JP6094164B2 - 蓄放熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄放熱装置に関する。

近年、省エネルギーなどの観点から、ケミカルヒートポンプや吸着式冷凍装置を始めとする、廃熱などの熱源を回収して利用するための熱回収システムが注目されている。

熱回収システムは、一般的に、作動媒体（以後、反応媒体と呼ぶ）と可逆的に反応する蓄熱材（以後、反応材と呼ぶ）との間で熱を交換する蓄放熱装置と、反応媒体を蒸発させる蒸発器と、反応媒体を凝縮させる凝縮器とが、開閉機構を介して接続される。また、蓄放熱装置は、一般的に、熱媒が移動する熱媒流路と、該熱媒流路と熱的に接続され、反応材を収納する反応材収納部とを有して構成される。

蓄放熱装置を使用して効率的に熱を回収する場合、反応材と、熱媒流路の一部を形成する反応材収納部の壁部と、の密着性が重要となる。しかしながら、反応材は、蓄熱及び放熱の過程で膨張及び収縮するため、反応材と反応材収納部の壁部を常に密着させることが困難である。そのため、特許文献１などでは、バネ部材などの弾性材を使用して、反応材を反応材収納部の壁部に押し当てる技術が記載されている。

蓄放熱装置を例えば工業的に応用する場合、大量の熱を効率良く回収することが望まれる。そのため、大型化が容易な単純な構成で、効率良く熱を回収する装置の開発が重要となる。

また、蓄放熱装置で使用される反応材は、蓄熱及び放熱過程を繰り返すことで劣化するため、劣化した反応材を交換する必要がある。したがって、蓄放熱装置は、反応材が容易に着脱可能であることが好ましい。

しかしながら、特許文献１に記載された蓄放熱装置は、構成が複雑であり、上記の要件を十分に満たしていなかった。

上記課題に対して、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供することを目的とする。

本発明の一様態によると、
反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
所定の間隔で複数枚平行に配置された平板状の熱媒体流路と、
隣り合う前記熱媒体流路で挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
隣り合う前記熱媒体流路を連通する熱媒体管と、
を有し、
前記熱媒体管が、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置が提供される。

また、本発明の他の様態によると、
反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
所定の間隔で平行に配置された複数の伝熱フィンと、
隣り合う前記伝熱フィンで挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
前記複数の伝熱フィンに垂直な方向に伸び、前記伝熱フィンに熱的に接続された熱媒体流路と、
を有し、
前記熱媒体流路は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置が提供される。

本発明によれば、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供できる。

図１は、第１の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図である。 図２は、本実施形態のガイド部材の一例の概略図である。 図３は、図１の蓄放熱装置の熱交換器部の概略構成図である。 図４は、第１の実施形態の蓄放熱装置の他の例の概略断面図である。 図５は、反応材の交換を説明するための、図３の熱交換器部の概略構成図である。 図６は、第２の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図である。 図７は、第３の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図である。 図８は、第３の実施形態の蓄放熱装置の他の例の概略構成図である。 図９は、第４の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図である。 図１０は、第５の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図である。

以下、本実施形態の蓄放熱装置の構成の実施形態について、図を参照して説明する。なお、後述する各々の実施形態は、単独で実施されても良く、組み合わせて実施されても良い。

（第１の実施形態）
先ず、後述する伸縮性を有するベローズ構造を、プレート型の蓄放熱装置に適用した実施形態について、説明する。プレート型の蓄放熱装置は、後述する第４又は第５の実施形態におけるフィンチューブ型の蓄放熱装置と比して、一般的に熱交換効率が高いという特徴を有する。

図１に、第１の実施形態の蓄放熱装置１００ａの一例の概略断面図を示す。また、図３に、図１の蓄放熱装置の熱交換器部１０１の概略構成図を示す。なお、本実施形態において、熱交換器部とは、後述する熱媒体流路と熱媒体管とを指す。

本実施形態の蓄放熱装置１００ａは、装置本体である筐体１０２内に、後述する反応材１０４を収納する反応材収納部１０６と、反応材１０４と熱を授受する複数の熱媒体流路１０８と、複数の熱媒体流路１０８に連通する熱媒体管１１０ａと、を有する。

熱媒体流路１０８は、蓄放熱装置１００ａと熱の授受を行う熱媒体が通る平板状の流路であり、所定の間隔で複数枚平行に配置される。

蓄放熱装置１００ａの作動時において、反応材１０４は、隣り合う１対の熱媒体流路１０８で挟持される。即ち、熱媒体流路１０８は、反応材収納部１０６の対向する壁部を形成する。なお、蓄放熱装置１００ａの作動とは、反応材１０４による蓄熱過程及び放熱過程のことを指す。反応材１０４の蓄熱時には、熱媒体により反応材１０４を加熱することで、反応材１０４に吸着した作動媒体を脱着させる。一方、放熱時には、作動媒体を反応材１０４に供給して吸着させることで、その反応熱を熱媒体に供給する。

熱媒体流路１０８は、内部に熱媒体が通るため、中空構造で形成される。熱媒体流路１０８の材料としては、熱伝導性に優れた金属であれば、特に限定されない。また、熱媒体流路１０８は、反応材及び／又は反応媒体に対する耐腐食コーティング加工がなされていても良い。

また、熱媒体流路１０８の厚さ方向から見た形状は、特に限定されず、図３に一例を示すように、六角形であっても良い。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、熱媒体流路１０８の厚さ方向から見た形状は、円形、楕円形、矩形などの形状とすることができる。

後に詳細に説明するが、反応材１０４は、ブロック状又は平板状に成形されたものや、粒子状のものを使用することができる。反応材１０４の成形方法としては、特に限定されず、例えば、公知のバインダーを用いて所望の形状に成形する方法などが挙げられる。また、反応材１０４として粒子状のものを使用する場合、反応材１０４の粒子径よりも開口部の径が小さい、メッシュや金属焼結体等のフィルターを使用して、粒子状の反応材を梱包して使用する（後述する第５の実施形態参照）。したがって、反応材１０４は、蓄熱及び放熱の過程で固体の形状を維持するものであれば、どのようなものでも使用することができる。

また、反応材１０４又は反応媒体流路１０８には、反応材の膨張方向を規定するための、ガイド部材を設けることが好ましい。図２に、本実施形態のガイド部材の一例の概略図を示す。より具体的には、図２（ａ）は反応材１０４が膨張時のガイド部材１０５の概略図であり、図２（ｂ）は反応材１０４が収縮時のガイド部材１０５の概略図である。

図２（ａ）と図２（ｂ）に示すように、ガイド部材１０５は、反応材１０４の外周を覆うように形成され、反応材１０４の膨張の方向を規定する。具体的には、後述する蓄放熱装置の間隙距離調整方向に垂直な方向への反応材１０４の膨張を抑制するように、反応材１０４の膨張方向を規定する。

ガイド部材１０５は、反応媒体と反応材との反応を妨げないように、反応媒体を通過させ、かつ、反応材１０４の漏れ出しを防止する通気部１０５ａを有することが好ましい。具体的には、ガイド部材１０５は、例えば、金属メッシュ、多孔質セラミック、パンチングメタルなどで構成されることが好ましい。

なお、ガイド部材１０５は、反応材１０４に設けることが、反応材１０４の劣化時の交換の観点から好ましい。

本実施形態では、前述の通り、反応材１０４は、隣り合う１対の平行平板状の熱媒体流路１０８によって挟持される。この隣り合う熱媒体流路１０８は、熱媒体流路１０８の厚さ方向（即ち、熱媒体流路１０８と反応材１０４との積層方向）に伸びる熱媒体管１１０ａによって連通される（繋がれる）。

本実施形態において、熱媒体管１１０ａは、伸縮性を有するベローズ構造を有することに留意する必要がある。熱媒体管１１０ａがベローズ構造を有することにより、反応材１０４が収納される反応材収納部１０６の空間幅（隣り合う熱媒体流路１０８間の間隔）が、実質的に無段階で可変となる。そのため、反応材１０４の厚みが、反応媒体との反応による体積変化や、熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、熱媒体管１１０ａがその増減に追従する。それによって、反応材１０４と熱媒体流路１０８との間に空隙が生じることが抑制される。即ち、蓄熱又は放熱過程において、反応材１０４と熱媒体流路１０８との間の熱接触を十分に確保することができ、熱交換特性が優れた蓄放熱装置１００ａを得ることができる。

なお、「反応材収納部１０６の空間幅が、実質的に無段階で可変となる」とは、ベローズ構造の伸縮範囲が、反応材の熱膨張及び熱収縮による変化量（膨張量及び収縮量）よりも大きいことを意味する。反応材の熱膨張及び熱収縮による変化量は、反応材と反応媒体の組み合わせなどに依存するため、それらに応じて、当業者は、ベローズ構造の絞り込み深さ、熱媒体管１１０ａの径（外径及び内径）、ベローズ構造の長さなどを設計することができる。

蓄放熱装置１００ａ内に形成される反応材収納部１０６は、１つの蓄放熱装置内に一箇所であっても良いが、一般的には、図１に示されるように、複数箇所形成される。即ち、平板状の熱媒体流路１０８は、１つの蓄放熱装置内に３つ以上設置される。この場合、蓄放熱装置１００ａは、熱媒体流路１０８と反応材収納部１０６とが交互に形成された構造を有する。つまり、蓄放熱装置１００ａの作動時には、熱媒体流路１０８と、反応材収納部１０６に収納された反応材１０４とが、交互に積層された構造を有する。そして、隣り合う熱媒体流路１０８は全て、ベローズ構造を有する熱媒体管１１０ａによって連通される。

反応材１０４と熱媒体流路１０８の積層方向は、鉛直方向でも良いし、水平方向でも良いが、鉛直方向であることが好ましい。反応材１０４と熱媒体流路１０８との積層方向を鉛直方向にした場合、反応材１０４及び熱媒体流路１０８の自重を利用して、ベローズ構造を収縮させることができる。より具体的には、各々の熱媒体管１１０ａに対して、自身よりも鉛直方向上側に存在する反応材１０４及び／又は熱媒体流路１０８の自重により、ベローズ構造が収縮する。したがって、反応材１０４と熱媒体流路１０８の積層方向を鉛直方向に設計することにより、反応材１０４と熱媒体流路１０８との間の熱接触性を効率的に確保することができる。しかしながら、後述する押当機構を利用するなどして、反応材１０４が１対の熱媒体流路１０８によって保持することができる場合は、反応材１０４と熱媒体流路１０８とを水平方向に積層しても良い。なお、図１では、反応材１０４と熱媒体流路１０８とを鉛直方向に積層した形態について、示している。

また、本実施形態の蓄放熱装置１００ａは、熱媒体管１１０ａがベローズ構造を有することにより、劣化した反応材１０４の交換が容易であるという特徴を有する。劣化した反応材１０４の交換について、図４を参照して説明する。

図４に、第１の実施形態の蓄放熱装置の他の例の概略断面図を示す。本実施形態の蓄放熱装置１００ａは、熱媒体管１１０ａがベローズ構造を有することにより、反応材１０４が収納される反応材収納部１０６の空間幅（熱媒体管１１０ａの長さ）を容易に広げることができる。そのため、反応材１０４が劣化した場合においても、熱媒体管１１０ａのベローズ構造部分を引き伸ばして反応材収納部１０６の空間幅を広げることで、容易に反応材１０４を交換することができる。蓄放熱装置を大型化する場合、一般的に、使用する反応材１０４の量も多くなる。そのため、反応材１０４の着脱を容易に実施することができる本実施形態の蓄放熱装置は、大型化にも有利である。

反応材収納部１０６が複数箇所形成される場合、蓄放熱装置全体の熱交換特性を向上させる観点から、積層方向の上端の熱媒体流路１０８の上及び／又は積層方向の下端の熱媒体流路１０８の下に、各々、更なる反応材１０４ａ、１０４ｂを配置することが好ましい。この場合、更なる反応材１０４ａの上に断熱材１１２ａを、更なる反応材１０４ｂの下に断熱材１１２ｂを設置して、断熱材１１２ａ、１１２ｂと熱媒体流路１０８とで、各々、更なる反応材１０４ａ、１０４ｂを挟持することが好ましい。このような構成とすることにより、更なる反応材１０４ａ及び／又は１０４ｂが、筐体１０２の内壁との間で熱交換することを抑制することができる。

図１では、断熱材１１２ａ、１１２ｂの、反応材１０４と接触する側の表面が平滑に描かれている。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、断熱材１１２ａ、１１２ｂは、後述する図６などで示すように、反応材１０４と接触する側の表面に凸部が形成されていても良い。断熱材１１２ａ、１１２ｂの、反応材１０４と接触する側の表面に凸部が形成されていることにより、反応媒体の流路を確保し、断熱材への接触熱伝達による熱損失を減少させることが出来る。

筐体１０２は、一般的に、ステンレス鋼などの材料により形成され、第１の開口部１１４、第２の開口部１１６及び第３の開口部１１８を有して形成される。第１の開口部１１４は、反応材１０４と反応する反応媒体を筐体１０２に導入又は排気するために形成される。なお、図１において、第１の開口部１１４は、筐体１０２の側壁に形成されているが、本発明はこの点において限定されず、図１の筐体１０２の頂面（蓋面）又は底面に形成されても良い。

筐体１０２に形成される第２及び第３の開口部１１６、１１８は、各々、熱媒体供給管１２０、熱媒体排出管１２２に接続される。熱媒体供給管１２０は、熱媒体流路１０８の一方の端部に連通しており、この熱媒体供給管１２０を介して、熱媒体流路１０８に熱媒体が供給される。熱媒体排出管１２２は、熱媒体流路１０８の他方の端部に連通しており、供給された熱媒体は、熱媒体流路１０８を移動して熱の授受を行い、熱媒体排出管１２２を介して排出される。

図１において、第２の開口部１１６及び第３の開口部１１８は、筐体１０２の頂面に形成されているが、本発明はこの点において限定されず、それぞれ独立して、図１の筐体１０２の底面又は側壁に形成されても良い。

第２の開口部１１６及び第３の開口部１１８が、筐体１０２の底面又は頂面のいずれかに形成される場合、熱媒体供給管１２及び熱媒体排出管１２２は、図１に示すように、伸縮性を有するベローズ構造を有することが好ましい。

また、本実施形態の蓄放熱装置１００ａは、熱媒体管１１０ａのベローズ機構を収縮させ、熱媒体流路１０８を反応材１０４に押し当てる、押当機構１２４を有することが好ましい。

押当機構１２４としては、熱媒体管１１０ａのベローズ機構を収縮させて、熱媒体流路１０８を反応材１０４に押し当てることができれば、特に限定されない。押当機構１２４の一例として、押当機構１２４は、断熱材１１２ａ、１１２ｂの、反応材１０４ａ、１０４ｂが存在する側とは反対側の表面に配置された、バネ部材１２４ａであっても良い。図１では、反応材１０４ｂの下に配置された断熱材１１２ｂにバネ部材１２４を配置する例を示したが、反応材１０４ａの上に配置された断熱材１１２ａにバネ部材１２４を配置しても良いし、両断熱材１１２ａ、１１２ｂにバネ部材１２４を形成しても良い。

なお、バネ部材１２４の配置は、使用する反応材と反応媒体の組み合わせや、反応材１０４の大きさ等にも依存する。例えば、反応材１０４の自重により熱媒体管１１０ａのベローズ構造が押圧され、反応材１０４と熱媒体流路１０８とが十分に熱的に接触する場合、バネ部材１２４を下側だけに形成することが、蓄放熱装置１００ａの製造コストを抑制することができるため、好ましい。

次に、本発明で使用できる反応材及び反応媒体について説明する。なお、ここで述べる反応材は、本明細書における全ての実施形態にも、適用可能である。

反応材としては、反応媒体との吸着反応及び脱着反応を可逆的に行うことができ、吸着及び脱着の過程で固体又はゲルの形態である反応材であれば、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。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。これらの材料は、１種類を単独で使用しても良いし、２種類以上を混合して使用しても良い。

なお、反応材の熱膨張及び熱収縮による膨張量及び収縮量は、反応材及び反応媒体の組み合わせに依存する。当業者は、蓄放熱装置の大きさ、所望とする熱交換特性などを考慮して、反応材の大きさ、隣り合う熱媒体流路１０８間の間隔（即ち、ベローズ構造を有する熱媒体管１１０ａの長さ）を設計することができる。

反応材は、熱伝導性を高めるために、高熱伝導性材料を混合して使用しても良い。高熱伝導性材料としては、例えば粒状の膨張黒鉛、金属粉などが挙げられる。

また、上述した反応材の中には、潮解性を有する物質が含まれるが、このような反応材であっても、膨張黒鉛等と混合して含浸処理することで、蓄熱及び放熱の過程で固定の形態となるものであれば、使用することができる。

反応材は、例えば、粒子状のものを使用しても良いし、予めブロック状又は板状に成形したものを使用しても良い。

反応材として、ブロック状又は板状にしたものを使用する場合、反応材は更に、反応材の交換の作業性を向上させる構造を有しても良い。

反応材の交換の作業性を向上させる構造としては、反応材の交換器具を引っ掛けるための、凸部、凹部などが挙げられる。または、反応材を成形する際に、耐熱性を有する紐等を用いて取手部を形成しても良い。

図５に、反応材の交換を説明するための、図３の熱交換器部１０１の概略構成図を示す。図５の例では、反応材１０４は凹部１２６を有しており、図示しない交換器具を凹部１０４に引っ掛けることで、反応材１０４の劣化時に、反応材１０４を容易に交換することができる。

また、図５に示すように、反応材１０４は、反応媒体が通るための、反応媒体通気流路１２８を有していても良い。反応媒体通気流路１２８は、限定されないが、例えば反応材１０４における、熱媒体流路１０８と接触しない表面の、一方の端部から他方の端部へと連通する穴部である。反応媒体通気流路１２８を有することにより、反応材１０４の熱媒体流路１０８との接触性を妨害することなく、反応材１０４の表面積を大きくすることができる。これにより、反応媒体の供給及び排気が速やかに行われ、反応材１０４と反応媒体との間の反応性を高めることができる。また、反応材１０４に反応媒体通気流路１２８を形成することにより、反応材１０４を大きくした場合においても、反応材１０４の深部（例えば、反応材１０４の厚さ方向の中心部）に反応媒体を確実に供給することができる。

なお、１つの反応材１０４に複数の反応媒体通気流路１２８を形成しても良い。この場合、各々の反応媒体通気流路１２８が交差して形成されていても良い。

なお、反応媒体通気流路１２８の形成方法としては、例えば、予め一方の表面に溝部が形成された反応材１０４を２つ準備し、これらを溝部が対向するように接合する方法などが挙げられる。接合方法としては、特に限定されないが、公知の接着剤などを使用して接合することができる。また、前述したように、反応材１０４の膨張収縮により反応媒体通気流路１２８が崩れる又は閉塞することを防ぐため、パンチングメタル、金属メッシュ、金属焼結体又は多孔質セラミックなどで構成された、通気性を持つガイド部材（補強構造体）を設置することが好ましい。

熱媒体流路１０８と反応材１０４との接触は、例えば反応材１０４のゆがみ等から、実際には面接触とはならず、接触面の一部だけが接触する点接触となる。そのため、熱媒体流路１０８の、反応材１０４との間の接触面（以後、熱媒体流路１０８の伝熱面とも呼ぶ）には、伝熱性を有するグリスを塗布しても良い。或いは、熱媒体流路１０８と反応材１０４との間に、金属を含む又はカーボン等の非金属を含む、高い熱伝導性を有するシート及び／又はフェルトを配置することが好ましい。これらのシート又はフェルトは、反応材１０４の表面の凹凸への追従性を有するため、反応材１０４と熱媒体流路１０８との間の熱交換効率を向上させることができる。

高い熱伝導性を有するシート及び／又はフェルトを配置することの変形例として、上述のシート及び／又はフェルトを、熱媒体流路１０８の表面に接合しても良い。接合手段としては、ロウ付けや融着などの手段を採用することができる。また、反応材１０４の表面に、予め前述のシート及び／又はフェルトなどの、弾性を有する熱伝導体を埋め込むことも可能である。

以上、第１の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。それによって、反応材と熱媒体流路との間に空隙が生じることが抑制され、反応材と熱媒体流路との間の熱接触を十分に確保することができる。その結果として、熱交換特性に優れた蓄放熱装置を得ることができる。また、第１の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材が劣化した場合における、反応材の交換作業性にも優れる。

（第２の実施形態）
図６に、第２の実施形態の蓄放熱装置１００ｂの一例の概略断面図を示す。

図６において、第２の実施形態の蓄放熱装置１００ｂは、基本的に、前述の図１に示した蓄放熱装置１００ａと同様の構成を有する。従って、図６において、図１と同様の部材には、図１と同じ参照符号が使用されている。また、蓄放熱装置１００ｂの本体である筐体１０２は、省略して示している。

第２の実施形態の蓄放熱装置１００ｂは、反応材１０４を収納する反応材収納部１０６と、反応材１０４と熱を授受する複数の熱媒体流路１０８と、複数の熱媒体流路１０８を連通する伸縮性のベローズ構造を有する熱媒体管１１０ｂと、を有する。

第２の実施形態の蓄放熱装置１００ｂは、熱媒体流路１０８内にバネ部材１３０が設置されている。熱媒体流路１０８内にバネ部材１３０を設置することにより、隣り合う熱媒体流路１０８同士に挟まれる反応材１０４が、熱媒体流路１０８により応力を受けるため、反応材１０４と熱媒体流路１０８との間の接触性を良好にすることができる。また、熱媒体流路１０８内にバネ部材１３０を設置することにより、熱媒体流路１０８内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路１０８との間の熱交換性が良好になる。さらに、熱媒体流路１０８の壁部を薄くすることができるため、熱媒体流路１０８の熱容量が小さくなり、熱媒体との熱交換性が良好になる。またさらに、熱媒体流路１０８の壁部が薄くすることにより、蓄放熱装置１００ｂを軽量化することができるという特徴も有する。

また、第２の実施形態の蓄放熱装置１００ｂは、熱媒体管１１０ｂが、可撓性を有する管、一例を挙げるとフレキシブルチューブ、で形成されている。熱媒体管１１０ｂがフレキシブルチューブで形成されることにより、熱媒体流路１０８と熱媒体管１１０ｂとの接続を、熱媒体流路１０８の、熱媒体流路１０８と反応材１０４との接触面以外の面を介して実施することができる。一例として、熱媒体管１１０ｂは、熱媒体流路１０８の側壁部を介して接続される。そのため、第１の実施形態の熱媒体管１１０ａが熱媒体流路１０８の伝熱面に形成される場合と比して、熱媒体流路１０８の伝熱面を広くすることができる。また、反応材１０４と反応媒体との組み合わせによって、反応材１０４の熱膨張及び熱収縮における変化量が大きくなる場合であっても、反応材１０４の厚みの変化に確実に追従することができる。さらに、筐体１０２内における、熱交換器部１１０ｂの配置の自由度を高くすることができるという特徴を有する。

以上、第２の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造であり、かつ、可撓性を有するフレキシブルチューブで形成されている。そのため、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。さらに、熱媒体管を、熱媒体流路の側壁部に接続することができ、熱媒体流路と反応材との接触面を広くすることができる。

（第３の実施形態）
図７に、第３の実施形態の蓄放熱装置１００ｃの一例の概略断面図を示す。

第３の実施形態の蓄放熱装置１００ｃは、基本的に、前述の図６に示した蓄放熱装置１００ｂと同様の構成を有する。従って、図７において、図６と同様の部材には、図６と同じ参照符号が使用されている。また、蓄放熱装置１００ｃの本体である筐体１０２は、省略して示している。

第３の実施形態の蓄放熱装置１００ｃは、熱媒体流路１０８の伝熱面の表面がパターニングされている。熱媒体流路１０８の伝熱面のパターンは、限定されないが、熱媒体流路１０８の一方の端部から他方の端部へと延びる溝部１３２であっても良い。別の言い方をすると、隣り合う熱媒体流路１０８により反応材１０４を挟持した場合においても、作動媒体は、溝部１０８を介して自由に流出入することができる。

このとき、熱媒体流路１０８に、複数の溝部１３２が形成されていても良く、複数の溝部１３２は、交差していても良い。また、溝部１３２の深さは、特に限定されない。

熱媒体流路１０８の伝熱面の表面に溝部１３２が形成されていることにより、熱媒体流路１０８内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路１０８との間の熱交換性が良好になる。また、反応材１０４を大きくした場合においても、反応材１０４の深部にまで反応媒体を確実に供給することができる。さらに、溝部１３２が形成された熱媒体流路１０８は、平面方向への変形が強くなるため、蓄放熱装置１００ｃを軽量化することができるという特徴も有する。

また、第３の実施形態の蓄放熱装置１００ｃは、押当機構１２４が、隣り合う熱媒体流路１０８の間に形成され、熱媒体流路１０８を反応材１０４へと押し当てる、バネ部材１２４ｂである。バネ部材１２４ｂにより、熱媒体流路１０８は、その伝熱面に垂直な方向に力が印加されるため、熱媒体流路１０８が反応材１０４へと押し当てられる。このように、熱交換器部１０１自身が反応材１０４を挟持する機構を有することにより、熱媒体流路１０８と反応材１０４の積層方向を、鉛直方向だけでなく、例えば水平方向とすることができる。即ち、筐体１０２内における、熱交換器部１１０ｂの配置の自由度を高くすることができる。

なお、図７では、図６で示した熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造であり、かつ、可撓性を有するフレキシブルチューブで形成されている蓄放熱装置において、熱媒体流路１０８の伝熱面の表面がパターニングされている例を示した。しかしながら、本発明はこの点において限定されない。図８に、第３の実施形態の蓄放熱装置１００ｃの他の例の概略構成図を示す。図８に示すように、第１の実施形態の蓄放熱装置１００ａの熱媒体流路１０８の伝熱面の表面が、上述のようにパターニングされていても良い。

以上、第３の実施形態の蓄放熱装置は、伝熱面の表面がパターニングされている。そのため、熱媒体流路内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路との間の熱交換性が良好になる。また、反応材を大きくした場合においても、反応材の深部にまで反応媒体を確実に供給することができる。さらに、蓄放熱装置を軽量化することができる。

（第４の実施形態）
次に、伸縮性を有するベローズ構造を、フィンチューブ型の蓄放熱装置に適用した第
４の実施形態について、説明する。フィンチューブ型の蓄放熱装置は、図１などで示したプレート型の蓄放熱装置と比して、構造が簡単であり、熱媒体流路を構成する金属などの部材の使用量が少ないという特徴を有する。また、反応材の充填密度を高くすることができる。したがって、使用される用途や規模などに応じて、当業者は、プレート型及び／又はフィンチューブ型の蓄放熱装置を適宜選択することができる。

図９（ａ）に、第４の実施形態の蓄放熱装置２００ａの一例の概略断面図を示す。また、図９（ｂ）に図９（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。

第４の実施形態の蓄放熱装置２００ａは、フィンチューブ型の蓄放熱装置であり、装置本体である図示しない筐体内に、反応材２０２を収納する反応材収納部２０４と、熱媒体が移動する、伸縮性のベローズ構造を有するチューブ状の熱媒体流路２０６と、前記熱媒体流路２０６と熱的に接続される伝熱フィン２０８と、を有する。

一般的に、伝熱フィン２０８は平板状であり、複数枚が、所定の間隔で平行に配置される。所定の間隔で配置された伝熱フィン２０８の間には、反応材２０２が収納され、反応材２０２は、隣り合う伝熱フィン２０８によって挟持される。つまり、反応材収納部２０４の少なくとも一部の外壁は、隣り合う伝熱フィン２０８によって形成される。

伝熱フィン２０８が３枚以上配置される場合、伝熱フィン２０８に挟持される反応材２０２は、複数のピースに分割される。反応材２０２を複数のピースに分割することにより、熱媒体流路２０６が複雑に配置された場合であっても、充填率良く反応材２０２を配置することができる。

熱媒体流路２０６は、伝熱フィン２０８に熱的に接続されたチューブ状の構造を有し、伝熱フィン２０８に垂直な方向に、伝熱フィン２０８及び反応材２０２を貫通して形成される。一般的に、熱媒体流路２０６は複数段形成され、複数の熱媒体流路２０６は各々連通しており、図示しない熱媒体供給源から供給された熱媒体は、複数の熱媒体流路２０６を介して、複数段階で熱の授受が行われる。

本実施形態の蓄放熱装置２００ａは、チューブ状の熱媒体流路２０６が、伸縮性のベローズ構造を有する。熱媒体流路２０６が伸縮性のベローズ構造を有することにより、プレート型の蓄放熱装置と同様に、反応材収納部２０４の空間幅（隣り合う伝熱フィン２０８の間の間隔）が無段階で可変となる。そのため、反応材２０２の厚みが、反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、熱媒体流路２０６がその増減に追従する。それによって、反応材２０２と伝熱フィン２０８との間に空隙が生じることが抑制される。即ち、蓄熱又は放熱過程において、反応材２０２と伝熱フィン２０８との間の熱接触を十分に確保することができ、熱交換特性に優れた蓄放熱装置２００ａを得ることができる。

本実施形態の蓄放熱装置２００ａはまた、熱媒体流路２０６がベローズ構造を有することにより、反応材２０２が収納される反応材収納部２０４の空間幅を容易に広げることができる。そのため、反応材２０２が劣化した場合においても、熱媒体流路２０６のベローズ構造部分を引き伸ばして反応材収納２０５の空間幅を広げることで、容易に反応材２０２を交換することができる。即ち、本実施形態の蓄放熱装置は、反応材２０２の着脱を容易に実施することができる。

本実施形態の蓄放熱装置２００ａは、伝熱フィン２０８を反応材２０２へと押し当てるための、押当機構２１０を有することが好ましい。押当機構２１０としては、例えば前述までの実施形態で説明したバネ部材であっても良いが、本発明はこれに限定されない。例えば図９（ａ）に示すように、押当機構２１０は、複数の伝熱フィン２０８のうちの、第１の端部側に配置された伝熱フィンから、第２の端部側に配置された伝熱フィンへと、伝熱フィン及び反応材を貫通して伸びる構造体であっても良い。この場合、押当機構２１０の一方の先端はフック状となっており、例えば第１の端部側に配置された伝熱フィンを固定し、他方の先端はバネ部材を介して第２の端部側に配置された伝熱フィンをネジ止めする保持部材である。

また、本実施形態の蓄放熱装置２００ａは、反応媒体が通るための、反応媒体通気流路２１２を有していても良い。反応媒体通気流路２１２は、限定されないが、例えば反応材２０２における、伝熱フィン２０８と接触しない表面の、一方の端部から他方の端部へと連通する穴部である。反応媒体通気流路２１２を有することにより、反応材２０２の伝熱フィン２０８との接触性を妨害することなく、反応材２０２の表面積を大きくすることができる。これにより、反応媒体の供給及び排気が速やかに行われ、反応材２０２と反応媒体との間の反応性を高めることができる。本実施形態では、熱媒体流路２０６が、反応材２０２を貫通して形成されているため、反応材２０２と熱媒体流路２０６との間には空隙２１４が形成される。したがって、図９（ｂ）に示すように、この空隙２１４を反応媒体通気流路２１２の一部として活用することが好ましい。

以上、第４の実施形態の蓄放熱装置は、フィンチューブ型の蓄放熱装置であり、熱媒体流路が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。それによって、反応材と伝熱フィンとの間に空隙が生じることが抑制され、反応材と伝熱フィンとの間の熱接触を十分に確保することができる。その結果として、熱交換特性に優れた蓄放熱装置を得ることができる。また、第４の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体流路が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材が劣化した場合における、反応材の交換作業性にも優れる。そのため、蓄放熱装置の大型化が容易である。

（第５の実施形態）
次に、反応材２０２として、粒子状の反応材と使用した実施形態について説明する。

図１０に、第５の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図を示す。第５の実施形態の蓄放熱装置２００ｂは、基本的に、前述の図９に示した蓄放熱装置２００ａと同様の構成を有する。従って、図１０において、図９と同様の部材には、図８と同じ参照符号が使用されている。

第４の実施形態では、反応材２０２として、板状又はブロック状のものを使用したが、第５の実施形態では、反応材２０２として、粒子状の反応材を使用する。この場合、反応材２０２を反応材収納部２０４に保持するために、フィルター２１６を使用して反応材２０２を梱包することが好ましい。フィルター２１６は、反応材２０２の粒子径よりも径が小さい開口部を有し、フィルター２１６によって、反応媒体は自由に通過することができ、かつ、粒子状の反応材２０２は覆われたフィルター２１６内でのみ移動することができる。このようなフィルター２１６としては、例えば、伝熱性にも優れる金属メッシュや金属焼結体などを使用することが好ましい。なお、この場合、熱媒体流路２０６のベローズ構造部分も、フィルター２１６で覆うことが好ましい。ベローズ構造部分に粒子状の反応材２０２が入り込んだ場合、ベローズ構造の収縮が阻害されることがある。そのため、ベローズ構造部分もフィルター２１６で覆うことにより、ベローズ構造部分に反応材２０２の粒子が入り込むことを抑制することができる。

フィルター２１６を使用した実施形態は、第５の実施形態の蓄放熱装置のみならず、他の全ての実施形態の蓄放熱装置に適用可能であることは、当業者には明確である。

以上、第５の実施形態により、反応材２０２として粒子状の反応材を使用した蓄放熱装置が提供できる。したがって、本発明は、蓄熱又は放熱の過程で固体の形状を保つことができれば、板状、ブロック状又は粒子状のいずれの状態の反応材であっても、使用することができる。

１００ａ、１００ｂ 蓄放熱装置
１０１ 熱交換器部
１０２ 筐体
１０４ 反応材
１０６ 反応材収納部
１０８ 熱媒体流路
１１０ 熱媒体管
１１２ａ、１１２ｂ 断熱材
１１４ 第１の開口部
１１６ 第２の開口部
１１８ 第３の開口部
１２０ 熱媒体供給管
１２２ 熱媒体排出管
１２４ 押当機構
１２６ 凹部
１２８ 反応媒体通気流路
１３０ バネ部材
１３２ 溝部
２００ 蓄放熱装置
２０２ 反応材
２０４ 反応材収納部
２０６ 熱媒体流路
２０８ 伝熱フィン
２１０ 押当機構
２１２ 反応媒体通気流路
２１４ 空隙
２１６ フィルター

特開２００１−８２６９７号公報

Claims (10)

1. 反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
   所定の間隔で複数枚平行に配置された平板状の熱媒体流路と、
   隣り合う前記熱媒体流路で挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
   隣り合う前記熱媒体流路を連通する熱媒体管と、
   を有し、
   前記熱媒体管は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
   蓄放熱装置。
2. 前記熱媒体流路を前記反応材に押し当てる、押当機構を更に有する、
   請求項１に記載の蓄放熱装置。
3. 前記押当機構はバネ部材を有し、
   前記蓄放熱装置は、前記熱媒体流路の配置方向の最外側に設置された断熱材を更に有し、
   前記押当機構は、前記断熱材が前記バネ部材を介して、前記反応材又は前記熱媒体流路を押圧することにより、前記熱媒体流路を前記反応材に押し当てる、
   請求項２に記載の蓄放熱装置。
4. 前記熱媒体流路は、その内部に、前記熱媒体流路と前記反応材収納部の積層方向に伸縮するバネ部材を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。
5. 前記熱媒体管は、フレキシブルチューブである、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。
6. 反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
   所定の間隔で平行に配置された複数の伝熱フィンと、
   隣り合う前記伝熱フィンで挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
   前記複数の伝熱フィンに垂直な方向に伸び、前記伝熱フィンに熱的に接続された熱媒体流路と、
   を有し、
   前記熱媒体流路は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
   蓄放熱装置。
7. 前記伝熱フィンを前記反応材に押し当てるための、押当機構を更に有する、
   請求項６に記載の蓄放熱装置。
8. 前記反応材には、凹部が形成されており、
   前記反応材は、前記反応材の劣化時において、前記凹部を介して前記蓄放熱装置から取り出される、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。
9. 前記蓄放熱装置の、前記反応材との接触面に、高熱伝導性を有するグリスが塗布されている、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。
10. 前記蓄放熱装置と前記反応材との間に、高熱伝導性を有するシート又はフェルトが配置されている、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。

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