JP5783525B2 - ケミカルヒートポンプ及び熱回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ケミカルヒートポンプ及び熱回収方法に関する。

近年、可逆反応の反応熱を利用して、蓄熱及び放熱を可能とするケミカルヒートポンプが注目されている。

吸着質の反応材に、水蒸気などの反応媒体を吸脱着させるタイプのケミカルヒートポンプでは、反応材の熱伝導の低さから、反応材と熱交換器との間で行われる効率が低く、蓄熱及び放熱工程の反応速度が低くなる等の問題を有していた。

上記問題点を解決するためには、熱交換器と接触する伝熱済みの反応材と、未伝熱の反応材とを、連続的に入れ替える手段が考えられる。攪拌による物質移動に伴う熱移動により、反応材と熱交換器との間の熱交換効率を高め、反応速度を上げることが可能である。また、攪拌により反応容器の深部に存在する反応材にも、反応気体が供給され易くなるため、さらに反応速度が向上する。

攪拌手段として、機械的な攪拌機能を有する構成を反応器に付与する場合、攪拌のために新規エネルギーが必要となり、系全体のエネルギー効率が低下する。そこで、特許文献１では、反応材を充填した容器内で、反応媒体を含む流通ガスを流動させ、発生又は吸収する熱を反応器内熱交換器と熱交換する構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、反応材を流動させるために、流通ガスを対流させている。そのため、ポンプ等の追加エネルギーが必要となり、系全体のエネルギー効率が低下する。さらに、発生する反応熱が流通ガスに奪われてしまうという問題点も有していた。

そこで、本発明では、系内に反応媒体以外の気体を流入させることなく、かつ、ポンプ等の追加エネルギーを投入することなく、攪拌機能を有する反応速度が高いケミカルヒートポンプを提供することを目的とする。

本発明によると、
反応材と熱交換器を有し、前記反応材と気体状の反応媒体とを反応させて、反応物を生成すると共に放熱する生成反応と、前記反応物を加熱して、反応材と気体状の反応媒体とに分解する分解反応とを、可逆的に行う反応器と、
前記反応器と第一の開閉弁を介して接続される主蒸発器と、
前記反応器と第二の開閉弁を介して接続される主凝縮器と、
を有するケミカルヒートポンプであって、
前記第一の開閉弁を開いて、前記生成反応により生じた前記反応器と前記蒸発器との差圧により、前記主蒸発器から気体状の反応媒体を前記反応器に導入して、前記導入により発生する気流により前記反応器内の前記反応物及び未反応の前記反応材を攪拌し、
前記第二の開閉弁を開いて、前記分解反応により生じた前記反応器と前記主凝縮器との差圧により、前記主凝縮器に前記分解反応により脱離した気体状の反応媒体を排出し、前記排出により発生する気流により前記反応器内の前記分解反応で得られた反応材及び未分解の前記反応物を攪拌する、
ことを特徴とする、ケミカルヒートポンプが提供される。

本発明によれば、系内に反応媒体以外の気体を流入させることなく、かつ、ポンプ等の追加エネルギーを投入することなく、攪拌機構を有する反応速度が高いケミカルヒートポンプを提供できる。

図１は、本発明のケミカルヒートポンプの一例を示す、装置概略図である。 図２は、化学蓄熱材の蓄・放熱の原理を説明する図であって、平衡時の反応媒体Ｂ（ｇ）の蒸気圧を示す圧力（Ｐ）−温度（Ｔ）線図である。 図３は、本発明のケミカルヒートポンプの他の例の概略図である。 図４は、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図である。 図５は、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図である。 図６は、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図である。 図７は、連続運転型のヒートポンプを例示する全体概略図である。 図８は、図７の放熱器及び蒸発器周辺の拡大概略図である。 図９は、図７の再生器及び凝縮器周辺の拡大概略図である。 図１０は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、放熱器周辺の概略図である。 図１１は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、再生器周辺の概略図である。 図１２は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、放熱器周辺の概略図である。 図１３は、図１２の放熱器をさらに詳細に説明するための、概略図である。 図１４は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、再生器周辺の概略図である。 図１５は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、概略図である。 図１６は、補助蒸発器及び補助凝縮器を有する場合の、連続運転型のヒートポンプの例を説明するための、概略図である。

まず、本発明で使用できる、反応材と反応媒体について説明する。

［反応材］
本発明で使用できる粒状の反応材（化学蓄熱材）としては、反応媒体との吸脱着を可逆的に行うことができる、反応材及び反応媒体との組み合わせであれば、特に限定されない。

反応媒体としては、例えば、水、アンモニア、メタノールなどを使用することができる。

反応媒体として水を用いる場合、反応材としては、例えば、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを使用することができるが、本発明はこれに限定されない。反応媒体としてアンモニアを用いる場合、反応材としては、例えば、塩化マンガン、塩化マグネシウム、塩化ニッケル、塩化バリウム、塩化カルシウムなどを使用することができる。反応媒体としてメタノールを使用する場合、反応材としては、例えば、塩化マグネシウムなどが挙げられる。

また、反応材は１種類を単独で使用しても良く、２種類以上を混合して使用しても良い。さらに、反応材間の熱伝導性を高めるために、粒状グラファイトや金属粉を混合して使用しても良い。なお、本実施の形態では、粒状の反応材（化学蓄熱材）として硫酸カルシウムを、用いた場合を代表して説明する。

次に、本発明のケミカルヒートポンプの特徴について、図面を参照することにより具体的に解説する。

［第１の実施形態のケミカルヒートポンプの構成］
図１に、本発明のケミカルヒートポンプの一例を示す、装置概略図を示す。

第１の実施形態のケミカルヒートポンプは、主として、粉粒状固気反応材Ａ（本実施の形態では、硫酸カルシウム）が充填された反応器１００、凝縮器２００、蒸発器３００から構成される。反応器１００は、反応器１００と熱の授受を行う熱交換器１０１を有する。なお、下記で述べる全ての実施の形態において、熱交換器は、反応器、後述する放熱器又は後述する再生器などの容器の内部に格納されて、反応材と直接熱の授受を行う構造でも良い。また、前記容器の外周に接触して、前記容器を介して熱の授受を行う構造であっても良い。本発明は、この点において限定されない。

また、反応器１００の上部にはメッシュ１０３が配置され、メッシュ１０３の上部から、気体溜め１０５、弁１０７、水蒸気流路２０３の順に介して、凝縮器２００と接続される。凝縮器２００内には、凝縮用熱交換器２０１が配置される。反応器１００の下部にはメッシュ１０４が配置され、メッシュ１０４の下部から、気体溜め１０６、弁１０８、水蒸気流路３０３の順に介して、蒸発器３００と接続される。蒸発器３００内には、反応媒体Ｂ（本実施の形態では水又は水蒸気）及び蒸発用熱交換器３０１が配置される。

メッシュ１０３及びメッシュ１０４は、粉粒状固気反応材Ａを通さない粗さを有する構造となっており、メッシュ１０３の上部（気体溜め１０５）及び、メッシュ１０４の下部（気体溜め１０６）には、粉粒状固気反応材Ａは存在しない。

反応器１００内の反応材Ａの量は、反応器１００内で反応材Ａの攪拌動作が可能な空間を保つよう、例えば、反応器１００の容積や、反応材Ａと反応媒体Ｂの組み合わせなどにより、当業者が考慮して充填できるものである。

ケミカルヒートポンプの各部は、十分に断熱されており、熱の授受は各々の熱交換器を介してのみで行われると仮定される。また、本発明で使用される凝縮用熱交換器２０１、蒸発用熱交換器３０１などの熱交換器は、ペルティエ素子や電熱ヒータなど、蒸発器３００及び凝縮器２００内部の熱を授受する機構であれば、公知のものを使用できる。さらに、ヒートポンプの運転前には、反応器、凝縮器、蒸発器等の装置内部は真空ポンプにより十分脱気されており、装置内部には反応媒体以外の気体が実質的に存在していない状態が運転中も保たれるよう、機密性が高い構造となっている。

［第１の実施形態のケミカルヒートポンプの原理］
図２に、化学蓄熱材の蓄・放熱の原理を説明する図であって、平衡時の反応媒体Ｂ（ｇ）の蒸気圧を示す圧力（Ｐ）−温度（Ｔ）線図を示す。横軸は温度の逆数を示し、縦軸は蒸気圧の対数を示す。

図２（ａ）、図２（ｂ）における、線Ｐは、下記式（１）の平衡時における、系内の温度と反応媒体Ｂ（ｇ）の蒸気圧との関係を示し、線Ｑは、下記式（２）における、反応媒体Ｂ（ｇ）の飽和蒸気圧を示す。なお、式（１）及び式（２）において、固体及び液体の活量は１と仮定している。

Ａ＋Ｂ（ｇ）⇔ＡＢ 式（１）
Ｂ（ｌ）⇔Ｂ（ｇ） 式（２）
図２において、線Ｐよりも右側の反応材温度及び蒸気圧力条件においては、反応材Ａは、反応媒体Ｂと反応して発熱する。一方、線Ｐよりも左側の温度及び圧力条件においては、吸熱して反応媒体Ｂの脱着反応が進行する。なお、一般的に、図２（ａ）に示すような、蓄熱温度より放熱温度が高い場合を昇温モードと呼び、図２（ｂ）に示すような、蓄熱温度より放熱温度が低い場合を増熱モードと呼ぶ。

反応器、蒸発器、凝縮器の間の反応媒体の移動が速やかに行われた場合、理論的には、各々の飽和蒸気圧が等しくなる温度で反応が進行する。しかしながら、実際には、流路圧損などが存在するため、図２に示すように、圧力差を持って反応が進行する。

本実施形態の放熱過程及び蓄熱過程について、図１及び図２（ｃ）及び図２（ｄ）を用いて説明する。図２（ｃ）、図２（ｄ）における、線Ｒは、下記式（３）の平衡時における、系内の温度とＨ_２Ｏ（ｇ）の蒸気圧との関係を示し、線Ｓは、下記式（４）における、Ｈ_２Ｏ（ｇ）の飽和蒸気圧を示す。なお、式（３）及び式（４）において、固体及び液体の活量は１と仮定している。

ＣａＳＯ_４＋１／２Ｈ_２Ｏ（ｇ）⇔ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ 式（３）
Ｈ_２Ｏ（ｌ）⇔Ｈ_２Ｏ（ｇ） 式（４）
［放熱過程］
まず、放熱過程について説明する。

弁１０７、１０８を閉じた状態で、加熱熱媒３０２から熱交換器３０１を通じて供給された熱により、蒸発器３００内の反応媒体Ｂを蒸発させる。この時、蒸発器３００内の圧力は、反応媒体Ｂの温度における飽和水蒸気圧と等しくなる（図１（ｃ）Ｂ_Ｒ）。この時、反応器１００内の反応材Ａは主として無水物として存在するが、後述する蓄熱工程、放熱工程を繰り返す場合、一部半水和物及び反応媒体Ｂが混在する。そのため、反応器１００の内圧は、反応器内反応材Ａの温度における、反応材Ａの無水物及び半水和物の、反応平衡水蒸気圧力と等しくなる（図１（ｃ）Ａ_Ｒ０）。

次に、弁１０８を開くと、反応器１００の内圧Ａ_Ｒ０と蒸発器３００の内圧Ｂ_Ｒとの差圧により、反応媒体Ｂが反応媒体気流路３０３を通り、反応器１００に供給される。反応器１００内の硫酸カルシウムは、反応媒体気流ｂにより攪拌されながら反応媒体Ｂと発熱反応し、半水和物となる。反応熱は、熱交換器１０１を通して外部に取り出される。

この時、気体溜め１０５により一定の反応媒体気流入路が確保され、反応媒体気流ｂは攪拌に適した方向に方向付けがなされる。反応が進行し、反応器１００内の温度が上昇すると、反応器１００内の温度及び反応媒体Ｂの蒸気圧は、平均として図１（ｃ）に示すＡ_Ｒ２の状態に達する。蒸発器と反応器との間の差圧ΔＰ_Ｒ２から発生する反応媒体気流ｂが、十分に大きくない場合、反応材Ａが十分に攪拌されない。そのため、反応熱の熱交換器１０１への熱輸送は、主に粉粒体間の熱伝導を通じて行われる。反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応（水の場合は水和反応）は放熱反応であり、熱交換器に近い領域に存在する反応材Ａほど、先に水和反応を終える。攪拌が十分でない状態で、水和反応を進行させた場合、水和反応を終えた反応材Ａは、熱交換器と未反応反応材Ａとの間の熱抵抗として残留する。つまり、熱交換器から遠い領域に存在する反応材Ａの水和反応の進行を阻害し、反応材Ａからの熱の取り出しが効率的に行えない。

そこで、反応気体流による反応材Ａの攪拌を再度起こし、物質輸送による熱輸送の促進を行うため、弁１０８を一時的に閉じる。これにより、反応器内部への反応媒体Ｂの新規供給は絶たれる。つまり、反応器内に残存する反応媒体Ｂと反応材Ａとの間のみで、反応が進行し、同時に、反応熱は熱交換器を通して外部に供給される。そのため、Ａ_Ｒ２の状態に対して、反応器内部反応材の温度及び反応媒体Ｂの蒸気圧が低下した、例えば、Ａ_Ｒ１の状態になる。Ｂ_ＲとＡ_Ｒ１との差圧ΔＰ_Ｒ１は、Ｂ_ＲとＡ_Ｒ２との差圧ΔＰ_Ｒ２よりも大きい（即ち、差圧を回復させることができる）ため、その後、弁１０８を開放することで、再度反応媒体気流ｂにより反応材Ａは攪拌される。反応媒体気流ｂによる再攪拌により、熱交換器周辺の反応材Ａ粒子が入れ替わり、熱伝導効率と反応速度を高めることが出来る。即ち、本実施の形態においては、弁１０８の開閉により、攪拌の頻度を制御でき、これにより、反応を制御することができる。弁１０８の開閉の頻度は、反応器１００の大きさ、反応材Ａの量、反応媒体Ｂの量などに応じて、当業者が適宜選択できるものである。また、弁１０８は、開度を調節することにより、反応媒体Ｂの流入量を制御できることも、当業者にとっては明らかである。

反応器１００上部に配置されるメッシュ１０３の形状は、例えば、逆円錐状のように、反応器１００の中心部に比して、反応器１００の外側方向に傾斜を有する形状であることが望ましい。メッシュ１０３をこのような構造にすることにより、気体溜め１０５へ吹き上げられた反応材が、メッシュ１０３により反応器１００外壁側へ落下しやすくなり、攪拌が効果的に行われる。また、落下した反応材Ａが反応器１００外壁に接触しやすくなり、反応材Ａと熱交換器１０１との熱交換を促進できる。

即ち、放熱過程において、弁１０８の開閉を適宜繰り返し、反応媒体気流ｂにより反応材を効率よく攪拌させることで、高い反応性を有するケミカルヒートポンプ動作が実現できる。

［蓄熱過程］
次に蓄熱工程について説明する。

弁１０７を閉じた状態で、冷却熱媒２０２から熱交換器２０１を通じて供給された冷熱により、凝縮器２００内の反応媒体Ｂは、熱交換器２０１の冷却温度まで低下される。この時、凝縮器２００内の圧力は、反応媒体Ｂの温度における飽和蒸気圧と等しくなる（図２（ｄ）Ｂ_Ｓ）。前述の放熱工程の後、弁１０８を閉じ、熱交換器１０１に加熱用熱媒を流すことで、反応器１００内の反応材Ａを所望の温度に加熱する。放熱工程後の反応器１００内では、反応材Ａとして硫酸カルシウムを使用した場合は、概ね、半水和物となっており、反応器１００の内圧は、反応器１００内硫酸カルシウム半水和物（及び無水物）の温度における、硫酸カルシウム無水物及び半水和物の、反応平衡水蒸気圧力と等しくなる（図１（ｄ）Ａ_Ｓ０）。

その後、弁１０７を開くと、反応器１００の内圧Ａ_Ｓ０と凝縮器２００の内圧Ｂ_Ｓとの差圧により、反応器内の反応媒体Ｂが、反応媒体気流路２０３を通り、反応器１００から排出される。反応器１００内の反応媒体Ｂの蒸気圧が低下することにより、式（３）において脱着反応が進行する方向に平衡が傾き、脱着反応がより効率的に進行する。実施の形態における、硫酸カルシウムの半水和物が、無水物となる反応は、吸熱反応であり、温度の低下した未反応の反応材Ａは、熱交換器１０１を通して外部より熱が加えられる。

弁１０７開放時において、反応器１００の下部の気体溜め１０６に残留していた反応媒体Ｂが持ち上げられることにより、反応媒体気流ｂが発生し、反応材Ａは底部より攪拌される。反応媒体Ｂの脱着反応が進行し、反応器１００内の温度が低下すると、反応器１００内の温度及び反応媒体Ｂの蒸気圧は、図１（ｄ）に示すＡ_Ｓ２の状態に達する。蓄熱反応では、前述の弁１０７の開放時の反応媒体気流ｂによってのみ攪拌されるため、弁１０７の開放後は、脱着反応に必要な熱は、主に粉粒体間の熱伝導で行われる。この脱着反応（実施の形態においては、硫酸カルシウムの半水和物の脱水反応）は、吸熱反応であり、熱交換器に近い部分ほど先に脱着反応を終える。攪拌が十分でない状態で、脱着反応を終えた反応材は、熱交換器と未脱着反応材との間の熱抵抗として残留する。つまり、熱交換器から遠い領域に存在する未脱着反応材の脱水反応の進行を阻害する。

そこで、反応気体流による未脱着反応材及び反応材Ａの攪拌を再度起こし、物質輸送による熱輸送の促進を行うため、弁１０７を一時的に閉じる。これにより、反応器外部への水蒸気の新規排出は絶たれる。つまり、熱交換器により供給される熱により、反応器１００内で脱着した反応媒体が溜まり（反応器１００内の反応媒体圧が上昇する）、かつ、供給される熱により反応器１００内の温度が上昇して、例えば、Ａ_Ｓ１の状態になる。Ｂ_ＳとＡ_Ｓ１との差圧ΔＰ_Ｓ１は、Ｂ_ＳとＡ_Ｓ２との差圧ΔＰ_Ｓ２よりも大きく、その後、弁１０７を開放することで、再度反応媒体気流ｂが発生し、未脱着反応材及び反応材Ａは攪拌される。熱交換器周辺の未脱着反応材及び反応材Ａ粒子が入れ替わることで、熱伝導効率と脱着速度を高めることが出来る。即ち、本実施の形態においては、弁１０７の開閉を適宜繰り返し、水蒸気流ｂにより硫酸カルシウムの半水和物及び無水物を効率よく攪拌させることで、急速な蓄熱が可能であるケミカルヒートポンプ動作が実現できる。

ケミカルヒートポンプを以上のような構成にすることで、（１）機械式攪拌装置を導入するよりも簡便で、（２）攪拌動作によってロスするエネルギーも少ない機構により、（３）反応器内部に反応に関わらないガスを導入することなく、反応材を攪拌することができる。また、反応気体の流入量をバルブの開閉によって制御することにより、反応速度を制御できるケミカルヒートポンプが提供できる。

［第２の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
図３（ａ）に、本発明のケミカルヒートポンプの他の例の概略図を示す。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のケミカルヒートポンプ内に反応材が充填され、攪拌が起こっていない状態を例示する、概略図である。さらに、図３（ｃ）は、図３（ａ）のα−α断面図を示す。第２の実施の形態では、第１の実施の形態の反応容器１００に、筒状メッシュ１１１と、伝熱フィン１１２とを有する。

筒状メッシュ１１１は、その筒状構造の内部を、反応材が流通することができるが、メッシュ構造の部分を、反応材が通過できない構造となっている。

筒状メッシュ１１１は、例えば、気体溜め１０５と気体溜め１０６を結ぶ流路に対して、平行な方向に固定される。また、攪拌時において、反応材Ａが、筒状メッシュ１１１の内部を通過できるように、筒状メッシュ１１１の端部と、メッシュ１０３及び１０４との間には、隙間が設けられている。

伝熱フィンを有することにより、熱交換効率が上がり、反応速度を上げることが出来る。伝熱フィン１１２は、攪拌による反応材移動を妨げないように設置されれば、どのように設置しても構わず、例えば、図３（ｃ）のように、反応容器１００の外壁の内側と筒状メッシュ１１１とが接続されるように設置することができる。なお、伝熱フィン１１２は、他の実施形態においても、使用することができる。

図３（ｂ）に示すように、本実施の形態では、攪拌が起こっていない静状態においては、筒状メッシュ１１１の内部には反応材Ａは充填されていない。この状態で、第１の実施形態で説明したような反応媒体気流を発生させると、反応媒体気流は、反応材Ａ粒子による圧損が少ない筒状フィンの内部を選択的に通る。そのため、筒状メッシュ下部の反応材Ａが吹き上がり、吹き上がった反応材Ａは、メッシュ１０３によって反応器の外壁側に移動させられる。筒状メッシュ１１１下部の反応材Ａが抜けた部分には、重力により反応材Ａが流れ落ち、初期の静状態に戻る。

筒状メッシュ内部は反応材Ａにより圧損が少ないため、蒸発器と反応器との間の差圧又は凝縮器と反応器との間の差圧による水蒸気流が発生しやすくなる。その結果、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）が効率よく攪拌される。即ち、放熱工程においては、図２（ｃ）におけるＡ_Ｒ１の温度を上げることが出来て、より高い温度での平均放熱出力が得られる。一方、蓄熱工程においては、図２（ｄ）におけるＡ_Ｓ１の温度を下げることが出来て、より低い温度での蓄熱動作が可能になる。

さらに、反応媒体気流により攪拌される反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）は、筒状メッシュが存在することにより、熱交換器近くを移動することができるため、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）と熱交換器との間の伝熱性が高まる。またさらに、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の攪拌に必要な空間を、反応器の内部中央に配置することで、反応器の外部に配置する熱交換器との熱交換表面積を高めることが出来る。

筒状メッシュは、メッシュ構造の部分を、反応材Ａが通過できない構造となっているが、反応媒体Ｂは流通出来るため、熱交換器周辺の反応材Ａへの反応媒体供給を阻害する、充填反応材による圧損が生じづらく、放熱反応の進行を促進することができる。

なお、ケミカルヒートポンプの動作は、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは記さない。

［第３の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
図４に、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図を示す。第３の実施の形態では、反応器１００の内部にチューブ型熱交換器１２０及び熱交換フィン１２２を有する。

反応器１００は、熱交換フィン１１２により鉛直方向に仕切られ、セル１１７が形成される。各々のセル１１７には、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）が充填されている。各々のセル１１７の上部及び下部には、第１の実施の形態と同様に、メッシュ１０３、水蒸気分流路１１３と、メッシュ１０４、水蒸気分流路１１４とに繋がっている。さらに、反応媒体分流路１１３及び反応媒体分流路１１４は、各々回転弁１１５、１１６に接続されている。回転弁１１５、１１６は、各々弁１０７、１０８に接続され、それ以降の接続形態は、第１の実施の形態と同様である。

また、チューブ型熱交換器１２０は、反応器１００内にあり、各々のセルと熱交換ができるように、各セルを貫通して配置されている。

回転弁は、例えば、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、接続される任意のセルに対して開閉を自在に行うことができるバルブである。また、セル内には、鉛直方向の追加のフィンが挿入されても良い。

第３の実施の形態のケミカルヒートポンプの放熱過程においては、弁１０７は閉状態で、回転弁１１５は全てのセルに対して開状態となっている。即ち、全てのセルは、上部の反応媒体分流路１１３を介して通じている。

また、回転弁１１６は、所望のセルに対してのみ開状態となっており、弁１０８を開くことで、蒸発器３００から反応器１００へと反応媒体が流入する。流入した反応媒体気流は、開状態のセル内の反応材を、第１の実施の形態と同様の原理により攪拌し、また、反応媒体分流路１１３と、回転弁１１５を経て、攪拌セル以外のセルにも水蒸気を供給する。さらに、弁１０８の開閉操作と、回転弁１１６の操作により、各々のセルに順々に攪拌を起こすことができる。これにより、より効率的に放熱反応を進行させることができる。

一方、蓄熱工程においては、放熱過程とは逆に、弁１０８は閉状態であり、回転弁１１１６は全てのセルに対して開状態になっている。即ち、全てのセルは、下部の反応媒体分流路１１４を介して通じている。

また、回転弁１１５は、所望のセルに対してのみ開状態となっており、弁１０７を開くことで、反応器１００から凝縮器２００へと反応媒体が排出される。各セルに溜まっていた反応媒体は、反応媒体分流路１１４と回転弁１１６を経て、所望のセルを通じて凝縮器２００へ排出されるので、反応媒体流によって所望のセルの反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）が攪拌される。弁１０７の開閉操作と、回転弁１１５の操作により、各々のセルに順々に攪拌を起こすことができる。これにより、より効率的に蓄熱反応を進行させることができる。

第３の実施の形態では、セルごとに攪拌を行うことができるため、攪拌で攪拌される反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の量を少なくすることが出来るため、攪拌効率が高くなる。また、攪拌セルの上部と下部で、より大きな差圧を確保することができることも、攪拌効率が高くなる一因となる。

［第４の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
図５に、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図を示す。第４の実施の形態では、第３の実施の形態の熱交換フィンを、鉛直方向に対して鋭角の傾きをつけ、さらに、熱交換フィンと、メッシュ１０３との間に隙間を有するように配置されている。このような構成にすることで、反応器１００内の反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を、フィンの傾き方向へ移動させながら攪拌することができる。

図５（ｂ）に、図５（ａ）の反応器１００の平面図を示すように、チューブ型熱交換器１２０は、例えば、円形中空状の反応器１００に対して螺旋状に配置され、熱交換フィン１２２は、鉛直方向に対して鋭角の傾きを有して配置されている。

チューブ型熱交換器１２０及び熱交換フィン１２２はメッシュ１０３、１０４で挟まれ、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）は、このメッシュで挟まれた空間に格納される。熱交換フィン１２２の上部と、メッシュ１０３との間には、隙間が設けられている。また、メッシュ１０３の上部及びメッシュ１０４の下部には、反応媒体を制御するための回転弁１１８、１１９がそれぞれ設けられる。

回転弁１１８、１１９は、例えば、図５（ｃ）で示すように、任意の１つのセルのみを順々に開放できるような構成にしても良いが、接続される任意のセルに対して開閉を自在に行うことができる構成でも良い。例えば、第３の実施の形態で示したような構成のものも使用できる。

回転弁１１８の上部及び回転弁１１９の下部には、それぞれ、気体溜め１０５、１０６、を介して、弁１０７、１０８に接続されており、弁１０７、１０８から凝縮器２００、蒸発器３００への接続は、第１の実施の形態と同様である。

第４の実施の形態のケミカルヒートポンプの放熱過程においては、弁１０７は閉状態であり、回転弁１１８、１１９は、反応材Ａの攪拌を行う所望のセルに対応する部分を開いた状態にする。そして、弁１０８を開くことにより、蒸発器３００から反応器１００へ反応媒体Ｂが流入し、流入した反応媒体流は、回転弁が開いている所望のセル内の反応材Ａを吹き上げ、気体溜め１０５及び他のセルに反応媒体Ｂを供給する。

吹き上げられた反応材は、熱交換フィンが鉛直方向に対して鋭角に傾いていることにより、隣のセルに搬送される。これにより、鉛直方向のみに反応媒体気流を生じさせて攪拌させる場合よりも、効果的に攪拌を行うことができる。

攪拌を行った後は、弁１０８を一度閉じることで、反応器内および気体溜めに残留した反応媒体Ｂが未反応の反応材Ａと反応し、反応器内反応媒体圧が下がる。その後、再度、弁１０８を開くことにより、第１の実施の形態と同様の原理より、再び反応媒体気流を生じさせ、攪拌を行うことができる。

また、回転弁１１８、１１９は、全てのセルの開閉を、所望の状態にすることができるよう構成されているので、弁１０８の開閉と、回転弁１１８、１１９の操作により、セル内の反応材Ａをより効率的に攪拌することが出来、より効率的に放熱が達成される。

一方、蓄熱過程においては、弁１０８は閉状態であり、回転弁１１８、１１９は、攪拌を行う所望のセルに対応する部分を開いた状態にする。そして、弁１０７を開くことにより、反応器１００から凝縮器２００へ反応媒体を排出させる。気体溜め１０６よりセルに流入した反応媒体気流は、所望のセルの反応材Ａ及び反応材Ａと反応媒体Ｂとが反応した反応物を吹き上げ、気体溜め１０５に流れ込み、凝縮器に反応媒体を排出する。

吹き上げられたセル内の反応物は、熱交換フィンが鉛直方向に対して鋭角に傾いていることにより、隣のセルに搬送される。これにより、鉛直方向のみに反応媒体気流を生じさせて攪拌させる場合よりも、効果的に攪拌を行うことができる。

攪拌を行った後は、弁１０７を一度閉じることで、反応器内及び気体溜めに脱着した反応媒体が充満し、反応器内の反応媒体圧が上昇する。その後、弁１０７を開くことで、再度攪拌することができる。

また、回転弁１１８、１１９は、全てのセルの開閉を、所望の状態にすることができるよう構成されているので、弁１０７の開閉と、回転弁１１８、１１９の操作により、より効率的に蓄熱が達成される。

［第５の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
図６に、本発明のケミカルヒートポンプのさらに他の例の概略図を示す。本実施の形態では、補助凝縮器及び補助蒸発器を有する。

ここでは、例えば、第３の実施の形態で説明した、反応器１００を使用する例で説明するが、本発明はこれに限定されず、前述の全ての実施の形態に、下記で説明する補助凝縮器及び補助蒸発器を組み込むことができる。
第３の実施の形態では、回転弁１１５と蒸発器３００とは、弁１０８を介して反応媒体流路３０３で接続されているが、本実施の形態では、反応媒体流路３０３は枝分かれし、弁１０８と水蒸気流路３０３を経て（主）蒸発器３００、及び、弁１２０と補助水蒸気流路４０３を経て補助凝縮器４００に接続されている。

同様に、反応器１００下部の反応媒体路２０３は枝分かれし、弁１０７と水蒸気流路２０３を経て主凝縮器２００、及び、弁１２１と補助水蒸気流路５０３を経て補助蒸発器５００に接続されている。

回転弁１１５、１１６は、例えば、第３の実施の形態で説明したような、全開及び任意の単開を行うことができるバルブを使用することができる。

この時、補助蒸発器５００内の温度及び反応媒体圧は、（主）蒸発器３００内部の温度及び反応媒体圧よりも十分に高くなるように、ヒータ等の公知の熱源により調節される。また、補助凝縮器４００内部の温度及び反応媒体圧は、（主）凝縮器２００内部の温度及び反応媒体圧よりも十分低くなるように、チラー等の公知の冷却源により調節される。

第５の実施の形態のケミカルヒートポンプの放熱過程においては、弁１０７、１０８、１２０、１２１は閉状態であり、回転弁１１５、１１６が全開となっている状態から始める。この状態から弁１０８を開くことにより、（主）蒸発器３００から反応媒体Ｂが、反応器１００内に流入する。

攪拌を行う場合、攪拌したい所望のセルに対応する回転弁１１６を開き、弁１２１を開く。補助蒸発器５００の圧力は、（主）蒸発器の圧力よりも高いため、補助蒸発器５００から供給された反応媒体Ｂは、反応媒体気流を形成し、セル内の反応材Ａと反応しながら攪拌させた後、回転弁１１５を経て、その他のセル内及び（主）蒸発器３００に流入する。この時、攪拌を行わないその他のセル及び（主）蒸発器３００は、気体溜まりとして作用する。所望セル内の攪拌が行われた後は、弁１２１を閉じることで、補助蒸発器５００からの反応媒体供給を停止する。

補助蒸発器を用いることにより、反応器１００内の反応媒体圧は、（主）蒸発器３００内部の反応媒体圧とほぼ同じになる。即ち、補助蒸発器を用いない場合に比べて、高い反応媒体圧が得られるため、放熱反応が促進される。また、補助蒸発器５００に入力される、気体状の反応媒体を作成するための熱エネルギーは、放熱過程により外部出力として利用されるため、機械動作による攪拌に比べて、エネルギーロスを少なくすることができる。つまり、本実施の形態では、ケミカルヒートポンプの放熱過程において、主蒸発器の熱源に排熱などを利用した場合に、熱源の熱量が少なく、攪拌に必要な差圧を作ることが困難な場合などに適している。

また、攪拌時又は弁１０８を閉じた後に、攪拌したい所望のセルに通じる回転弁１１６を単開し、弁１２１を開いてもよい。この場合、主蒸発器３００に補助蒸発器５００から供給される高圧の反応媒体が流入しないため、１主蒸発器内の反応媒体の蒸発熱により、冷熱を取り出す場合に有効である。

一方、蓄熱工程においては、弁１０７、１０８、１２０、１２１は閉状態であり、回転弁１１５、１１６が全開となっている状態から開始する。弁１０７を開き、反応器１００内の反応媒体Ｂを、（主）凝縮器２００へと排出させることで蓄熱過程を開始する。

攪拌を行う場合、攪拌したい所望のセルに対応する回転弁１１５を開き、弁１２０を開く。補助凝縮器４００の圧力は、（主）凝縮器２００の圧力よりも低いため、系内の反応媒体は、回転弁１１６を経て、所望のセルを流路として反応媒体気流を発生させ、所望のセルの反応材Ａ及び反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物を攪拌させた後、補助凝縮器４００へと排出される。この時、攪拌を行わないその他のセル及び（主）凝縮器２００は、気体溜まりとして作用する。所望セル内の攪拌が行われた後は、弁１２０を閉じることで、補助凝縮器４００への反応媒体排出を停止する。

補助凝縮器を用いることにより、反応器１００内の反応媒体圧は、（主）凝縮器３００内部の反応媒体圧とほぼ同じになる。即ち、補助凝縮器を用いない場合に比べて、反応器１００内の反応媒体圧が低くなり、反応媒体が速やかに排出されることにより蓄熱反応が促進される。本実施の形態では、ケミカルヒートポンプの蓄熱過程において、主凝縮器の凝縮潜熱を利用するために、凝縮器内の温度を比較的高温に保つ必要があり、攪拌に必要な差圧を作ることが困難な場合などに適している。

また、攪拌時又は弁１０７を閉じた後に、攪拌したい所望のセルに通じる回転弁１１５単開し、弁１２０を開いてもよい。この場合、主凝縮器２００から凝縮潜熱が奪われないため、主凝縮器で温熱を取り出して利用する場合に、有効である。

上述のように、補助蒸発器及び補助凝縮器を追加することで、（主）蒸発器及び（主）凝縮器による定常的な放熱及び蓄熱を行いながら、補助攪拌効果を付加でき、効果的に放熱及び蓄熱を行える。

［第６の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
第６の実施の形態では、反応媒体気流により反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を攪拌させながら搬送することで、ケミカルヒートポンプを連続運転可能にする構成について説明する。

図７は、連続運転型のヒートポンプを例示する全体概略図を示す。また、図８は、図７の放熱器及び蒸発器周辺の拡大概略図であり、図９は、図７の再生器及び凝縮器周辺の拡大概略図を示す。本実施の形態では、ヒートポンプは、主として、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の攪拌搬送を行いながら放熱及び蓄熱を行う放熱器６００、蒸発器３００、再生器７００、凝縮器２００とを有する。放熱器６００と再生器７００との間は、搬送弁８０１、８０４を介する輸送装置８０４及び搬送弁８００、８０３を介する輸送装置８０３とで接続されている。各々の搬送弁は、反応媒体の移動を遮断しながら、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の搬入及び搬出が可能な構造となっている。

放熱器６００は、傾斜フィン６０２が設置されている。傾斜フィン６０２は、鉛直方向に対して、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を搬送する方向に、鋭角に傾いている。また、傾斜フィン６０２により、放熱器６００は、反応材Ａの搬送方向に複数のセル６１６に仕切られている。

また、放熱器６００の内部には、チューブ型熱交換器６０１が設置され、各セル６１６内の反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）と熱の授受を行う。

各セルの下部には、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を透過しないが、反応媒体Ｂが流通できるメッシュ６０３が敷かれている。また、傾斜フィン６０２の上部と、反応器６００の上部内壁との間には、隙間が設けられている。さらに、メッシュ６０３の下部には、セルごとに反応媒体気流を発生させるための、開閉可能な仕切り弁６０４が設けられている。仕切り弁６０４の構造は、図７〜図９で示すような構造でも良く、第４の実施の形態で説明した回転弁の構造でも構わない。

仕切り弁６０４の下には、反応媒体流路６０５と、弁６０６とを経て、反応媒体流路３０３を通して蒸発器３００と接続されている。また、放熱器６００には、反応材搬入口及び搬出口が設けられ、それぞれ、搬送弁８００、８０１が配置される。

一方、再生器７００の内部にも、放熱器と同様の構成である、傾斜フィン７０２と、チューブ型熱交換器７０１とが設置されている。再生器７００の上部及び下部には、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を透過しないが、反応媒体Ｂが流通できるメッシュ７０７、７０３が設置されている。傾斜フィン７０２と、上側のメッシュ７０７との間には、隙間が設けられている。メッシュ７０７の上部及びメッシュ７０３の下部には、各々、セルごとに反応媒体気流を発生させるための、開閉可能な仕切り弁７０８、７０４が設置されている。仕切り弁７０８、７０４の構成は、仕切り弁６０４の構成と同様、第４の実施の形態で説明した回転弁の構造でも構わない。

仕切り弁７０８の上側及び仕切り弁７０４の下側には、各々、反応媒体流路７０９、７０５が設けられ、反応媒体流路７０９の上側には、弁７０６、反応媒体流路２０３を介して凝縮器２００と接続される。

また、再生器７００には、反応材搬入口及び搬出口が設けられ、各々、搬送弁８０２、８０３が配置される。

放熱器６００と再生器７００との間は、搬送弁８０１、８０４を介する輸送装置８０４及び搬送弁８００、８０３を介する輸送装置８０３とで接続される。また、反応媒体の移動を遮断しつつ、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を搬入出することの出来る装置であり、例えば、ロータリーバルブやロードロック室を持つ搬送機などを使用することができる。

輸送装置８０４、８０５は、各々、搬送弁８０１、８０３から搬出された反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を、搬送弁８０２、８００を介して再生器７００、放熱器６００に輸送する装置である。具体的には、例えば、スロープやベルトコンベア、スクリュー輸送装置などを使用することができる。なお、輸送装置８０４、８０５、放熱器６００、再生器７００は、作動前は真空ポンプにより十分に脱気され、作動中も反応媒体以外の気体が混在しないように、気密性が保たれた構造となっている。

第６の実施の形態のケミカルヒートポンプを用いて、連続運転する手順について、下記に詳細に説明する。

まず、搬送弁８００から放熱器６００へ搬入された反応材Ａは、放熱器６００内の反応媒体と放熱反応し、熱交換器６０１に反応熱を供給する。反応材Ａへの反応媒体搬送時以外の時は、弁６０６は閉状態とし、反応材Ａは、放熱気６００内に残留する反応媒体と反応させる。反応材Ａに反応媒体を搬送する場合は、所望のセルの下部の仕切り弁６０４及び弁６０６を開くことにより、第１の実施の形態で説明した原理によって反応媒体気流ｂが発生する。反応材Ａは、反応媒体気流ｂと反応しながら吹き上げられるが、この時、セルを構成する傾斜フィン６０２の傾きにより、搬入口から搬出口の方向（搬送弁８０１がある方向）に吹き上げ方向が方向付けられる。従って、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）は、搬出口方向に存在するセルへ移動する。

つまり、仕切り弁６０４及び弁６０６の開閉を制御することにより、所望のセルで反応媒体気流ｂを発生させることができ、かつ、反応媒体気流ｂにより反応材Ａは放熱しながら搬送出口に搬送される。最終的には、搬送弁８０１によって、放熱器６００の外部に搬出される。

放熱器６００から搬出された反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物（反応済み反応材と呼ぶことがある）は、輸送装置８０４により再生器搬入口の搬送弁８０２に搬送され、再生器７００内に搬入される。反応済み反応材は、熱交換器７０１からの熱により加熱され、反応媒体Ｂを脱着しながら蓄熱を開始する。反応媒体の排出時以外の場合には、仕切り弁７０８は全閉し、仕切り弁７０４は全開し、弁７０６は開放しておく。これにより、反応媒体流路７０９内の反応媒体圧を下げておき、攪拌時の反応媒体排出を促進することができる。反応媒体排出時は、所望するセルの下にある仕切り弁７０４を開いた後、仕切り弁７０８のうちの、仕切り弁７０４の真上にある仕切り弁７０８よりも、排出口寄りの弁を開くことが好ましい。これにより、所望のセルに反応媒体気流ｂを発生させ、反応材Ａ及び未反応反応材を吹き上げる。この時、反応媒体流路７０５は、気体溜めとして作用する。吹き上げられた反応材は、メッシュ７０７により、水蒸気流路７０９へと通過することなく落下する。再生器７００に形成された傾斜フィン７０２により、搬入口から搬出口の方向に吹き上げ方向が方向付けられる。従って、吹き上げられ落下する反応材Ａは、吹き上げられる前のセルよりも搬出口方向に存在するセルへと移動する。

つまり、仕切り弁７０８、７０４及び弁７０６の開閉を制御することにより、反応媒体の脱着反応を進行させながら、所望のセルで反応媒体気流ｂにより反応材Ａを再生器７００の搬出口に搬送することができる。搬送された反応材Ａは、搬送弁８０３を通り、輸送装置によって搬送弁８００に通され、再び放熱器に供される。

上記の手順により、反応媒体気流により反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を攪拌させながら搬送することで、連続運転式ケミカルヒートポンプを達成することができる。

本実施の形態では、反応媒体の気流による搬送を利用することにより、従来の機械的な搬送機構により連続化を行うケミカルヒートポンプと比して、必要とされる機械動作が弁の開閉のみであり、装置機構が簡易化される。また、攪拌に使用するエネルギーロスも少ないため、ケミカルヒートポンプ運転時のエネルギー効率が高い。さらに、反応媒体搬送においては、比較的粒径が小さい反応材ほど搬送されやすい。そのため、反応媒体との反応及び脱着が速やかに進行する小粒径反応材は、素早く放熱器６００及び再生器７００内を通過する。従って、熱抵抗となる反応済み、蓄熱済み反応材を、放熱器６００及び再生器７００の外部に排出しやすくなるため、熱伝導効率も向上し、反応効率も向上する。

［第７の実施の形態のケミカルヒートポンプ］
第７の実施の形態のヒートポンプは、第６の実施の形態と同様、主として、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の攪拌搬送を行いながら放熱及び蓄熱を行う放熱器６００、蒸発器３００、再生器７００、凝縮器２００とを有する。第７の実施の形態と、第６の実施の形態とでは、補助蒸発器及び補助凝縮器を接続させる点で相違点を有する。また、放熱器６００及び再生器７００の構造も、第６の実施の形態の放熱器及び再生器と異なる。そのため、ここでは、この相違点を重点的に、図を参照することにより説明する。なお、放熱器６００と再生器７００との間は、搬送弁８０１、８０４を介する輸送装置８０４及び搬送弁８００、８０３を介する輸送装置８０３とで接続されている点は、第６の実施の形態と同様である。

図１０に、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、放熱器周辺の概略図を示し、図１１に、再生器周辺の概略図を示す。本実施の形態では、放熱器６００は、反応材と熱の授受を行う熱交換器６０１が配置される。この時、熱交換器は、放熱器６００の内部に格納されていても良く、放熱器６００の容器外周に接触して、容器を介して熱の授受を行う構造であっても良い。

また、放熱器６００は、熱交換器６０１内部に、反応材Ａ（及び反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を通さない粗さの、上部メッシュ６０７、下部６０３が配置されている。上部メッシュ６０７、下部メッシュ６０３及び放熱器６００の壁部で囲まれた空間に、反応材は格納される。また、上部メッシュ６０７は、反応材が収納される高さよりも、十分に高い高さに配置される。上部メッシュ６０７の上部及び下部メッシュ６０３の下部には、鉛直方向から、反応材搬送方向に鋭角の角度が付けられた、指向反応媒体流路６１２、６１１が各々設置されている。さらに、指向反応媒体流路６１２の上部及び指向反応媒体流路６１１の下部には、各々、仕切り弁６０８、６０４が設けられている。仕切り弁の構造は、第６の実施の形態と同様のものを使用することができる。仕切り弁６０８は、反応媒体流路６０９、弁６０６、反応媒体流路３０３を介して、（主）蒸発器に接続される。また、仕切り弁６０４は、反応媒体流路６０５、６１０，５０３を介して、補助蒸発器５００に接続される。放熱器６００には、反応材搬入口と搬出口が設けられ、それぞれに搬送弁８００、８０１が配置される点は第６の実施の形態と同様である。

また、再生器７００も、基本構造は放熱器６００と同様の構成である。再生器７００は、反応材と熱の授受を行う熱交換器７０１が配置される。熱交換器７０１内部に、反応材Ａ（及び反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）を通さない粗さの、上部メッシュ７０７、下部７０３が配置されている。上部メッシュ７０７、下部メッシュ７０３及び再生器７００の側壁に囲まれた空間に、反応材は格納される。また、上部メッシュ７０７は、反応材が収納される高さよりも、十分に高い高さに配置される。上部メッシュ７０７の上部及び下部メッシュ７０３の下部には、鉛直方向から、反応材搬送方向に鋭角の角度が付けられた、指向反応媒体流路７１２、７１１が各々設置されている。さらに、指向反応媒体流路７１２の上部及び指向反応媒体流路７１１の下部には、各々、仕切り弁７０８、７０４が設けられている。仕切り弁の構造は、第６の実施の形態と同様のものを使用することができる。仕切り弁７０８は、反応媒体流路７０９、弁７１０、反応媒体流路４０３を介して、補助凝縮器に接続される。また、仕切り弁７０４は、反応媒体流路７０５、弁７０６，２０３を介して、（主）凝縮器２００に接続される。再生器７００には、反応材搬入口と搬出口が設けられ、それぞれに搬送弁８０２、８０３が配置される点は第６の実施の形態と同様である。

また、（主）蒸発器、（主）凝縮器、補助蒸発器、補助凝縮器の圧力関係は、第５の実施の形態と同様である。

本実施の形態のケミカルヒートポンプの連続運転の手順を下記に説明する。

搬送弁８００から放熱器６００に搬入された反応材Ａは、放熱器内の反応媒体Ｂと反応し、放熱を開始する。反応媒体Ｂを搬送する時以外は、仕切り弁６０８、６０４は全開とし、弁６１０は閉、弁６０６は開状態にする。これにより、放熱器６００内に反応媒体を定常的に供給させ、放熱反応を進行させる。反応媒体Ｂを搬送する時は、弁６１０を開いた後、反応媒体を所望の搬送したい位置に対応する弁６０４、６０８を開放させる。この時、反応媒体気流ｂが発生し、反応媒体気流ｂは指向反応媒体流路により方向づけられるため、反応材Ａは搬送方向に吹き上げられる。従って、吹き上げられて落下する反応材Ａは、吹き上げられる前の位置から搬出口方向へと移動する。この時、反応媒体流路６０９、３０３及び主蒸発器が気体溜めとして作用するため、強い反応媒体気流を発生させることができる。その後、弁５０３を閉じ、仕切り弁６０４、６０８を全開にする。このように、仕切り弁６０４、６０８及び弁６１０の開閉を制御することにより、反応材を十分に攪拌させて放熱反応を進行させ、かつ、搬出口方向に反応材を搬送することができる。最終的には、反応済み反応材は、搬送弁８０１によって、放熱器外部に搬出される。

なお、反応媒体の搬送時は、（主）蒸発器３００の弁６０６を閉じても良い。この場合、（主）蒸発器３００に、補助蒸発器５００から供給される高圧の反応媒体が流入しない。（主）蒸発器３００の気化熱で冷熱を取り出す場合や、補助蒸発器５００の消費エネルギーを抑えたい場合に、好ましい。

放熱器６００から搬出された反応済み反応材は、第６の実施形態と同様、輸送装置８０４により再生器搬入口の搬送弁８０２に搬送され、再生器７００内に搬入される。再生器７００内で、反応済み反応材は、熱交換器７０１からの熱により加熱され、反応媒体Ｂを脱着しながら蓄熱を始める。再生器７００では、反応媒体Ｂの排出時以外の時は、仕切り弁７０８は全閉し、弁７１０は開くことにより、仕切り弁７０８から補助凝縮器４００に至るまでの流路内の反応媒体圧を下げておく。仕切り弁７０４は全閉し、弁７０６は開き、再生器７００内の反応媒体を排出させることで、脱着反応を進行させる。攪拌時は、攪拌したい所望の位置に対応する仕切り弁７０４、７０８を開放することで、反応媒体気流を発生させる。発生した反応媒体気流は、指向反応媒体流路７１１により方向付けられ、搬送方向に反応材が吹き上げられる。この時、反応媒体流路７０５、２０３及び主凝縮器２００に溜まった反応媒体が吹き込むため、強い反応媒体気流を発生させることが出来る。その後、仕切り弁７０８を閉じ、式利便７０４を全開にする。このように、仕切り弁７０４、７０８及び弁７０６の開閉を制御することにより、脱着反応を効率的に進行させながら、反応媒体Ｂが脱着した反応材Ａを搬送出口方向に搬送することができる。反応材Ａは、最終的には、搬送弁８０３によって再生器７００外部に搬出され、輸送装置８０５により再び放熱器６００に供される。

なお、再生器７００における反応媒体排出時、（主）凝縮器２００の弁７０６を閉じても良い。この場合、排出時も（主）凝縮器２００から蒸発潜熱が奪われない。（主）凝縮器２００の凝縮熱により温熱を取り出し利用する場合や、補助凝縮器４００の冷却に必要なエネルギーを抑えたい場合、好ましい。

本実施の形態では、反応材Ａの粒径が大きく、第６の実施の形態ではフィン６０２、６０３に反応材が留まる場合に、特に好ましい。

さらに、攪拌動作用の補助蒸発器５００及び補助凝縮器４００を使用することにより、第５の実施の形態と同様の効果が得られるだけでなく、搬送可能な反応材の粒径条件が広くなる。また、（主）蒸発器及び（主）凝縮器の温度条件を広くとることができる。さらに、本実施の形態では、搬送速度、水蒸気供給量を調節できるため、反応率の調節及び放熱出力並びに再生速度の調節可能である、連続運転式ケミカルヒートポンプを達成できる。

［第８の実施の形態］
第８の実施の形態では、反応材Ａの反応媒体搬送の補助として、重力による落下を利用した搬送機構を有する連続式ケミカルヒートポンプであり、図を参照することにより、より詳細に説明する。

第８の実施の形態においても、第６の実施の形態と同様、ケミカルヒートポンプは、放熱器６００、再生器７００、蒸発器３００、凝縮器２００を有する。放熱器６００と再生器７００との間は、搬送弁８０１、８０４を介する輸送装置８０４及び搬送弁８００、８０３を介する輸送装置８０３とで接続されている。各々の搬送弁は、反応媒体の移動を遮断しながら、反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）の搬入及び搬出が可能な構造となっている。

図１２に、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、放熱器周辺の概略図を示し、図１３に、図１２の放熱器をさらに詳細に説明するための、概略図を示す。

放熱器６００は、内部に熱媒が流れるチューブ型熱交換器６０１が、例えば、水平方向に配置される。熱交換器６０１の数は、放熱器６００の大きさなどにより、当業者が適宜選択することができる。また、放熱器６００には、熱交換器６０１に干渉しないように、図１２（ｂ）に示すような、複数の金属板が傾斜を有して、所定の間隔で階段状に配置されて構成された、傾斜板６１３が設置される。傾斜板６１３は、反応材Ａが透過しない粗さで、反応媒体Ｂが透過できるメッシュを、上述の傾斜を有するように配置しても良い。本実施の形態では、メッシュを利用した場合について説明する。傾斜板６１３は、放熱器６００内で複数配置する場合は、傾斜方向が一段ごとに互い違いになるように配置されることが好ましい。また、各々の傾斜板の下端は、反応容器内壁に対して十分な隙間が設けられる。最上段の傾斜板上端の上部には、反応材の搬入口が設置され、最下段の傾斜板下端の下部には、反応材の搬出口が設置される。また、放熱器６００の内部には、熱交換促進のために、例えば、鉛直方向に、フィンを設置しても良い。放熱器６００の下部には、反応媒体流路３０３と、弁６０６を介して、蒸発器３００が接続される。この時、反応媒体流路３０３には、例えば、Ｓ字の粉体トラップを設置することが好ましい。これにより、落下してきた反応材が弁６０６又は蒸発器３００内に混入することを防ぐことができる。

図１４に、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、再生器周辺の概略図を示す。再生器７００の内部構造は、放熱器６００と同様である。再生器７００の上部は、弁７０６、反応媒体流路２０３を介して、凝縮器２００に接続される。

本実施の形態のヒートポンプの運転手順について、下記に詳細に説明する。
まず、反応材Ａは、搬送弁８００を介して放熱器６００に搬送された反応材Ａは、放熱器６００内部の反応媒体と反応し、放熱を開始する。反応媒体Ｂの搬送時以外は、弁６０６を閉じておき、反応材Ａは放熱器６００内に残留する反応媒体と放熱反応する。反応媒体Ｂの搬送時には、弁６０６を開き、蒸発器３００より流入する反応媒体により、鉛直方向上方向に、反応媒体気流ｂを発生させる。これにより、反応材Ａは鉛直方向上方向に吹き上げられる。吹き上げられた反応材は、重力により落下し、傾斜板６１３の傾斜に沿って転落することで搬送が進行する。その後、弁６０６を閉じ、反応材Ａと残留反応媒体Ｂとが反応することで、系内の反応媒体圧が低下する。

このように、弁６０６の開閉を制御することにより、反応媒体気流により反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）が攪拌され、かつ、反応済み反応材は搬出口に搬送されて、搬送弁８０１により搬出される。

放熱器６００から搬出された反応済み反応材は、輸送装置８０４により搬送弁８０２を介して再生器の搬入口に搬送される。反応済み反応材は、熱交換器７０１からの熱により加熱され、反応媒体Ｂを脱着しながら蓄熱を開始する。攪拌及び反応媒体Ｂの排出時以外は、弁７０６は閉じておき、再生器内の反応媒体圧を高くしておく。攪拌及び反応媒体Ｂの排出時は、弁７０６を開放し、再生器７００内の反応媒体を凝縮器２００内に流入させることで、反応媒体気流ｂを発生させる。反応媒体気流ｂにより、反応済み反応材及び反応材Ａは、鉛直方向上方向に吹き上げられる。吹き上げられた反応材は、重力により落下し、傾斜板７１３の傾斜に沿って転落することで搬送が進行する。その後、弁７０６を閉じ、脱着反応を進行させ、再生器７００内部の反応媒体圧を上昇させる。

このように、弁７０６の開閉を制御することにより、反応媒体気流により反応材Ａ（及び／又は反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応物）が攪拌され、かつ、反応材Ａは搬出口に搬送されて、搬送弁８０３により搬出される。再生器７００から搬出された反応材Ａは、輸送装置８０５により、搬送弁８００を介して放熱器６００に再び供される。

このように、反応媒体気流により反応材の攪拌及び搬送と、重力による落下を利用することで、効率的な連続運転式ケミカルヒートポンプが達成される。

なお、上述のように、傾斜板６１３は、複数の金属板が傾斜を有して階段状に構成された構成でも良い。これにより、図１２（ｂ）に示すように、傾斜板下部より吹き込む反応媒体気流が傾斜方向に方向付けられるため、上述のメッシュを利用する場合に比べ、搬送速度をあげることができる。

図１５は、連続運転型のヒートポンプの他の例を説明するための、概略図であり、図１５（ａ）は、図１２の放熱器の他の接続形態を示す概略図である。また、図１５（ｂ）は、図１４の再生器の他の接続形態を示す概略図である。図１２では、放熱器６００の下部に、粉体とラップ６１４、弁６０６、反応媒体流路３０４を接続している例を示したが、図１５（ａ）のように、反応媒体流路３０４を複数設けて放熱器６００の側壁に接続する構成にしても良い。それにより、反応媒体気流は指向性を付与することが可能となり、反応材の搬送を促進させることができる。同様に、再生器７００にも、複数の反応媒体流路２０４を設ける構成にしても良い。本実施の形態は、反応材Ａと反応媒体Ｂとの反応速度が早い組み合わせ、反応条件の場合に好ましい。

さらに図１６に、補助蒸発器及び補助凝縮器を有する場合の、連続運転型のヒートポンプの例を説明するための、概略図を示す。この場合、補助蒸発器及び補助凝縮器を接続する場合の作動方法は、第５の実施の形態と同様である。補助蒸発器を接続する場合は、放熱器６００の下部に補助蒸発器が接続され、（主）蒸発器は放熱器６００の上部に接続される。また、補助凝縮器は、再生器の上部に接続され、（主）凝縮器は再生器７００の下部に接続される。

図１６のように補助蒸発器及び補助凝縮器を追加することにより、（主）蒸発器及び（主）凝縮器による定常的な放熱及び攪拌を行いながら、補助攪拌効果を付与することができる。

なお、上述の実施の形態で述べた、放熱器６００及び再生器７００は、各々の実施の形態で使用したものを、組み合わせを変えて使用しても良い。また、利用する熱源に適した形状の変化などは、当業者が想到できるものである。また、従来の機械搬送式の反応器と、本発明に係る反応器を組み合わせて使用しても良い。

１００ 反応器
１０１ 熱交換器
１０２ 熱媒
１０３、１０４ メッシュ
１０５、１０６ 気体溜め
１１１ 筒状メッシュ
１１２ 伝熱フィン
１１７ セル
１２０ チューブ型熱交換器
１２２ 熱交換フィン
２００ 凝縮器
２０１ 熱交換器
２０２ 冷却熱媒
３００ 蒸発器
３０１ 熱交換器
３０２ 加熱熱媒
４００ 補助凝縮器
５００ 補助蒸発器
６００ 放熱器
６０２、７０２ 傾斜フィン
７００ 再生器
８００、８０１，８０２、８０３ 搬送弁
８０４、８０５ 輸送装置
Ａ 反応材
Ｂ 反応媒体
ｂ 反応媒体気流

特開昭６３−１２６５４０号公報

Claims (15)

1. 粉粒状固気反応材と熱交換器を有し、前記粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とを反応させて、反応物を生成すると共に放熱する生成反応と、前記反応物を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解する分解反応とを、可逆的に行う反応器と、
   前記反応器と第一の開閉弁を介して接続される主蒸発器と、
   前記反応器と第二の開閉弁を介して接続される主凝縮器と、
   を有するケミカルヒートポンプであって、
   前記主蒸発器は、前記反応器の下部から接続され、前記主凝縮器は、前記反応器の上部から接続されており、
   前記反応器の上部及び下部には、それぞれ、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第一のメッシュ及び第二のメッシュが設置され、前記第一のメッシュ、前記第二のメッシュ及び前記反応器の壁部とで形成される空間内に、前記粉粒状固気反応材が収納され、
   前記第一の開閉弁を開いて、前記生成反応により生じた前記反応器と前記蒸発器との差圧により、前記主蒸発器から気体状の反応媒体を前記反応器に導入して、前記導入により発生する気流により前記反応器内の前記反応物及び未反応の前記粉粒状固気反応材を攪拌し、
   前記第二の開閉弁を開いて、前記分解反応により生じた前記反応器と前記主凝縮器との差圧により、前記主凝縮器に前記分解反応により脱離した気体状の反応媒体を排出し、前記排出により発生する気流により前記反応器内の前記分解反応で得られた粉粒状固気反応材及び未分解の前記反応物を攪拌する、
   ことを特徴とする、ケミカルヒートポンプ。
2. 前記反応器に第三の開閉弁を介して接続され、前記主蒸発器よりも前記反応媒体の圧力が高い補助蒸発器と、
   前記反応器に第四の開閉弁を介して接続され、前記主凝縮器よりも前記反応媒体の圧力が低い補助凝縮器と、
   をさらに有し、
   前記補助蒸発器は前記反応器の下部から接続され、
   前記補助凝縮器は前記反応器の上部から接続され、
   前記主蒸発器は前記反応器の上部から接続され、
   前記主凝縮器は前記反応器の下部から接続される、請求項１に記載のケミカルヒートポンプ。
3. 前記第一のメッシュは、鉛直方向下向きに凸である、請求項１に記載のケミカルヒートポンプ。
4. 前記反応器は、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有するメッシュで形成された筒状メッシュを有し、
   前記筒状メッシュの上端部及び下端部は、前記反応器と接続されていない、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
5. 前記反応器は、前記反応器と前記第一の開閉弁との間で、複数の流路を介して第三の開閉弁と接続され、
   前記反応器は、前記反応器と前記第二の開閉弁との間で、複数の流路を介して第四の開閉弁と接続され、
   前記第三の開閉弁及び前記第四の開閉弁は、前記複数の流路を個別に開閉制御できる機能を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
6. 前記熱交換器は前記反応器の内部にあり、
   前記反応器は、前記熱交換器と接続される熱交換フィンをさらに有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
7. 前記熱交換フィンは、鉛直方向に対して鋭角に傾きを有し、前記熱交換フィンの上端は、前記反応器と接続されていない、請求項６に記載のケミカルヒートポンプ。
8. 前記反応器と、前記反応器と接続される前記開閉弁との間には、粉体トラップが設置される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
9. 粉粒状固気反応材と熱交換器を有し、前記粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とを反応させて、反応物を生成すると共に放熱する生成反応を行う放熱器と、
   前記放熱器と第一の開閉弁を介して接続される主蒸発器と、
   前記反応物を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解する分解反応を行う再生器と、
   前記再生器と第二の開閉弁を介して接続される主凝縮器と、
   を有し、
   前記放熱器の下部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第一のメッシュが設置され、
   前記再生器の上部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第二のメッシュが設置され、
   前記放熱器内では、前記第一のメッシュの上部に前記粉粒状固気反応材が収納され、かつ、
   前記再生器内では、前記第二のメッシュの下部に前記粉粒状固気反応材が収納され、
   前記主蒸発器は、前記第一のメッシュの下部から接続され、前記主凝縮器は、前記第二のメッシュの上部から接続される、前記粉粒状固気反応材及び前記反応物が循環するケミカルヒートポンプであって、
   前記第一の開閉弁を開いて、前記生成反応により生じた前記放熱器と前記蒸発器との差圧により、前記主蒸発器から気体状の反応媒体を前記放熱器に導入して、前記導入により発生する気流により前記放熱器内の前記反応物及び未反応の前記粉粒状固気反応材を攪拌し、
   前記第二の開閉弁を開いて、前記分解反応により生じた前記再生器と前記主凝縮器との差圧により、前記主凝縮器に前記分解反応により脱離した気体状の反応媒体を排出し、前記排出により発生する気流により前記再生器内の前記分解反応で得られた粉粒状固気反応材及び未分解の前記反応物を攪拌する、
   ことを特徴とする、ケミカルヒートポンプ。
10. 前記放熱器の上部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第三のメッシュが設置され、
    前記再生器の下部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第四のメッシュが設置され、
    前記放熱器に第三の開閉弁を介して接続され、前記主蒸発器よりも前記反応媒体の圧力が高い補助蒸発器と、
    前記再生器に第四の開閉弁を介して接続され、前記主凝縮器よりも前記反応媒体の圧力が低い補助凝縮器と、
    をさらに有し、
    前記放熱器内では、前記第一のメッシュの上部と前記第三のメッシュの下部に形成される空間に前記粉粒状固気反応材が収納され、
    前記再生器内では、前記第二のメッシュの下部と前記第四のメッシュの上部に形成される空間に前記粉粒状固気反応材が収納され、
    前記補助蒸発器は前記第一のメッシュの下部から接続され、
    前記補助凝縮器は前記第二のメッシュの上部から接続され、
    前記主蒸発器は前記第三のメッシュの上部から接続され、
    前記主凝縮器は前記第四のメッシュの下部から接続される、請求項９に記載のケミカルヒートポンプ。
11. 前記放熱器及び／又は前記再生器は、鉛直方向に対して前記粉粒状固気反応材の搬送方向に、所定の角度を有する傾斜フィンを有する、請求項９及び１０のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
12. 前記放熱器及び／又は前記再生器は、上部に前記粉粒状固気反応材の搬入口が形成され、下部に前記粉粒状固気反応材の搬出口が形成され、
    前記放熱器及び／又は前記再生器の内部には、水平方向から鉛直方向下向きに傾斜を有する複数の傾斜板が設置され、前記傾斜板の各々は、鉛直方向上方向から、傾斜方向が互い違いとなっており、
    前記傾斜板の各々の下端は、前記放熱器及び／又は前記再生器と接続されておらず、最上段の前記傾斜板の上端は前記搬入口が接続され、最下段の傾斜板の下端は、前記搬出口が接続され、
    前記傾斜板は、メッシュ又は複数の金属板が所定の間隔を有して配置されている構造である、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
13. 前記放熱器と、前記第一の開閉弁との間には、粉体トラップが設置される、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のケミカルヒートポンプ。
14. 粉粒状固気反応材と熱交換器を有し、前記粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とを反応させて、反応物を生成すると共に放熱する生成反応と、前記反応物を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解する分解反応とを、可逆的に行う反応器と、
    前記反応器と第一の開閉弁を介して接続される主蒸発器と、
    前記反応器と第二の開閉弁を介して接続される主凝縮器と、
    を有し、
    前記主蒸発器は、前記反応器の下部から接続され、前記主凝縮器は、前記反応器の上部から接続されており、
    前記反応器の上部及び下部には、それぞれ、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第一のメッシュ及び第二のメッシュが設置され、前記第一のメッシュ、前記第二のメッシュ及び前記反応器の壁部とで形成される空間内に、前記粉粒状固気反応材が収納されてなるケミカルヒートポンプを利用する熱回収方法であって、
    前記第一の開閉弁及び前記第二の開閉弁を閉じ、前記反応器内の気体状の前記反応媒体と前記粉粒状固気反応材とを反応させて、前記反応物を生成すると共に放熱する工程と、
    前記第一の開閉弁を開き、前記第二の開閉弁を閉じ、前記生成反応により生じた前記反応器と前記蒸発器との差圧により、前記主蒸発器から気体状の反応媒体を前記反応器に導入して、前記導入により発生する気流により前記反応器内の前記反応物及び未反応の前記粉粒状固気反応材を攪拌する工程と、
    前記第一の開閉弁及び前記第二の開閉弁を閉じ、廃熱源からの熱により前記反応器を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解させることで、前記廃熱源からの熱を蓄熱する工程と、
    前記第一の開閉弁を閉じ、前記第二の開閉弁を開き、前記分解反応により生じた前記反応器と前記主凝縮器との差圧により、前記主凝縮器に前記分解反応により脱離した気体状の反応媒体を排出し、前記排出により発生する気流により前記反応器内の前記分解反応で得られた粉粒状固気反応材及び未分解の前記反応物を攪拌する工程と、
    を含む、熱回収方法。
15. 粉粒状固気反応材と熱交換器を有し、前記粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とを反応させて、反応物を生成すると共に放熱する生成反応を行う放熱器と、
    前記放熱器と第一の開閉弁を介して接続される主蒸発器と、
    前記反応物を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解する分解反応を行う再生器と、
    前記再生器と第二の開閉弁を介して接続される主凝縮器と、
    を有し、
    前記放熱器の下部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第一のメッシュが設置され、
    前記再生器の上部には、前記粉粒状固気反応材が通過できない粗さを有する第二のメッシュが設置され、
    前記放熱器内では、前記第一のメッシュの上部に前記粉粒状固気反応材が収納され、かつ、
    前記再生器内では、前記第二のメッシュの下部に前記粉粒状固気反応材が収納され、
    前記主蒸発器は、前記第一のメッシュの下部から接続され、前記主凝縮器は、前記第二のメッシュの上部から接続される、前記粉粒状固気反応材及び前記反応物が循環するケミカルヒートポンプを利用する熱回収方法であって、
    前記第一の開閉弁を閉じ、前記放熱器内の気体状の前記反応媒体と前記粉粒状固気反応材とを反応させて、前記反応物を生成すると共に放熱する工程と、
    前記第一の開閉弁を開き、前記生成反応により生じた前記放熱器と前記蒸発器との差圧により、前記主蒸発器から気体状の反応媒体を前記放熱器に導入して、前記導入により発生する気流により前記放熱器内の前記反応物及び未反応の前記粉粒状固気反応材を攪拌かつ搬送する工程と、
    前記第一の開閉弁及び前記第二の開閉弁を閉じ、廃熱源からの熱により前記再生器を加熱して、粉粒状固気反応材と気体状の反応媒体とに分解させることで、前記廃熱源からの熱を蓄熱する工程と、
    前記第一の開閉弁を閉じ、前記第二の開閉弁を開き、前記分解反応により生じた前記再生器と前記主凝縮器との差圧により、前記主凝縮器に前記分解反応により脱離した気体状の反応媒体を排出し、前記排出により発生する気流により前記再生器内の前記分解反応で得られた粉粒状固気反応材及び未分解の前記反応物を攪拌かつ搬送する工程と、
    を含む、熱回収方法。
    

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