JP2017161202A - 化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】化学蓄熱反応器において、蓄熱密度を高くし、且つ軽量化を図る。【解決手段】反応器の容器に収納される積層ユニット２４は、蓄熱材層、フィルタ、反応媒体拡散層からなる蓄熱材反応部３０が熱流動部５０と熱流動部５０との間に配置され、熱流動部５０と熱流動部５０とが、蓄熱材層、フィルタ、及び反応媒体拡散層の中央部を貫通する第１拘束部材９２で連結されている。【選択図】図３

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に記載の構成では、蓄熱材層、フィルタ、反応媒体拡散層、及び熱交換部が積層されることで化学蓄熱反応器の積層体が形成されており、その積層体が複数個積層された積層ユニットが容器内に収容されている。
積層ユニットの側面の外側には、熱交換部に外部から熱媒体を供給する配管等の熱媒流路が設けられている。また、蓄熱材で生じた積層方向の膨張力によってフィルタ、反応媒体拡散層、及び熱交換部が変形しないように積層ユニットの外側に配置した拘束部材で蓄熱材層、フィルタ、反応媒体拡散層、及び熱交換部を拘束している。

特開２０１４−１２６２９３号公報

ところで、積層ユニットの側面の外側に、熱交換部に外部から熱媒体を供給する配管等の熱媒流路を設けると、積層ユニットの側面から配管等の熱媒流路が突出することになるため、熱媒流路が容器内面に当たらないようにするためには容器を大型化する必要があり、容器の内容積が大きくなる。容器の内容積が大きくなると、容器の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である蓄熱密度が低下する。
また、積層体に、熱媒流路と拘束部材とを取り付ける必要があるため、部品点数が多く、重量が増加する。

本願発明の課題は、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムにおいて、蓄熱密度を高くし、且つ軽量化を図ることである。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器は、反応媒体と結合することで膨張し発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材が内部に配置されている蓄熱材層、前記蓄熱材層の一方側に配置され、反応媒体が流れる反応媒体拡散層、前記蓄熱材層と前記反応媒体拡散層との間に配置され、複数の細孔が形成されたフィルタ、及び前記蓄熱材層の前記フィルタとは反対側に積層され、内部に熱媒体が流れる空間を有する第１の熱交換部を含んで構成される積層体と、前記積層体に対して、前記第１の熱交換部とは反対側に配置されて前記第１の熱交換部との間で前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタを挟持し、内部に熱媒体が流れる空間を有し、前記熱媒体によって前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収のうち少なくとも一方を行う第２の熱交換部と、を含んで構成される積層ユニットと、前記積層ユニットを内部に収容する容器と、積層された前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタを貫通して前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部とを連結し、内部に前記第１の熱交換部の内部空間と前記第２の熱交換部の内部空間とを連通すると共に、前記第１の熱交換部の内部空間と前記第２の熱交換部の内部空間に対して前記積層体の外部から前記熱媒体を出入りさせる熱媒流路を備えた第１拘束部材と、を備える。

請求項１の積層ユニットでは、第１の熱交換部と第２の熱交換部との間に、蓄熱材層、反応媒体拡散層、フィルタが配置されている。蓄熱材層の蓄熱材が膨張した際、蓄熱材の膨張力が積層方向に伝達される。しかし、蓄熱材の積層方向両側方向に位置する第１の熱交換部と第２の熱交換部とが第１拘束部材で連結されているので、第１拘束部材の積層方向の引っ張り強度を利用して、第１の熱交換部と第２の熱交換部とが積層方向に離間すること、即ち、第１の熱交換部と第２の熱交換部との間隔が広くなることが抑制される。また、第１の熱交換部と第２の熱交換部との間に配置されるフィルタ、反応媒体拡散層等の変形も、これらの積層方向両側に配置される第１の熱交換部と第２の熱交換部とで抑制される。

また、請求項１の積層ユニットでは、第１拘束部材が積層ユニットの側面の外側に配置されておらず、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及びフィルタを貫通しているので、積層ユニットの側面と容器内面との間隔を狭くすることができ、積層ユニットを収容する容器を小さくして、容器の内容積を小さくすることができる。これにより、容器の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である蓄熱密度を高くすることができる。

さらに、請求項１の積層ユニットでは、第１拘束部材が、第１の熱交換部と第２の熱交換部に対して外部から熱媒体を供給する熱媒流路としての機能と、蓄熱材層、フィルタ、反応媒体拡散層を熱交換部で拘束するための拘束部材としての機能とを有しているため、熱媒流路と拘束部材とを別々の部品で構成する場合に比較して部品点数が少なくなり、軽量化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の化学蓄熱反応器において、前記第１拘束部材は、前記積層体の中心部を貫通している、

蓄熱層の蓄熱材は、積層方向から見て、中心部の膨張力が大きくなる傾向にある。請求項２に記載の化学蓄熱反応器では、第１拘束部材が、積層体の中心部を貫通しており、蓄熱材層における蓄熱材の膨張力が大きくなる部分に対応して配置されるので、蓄熱材に隣接する部材の変形を効果的に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器において、積層方向と交差する方向に離間した複数の前記第１拘束部材を有している。

請求項３に記載の化学蓄熱反応器では、膨張力の大きく掛る部分が複数箇所以上あるような場合に、膨張力の大きく掛るそれぞれの部分に対応して第１拘束部材を配置することができ、蓄熱材の膨張力による変形を効率的に抑えることができる。
また、複数の第１拘束部材によって、熱媒体と蓄熱材との間で熱の授受を行うことができるので、第１拘束部材が１個の場合に比較して、迅速かつ効率的に熱の授受を行うことがきる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器において、前記積層ユニットの積層方向に向けて延びると共に前記積層ユニットの外面に沿って配置され、前記第１の熱交換部、前記第２の熱交換部、前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタの積層方向とは交差する方向に移動を拘束する第２拘束部材を有する。

請求項４に記載の化学蓄熱反応器では、熱媒流路付き第１の拘束部材に加え、第２の拘束部材を備えているので、蓄熱材の膨張力による変形をより抑えることができる。なお、第２の拘束部材は、補助的に設けられているので、例えば、薄い帯状の部材で形成することができ、積層ユニットの側面から外側に突出する寸法を小さく抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の化学蓄熱反応器において、前記第１拘束部材と前記第２拘束部材とが接合されている。

請求項５に記載の化学蓄熱反応器では、第１拘束部材と第２拘束部材とを接合しているので、第１拘束部材と第２拘束部材とを接合しない場合に比較して、蓄熱材の膨張力による変形をより抑えることができる。

請求項６に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜５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前記反応媒体拡散層への反応媒体の供給及び前記反応媒体拡散層からの反応媒体の受け取りのうち少なくとも一方を行う蒸発凝縮器と、を有する。

請求項６に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜５の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器を備えているため、高蓄熱密度と軽量化が可能となる。

本発明の化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムによれば、高蓄熱密度と軽量化が可能となる。

（Ａ）、（Ｂ）は、第１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。 第１実施形態に係る反応器を示した斜視図である。 第１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。 第１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）は第１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であり、（Ｂ）は反応媒体拡散層を示した側面図である。 第１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である。 （Ａ）は図６に示した熱流動部の本体部を示した平面図であり、（Ｂ）は本体部の断面図（図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線断面図）であり、（Ｃ）は、変形例に係る本体部を示す断面図である。 （Ａ）は熱流動部と熱流動部とを第１拘束部材で接合した状態を示す斜視図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。 熱流動部と熱流動部とを第１拘束部材で接合した状態を示す縦断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、蓄熱材層、及び反応媒体拡散層の組立手順を示す説明図である。 第２の実施形態に係る積層ユニットを示す斜視図である。 （Ａ）は第３の実施形態に係る熱流動部と熱流動部とを第１拘束部材で接合した状態を示す斜視図であり、（Ｂ）はその平面図である。 （Ａ）は第４の実施形態に係る熱流動部を示す平面図であり、（Ｂ）は熱流動部の本体部を示す平面図であり、（Ｃ）は熱流動部を示す斜視図である。 第５の実施形態に係る熱流動部と熱流動部とを第１拘束部材で接合した状態を示す斜視図である。 （Ａ）は第５の実施形態に係る熱流動部を示す平面図であり、（Ｂ）は第５実施形態に係る熱流動部の本体部の内部を示す平面図である。

［第１実施形態］
図１乃至図１０にしたがって、本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システム１０を説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向、積層方向）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１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る化学蓄熱システム１０は、水を蒸発させる蒸発器と水蒸気（反応媒体の一例）Ｗを凝縮させる凝縮器とが一体化された蒸発凝縮器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と反応器２０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Ｗを生成する）蒸発部、反応器２０から受け取った水蒸気Ｗを凝縮する凝縮部、及び水蒸気Ｗ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Ｗを凝縮する、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されている。

（反応器）
反応器２０は、図２に示すように、反応容器２２を備え、反応容器２２の内部に図３に示す積層ユニット２４が収容されている。

（反応容器）
図２に示すように、反応容器２２は、直方体状とされ、上方側が開放される箱状の本体部２２Ａと、蓋部材２２Ｂとを備えている。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、前述したように内部が真空脱気されている。

（積層ユニットにおける蓄熱材反応部の全体構成）
図３に示すように、積層ユニット２４は、発熱又は蓄熱する蓄熱材反応部３０と蓄熱材反応部３０の下側に積層された熱流動部５０とを含んで構成される積層体５１が、装置上下方向に複数個（本実施形態では３個）積層されており、最上部の積層体５１の上側にも熱流動部５０が積層されている。

図４に示すように、蓄熱材反応部３０は、蓄熱材層３２と、蓄熱材層３２に上方側から積層されるフィルタ３４と、フィルタ３４に上方側から積層される反応媒体拡散層３６とを備えている。

そして、蓄熱材層３２、フィルタ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（本実施形態では正方形）とされ、本実施形態においては、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）。

（蓄熱材反応部の蓄熱材層の構成）
蓄熱材層３２は、ブロック状に形成された複数個の蓄熱成形体４０と、金属材料で形成され、蓄熱成形体４０が内部に配置される枠状の拘束枠の一例としてのフレーム部材４４とを備えている。

蓄熱成形体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、蓄熱成形体４０は、水和に伴って膨張して放熱（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。

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、コ字状の第１部材４４Ａと、第１部材４４Ａの両端部を連結する第２部材４４Ｂとを含んで構成されている。第２部材４４Ｂは、第１部材４４Ａに対してボルト４５で着脱可能に取り付けられている。

本実施形態では、フレーム部材４４の内部に、２４個の蓄熱成形体４０が、フレーム部材４４の中央部分を除いて密に配置されるようになっている。なお、蓄熱成形体４０の配置されないフレーム部材４４の中央部分には、後述する第１拘束部材９２が配置される。これにより、蓄熱成形体４０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、及び第１拘束部材９２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成形体４０が膨張した際の密度が、予め決められた蓄熱成形体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、フィルタ）
フィルタ３４は、反応媒体拡散層３６と蓄熱材層３２との間に挟まれ、一例としてφ２００〔μｍ〕の微小貫通孔（図示せず）が、フィルタ全面に多数形成された金属材料からなるエッチングフィルターである。

そして、フィルタ３４は、蓄熱成形体４０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、フィルタ３４は、蓄熱成形体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。

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。

フィルタ３４は、後述する第１拘束部材９２を貫通させるための矩形孔３５が中央に形成されており、また、２つのフィルタ片３４Ａに装置幅方向（矢印Ｗ方向）中央部から装置幅方向に２分割可能となっている。

（蓄熱材反応部の反応媒体拡散層）
反応媒体拡散層３６は、図５（Ａ）に示すように、金属材料からなる矩形状の天板３７と、天板３７に固定される金属材料からなる複数の流路部材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あけて並んでいる（図５（Ｂ）参照）。

夫々の流路部材３８は、図５（Ｂ）に示すように、天板３７に対して下方側に配置され、装置幅方向（矢印Ｗ方向）から見てフィルタ３４（図４参照）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の
蓄熱成形体４０へ供給される水蒸気、又は蓄熱材層３２の蓄熱成形体４０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。

反応媒体拡散層３６は、後述する第１拘束部材９２を貫通させるための矩形孔３９が中央に形成されており、また、２つの反応媒体拡散層片３６Ａに装置奥行方向（矢印Ｄ方向）中央部から装置奥行方向に２分割可能となっている。

（熱流動部）
熱流動部５０は、図６、及び図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上方が開口した略箱形状とされ、装置上下方向から見て矩形状の本体部５２と、本体部５２の開口部を覆い本体部５２の内部を密閉する蓋部材５４とを含んで構成されている。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、本体部５２の内部は、装置幅方向（矢印Ｗ方向）の中央に形成され、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）に延びる仕切り壁５６を介して一方側の第１熱媒体通過室５８と、他方側の第２熱媒体通過室６０とに区画されている。

本体部５２の底部、即ち、第１熱媒体通過室５８の底部、及び第２熱媒体通過室６０の底部には、仕切り壁５６と平行に配置された複数の放熱フィン６２が、装置幅方向に間隔を開けて溶接されている。放熱フィン６２は、装置幅方向から見て上方側（蓋部材側）が開放された略Ｕ字状とされている。

また、本体部５２の底部には、仕切り壁５６に最も近い放熱フィン６２と、仕切り壁５６との間に、仕切り壁５６と平行に第１隔壁６４が形成されている。さらに、本体部５２の底部には、仕切り壁５６の長手方向中央部分と、第１隔壁６４の長手方向中央部分とを連結する第２隔壁６６が形成されている。

ここで、第１熱媒体通過室５８において、仕切り壁５６と第１隔壁６４との間で、且つ第２隔壁６６の矢印Ｄ方向側は、第１流路６８とされ、仕切り壁５６と第１隔壁６４との間で、且つ第２隔壁６６の矢印Ｄ方向とは反対方向側は、第２流路７０とされている。

一方、第２熱媒体通過室６０において、仕切り壁５６と第１隔壁６４との間で、且つ第２隔壁６６の矢印Ｄ方向側は、第３流路７２とされ、仕切り壁５６と第１隔壁６４との間で、且つ第２隔壁６６の矢印Ｄ方向とは反対方向側は、第４流路７４とされている。

本体部５２の底部には、第１流路６８の本体部中央側の端部に連通する本体側第１の開口部７６と、第２流路７０の本体部中央側の端部に連通する本体側第２の開口部７８と、第３流路７２の本体部中央側の端部に連通する本体側第３の開口部８０と、第４流路７４の本体部中央側の端部に連通する本体側第４の開口部８２が形成されている。

図６に示すように、蓋部材５４の中央には、本体側第１の開口部７６（図６では図示せず）と対向する位置に蓋部材側第１の開口部８４と、本体側第２の開口部７８（図６では図示せず）と対向する位置に蓋部材側第２の開口部８６と、本体側第３の開口部８０（図６では図示せず）と対向する位置に蓋部材側第３の開口部８８と、本体側第４の開口部８２（図６では図示せず）と対向する位置に蓋部材側第４の開口部９０とが形成されている。

なお、熱流動部５０は、金属材料で形成され、蓄熱成形体４０からの圧力によって変形しないように、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６よりも高い曲げ剛性を有している。

（第１拘束部材）
図３、図８、及び図９に示すように、これら複数の熱流動部５０は、中央部分が金属材料で形成された角柱状の第１拘束部材９２で連結されている。また、最上部の熱流動部５０においては、蓋部材５４の中央部分に第１拘束部材９２が取り付けられている。図９に示すように、第１拘束部材９２は、本体部５２、及び蓋部材５４に溶接（又はろう付け）５５により接合されている。即ち、複数の熱流動部５０と第１拘束部材９２とは一体化しており、熱流動部５０と熱流動部５０との間隔が一定に保たれている。そして、一定の間隔に保たれた熱流動部５０と熱流動部５０との間に、蓄熱材反応部３０（蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６）が配置されている。

図６、図８、及び図９に示すように、角柱状に形成された第１拘束部材９２には、本体側第１の開口部７６と蓋部材側第１の開口部８４とに連通する第１熱媒流路９４、本体側第２の開口部７８と蓋部材側第２の開口部８６とに連通する第２熱媒流路９６、本体側第３の開口部８０と蓋部材側第３の開口部８８とに連通する第３熱媒流路９８、本体側第４の開口部８２と蓋部材側第４の開口部９０とに連通する第４熱媒流路１００が、軸方向（装置上下方向）に沿って形成されている。

（第２拘束部材）
図３に示すように、積層ユニット２４には、縦に配置された無端のベルト状に形成された４本の第２拘束部材１０２が積層ユニット２４を囲むように巻回されている。第２拘束部材１０２は、ステンレススチール等の金属薄板で形成されている。
４本の第２拘束部材１０２の内の２本は、装置上下方向（矢印Ｈ方向）、及び装置奥行方向（矢印Ｄ方向）を周方向とし、他の２本は、装置上下方向（矢印Ｈ方向）、及び装置幅方向（矢印Ｗ方向）を周方向としており、各第２拘束部材１０２は、積層ユニット２４の上面、下面、及び側面に接触している。

（他の部材）
図１に示すように、反応容器２２の外部には、熱流動部５０の連通先を熱源１０４とするか、熱利用対象物１０６とするかを切り替える切替部材１０８が備えられている。
図１、及び図２に示すように、積層ユニット２４の最上部の熱流動部５０の上部に接合された第１拘束部材９２は、反応容器２２の蓋部材２２Ｂを貫通し、蓋部材２２Ｂの上方に突出している。蓋部材２２Ｂの上方に突出した第１拘束部材９２と切替部材１０８とは複数本の配管を介して接続されている。

ここで、熱源１０４からの熱媒体を、切替部材１０８、第１拘束部材９２の第２熱媒流路９６、及び第３熱媒流路９８を介して熱流動部５０の内部に流入させ、熱流動部５０を通過した後の熱媒体を、第１拘束部材９２の第１熱媒流路９４、及び第４熱媒流路１００を介して熱源１０４へ戻すことができる。

また、切替部材１０８の切り替えにより、熱利用対象物１０６からの熱媒体を、切替部材１０８、第１拘束部材９２の第２熱媒流路９６、及び第３熱媒流路９８を介して熱流動部５０の内部に流入させ、熱流動部５０を通過した後の熱媒体を、第１拘束部材９２の第１熱媒流路９４、及び第４熱媒流路１００を介して熱利用対象物１０６へ戻すことができる。

（積層ユニットの組立手順）
以下に、積層ユニット２４の組立手順の概要を説明する。
（１） 先ず、熱流動部５０に第１拘束部材９２を溶接５５で接合し、図８に示すように、複数の熱流動部５０を第１拘束部材９２で連結して一体化する。
（２） 次に、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、熱流動部５０の上で、蓄熱材層３２の組み立てを行う。先ず、図１０（Ａ）に示すように、熱流動部５０の上にコ字状の第２部材４４Ｂを配置すると共に、ブロック状の蓄熱成形体４０を順に配置し、図１０（Ｂ）に示すように、第２部材４４Ｂの内側に蓄熱成形体４０を敷き詰める。その後、第１部材４４Ａの側方の開口部分を塞ぐように第２部材４４Ｂを配置し、図１０（Ｃ）に示すように、第２部材４４Ｂをボルト４５で第１部材４４Ａに固定する。このようにして、熱流動部５０の上に蓄熱材層３２が組み付けられる。なお、蓄熱材層３２の中央部に第１拘束部材９２が貫通しているので、蓄熱材層３２が熱流動部５０に対して水平方向にずれることは無い。
（３） 次に、図１０（Ｄ）に示すように、蓄熱材層３２の上に、２つのフィルタ片３４Ａを向かい合わせて配置する。なお、一方のフィルタ片３４Ａと他方のフィルタ片３４Ａとを向かい合わせて当接させ後、一方のフィルタ片３４Ａと他方のフィルタ片３４Ａとの当接部分の外周縁を点状に溶接又はろう付けすることで、一方のフィルタ片３４Ａと他方のフィルタ片３４Ａとの分離を抑制することができる。
（４） 次に、図１０（Ｅ）に示すように、フィルタ３４の上に、２つの反応媒体拡散層片３６Ａを向かい合わせて配置する。なお、一方の反応媒体拡散層片３６Ａと他方の反応媒体拡散層片３６Ａとを向かい合わせて当接させ後、一方の反応媒体拡散層片３６Ａと他方の反応媒体拡散層片３６Ａとの当接部分の外周縁を点状に溶接又はろう付けすることで、一方の反応媒体拡散層片３６Ａと他方の反応媒体拡散層片３６Ａとの分離を抑制することができる。
これにより、熱流動部５０と熱流動部５０との間に、蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６からなる蓄熱材反応部３０が組み付けられる。
（４） その後、図３に示すように、積層ユニット２４を囲むように４本の第２拘束部材１０２を巻回する。

（化学蓄熱システムの作用、効果）
次に、化学蓄熱システム１０の作用、効果について説明する。
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）させる際には、図１（Ｂ）に示すように、切替部材１０８により第１拘束部材９２の各通路の連通先が熱利用対象物１０６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Ｗ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Ｗが反応媒体流動部２６を通り、反応媒体拡散層３６を流れる。そして、水蒸気Ｗがフィルタ３４を通過して蓄熱材層３２の蓄熱成形体４０と接触することにより、蓄熱材層３２の蓄熱成形体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の内部を流れる熱媒体によって、熱利用対象物１０６に輸送される。

図７、及び図９に示すように、熱流動部５０の内部では、第１熱媒体通過室５８の内部と第２熱媒体通過室６０の内部において、熱媒体が矢印Ａ方向に流れる。熱流動部５０の内部には放熱フィン６２が設けられており、熱媒体はこの放熱フィン６２の間を通過するので、蓄熱成形体４０の熱を効率的に熱媒体に伝達することができる。

一方、化学蓄熱システム１０において蓄熱材層３２の蓄熱成形体４０に熱を蓄熱させる際には、図１（Ａ）に示すように、切替部材１０８により第１拘束部材９２の各通路の連通先が熱源１０４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の内部に、熱源１０４によって加熱された熱媒体が流れる。

この場合においても、熱流動部５０の内部では、第１熱媒体通過室５８の内部と第２熱媒体通過室６０の内部において、熱源１０４によって加熱された熱媒体が矢印Ａ方向に流れ、熱媒体の熱を効率的に蓄熱成形体４０に伝達することができる。

そして、熱流動部５０の第１熱媒体通過室５８と第２熱媒体通過室６０を流れる熱媒体の熱によって蓄熱成形体４０が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱成形体４０に蓄熱される。

さらに、蓄熱成形体４０から離脱された水蒸気Ｗは、フィルタ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１（Ａ）に示すように、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を流れる冷媒によって水蒸気Ｗ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。

本実施形態の積層ユニット２４においては、第１拘束部材９２で連結された熱流動部５０と熱流動部５０との間に蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６が挟持されている。これにより、蓄熱成形体４０が水蒸気Ｗと接触して膨張した際に、熱流動部５０の高い曲げ剛性と、第１拘束部材９２の積層方向の引っ張り強度とを利用して、熱流動部５０と熱流動部５０との間に積層されている各部材の変形や積層方向の間隔が変化しまうのを抑制し、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、第１拘束部材９２は、熱流動部５０と熱流動部５０との間に配置されている蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６の中央部を貫通しているので、これら蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６の水平方向、即ち、装置幅方向（矢印Ｗ方向）、及び装置奥行方向（矢印Ｄ方向）のずれを抑制することができる。このため、仮に蓄熱材が粉体化しても、蓄熱材層３２の水平方向のずれに起因する蓄熱材の漏れは抑制される。

蓄熱材層３２から蓄熱材が漏れ出て、蓄熱材の密度や蓄熱材の量が減ると、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してしまう虞がある。しかしながら、本実施形態のように蓄熱材層３２のずれを抑制して、蓄熱材の漏れを抑制することで、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。

ここで、蓄熱材層３２の内部に配置される蓄熱成形体４０において、膨張した際の膨張力が、積層方向から見た中央部で大きくなるが、大きな膨張力の作用する積層ユニット２４の中央部に第１拘束部材９２が配置されているので、膨張力による変形を効率的に抑制することができる。

なお、積層ユニット２４においては、第２拘束部材１０２が積層ユニット２４を囲むように巻回されており、膨張力による外周側（中央部から離れた位置）の変形を補助的に抑制している。なお、第２拘束部材１０２は必要に応じて設ければよく、無くてもよい。

本実施形態の積層ユニット２４においては、第１拘束部材９２が積層ユニット２４の側面の外側に配置されておらず、積層ユニット２４の中心部を貫通しており、外側に巻回されている第２拘束部材１０２は金属薄板で形成されているので、積層ユニット２４の側面と反応容器２２の内面との間隔を狭くすることができ、反応容器２２を小さくして、反応容器２２の内容積を小さくすることができる。これにより、反応容器２２の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である蓄熱密度を高くすることができる。

さらに、本実施形態の積層ユニット２４においては、第１拘束部材９２が、熱流動部５０に対して外部から熱媒体を供給する熱媒流路としての機能と、蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６を熱流動部５０で拘束するための拘束部材としての機能とを有しているため、熱媒流路と拘束部材とを別々の部材で作成する必要がなく、部品点数を少なくして、軽量化を図ることができる。また、積層ユニット２４の部品点数を少なくすることで、積層ユニット２４の熱容量を小さくすることができ、蓄熱材と反応媒体とが反応する反応時間を短縮することができ、高性能な反応器２０を実現できる。

［第２実施形態］
次に、図１１にしたがって、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１１に示すように、本実施形態の積層ユニット２４では、両端部を第１拘束部材９２の側面に溶接１１２により接合した２本の第２拘束部材１１０が、積層ユニット２４を囲むように巻回されている。本実施形態の第２拘束部材１１０も、ステンレススチール等の金属薄板で形成されている。

ここで、２本の第２拘束部材１１０の内の１本は、上下方向（矢印Ｈ方向）、及び装置奥行方向（矢印Ｄ方向）を周方向とし、他の１本は、上下方向（矢印Ｈ方向）、及び装置幅方向（矢印Ｗ方向）を周方向としており、各第２拘束部材１１０は、積層ユニット２４の上面、下面、及び側面に接触している。

また、本実施形態の第２拘束部材１１０は、その両端部が第１拘束部材９２の側面に溶接１１２により接合されているので、接合しない場合に比較して変形の抑制効果を高めることができる。

［第３実施形態］
次に、図１２にしたがって、本発明の第３実施形態について説明する。なお、前述した実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

第１の実施形態では、熱流動部５０の中央部に第１拘束部材９２を接合したが、例えば、図１２に示すように、熱流動部５０の形状が長方形である場合には、熱流動部５０の長手方向に複数（本実施形態で２個）の第１拘束部材９２を接合してもよい。なお、本実施形態の熱流動部５０は、正方形であった第１の実施形態の熱流動部５０を２個一組にして長方形状となるように一体化したものである。
なお、図示は省略するが、蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６は、熱流動部５０の形状に合わせて長方形に形成されている。

熱流動部５０において、蓄熱材の膨張力の大きくなる部分がある方向に分布したり、複数個所になる場合には、熱流動部５０に第１拘束部材９２を複数接合し、変形を抑制することが好ましい。

［第４実施形態］
次に、図１３にしたがって、本発明の第４実施形態について説明する。なお、前述した実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１３に示すように、本実施形態の熱流動部５０には、本体側第１の開口部７６、本体側第３の開口部８０、蓋部材側第１の開口部８４、及び蓋部材側第３の開口部８８とに連通する第１熱媒流路１１６、本体側第２の開口部７８、本体側第４の開口部８２、蓋部材側第２の開口部８６、及び蓋部材側第４の開口部９０とに連通する第２熱媒流路１１８が、軸方向（装置上下方向）に沿って形成された第１拘束部材１１４が接合されている。

本実施形態では、第１熱媒流路１１６から熱流動部５０に熱媒体が流入し、第２熱媒流路１１８から熱媒体が排出されるようになっており、図１２（Ｂ）に示すように、熱流動部５０の内部において、矢印Ｂ方向に熱媒体を流すことができる。
なお、その他の作用、効果は第１の実施形態と同様である。

［第５実施形態］
次に、図１４、及び図１５にしたがって、本発明の第５実施形態について説明する。なお、前述した実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

第１の実施形態の熱流動部５０の形状は、矩形であったが、図１４、及び図１５に示すように、本実施形態の熱流動部１２０は、円形である。また、第１の実施形態の第１拘束部材９２は、角柱状であったが、図１４に示すように、本実施形態の第１拘束部材１２２は、円柱状である。

本実施形態の熱流動部１２０は、上方が開口し、装置上下方向から見て円形状の本体部１２４と、本体部１２４の開口部を覆い本体部１２４の内部を密閉する蓋部材１２６とを含んで構成されている。

図１５（Ｂ）に示すように、本体部１２４の底部には、中心部に隔壁１２８が形成されており、隔壁１２８の矢印Ｗ方向側に半円状の本体側第１の開口部１３０が、隔壁１２８の矢印Ｗ方向とは反対側に本体部側第２の開口部１３２が形成されている。

また、本体部１２４の底部には、中心部を通り、かつ装置幅方向に延びる仮想中心線ＦＣＬに沿って、隔壁１２８の矢印Ｗ方向側に通路１３４が形成され、隔壁１２８の矢印Ｗ方向側と反対側に通路１３６が形成されている。

さらに、本体部１２４の底部には、仮想中心線ＦＣＬを境にして通路１３４、及び通路１３６の矢印Ｄ方向側、及び矢印Ｄ方向側と反対側に、本体部１２４の中心部を曲率半径の中心とした複数の円弧状のフィン１３８が形成されている。

図１５（Ａ）に示すように、蓋部材１２６には、本体部１２４の本体側第１の開口部１３０と対向する位置に、蓋側第１の開口部１４０が形成され、本体部側第２の開口部１３２と対向する位置に、蓋側第２の開口部１４２が形成されている。

図１４、及び図１５（Ａ）に示すように、本実施形態の第１拘束部材１２２には、本体側第１の開口部１３０と蓋側第１の開口部１４０に連通する第１熱媒流路１４４、及び本体部側第２の開口部１３２と蓋側第２の開口部１４２とに連通する第２熱媒流路１４６が軸方向に沿って形成されている。

なお、図示は省略するが、熱流動部１２０と熱流動部１２０との間には、円形の蓄熱材層３２、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６が配置されている。

本実施形態では、熱流動部１２０に対して、第１拘束部材１２２の第１熱媒流路１４４から熱媒体が流入し、第２熱媒流路１４６から熱媒体が排出される。図１５（Ｂ）に示すように、熱流動部１２０の内部では、熱媒体が通路１３４を矢印Ｃ方向に流れた後、フィン１３８とフィン１３８との間を流れ、最後に、通路１３６を矢印Ｃ方向に流れるようになっている。
なお、その他の作用、効果は第１の実施形態と同様である。

［その他の実施形態］
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。

上記実施形態の熱流動部５０の本体部５２では、図７（Ｂ）に示すように、第１熱媒体通過室５８の底部、及び第２熱媒体通過室６０の底部に、複数の放熱フィン６２が溶接されていたが、放熱フィン６２は、図７（Ｃ）に示すように、第１熱媒体通過室５８の底部、及び第２熱媒体通過室６０の底部に対して一体的に形成（例えば、本体部５２の切削加工により）されていてもよい。

２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器
２４ 積層ユニット
３２ 蓄熱材層
３４ フィルタ
３６ 反応媒体拡散層
４０ 蓄熱材成形体（蓄熱材）
４４ フレーム部材（拘束枠）
５０ 熱流動部（第１の熱交換部、第２の熱交換部）
５１ 積層体
９２ 第１拘束部材
９４ 第１熱媒流路（熱媒流路）
９６ 第２熱媒流路（熱媒流路）
９８ 第３熱媒流路（熱媒流路）
１００ 第４熱媒流路（熱媒流路）
１０２ 第２拘束部材
１１４ 第１拘束部材
１１６ 第１熱媒流路（熱媒流路）
１１８ 第２熱媒流路（熱媒流路）
１２０ 熱流動部
１２２ 第１拘束部材
１４４ 第１熱媒流路
１４６ 第２熱媒流路
Ｗ 水蒸気（反応媒体）

Claims (6)

1. 反応媒体と結合することで膨張し発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材が内部に配置されている蓄熱材層、前記蓄熱材層の一方側に配置され、反応媒体が流れる反応媒体拡散層、前記蓄熱材層と前記反応媒体拡散層との間に配置され、複数の細孔が形成されたフィルタ、及び前記蓄熱材層の前記フィルタとは反対側に積層され、内部に熱媒体が流れる空間を有する第１の熱交換部を含んで構成される積層体と、前記積層体に対して、前記第１の熱交換部とは反対側に配置されて前記第１の熱交換部との間で前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタを挟持し、内部に熱媒体が流れる空間を有し、前記熱媒体によって前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収のうち少なくとも一方を行う第２の熱交換部と、を含んで構成される積層ユニットと、
   前記積層ユニットを内部に収容する容器と、
   積層された前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタを貫通して前記第１の熱交換部と前記第２の熱交換部とを連結し、内部に前記第１の熱交換部の内部空間と前記第２の熱交換部の内部空間とを連通すると共に、前記第１の熱交換部の内部空間と前記第２の熱交換部の内部空間に対して前記積層体の外部から前記熱媒体を出入りさせる熱媒流路を備えた第１拘束部材と、
   を備える化学蓄熱反応器。
2. 前記第１拘束部材は、前記積層体の中心部を貫通している、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 積層方向と交差する方向に離間した複数の前記第１拘束部材を有している、請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記積層ユニットの積層方向に向けて延びると共に前記積層ユニットの外面に沿って配置され、前記第１の熱交換部、前記第２の熱交換部、前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記フィルタの積層方向とは交差する方向に移動を拘束する第２拘束部材を有する、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。
5. 前記第１拘束部材と前記第２拘束部材とが接合されている、請求項４に記載の化学蓄熱反応器。
6. 請求項１〜５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前記反応媒体拡散層への反応媒体の供給及び前記反応媒体拡散層からの反応媒体の受け取りのうち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。