JP2016217638A - 化学蓄熱反応器、化学蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】壁部が変形するのを抑制し、かつ、断熱性能を向上させることができる化学蓄熱反応器、化学蓄熱システムを得る。【解決手段】反応容器２２の内部は、減圧されているため、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４には、各部材を変形させる力が作用する。しかし、各部材は、外板、内板、及び波板を含んで構成されている。【選択図】図１

Description

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

特許文献１に記載の積層体は、蓄熱材反応部と、蓄熱材反応部に重ねられている熱交換部とを含んで構成される。そして、この積層体は、円柱状で内部が真空脱気されている容器に封入されている。

特開２０１４−１２６２９３号公報

特許文献１に記載の容器は、容器自体の熱容量を減らすために薄い板材を壁部として用い、この板材を溶接で継ぎ合わせることで形成されている。

ここで、容器の内部は、真空脱気（減圧）されているため、容器の壁部が、凹んでしまうことが考えられる。この凹みを抑制するため、壁部の板厚を厚くすることが考えられる。しかし、壁部の板厚を厚くすると、壁部の熱容量が増加し、熱性能が低下してしまう。

本発明の課題は、壁部が変形するのを抑制し、かつ、断熱性能を向上させることである。

本発明の請求項１に係る化学蓄熱反応器は、反応媒体と結合して発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材成形体を備える蓄熱材反応部と、前記蓄熱材反応部に積層され、前記蓄熱材反応部への熱供給及び前記蓄熱材反応部からの熱回収の内少なくとも一方を行う熱交換部と、内部が減圧され、前記蓄熱材反応部及び前記熱交換部が内部に封入され、封入された前記蓄熱材反応部に供給又は前記蓄熱材反応部から排出される反応媒体が流れる反応媒体流動部が形成されると共に、壁部を有し、前記壁部が外板、内板、及び前記外板と前記内板との間に配置されて一端が前記外板と接触し他端が前記内板と接触している補強部材を含んで構成されている容器と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、減圧されている容器の内部には、蓄熱材反応部及び熱交換部が封入されている。さらに、容器の内部には、封入された蓄熱材反応部に供給又は蓄熱材反応部から排出される反応媒体が流れる反応媒体流動部が形成されている。

ここで、容器の内部が減圧されているため、容器の内部側に変形させる力が壁部に作用する。しかし、容器の壁部は、外板、内板、及び外板と内板との間に配置されて一端が外板と接触し他端が内板と接触する補強部材を含んで構成されている。

このため、壁部の板厚を厚くする場合と比して、壁部が変形するのを抑制し、かつ、断熱性能を向上させることができる。

本発明の請求項２に係る化学蓄熱反応器は、請求項１に記載の化学蓄熱反応器において、前記蓄熱材成形体は、反応媒体と結合することで膨張し、前記蓄熱材反応部と前記熱交換部とを含んで構成される積層体は、直方体状とされ、前記容器は、前記壁部の前記内板が前記積層体の外形に沿うように、直方体状とされていることを特徴とする。

上記構成によれば、蓄熱材成形体が反応媒体と結合して膨張することで、膨らむ力が蓄熱材反応部に作用する。

容器は、壁部の内板が積層体の外形に沿うように、直方体状とされている。このため、蓄熱材反応部が膨らむと、蓄熱材反応部が、壁部の内板に接触する。ここで、容器の壁部は、補強部材を含んで構成されている。これにより、容器は、蓄熱材反応部が膨らむのを抑制することができる。

本発明の請求項３に係る化学蓄熱反応器は、請求項１又は２に記載の化学蓄熱反応器において、前記熱交換部が前記蓄熱材反応部に積層される積層方向から見て、前記外板と前記内板との間には、前記反応媒体流動部に流入する反応媒体、又は前記反応媒体流動部から流出する反応媒体が流れる媒体流路が、前記蓄熱材反応部を囲んで形成され、前記内板には、前記反応媒体流動部と前記媒体流路とを連通し、前記反応媒体流動部に流入する反応媒体、又は前記反応媒体流動部から流出する反応媒体が流れる媒体流路が通る連通孔が複数形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、反応媒体流動部に流入する反応媒体は、蓄熱材反応部を囲むように形成されている媒体流路を流れ、内板に形成されている複数の連通孔を通って反応媒体流動部に流入する。また、反応媒体流動部から流出する反応媒体は、内板に形成されている複数の連通孔を通って蓄熱材反応部を囲むように形成されている媒体流路に流れ、反応媒体流動部から流出する。

このように、複数の連通孔を通って反応媒体が移動する。このため、連通孔が１個である場合と比して、反応媒体流動部の反応媒体の密度を均一化することができる。

本発明の請求項４に係る化学蓄熱反応器は、請求項３に記載の化学蓄熱反応器において、前記蓄熱材反応部は、前記熱交換部が積層され、前記蓄熱材成形体を備える蓄熱材層と、前記蓄熱材層に対して前記熱交換部の反対側で前記蓄熱材層に積層され、前記反応媒体流動部の反応媒体が流入、又は前記反応媒体流動部に反応媒体が流出する開口部が形成され、前記蓄熱材層へ供給される反応媒体及び前記蓄熱材層から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、を備え、前記連通孔は、前記反応媒体拡散層の前記開口部と対向している前記内板に形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、連通孔は、反応媒体拡散層の開口部と対向している内板に形成されている。これにより、連通孔が反応媒体拡散層の開口部と対向していない内板に形成されている場合と比して、反応媒体拡散層と媒体流路との間で、反応媒体を効率良く移動させることができる。

本発明の請求項５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項に記載の化学蓄熱反応器と、前記化学蓄熱反応器の容器に連結され、前記容器内への反応媒体の供給及び前記容器から排出される反応媒体の受け取りの内少なくとも一方を行う蒸発凝縮器と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、蒸発凝縮器が、化学蓄熱反応器の容器に連結され、容器内への反応媒体の供給及び容器内から排出される反応媒体の受け取りの内少なくとも一方を行う。

ここで、化学蓄熱システムは、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器を備えている。これにより、壁部が変形するのを抑制し、かつ、断熱性能が向上するため、熱損失を抑制した上で、化学蓄熱システムの耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、壁部が変形するのを抑制し、かつ、断熱性能を向上させることができる。

本実施形態に係る反応器（化学蓄熱反応器）に備えられた反応容器の本体部を示した斜視図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた反応容器の本体部を示し、図３のＳ１‐Ｓ１線断面図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた反応容器の本体部を示し、図３のＳ２‐Ｓ２線断面図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた反応容器の本体部を示し、図３のＳ３‐Ｓ３線断面図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニットを示した斜視図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニットを示した分解斜視図である。 本実施形態に係る反応器を示した斜視図である。 本実施形態に係る反応器を示した分解斜視図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた積層体を示した分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）本実施形態に係る反応器に備えられた熱流動部を示した斜視図、及び平面図である。 （Ａ）（Ｂ）本実施形態に係る反応器に備えられた蓄熱層を示した分解斜視図、及び斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）本実施形態に係る反応器に備えられた反応媒体拡散層を示した斜視図、及び正面図である。 本実施形態に係る反応器に用いられた蓄熱材成形体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。 本実施形態に係る反応器に備えられた蓄熱材反応部を示した断面図である。 （Ａ）（Ｂ）本実施形態に係る化学蓄熱システムを示した構成図である。 本実施形態に係る反応器に備えられた反応容器の変形例を示した断面図である。

本発明の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図１〜図１６を用いて説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。

（全体構成）
図１５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る化学蓄熱システム１０は、水の蒸発、水蒸気（反応媒体の一例）の凝縮が行われる蒸発凝縮器１２と、化学蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、蒸発凝縮器１２の内部と反応器２０の内部とを連通する連通路１４とを含んで構成されている。

〔蒸発凝縮器〕
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から受け取っ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、としての各機能を備えている。

また、蒸発凝縮器１２は、内部に水が貯留される容器１６を備えており、この容器１６内には、水蒸気を凝縮、又は水を蒸発するのに用いる熱媒流路１７の一部が配置されている。さらに、熱媒流路１７は、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配置されている。そして、凝縮時には低温媒体、蒸発時には中温媒体が、熱媒流路１７を流れるようになっている。

〔連通路〕
連通路１４は、蒸発凝縮器１２（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を備えている。そして、容器１６、反応容器２２、連通路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（減圧の一例）されている。

〔反応器〕
反応器２０は、図７に示されるように、容器の一例としての反応容器２２と、反応容器２２の内部に配置されて発熱又は蓄熱する蓄熱材反応部３０と、蓄熱材反応部３０に積層されている熱交換部の一例としての熱流動部５０と備えている。そして、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０とを含んで積層体６０が構成され、この積層体６０は、反応容器２２内に複数積層されている。

［反応容器］
反応容器２２は、直方体状とされ、前述したように内部が真空脱気されている。そして、反応容器２２の内部は、水蒸気（反応媒体の一例）が流れる反応媒体流動部２６とされている。なお、反応容器２２の詳細については、後述する。

［蓄熱材反応部：全体構成］
蓄熱材反応部３０は、反応容器２２の内部に封入され、図９に示されるように、蓄熱材層３２と、蓄熱材層３２に上方側から積層された蓄熱材拘束層３４と、蓄熱材拘束層３４に上方側から積層された反応媒体拡散層３６とを備えている。

そして、蓄熱材層３２、蓄熱材拘束層３４、及び反応媒体拡散層３６は、装置上下方向から見て同様の矩形状とされ、装置上下方向に並んで非接合状態（溶接などで固定されていない状態）で積層されている（所謂積層構造）。このように、蓄熱材反応部３０は、装置上下方向（積層方向）から見て矩形状とされ、かつ、直方体状とされている。

［蓄熱材反応部：蓄熱材層］
蓄熱材層３２は、図１１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、複数の蓄熱材成形体４０から構成される蓄熱材ユニット４２と、蓄熱材ユニット４２が取り付けられる枠状のフレーム部材４４とを備えている。

蓄熱材成形体４０の厚さは３０〔ｍｍ〕とされ、装置上下方向（板厚方向）から見て、蓄熱材成形体４０は、一辺が１００〔ｍｍ〕の正方形状とされている。

蓄熱材成形体４０には、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：蓄熱材の一例）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム粉体をバインダ（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。

ここで、蓄熱材成形体４０は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものであり、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 ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
となる。

なお、一例として、蓄熱材成形体４０の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

また、本実施形態において、蓄熱材成形体４０を構成する蓄熱材の粒径とは、蓄熱材が粉体の場合はその平均粒径、粒状の場合は造粒前の粉体の平均粒径とする。これは、粒が崩壊する場合、前工程の状態に戻ると推定されるためである。

また、フレーム部材４４は、装置上下方向から見て矩形枠状とされており、蓄熱材ユニット４２は、フレーム部材４４内に配置されるようになっている。これにより、蓄熱材ユニット４２における水平方向（板厚方向に対して直交する直交方向）の動きは、フレーム部材４４によって拘束されるようになっている。そして。フレーム部材４４の装置上下方向の寸法（厚み寸法）は、水和反応に伴って蓄熱材成形体４０が膨張した際の密度が、予め決められた蓄熱材成形体４０の設定密度になるように決められている。

［蓄熱材反応部：蓄熱材拘束層］
蓄熱材拘束層３４は、図９に示されるように、反応媒体拡散層３６と蓄熱材層３２との間に挟まれ、φ２００〔μｍ〕の貫通孔が多数形成されたエッチングフィルターである。

そして、蓄熱材拘束層３４は、蓄熱材成形体４０（図１１参照）を構成する蓄熱材の平均粒径より小さいろ過精度を有している。これにより、蓄熱材拘束層３４では、蓄熱材成形体４０を構成する蓄熱材の平均粒径より小さい流路を水蒸気が通過するのを許容する一方、平均粒径よりも大きい蓄熱材の通過を制限するようになっている。

なお、ろ過精度とは、ろ過効率が５０〜９８％となる粒子径のことであり、ろ過効率とは、ある粒子径の粒子に対する除去効率である。

［蓄熱材反応部：反応媒体拡散層］
反応媒体拡散層３６は、図１２（Ａ）に示されるように、矩形状の天板３７と、天板３７に固定される複数の流路部材３８とを備えている。流路部材３８は、水蒸気が流れる装置幅行方向に延び、装置奥行方向に間隔を空けて並んでいる（図１２（Ｂ）参照）。

夫々の流路部材３８は、図１２（Ｂ）に示されるように、天板３７に対して下方側に配置され、装置幅方向から見て蓄熱材拘束層３４（図９参照）側が開放されたＵ字状とされている。そして、上壁３８Ｂが天板３７の下面に溶接されている。

これにより、流路部材３８の内側、及び隣り合う流路部材３８の間に、蓄熱材層３２へ供給される水蒸気、又は蓄熱材層３２から排出される水蒸気が装置幅方向に沿って流れるようになっている。そして、反応媒体拡散層３６に流入する水蒸気、又は反応媒体拡散層３６から流出する水蒸気は、装置幅方向を向いた反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａから流入、流出するようになっている。

〔熱流動部〕
熱流動部５０は、図９に示されるように、下方側から蓄熱材反応部３０に積層されている。

熱流動部５０は、図１０（Ａ）（Ｂ）に示されるように、装置上下方向から見て矩形状の本体部５２と、装置上下方向から見て装置奥行方向の手前側（図１０（Ｂ）の下側）に本体部５２から突出する一対の突出部５４、５６とを備えている。

一対の突出部５４、５８は、装置幅方向に並んで配置され、一対の突出部５４、５６には、装置上下方向に貫通する貫通孔５４Ａ、５６Ａが夫々形成されている。一方、本体部５２の内部には、熱媒体が流れる流路５２Ａが、本体部５２の側壁に沿うように、装置上下方向から見てＵ字状に形成されている。

また、流路５２Ａの一端と、突出部５４の貫通孔５４Ａとを連通させる連通管５３と、流路５２Ａの他端と、突出部５６の貫通孔５６Ａとを連通させる連通管５５とが設けられている。さらに、この流路５２Ａは、後述する熱媒体流路７０を通じて反応容器２２の外部に配置された熱源２００又は熱利用対象物２０２（図１５参照）と連通されている。

そして、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０とを含んで積層体６０は、直方体状とされ、反応器２０には、図５に示されるように、積層体６０が、積層体６０の積層方向（本実施形態では装置上下方向）に３個積層されている。また、３個の積層体６０によって積層ユニット９０が構成されている。さらに、反応器２０には、積層ユニット９０を拘束する拘束部材８０が設けられている。

〔拘束部材〕
拘束部材８０は、図５、図６に示されるように、装置幅方向から見て、積層ユニット９０を外側から囲み、拘束するようになっている。

拘束部材８０は、図６に示されるように、積層ユニット９０を拘束する前の状態で、装置奥行方向に分割されている。具体的には、拘束部材８０は、装置奥行方向の手前側（図中左側）の分割部材８０Ａと、装置奥行方向の奥側（図中右側）の分割部材８０Ｂとに分割される。

分割部材８０Ａ、８０Ｂは、装置幅方向から見て、互いに対向する側が開放された形状とされている。そして、分割部材８０Ａの両端側の部分には、短辺が開放された台形状の溝部８２が夫々形成され、分割部材８０Ｂの両端側の部分には、溝部８２と係合する台形状の凸部８４が夫々形成されている。これにより、分割部材８０Ａの夫々の溝部８２と、分割部材８０Ｂの夫々の凸部８４とを係合させることで、図５に示されるように、拘束部材８０は、積層ユニット９０の各面に沿った形状とされ、積層ユニット９０を拘束するようになっている。

〔熱媒体流路〕
熱媒体流路７０は、図８に示されるように、パイプ状とされ、反応容器２２を構成する閉止部材９４を貫通するように装置上下方向に延びて２本設けられている。一方の熱媒体流路７０Ａは、熱媒体を反応容器２２の外部から反応容器２２の内部に流入させるために用いられ、他方の熱媒体流路７０Ｂは、熱媒体を反応容器２２の内部から反応容器２２の外部に流出させるために用いられる。

そして、熱媒体流路７０Ａの周面には貫通孔（図示省略）が形成され、熱媒体流路７０Ａは、熱流動部５０の突出部５４に形成された貫通孔５４Ａ（図１０参照）に挿入されるようになっている。同様に、熱媒体流路７０Ｂの周面には貫通孔（図示省略）が形成され、熱媒体流路７０Ｂは、熱流動部５０の突出部５６に形成された貫通孔５６Ａ（図１０参照）に挿入されるようになっている。これにより、熱媒体流路７０と熱流動部５０に形成された流路５２Ａ（図１０参照）とが連通するようになっている。

〔他の部材〕
図７、図８に示されるように、拘束部材８０によって拘束されている積層ユニット９０を下方から支持する円柱状の５個（図７では２個、図８では３個のみ示す）の支持部材７２が設けられている。そして、この支持部材７２は、下方側から見て、積層ユニット９０の四隅側と中央側とを支持している。この構成により、下方側に配置された熱流動部５０において、断熱効果を得ることができるようになっている。

一方、反応容器２２の外部に配置された部分の熱媒体流路７０には、図１５に示されるように、熱媒体流路７０の連通先を熱源２００とするか、熱利用対象物２０２とするかを切り替える切替部材７６が設けられている。

（化学蓄熱システムの作用）
次に、化学蓄熱システム１０の作用について説明する。

化学蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を蓄熱材層３２から発熱（放熱）する際には、図１５（Ｂ）に示されるように、切替部材７６により熱媒体流路７０の連通先が熱利用対象物２０２に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、蒸発凝縮器１２の熱媒流路１７に中温媒体を流し、液相部１６Ｂの水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気が連通路１４内を矢印Ｄ方向に移動して、反応容器２２内に供給される。

続いて、反応容器２２内では、供給された水蒸気が反応媒体流動部２６を通り、図１４に示されるように、反応媒体拡散層３６を流れる。そして、水蒸気Ｗが蓄熱材拘束層３４を通過して蓄熱材層３２と接触することにより、蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０は、水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。この熱は、熱流動部５０の流路５２Ａ内を流れる熱媒体によって、熱利用対象物２０２に輸送される。

一方、化学蓄熱システム１０において蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０に熱を蓄熱する際には、図１５（Ａ）に示されるように、切替部材７６により熱媒体流路７０の連通先が熱源２００に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、熱流動部５０の流路５２Ａ内（図１４参照）に熱源２００によって加熱された熱媒体が流れる。

図１４に示されるように、流路５２Ａを流れる熱媒体の熱によって蓄熱材成形体４０が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱材成形体４０に蓄熱される。

さらに、蓄熱材成形体４０から離脱された水蒸気Ｗは、蓄熱材拘束層３４から反応媒体拡散層３６に流れ込む。反応媒体拡散層３６に流れ込んだ水蒸気Ｗは、反応媒体流動部２６を通り、図１５（Ａ）に示されるように、連通路１４を矢印Ｅ方向に流れて蒸発凝縮器１２内に流れ込む。

そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、熱媒流路１７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１６の液相部１６Ｂに貯留される。

以上説明した蓄熱材成形体４０の蓄熱、放熱について、図１３に示す化学蓄熱システム１０のサイクル（一例）を参照しつつ補足する。図１３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（蓄熱）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、蓄熱材成形体４０の温度が４１０℃で蓄熱された場合、水蒸気は、５０℃が平衡温度となる。そして、化学蓄熱システム１０では、水蒸気は蒸発凝縮器１２（図１５参照）において熱媒流路１７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、熱媒流路１７に中温媒体を流すことで、蒸気圧の水蒸気が発生する。例えば、図１３のサイクルにおいて、５℃で水蒸気を発生させる場合、蓄熱材成形体は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。

（要部構成）
次に、反応容器２２について説明する。

反応容器２２は、直方体状とされ、図８に示されるように、上方側が開放される箱状の本体部９２と、本体部９２の開口９２Ａを閉止する閉止部材９４とを備えている。

〔閉止部材〕
閉止部材９４は、壁部の一例とされ、図２、図８に示されるように、矩形状の外板９６、矩形状の内板９８、及び外板９６と内板９８との間に配置されている補強部材の一例としての波板１００を備えている。また、波板１００は、平面視で矩形状とされている。そして、外板９６、内板９８、及び波板１００は、一例として、厚さ２〔ｍｍ〕のステンレス鋼板を用いて形成されている。

内板９８は、反応媒体流動部２６に臨み、外板９６は、外気に接している。また、波板１００は、装置幅方向に直交する断面形状が凹凸を繰り返す矩形波状であって、横板部１００Ａと縦板部１００Ｂとを有している。そして、横板部１００Ａは、外板９６又は内板９８と接触している。また、縦板部１００Ｂの一端は、外板９６と接触し、縦板部１００Ｂの他端は、内板９８と接触している。横板部１００Ａと、外板９６又は内板９８とは、溶接等で接合されている。

この構成において、閉止部材９４が、本体部９２の開口９２Ａを閉止する場合には、後述する側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの上端部と、閉止部材９４の外周部とが、溶接等で接合されるようになっている。

〔本体部〕
本体部９２は、図１、図２に示されるように、積層ユニット９０（図８参照）を支持する底部材１０４と、装置上下方向から見て、積層ユニット９０を囲む４個の側壁部材１１４とを備えている。底部材１０４、及び夫々の側壁部材１１４は、壁部の一例とされている。

［底部材］
底部材１０４は、図１、図２に示されるように、矩形状の外板１０６、矩形状の内板１０８、及び外板１０６と内板１０８との間に配置されている補強部材の一例としての波板１１０を備えている。また、波板１１０は、平面視で矩形状とされている。そして、外板１０６、内板１０８、及び波板１１０は、一例として、厚さ２〔ｍｍ〕のステンレス鋼板を用いて形成されている。

内板１０８は、反応媒体流動部２６に臨み、外板１０６は、外気に接している。また、波板１１０は、装置幅方向に直交する断面形状が凹凸を繰り返す矩形波状であって、横板部１１０Ａと縦板部１１０Ｂとを有している。そして、横板部１１０Ａは、外板１０６又は内板１０８と接触している。また、横板部１１０Ａと、外板１０６又は内板１０８とは、溶接等で接合されている。

［側壁部材］
側壁部材１１４は、図３に示されるように、装置幅方向において、積層ユニット９０を挟んで配置されている一対の側壁部材１１４Ａと、装奥行方向において、積層ユニット９０を挟んで配置されている一対の側壁部材１１４Ｂとを備えている。さらに、側壁部材１１４Ａの側端部と側壁部材１１４Ｂの側端部とは、溶接等で接合されている。また、側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの下端部と、底部材１０４の外周部とは、溶接等で接合されている。

側壁部材１１４Ａは、図１、図３に示されるように、矩形状の外板１１６、矩形状の内板１１８、及び外板１１６と内板１１８との間に配置されている補強部材の一例としての波板１２０を備えている。そして、外板１１６、内板１１８、及び波板１２０は、一例として、厚さ２〔ｍｍ〕のステンレス鋼板を用いて形成されている。

内板１１８は、反応媒体流動部２６に臨み、外板１１６は、外気に接している。また、波板１２０は、装置上下方向に直交する断面形状が凹凸を繰り返す矩形波状であって、横板部１２２Ａと縦板部１２２Ｂとを有している。そして、横板部１２２Ａは、外板１１６又は内板１１８と接触している。また、横板部１２２Ａと、外板１１６又は内板１１８とは、溶接等で接合されている。

さらに、波板１２０は、図１に示されるように、装置上下方向に２個に分割され、上方側に配置されている波板１２０Ａと、下方側に配置されている波板１２０Ｂとを備えている。そして、波板１２０Ａ、１２０Ｂは、平面視で矩形状とされている。

また、波板１２０Ａと波板１２０Ｂとの間で、かつ、外板１１６と内板１１８との間は、水蒸気が流がれる媒体流路１５０（詳細は後述）の一部とされている。そして、装置幅方向を向いた反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａ（図１２（Ａ）参照）と対向している内板１１８には、媒体流路１５０と、反応媒体流動部２６とを連通する連通孔１１８Ａ（図４参照）が、装置奥行方向に並ぶように複数形成されている。

側壁部材１１４Ｂは、図１、図３に示されるように、矩形状の外板１２６、矩形状の内板１２８、及び外板１２６と内板１２８との間に配置されている補強部材の一例としての波板１３０を備えている。そして、外板１２６、内板１２８、及び波板１３０は、一例として、厚さ２〔ｍｍ〕のステンレス鋼板を用いて形成されている。

内板１２８は、反応媒体流動部２６に臨み、外板１２６は、外気に接している。波板１３０は、装置上下方向に直交する断面形状が凹凸を繰り返す矩形波状であって、横板部１３２Ａと縦板部１３２Ｂとを有している。そして、横板部１３２Ａは、外板１２６又は内板１２８と接触している。さらに、横板部１３２Ａと、外板１２６又は内板１２８とは、溶接等で接合されている。

また、波板１３０は、図１、図２に示されるように、装置上下方向に２個に分割され、上方側に配置されている波板１３０Ａと、下方側に配置されている波板１３０Ｂとを備えている。そして、波板１３０Ａ、１３０Ｂは、平面視で矩形状とされている。

さらに、波板１３０Ａと波板１３０Ｂとの間で、かつ、外板１２６と内板１２８との間が、水蒸気が流がれる媒体流路１５０（詳細は後述）の一部とされている。そして、図４に示されるように、装置奥行方向の手前側（図中左側）の外板１２６には、連通路１４が接続され、連通路１４の内部と、媒体流路１５０が連通されている。

この構成において、装置上下方向から見て、媒体流路１５０は、積層ユニット９０（蓄熱材反応部３０）を囲むように形成されている。

また、反応容器２２においては、閉止部材９４を構成する内板９８、底部材１０４を構成する内板１０８、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂを構成する内板１１８、１２８は、積層ユニット９０（蓄熱材反応部３０）の外形に沿うようになっている。そして、積層ユニット９０と内板９８、１０８、１１８、１２８の隙は、水和反応に伴って蓄熱材成形体４０（図１１参照）が膨張して積層ユニット９０が膨らんだ場合に、積層ユニット９０と内板９８、１０８、１１８、１２８とが接触するように決められている。

（要部構成の作用）
次に、要部構成の作用を、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの曲げ剛性と、反応容器２２に形成された媒体流路１５０との観点から説明する。

先ず、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの曲げ剛性について説明する。

図２に示されるように、閉止部材９４は、外板９６、内板９８、及び波板１００を含んで構成されている。

このため、本実施形態では、例えば、夫々の部材の板厚（本実施形態では、２〔ｍｍ〕）を合計した板厚（本実形態では、６〔ｍｍ〕）で形成された一枚の板によって閉止部材を構成する場合と比して、熱容量が小さく、閉止部材９４の断熱性能を向上させた上で、曲げ剛性が高くなる。ここで、断熱性能とは、熱の移動を阻止する性能である。

また、底部材１０４は、外板１０６、内板１０８、及び波板１１０を含んで構成されている。

このため、本実施形態では、例えば、夫々の部材の板厚（本実施形態では、２〔ｍｍ〕）を合計した板厚（本実形態では、６〔ｍｍ〕）で形成された一枚の板によって底部材を構成する場合と比して、底部材１０４の熱容量が小さく断熱性能を向上させた上で、曲げ剛性が高くなる。

さらに、側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂは、外板１１６、１２６、内板１１８、１２８ 及び波板１２０、１３０を含んで構成されている。

このため、本実施形態では、例えば、夫々の部材の板厚（本実施形態では、２〔ｍｍ〕）を合計した板厚（本実形態では、６〔ｍｍ〕）で形成された一枚の板によって側壁部材を構成する場合と比して、側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの熱容量が小さく断熱性能を向上させた上で、曲げ剛性が高くなる。

ここで、反応容器２２の内部は、真空脱気されているため、反応容器２２の閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂには、夫々の壁部を反応容器２２の内部側に変形させる力が作用する。しかし、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂは、曲げ剛性が高くされている。このため、反応容器２２の内部が真空脱気されることで生じる閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの変形が抑制される。

また、水和反応に伴って蓄熱材成形体４０（図１１参照）が膨張すると、装置上下方向においては、積層ユニット９０の上面の中央側の部分、及び下面の中央側の部分に膨らむ力が作用する（図６の二点鎖線参照）。さらに、装置幅方向及び装置奥行においては、積層ユニット９０の側面の中央側の部分に膨らむ力が作用する（図６の二点鎖線参照）。

そして、積層ユニット９０が膨らんだ場合には、積層ユニット９０と反応容器２２とが接触する。しかし、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂは、曲げ剛性が高くされている。このため、反応容器２２は、積層ユニット９０の膨らみを抑制する。

次に、反応容器２２に形成された媒体流路１５０について説明する。

前述したように、装置上下方向から見て、媒体流路１５０は、図４に示されるように、積層ユニット９０（蓄熱材反応部３０）を囲むように形成されている。また、媒体流路１５０と反応媒体流動部２６とを連通する連通孔１１８Ａは、反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａ（図１２（Ａ）参照）と対向している内板１１８に複数形成されている。

蒸発凝縮器１２（図１５（Ｂ）参照）から水蒸気を反応媒体流動部２６に供給する場合には、連通路１４を通った水蒸気は、積層ユニット９０を囲むように形成された媒体流路１５０を流れる。そして、媒体流路１５０を流れる水蒸気は、連通孔１１８Ａを通って反応媒体流動部２６に供給される。

一方、反応媒体流動部２６から水蒸気を蒸発凝縮器１２（図１５（Ｂ）参照）へ排出する場合には、反応媒体流動部２６の水蒸気は、連通孔１１８Ａを通って媒体流路１５０へ流れ込む。そして、媒体流路１５０に流れ込んだ水蒸気は、連通路１４を通って蒸発凝縮器１２に排出される。

（まとめ）
以上説明したように、反応容器２２の内部は、真空脱気（減圧の一例）されているため、反応容器２２の閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂには、夫々の壁部を反応容器２２の内部側に変形させる力が作用する。しかし、閉止部材９４は、外板９６、内板９８、及び波板１００を含んで構成され、底部材１０４は、外板１０６、内板１０８、及び波板１１０を含んで構成されている。また、側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂは、外板１１６、１２６、内板１１８、１２８、及び波板１２０、１３０を含んで構成されている。

これにより、夫々の壁部の板厚を厚くする場合と比して、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂが変形するのを抑制し、かつ、反応容器２２の断熱性能を向上させることができる。

また、水和反応に伴って蓄熱材成形体４０（図１１参照）が膨張し、積層ユニット９０が膨らんだ場合には、反応容器２２が、積層ユニット９０の膨らみを抑制することができる。

また、積層ユニット９０の膨らみが抑制されることで、積層ユニット９０の膨らみが抑制されない場合と比して、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０とのずれが抑制され、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０との間での熱交換効率が低下するのを抑制することができる。

また、媒体流路１５０は、積層ユニット９０（蓄熱材反応部３０）を囲むように形成され、媒体流路１５０と反応媒体流動部２６とを連通する連通孔１１８Ａは、複数形成されている。このため、連通路１４を通る水蒸気が一箇所から反応媒体流動部２６に供給、又は反応媒体流動部２６の水蒸気が一箇所から連通路１４に排出される場合と比して、蓄熱材成形体４０が水蒸気と反応する際に、反応媒体流動部２６の水蒸気の密度を均一化することができる。換言すれば、水蒸気の均一分配が可能となる。

また、連通孔１１８Ａが、反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａ（図１２（Ａ）参照）と対向している内板１１８に複数形成されている。これにより、連通孔１１８Ａが、反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａと対向していない内板１１８に形成されている場合と比して、反応媒体拡散層３６と媒体流路１５０との間で、水蒸気を効率良く移動させることができる。

また、化学蓄熱システム１０においては、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４Ａ、１１４Ｂの繰り返しの変形が抑制されることで、熱損失を抑制した上で、化学蓄熱システム１０の耐久性を向上させることができる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、反応容器２２を直方体状としたが、円柱状であってもよい。反応容器が円柱状の場合であっても、反応容器の内部を真空脱気することで生じる反応容器の変形が抑制される。

また、上記実施形態では、反応容器２２には、媒体流路１５０が形成されたが、媒体流路１５０が形成されなくてもよい。この場合には、媒体流路１５０が形成されることで奏する作用は生じない。

また、上記実施形態では、連通孔１１８Ａは、反応媒体拡散層３６の開口部３６Ａ（図１２（Ａ）参照）と対向している内板１１８に複数形成されたが、これに替えて開口部３６Ａと対向していない内板に連通孔１１８Ａを形成してもよい。この場合には、連通孔１１８Ａが、開口部３６Ａと対向している内板１１８に形成されることで奏する作用は生じない。

また、上記実施形態では、閉止部材９４、底部材１０４、及び側壁部材１１４を、外板９６、１０６、１１６、１２６、内板９８、１０８、１１８、１２８、及び波板１００、１１０、１２０、１３０の３枚構成としたが、閉止部材９４及び底部材１０４だけを３枚構成としてもよく、側壁部材１１４だけを３枚構成としてもよい。この場合には、３枚構成とした壁部以外の壁部については、前述した作用が生じない。

また、上記実施形態では、各壁部を溶接で接合させたが、例えば、拡散接合等を用いて接合させてもよい。

また、上記実施形態では、波板１００、１１０、１２０、１３０と、外板９６、１０６、１１６、１２６及び内板９８、１０８、１１８、１２８とは、溶接等によって接合されたが、非接合であってもよい。この場合には、反応容器２２が完成した後の波板の交換が容易となる。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、媒体流路１５０内の水蒸気の流れを阻害しないように、媒体流路１５０に補強用のリブ等（板材）を設けてもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、波板１００、１１０、１２０、１３０の凹凸を繰り返す方向を、上記実施形態に対して異なる方向としてもよい。

また、上記実施形態では、夫々の壁部に波板１００、１１０、１２０、１３０を用いたが、２枚以上の波板を重ねて、これを外板と内板との間に挟み込んでもよい。そして、この場合には、波板の凹凸を繰り返す方向を夫々変えてもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、図１６に示されるように、底部材１０４の内板１０８の端縁と、底部材１０４の外板１０６の端縁とを連結する連結板２５０を設けてもよい。

また、上記実施形態では、反応容器２２の内部に、蓄熱材反応部３０が３個設けられたが、１個でもよく、２個でもよく、３個以上であってもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、蓄熱材層３２を挟むように、一対の反応媒体流動部２６を配置し、この一対の反応媒体流動部２６を挟むように一対の熱流動部５０を配置してもよい。

１０ 化学蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器
２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器（容器の一例）
２６ 反応媒体流動部
３０ 蓄熱材反応部
３２ 蓄熱材層
３６ 反応媒体拡散層
３６Ａ 開口部
４０ 蓄熱材成形体
５０ 熱流動部（熱交換部の一例）
６０ 積層体
９４ 閉止部材（壁部の一例）
９６ 外板
９８ 内板
１００ 波板（補強部材の一例）
１０４ 底部材（壁部の一例）
１０６ 外板
１０８ 内板
１１０ 波板（補強部材の一例）
１１４ 側壁部材
１１４Ａ 側壁部材（壁部の一例）
１１４Ｂ 側壁部材（壁部の一例）
１１６ 外板
１１８ 内板
１１８Ａ 連通孔
１２０ 波板（補強部材の一例）
１２０Ａ 波板（補強部材の一例）
１２０Ｂ 波板（補強部材の一例）
１２６ 外板
１２８ 内板
１３０ 波板（補強部材の一例）
１３０Ａ 波板（補強部材の一例）
１３０Ｂ 波板（補強部材の一例）
１５０ 媒体流路

Claims (5)

1. 反応媒体と結合して発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材成形体を備える蓄熱材反応部と、
   前記蓄熱材反応部に積層され、前記蓄熱材反応部への熱供給及び前記蓄熱材反応部からの熱回収の内少なくとも一方を行う熱交換部と、
   内部が減圧され、前記蓄熱材反応部及び前記熱交換部が内部に封入され、封入された前記蓄熱材反応部に供給又は前記蓄熱材反応部から排出される反応媒体が流れる反応媒体流動部が形成されると共に、壁部を有し、前記壁部が外板、内板、及び前記外板と前記内板との間に配置されて一端が前記外板と接触し他端が前記内板と接触している補強部材を含んで構成されている容器と、
   を備える化学蓄熱反応器。
2. 前記蓄熱材成形体は、反応媒体と結合することで膨張し、
   前記蓄熱材反応部と前記熱交換部とを含んで構成される積層体は、直方体状とされ、
   前記容器は、前記壁部の前記内板が前記積層体の外形に沿うように、直方体状とされている請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 前記熱交換部が前記蓄熱材反応部に積層される積層方向から見て、前記外板と前記内板との間には、前記反応媒体流動部に流入する反応媒体、又は前記反応媒体流動部から流出する反応媒体が流れる媒体流路が、前記蓄熱材反応部を囲んで形成され、
   前記内板には、前記反応媒体流動部と前記媒体流路とを連通し、前記反応媒体流動部に流入する反応媒体、又は前記反応媒体流動部から流出する反応媒体が流れる媒体流路が通る連通孔が複数形成されている請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記蓄熱材反応部は、
   前記熱交換部が積層され、前記蓄熱材成形体を備える蓄熱材層と、
   前記蓄熱材層に対して前記熱交換部の反対側で前記蓄熱材層に積層され、前記反応媒体流動部の反応媒体が流入、又は前記反応媒体流動部に反応媒体が流出する開口部が形成され、前記蓄熱材層へ供給される反応媒体及び前記蓄熱材層から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、を備え、
   前記連通孔は、前記反応媒体拡散層の前記開口部と対向している前記内板に形成されている請求項３に化学蓄熱反応器。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器と、
   前記化学蓄熱反応器の容器に連結され、前記容器内への反応媒体の供給及び前記容器から排出される反応媒体の受け取りの内少なくとも一方を行う蒸発凝縮器と、
   を有する化学蓄熱システム。