JP6149001B2

JP6149001B2 - 蓄熱装置

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Publication number: JP6149001B2
Application number: JP2014100696A
Authority: JP
Inventors: 友宏早瀬; 今村　朋範; 朋範今村; 洋亮後藤; 宏之三井; 志満津　孝; 孝志満津
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: JP2015218916A

Description

本発明は、反応媒体を気化させる蒸発器と、該蒸発器において気化した上記反応媒体を吸収して発熱する反応器とを有する蓄熱装置に関する。

反応媒体との可逆反応によって蓄放熱を行う蓄熱剤を利用した蓄熱装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この蓄熱装置の反応器は、蓄熱剤粒子が充填された充填層と、反応媒体を流通させると共に充填層の内部を通過するように形成された内部流通路と、充填層との間で熱交換する熱交換流体を流通させる熱交換流路とを備えている。

この蓄熱装置においては、内部流通路に反応媒体を流通させることにより、充填層の蓄熱剤が反応媒体を吸収すると共に反応媒体と反応して発熱する。この充填層の熱を取出して、暖房等に利用することができる。また、充填層を加熱して、蓄熱剤から反応媒体を脱離させることにより、蓄熱剤に蓄熱することができる。

特開２０１０−２４９４１２号公報

しかしながら、内部流通路に反応媒体を流通させると、充填層における内部流通路の導入口付近の蓄熱剤から反応が進むこととなる。反応後の蓄熱剤は反応媒体を吸収できず、また、蓄熱剤粒子も大きくなる。それゆえ、充填層においては、導入口付近の蓄熱剤から反応が進むことにより、内部流通路の下流側へ行くほど、反応媒体の流通抵抗が大きくなり、充填層における内部流通路の導入口から遠い位置においては反応が進みにくくなる。しかも、導入口付近の蓄熱剤は、先に反応が完了してしまう。その結果、反応初期においては、反応器において放出される熱量は大きく得られるが、長時間にわたって充分な熱量を得ることが困難となる。すなわち、例えば、反応器の放熱を暖房に利用する場合、その暖房出力を長時間にわたって維持することが困難となる。
また、反応器に接続されて反応媒体を気化させる蒸発器の冷熱を利用して冷房する場合にも、蒸発器から反応器への反応媒体の送出量が短時間で少なくなってしまうことから、蒸発器を冷熱源とした充分な冷房出力を長時間得ることが困難となる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、長時間にわたって反応器における充分な発熱反応を維持することができる蓄熱装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、反応媒体を気化させる蒸発器と、該蒸発器において気化した上記反応媒体を吸収して発熱する反応器とを有する蓄熱装置であって、
上記反応器は、上記反応媒体と可逆反応可能であって上記反応媒体を吸収して発熱する蓄熱剤粒子が充填された充填層と、
上記反応媒体を流通させると共に上記充填層の内部を通過するように形成された内部流通路と、
上記充填層との間で熱交換する熱交換流体を流通させる熱交換流路とを備え、
上記内部流通路の導入口に近い位置ほど、上記充填層における蓄熱剤と上記反応媒体との反応を抑制することができるよう構成されていることを特徴とする蓄熱装置にある。

上記蓄熱装置においては、内部流通路の導入口に近い位置ほど、充填層における蓄熱剤と上記反応媒体との反応を抑制することができるよう構成されている。それゆえ、充填層における内部流通路の導入口付近の蓄熱剤の反応が短時間で進みすぎることを防ぐことができる。また、これに伴い、この部位の蓄熱剤粒子の膨張を抑制することができる。

これにより、導入口に近い位置における充填層においても、長時間にわたり蓄熱剤粒子による反応媒体の吸収が可能となり、導入口から遠い位置へ向かう反応媒体の圧力損失が大きくなることを防ぐことができる。したがって、反応媒体を下流側（導入口から遠い側）へも効率的に供給することができる。これにより、内部流通路全体から、反応媒体が充填層へ供給されやすくなり、充填層全体が徐々に反応媒体と反応することとなる。つまり、充填層全体が反応を完了するまでの間、圧力損失を抑制すると共に反応面積を大きく稼ぐことができる。それゆえ、長時間にわたって、反応器における充分な発熱反応を維持することができる。

以上のごとく、本発明によれば、長時間にわたって反応器における充分な発熱反応を維持することができる蓄熱装置を提供することができる。

実施例１における、水和反応時の蓄熱装置の説明図。実施例１における、脱水反応時の蓄熱装置の説明図。実施例１における、バルブ閉止時の蓄熱装置の説明図。実施例１における、反応器の斜視図。実施例１における、反応器の一部の斜視図。実施例１における、流体流路中に配された反応器と遮蔽板の斜視図。熱抵抗が均一の場合の水和反応の進み方の説明図。実施例１における、水和反応の進み方の説明図。充填層の反応率の推移を表す線図。実施例２における、流体流路中に配された反応器と分布制御手段（遮蔽板）の断面説明図。実施例３における、反応器の斜視図。実施例４における、反応器の斜視図。実施例５における、反応器の斜視図。実施例６における、反応器の斜視図。実施例７における、流体流路中に配された蓄熱装置の断面説明図。実施例８における、流体流路中に配された蓄熱装置の断面説明図。

上記蓄熱装置は、上記内部流通路の導入口に近い位置ほど、上記熱交換流路を流通する上記熱交換流体と上記充填層との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されているものとすることができる。この場合には、より容易かつ効果的に、長時間にわたって反応器における充分な発熱反応を維持することができる蓄熱装置を得ることができる。
すなわち、内部流通路の導入口に近い位置ほど、熱交換流体と充填層との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されていると、充填層のうち導入口付近の部位が反応して発熱しても、その熱が熱交換流路を流通する熱交換流体へ放熱されることを抑制することができる。その結果、充填層のうち導入口に近い部位の蓄熱剤の温度を高く維持することができ、この部位の反応速度を低下させることができる。また、これに伴い、この部位の蓄熱剤粒子の膨張を抑制することができる。その結果、上述のように、内部流通路全体から、反応媒体が充填層へ供給されやすくなり、充填層全体が徐々に反応媒体と反応することとなる。それゆえ、長時間にわたって、反応器における充分な発熱反応を維持することができる。

上記蒸発器は、上記反応媒体が気化する際に生じる冷熱を取出す冷熱取り出し手段を有することが好ましい。この場合には、蒸発器において生じる冷熱を冷房等に利用することができる。そして、上述のように、反応器における反応が長時間にわたって充分に得られるため、蒸発器から反応器への反応媒体の送出量を長時間にわたって充分に維持することができる。その結果、蒸発器を冷熱源とした冷房出力を長時間得ることが可能となる。

また、上記熱交換流路の形成方向は、上記内部流通路の形成方向に対して直交しており、上記熱交換流路のうち、上記内部流通路の上記導入口に近い部位ほど、上記熱交換流体の流量が小さくなるよう構成されていることが好ましい。この場合には、内部流通路の導入口に近い位置ほど、熱交換流路を流通する熱交換流体と充填層との間の熱抵抗が大きくなるような構成を、容易かつ確実に実現することができる。

（実施例１）
上記蓄熱装置の実施例につき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の蓄熱装置１は、図１〜図３に示すごとく、反応媒体Ｗを気化させる蒸発器２と、蒸発器２において気化した反応媒体Ｗを吸収して発熱する反応器３とを有する。
図４、図５に示すごとく、反応器３は、蓄熱剤粒子が充填された充填層３１と、反応媒体Ｗを流通させる内部流通路３２と、熱交換流体Ａを流通させる熱交換流路３３とを備えている。蓄熱剤粒子は、反応媒体Ｗと可逆反応可能であって反応媒体Ｗを吸収して発熱する。内部流通路３２は、充填層３１の内部を通過するように形成されている。熱交換流体Ａは、充填層３１との間で熱交換を行う。

そして、蓄熱装置１は、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されている。

なお、本例において、反応媒体Ｗは水（水蒸気）であり、熱交換流体Ａは空気である。そして、反応器３の充填層３１に充填された蓄熱剤粒子は、水和反応によって発熱（放熱）し、脱水反応によって蓄熱することができる材料からなる。例えば、蓄熱剤としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いることができる。

図１〜図３に示すごとく、反応器３と蒸発器２とは、反応媒体Ｗを流通させる媒体配管１１によって連結されている。媒体配管１１にはバルブ１１１が設けられており、反応器３と蒸発器２との間における反応媒体Ｗの移動を制御することができるよう構成されている。
また、蒸発器２は、反応媒体Ｗが気化する際に生じる冷熱を取出す冷熱取り出し手段を有する。本例において、冷熱取り出し手段は、蒸発器２内を通過するように形成された冷媒流通路２１であり、冷媒流通路２１を流通させる冷媒Ｃとして、例えば空気を用いることができる。

反応器３において発熱（放熱）させる際には、図１に示すごとく、蒸発器２において反応媒体Ｗを蒸発させると共に、バルブ１１１を開放する。これにより、蒸発した反応媒体Ｗは媒体配管１１を通って反応器３へ送り込まれる。そして、反応媒体Ｗが、反応器３における充填層３１の蓄熱剤と反応する。つまり、蓄熱剤が水和反応を生じる。これにより、反応器３の充填層３１が発熱する。この熱が、熱交換流体Ａに移動して、暖房の熱等に利用される。
また、蒸発器２における反応媒体Ｗの気化に伴う冷熱は、冷媒流通路２１を流通する冷媒Ｃに移動して、冷房に利用される。

また、反応器３に蓄熱する際には、図２に示すごとく、反応器３を加熱すると共に、バルブ１１１を開放する。これにより、反応器３の充填層３１において脱水反応が生じ、反応器３から離脱した水蒸気（反応媒体Ｗ）は、媒体配管１１を通じて蒸発器２に送り込まれる。このとき、蒸発器２は、凝縮器として機能する。つまり、蒸発器２（凝縮器）において、気体の反応媒体Ｗ（水蒸気）が凝縮されて、液体の反応媒体Ｗ（水）となる。なお、本例においては、蒸発器２が凝縮器を兼ねた構成を示したが、蒸発器２とは別に凝縮器を設けた構成としてもよい。

また、脱水反応によって反応器３の蓄熱剤（充填層３１）に蓄熱した後、図３に示すごとく、バルブ１１１を閉じることにより、所望のタイミングまで水和反応が生じないようにして、蓄熱状態を保つことができる。

図４に示すごとく、反応器３は、複数の充填層３１と、複数の内部流通路３２と、複数の熱交換流路３３とを有する。本例においては、内部流通路３２は、充填層３１の全面に沿って面状に広がる形状となっているが、必ずしもその形状は限定されるものではない。また、内部流通路３２の厚みは、例えば０．５〜５ｍｍ程度である。また、熱交換流路３３は、充填層３１における内部流通路３２と反対側の面に、接触配置されている。そして、内部にフィン３３１が配設されている。このフィン３３１は、例えば、ステンレス鋼等の金属からなり、熱交換流路３３を流れる熱交換流体Ａを整流する機能と、熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗を低減する機能とを有する。また、フィン３３１は、熱交換流路３３の強度を高める機能も有する。また、熱交換流路３３は、充填層３１及び内部流通路３２からは空間的に隔離されている。したがって、熱交換流路３３を流れる熱交換流体Ａが充填層３１や内部流通路３２へ漏れることはない。

なお、図５は、反応器３の一部を抜き出した状態を示している。同図に示すように、内部流通路３２を流れる反応媒体Ｗの向きと、熱交換流路３３を流れる熱交換流体Ａの向きとは、互いに直交する。
すなわち、熱交換流路３３の形成方向は、内部流通路３２の形成方向に対して直交している。そして、熱交換流路３３のうち、内部流通路３２の導入口３２１に近い部位ほど、熱交換流体Ａの流量が小さくなるよう構成されている。これにより、導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されている。

図６に示すごとく、反応器３は、熱交換流体Ａが流通する流体流路１２内に設けてある。流体流路１２には、反応器３の上流側に、流路の一部を遮蔽する遮蔽板４が設けてある。遮蔽板４は、流路方向から見たとき、熱交換流路３３のうち、内部流通路３２の導入口３２１に近い部位に重なるように形成されている。

これにより、熱交換流路３３のうち、内部流通路３２の導入口３２１に近い部位ほど、熱交換流体Ａの流量が小さくなり、導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなる。

また、本例の蓄熱装置１は、車両に搭載して用いることができる。そして、反応器３における発熱反応（水和反応）による熱を、車室内の暖房に用いることができる。また、蒸発器２における冷熱を、車室内の冷房に用いることができる。特に、車両走行時に蓄熱剤に蓄熱（脱水反応）し、車両停止時において反応器３から放熱（水和反応）することにより、車両停止時における冷暖房を効率よく行うことができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記蓄熱装置１においては、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されている。それゆえ、充填層３１のうち導入口３２１付近の部位が反応して発熱しても、その熱が熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａへ放熱されることを抑制することができる。その結果、充填層３１のうち導入口３２１に近い部位の蓄熱剤の温度を高く維持することができ、この部位の反応速度を低下させることができる。また、これに伴い、この部位の蓄熱剤粒子の膨張を抑制することができる。

なお、蓄熱剤は、一般に、温度によって反応速度が変化し、温度が高くなりすぎると、反応速度が低下する。例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）からなる蓄熱剤が水和反応する場合、蓄熱剤の温度が１００℃近傍にて反応速度が高くなり、これを超えて温度が上昇すると、反応速度は低くなる。その一方で、水和反応によって発熱すると、蓄熱剤自身も温度上昇するため、反応速度は低下する。しかし、充填層３１（蓄熱剤）が、熱交換流体Ａによって充分に除熱されると、蓄熱剤の温度上昇が抑制されて、反応速度の低下も抑制される。したがって、充填層３１のうち導入口３２１付近の部位の反応が進みすぎることを防ぐためには、その部分の蓄熱剤の除熱を控えることで、温度を高く保てばよい。そのために、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるようにして、この部分の蓄熱剤の反応速度を抑制している。

これにより、導入口３２１に近い位置における充填層３１においても、長時間にわたり蓄熱剤粒子による反応媒体の吸収が可能となり、導入口３２１から遠い位置へ向かう反応媒体Ｗの圧力損失が大きくなることを防ぐことができる。したがって、反応媒体Ｗを下流側（導入口３２１から遠い側）へも効率的に供給することができる。これにより、内部流通路３２全体から、反応媒体Ｗが充填層３１へ供給されやすくなり、充填層３１全体が徐々に反応媒体Ｗと反応することとなる。つまり、充填層３１全体が反応を完了するまでの間、反応面積を大きく稼ぐことができる。それゆえ、長時間にわたって、反応器３における充分な発熱反応（水和反応）を維持することができる。

この点を、図７、図８を用いて説明する。なお、各図において充填層３１内に描いた模様Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、水和反応の進み具合を模式的に描いたものであり、Ｒ１が最も反応が進んだ部分で、次いでＲ２、Ｒ３が、順に反応が進んでいる部分であることを表している。

仮に、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗を、導入口３２１からの距離に関わらず均一とした場合には、図７（ａ）に示すごとく、導入口３２１に近い位置における充填層３１の蓄熱剤から、局部的に反応が大きく進むこととなる。つまり、導入口３２１から内部流通路３２に導入された反応媒体Ｗは、最初に接触する導入口３２１付近の蓄熱剤と反応して、この部分の蓄熱剤の温度が上がる。しかし、この熱は、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａによって除熱されるため、蓄熱剤の反応速度が収まることなく、この部分の反応はさらに進む。その結果、導入口３２１付近の蓄熱剤の反応が促進されてその反応も早期に完了すると共に、その蓄熱剤粒子も早期に膨張する。

その後、図７（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、充填層３１における、導入口３２１から遠い位置の蓄熱剤も、順次、反応するが、その反応効率は小さいものとなる。
つまり、上流側の蓄熱剤粒子が充分に反応してその反応媒体吸収力が低下すると共に、該蓄熱剤粒子が膨張した後は、内部流通路３２を流れる反応媒体Ｗは、導入口３２１から離れた位置まで行かないと、充填層３１へ導入され難くなる。そのため、内部流通路３２における反応媒体Ｗの圧力損失が大きくなる。それゆえ、導入口３２１から遠い部位まで、効率的に反応媒体Ｗが供給されないため、導入口３２１から遠い部位における反応速度は遅くなる。その一方で、上流側の蓄熱剤粒子の反応は、早期に完了してしまう。したがって、図９の曲線Ｌ０に示すごとく、反応開始直後は、充填層３１において得られる反応率は高いが、反応開始から時間が経過すると、充填層３１における反応率が低くなってしまう。その結果、充分な水和反応を長時間維持することが困難となる。すなわち、冷暖房の高出力を長時間維持することが困難となる。

これに対し、本例の蓄熱装置１においては、導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるよう構成してある。これにより、導入口３２１付近の蓄熱剤が最初に水和反応して、温度が上がったとき、この熱が熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａによって除熱され難い。つまり、導入口３２１付近の温度が高温に維持される。そうすると、この部分の反応は抑制され、その蓄熱剤粒子の膨張も抑制される。

したがって、導入口３２１付近の蓄熱剤の反応は、長時間にわたって徐々に進むこととなる。これに伴い、導入口３２１付近の蓄熱剤粒子の膨張も抑制される。これにより、導入口３２１から遠い位置へ向かって内部流通路３２に流れる反応媒体Ｗの圧力損失が大きくなることを抑制することができる。それゆえ、反応媒体Ｗは効率的に下流側へも供給される。そして、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、内部流通路３２の全体から万遍なく、充填層３１に反応媒体Ｗが供給され、上流側から下流側までにわたり、充填層３１全体において、長時間にわたり徐々に水和反応が生じることとなる。その結果、充填層３１内の圧力損失も小さくなり、図９の曲線Ｌ１に示すごとく、長時間にわたり、充分な反応率を得ることができる。

また、図１〜図３に示すごとく、蒸発器２は、冷熱取り出し手段（冷媒流通路２１）を有するため、蒸発器２において生じる冷熱を冷房等に利用することができる。そして、上述のように、反応器３における反応が長時間にわたって充分に得られるため、蒸発器２から反応器３への反応媒体Ｗの送出量を長時間にわたって充分に維持することができる。その結果、蒸発器２を冷熱源とした冷房出力を長時間充分に得ることが可能となる。

図４、図５に示すごとく、熱交換流路３３の形成方向は、内部流通路３２の形成方向に対して直交しており、熱交換流路３３のうち、内部流通路３２の導入口３２１に近い部位ほど、熱交換流体Ａの流量が小さくなるよう構成されている。これにより、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるような構成を、容易かつ確実に実現することができる。

また、反応器３が配設された流体流路１２には、反応器３の上流側に遮蔽板４が設けてある。これにより、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置における熱交換流体Ａの流量を容易かつ効果的に低減することができる。それゆえ、導入口３２１に近い位置ほど熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるような構成を、容易かつ確実に実現することができる。

以上のごとく、本例によれば、長時間にわたって反応器における充分な発熱反応を維持することができる蓄熱装置を提供することができる。

なお、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）からなる蓄熱剤が水和反応する場合、蓄熱剤の温度が１００℃近傍にて反応速度が高くなり、これを超えて高温となると反応速度は低下するが、１００℃近傍を下回って低温となっても反応速度は低下する。それゆえ、充填層３１は、導入口３２１から遠い部位ほど温度を低くする構成とするとしても、その温度が１００℃近傍（反応速度ピーク温度）を下回るほど低温となるようにするのではなく、導入口３２１に近い部位の温度と、１００℃近傍との間の温度に保つことが望ましい。なお、反応器３が酸化カルシウムの水和反応を利用する場合以外においても、反応速度の温度依存性に応じて、適切な範囲（反応速度ピーク温度以上の範囲）において、充填層３１における各部位の温度を調整することができるようにする。

（実施例２）
本例は、図１０に示すごとく、内部流通路３２の形成方向（Ｚ方向）における熱交換流路３３への熱交換流体Ａの流量分布を変化させる分布制御手段４１を有する蓄熱装置１の例である。
すなわち、本例においても、反応器３は、熱交換流体Ａが流通する流体流路１２内に設けてある。そして、流体流路１２には、反応器３の上流側に、遮蔽板４が設けてある。本例においては、この遮蔽板４を可動式とし、これを分布制御手段４１とする。これにより、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、熱交換流路３３を遮蔽する領域を変化させることができるよう構成されている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、長時間にわたって反応器３における充分な発熱反応を維持するようにすることもできるし、短時間にて高い発熱反応を生じさせることもできる。
すなわち、例えば、通常時には、図１０（ａ）に示すごとく、遮蔽板４（分布制御手段４１）によって、内部流通路３２の導入口３２１付近における熱交換流路３３を遮蔽する。これにより、実施例１と同様の状態となり、長時間にわたる暖房出力、冷房出力を得ることが可能となる。

そして、急速暖房又は急速冷房が望まれるときに、図１０（ｃ）のように、遮蔽板４が熱交換流路３３を遮蔽しないように折りたたむことで、熱交換流路３３の全体に熱交換流体Ａを供給して、反応器３における水和反応を大きく生じさせる。これにより、暖房出力や冷房出力を大きくすることができる。

また、必要とされる冷暖房の出力の大きさに応じて、図１０（ｂ）のように、遮蔽板４（分布制御手段４１）が熱交換流路３３を遮蔽する領域を調整することもできる。
このように、本例の蓄熱装置１は、分布制御手段４１によって内部流通路３２の形成方向（Ｚ方向）における熱交換流路３３への熱交換流体Ａの流量分布を変化させて、冷暖房出力の持続時間を極力長時間維持しつつ、必要に応じて高出力の冷暖房出力を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１１に示すごとく、充填層３１に充填された蓄熱剤粒子の粒径を、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど大きくした例である。
これにより、本例の蓄熱装置１は、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるような構成としてある。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、充填層３１における熱伝導率を、部位によって変化させることにより、熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗を変化させている。つまり、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、充填層３１における蓄熱剤粒子の粒径を大きくすることで、粒子間の空隙が大きくなり、熱伝導率が小さくなっている。一方、内部流通路３２の導入口３２１から遠い位置ほど、充填層３１における蓄熱剤粒子の粒径を小さくして、蓄熱剤粒子を密に充填することで、粒子間の空隙が小さくなり、熱伝導率が大きくなっている。

これにより、熱交換流体Ａの流量を特に変化させることなく、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるような構成を得ることができる。すなわち、例えば、実施例１に示した遮蔽板４（図６）を設けることなく、長時間にわたって反応器３における充分な発熱反応を維持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１２に示すごとく、熱交換流路３３におけるフィン３３１の配設密度を、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど小さくした例である。
これにより、本例の蓄熱装置１は、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗が大きくなるような構成としてある。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、熱交換流通路３３における熱交換流体Ａとの熱交換面積を、部位によって変化させることにより、熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗を変化させている。つまり、内部流通路３２の導入口３２１に近い位置ほど、熱交換流通路３３における熱交換面積を小さくすることで、熱抵抗が大きくなっている。一方、内部流通路３２の導入口３２１から遠い位置ほど、熱交換流通路３３における熱交換面積を大きくすることで、熱抵抗が小さくなっている。これにより、例えば、実施例１に示した遮蔽板４（図６）を設けることなく、長時間にわたって反応器３における充分な発熱反応を維持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１３に示すごとく、熱交換流路３３における熱交換流体Ａの流通経路として、内部流通路３２の導入口３２１から遠い位置を通過した後、導入口３２１に近い位置を通過するよう構成した例である。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、熱交換流体Ａが、導入口３２１から遠い位置において充填層３１と一旦熱交換して温度上昇した後、導入口３２１に近い位置において再度充填層３１と熱交換をすることとなる。そのため、導入口３２１に近い位置の蓄熱剤粒子の温度低下を抑制することができる。これにより、導入口３２１に近い位置ほど、充填層３１における蓄熱剤と反応媒体Ｗとの反応を抑制することができる。それゆえ、一層効果的に、長時間にわたって反応器３における充分な発熱反応を維持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１４に示すごとく、熱交換流路３３における熱交換流体Ａの流通方向を、内部流通路３２における反応媒体Ｗの流通方向と逆向きにした例である。
つまり、熱交換流体Ａは、内部流通路３２の導入口３２１と反対側の面から熱交換流路３３に導入され、導入口３２１と同じ側の面から排出される。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、比較的温度の低い熱交換流体Ａが、内部流通路３２の導入口３２１から遠い側から熱交換流路３３に導入されて充填層３１と熱交換して、導入口３２１に近付くにしたがって温度上昇する。そして、比較的温度が高くなった状態の熱交換流体Ａが、導入口３２１に近い位置において充填層３１と熱交換をすることとなる。そのため、導入口３２１に近い位置の蓄熱剤粒子の温度低下を抑制することができる。これにより、導入口３２１に近い位置ほど、充填層３１における蓄熱剤と反応媒体Ｗとの反応を抑制することができる。それゆえ、一層効果的に、長時間にわたって反応器３における充分な発熱反応を維持することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図１５に示すごとく、反応器３における反応開始からの所定の期間である反応前期には、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換が行われず、反応前期よりも後の反応後期には、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換が行われるよう構成された蓄熱装置１の例である。

本例においては、反応前期には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すごとく、熱交換流路３３に熱交換流体Ａが流通せず、反応後期には、図１５（ｃ）に示すごとく、熱交換流路３３に熱交換流体Ａが流通する。この熱交換流体Ａの流通制御は、例えば、流体流路１２に設けた開閉弁（図示略）の開閉制御等によって行うことができる。

なお、本例においては、特に、実施例１のように、導入口３２１からの距離に応じて、熱交換流路３３を流通する熱交換流体Ａと充填層３１との間の熱抵抗に差をつける等の構成を採用していない。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

次に、本例の作用効果につき説明する。
蓄熱状態（脱水状態）にある反応器３における内部流通路３２に反応媒体Ｗを流通させ始める反応開始直後においては、まずは、充填層３１における内部流通路３２の導入口３２１に近い部位が積極的に反応することとなる。

ここで、反応前期には、熱交換流路３３に熱交換流体Ａを流通させないため、充填層３１は除熱されず温度上昇するが、図１５（ａ）に示すごとく、特に導入口３２１に近い部位が温度上昇する。これにより、充填層３１における導入口３２１に近い側（上流側）と遠い側（下流側）との間で温度分布が生じる。そのため、上流側の反応は、反応開始から短時間の間に抑制される。なお、図１５におけるハッチング部分は、反応器３において一定以上の高温となった部位を示す。後述する図１６においても同様である。

これにより、導入口３２１に近い位置における充填層３１においても、長時間にわたり蓄熱剤粒子による反応媒体の吸収が可能となり、導入口３２１から遠い位置へ向かう反応媒体Ｗの圧力損失が大きくなることを防ぐことができる。したがって、反応媒体Ｗを下流側へも効率的に供給することができる。これにより、反応開始から所定時間経過後には、図１５（ｂ）に示すごとく、充填層３１の温度が上流側から下流側までにかけて、全体的に略均一になっていく。

そこで、例えば、充填層３１の温度が均一になり始める時期、あるいはその所定時間前の時期に、図１５（ｃ）に示すごとく、熱交換流体Ａを熱交換流路３３に流通させ始める。すなわち、このタイミングが、上記の反応前期と反応後期との入れ替わりのタイミングである。これにより、反応後期は、反応器３の全体において、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換が略均一に行われ、長時間にわたって、反応器３における充分な発熱反応（水和反応）を維持することができる。
なお、本例と実施例１〜６のいずれかとを組み合わせた構成とすることもできる。

（実施例８）
本例は、図１６に示すごとく、反応器３における反応前期と反応後期とで、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換量を異ならせるよう構成された蓄熱装置１の例である。
すなわち、反応前期には、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換量が小さく、反応後期には、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換量が、反応前期における熱交換量よりも大きい。

本例においては、反応前期には、図１６（ａ）、（ｂ）に示すごとく、熱交換流路３３への熱交換流体Ａの流量が小さく、反応後期には、図１６（ｃ）に示すごとく、熱交換流路３３への上記熱交換流体Ａの流量が、反応前期における流量よりも大きい。この熱交換流体Ａの流量制御は、例えば、流体流路１２に設けた流量制御弁（図示略）の流量制御等によって行うことができる。

その他は、実施例７と同様である。なお、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例７において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例７と同様の構成要素等を表す。

本例の場合にも、実施例７と同様に、反応前期には、充填層３１における上流側の部位の反応が短時間で抑制され、反応後期に均一な反応を維持することができる。
すなわち、反応開始直後においては、まずは、充填層３１における上流側の部位が積極的に反応することとなる。ここで、反応前期には、図１６（ａ）に示すごとく、熱交換流路３３における熱交換流体Ａの流量が小さい。それゆえ、充填層３１は除熱されにくいため温度上昇するが、特に導入口３２１に近い部位が温度上昇する。これにより、充填層３１における上流側と下流側との間で温度分布が生じる。そのため、上流側の反応は、反応開始から短時間の間に抑制される。

これにより、上流側の充填層３１においても、長時間にわたり蓄熱剤粒子による反応媒体の吸収が可能となり、導入口３２１から遠い位置へ向かう反応媒体Ｗの圧力損失が大きくなることを防ぐことができる。したがって、反応媒体Ｗを下流側へも効率的に供給することができる。これにより、反応開始から所定時間経過後には、図１６（ｂ）に示すごとく、充填層３１の温度が上流側から下流側までにかけて、全体的に略均一になっていく。

そこで、例えば、充填層３１の温度が均一になり始める時期、あるいはその所定時間前の時期に、図１６（ｃ）に示すごとく、熱交換流体Ａの流量を増大させ始める。すなわち、このタイミングが、上記の反応前期と反応後期との入れ替わりのタイミングである。これにより、反応後期は、反応器３の全体において、充填層３１と熱交換流体Ａとの間の熱交換が略均一に行われ、長時間にわたって、反応器３における充分な発熱反応（水和反応）を維持することができる。
なお、本例と実施例１〜６のいずれかとを組み合わせた構成とすることもできる。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されることなく、種々の態様を採り得る。また、上記複数の実施例を適宜組み合わせた態様を採ることができる。
また、蓄熱剤粒子として、酸化カルシウム以外にも、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ、酸化バリウム（ＢａＯ）等、他の材料からなるものを用いることもできる。あるいは、蓄熱剤粒子として、活性炭、ゼオライト、シリカゲル等の吸着剤を用いてもよい。また、反応媒体として、水（水蒸気、Ｈ₂Ｏ）以外にも、例えば、二酸化炭素（ＣＯ₂）等、他の流体を用いることもできる。

１蓄熱装置
２蒸発器
３反応器
３１充填層
３２内部流通路
３２１導入口
３３熱交換流路
Ａ熱交換流体
Ｗ反応媒体

Claims

反応媒体（Ｗ）を気化させる蒸発器（２）と、該蒸発器（２）において気化した上記反応媒体（Ｗ）を吸収して発熱する反応器（３）とを有する蓄熱装置（１）であって、
上記反応器（３）は、上記反応媒体（Ｗ）と可逆反応可能であって上記反応媒体（Ｗ）を吸収して発熱する蓄熱剤粒子が充填された充填層（３１）と、
上記反応媒体（Ｗ）を流通させると共に上記充填層（３１）の内部を通過するように形成された内部流通路（３２）と、
上記充填層（３１）との間で熱交換する熱交換流体（Ａ）を流通させる熱交換流路（３３）とを備え、
上記内部流通路（３２）の導入口（３２１）に近い位置ほど、上記充填層（３１）における蓄熱剤と上記反応媒体との反応を抑制することができるよう構成されていることを特徴とする蓄熱装置（１）。
上記内部流通路（３２）の導入口（３２１）に近い位置ほど、上記熱交換流路（３３）を流通する上記熱交換流体（Ａ）と上記充填層（３１）との間の熱抵抗が大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置（１）。
上記蒸発器（２）は、上記反応媒体（Ｗ）が気化する際に生じる冷熱を取出す冷熱取り出し手段（２１）を有することを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置（１）。
上記熱交換流路（３３）の形成方向は、上記内部流通路（３２）の形成方向に対して直交しており、上記熱交換流路（３３）のうち、上記内部流通路（３２）の上記導入口（３２１）に近い部位ほど、上記熱交換流体（Ａ）の流量が小さくなるよう構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱装置（１）。
上記反応器（３）は、上記熱交換流体（Ａ）が流通する流体流路（１２）内に設けてあり、該流体流路（１２）には、上記反応器（３）の上流側に、流路の一部を遮蔽する遮蔽板（４）が設けてあり、該遮蔽板（４）は、流路方向から見たとき、上記熱交換流路（３３）のうち、上記内部流通路（３２）の上記導入口（３２１）に近い部位に重なるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の蓄熱装置（１）。
上記内部流通路（３２）の形成方向における上記熱交換流路（３３）への上記熱交換流体（Ａ）の流量分布を変化させる分布制御手段（４１）を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の蓄熱装置（１）。
上記反応器（３）における反応開始からの所定の期間である反応前期には、上記充填層（３１）と上記熱交換流体（Ａ）との間の熱交換が行われず、上記反応前期よりも後の反応後期には、上記充填層（３１）と上記熱交換流体（Ａ）との間の熱交換が行われるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄熱装置（１）。
上記反応前期には、上記熱交換流路（３３）に上記熱交換流体（Ａ）が流通せず、上記反応後期には、上記熱交換流路（３３）に上記熱交換流体（Ａ）が流通するよう構成されていることを特徴とする請求項７に記載の蓄熱装置（１）。
上記反応器（３）における反応開始からの所定の期間である反応前期には、上記充填層（３１）と上記熱交換流体（Ａ）との間の熱交換量が小さく、上記反応前期よりも後の反応後期には、上記充填層（３１）と上記熱交換流体（Ａ）との間の熱交換量が、上記反応前期における熱交換量よりも大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄熱装置（１）。
上記反応前期には、上記熱交換流路（３３）への上記熱交換流体（Ａ）の流量が小さく、上記反応後期には、上記熱交換流路（３３）への上記熱交換流体（Ａ）の流量が、上記反応前期における流量よりも大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項９に記載の蓄熱装置（１）。