JP2017219234A - 蓄熱容器及び蓄熱容器を備えた蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成にて発熱量と熱輸送量を向上できる蓄熱容器、上記蓄熱容器を用いた蓄熱装置を提供する。
【解決手段】液相の流体を導入する液相流体導入部と気相の流体を排出する気相流体排出部とを有する筐体と、前記筐体内に収容された化学蓄熱材と、前記筐体内を上下に連通して設けられた流体流路と、前記化学蓄熱材と前記流体流路との間に設けられた第１の拡散層と、を備え、前記液相流体導入部が前記筐体の下部に設けられ、前記気相流体導入部が前記筐体の上部に設けられている蓄熱容器。
【選択図】図１

Description

本発明は、反応媒体と化学蓄熱材との反応により反応熱を放出し、上記反応の逆反応により吸熱する可逆反応を利用して、発熱と蓄熱を繰り返すことができる化学蓄熱材を使用した蓄熱容器、該蓄熱容器を備えた蓄熱装置に関する。

化学蓄熱材は、体積あたりの蓄熱量が大きく、蓄熱された化学蓄熱材を長期貯蔵しても熱損失が極めて少ないことなどから、エンジンや工業プラント等からの排熱の貯蔵及び利用に、活用することが期待されている。

そこで、図６に示すように、粉体の化学蓄熱材６２と、化学蓄熱材６２に隣接して配置した発泡膨張材６３とを含有する化学蓄熱材複合体が内管６１と外管６７との間に収容され、化学蓄熱材６２の蓄熱・放熱に伴って放出される水蒸気が流通する反応流路６４が、内管６１内に構成され、化学蓄熱材６２との間で熱交換を行う熱交換媒体であるガス状の流体が流通する熱交換流路６６が、外管６７と外壁６５との間に設けられた蓄熱容器６が、提案されている（特許文献１）。しかし、特許文献１の蓄熱容器６では、水蒸気を供給する反応流路６４と熱交換媒体を供給する熱交換流路６６を別個に設ける必要があるため、配管構成が複雑になるという問題があった。また、配管構成の複雑化により、蓄熱容器６に搭載できる化学蓄熱材６２の量が少なくなってしまうので、蓄熱容器６の単位体積当たりの利用熱量（蓄熱密度）が小さくなるという問題があった。

加えて、特許文献１の蓄熱容器６では、熱交換媒体としてガス状の流体を使用すると、ガス状の流体に顕熱が供給できるのみとなるので、熱交換媒体の熱輸送量が制限されるという問題、ガス状の熱交換媒体を蓄熱容器６に供給するためには、気化熱による熱交換媒体貯蔵容器の温度低下を防止するために、熱交換媒体貯蔵容器にエネルギーを投入する必要があるという問題の他、反応流体として水蒸気等の気体を使用すると、化学蓄熱材６２からの放熱量を向上させることができないという問題があった。

そこで、化学蓄熱材からの放熱量をより向上させるために、反応流体として水等の液体を使用することが検討されている。しかし、反応流体として水等の液体を使用すると、粉体状の化学蓄熱材を圧縮成型しても、発熱と蓄熱を繰り返すことで、化学蓄熱材の形状が崩れていき、化学蓄熱材が、蓄熱容器外へ流出してしまうという問題があった。

特開２００９−２２８９５２号公報

本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にて発熱量と熱輸送量を向上できる蓄熱容器、上記蓄熱容器を用いた蓄熱装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、液相の流体を導入する液相流体導入部と気相の流体を排出する気相流体排出部とを有する筐体と、前記筐体内に収容された化学蓄熱材と、前記筐体内を上下に連通して設けられた流体流路と、前記化学蓄熱材と前記流体流路との間に設けられた第１の拡散層と、を備え、前記液相流体導入部が前記筐体の下部に設けられ、前記気相流体導入部が前記筐体の上部に設けられている蓄熱容器である。

上記態様では、第１の拡散層に隣接して設けられた流体流路の内部へ、化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応媒体としての機能を有する液体（液相の熱輸送流体）が供給され、化学蓄熱材と流体流路との間に設けられた第１の拡散層に、同じく、反応媒体としての機能を有する液体（液相の熱輸送流体）が供給される。気相流体排出部が液相流体導入部よりも上方の位置に設けられているので、第１の拡散層は重力方向に延在しているものの、第１の拡散層の有する拡散力により、前記液体が第１の拡散層全体に移動する。第１の拡散層全体に移動した前記液体と化学蓄熱材とが反応し、化学蓄熱材に貯蔵されていた熱が反応熱として化学蓄熱材から放出される。一方で、流体流路の内部へ供給された、前記液体は、流体流路内部を液相流体導入部から気相流体排出部の方向へと流れる間に、上記反応熱を受熱して気体（気相の熱輸送流体）となる。

流体流路を流通する気相の熱輸送流体は、上記反応熱を輸送する熱輸送流体として、流体流路から熱利用先と熱的に接続された熱交換器へ輸送される。従って、上記流体流路は、前記熱輸送流体の通路となっている。なお、本明細書中、「上」とは、重力方向上方側を意味し、「下」とは重力方向下方側を意味する。

一方で、蓄熱容器の外部の熱は、蓄熱容器の筐体の壁面を介して、筐体内部に収容された化学蓄熱材へ移動可能となっている。筐体内部へ移動した熱によって、反応により反応媒体と結合して反応熱を放出した化学蓄熱材から、反応媒体が脱離する反応が起こることで、化学蓄熱材が筐体内部へ移動した熱を貯蔵する。

本発明の態様は、前記第１の拡散層が、毛細管構造を有する構造体である蓄熱容器である。上記態様では、第１の拡散層の有する毛細管力により、前記液体が第１の拡散層全体に移動する。

本発明の態様は、前記流体流路の、重力方向下方側の端部に、第２の拡散層が設けられている蓄熱容器である。

本発明の態様は、前記第２の拡散層が、毛細管構造を有する構造体である蓄熱容器である。

本発明の態様は、前記第２の拡散層が、空隙を介して前記液相流体導入部と連通している蓄熱容器である。上記態様では、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体は、液相流体導入部から、第２の拡散層を介して、流体流路へ供給される。

本発明の態様は、前記化学蓄熱材が、第１の拡散層で被覆されている蓄熱容器である。

本発明の態様は、液相の流体を導入する液相流体導入部と気相の流体を排出する気相流体排出部とを有する筐体と、前記筐体内に収容された化学蓄熱材と、前記筐体内を上下に連通して設けられた流体流路と、前記化学蓄熱材と前記流体流路との間に設けられた第１の拡散層と、を備え、前記液相流体導入部が、前記筐体の下部に設けられ、前記気相流体排出部が前記筐体の上部に設けられている蓄熱容器と、前記液相流体導入部と接続された、前記化学蓄熱材の反応媒体としての機能を有する液体が収容された熱輸送流体容器と、前記気相流体排出部と接続された、熱交換器と、前記熱輸送流体容器と前記熱交換器を接続し、前記熱交換器によって得られた液相の熱輸送流体を前記熱輸送流体容器へ供給する配管系と、を備えた、循環系を有し、前記循環系が、気密状態であり、減圧されている蓄熱装置である。

本発明の態様は、前記蓄熱容器と前記熱輸送流体容器との間に、第１の熱輸送流体供給手段が設けられている蓄熱装置である。

本発明の態様は、前記熱交換器と前記熱輸送流体容器との間に、第２の熱輸送流体供給手段が設けられている蓄熱装置である。

本発明の態様は、上記蓄熱装置を用いた暖気装置である。

本発明の態様によれば、反応媒体としての機能を有する液体（液相の熱輸送流体）は、化学蓄熱材に対する反応媒体として機能し、かつ化学蓄熱材に蓄熱された熱を熱利用先へ輸送する熱輸送流体（熱輸送媒体）としても機能するので、反応媒体の流路と熱輸送流体の流路を、それぞれ、別経路とする必要がない。このように、反応媒体の流路と熱輸送流体の流路を一系統とすることができるので、蓄熱容器内の構造を簡易にすることができる。また、気体ではなく液体が化学蓄熱材と反応するので、優れた蓄熱密度、すなわち優れた蓄熱量と高い発熱速度を得ることができる。ここで発熱速度とは、化学蓄熱材が反応媒体との発熱反応により熱を放出するのにかかる時間のことを指す。

また、本発明の態様によれば、化学蓄熱材と流体流路との間に第１の拡散層が設けられているので、第１の拡散層を介して、反応媒体としての機能を有する液体（液相の熱輸送流体）が、化学蓄熱材全体に渡って、円滑かつ確実に拡散される。従って、化学蓄熱材の発熱速度及び発熱効率がより向上する。

さらに、本発明の態様によれば、液相流体導入部が筐体の下部に設けられ、気相流体排出部が筐体の上部に設けられているので、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体は、流体流路の重力方向下方側から、化学蓄熱材へ供給される。従って、化学蓄熱材全体に均一に液相の熱輸送流体が供給されるので、優れた発熱密度を得ることができる。

また、本発明の態様によれば、反応熱を受熱した、気相の熱輸送流体は、流体流路内を重力方向下方から上方の方向へ流れるところ、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体は流体流路の重力方向下方側から化学蓄熱材へ供給されるので、気相の熱輸送流体の筐体内における流れを円滑化でき、優れた熱輸送効率を得ることができる。

さらに、本発明の態様によれば、上記の通り、反応媒体としての機能を有する気相の熱輸送流体は流体流路内を重力方向下方から上方の方向へ流れるので、反応初期において気相の熱輸送流体が上方の化学蓄熱材に供給することができ、化学蓄熱材の全体にわたって優れた蓄熱効率を得ることができる。また、本発明の態様によれば、上記の通り、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体を化学蓄熱材全体に均一に供給できるので、複数の化学蓄熱材と複数の流体流路を配置しても、それぞれの化学蓄熱材に対する反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体の供給を均一化でき、結果、優れた発熱効率と蓄熱効率を得ることができる。

本発明の態様によれば、流体流路の、重力方向下方側の端部に、第２の拡散層が設けられていることにより、流体流路に円滑かつ確実に反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体が供給され、また、流体流路が複数設けられても、各流体流路への反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体の供給を均一化できる。

本発明の態様によれば、化学蓄熱材が第１の拡散層で被覆されていることにより、反応媒体として水等の液体を使用しても、成型された化学蓄熱材の形状変化を抑制できる。

本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器の側面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器の側面断面図である。 本発明の第３実施形態例に係る蓄熱容器の側面断面図である。 本発明の蓄熱容器の使用方法例の概要を示す説明図である。 本発明の実施形態例に係る蓄熱装置の説明図である。 従来の蓄熱装置の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器について図面を用いながら説明する。図１に示すように、第１実施形態例に係る蓄熱容器１は、内部空間を有する容器である筐体１１と、筐体１１の内部に配置された化学蓄熱材１２とを備えている。また、蓄熱容器１は、化学蓄熱材１２に隣接して第１の拡散層である第１のウィック構造体１７を備えている。蓄熱容器１では、化学蓄熱材１２の表面に第１のウィック構造体１７が配置されている。また、筐体１１内部のうち、化学蓄熱材１２と第１のウィック構造体１７が設けられていない部位に、流体流路１８が形成されている。

筐体１１は、化学蓄熱材１２と反応する反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを筐体１１内へ導入する液相流体導入部１３と、気相の熱輸送流体Ｇを筐体１１外へ排出する気相流体排出部１４と、を有している。ここで、気相の熱輸送流体Gは、熱輸送流体Lの一部が化学蓄熱材１２と反応せず、化学蓄熱材１２の発熱反応による熱によって気化したものである。液相流体導入部１３は第１の管状体の一方の端部であり、液相流体導入部１３は、筐体１１の内部空間のうち、下部またはその近傍に配置されている。また、上記第１の管状体の他方の端部は、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを貯蔵する熱輸送流体容器（後述する）と連通している。蓄熱容器１では、上記第１の管状体は筐体１１の頂部（天板部）外側から筐体１１内部へ挿入された態様となっている。

気相流体排出部１４は第２の管状体であり、気相流体排出部１４の一方の端部は、筐体１１の内部空間のうち、頂部またはその近傍に配置されており、気相流体排出部１４の他方の端部は、反応媒体としての機能を有する気相の熱輸送流体Ｇから受熱可能な熱交換器（後述する）と連通している。蓄熱容器１では、気相流体排出部１４は、筐体１１の上部（天板部）から鉛直方向に延在した態様、すなわち、第１の管状体に対して平行方向に設置されている。

筐体１１の横断面形状は、特に限定されないが、図１に示すように、蓄熱容器１では、矩形状となっている。

また、化学蓄熱材１２は、粉体が所定形状に圧縮成型された態様である。化学蓄熱材１２の圧縮形状は、特に限定されないが、蓄熱容器１では、横断面形状は矩形状となっている。圧縮成型された化学蓄熱材１２の設置数は、１つでも複数でも、特に限定されず、蓄熱容器１では、４つの圧縮成型された化学蓄熱材１２が、相互に、並列に配置されている。

第１のウィック構造体１７は、化学蓄熱材１２外面に接した状態で化学蓄熱材１２全体を被覆している。すなわち、それぞれの化学蓄熱材１２は、第１のウィック構造体１７の内面と接した状態で被覆されている。化学蓄熱材１２は第１のウィック構造体１７で被覆されているので、反応媒体として水等の液体を使用しても、圧縮成型された化学蓄熱材１２の形状を維持することができ、第１のウィック構造体１７は、化学蓄熱材１２の形状の保持部材として機能する。

蓄熱容器１では、第１のウィック構造体１７で被覆された化学蓄熱材１２は、いずれも、筐体１１の底面に対して鉛直方向に立設されている。すなわち、第１のウィック構造体１７で被覆された化学蓄熱材１２は、重力方向に対して平行方向に立設されている。従って、第１のウィック構造体１７は、重力方向に対して平行方向に延在する部位と、重力方向に対して直交方向に延在する部位と、を有している。

また、蓄熱容器１では、相互に隣接している、第１のウィック構造体１７間を接続する、第２の拡散層である第２のウィック構造体１９が設けられている。第２のウィック構造体１９は、第１のウィック構造体１７の重力方向に対して平行方向に延在する部位のうち、重力方向下方側の端部（すなわち、筐体１１の下部側端部）を接続するように配置されている。また、第１のウィック構造体１７及び第２のウィック構造体１９と筐体１１の底部との間には空隙が形成されており、該空隙は、液相流体導入部１３から供給された反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを溜める液相流体貯留部２０となっている。一方で、第１のウィック構造体１７の重力方向に対して平行方向に延在する部位のうち、重力方向上方側の端部（すなわち、筐体１１の上部側端部）には、第２のウィック構造体１９は設けられていない。

図１に示すように、蓄熱容器１は、相互に隣接している第１のウィック構造体１７のうち、重力方向に対して平行方向に延在する部位間は空間部となっており、該空間部が流体流路１８となっている。第１のウィック構造体１７で被覆された化学蓄熱材１２は、いずれも、筐体１１の底面に対して鉛直方向に立設されていることに応じて、流体流路１８は、筐体１１の底面に対して鉛直方向に延在している。すなわち、流体流路１８は、重力方向に対して平行方向に延在している。また、第１のウィック構造体１７の、重力方向に対して平行方向に延在する部位のうち、重力方向下方側の端部（すなわち、筐体１１の下部側端部）を接続するように第２のウィック構造体１９が配置されていることに応じて、流体流路１８の重力方向下方側の端部（すなわち、筐体１１の下部側端部）には、第２のウィック構造体１９が配置されている。

流体流路１８の設置数は、１つでも、複数でも、特に限定されず、図１では、第１のウィック構造体１７で被覆された化学蓄熱材１２が４つ配置されていることに対応して、流体流路１８が３つ形成されている。

図１に示すように、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは、液相流体導入部１３から、筐体１１の底部へ供給される。筐体１１の下部へ供給された反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは、液相流体貯留部２０で所定量溜められた後、筐体１１の下部から、第１のウィック構造体１７及び第２のウィック構造体１９を介して、流体流路１８の重力方向下方側の端部（すなわち、筐体１１の下部側端部）へ供給される。さらに、第１のウィック構造体１７の有する毛細管力によって、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌが、化学蓄熱材１２の重力方向下方側の端部（すなわち、筐体１１の下部側端部）から化学蓄熱材１２の表面全体へ、円滑に拡散されていく。つまり、第１のウィック構造体１７の毛細管力によって、液相の熱輸送流体Ｌは、第１のウィック構造体１７の表面及び内部を、重力方向下方から上方の方向へ重力方向に沿って、化学蓄熱材１２の筐体１１の下部側端部から筐体１１の上部側端部まで、円滑かつ確実に拡散することができる。

第１のウィック構造体１７は、化学蓄熱材１２の外面と接触しているので、第１のウィック構造体１７に吸収された液相の熱輸送流体Ｌと化学蓄熱材１２とが、速やかに反応して、化学蓄熱材１２が反応熱Ｈを放出する。

化学蓄熱材１２から放出された反応熱Ｈは、液相の熱輸送流体Ｌへ移動する。反応熱Ｈにより、液相の熱輸送流体Ｌは、気化して気相の熱輸送流体Ｇとなる。気相の熱輸送流体Ｇは、流体流路１８を重力方向下方から上方の方向（すなわち、筐体１１の下部側から筐体１１の上部側）へ移動する。気相の熱輸送流体Ｇは、筐体１１の上部に設けられた気相流体排出部１４から蓄熱容器１外へ放出され、さらには熱利用先側へ、熱輸送流体Ｇの潜熱として反応熱Ｈを輸送する。

上記の通り、流体流路１８は、重力方向に対して平行方向に延在しているので、気相の熱輸送流体Ｇを、重力方向下方から上方の方向へ円滑に輸送することができる。

上記の通り、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは、流体流路１８の重力方向下方側から化学蓄熱材１２へ供給される。また、反応熱Ｈを受熱した、反応媒体としての機能を有する気相の熱輸送流体Ｇは、流体流路１８内を重力方向下方から上方の方向へ流れる。よって、液相の熱輸送流体Ｌの流れが気相の熱輸送流体Ｇの流れと交差するのを防止できる。従って、蓄熱容器１では、優れた熱輸送効率を発揮することができる。また、反応熱Ｈを受熱した気相の熱輸送流体Ｇの筐体１１内における流れを円滑化して、効率良く熱を輸送することができる。

また、蓄熱容器１では、液相の熱輸送流体Ｌは、化学蓄熱材１２に対する反応媒体として機能し、かつ化学蓄熱材１２に蓄熱された熱を熱利用先へ輸送する熱輸送流体（熱輸送媒体）としても機能するので、反応媒体の流路と熱輸送流体の流路を、それぞれ、別経路とする必要がなく、一系統とすることができる。

また、流体流路１８は、重力方向に対して平行方向に延在し、液相の熱輸送流体Ｌは、流体流路１８の重力方向下方側から、すなわち、第１のウィック構造体１７の重力方向下方側から、化学蓄熱材１２へ供給される。従って、化学蓄熱材１２全体に均一に反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを供給できるので、蓄熱容器１は、優れた発熱速度と発熱効率を発揮できる。また、気相の熱輸送流体Ｇが逆流することがないため、逆流防止のための構造を設ける必要がない。

さらに、上記の通り、化学蓄熱材１２全体に均一に反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを供給できるので、複数の化学蓄熱材１２と複数の流体流路１８を配置しても、それぞれの化学蓄熱材１２に対する反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌの供給を均一化でき、結果、優れた発熱効率と蓄熱効率を得ることができる。

第１のウィック構造体１７及び第２のウィック構造体１９は、いずれも、毛細管構造を有する構成であれば、特に限定されず、例えば、粉末状の金属材料を焼成することで構築される金属焼結体、金属メッシュ等の部材を挙げることができる。

筐体１１の材質は、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等を挙げることができる。化学蓄熱材１２と反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは、特に限定されず、公知のものはいずれも使用でき、例えば、化学蓄熱材であるＣａＯ及び／またはＭｇＯと反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体であるＨ_２Ｏとの組み合わせ、ＣａＯ及び／またはＭｇＯと反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体であるＣＯ_２との組み合わせ等を挙げることができる。

次に、本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器について図面を用いながら説明する。なお、蓄熱容器１と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係る蓄熱容器１では、気相流体排出部１４は、筐体１１の天板部から重力方向に延在していたが、これに代えて、第２実施形態例に係る蓄熱容器２では、図２に示すように、気相流体排出部２４は、筐体１１の側面部から、重力方向に対して直交方向に延在している。すなわち、気相流体排出部２４は、液相流体導入部１３に対して直交方向に設置されている。また、気相流体排出部２４は、筐体１１の側面部のうち、上部側近傍に設けられている。

蓄熱容器２でも、蓄熱装置１と同様に、流体流路１８の部位を筐体１１の下部側端部から筐体１１の上部側端部方向へ移動した反応媒体としての機能を有する気相の熱輸送流体Ｇを、気相流体排出部２４から蓄熱容器１外へ、円滑に放出できる。

次に、本発明の第３実施形態例に係る蓄熱容器について図面を用いながら説明する。なお、蓄熱容器１、２と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係る蓄熱容器１では、一方の端部が液相流体導入部１３である第１の管状体は筐体１１の上部（天板部）外側から筐体１１内部へ挿入された態様となっていたが、これに代えて、第３実施形態例に係る蓄熱容器３では、図３に示すように、筐体１１の側面のうち、下部またはその近傍に、筐体１１の外側から、液相流体導入部３３が接続されている。

蓄熱容器３でも、蓄熱装置１、２と同様に、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを、液相流体導入部３３から、筐体１１の底部へ供給できる。

次に、本発明の上記各実施形態例に係る蓄熱容器の使用方法例について説明する。ここでは、図１の第１実施形態例に係る蓄熱容器１を例にとって説明する。

蓄熱容器１は、例えば、熱回収対象である流体Ｆ中へ設置することができる。設置態様としては、特に限定されないが、例えば、図４に示すように、扁平形状の筐体１１を有している蓄熱容器１を、筐体１１の平坦部が熱回収対象である流体Ｆの流れ方向に対して平行または略平行となるように、複数（図４では、１０個）、並列に配置することが挙げられる。液相流体導入ヘッダー部４３は、各蓄熱容器１の液相流体導入部１３と連通しており、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは、液相流体導入ヘッダー部４３を介して、各蓄熱容器１へ分配、供給される。

気相流体排出ヘッダー部４４は、各蓄熱容器１の気相流体排出部１４と連通しており、各蓄熱容器１の気相流体排出部１４から排出された反応媒体としての機能を有する気相の熱輸送流体Ｇは、気相流体排出ヘッダー部４４にて集められた後、熱利用先（図示せず）へ輸送される。

蓄熱容器１を、熱回収対象である流体Ｆ中に設置すると、筐体１１の外面が、熱回収対象である流体Ｆから熱を受け、受けた熱を蓄熱容器１内へ回収（蓄熱）する。筐体１１の外面を介して熱回収対象である流体Ｆから回収された熱は、筐体１１内に収容された化学蓄熱材１２へ伝えられ、化学蓄熱材１２が、伝えられた前記熱を貯蔵する。化学蓄熱材１２は、熱を貯蔵する際に、気相の熱輸送流体Ｇを放出する。

一方、第１のウィック構造体１７に供給された反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌが、反応媒体として、熱を貯蔵した化学蓄熱材１２と反応することで、化学蓄熱材１２に貯蔵されていた熱が反応熱Ｈとして化学蓄熱材１２から放出（放熱）される。

化学蓄熱材１２から放出された反応熱Ｈは、第１のウィック構造体１７を介して、流体流路１８の筐体１１の下部側端部から供給された、液相の熱輸送流体Ｌへ伝えられ、液相の熱輸送流体Ｌの一部が反応熱Ｈを受熱して気化し、気相の熱輸送流体Ｇとなる。気相の熱輸送流体Ｇが、該反応熱Ｈを輸送する熱媒体、すなわち、熱輸送流体として蓄熱容器１から熱利用先側へ輸送される。本発明の蓄熱容器は、上記の蓄熱と放熱を、優れた蓄熱密度、すなわち優れた蓄熱量と高い発熱速度で、繰り返し行うことができる。

次に、本発明の蓄熱容器を用いた蓄熱装置の実施形態例について、図面を用いながら説明する。ここでは、図１の第１実施形態例に係る蓄熱容器１を用いた蓄熱装置を例にとって説明する。

図５に示すように、本発明の実施形態例に係る蓄熱装置１００は、蓄熱容器１の筐体１１の開口した液相流体導入部１３を有する第１の管状体の端部が、第１の熱輸送流体供給手段である第１のバルブ１０３を備えた第１の配管系１０２を介して、熱輸送流体容器１０１と接続されている。熱輸送流体容器１０１には、化学蓄熱材１２の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌが収容されている。蓄熱装置１００では、熱輸送流体容器１０１は、蓄熱容器１よりも高い位置に設置されているので、第１のバルブ１０３を開くことにより、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌが、熱輸送流体容器１０１から、液相流体導入部１３を介して、蓄熱容器１内へ流入する。蓄熱容器１内へ流入した液相の熱輸送流体Ｌは、毛細管力によって第１のウィック構造体１７及び第２のウィック構造体１９の表面及び内部へ流入する。

なお、蓄熱装置１００における蓄熱容器１の設置数は、１つでも、複数でも、特に限定されず、例えば、図４に示すように、複数の蓄熱容器１が液相流体導入ヘッダー部４３に組み込まれることで、複数の蓄熱容器１が並列に連結された蓄熱装置１００の構成としてもよい。

第１のウィック構造体１７内へ流入した反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌは化学蓄熱材１２と反応し、化学蓄熱材１２から反応熱Ｈが放出される。一方で、液相の熱輸送流体Ｌの一部は、化学蓄熱材１２から放出された反応熱Ｈを受熱して気化し、気相の熱輸送流体Ｇとなる。気相の熱輸送流体Ｇは、流体流路１８を通って筐体１１の上部側に設けられた気相流体排出部１４から第２の配管系１０４へ放出される。

図５に示すように、蓄熱容器１の気相流体排出部１４の端部は、第２の配管系１０４を介して、熱交換器である凝縮器１０６と接続されている。蓄熱容器１の気相流体排出部１４から第２の配管系１０４へ放出された気相の熱輸送流体Ｇは、第２の配管系１０４中を凝縮器１０６の方向へ移動し、凝縮器１０６へ導入される。凝縮器１０６では、第２の配管系１０４から導入された気相の熱輸送流体Ｇが冷却され、液相の熱輸送流体Ｌへ相変化する。

上記相変化に伴って、気相の熱輸送流体Ｇは、潜熱を放出する。凝縮器１０６にて放出された潜熱は、凝縮器１０６と熱的に接続された図示しない熱利用先（例えば、暖気装置）へ輸送される。このように、蓄熱装置１００では、化学蓄熱材１２の反応媒体を、化学蓄熱材１２から放出された反応熱Ｈを熱利用先へ輸送する熱輸送流体としても使用している。

さらに、蓄熱装置１００は、凝縮器１０６と熱輸送流体容器１０１とを接続する第３の配管系１０７を備えている。凝縮器１０６で凝縮した液相の熱輸送流体Ｌは、第３の配管系１０７を介して凝縮器１０６から熱輸送流体容器１０１へ輸送される。また、第３の配管系１０７には、第２の熱輸送流体供給手段である第２のバルブ１０８が設けられている。

蓄熱装置１００には、第１の配管系１０２、第２の配管系１０４及び第３の配管系１０７によって、それぞれ、熱輸送流体容器１０１から蓄熱容器１へ、蓄熱容器１から凝縮器１０６へ、凝縮器１０６から熱輸送流体容器１０１へと、反応媒体としての機能を有する熱輸送流体が循環する循環系が形成されている。前記循環系は、気密状態であり、かつ減圧されている。つまり、前記循環系は、ループ状のヒートパイプ構造となっている。また、熱輸送流体容器１０１は、蓄熱容器１よりも重力方向の上方位置に設置されている。すなわち、熱輸送流体容器１０１は、前述した第１のバルブ１０３を開放した際に、液相の熱輸送流体Ｌの全てが蓄熱容器１内へ供給されるように配置されている。

従って、循環系に収容された反応媒体としての機能を有する熱輸送流体を循環させるための機器（例えば、ポンプ等）を使用しなくても、第１のウィック構造体１７や第２のウィック構造体１９の毛細管力、相対的に高温である蓄熱容器１内部と相対的に低温である熱交換器である凝縮器１０６内部との温度差、蓄熱容器１内部と凝縮器１０６内部との間における反応媒体としての機能を有する熱輸送流体の蒸気圧差によって、反応媒体としての機能を有する熱輸送流体は、蓄熱装置１００の循環系を円滑に循環することができる。

次に、図５の蓄熱装置１００の構成要素を用いて、蓄熱容器１に熱を蓄熱させる場合の操作例について説明する。蓄熱容器１の蓄熱時には、蓄熱装置１００の第１のバルブ１０３を閉じ、第２のバルブ１０８を開けて、蓄熱容器１に外部環境から熱を受熱させる。蓄熱容器１が外部環境から熱を受熱すると、化学蓄熱材１２が反応媒体としての機能を有する熱輸送流体を反応ガスとして放出する。化学蓄熱材１２から放出された反応ガスは、第１のウィック構造体１７を通過して流体流路１８へ放出され、第２の配管系１０４を介して、凝縮器１０６へ導入されて液体に相変化し、第３の配管系１０７を介して、液体として熱輸送流体容器１０１へ輸送される。

蓄熱容器１の蓄熱が完了した場合には、第１のバルブ１０３だけではなく、第２のバルブ１０８も閉じて、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを熱輸送流体容器１０１内に閉じ込めておく。このように、熱輸送流体を熱輸送流体容器１０１内に閉じ込めておくことで、化学蓄熱材１２の不必要な放熱、すなわち蓄熱容器１側から熱交換器１０６への過剰な熱の移動を防止することができる。

一方、蓄熱容器１から熱利用先側へ、蓄熱容器１に蓄熱されていた熱を輸送する場合には、蓄熱装置１００の第１のバルブ１０３を開けて反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体Ｌを蓄熱容器１へ供給するとともに、第２のバルブ１０８も開けて蓄熱装置１００の循環系を開放することで、蓄熱装置１００を稼働させる。

次に、本発明の蓄熱装置を用いた暖気装置の例について、説明する。例えば、車両に搭載された内燃機関（エンジン等）に接続された排気管に蓄熱装置の蓄熱容器を搭載することで、排気管内を流れる排ガス中の熱を蓄熱容器に蓄熱することができる。蓄熱容器の筐体の外面が、排気管内を流れる排ガスと直接接触するように蓄熱容器を配置することで、蓄熱容器を熱源と熱的に接続することができる。

蓄熱容器に蓄熱された排ガス由来の熱は、蓄熱装置の循環系にて、蓄熱容器から熱交換器へ輸送され、さらに、熱交換器から熱利用先である内燃機関の暖気装置へ輸送される。

次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例に係る蓄熱容器では、第１のウィック構造体で被覆された化学蓄熱材は、筐体の底面に対して鉛直方向に立設されていることに応じて、流体流路は、筐体の底面に対して鉛直方向に延在していた。すなわち、上記各実施形態例に係る蓄熱容器では、流体流路は重力方向に対して平行方向に延在していたが、流体流路は、重力方向に対して平行方向以外の所定の傾き角度で延在していてもよく、例えば、筐体の底面に対して４５°超９０°以下の角度、すなわち、重力方向に対して直交方向以外の所定の傾き角度で延在していてもよい。更に、上記各実施形態例に係る蓄熱容器では、流体流路は、第１のウィック構造体で包囲された空洞、すなわち、相互に隣接している第１のウィック構造体間の空間部に形成されていたが、流体流路は、気相の熱輸送流体Ｇが流通すればよく、例えば、別の（第３の）ウィック構造体で形成されていてもよい。また、流体流路は、別の（第３の）ウィック構造体で形成されている場合、化学蓄熱材を被覆する第１のウィック構造体と一体でもよい。

また、上記各実施形態例に係る蓄熱容器では、第２の拡散層である第２のウィック構造体が設けられていたが、反応媒体としての機能を有する液相の熱輸送流体の流体流路への供給量等、蓄熱容器の使用状況に応じて、第２の拡散層は設けなくてもよい。また、上記各実施形態例に係る蓄熱容器では、化学蓄熱材全体が第１の拡散層である第１のウィック構造体で被覆されていたが、蓄熱容器の使用状況に応じて、第１の拡散層は、化学蓄熱材の一部を被覆する態様でもよい。

本発明の蓄熱容器及び蓄熱装置は、簡易な構成にて発熱量と熱輸送量を向上できるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、エンジンや工業プラント等からの排熱の回収・貯蔵及び利用の分野、特に、車両に搭載して排熱を回収・貯蔵及び利用する分野で、利用価値が高い。

１、２、３ 蓄熱容器
１１ 筐体
１２ 化学蓄熱材
１３ 液相流体導入部
１４ 気相流体排出部
１７ 第１のウィック構造体
１８ 流体流路
１９ 第２のウィック構造体
１００ 蓄熱装置
１０１ 熱輸送流体容器
１０６ 凝縮器

Claims (10)

1. 液相の流体を導入する液相流体導入部と気相の流体を排出する気相流体排出部とを有する筐体と、前記筐体内に収容された化学蓄熱材と、前記筐体内を上下に連通して設けられた流体流路と、前記化学蓄熱材と前記流体流路との間に設けられた第１の拡散層と、を備え、
   前記液相流体導入部が前記筐体の下部に設けられ、前記気相流体排出部が前記筐体の上部に設けられている蓄熱容器。
2. 前記第１の拡散層が、毛細管構造を有する構造体である請求項１に記載の蓄熱容器。
3. 前記流体流路の、重力方向下方側の端部に、第２の拡散層が設けられている請求項１または２に記載の蓄熱容器。
4. 前記第２の拡散層が、毛細管構造を有する構造体である請求項３に記載の蓄熱容器。
5. 前記第２の拡散層が、空隙を介して前記液相流体導入部と連通している請求項３または４に記載の蓄熱容器。
6. 前記化学蓄熱材が、第１の拡散層で被覆されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄熱容器。
7. 液相の流体を導入する液相流体導入部と気相の流体を排出する気相流体排出部とを有する筐体と、前記筐体内に収容された化学蓄熱材と、前記筐体内を上下に連通して設けられた流体流路と、前記化学蓄熱材と前記流体流路との間に設けられた第１の拡散層と、を備え、
   前記液相流体導入部が前記筐体の下部に設けられ、前記気相流体排出部が前記筐体の上部に設けられている蓄熱容器と、
   前記液相流体導入部と接続された、前記化学蓄熱材の反応媒体としての機能を有する液体が収容された熱輸送流体容器と、
   前記気相流体排出部と接続された、熱交換器と、
   前記熱輸送流体容器と前記熱交換器を接続し、前記熱交換器によって得られた液相の熱輸送流体を前記熱輸送流体容器へ供給する配管系と、
   を備えた、循環系を有し、
   前記循環系が、気密状態であり、減圧されている蓄熱装置。
8. 前記蓄熱容器と前記熱輸送流体容器との間に、第１の熱輸送流体供給手段が設けられている請求項７に記載の蓄熱装置。
9. 前記熱交換器と前記熱輸送流体容器との間に、第２の熱輸送流体供給手段が設けられている請求項７または８に記載の蓄熱装置。
10. 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の蓄熱装置を用いた暖気装置。

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