JP2019184119A - 化学蓄熱反応器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部熱源のない条件下で、軽量で、急速な昇温を可能とした化学蓄熱反応器を得る。【解決手段】化学蓄熱反応器１０は、内部が密閉された容器１２と、筒部材を備えた拘束カバーと、拘束カバーの内部空間を上下２つの空間に区画する隔壁部材と、拘束カバーの下側空間に配置された第１蓄熱材と、拘束カバーの上側空間に配置された第２蓄熱材と、を備え、複数の拘束カバーが水平方向に接合されて内部流路が複数設けられた集合体が形成され、容器１２の内部には、集合体の下側に内部流路と連通する底部空間４６が設けられると共に、集合体の側部と容器１２の側部との間に底部空間４６と連通する外側部空間５０が設けられ、拘束カバーの外側部空間５０に面する部分には、フィルター部５６Ａが形成され、拘束カバーの内部流路に面する部分には、第２フィルター部５６Ｂが形成され、さらに容器１２には、水を外部より供給可能な孔５１が設けられている【選択図】図１

Description

本発明は、化学反応によって発熱する化学蓄熱反応器に関する。

特許文献１に記載の化学蓄熱反応器では、枠部の内部に蓄熱材を収容した蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等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て一体化された積層ユニットが容器内に収容されている。

特開２０１４−１２６２９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等が積層されているため、熱交換効率を高めることはできるが、熱源として運搬して利用するには、熱交換部の熱媒配管を取り外す等の作業が必要となり、その際に熱媒が漏れる懸念がある。
また、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等を積層した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ため、軽量化が容易ではなく、運搬するには難がある。
また、蓄熱材層の他に、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等の複数の構成部材が容器内に収容されているため、顕熱分が多くなり、昇温に時間を要し、熱源として利用する場合の熱効率の点で改善の余地がある。
化学蓄熱反応器には、発熱に必要な蒸気を生成するための蒸発器が接続されており、この点でも軽量化が容易でなく、運搬にも難がある。蒸発器では、蒸気を生成する外部熱源が必要であり、また、生成した蒸気が配管を通じて化学蓄熱反応器の内部に流入するので、蒸気の生成から蓄熱材が発熱するまでに時間を要する。

このように、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、定置用途では問題ないが、例えば、オフサイト用の熱源として運搬して使用する場合においては、種々の問題があり、オフサイト用に好適な簡単な構成で、急速な昇温を可能とした化学蓄熱反応器が望まれていた。

本願発明の課題は、外部熱源のない条件下で、軽量で、急速な昇温を可能とした化学蓄熱反応器を得ることにある。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器は、内部が密閉された容器と、上下方向に延びる筒部材と、前記筒部材の下端部及び上端部を閉塞する閉塞部材と、を備えた拘束カバーと、前記拘束カバーの内部空間を上下２つの空間に区画する隔壁部材と、前記拘束カバーの前記隔壁部材の下側に設けられた下側空間に配置され、反応媒体と結合することで発熱する第１蓄熱材と、前記拘束カバーの前記隔壁部材の上側に設けられた上側空間に配置され、反応媒体と結合することで発熱する第２蓄熱材と、を備え、複数の前記拘束カバーが水平方向に接合されることで、互いに隣接する３以上の前記拘束カバーの間に前記反応媒体が通過する流路が複数設けられた集合体が形成され、前記容器の内部には、前記集合体の下部と前記容器の底部との間に、前記流路と連通する底部空間が設けられると共に、前記集合体の側部と前記容器の内面との間に、前記底部空間と連通する外側部空間が設けられ、前記隔壁部材よりも下側に位置する前記拘束カバーの前記外側部空間に面する部分には、前記第１蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第１フィルター部が形成され、前記隔壁部材よりも上側に位置する前記拘束カバーの前記流路に面する部分には、前記第２蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第２フィルター部が形成され、前記容器には、前記底部空間に液体状の前記反応媒体を外部より供給可能な反応媒体供給部が設けられている。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、反応媒体供給部から液体状の反応媒体を流入させることで、液体状の反応媒体を底部空間に溜めつつ、底部空間を介して集合体の流路、及び集合体と容器との間の外側部空間に流入させることが出来る。

流路に流入した液体状の反応媒体は、第１フィルター部を介して拘束カバーの下側空間に流入し、下側空間に配置された第１蓄熱材と結合して、該第１蓄熱材が発熱する。

そして、第１蓄熱材によって拘束カバーの周囲の液体状の反応媒体が加熱されることで、蒸気状の反応媒体が生成される。

蒸気状の反応媒体は、流路の内部を上昇し、拘束カバーの第２フィルター部を介して拘束カバーの上側空間に流入し、上側空間に配置された第２蓄熱体と結合して該第２蓄熱材が放熱する。複数の拘束カバーを接合した集合体は、容器を加熱し、容器の温度を上昇させることができ、容器を熱源として利用することが出来る。

第１蓄熱材、及び第２蓄熱材が反応媒体と結合すると、発熱すると共に膨張しようとする。しかしながら、第１蓄熱材、及び第２蓄熱材は、外面が拘束カバーで覆われて拘束されているので、膨張が抑えられる。即ち、容器は、第１蓄熱材、及び第２蓄熱材の膨張力を受け無くなるため、容器を構成する部材の厚さを薄くすることができる。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、従来の化学蓄熱反応器に必要とされていた反応媒体拡散層、熱交換部、及びエンドプレート等の部材が無く、熱源として必要な最小限の部材で構成することができ、かつ、容器の構成する部材の厚さを薄くできるので、高蓄熱密度で、かつ軽量な化学蓄熱反応器が得られる。なお、蓄熱密度とは、化学蓄熱反応器の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、容器の内部に液体状の反応媒体を流入することで、容器の内部で蒸気状の反応媒体を生成することができるので、蒸気状の反応媒体を生成する外部熱源を必要とせず、また、容器内の第１蓄熱材、及び第２蓄熱材を迅速に昇温させることができる。

なお、第１蓄熱材、及び第２蓄熱材に蓄熱を行う場合には、第１蓄熱材、及び第２蓄熱材を加熱して反応媒体を脱離させることで蓄熱を行うことができる。

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、前記筒部材は、前記第１蓄熱材を収容する第１パイプと、前記第２蓄熱材を収容する第２パイプとを含んで構成されている。

拘束カバーは、第１蓄熱材を収容する第１パイプと、第２蓄熱材を収容する第２パイプとを用いて構成することが出来る。

請求項３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、前記筒部材は、１本のパイプである。

筒部材は、１本のパイプを用いて構成することができる。なお、ここでいう１本のパイプとは、押出し、または引き抜きによって連続的に成形された継ぎ目無しのパイプを意味しており、複数のパイプを溶接等で接合したものは含まれない。

化学蓄熱反応器において、前記筒部材の外周面に前記第１フィルター部、及び前記第２フィルター部が形成されていてもよい。

これにより、筒部材の外周面に形成された第１フィルター部、及び第２フィルター部を介して反応媒体を内部に流入させることができる。

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、前記集合体と前記容器の天井との間に、前記流路、及び前記外側部空間と連通する天井空間が設けられている。

請求項４に記載の化学蓄熱反応器では、蒸気状となった反応媒体を、流路、及び外側部空間を介して天井空間に流入させることができる。

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、下側の前記閉塞部材に前記第１フィルター部が形成され、上側の前記閉塞部材に前記第２フィルター部が形成されている。

請求項５に記載の化学蓄熱反応器では、下側の閉塞部材に形成された第１フィルター部を介して液体状の反応媒体を内部に流入させることができ、また、上側の閉塞部材に形成された第２フィルター部を介して天井空間の蒸気状の反応媒体を内部に流入させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器において、前記反応媒体供給部には、開閉弁が接続されている。

請求項６に記載の化学蓄熱反応器では、開閉弁を開くことで、容器の内部と外部とを連通させ、外部から反応媒体を内部に流入させたり、内部の反応媒体を外部へ排出させたりすることができる。
また、不使用時には、開閉弁を閉め、内部に反応媒体が不用意に流入しないようにすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の化学蓄熱反応器において、前記開閉弁には、液体状の前記反応媒体を貯留するタンク、または前記タンクと連結された配管が接続されている。

請求項７に記載の化学蓄熱反応器では、開閉弁に、液体状の反応媒体を貯留するタンク、またはタンクと連結された配管が接続されているため、開閉弁を開けるだけで、タンクに貯留された液体状の反応媒体を容器の内部に流入させることが出来る。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器において、前記第１蓄熱材は、前記第２蓄熱材よりも少量である。

化学蓄熱反応器において、第１蓄熱材は、第２蓄熱材を発熱させるために必要な蒸気状の反応媒体を生成させるに必要な熱量だけ発生すればよいので、第１蓄熱材は第２蓄熱材より少量で済む。これにより、効率的に熱を発生できる化学蓄熱反応器とすることができる。

本発明によれば、軽量で、急速な昇温を可能とした化学蓄熱反応器が得られる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器を示す斜視図である。 図１に示す化学蓄熱反応器の内部を示す幅方向に切断した断面図（図１の２−２線断面図）である。 蓄熱積層体を示す斜視図である。 蓄熱積層体を示す分解斜視図である。 （Ａ）は化学蓄熱反応器の下側の内部を水平方向に切断した断面図（図１の５−５線断面図）であり、（Ｂ）は水が流入した化学蓄熱反応器の下側の内部を水平方向に切断した断面図（図１の５−５線断面図）である。 （Ａ）は化学蓄熱反応器の上側の内部を水平方向に切断した断面図（図１の６−６線断面図）であり、（Ｂ）は水蒸気が流入した化学蓄熱反応器の上側の内部を水平方向に切断した断面図（図１の６−６線断面図）である。 蓄熱材の再生を行う際の構成を示した図である。 第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器の筒部材を示す斜視図である。 （Ａ）は第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器の筒部材を示す斜視図であり、（Ｂ）は第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器の蓄熱積層体を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器の内部を示す幅方向に切断した断面図である。 （Ａ）は第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器の下側の内部を水平方向に切断した断面図であり、（Ｂ）は第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器の上側の内部を水平方向に切断した断面図である。 化学蓄熱反応器の使用例の一例を示すボイラーの断面図である。

図１乃至図７にしたがって、本発明の一実施形態に係る化学蓄熱反応器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）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。

（化学蓄熱反応器）
図１、及び図２に示すように、化学蓄熱反応器１０は、箱状の反応容器１２を備えている。反応容器１２は、ステンレススチール等の金属板で箱状に形成されており、矩形の底板１４、底板１４の各辺から立ち上がる矩形の側壁１６、１８、２０、２２、及び矩形の天板２４を備えている。

図２、及び図３に示すように、反応容器１２の内部には、下側に配置される蒸気発生用の下側蓄熱体２６と、下側蓄熱体２６の上側に配置される高熱発生用の上側蓄熱体２８とが軸方向を装置上下方向として収容されている。

（蓄熱体）
図３、及び図４に示すように、下側の下側蓄熱体２６は、金属からなる円筒状の第１筒部材２６Ａと、金属の円板から形成され第１筒部材２６Ａの下端側の開口を塞ぐ底板としての第１閉塞部材３０と、第１筒部材２６Ａの上端側の開口を塞ぐと共に、後述する上側蓄熱体２８の第２筒部材２８Ａの下端側の開口を塞ぐ隔壁部材としての第２閉塞部材３２と、第１筒部材２６Ａに挿入される円柱状に形成された第１蓄熱成形体３４とを含んで構成されている。

一方、上側蓄熱体２８は、金属からなる円筒状の第２筒部材２８Ａと、第２筒部材２８Ａの上端側の開口を塞ぐ天板としての第３閉塞部材３６と、第２筒部材２８Ａの下端側の開口を塞ぐ第２閉塞部材３２と、第２筒部材２８Ａに挿入される円柱状に形成された第２蓄熱成形体３８とを含んで構成されている。なお、第２閉塞部材３２は、複数の第２筒部材２８Ａの上端側の開口を塞ぐと共に、後述する複数の内部流路４８の上端側の開口も塞ぐように形成されている。

本実施形態では、第２閉塞部材３２が、第１筒部材２６Ａの上端側の開口を塞ぐ閉塞部材であると共に、第２筒部材２８Ａの下端側の開口を塞ぐ閉塞部材でもあり、下側蓄熱体２６と上側蓄熱体２８とで第２閉塞部材３２を共用している。
なお、第１筒部材２６Ａ、第１閉塞部材３０、第２筒部材２８Ａ、及び第３閉塞部材３６とで、本発明の拘束カバーが構成されており、該拘束カバーが複数接合されたものが本発明の集合体となる。

本実施形態では、第１筒部材２６Ａ、及び第１蓄熱成形体３４が、第２筒部材２８Ａ、及び第２蓄熱成形体３８よりも短く形成されており、第１蓄熱成形体３４の体積は、第２蓄熱成形体３８の体積よりも小さくなっている。

第１蓄熱成形体３４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、第１蓄熱成形体３４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 ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ 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 ＋ Ｈ_２Ｏ
となる。

なお、一例として、第１蓄熱成形体３４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、第１蓄熱成形体３４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。
なお、第２蓄熱成形体３８は、第１蓄熱成形体３４と長さが異なるだけであり、同様の蓄熱材で形成されている。

図５、及び図６に示すように、下側蓄熱体２６同士、及び上側蓄熱体２８同士は、互いに隣接する蓄熱体との接触部分でロウ付け（または溶接等）４０によって接合されて一体化されている。

以後、本明細書において、複数の下側蓄熱体２６、及び複数の上側蓄熱体２８が１本の棒状に一体化したものを蓄熱積層体４２と呼ぶ。

図１、及び図２に示すように、反応容器１２の内部には、反応容器１２の底板１４から蓄熱積層体４２を離間させて支持するための一対の支持部材４４が側壁１８と側壁２２とに掛け渡されている。これにより、反応容器１２の内部には、底板１４と蓄熱積層体４２との間に底部空間４６が設けられている。

図５、及び図６に示すように、蓄熱積層体４２の外周面の水平方向に向けて凸となっている凸部分（第１筒部材２６Ａ、第２筒部材２８Ａの凸部分）は、反応容器１２の側壁１６、１８、２０、２２に接触している。また、蓄熱積層体４２の上部の第３閉塞部材３６は、反応容器１２の天板２４に接触しており、蓄熱積層体４２の下部の第１閉塞部材３０は支持部材４４に接触している。これにより、蓄熱積層体４２は、反応容器１２の内部で動かないように、上下方向、及び水平方向の移動が拘束されている。なお、蓄熱積層体４２は、反応容器１２の内側面にロー付け、溶接等で接合されていてもよい。

図５、及び図６に示すように、蓄熱積層体４２において、３本の下側蓄熱体２６で囲まれた断面略三角形状の隙間部分と、３本の第２蓄熱体で囲まれた断面略三角形状の隙間部分が内部流路４８とされている。また、反応容器１２の内部において、蓄熱積層体４２の外周面の凹部分と反応容器１２の側壁１６、１８、２０、２２との間の隙間部分が外側部空間５０とされている。
この内部流路４８と外側部空間５０とは、蓄熱積層体４２と反応容器１２の底板１４との間の底部空間４６を介して互いに連通している。

図１、及び図２に示すように、反応容器１２の側壁１８には、上端側に孔５１が形成されており、この孔５１に挿入されて固着された配管５２を介して開閉弁５４が取り付けられている。なお、開閉弁５４には、他の配管６０の継手６２（詳しくは後述する）等が着脱自在に接続可能となっている。

（筒部材）
次に、図３〜図６に基づいて下側蓄熱体２６の第１筒部材２６Ａ、及び上側蓄熱体２８の第２筒部材２８Ａの構成を説明する。

図４、及び図５に示すように、下側蓄熱体２６の第１筒部材２６Ａの一部には、外側部空間５０と対向する位置（内部流路４８とは対向しない位置）に、一例としてφ２００〔μｍ〕の微小貫通孔（図示示せず）が多数形成されたフィルター部（図４において網点で図示する部分）５６Ａが設けられている。

フィルター部５６Ａの微小貫通孔は、例えば、エッチングにより形成することができる。フィルター部５６Ａは、第１蓄熱成形体３４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、フィルター部５６Ａは、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。なお、フィルター部５６Ａは、メッシュで形成されていてもよい。

次に、図４、及び図６に示すように、上側蓄熱体２８の第２筒部材２８Ａの一部には、内部流路４８と対向する位置にフィルター部５６Ｂが形成されている。

したがって、図５（Ｂ）に示すように、下側蓄熱体２６においては、フィルター部５６Ａは、第１筒部材２６Ａの内部と外側部空間５０との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水Ｗ）の行き来は許容可能となっている。また、図６（Ｂ）に示すように、上側蓄熱体２８においては、フィルター部５６Ｂは、第２筒部材２８Ａの内部と内部流路４８との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気Ｓ）の行き来は許容可能となっている。

図１、及び図２に示すように、化学蓄熱反応器１０の開閉弁５４には、水を貯留したタンク５８に接続された配管６０を着脱可能に接続することが出来る。なお、配管６０の端部には、開閉弁５４との接続を容易にする継手６２が設けられている。これにより、タンク５８の水を反応容器１２の内部へ流入させることが出来る。なお、開閉弁５４にタンク５８を直接接続してもよい。

（化学蓄熱反応器の作用、効果）
次に、化学蓄熱反応器１０の使用方法について説明する。
先ず、使用前（発熱前）の化学蓄熱反応器１０においては、蓄熱材を脱水状態(蓄熱された状態）としておくと共に、反応容器１２の内部を真空状態としておく。
（１） 化学蓄熱反応器１０を発熱（放熱）させる際には、一例として、図１に示すように、開閉弁５４を開放し、タンク５８の水Ｗを配管６０、及び開閉弁５４を介して反応容器１２の内部に流入させる。

反応容器１２の内部に水Ｗが流入すると、水Ｗは反応容器１２の底に溜まって、第１筒部材２６Ａで囲まれる内部流路４８、及び第１筒部材２６Ａの外側の外側部空間５０に流入する。

ここで、反応容器１２に流入させる水Ｗの量は、水面が、下側に位置する下側蓄熱体２６のフィルター部５６Ａの上端より上で、上側に位置する上側蓄熱体２８のフィルター部５６Ｂの下端よりも上側とならないように予め決められている。このため、タンク７４には、予め決められた量の水Ｗを入れておくことが好ましい。本実施形態では、図２に示すように、水位の上限位置Ｍａｘが、下側蓄熱体２６のフィルター部５６Ａの上端と上側蓄熱体２８のフィルター部５６Ｂの下端との間に決められている。

（２） 第１筒部材２６Ａで囲まれる内部流路４８に水Ｗが流入すると、流入した水Ｗが下側蓄熱体２６のフィルター部５６Ａの微細孔を通過して内部の第１蓄熱成形体３４と接触する。これにより、下側蓄熱体２６の第１蓄熱成形体３４が水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。そして、下側蓄熱体２６の熱で、下側蓄熱体２６に接触している水Ｗが昇温して大量の水蒸気Ｓが生成される。

このようにして生成された水蒸気Ｓは、内部流路４８を上昇し、上側の上側蓄熱体２８のフィルター部５６Ｂの微細孔を通過して内部の第２蓄熱成形体３８と接触する。これにより、上側蓄熱体２８の第２蓄熱成形体３８が水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。

（３） 上側蓄熱体２８で生成された熱は、反応容器１２の側壁１６、１８、２０、２２、及び天板２４に伝達され、側壁１６、１８、２０、２２、及び天板２４が加熱される。このようにして、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、側壁１６、１８、２０、２２、及び天板２４が加熱されて温度が上がり、化学蓄熱反応器１０を熱源として利用することができる。なお、上側の上側蓄熱体２８は、内部の蓄熱材が水蒸気Ｓと結合して発熱するので、水Ｗに漬かっている下側蓄熱体２６に比較して高温になる。

従来の化学蓄熱反応器では、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等を積層した積層体が複数個積層された部品点数が多くて複雑な構成の積層ユニットが容器内に収容されており、容器には、蓄熱材を発熱させるための、部品点数が多く、構成が複雑で重量のある蒸発器が接続されていたため軽量化が容易ではなく、運搬するには難があった。

一方、本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、反応容器１２の内部に、蓄熱積層体４２を収納するという簡単な構成であり、タンク５８、及び配管５２も従来の蒸発器に比較して軽量であるため従来よりも運搬が容易になる。

なお、本実施形態では、タンク５８の水を供給するようにしたが、開閉弁５４に水道の蛇口に繋げたホースを接続して水を供給してもよく、漏斗を用いて水を供給することも可能であり、水の供給方法は本実施例のものに限らない。

本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、反応容器１２の内部に水Ｗを供給するだけで反応容器１２の内部で水蒸気Ｓを生成することができるので、容器内の蓄熱材を迅速に昇温させ反応容器１２を迅速に加熱することができる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、反応容器１２が従来の化学蓄熱反応器の反応容器と同じサイズ（容積）であれば、蓄熱材の容量を増やすことができ（言い換えれば、高蓄熱密度となる）、大量の熱を発生させることができる。

さらに、反応容器１２の内部には、蓄熱積層体４２しか収納されておらず、従来の化学蓄熱反応器のように数多く構成部材が収容されていないので、顕熱分が少なく、迅速に側壁１６、１８、２０、２２、及び天板２４を加熱することができ、熱交換効率に優れた構成となっている。

ところで、蓄熱材が反応媒体と結合すると、発熱すると共に膨張しようとする。しかしながら、蓄熱材からなる第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８は、外面全体が筒部材で覆われているので、第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８の径方向の膨張は、部材の金属板の張力負担により抑制される。これにより、反応容器１２の側壁１６、１８、２０、及び２２は、蓄熱材の膨張力を受け難くなり、金属板を薄くすることができる。

このように、本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、蓄熱材の膨張力を受け止めて構成部材の変形を抑制するための厚肉の部材であるエンドプレートが必要無く、軽量化を図ることが出来る。

（蓄熱）
次に、使用後の第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８に熱を蓄熱させる方法（再生方法）を説明する。
第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８に熱を蓄熱するには、例えば、図７に示すように、開閉弁５４に配管６３介して凝縮器６６を接続する。

凝縮器６６は、化学蓄熱反応器１０から受け取った水蒸気Ｓを凝縮する凝縮部、及び水蒸気Ｓ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。

凝縮器６６は、内部に水が貯留される容器６８を備えており、この容器６８内には、水蒸気Ｓを凝縮するのに用いる熱媒流路７０の一部が配置されている。さらに、熱媒流路７０は、容器６８内における少なくとも気相部６８Ａ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が、熱媒流路７０を流れるようになっている。

なお、凝縮器６６と化学蓄熱反応器１０とを連通させるための配管６３は、凝縮器６６と化学蓄熱反応器１０との連通、非連通を切り替えるための開閉弁７２を備えている。

第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８に熱を蓄熱させる手順としては、凝縮器６６と接続した化学蓄熱反応器１０を、炉７５の熱（高温の廃熱等）、またはヒーター等の熱源を用いて加熱する。これにより、第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８が脱水反応を生じ、この熱が第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８に蓄熱される。

第１蓄熱成形体３４、及び第２蓄熱成形体３８から離脱された水蒸気Ｓは、反応容器１２の外部へ排出され、配管６３を介して凝縮器６６内に流れ込み、凝縮されて水Ｗとなる。脱水が終了したら、開閉弁５４に真空ポンプを接続して内部を真空にし、開閉弁５４を閉じて反応容器１２の内部を真空状態とする。これにより、化学蓄熱反応器１０を熱源として再利用することができる。

［第２の実施形態］
次に、図８にしたがって、本発明の第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図８に示すように、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、１本の筒部材７６の内部が隔壁７８によって上下に２分割されており、隔壁７８の下側に第１蓄熱成形体３４(図８では図示せず）が挿入され、隔壁７８の上側に第２蓄熱成形体３８(図８では図示せず）が挿入されている構成である。なお、隔壁７８の外周は、筒部材７６内周面にロー付け、溶接等で接合されている。

第１の実施形態の化学蓄熱反応器１０では、第１筒部材２６Ａ、及び第２筒部材２８Ａを用いていたが、本実施形態では、第１筒部材２６Ａ、及び第２筒部材２８Ａの代わりに１本の筒部材７６を用いているので、第１の実施形態の化学蓄熱反応器１０よりも部品点数を削減することが出来る。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３の実施形態］
次に、図９、及び図１０にしたがって、本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図９に示すように、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、蓄熱積層体４２を構成する第１筒部材２６Ａの下部の開口がフィルター部５６Ｃの形成された第１閉塞部材３０で閉塞されており、第２筒部材２８Ａの上部の開口がフィルター部５６Ｄの形成された円板状の第４閉塞部材８０で閉塞されている。

また、図１０に示すように、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、反応容器１２の天板２４と蓄熱積層体４２の上部との間には、天井空間８２が設けられている。天井空間８２は、内部流路４８、及び外側部空間５０と連通している。

本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、反応容器１２の内部に水Ｗが流入すると、水Ｗは、反応容器１２の底に溜まって、内部流路４８に面したフィルター部５６Ａの微細孔、及び下部の第１閉塞部材３０に形成されたフィルター部５６Ｃの微細孔を介して下側蓄熱体２６の内部の第１蓄熱成形体３４と接触するため、内部流路４８に面したフィルター部５６Ａの微細孔のみが形成されている下側蓄熱体２６に比較して、水Ｗが第１筒部材２６Ａの内部に流入し易くなっており、下側蓄熱体２６の第１蓄熱成形体３４と水Ｗとの水和反応をより速く行わせることが可能となる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、反応容器１２の内部で生成された水蒸気Ｓが第２筒部材２８Ａのフィルター部５６Ｂの微細孔、及び第４閉塞部材８０のフィルター部５６Ｄの微細孔を介して上側蓄熱体２８の内部の第２蓄熱成形体３８と接触するため、内部流路４８に面したフィルター部５６Ｂの微細孔のみが形成されている第２筒部材２８Ａに比較して、水蒸気Ｓが第２筒部材２８Ａの内部に流入し易くなっており、上側蓄熱体２８の第２蓄熱成形体３８と水蒸気Ｓとの水和反応をより速く行わせることが可能となる。

［第４の実施形態］
次に、図１１（Ａ），（Ｂ）にしたがって、本発明の第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

第１の実施形態では、装置奥行方向の一方側に１列に並んだ下側蓄熱体２６、及び上側蓄熱体２８と、装置奥行方向の他方側に１列に並んだ下側蓄熱体２６、及び上側蓄熱体２８とを、装置幅方向にずらして蓄熱積層体４２を構成したが（図５、６参照）、本実施形態の化学蓄熱反応器１０の蓄熱積層体４２は、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように下側蓄熱体２６、及び上側蓄熱体２８がマトリクス状に配置され、４本の下側蓄熱体２６で囲まれた部分、及び４本の上側蓄熱体２８で囲まれた部分が内部流路４８とされている。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように下側蓄熱体２６、及び上側蓄熱体２８を配しても、第１実施形態と同様の作用、効果を得ることが出来る。
なお、本実施形態の化学蓄熱反応器１０における内部流路４８は、第１の実施形態の化学蓄熱反応器１０における内部流路４８よりも断面積が大きくなっているため、水Ｗ、及び水蒸気Ｓが通過し易くなっている。

［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。

上記実施形態の化学蓄熱反応器１０は、熱源として種々の用途に用いることができ、例えば、図１２に示すように、水Ｗを沸かして水蒸気Ｓを発生させるボイラー８４の熱源として利用することができる。

１０ 化学蓄熱反応器
１２ 容器(反応容器）
２６Ａ 第１筒部材（拘束カバー）
３０ 第１閉塞部材（閉塞部材、拘束カバー）
３２ 第２閉塞部材（隔壁部材）
３４ 第１蓄熱成形体（第1蓄熱材）
３６ 第３閉塞部材（閉塞部材、拘束カバー）
３８ 第２蓄熱成形体（第２蓄熱材）
４２ 蓄熱積層体（集合体）
４６ 底部空間
４８ 内部流路(流路）
５０ 外側部空間
５１ 孔（反応媒体供給部）
５２ 配管（反応媒体供給部）
５６Ａ フィルター部（第1フィルター部）
５６Ｂ フィルター部（第２フィルター部）
５６Ｃ フィルター部（第３フィルター部）
５６Ｄ フィルター部（第４フィルター部）
Ｓ 水蒸気（反応媒体）
Ｗ 水（反応媒体）

Claims (8)

1. 内部が密閉された容器と、
   上下方向に延びる筒部材と、前記筒部材の下端部及び上端部を閉塞する閉塞部材と、を備えた拘束カバーと、
   前記拘束カバーの内部空間を上下２つの空間に区画する隔壁部材と、
   前記拘束カバーの前記隔壁部材の下側に設けられた下側空間に配置され、反応媒体と結合することで発熱する第１蓄熱材と、
   前記拘束カバーの前記隔壁部材の上側に設けられた上側空間に配置され、反応媒体と結合することで発熱する第２蓄熱材と、
   を備え、
   複数の前記拘束カバーが水平方向に接合されることで、互いに隣接する３以上の前記拘束カバーの間に前記反応媒体が通過する流路が複数設けられた集合体が形成され、
   前記容器の内部には、前記集合体の下部と前記容器の底部との間に、前記流路と連通する底部空間が設けられると共に、前記集合体の側部と前記容器の内面との間に、前記底部空間と連通する外側部空間が設けられ、
   前記隔壁部材よりも下側に位置する前記拘束カバーの前記外側部空間に面する部分には、前記第１蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第１フィルター部が形成され、
   前記隔壁部材よりも上側に位置する前記拘束カバーの前記流路に面する部分には、前記第２蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第２フィルター部が形成され、
   前記容器には、前記底部空間に液体状の前記反応媒体を外部より供給可能な反応媒体供給部が設けられている、化学蓄熱反応器。
2. 前記筒部材は、前記第１蓄熱材を収容する第１パイプと、前記第２蓄熱材を収容する第２パイプとを含んで構成されている、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 前記筒部材は、１本のパイプである、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記集合体と前記容器の天井との間に、前記流路、及び前記外側部空間と連通する天井空間が設けられている、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. 下側の前記閉塞部材には、前記第１蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第３フィルター部が形成され、
   上側の前記閉塞部材には、前記第２蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有した第４フィルター部が形成されている、請求項４に記載の化学蓄熱反応器。
6. 前記反応媒体供給部には、開閉弁が接続されている、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。
7. 前記開閉弁には、液体状の前記反応媒体を貯留するタンク、または前記タンクと連結された配管が接続されている、請求項６に記載の化学蓄熱反応器。
8. 前記第１蓄熱材は、前記第２蓄熱材よりも少量である、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。