンクは冷却され、このガスは、反応物質によって吸収されて前述の化学反応を起こし、その結果、反応装置は、熱を除去する源になる。反応が終了すると、反応装置内に収容された物質を再加熱すれば、反応物質内に吸収されたガスが解放されるため、反応物質はタンク内で凝縮される。

この系を使用して、前述の熱化学反応で用いたガスを貯蔵することもできる。

熱化学反応が起こると圧力が上昇する危険性があるため、このような反応の中枢となるのに適した反応装置は、高い機械耐性を備えている必要があることがわかり、この理由から、反応装置は、とりわけ鋼鉄または好ましくはステンレス鋼などの耐性のある材料で作製される。

このような構成には多数の欠点がある。第１の欠点は、大重量の反応装置しか作製できないために、設備の軽量化が必須である分野では、この技術を使用しても競争性がない点である。

このほか、これらの反応装置は、高価な材料から作製される上に、その材料の作製には、専門家による高い技術性とともに専門家が用いる特定の材料が必須であるため、必然的に系の原価に相当負担をかけることになる。

また、このような反応装置では、この装置の外面から加熱したい場合は、外部を加熱するスリーブを使用せざるを得ない。このような措置では、反応装置の使用過程で、外部を加熱するスリーブが、このスリーブを破損するおそれのある外部の様々な攻撃要因に曝露されている限り、その使用は満足のいくものでない。さらに、反応装置の内部に加熱手段を備えていたとしても、反応物質があるため、加熱手段を設置した瞬間または単に使用中に、加熱手段が破損するリスクがあるという欠点も備えている。

本発明は、軽量であると同時に製造が容易である上に、反応装置の槽にも加熱手段を完全に組み入れることができるため、加熱手段のあらゆる破損リスクを回避する熱化学系を提供して、これらの欠点を改善することを目的とする。

そのため、本発明は、反応装置、つまりガスを吸収できる固形反応物質の貯蔵槽を有するタイプの熱化学系であって、反応物質およびガスは、両者が同時に存在すると、反応物質によるガスの吸収を起こす化学反応の対象になり、反応物質がガスを吸収すると、反応物質に対して作用することができる加熱手段が作動することで、反応物質に吸収されたガスが脱着される逆の化学反応の対象になる、熱化学系において、反応装置は、複合材料製の外ジャケットで構成され、この外ジャケットは、反応物質を収容する気密性の内ジャケットを内包し、加熱手段は、２つの囲壁の間に配置されることを特徴とする、熱化学系を目的とする。

加熱手段は、内ジャケットの外面に配置されることが好ましい。加熱手段は、内ジャケットの外面にほぼ螺旋状に巻かれた少なくとも１つの電気抵抗で構成されることができる。加熱手段は、加熱布で構成されてもよい。

本発明に係る熱化学系の反応装置は、筒形状にできることが好ましい。反応装置は、反応装置の内部にガスを拡散する手段を有することができる。

これらの拡散手段は、反応物質の中心に、概ね反応装置の長手軸に沿って配置される拡散器で構成されることができる。

拡散手段は、内ジャケットの内面に配置されてもよい。

このような熱化学系は、冷気および／または熱を供給する点が特に有用で、このようにするために、この系は、制御して液状の前記ガスを収容するタンクに反応装置を連通させる手段を有する。

以下に、添付の図面を参照して、非限定的な例として本発明の一実施形態を説明する。

反応装置を部分的に切断した概略図であり、いわゆる「オープン」タイプの用途における本発明に係る熱化学系の動作原理を示す図である。 本発明に係る熱化学系に実装した反応装置の縦方向の直径断面図である。 本発明に係る反応装置の一実施形態の横方向の直径断面概略図である。 本発明に係る熱化学系に実装した反応装置の製造方式を示す概略図である。 反応装置を部分的に切断した概略図であり、いわゆる「クローズ」タイプの用途における本発明に係る熱化学系の動作原理を示す図である。 本発明に係る熱化学系に実装した反応装置の第２の実施形態を部分的に切断した斜視概略図である。 反応装置の縦断面図であり、内ジャケットの内面からガスを拡散させる方式を示す図である。

図１に概略的に示した熱化学系は、本質的に反応装置１を備え、この反応装置は、反応物質２を収容し、制御弁５を制御することで導管６を介して外部使用手段７と連通する。これ以降で説明するように、公知の通り、反応物質および特定のガスは、反応物質が発熱性の熱化学反応によってガスを吸収したのちに、反応物質２を加熱して起こす逆の熱化学反応によってこのガスを復元することができるというものである。

図２に示した本発明の実施形態では、反応装置１の本体部は、２つのジャケット、すなわち内ジャケット８、つまり「ライナー」、および外ジャケット９で構成される。

内ジャケット８自体は、とりわけステンレス鋼製の２つの金属素子で形成され、厚みが薄く約１ｍｍである筒状本体部８ａは、底部が好ましくは半球状であり、半球状の頭部８ｂを受容するように上部が開口し、この頭部は、気体に対しても液体に対しても本体部を確実に密閉するように、例えば溶接ビード１０によって本体部に固定される。

内ジャケット８は、反応物質２を受容し、反応物質は、好ましくは交互に積み重なった形態で内ジャケットの内部に配置される。

頭部８ｂには、タンク１の長手軸ｙｙ’に沿ってガス供給管１１が貫通し、ガス供給管は、この頭部に固定され、反応装置のほぼ全長に沿って反応装置１の内部に延びて拡散器１３の中を通過する。反応物質２を貫通するこの拡散器は、直接の熱化学反応を起こすのに必要なガスを反応装置１内に規則的に送出できるとともに、反応物質２の加熱により作用する逆の熱化学反応を起こす際には反応装置からガスを出せるようになっている。

拡散器１３により、ガスを反応物質内に放射線状に拡散させることもできる。実際に、反応物質２の浸透性は、この方向が軸沿いに起こる圧縮方向に垂直であるかぎり、このような方向で最適であることを確認した。

拡散器１３を構成するために、導管が反応物質２を貫通する領域で導管１１に孔１４をあけ、この導管を１つまたは複数のフィルタリング作用のある金属格子１５で包囲する。

本発明によれば、図２に示すように、必要な熱を反応物質にもたらして、逆の熱化学反応を起こすために、内ジャケット８に加熱素子を巻き付け、この加熱素子を、図２に示したような電気抵抗１７または図３に示したような加熱布１９で構成することができる。

次に、内ジャケット８上に外ジャケット９を形成する。このようにするために、図４に概略的に示したように、内ジャケットをマンドレルとして使用することができ、内ジャケットを回転させた後に、その外面上に、例えば炭素繊維、ガラス繊維、またはとりわけケブラーのような合成材料製繊維などの繊維を巻き取って、一種のかせを形成するようにし、このかせを、巻き取り後または巻き取りと同時に、例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂またはポリアミド樹脂などの熱硬化性樹脂または可塑性樹脂に含浸する。

複合式外ジャケット９の機能は、反応装置１に良好な機械耐性を付与することであり、このようにするために、当業者は、使用する繊維の性質および樹脂の性質ならびにジャケットの壁に付与する厚みを決定できるであろう。

したがって、本発明により、複合材料製容器特有の軽量性を有するだけでなく、さらに、複合材料製容器特有の加熱手段を組み入れた反応装置を得ることができる。したがって、様々な外部攻撃から保護されていない加熱性スリーブなどの外部加熱素子、または反応装置の囲壁内にあり、反応物質を投入した際か反応装置の使用中のいずれかで破損するおそれのある内部加熱素子が破損するリスクが回避される。

公知の通り、反応装置１内に収容される反応物質２は、例えば、好ましくは化学反応を起こさない骨材に混合された塩化カルシウムであり、この骨材は、例えば膨張天然黒鉛（ＧＮＥ）で構成されて、その浸透性を増すようにし、これによって膨張天然黒鉛内部にガスを拡散しやすくする。混合が行われると、好ましくは反応装置１の長手方向ｙｙ’に圧縮される。

図１に示した本発明に係る熱化学系を使用して、様々な技術用途につながる複数の機能を実行することができる。

特に有用な用途が、熱化学系を使用して熱および冷気を生成するという用途である。図５に示したこの用途は、これ自体が公知のものであり、この用途では、外部使用手段７はタンク４で構成され、このタンクは、反応物質と反応することができ液相状態で貯蔵される液状ガスを収容する。

公知の通り、この系の動作は、以下に説明するように達成される。制御弁５を開口すると、タンク４内に液相形態で貯蔵されたガスは、気化して熱を吸収し、その結果、タンク４は冷却され、ガスは、拡散器１３によって反応物質２の中に送出され、反応物質がこのガスを捕捉すると、使用した反応物質およびガス特有の特定の熱化学反応が起きる。この反応は、発熱性のものであるため、反応装置１は加熱される。この反応は、タンク４内にガスが残留し、反応物質２が飽和しない限り続く。その後、電気抵抗１７または加熱布１９を用いて反応装置１に熱を印加すれば、反応物質２はガスを脱着し、ガスはタンク４に戻って凝縮される。

例を挙げると、塩化カルシウム、およびアンモニアからなるガスで構成される反応物質の場合、この熱化学反応は、次式のようになる：
Ｃａ（ＮＨ_３）_６Ｃｌ_２＜−＞Ｃａ（ＮＨ_３）_２Ｃｌ_２＋４（ＮＨ_３）−δＨ_Ｒ

このような系は、潜在的に熱（反応装置１の加熱）および冷気（タンク４の冷却）を同時に貯蔵でき、かつこれが軽量であまり場所を取らない形態である限り、特に有用であることがわかる。

図６に示した本発明のもう１つの実施形態では、内ジャケット８は合成材料で構成され、その外周表面には螺旋状の溝が彫られ、この溝内に電気抵抗１７’が配置され、この電気抵抗によって、上記に明らかにしたように、逆の熱化学反応を起こすことができる。

本発明のもう１つの実施形態では、反応物質２の内部へのガスの拡散は、内ジャケット８によって行われる。このようにするために、図７に示したように、内ジャケット８の内面には螺旋状の溝２１が彫られ、ガスは、反応物質２の外周面と接触した状態でこの溝を通過する。反応物質内でのガスの拡散を向上させるため、当然ながら、螺旋状の複数の溝２１をこの溝同士の間に設けてもよい。

本発明の実施変形例では、補足的加熱手段、つまり付属加熱手段を利用することができ、これらの手段は、反応装置の中央部分辺りに、長手軸ｘｘ’の近傍に配置される。これらの付属加熱手段は、好ましくは拡散器１３の周囲に配置されることができる。これらの付属加熱手段は、例えば、拡散器１３に挿入される加熱カートリッジで構成されることができる。

Claims (14)

1. 反応装置（１）、つまりガスを吸収できる固体反応物質の貯蔵槽を有するタイプの熱化学系であって、前記反応物質（２）および前記ガスは、両者が同時に存在すると、前記反応物質（２）による前記ガスの吸収を起こす化学反応の対象になり、前記反応物質がガスを吸収すると、前記反応物質に当接する加熱手段（１７、１７’）が作動することで、前記反応物質に吸収されたガスが脱着される逆の化学反応の対象になる、熱化学系において、前記反応装置（１）は、複合材料製の外ジャケット（９）で構成され、該外ジャケットは、前記反応物質（２）を収容する気密性の内ジャケット（８）を内包し、前記加熱手段（１７、１７’、１９）は、２つの囲壁（８、９）の間に配置されることを特徴とする、熱化学系。
2. 前記内ジャケット（８）は、金属製であり、とりわけステンレス鋼で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱化学系。
3. 前記内ジャケット（８）は、２つの素子、すなわち頭部（８ｂ）を受容するように上部が開口している本体部（８ａ）で構成され、前記反応物質（２）を前記本体部（８ａ）に挿入した後、前記頭部（８ｂ）は、気密性を保つように前記本体部（８ａ）に固定されることを特徴とする、請求項１または２のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
4. 前記加熱手段（１７、１７’、１９）は、前記内ジャケット（８）の外面に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
5. 前記加熱手段は、前記内ジャケット（８）の外面に概ね螺旋状に巻き付けられた少なくとも１つの電気抵抗（１７）で構成されることを特徴とする、請求項４に記載の熱化学系。
6. 前記加熱手段は、加熱布（１７’）で構成されることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
7. 前記内ジャケット（８）は、合成材料で構成され、その外周表面には螺旋状の溝が彫られ、該溝内に加熱用の電気抵抗が配置されることを特徴とする、請求項１に記載の熱化学系。
8. 前記反応装置（１）は、筒形状であることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
9. 前記反応装置（１）は、該反応装置内へのガス拡散手段を備えることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
10. 前記拡散手段は、概ね前記反応装置（１）の長手軸（ｙｙ’）に沿って前記反応物質（２）の中心に配置された拡散器（１３）で構成されることを特徴とする、請求項９に記載の熱化学系。
11. 前記拡散手段（２１）は、前記内ジャケット（８）の内面に設けられることを特徴とする、請求項９に記載の熱化学系。
12. 前記反応装置（１）の中心部近傍に配置される付属加熱手段を有することを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の熱化学系。
13. 前記付属加熱手段は、前記拡散器（１３）の周囲に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の熱化学系。
14. 制御して前記液状ガスを収容するタンク（４）に前記反応装置（１）を連通させる手段を有することを特徴とする、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の熱化学系。

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