JP6372126B2 - Heat transport equipment - Google Patents

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Description

本発明は、熱輸送装置に関する。   The present invention relates to a heat transport device.

従来より、アンモニアを利用した化学蓄熱システムであり、塩化金属系の化学蓄熱材が封入された熱交換型の蓄熱反応器とアンモニアバッファとして吸着材が封入された熱交換型吸着器およびそれら二つの反応器をアンモニア配管で接続された構成を特徴とする熱輸送装置が知られている(特許文献1)。この熱輸送装置では、吸着器を一定温度に温調しつつ、反応器に排熱を供給することで蓄熱が可能であり、またアンモニア配管中のバルブを閉じることでその蓄熱状態を維持することができる。また任意のタイミングでバルブを開放することで蓄熱した熱を放熱し、熱源として有効利用することができる。   Conventionally, it is a chemical heat storage system using ammonia, a heat exchange type heat storage reactor in which a metal chloride type chemical heat storage material is enclosed, a heat exchange type adsorber in which an adsorbent is enclosed as an ammonia buffer, and two of them. A heat transport device characterized by a configuration in which a reactor is connected by ammonia piping is known (Patent Document 1). In this heat transport device, heat storage is possible by supplying exhaust heat to the reactor while adjusting the temperature of the adsorber to a constant temperature, and maintaining the heat storage state by closing the valve in the ammonia piping. Can do. Further, by opening the valve at an arbitrary timing, the stored heat can be radiated and effectively used as a heat source.

特開2012−172900号公報JP 2012-172900 A

上記特許文献1に記載の熱輸送装置では、氷点下での始動、及び低温から中温(80°C〜300°C程度)での蓄熱及び放熱が可能となる。しかしながら、排熱(蓄熱)温度よりも高温に昇温可能な化学蓄熱システムの構築が課題となっており、上記特許文献1に記載の熱輸送装置では、排熱源温度以上の温度への昇温は原理的に実現できない。   In the heat transport device described in Patent Document 1, it is possible to start under freezing, and to store and dissipate heat from a low temperature to a medium temperature (about 80 ° C to 300 ° C). However, the construction of a chemical heat storage system capable of raising the temperature to a temperature higher than the exhaust heat (heat storage) temperature has become a problem. Cannot be realized in principle.

本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the above, and makes it a subject to achieve the following objectives.

即ち、本発明は、昇温幅を大きくした、熱輸送性に優れた熱輸送装置を提供することを目的とする。   That is, an object of the present invention is to provide a heat transport device having a large temperature rise width and excellent heat transport properties.

本発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが吸着されるときに放熱する吸着材又は蓄熱材が収納され、かつ、前記吸着材又は蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する2つ以上の反応器であって、前記2つ以上の反応器のうちの少なくとも1つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により吸着されるときに放熱する物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器と、前記2つ以上の反応器を接続し前記2つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給する温度が異なる複数種類の熱媒体を切り換え可能な温度調整機構と、を備え、前記2つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。   The heat transport device according to the present invention stores an adsorbent or heat storage material that stores heat when ammonia is desorbed and dissipates heat when ammonia is adsorbed, and exchanges heat with the adsorbent or heat storage material. Two or more reactors having a heat medium flow path through which a heat medium that circulates, wherein at least one of the two or more reactors stores heat when ammonia is desorbed and physically adsorbs ammonia. A reactor containing an adsorbent containing a physical adsorbent that dissipates heat when adsorbed by an ammonia, an ammonia pipe connecting the two or more reactors and flowing ammonia between the two or more reactors; A temperature adjusting mechanism capable of switching a plurality of types of heat media having different temperatures to be supplied to a heat medium flow path of a reactor in which an adsorbent containing the physical adsorbent is housed, and between the two or more reactors Ammonia pressure generated in For transporting heat by transporting from one to the other of ammonia by utilizing the difference.

本発明に係る熱輸送装置では、2つ以上の反応器間で、蒸気圧が高いアンモニア蒸気の輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失が抑制され、その結果、熱輸送性が向上する。即ち、本発明の熱輸送装置によれば、一方の反応器に与えられた熱を他方の反応器に効率よく輸送できる。   In the heat transport device according to the present invention, heat is transported between two or more reactors along with transport of ammonia vapor having a high vapor pressure, so that pressure loss due to the flow of ammonia vapor in the pipe is suppressed, and as a result, , Heat transportability is improved. That is, according to the heat transport apparatus of the present invention, the heat given to one reactor can be efficiently transported to the other reactor.

また、本発明の熱輸送装置では、温度調整機構により、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に、温度が異なる複数種類の熱媒体を切り換えて供給し、物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路の温度を高くするため、昇温幅を向上することができる。   Further, in the heat transport device of the present invention, a plurality of types of heat medium having different temperatures are switched and supplied to the heat medium flow path of the reactor in which the adsorbent containing the physical adsorbent is accommodated by the temperature adjustment mechanism, Since the temperature of the heat medium flow path of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent is increased, the temperature rise range can be improved.

このように、本発明の熱輸送装置によれば、昇温幅を大きくした、熱輸送性に優れた熱輸送装置を提供することができる。   Thus, according to the heat transport apparatus of the present invention, it is possible to provide a heat transport apparatus having a large temperature rise width and excellent heat transportability.

本発明の熱輸送装置は、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の吸着材にアンモニアが吸着されるときに、前記複数種類の熱媒体のうちの温度が低い熱媒体を供給するように前記温度調整機構を制御し、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の吸着材からアンモニアが脱離するときに、前記複数種類の熱媒体のうちの温度が高い熱媒体を供給するように前記温度調整機構を制御する制御部を更に含むようにすることができる。このように、物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の吸着材からアンモニアが脱離するときに加熱することにより、アンモニア作動圧力を高圧化することで、他の反応器の昇温速度及び昇温幅を向上することが可能となる。   The heat transport device of the present invention supplies a heat medium having a low temperature among the plurality of types of heat medium when ammonia is adsorbed to the adsorbent of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent. The temperature adjustment mechanism is controlled so that when ammonia is desorbed from the adsorbent of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent, the heat of the plurality of types of heat medium is high. The apparatus may further include a controller that controls the temperature adjustment mechanism to supply the medium. In this way, the temperature of other reactors is increased by increasing the ammonia operating pressure by heating when ammonia is desorbed from the adsorbent of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent. It is possible to improve the speed and the temperature increase range.

本発明の熱輸送装置において、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路は、供給された熱媒体を凝縮し、凝縮された熱媒体を保持する熱媒体保持機構を備えるようにすることができる。これにより、物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器を、温度が低い熱媒体の温度以下に潜熱冷却することが可能となり、物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の作動アンモニア圧力を低下させることで、より低温の熱源でも、反応器の蓄熱を迅速に行うことができる。   In the heat transport apparatus of the present invention, the heat medium flow path of the reactor in which the adsorbent containing the physical adsorbent is accommodated condenses the supplied heat medium and holds the condensed heat medium Can be provided. As a result, the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent can be subjected to latent heat cooling below the temperature of the heat medium having a low temperature, and the operation of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent is enabled. By reducing the ammonia pressure, the reactor can quickly store heat even with a lower temperature heat source.

上記の熱媒体保持機構は、前記凝縮された熱媒体の表面張力を利用して前記熱媒体を保持するようにすることができる。   The heat medium holding mechanism can hold the heat medium by utilizing the surface tension of the condensed heat medium.

上記の熱媒体保持機構は、重力を利用して前記凝縮された熱媒体を保持するようにすることができる。   The heat medium holding mechanism can hold the condensed heat medium using gravity.

上記の温度調整機構は、前記複数種類の熱媒体のうちの温度が高い熱媒体として、低沸点冷媒を供給するようにすることができる。   The temperature adjusting mechanism may supply a low boiling point refrigerant as a heat medium having a high temperature among the plurality of types of heat medium.

上記の温度調整機構は、前記低沸点冷媒として、メタノール、エタノール、または水を供給するようにすることができる。   Said temperature control mechanism can supply methanol, ethanol, or water as said low boiling-point refrigerant | coolant.

本発明の熱輸送装置は、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給された前記低沸点冷媒を回収可能な凝縮器を更に含むようにすることができる。   The heat transport apparatus of the present invention can further include a condenser capable of recovering the low-boiling-point refrigerant supplied to the heat medium flow path of the reactor in which the adsorbent containing the physical adsorbent is stored. .

本発明の熱輸送装置は、前記低沸点冷媒を蒸発させる蒸発器を更に含み、前記温度調整機構は、前記蒸発器から供給された前記低沸点冷媒を、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給するようにすることができる。   The heat transport device of the present invention further includes an evaporator for evaporating the low boiling point refrigerant, and the temperature adjusting mechanism stores the low boiling point refrigerant supplied from the evaporator in an adsorbent containing the physical adsorbent. It can be made to supply to the heat carrier flow path of the made reactor.

上記の温度調整機構は、前記複数種類の熱媒体のうちの温度が低い熱媒体として、空気を供給するようにすることができる。   The temperature adjusting mechanism can supply air as a heat medium having a low temperature among the plurality of types of heat medium.

本発明の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節するようにすることができる。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に保持できるので、熱輸送性をより向上させることができる。即ち、弁を閉じることによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、弁を開けることによりアンモニアを輸送し、蓄熱した熱を効率よく利用することができる。   In the heat transport device of the present invention, a valve is provided in the ammonia pipe, and the difference in ammonia pressure can be adjusted by opening and closing the valve. Thereby, since the difference in ammonia pressure can be more effectively maintained, the heat transportability can be further improved. That is, by closing the valve, the difference in ammonia pressure can be maintained for a long time, and by opening the valve, ammonia can be transported and the stored heat can be used efficiently.

前記2つ以上の反応器は、前記吸着材又は蓄熱材が収納された2つ以上の反応室と、少なくとも前記反応室間に配置され、前記吸着材又は蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、を含む。これにより、熱媒体と吸着材又は蓄熱材との間で効率よく熱交換を行うことができるので、反応室内壁と吸着材又は蓄熱材との接触面(伝熱面)における接触熱抵抗が改善される。   The two or more reactors are arranged between two or more reaction chambers in which the adsorbent or heat storage material is stored and at least the reaction chamber, and heat exchanges between the adsorbent or heat storage material. A heat medium flow path through which the medium flows. This enables efficient heat exchange between the heat medium and the adsorbent or heat storage material, improving the contact thermal resistance at the contact surface (heat transfer surface) between the reaction chamber wall and the adsorbent or heat storage material. Is done.

ここで、2つ以上の反応器は、2つ以上の反応室と2つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。   Here, the two or more reactors may have two or more reaction chambers and two or more heat medium channels, and the reaction chambers and the heat medium channels may be alternately arranged. More preferred.

前記2つ以上の反応器のうち少なくとも1つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。   At least one of the two or more reactors stores a heat storage material including a chemical heat storage material that stores heat when ammonia is desorbed and releases heat when ammonia is immobilized by a coordination reaction. It is. Thereby, since the heat storage density in the reactor in which the heat storage material containing a chemical heat storage material is accommodated can be further improved, the heat storage density in the entire heat transport device can be further improved.

また、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの吸着及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、アンモニアの吸着及び脱離に要する熱量の差を利用して、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。   Also, a chemical heat storage material having a large amount of heat required for immobilization and desorption of ammonia compared to a physical adsorbent, and a property of a small amount of heat required for adsorption and desorption of ammonia compared to a chemical heat storage material A physical adsorbent. For this reason, a large heat output can be obtained with a small heat input by utilizing the difference in the amount of heat required for the adsorption and desorption of ammonia.

上記の熱輸送装置において、前記化学蓄熱材が金属ハロゲン化物である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。   In the heat transport device, the chemical heat storage material is a metal halide. Thereby, since the heat storage density in the reactor in which the heat storage material containing a chemical heat storage material is accommodated can be further improved, the heat storage density in the entire heat transport device can be further improved.

上記の熱輸送装置において、前記金属ハロゲン化物が、アルカリ金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、アルカリ土類金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、及び遷移金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物からなる群から選択される少なくとも1種である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。   In the above heat transport apparatus, the metal halide comprises an alkali metal chloride, bromide, iodide, alkaline earth metal chloride, bromide, iodide, and transition metal chloride, bromide, iodide. At least one selected from the group. Thereby, since the heat storage density in the reactor in which the heat storage material containing a chemical heat storage material is accommodated can be further improved, the heat storage density in the entire heat transport device can be further improved.

上記の熱輸送装置において、前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも1種である。これにより、物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器において、アンモニアの吸着及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。   In the above heat transport apparatus, the physical adsorbent is at least one selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay mineral. Thereby, in the reactor in which the adsorbent containing the physical adsorbent is accommodated, the amount of heat required for adsorption and desorption of ammonia can be further reduced, so that the controllability of heat transport in the entire heat transport apparatus is further improved be able to.

上記の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に、更に、圧力調整手段が設けられている。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に生じさせることができるので、熱輸送性をより向上させることができる。   In the heat transport apparatus, a pressure adjusting means is further provided in the ammonia pipe. Thereby, since the difference of ammonia pressure can be produced more effectively, heat transportability can be improved more.

本発明によれば、昇温幅を大きくした、熱輸送性に優れた熱輸送装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat transport apparatus excellent in heat transport property which enlarged the temperature rising range can be provided.

本発明の第1実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイスを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the NH3 storage and transport device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第1の熱交換型反応器及び第2の熱交換型反応器を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the 1st heat exchange type reactor and 2nd heat exchange type reactor which concern on embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the reactor which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the reactor which concerns on another embodiment of this invention. 第1の熱交換型反応器の液保持機構を示す図である。It is a figure which shows the liquid holding | maintenance mechanism of a 1st heat exchange type | mold reactor. 放熱モードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the thermal radiation mode. 第1の熱交換型反応器の液保持機構において熱媒体が保持される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a heat medium is hold | maintained in the liquid holding | maintenance mechanism of a 1st heat exchange type | mold reactor. 蓄熱モードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating heat storage mode. 第1の熱交換型反応器の液保持機構により潜熱冷却が行われる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that latent heat cooling is performed by the liquid holding | maintenance mechanism of a 1st heat exchange type | mold reactor. 第1の熱交換型反応器の物理吸着材における温度依存性を示す、アンモニア圧力とアンモニア吸着量との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between ammonia pressure and ammonia adsorption amount which shows the temperature dependence in the physical adsorption material of a 1st heat exchange type | mold reactor. 第2の熱交換型反応器30の化学蓄熱材における、アンモニア圧力と平衡温度との関係を表すグラフである。4 is a graph showing the relationship between ammonia pressure and equilibrium temperature in the chemical heat storage material of the second heat exchange reactor 30. 本発明の第1実施形態の放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。It is a flowchart which shows the thermal radiation thermal storage cycle control routine of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイスを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the NH3 storage / transport device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る第1の熱交換型反応器及び第2の熱交換型反応器を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the 1st heat exchange type reactor and 2nd heat exchange type reactor which concern on another embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態では、NH3蓄積・輸送デバイスに本発明の熱輸送装置を適用した場合を例に説明する。   Hereinafter, in the embodiment of the present invention, a case where the heat transport apparatus of the present invention is applied to an NH3 storage / transport device will be described as an example.

(第1実施形態)
本発明のNH3蓄積・輸送デバイスの第1実施形態を、図1〜図12を参照して説明する。本実施形態では、吸着器としての第1の熱交換型反応器の物理吸着材として活性炭を、蓄熱反応器としての第2の熱交換型反応器の化学蓄熱材として塩化マグネシウム(MgCl)を用い、第1の熱交換型反応器の熱媒体流路に供給される熱媒体として水蒸気(水)及び外気を用いたNH3蓄積・輸送デバイスを一例に詳細に説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the NH3 storage / transport device of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, activated carbon is used as a physical adsorbent for the first heat exchange reactor as the adsorber, and magnesium chloride (MgCl 2 ) is used as the chemical heat storage material for the second heat exchange reactor as the heat storage reactor. An NH3 accumulation / transport device using steam (water) and outside air as the heat medium used and supplied to the heat medium flow path of the first heat exchange reactor will be described in detail as an example.

本実施形態のNH3蓄積・輸送デバイス100は、図1に示すように、蒸発器10と、物理吸着材を有する第1の熱交換型反応器20と、化学蓄熱材を有する第2の熱交換型反応器30と、第1の熱交換型反応器20から排出された流体(水蒸気)を凝縮する凝縮器40と、凝縮器40から供給された水を貯蔵する水タンク41と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the NH 3 storage / transport device 100 of the present embodiment includes an evaporator 10, a first heat exchange reactor 20 having a physical adsorbent, and a second heat exchange having a chemical heat storage material. A reactor 40, a condenser 40 that condenses the fluid (water vapor) discharged from the first heat exchange reactor 20, and a water tank 41 that stores the water supplied from the condenser 40. Yes.

水蒸気とは、気体の状態になっている水、及びこれが空気中で凝結して細かい水滴となったものを包含する意味である。   The water vapor is meant to include water in a gaseous state and water condensed into fine water droplets in the air.

蒸発器10は、排熱源からの排熱を利用して、水を気化し、気化して生成された流体である水蒸気を供給可能に第1の熱交換型反応器20と接続されている。具体的には、蒸発器10には、3方バルブV1に一端が接続された流通配管11の他端が接続されており、蒸発器10は、流通配管11及び3方バルブV1に一端が接続された流通配管12を介して第1の熱交換型反応器20と連通されている。また、蒸発器10は、第2の熱交換型反応器30と接続されている。具体的には、蒸発器10は、バルブV5を有する流通配管14を介して第2の熱交換型反応器30と連通されている。   The evaporator 10 is connected to the first heat exchange reactor 20 so as to be able to supply water vapor, which is a fluid generated by vaporizing water using the exhaust heat from the exhaust heat source. Specifically, the evaporator 10 is connected to the other end of a flow pipe 11 having one end connected to the three-way valve V1, and the evaporator 10 has one end connected to the flow pipe 11 and the three-way valve V1. The first heat exchange reactor 20 is communicated with the flow pipe 12 thus formed. The evaporator 10 is connected to the second heat exchange type reactor 30. Specifically, the evaporator 10 is communicated with the second heat exchange type reactor 30 through the circulation pipe 14 having the valve V5.

3方バルブV1は、温度調整機構として、蒸発器10から供給される水蒸気、及び流通配管15から供給される外気を切り換えて、第1の熱交換型反応器20へ供給する。   The three-way valve V <b> 1 switches the water vapor supplied from the evaporator 10 and the outside air supplied from the circulation pipe 15 as a temperature adjustment mechanism, and supplies the water to the first heat exchange reactor 20.

凝縮器40は、第1の熱交換型反応器20からの水蒸気の供給が可能に接続されており、第1の熱交換型反応器20から供給された水蒸気を凝縮する。具体的には、凝縮器40には、バルブV4を有する流通配管45の一端が接続されている。凝縮器40は、流通配管45を介して第1の熱交換型反応器20と連通されており、第1の熱交換型反応器20から流通配管45を通じて排出された水蒸気が凝縮器40に回収されるようになっている。   The condenser 40 is connected so as to be able to supply water vapor from the first heat exchange reactor 20, and condenses the water vapor supplied from the first heat exchange reactor 20. Specifically, one end of a distribution pipe 45 having a valve V4 is connected to the condenser 40. The condenser 40 is communicated with the first heat exchange type reactor 20 through the circulation pipe 45, and the water vapor discharged from the first heat exchange type reactor 20 through the circulation pipe 45 is collected in the condenser 40. It has come to be.

また、凝縮器40には、流通配管43の一端が接続されており、凝縮器40は、流通配管43によって水タンク41と連通されている。水タンク41は、ポンプPを有する流通配管44の一端が接続されており、水タンク41は、流通配管44によって蒸発器10と連通されている。凝縮器40で水蒸気が凝縮されて液化した水は、水タンク41に貯蔵され、水タンク41に貯蔵された水は、ポンプPを駆動させることで流通配管44を通じて蒸発器10に供給される。   Further, one end of a circulation pipe 43 is connected to the condenser 40, and the condenser 40 is communicated with the water tank 41 by the circulation pipe 43. One end of a distribution pipe 44 having a pump P is connected to the water tank 41, and the water tank 41 is communicated with the evaporator 10 through the distribution pipe 44. The water that is condensed and liquefied by the water vapor in the condenser 40 is stored in the water tank 41, and the water stored in the water tank 41 is supplied to the evaporator 10 through the distribution pipe 44 by driving the pump P.

第1の熱交換型反応器20は、バルブV4を有するアンモニア配管42を介して、第2の熱交換型反応器30と接続されている。   The first heat exchange reactor 20 is connected to the second heat exchange reactor 30 via an ammonia pipe 42 having a valve V4.

図2は、第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30の構成を模式的に示した図である。また、図3は、図2における第1の熱交換型反応器20を模式的に示した図である。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30. FIG. 3 is a diagram schematically showing the first heat exchange reactor 20 in FIG.

図3に示すように、第1の熱交換型反応器20は、筐体22と、筐体22に設けられた複数の熱媒体流路26と、筐体22に設けられた複数の反応室24と、各反応室24内に収納され、吸着材を含む積層体25と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 3, the first heat exchange reactor 20 includes a housing 22, a plurality of heat medium channels 26 provided in the housing 22, and a plurality of reaction chambers provided in the housing 22. 24 and a laminated body 25 housed in each reaction chamber 24 and containing an adsorbent.

筐体22内では、反応室24と熱媒体流路26とが交互に配置され、かつ、2つの熱媒体流路26が最も外側となるように配置されている。反応室24と熱媒体流路26とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給される熱媒体M1と反応室24内の吸着材成形体との間で熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室24、熱媒体流路26は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、第1の熱交換型反応器20は、反応室24の開口方向(アンモニアの流れ方向)と熱媒体流路26の開口方向(熱媒体の流れ方向)とが側面視で直交する、直交流型の熱交換型反応器として構成されている。   In the housing 22, the reaction chambers 24 and the heat medium flow paths 26 are alternately arranged, and the two heat medium flow paths 26 are arranged on the outermost side. The reaction chamber 24 and the heat medium flow path 26 are separated from each other with a partition wall therebetween. With these configurations, heat exchange can be performed between the heat medium M1 supplied from the outside and the adsorbent molded body in the reaction chamber 24. In this embodiment, the reaction chamber 24 and the heat medium flow path 26 are each a prismatic space having a flat rectangular opening end. In this embodiment, in the first heat exchange reactor 20, the opening direction of the reaction chamber 24 (ammonia flow direction) and the opening direction of the heat medium flow channel 26 (heat medium flow direction) are orthogonal in a side view. It is configured as a cross-flow type heat exchange reactor.

本発明における反応器は、第1の熱交換型反応器20の例のように、前記吸着材が収納された反応室を2つ以上有し、前記熱媒体流路が少なくとも前記反応室間に配置された構成であることが好ましく、2つ以上の反応室と2つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。   As in the example of the first heat exchange reactor 20, the reactor in the present invention has two or more reaction chambers containing the adsorbent, and the heat medium flow path is at least between the reaction chambers. It is preferable that the configuration is an arrangement in which two or more reaction chambers and two or more heat medium flow paths are provided, and the reaction chambers and the heat medium flow paths are alternately arranged. preferable.

第1の熱交換型反応器20における反応室24や熱媒体流路26の個数には特に限定はなく、第1の熱交換型反応器20に対し入出力する熱量や、吸着材成形体の伝熱面の面積(反応室内壁との接触面積)を考慮して適宜設定できる。   There are no particular limitations on the number of reaction chambers 24 and heat medium flow paths 26 in the first heat exchange reactor 20, and the amount of heat input to and output from the first heat exchange reactor 20 and the adsorbent molded body It can be set as appropriate in consideration of the area of the heat transfer surface (contact area with the reaction chamber wall).

また、筐体22の材質としては、金属(例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等)等の熱伝導性の高く、アンモニア耐食性のある材質が好適である。   Moreover, as a material of the housing | casing 22, the material with high heat conductivity, such as a metal (for example, stainless steel, aluminum, aluminum alloy etc.), and ammonia corrosion resistance is suitable.

図3に示すように、積層体25は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが吸着されるときに放熱する2枚の吸着材成形体(吸着材成形体21A及び吸着材成形体21B;以下、これらをまとめて「吸着材成形体21A及び21B」ともいう)と、吸着材成形体21A及び21Bに挟持された支持体23と、から構成されている。図3では、積層体25の構成を見やすくするために、吸着材成形体21Aと、支持体23と、吸着材成形体21Bと、を分離して図示している。   As shown in FIG. 3, the laminated body 25 has two adsorbent molded bodies (adsorbent molded body 21A and adsorbent molded body 21B) that store heat when ammonia is desorbed and dissipate heat when ammonia is adsorbed. Hereinafter, these are collectively referred to as “adsorbent molded bodies 21A and 21B”) and a support 23 sandwiched between the adsorbent molded bodies 21A and 21B. In FIG. 3, the adsorbent molded body 21 </ b> A, the support body 23, and the adsorbent molded body 21 </ b> B are illustrated separately in order to make the configuration of the laminated body 25 easier to see.

但し、本発明における積層体の構成としては、このような吸着材成形体/支持体/吸着材成形体の3層構成を少なくとも有する構成であればよく、3層構成以外にも、例えば、吸着材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が吸着材成形体であるその他の構成(例えば、吸着材成形体/支持体/吸着材成形体/支持体/吸着材成形体の5層構成、等)であってもよい。   However, the configuration of the laminated body in the present invention may be a configuration having at least a three-layer configuration of such an adsorbent molded body / support / adsorbent molded body. Other configurations in which the molded material and the support are alternately arranged and the outermost layer is an adsorbent molded product (for example, an adsorbent molded product / support / adsorbent molded product / support / adsorbent molded product) 5 layers structure, etc.).

吸着材成形体21A及び21Bは、それぞれ、吸熱反応によりアンモニアが脱離するときに蓄熱し、発熱反応によってアンモニアが吸着されるときに放熱する吸着材を含む。   The adsorbent molded bodies 21A and 21B each include an adsorbent that stores heat when ammonia is desorbed by an endothermic reaction and dissipates heat when ammonia is adsorbed by an exothermic reaction.

なお、本発明において反応器に収納される吸着材としては、吸着材成形体(例えば、吸着材成形体21A及び21B)に限定されるものではなく粉末の吸着材を用いることもできるが、反応器における熱交換の効率をより向上させる観点からは、吸着材成形体であることが好ましい。   In the present invention, the adsorbent housed in the reactor is not limited to the adsorbent molded body (for example, the adsorbent molded bodies 21A and 21B), and a powder adsorbent may be used. From the viewpoint of further improving the efficiency of heat exchange in the vessel, an adsorbent molded body is preferable.

第1の熱交換型反応器20の吸着材は、物理吸着によりアンモニアを吸着する物理吸着材である。一方、第2の熱交換型反応器30の蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを吸着する化学蓄熱材である。なお、第2の熱交換型反応器30の蓄熱材は、物理吸着によりアンモニアを吸着する物理吸着材であってもよい。   The adsorbent of the first heat exchange reactor 20 is a physical adsorbent that adsorbs ammonia by physical adsorption. On the other hand, the heat storage material of the second heat exchange reactor 30 is a chemical heat storage material that adsorbs ammonia by a coordination reaction. Note that the heat storage material of the second heat exchange reactor 30 may be a physical adsorbent that adsorbs ammonia by physical adsorption.

本発明における吸着材の好ましい形態の詳細については後述する。   Details of the preferred form of the adsorbent in the present invention will be described later.

支持体23としては、支持体23の面に沿った方向(例えば、図3中の白抜き矢印の方向)にアンモニアガスを流通させることができる支持体を用いることが好ましい。これにより、2枚の吸着材成形体間にアンモニア蒸気の流路を確保することができるので、アンモニア配管42から供給されたアンモニアガス(NH)を、吸着材成形体21A及び21Bの広い範囲に供給できる。更に、吸着材成形体21A及び21Bの広い範囲に吸着したアンモニアを支持体23を介してアンモニア配管42に向けて放出することができる。 As the support 23, it is preferable to use a support that can circulate ammonia gas in a direction along the surface of the support 23 (for example, a direction of a white arrow in FIG. 3). Thereby, since the flow path of ammonia vapor can be secured between the two adsorbent molded bodies, the ammonia gas (NH 3 ) supplied from the ammonia pipe 42 can be used in a wide range of the adsorbent molded bodies 21A and 21B. Can supply. Furthermore, ammonia adsorbed in a wide range of the adsorbent molded bodies 21A and 21B can be discharged toward the ammonia pipe 42 via the support 23.

このような支持体23として、具体的には、波型プレート又は多孔体プレートを用いることが好ましい。   Specifically, it is preferable to use a corrugated plate or a porous plate as the support 23.

支持体23として多孔体プレートを用いた場合には、多孔体プレート内をアンモニアが通過する。   When a porous plate is used as the support 23, ammonia passes through the porous plate.

支持体23として波型プレートを用いた場合には、波型プレートとの吸着材成形体との間に生じる隙間をアンモニアガスが通過する。   When a corrugated plate is used as the support 23, the ammonia gas passes through a gap formed between the corrugated plate and the adsorbent molded body.

図4は、特に、支持体23として波型プレートを用いた場合における第1の熱交換型反応器20及び第1の熱交換型反応器20内に収納される積層体25を概念的に示した図である。支持体23である波型プレート以外の構成は図2と同様である。   FIG. 4 conceptually shows the first heat exchange reactor 20 and the stacked body 25 accommodated in the first heat exchange reactor 20 particularly when a corrugated plate is used as the support 23. It is a figure. The configuration other than the corrugated plate as the support 23 is the same as that shown in FIG.

支持体23として波型プレートを用いた場合は、積層体25における波型プレートと吸着材成形体21A及び21Bとの間に生じる隙間をアンモニアが通過する(図4中の白抜き矢印の方向)。   When a corrugated plate is used as the support 23, ammonia passes through a gap generated between the corrugated plate and the adsorbent molded bodies 21A and 21B in the laminate 25 (in the direction of the white arrow in FIG. 4). .

また、図2に示すように、第1の熱交換型反応器20とアンモニア配管42とは、第1の熱交換型反応器20中の複数の反応室24とアンモニア配管42とを気密状態で連通するヘッダ部材28(例えば、マニホールド等)を介して接続されている。これにより、複数の反応室24とアンモニア配管42との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。   In addition, as shown in FIG. 2, the first heat exchange reactor 20 and the ammonia pipe 42 are configured so that the plurality of reaction chambers 24 and the ammonia pipe 42 in the first heat exchange reactor 20 are in an airtight state. They are connected via a header member 28 (for example, a manifold) that communicates. Thereby, ammonia can be circulated between the plurality of reaction chambers 24 and the ammonia pipe 42 in an airtight state.

なお、図2では、第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材28、下記ヘッダ部材29A、下記ヘッダ部材29B、下記ヘッダ部材38、下記ヘッダ部材39A、下記ヘッダ部材39B、下記流通配管12、下記流通配管45、下記流通配管14、及び下記熱媒体配管37Bを、二点鎖線で表している(後述の図14も同様である)。   In FIG. 2, in order to make the configuration of the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30 easier to see, the header member 28, the following header member 29A, the following header member 29B, and the following header The member 38, the following header member 39 </ b> A, the following header member 39 </ b> B, the following distribution pipe 12, the following distribution pipe 45, the following distribution pipe 14, and the following heat medium pipe 37 </ b> B are represented by two-dot chain lines (the same applies to FIG. 14 described later). Is).

また、図2に示すように、第1の熱交換型反応器20は、ヘッダ部材29A(例えば、マニホールド等)を介して流通配管12に接続されるとともに、ヘッダ部材29B(例えば、マニホールド等)を介して流通配管45に接続されている。第1の熱交換型反応器20内の複数の熱媒体流路26は、該ヘッダ部材29Aにより気密状態で流通配管12に連通されるとともに、該ヘッダ部材29Bにより気密状態で流通配管45に連通されている。これにより、流通配管12及び流通配管45を通じ、第1の熱交換型反応器20内の熱媒体流路26と、蒸発器10及び凝縮器40との間で熱媒体M1を流通できるようになっている。   Further, as shown in FIG. 2, the first heat exchange reactor 20 is connected to the flow pipe 12 via a header member 29A (for example, a manifold) and a header member 29B (for example, a manifold). It is connected to the distribution pipe 45 via The plurality of heat medium flow paths 26 in the first heat exchange type reactor 20 are communicated with the circulation pipe 12 in an airtight state by the header member 29A, and communicated with the circulation pipe 45 in an airtight state by the header member 29B. Has been. Accordingly, the heat medium M1 can be circulated between the heat medium flow path 26 in the first heat exchange type reactor 20, the evaporator 10 and the condenser 40 through the distribution pipe 12 and the distribution pipe 45. ing.

熱媒体M1としては、エタノール、メタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができ、エタノール、メタノール、水などの低沸点冷媒を用いることが好ましい。本実施の形態では、熱媒体M1として、水を用いる場合を例に説明する。   As the heat medium M1, a fluid usually used as a heat medium such as alcohol such as ethanol and methanol, water, oils, and a mixture thereof can be used, and a low boiling point refrigerant such as ethanol, methanol, and water can be used. preferable. In the present embodiment, a case where water is used as the heat medium M1 will be described as an example.

図2に示すように、アンモニア配管42にはバルブV4(弁)が設けられており、バルブV4の開閉によりアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、第1の熱交換型反応器20側のアンモニア圧と第2の熱交換型反応器30側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。即ち、バルブV4を閉じた状態を維持することによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後バルブV4を開くことにより一方の熱交換型反応器側から他方の熱交換型反応器側にアンモニアを輸送できる。このようにして、一方の熱交換型反応器側に蓄熱された熱を、他方の熱交換型反応器側で効率よく利用することができる。   As shown in FIG. 2, the ammonia pipe 42 is provided with a valve V4 (valve), and the difference in ammonia pressure can be adjusted by opening and closing the valve V4. Thereby, the difference between the ammonia pressure on the first heat exchange reactor 20 side and the ammonia pressure on the second heat exchange reactor 30 side can be more effectively maintained. That is, the difference in ammonia pressure can be maintained for a long time by maintaining the valve V4 in the closed state, and then the one heat exchange reactor side to the other heat exchange reactor side by opening the valve V4. Can transport ammonia. In this way, the heat stored on one heat exchange reactor side can be efficiently utilized on the other heat exchange reactor side.

図2に示すように、第2の熱交換型反応器30も第1の熱交換型反応器20と同様に、筐体32に、複数の反応室34と、各反応室34内に収納された積層体35と、複数の熱媒体流路36と、が設けられた熱交換型反応器となっている。積層体35の構成及び第2の熱交換型反応器30内の構成については、それぞれ、積層体25の構成及び第1の熱交換型反応器20内の構成と同様である。   As shown in FIG. 2, the second heat exchange reactor 30 is also housed in a housing 32, a plurality of reaction chambers 34, and each reaction chamber 34, similarly to the first heat exchange reactor 20. The heat exchanger is provided with a stacked body 35 and a plurality of heat medium flow paths 36. The configuration of the stacked body 35 and the configuration in the second heat exchange reactor 30 are the same as the configuration of the stack 25 and the configuration in the first heat exchange reactor 20, respectively.

また、第2の熱交換型反応器30は、ヘッダ部材39Aを介して流通配管14に接続されるとともに、ヘッダ部材39Bを介して熱媒体配管37Bに接続されている。第1の熱交換型反応器30内の複数の熱媒体流路36は、該ヘッダ部材39Aにより気密状態で流通配管14に連通されるとともに、該ヘッダ部材39Bにより気密状態で熱媒体配管37Bに連通されている。これにより、流通配管14及び熱媒体配管37Bを通じ、第2の熱交換型反応器30内の熱媒体流路36とNH3蓄積・輸送デバイス100の外部(以下、単に「外部」や「系外」ともいう)との間で熱媒体M2を流通できるようになっている。   The second heat exchange type reactor 30 is connected to the distribution pipe 14 via the header member 39A, and is connected to the heat medium pipe 37B via the header member 39B. The plurality of heat medium flow paths 36 in the first heat exchange type reactor 30 are communicated with the circulation pipe 14 in an airtight state by the header member 39A, and are connected to the heat medium pipe 37B in an airtight state by the header member 39B. It is communicated. Thereby, the heat medium flow path 36 in the second heat exchange reactor 30 and the outside of the NH 3 accumulation / transport device 100 (hereinafter simply referred to as “external” or “external”) through the distribution pipe 14 and the heat medium pipe 37B. The heat medium M2 can be circulated with the other.

熱媒体M2としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。本実施の形態では、熱媒体M2として、水を用いる場合を例に説明する。また、熱媒体M1の流通経路と熱媒体M2の流通経路とは、互いに独立している。   As the heat medium M2, a fluid usually used as a heat medium, such as alcohol such as ethanol, water, oils, a mixture thereof, or the like can be used. In the present embodiment, a case where water is used as the heat medium M2 will be described as an example. Further, the distribution path of the heat medium M1 and the distribution path of the heat medium M2 are independent of each other.

また、NH3蓄積・輸送デバイス100には、装置内にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段(不図示)や、装置内を排気するための排気手段(不図示)、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段(不図示)等が接続されていてもよい。   The NH3 storage / transport device 100 also measures ammonia supply means (not shown) for supplying ammonia into the apparatus, exhaust means (not shown) for exhausting the inside of the apparatus, and ammonia pressure in the apparatus. A pressure measuring means (not shown) or the like may be connected.

第1の熱交換型反応器20の熱媒体流路26は、図5(A)に示すように、蒸発器10から供給された熱媒体M1を凝縮し、液保持させるための液保持機構26Aを有している。液保持機構26Aとして、例えば、凝縮液の表面張力を利用した液保持機構(ディンプル/多孔体)を用いる。なお、図5(B)に示すように、液保持機構26Aとして、重力を利用した液保持機構(ポケット)を用いてもよい。   As shown in FIG. 5A, the heat medium flow path 26 of the first heat exchange type reactor 20 condenses the heat medium M1 supplied from the evaporator 10 to hold the liquid, which is a liquid holding mechanism 26A. have. As the liquid holding mechanism 26A, for example, a liquid holding mechanism (dimple / porous body) using the surface tension of the condensed liquid is used. As shown in FIG. 5B, a liquid holding mechanism (pocket) using gravity may be used as the liquid holding mechanism 26A.

次に、第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30との間で行われる熱輸送の例について説明する。   Next, an example of heat transport performed between the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30 will be described.

(放熱モード)
まず、第1の熱交換型反応器20に供給された熱を第2の熱交換型反応器30に輸送し、輸送された熱を第2の熱交換型反応器30から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第1の熱交換型反応器20を熱入力側の反応器とし、第2の熱交換型反応器30を熱出力側の反応器としている。
(Heat release mode)
First, the heat supplied to the first heat exchange reactor 20 is transported to the second heat exchange reactor 30 and the transported heat is radiated from the second heat exchange reactor 30 to the outside. An example of usage will be described. In this example, the first heat exchange type reactor 20 is a heat input side reactor, and the second heat exchange type reactor 30 is a heat output side reactor.

この一例では、まず初期状態として、アンモニアを第1の熱交換型反応器20側に集め、第1の熱交換型反応器20における吸着材にアンモニアが吸着された状態にし、その後バルブV4を閉じる。初期状態とする具体的な方法の例は、後述する「再生」の方法と同様である。   In this example, first, as an initial state, ammonia is collected on the first heat exchange reactor 20 side, the ammonia is adsorbed on the adsorbent in the first heat exchange reactor 20, and then the valve V4 is closed. . An example of a specific method for setting the initial state is the same as the “reproduction” method described later.

そして、図6に示すように、第1の熱交換型反応器20に、3方バルブV1により、蒸発器10から供給された高温の熱媒体M1を流通させることにより、熱を供給する。   Then, as shown in FIG. 6, heat is supplied to the first heat exchange reactor 20 by circulating the high-temperature heat medium M1 supplied from the evaporator 10 through the three-way valve V1.

第2の熱交換型反応器30には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体M2を流通させる。   In the second heat exchange type reactor 30, a heat medium M2 for releasing heat toward an external heat utilization target is circulated.

この状態では、第1の熱交換型反応器20側のアンモニア圧が第2の熱交換型反応器30側のアンモニア圧よりも高くなっている。バルブV4を閉じた状態を維持することで、第1の熱交換型反応器20側と第2の熱交換型反応器30側とのアンモニア圧の差を長時間保持することができる。   In this state, the ammonia pressure on the first heat exchange reactor 20 side is higher than the ammonia pressure on the second heat exchange reactor 30 side. By keeping the valve V4 closed, the difference in ammonia pressure between the first heat exchange reactor 20 side and the second heat exchange reactor 30 side can be maintained for a long time.

次に、バルブV4を開くと、アンモニア圧が高い第1の熱交換型反応器20から、相対的にアンモニア圧が低い第2の熱交換型反応器30に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第1の熱交換型反応器20では、吸熱反応によって第1の熱交換型反応器20中の吸着材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第1の熱交換型反応器20への上記高温の熱媒体M1の流通を維持することにより(即ち、第1の熱交換型反応器20への熱の供給を維持することにより)行われる。   Next, when the valve V4 is opened, ammonia is transported from the first heat exchange reactor 20 having a high ammonia pressure toward the second heat exchange reactor 30 having a relatively low ammonia pressure. At this time, in the first heat exchange reactor 20, ammonia is desorbed from the adsorbent in the first heat exchange reactor 20 by an endothermic reaction. The endothermic reaction is maintained by maintaining the flow of the high-temperature heat medium M1 to the first heat exchange reactor 20 (that is, maintaining the supply of heat to the first heat exchange reactor 20). Done).

また、第1の熱交換型反応器20の熱媒体流路26では、図7に示すように、供給された熱媒体M1が凝縮され、液保持機構26Aによって保持される。   Further, in the heat medium flow path 26 of the first heat exchange type reactor 20, as shown in FIG. 7, the supplied heat medium M1 is condensed and held by the liquid holding mechanism 26A.

上記アンモニアの輸送により第2の熱交換型反応器30に到達したアンモニアは、第2の熱交換型反応器30における反応室34内の蓄熱材に、発熱反応により吸着される。この発熱反応により熱媒体M2が加熱され、加熱された熱媒体M2が外部の加熱対象に向けて放熱される。   The ammonia that has reached the second heat exchange reactor 30 by the transport of the ammonia is adsorbed on the heat storage material in the reaction chamber 34 of the second heat exchange reactor 30 by an exothermic reaction. The heat medium M2 is heated by this exothermic reaction, and the heated heat medium M2 is radiated toward an external heating target.

以上のようにして、第1の熱交換型反応器20から第2の熱交換型反応器30へのアンモニアの輸送に伴い、第1の熱交換型反応器20に供給された熱が、第2の熱交換型反応器30側に輸送され、第2の熱交換型反応器30から放熱される。   As described above, accompanying the transport of ammonia from the first heat exchange reactor 20 to the second heat exchange reactor 30, the heat supplied to the first heat exchange reactor 20 is changed to the first heat exchange reactor 20. 2 is transferred to the heat exchange reactor 30 side and is radiated from the second heat exchange reactor 30.

(蓄熱モード)
上記の放熱が継続されて第1の熱交換型反応器20内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第1の熱交換型反応器20側に集め、第1の熱交換型反応器20における吸着材成形体21A及び21Bにアンモニアを吸着させることにより、初期状態に再生させる。
(Heat storage mode)
When the above heat radiation is continued and ammonia in the first heat exchange reactor 20 is reduced, the ammonia in the system is collected again on the first heat exchange reactor 20 side, and the first heat exchange reactor 20 is collected. By adsorbing ammonia to the adsorbent molded bodies 21A and 21B in the mold reactor 20, it is regenerated to the initial state.

再生の具体的な方法の例としては、バルブV4を開いた状態で、図8に示すように、3方バルブV1により、第1の熱交換型反応器20へ外気を供給し、第2の熱交換型反応器30における熱媒体流路36に高温(例えば、160℃)に維持された熱媒体M2を流通させる。   As an example of a specific method of regeneration, with the valve V4 opened, as shown in FIG. 8, outside air is supplied to the first heat exchange reactor 20 through the three-way valve V1, The heat medium M2 maintained at a high temperature (for example, 160 ° C.) is circulated through the heat medium flow path 36 in the heat exchange type reactor 30.

これにより、吸熱反応によって第2の熱交換型反応器30からアンモニアが脱離するとともに、第2の熱交換型反応器30側から第1の熱交換型反応器20側にアンモニアが輸送される。   Thereby, ammonia is desorbed from the second heat exchange reactor 30 by an endothermic reaction, and ammonia is transported from the second heat exchange reactor 30 side to the first heat exchange reactor 20 side. .

第1の熱交換型反応器20に到達したアンモニアは、第1の熱交換型反応器20における反応室24内の吸着材成形体21A及び21Bに発熱反応により吸着される。このとき、第1の熱交換型反応器20の熱媒体流路26では、図9に示すように、液保持機構26Aによって保持された、凝縮された熱媒体M1が、外気によって冷却され、潜熱冷却によって、第1の熱交換型反応器20が外気温以下に冷却される。   The ammonia that has reached the first heat exchange reactor 20 is adsorbed by the exothermic moldings 21A and 21B in the reaction chamber 24 of the first heat exchange reactor 20 by an exothermic reaction. At this time, in the heat medium flow path 26 of the first heat exchange reactor 20, as shown in FIG. 9, the condensed heat medium M1 held by the liquid holding mechanism 26A is cooled by the outside air, and latent heat is generated. By cooling, the first heat exchange reactor 20 is cooled below the ambient temperature.

この発熱反応の維持は、例えば、第1の熱交換型反応器20への外気の供給を維持することにより行われる。   This exothermic reaction is maintained, for example, by maintaining the supply of outside air to the first heat exchange reactor 20.

NH3蓄積・輸送デバイス100では、上記の放熱モード及び蓄熱モードを繰り返し行うことができる。   In the NH3 storage / transport device 100, the above heat dissipation mode and heat storage mode can be repeated.

以上の実施形態の例で説明したように、本発明のNH3蓄積・輸送デバイス100は、2つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。   As described in the above embodiments, the NH3 storage / transport device 100 of the present invention transports ammonia from one to the other by utilizing the difference in ammonia pressure generated between two or more reactors. It is a device that transports heat.

図10は、第1の熱交換型反応器20の物理吸着材(例えば、活性炭)における温度依存性を示す、アンモニア(NH)圧力とアンモニア吸着量との関係を表すグラフである。上記図10において、A点は、蓄熱モードでのアンモニア再生に必要な最大圧力(250kPa)を示し、B点は、放熱モードでのアンモニア供給可能な最低圧力900kPaを示す。 FIG. 10 is a graph showing the temperature dependence of the physical adsorbent (for example, activated carbon) of the first heat exchange reactor 20 and showing the relationship between the ammonia (NH 3 ) pressure and the ammonia adsorption amount. In FIG. 10, point A represents the maximum pressure (250 kPa) required for ammonia regeneration in the heat storage mode, and point B represents the minimum pressure 900 kPa at which ammonia can be supplied in the heat release mode.

図11は、第2の熱交換型反応器30の化学蓄熱材(例えば、MgCl)における、アンモニア(NH)圧力と平衡温度との関係を表すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the ammonia (NH 3 ) pressure and the equilibrium temperature in the chemical heat storage material (for example, MgCl 2 ) of the second heat exchange reactor 30.

外気温度よりも高温の、蒸発器10から供給される熱媒体M1(水蒸気)により、第1の熱交換型反応器20を昇温可能である。蒸気加熱であるため、顕熱加熱に比べて急速な加熱が可能となる。また、第1の熱交換型反応器20は、NH3相対圧力で作動圧力が決まり、第2の熱交換型反応器30は、NH3の作動圧力で昇温上限温度が決まる。そのため、第1の熱交換型反応器20を高温化することで作動圧力が上がり(上記図10参照)、蓄熱反応器を高温化することが可能となる(上記図11参照)。   The temperature of the first heat exchange reactor 20 can be increased by the heat medium M1 (water vapor) supplied from the evaporator 10 that is higher than the outside air temperature. Since it is steam heating, rapid heating is possible compared to sensible heat heating. In the first heat exchange reactor 20, the operating pressure is determined by the NH3 relative pressure, and in the second heat exchange reactor 30, the temperature increase upper limit temperature is determined by the NH3 operating pressure. Therefore, the operating pressure increases by increasing the temperature of the first heat exchange reactor 20 (see FIG. 10 above), and the temperature of the heat storage reactor can be increased (see FIG. 11 above).

このように、第2の熱交換型反応器30の放熱時(第1の熱交換型反応器20から第2の熱交換型反応器30ヘアンモニア供給時)に、第1の熱交換型反応器20を、蒸発器10により生成した高温蒸気により加熱し、アンモニア作動圧力を高圧化することで、第2の熱交換型反応器の昇温速度及び昇温幅を向上することが可能となる。   In this way, the first heat exchange reaction is performed when the second heat exchange reactor 30 is radiated (when ammonia is supplied from the first heat exchange reactor 20 to the second heat exchange reactor 30). By heating the reactor 20 with the high-temperature steam generated by the evaporator 10 and increasing the ammonia operating pressure, it is possible to improve the temperature increase rate and temperature increase range of the second heat exchange reactor. .

また、蒸気加熱時に生じた凝縮液を第1の熱交換型反応器20内部の熱媒体流路26の液保持機構26Aに液保持することが可能であるため、第2の熱交換型反応器の蓄熱時に第2の熱交換型反応器20の熱媒体流路26へ外気を供給することで外気温以下に潜熱冷却することが可能となる。第2の熱交換型反応器30の再生温度はアンモニアの作動圧力を低下することで低温化することが可能であり、潜熱冷却により外気温以下に冷却された第1の熱交換型反応器20により、より低温での蓄熱が可能となる。また、より低温の熱源でも迅速な第2の熱交換型反応器30の蓄熱が可能となる。   Further, since the condensate generated during the steam heating can be held in the liquid holding mechanism 26A of the heat medium flow path 26 inside the first heat exchange reactor 20, the second heat exchange reactor can be used. By supplying the outside air to the heat medium passage 26 of the second heat exchange reactor 20 during the heat storage, it becomes possible to cool the latent heat below the outside air temperature. The regeneration temperature of the second heat exchange reactor 30 can be lowered by lowering the operating pressure of ammonia, and the first heat exchange reactor 20 cooled below the ambient temperature by latent heat cooling. Thus, it is possible to store heat at a lower temperature. Further, the heat storage of the second heat exchange reactor 30 can be performed quickly even with a lower temperature heat source.

以上により、蓄熱温度よりも高温に昇温可能なNH3蓄積・輸送デバイスを構築することが可能となる。   As described above, it is possible to construct an NH 3 storage / transport device that can be heated to a temperature higher than the heat storage temperature.

(吸着材、蓄熱材)
次に、本発明における第1、第2の熱交換型反応器に収納される吸着材、蓄熱材の好ましい範囲について説明する。
(Adsorbent, heat storage material)
Next, preferable ranges of the adsorbent and the heat storage material accommodated in the first and second heat exchange reactors in the present invention will be described.

第2の熱交換型反応器に収納される蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材含むことが好ましい。   The heat storage material accommodated in the second heat exchange reactor preferably includes a chemical heat storage material that immobilizes ammonia by a coordination reaction.

前記化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、第2の熱交換型反応器における蓄熱密度をより高くすることができるので、熱輸送装置全体としての蓄熱密度をより高くすることができる。また、化学蓄熱材は物理吸着材と比較して種類による蓄熱温度の差が大きいことから、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された第2の熱交換型反応器を用いることで、化学蓄熱材の種類の選定により熱輸送装置の作動温度や作動アンモニア圧等の動作条件の選択の幅を広げることができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を広い範囲から選定できる。   Since the heat storage density in the second heat exchange reactor can be further increased by using the heat storage material including the chemical heat storage material, the heat storage density of the entire heat transport apparatus can be further increased. Moreover, since the chemical heat storage material has a large difference in the heat storage temperature depending on the type compared to the physical adsorption material, the chemical heat storage material can be used by using the second heat exchange reactor in which the heat storage material including the chemical heat storage material is stored. By selecting the type of material, the range of selection of operating conditions such as operating temperature and operating ammonia pressure of the heat transport device can be expanded. Therefore, the working ammonia pressure and the working temperature can be selected from a wide range according to the heat utilization target.

一方、第1の熱交換型反応器では、物理吸着材を含む吸着材を用いることで、反応器において、アンモニアの吸着及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体としての熱輸送の制御性がより向上する。   On the other hand, in the first heat exchange type reactor, the amount of heat required for adsorption and desorption of ammonia can be further reduced in the reactor by using an adsorbent containing a physical adsorbent. As a result, the controllability of heat transport is further improved.

このように、第1の熱交換型反応器における吸着材及び第2の熱交換型反応器における蓄熱材の組み合わせの選択により、反応器間での反応熱量の差により、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。   Thus, by selecting the combination of the adsorbent in the first heat exchange reactor and the heat storage material in the second heat exchange reactor, a large amount of heat can be obtained with a small heat input due to the difference in the amount of reaction heat between the reactors. Output can be obtained.

物理吸着材を含む第1の熱交換型反応器と、化学吸着材を含む第2の熱交換型反応器とを組み合わせた構成では、装置全体としては、化学蓄熱材を含む第2の熱交換型反応器によってより高い蓄熱密度が得られるとともに、物理吸着材を含む第1の熱交換型反応器によってアンモニアの吸着及び脱離の制御をより容易とすることができる。   In the configuration in which the first heat exchange type reactor including the physical adsorbent and the second heat exchange type reactor including the chemical adsorbent are combined, the entire apparatus includes the second heat exchange including the chemical heat storage material. A higher heat storage density can be obtained by the mold reactor, and the adsorption and desorption of ammonia can be more easily controlled by the first heat exchange reactor containing the physical adsorbent.

更に、上記の組み合わせた構成では、物理吸着材と比較してアンモニアの吸着及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの吸着及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、反応器間での反応熱量の差を利用して、物理吸着材を含む第1の熱交換型反応器側に小さい熱量の熱を供給する場合においても、化学蓄熱材を含む第2の熱交換型反応器側でより大きな熱量を放熱することができる。   Furthermore, in the above combined configuration, a chemical heat storage material having a large amount of heat required for adsorption and desorption of ammonia compared to a physical adsorbent, and an ammonia adsorption and desorption compared to a chemical heat storage material. And a physical adsorbent having a property of low heat. For this reason, even when a small amount of heat is supplied to the first heat exchange type reactor containing the physical adsorbent using the difference in the amount of reaction heat between the reactors, the second containing the chemical heat storage material. A larger amount of heat can be dissipated on the heat exchange type reactor side.

例えば、アンモニア1molの固定化及び脱離に要する熱量は、化学蓄熱材(例えば、LiCl、MgCl、CaCl、SrCl、BaCl、MnCl、CoCl、NiCl、等)では40kJ/mol〜60kJ/molであるのに対し、物理吸着材(例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、等)では、20kJ/mol〜30kJ/molである。 For example, the amount of heat required for immobilization and desorption of 1 mol of ammonia is 40 kJ / mol for a chemical heat storage material (for example, LiCl, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 , NiCl 2 , etc.). While it is ˜60 kJ / mol, it is 20 kJ / mol to 30 kJ / mol for a physical adsorbent (for example, activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, clay mineral, etc.).

−化学蓄熱材−
次に、前記化学蓄熱材の好ましい形態について更に詳細に説明する。
-Chemical heat storage material-
Next, the preferable form of the said chemical heat storage material is demonstrated in detail.

前記化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高くする観点からは、金属ハロゲン化物が好ましく、アルカリ金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、アルカリ土類金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、又は遷移金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物がより好ましく、LiCl、MgCl、CaCl、SrCl、BaCl、MnCl、CoCl、又はNiClが特に好ましい。 The chemical heat storage material is preferably a metal halide from the viewpoint of increasing the heat storage density in the reactor, and alkali metal chloride, bromide, iodide, alkaline earth metal chloride, bromide, iodide, Alternatively, transition metal chlorides, bromides, and iodides are more preferable, and LiCl, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , MnCl 2 , CoCl 2 , or NiCl 2 are particularly preferable.

前記金属ハロゲン化物は、一種単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。   The said metal halide may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該化学蓄熱材は蓄熱材中に、一種含まれていてもよいし二種以上含まれていてもよい。   When the heat storage material in this invention contains the said chemical heat storage material, this chemical heat storage material may be contained in the heat storage material 1 type, and may be contained 2 or more types.

本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は前記化学蓄熱材以外のその他の成分を含んでいてもよい。   When the heat storage material in this invention contains the said chemical heat storage material, this heat storage material may contain other components other than the said chemical heat storage material.

その他の成分としては、アルミナ、シリカ等のバインダー成分、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。   Examples of other components include binder components such as alumina and silica, and heat conduction aids such as carbon fibers.

但し、本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合において、蓄熱密度をより向上させる観点からは、蓄熱材中における前記化学蓄熱材の含有量は、60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。   However, when the heat storage material in the present invention includes the chemical heat storage material, from the viewpoint of further improving the heat storage density, the content of the chemical heat storage material in the heat storage material is preferably 60% by mass or more, and 80% by mass. The above is more preferable.

また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材(及び必要に応じバインダー等のその他の成分)を含む蓄熱材(又は該蓄熱材を含むスラリー)を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。   Moreover, when shape | molding the thermal storage material containing a chemical thermal storage material in a thermal storage material molded object, there is no limitation in particular about the shaping | molding method, For example, thermal storage material containing a chemical thermal storage material (and other components, such as a binder as needed) A method of molding (or slurry containing the heat storage material) by a known molding means such as pressure molding or extrusion molding may be used.

前記成形の圧力としては、例えば、20MPa〜100MPaが挙げられ、20MPa〜40MPaが好ましい。   Examples of the molding pressure include 20 MPa to 100 MPa, and 20 MPa to 40 MPa is preferable.

−物理吸着材−
次に、前記物理吸着材の好ましい形態について更に詳しく説明する。
−Physical adsorption material−
Next, the preferable form of the said physical adsorption material is demonstrated in detail.

前記物理吸着材としては、多孔体を用いることができる。   A porous body can be used as the physical adsorbent.

前記多孔体としては、物理吸着によるアンモニアの吸着及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、10nm以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。   The porous body is preferably a porous body having pores of 10 nm or less from the viewpoint of further improving the reactivity of adsorption and desorption of ammonia by physical adsorption.

前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、0.5nmが好ましい。   The lower limit of the pore size is preferably 0.5 nm from the viewpoint of production suitability and the like.

前記多孔体としては、同様の観点より、平均1次粒子径50μm以下の1次粒子が凝集して得られた1次粒子凝集体である多孔体が好ましい。   From the same viewpoint, the porous body is preferably a porous body that is a primary particle aggregate obtained by aggregating primary particles having an average primary particle diameter of 50 μm or less.

前記平均1次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、1μmが好ましい。   The lower limit of the average primary particle diameter is preferably 1 μm from the viewpoint of production suitability and the like.

前記多孔体の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。   Specific examples of the porous body include activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, clay mineral and the like.

前記活性炭としては、BET法による比表面積が800m/g以上2500m/g以下(より好ましくは1800m/g以上2500m/g以下)である活性炭が好ましい。 The activated carbon is preferably activated carbon having a specific surface area of 800 m 2 / g or more and 2500 m 2 / g or less (more preferably 1800 m 2 / g or more and 2500 m 2 / g or less) by the BET method.

前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物(架橋粘土鉱物)であってもよい。前記粘土鉱物としてはセピオライト等が挙げられる。   The clay mineral may be an uncrosslinked clay mineral or a crosslinked clay mineral (crosslinked clay mineral). Examples of the clay mineral include sepiolite.

本発明における吸着材が物理吸着材(好ましくは前記多孔体)を含む場合、該吸着材は、前記物理吸着材(好ましくは前記多孔体)を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。   When the adsorbent in the present invention includes a physical adsorbent (preferably the porous body), the adsorbent may include the physical adsorbent (preferably the porous body) alone or in combination of two or more. May be included.

本発明においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、物理吸着材(好ましくは前記多孔体)の種類を適宜選定することができる。   In the present invention, the type of the physical adsorbent (preferably the porous body) can be appropriately selected according to the operating ammonia pressure and the operating temperature.

物理吸着によるアンモニアの吸着及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、前記物理吸着材は活性炭を少なくとも含むことが好ましい。   From the viewpoint of further improving the reactivity of adsorption and desorption of ammonia by physical adsorption, the physical adsorbent preferably contains at least activated carbon.

本発明における吸着材が物理吸着材を含む場合において、前記吸着材中における物理吸着材の含有量は、アンモニアの吸着及び脱離の反応性をより高く維持する観点より、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。   In the case where the adsorbent in the present invention contains a physical adsorbent, the content of the physical adsorbent in the adsorbent is 80% by volume or more from the viewpoint of maintaining higher ammonia adsorption and desorption reactivity. It is preferably 90% by volume or more.

また、本発明における物理吸着材を含む吸着材を成形体(吸着材成形体)として用いる場合、該吸着材は、前記物理吸着材に加えてバインダーを含むことが好ましい。前記吸着材がバインダーを含むことにより、前記吸着材成形体の形状がより効果的に維持されるので、物理吸着によるアンモニアの吸着及び脱離の反応性がより向上する。   Moreover, when using the adsorption material containing the physical adsorption material in this invention as a molded object (adsorbent molded object), it is preferable that this adsorption material contains a binder in addition to the said physical adsorption material. When the adsorbent contains a binder, the shape of the adsorbent molded body is more effectively maintained, so that the reactivity of adsorption and desorption of ammonia by physical adsorption is further improved.

前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも1種であることが好ましい。   The binder is preferably at least one water-soluble binder.

前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、等が挙げられる。   Examples of the water-soluble binder include polyvinyl alcohol and trimethyl cellulose.

本発明における吸着材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、該吸着材中におけるバインダーの含有量は、前記吸着材成形体の形状をより効果的に維持する観点より、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましい。   When the adsorbent in the present invention contains a physical adsorbent and a binder, the content of the binder in the adsorbent is 5% by volume or more from the viewpoint of more effectively maintaining the shape of the adsorbent molded body. Is preferable, and it is more preferable that it is 10 volume% or more.

本発明における吸着材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、必要に応じ、前記物理吸着材及び前記バインダー以外のその他の成分を含んでいてもよい。   When the adsorbent in the present invention contains a physical adsorbent and a binder, the adsorbent may contain other components other than the physical adsorbent and the binder as necessary.

その他の成分としては、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。   Examples of other components include heat conduction auxiliary materials such as carbon fibers.

また、物理吸着材を含む吸着材を吸着材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、物理吸着材(及び必要に応じバインダー等のその他の成分)を含む吸着材(又は該吸着材を含むスラリー)を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。   In addition, when an adsorbent containing a physical adsorbent is formed into an adsorbent molded body, the molding method is not particularly limited. For example, an adsorbent containing a physical adsorbent (and other components such as a binder as required) is used. Examples thereof include a method of molding (or slurry containing the adsorbent) by known molding means such as pressure molding and extrusion molding.

前記成形の圧力としては、例えば、20MPa〜100MPaが挙げられ、20MPa〜40MPaが好ましい。   Examples of the molding pressure include 20 MPa to 100 MPa, and 20 MPa to 40 MPa is preferable.

(反応室の好ましい形態)
次に、第1、第2の熱交換型反応器における反応室(例えば、前記第1の熱交換型反応器20における反応室24、及び、前記第2の熱交換型反応器30における反応室34)の好ましい形態について、前記第1の熱交換型反応器20における反応室24を例として説明する。
(Preferred form of reaction chamber)
Next, reaction chambers in the first and second heat exchange reactors (for example, the reaction chamber 24 in the first heat exchange reactor 20 and the reaction chambers in the second heat exchange reactor 30). The preferred embodiment 34) will be described by taking the reaction chamber 24 in the first heat exchange reactor 20 as an example.

前記第1の熱交換型反応器20における反応室24は、内壁が前記吸着材成形体21A及び21Bとの接触部分を有していることが好ましい。より好ましくは、反応室24の内壁と、前記吸着材成形体21A及び21Bにおける一方の主面と、が接触している形態(即ち、吸着材成形体が、反応室の内壁と、支持体表面と、によって挟持されている形態)である。   The reaction chamber 24 in the first heat exchange reactor 20 preferably has an inner wall having a contact portion with the adsorbent molded bodies 21A and 21B. More preferably, the inner wall of the reaction chamber 24 is in contact with one main surface of the adsorbent moldings 21A and 21B (that is, the adsorbent molding is the inner wall of the reaction chamber and the surface of the support). And is sandwiched between the two).

即ち、吸着材成形体21A及び21Bが、それぞれ、反応室24の内壁及び支持体23の表面との接触を保った状態となっていることが好ましい。   That is, it is preferable that the adsorbent molded bodies 21A and 21B are in contact with the inner wall of the reaction chamber 24 and the surface of the support 23, respectively.

反応室24の内壁が前記吸着材成形体21A及び21Bとの接触部分を有する構成によれば、反応室24の内壁を通じ、第1の熱交換型反応器と吸着材成形体との間での熱交換をより効果的に行うことができる。また、一般に、吸着材成形体を繰り返し使用すると、アンモニアの吸着及び脱離により吸着材成形体が体積膨張収縮を繰り返し、吸着材成形体に割れ(クラックを含む)や微粉化が生じる場合があるが、上記構成によれば、この繰り返し使用時における吸着材成形体の割れ(クラックを含む)や微粉化をより効果的に抑制できる。   According to the configuration in which the inner wall of the reaction chamber 24 has a contact portion with the adsorbent molded bodies 21A and 21B, the first heat exchange reactor and the adsorbent molded body are passed through the inner wall of the reaction chamber 24. Heat exchange can be performed more effectively. In general, when the adsorbent molded body is repeatedly used, the adsorbent molded body repeatedly expands and contracts due to adsorption and desorption of ammonia, and the adsorbent molded body may be cracked (including cracks) or pulverized. However, according to the said structure, the crack (a crack is included) and pulverization of an adsorbent molded object at the time of this repeated use can be suppressed more effectively.

前記第2の熱交換型反応器30における反応室34の好ましい形態についても、前記第1の熱交換型反応器20における反応室24と同様である。   The preferable form of the reaction chamber 34 in the second heat exchange reactor 30 is the same as that of the reaction chamber 24 in the first heat exchange reactor 20.

制御装置90は、NH3蓄積・輸送デバイス100の全制御を担う制御部であり、3方バルブV1、バルブV3〜V5、ポンプP、及び外部熱源などと電気的に接続されており、3方バルブ、バルブやポンプ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。   The control device 90 is a control unit that performs overall control of the NH3 storage / transport device 100, and is electrically connected to the three-way valve V1, the valves V3 to V5, the pump P, an external heat source, and the like. It is configured to control the use of heat by controlling valves, pumps, heat sources and heat exchange.

次に、本実施形態のNH3蓄積・輸送デバイスを制御する制御部である制御装置90による制御ルーチンのうち、第1の熱交換型反応器20に水蒸気を供給して第2の熱交換型反応器30から放熱した後に蓄熱する放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを中心に図12を参照して説明する。   Next, in the control routine by the control device 90 which is a control unit for controlling the NH 3 accumulation / transport device of the present embodiment, the second heat exchange reaction is performed by supplying water vapor to the first heat exchange reactor 20. The heat dissipation heat storage cycle control routine for storing heat after radiating heat from the vessel 30 will be mainly described with reference to FIG.

本実施形態のNH3蓄積・輸送デバイスの起動スイッチのオンにより制御装置90の電源がオンされると、システムが起動され、第2の熱交換型反応器30からの放熱が要求されると、放熱蓄熱サイクル制御ルーチンが実行される。   When the control device 90 is turned on by turning on the start switch of the NH3 storage / transport device of the present embodiment, the system is started, and when heat dissipation from the second heat exchange reactor 30 is requested, heat dissipation is performed. A heat storage cycle control routine is executed.

本ルーチンが実行されると、まず、ステップ100において、流通配管45に取り付けられたバルブV3を開き、ポンプPの稼動を開始させる。   When this routine is executed, first, in step 100, the valve V3 attached to the distribution pipe 45 is opened, and the operation of the pump P is started.

そして、ステップ102において、蒸発器10に接続されている流通配管11を、第1の熱交換型反応器20に接続されている流通配管12と連通させるように、3方バルブV1を切り換えて、第1の熱交換型反応器20の加熱を開始する。   In step 102, the three-way valve V1 is switched so that the flow pipe 11 connected to the evaporator 10 communicates with the flow pipe 12 connected to the first heat exchange reactor 20. Heating of the first heat exchange reactor 20 is started.

そして、ステップ104において、アンモニア配管42に取り付けられたバルブV4を開き、第1の熱交換型反応器20から、第2の熱交換型反応器30へアンモニアを輸送させる。このとき、第2の熱交換型反応器30の蓄熱材に、アンモニアが吸着され、生じた吸着熱が、熱媒体M2を介して放熱される。   In Step 104, the valve V 4 attached to the ammonia pipe 42 is opened, and ammonia is transported from the first heat exchange reactor 20 to the second heat exchange reactor 30. At this time, ammonia is adsorbed to the heat storage material of the second heat exchange type reactor 30, and the generated heat of adsorption is dissipated through the heat medium M2.

次のステップ106において、ステップ100へ移行後の経過時間が所定時間(タイマ)Qに満たない状況にあるか否かが判定され、未だ時間Qが経過していないと判定されたときは、第1の熱交換型反応器20の吸着材がアンモニアを脱離できる状態にあるため、ステップ100〜104を継続する。一方、時間Qが経過したと判定されたときには、蓄熱モードに切り換えるため、ステップ108に移行する。 In the next step 106, the elapsed time after the transition to step 100 is whether the situation is less than the predetermined time (timer) Q 1 is determined, when it is determined that not yet time Q 1 is passed Since the adsorbent of the first heat exchange reactor 20 is in a state where ammonia can be desorbed, steps 100 to 104 are continued. On the other hand, when it is determined that the time Q 1 is passed, in order to switch to the heat storage mode, the process proceeds to step 108.

ステップ108において、流通配管45に取り付けられたバルブV3を閉じ、流通配管14に取り付けられたバルブV5を開き、第2の熱交換型反応器30の加熱を開始する。   In step 108, the valve V3 attached to the flow pipe 45 is closed, the valve V5 attached to the flow pipe 14 is opened, and heating of the second heat exchange reactor 30 is started.

そして、ステップ110において、外気を供給する流通配管15を、第1の熱交換型反応器20に接続されている流通配管12と連通させるように、3方バルブV1を切り換えて、第1の熱交換型反応器20の冷却を開始する。これにより、第2の熱交換型反応器30から、第1の熱交換型反応器20へアンモニアを輸送させる。このとき、第2の熱交換型反応器30の蓄熱材から、アンモニアが脱離され、熱媒体M2の熱が蓄熱される。   In step 110, the three-way valve V1 is switched so that the circulation pipe 15 for supplying outside air communicates with the circulation pipe 12 connected to the first heat exchange reactor 20, and the first heat is supplied. Cooling of the exchange reactor 20 is started. Thereby, ammonia is transported from the second heat exchange reactor 30 to the first heat exchange reactor 20. At this time, ammonia is desorbed from the heat storage material of the second heat exchange reactor 30, and the heat of the heat medium M2 is stored.

次のステップ112において、ステップ108へ移行後の経過時間が所定時間(タイマ)Qに満たない状況であるか否かが判定され、未だ時間Qが経過していないと判定されたときは、第2の熱交換型反応器30の蓄熱材に吸着したアンモニアをさらに脱離させて蓄熱材を再生するため、ステップ108、110を継続する。一方、時間Qが経過したと判定されたときには、次のステップ114に移行して、アンモニア配管42に取り付けられたバルブV4及び流通配管14に取り付けられたバルブV3を閉じ、ポンプPの稼働を停止させて、本ルーチンを終了する。これにより、第1の熱交換型反応器20と第2の熱交換型反応器30との圧力差が維持される。 In the next step 112, the elapsed time after the transition to step 108 it is determined whether a situation does not reach the predetermined time (timer) Q 2, when it is determined that not yet time Q 2 has elapsed In order to regenerate the heat storage material by further desorbing the ammonia adsorbed on the heat storage material of the second heat exchange reactor 30, steps 108 and 110 are continued. On the other hand, when it is determined that the elapsed time Q 2 is, the process proceeds to the next step 114, closing the valve V3 which is attached to the valve V4 and circulation pipe 14 is attached to an ammonia pipe 42, the operation of the pump P Stop and end this routine. Thereby, the pressure difference between the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30 is maintained.

以上説明したように、第1実施形態のNH3蓄積・輸送デバイスによれば、物理吸着材を含む吸着材が収納された第1の熱交換型反応器の吸着材からアンモニアが脱離するときに、蒸発器からの水蒸気を供給して加熱することにより、アンモニア作動圧力を高圧化することで、第2の熱交換型反応器の昇温速度及び昇温幅を向上することが可能となる。   As described above, according to the NH3 storage / transport device of the first embodiment, when ammonia is desorbed from the adsorbent of the first heat exchange reactor in which the adsorbent including the physical adsorbent is accommodated. By increasing the ammonia operating pressure by supplying water vapor from the evaporator and heating it, it is possible to improve the temperature increase rate and temperature increase range of the second heat exchange reactor.

(第2実施形態)
本発明のNH3蓄積・輸送デバイスの第2実施形態について図13を参照して説明する。本実施形態は、蒸発器から第1の熱交換型反応器に供給された水蒸気が回収されずに排気されるシステム構成となっている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the NH 3 storage / transport device of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has a system configuration in which water vapor supplied from the evaporator to the first heat exchange reactor is exhausted without being recovered.

なお、NH3蓄積・輸送デバイスの第2実施形態において、上記の第1実施形態と同様の構成要素となる部分については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。   In the second embodiment of the NH3 storage / transport device, the same reference numerals are assigned to the same components as those in the first embodiment, and the detailed description thereof is omitted.

本実施形態のNH3蓄積・輸送デバイス200は、図13に示すように、蒸発器10と、物理吸着材を有する第1の熱交換型反応器20と、化学蓄熱材を有する第2の熱交換型反応器30と、凝縮器40から供給された水を貯蔵する水タンク41と、を備えている。   As shown in FIG. 13, the NH 3 storage / transport device 200 of the present embodiment includes an evaporator 10, a first heat exchange reactor 20 having a physical adsorbent, and a second heat exchange having a chemical heat storage material. A mold reactor 30 and a water tank 41 for storing the water supplied from the condenser 40 are provided.

第1の熱交換型反応器20の熱媒体流路26から排出された水蒸気は、排気されるようになっている。   The water vapor discharged from the heat medium flow path 26 of the first heat exchange reactor 20 is exhausted.

なお、第2実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイスの他の構成及び作用については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of NH3 storage / transport device which concern on 2nd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

以上、本発明の実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイスについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。   Although the NH3 storage / transport device according to the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、前記アンモニア配管に、更に、圧力調節機構が設けられていてもよい。   For example, a pressure adjusting mechanism may be further provided in the ammonia pipe.

図14は、本発明の別の実施形態に係る第1の熱交換型反応器20、第2の熱交換型反応器30、及びアンモニア配管42を模式的に示した図である。   FIG. 14 is a diagram schematically showing a first heat exchange reactor 20, a second heat exchange reactor 30, and an ammonia pipe 42 according to another embodiment of the present invention.

図14に示すように、アンモニア配管42に、圧力調整手段320が設けられている。その他の構成については前述のNH3蓄積・輸送デバイス100と同様である。   As shown in FIG. 14, pressure adjustment means 320 is provided in the ammonia pipe 42. Other configurations are the same as those of the NH3 storage / transport device 100 described above.

圧力調整手段320としては、外力により第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30との間のアンモニア圧の差を更に大きくする機能を有する手段を用いることができ、具体的には、圧送ポンプや圧縮機(コンプレッサー等)等、公知の手段を用いることができる。   As the pressure adjusting means 320, means having a function of further increasing the difference in ammonia pressure between the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30 by external force can be used. Specifically, known means such as a pressure pump and a compressor (compressor, etc.) can be used.

このように、バルブV4に加え、補助的に圧力調整手段320を設け、この圧力調整手段320を作動させることにより、アンモニアの輸送(即ち、熱の輸送)をより効果的に行うことができる。   As described above, in addition to the valve V4, the pressure adjusting means 320 is provided as an auxiliary, and the pressure adjusting means 320 is operated, whereby ammonia can be transported (that is, heat can be transported more effectively).

なお、図14では、圧力調整手段320がバルブV4に対し第1の熱交換型反応器20側に設けられているが、圧力調整手段はアンモニア配管の少なくとも1箇所に設けられていれば特に制限はない。例えば、圧力調整手段320はバルブV4に対し第2の熱交換型反応器30側に設けられていてもよい。   In FIG. 14, the pressure adjusting means 320 is provided on the first heat exchange reactor 20 side with respect to the valve V4. However, the pressure adjusting means is particularly limited as long as the pressure adjusting means is provided in at least one location of the ammonia pipe. There is no. For example, the pressure adjusting means 320 may be provided on the second heat exchange reactor 30 side with respect to the valve V4.

また、本発明に係る熱輸送装置を、NH3蓄積・輸送デバイスに適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、NH3蓄積・輸送デバイス以外の熱輸送装置に適用してもよい。   Moreover, although the case where the heat transport apparatus according to the present invention is applied to an NH3 storage / transport device has been described as an example, the present invention is not limited to this, and is applied to a heat transport apparatus other than the NH3 storage / transport device. Also good.

また、上記実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイス100、200では、2つの反応器のみ(第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30)をアンモニア配管42で接続した構成となっているが、NH3蓄積・輸送デバイス100、200は、その他の反応器を備えていてもよい。即ち、第1の熱交換型反応器20には、更に、第2の熱交換型反応器30以外のその他の反応器の少なくとも1つがアンモニア配管によって接続されていてもよい。この際、第1の熱交換型反応器20と2つ以上の反応器とが、分岐を有する1つのアンモニア配管によって接続されていてもよいし、第1の熱交換型反応器20と2つ以上の反応器とが、分岐を有しない2つ以上のアンモニア配管によってそれぞれ独立に接続されていてもよい。また、第1の熱交換型反応器20と3つ以上の反応器とが、分岐を有するアンモニア配管1つ以上と、分岐を有しないアンモニア配管1つ以上と、によって接続されていてもよい。   In the NH3 storage / transport devices 100 and 200 according to the above-described embodiment, only two reactors (the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30) are connected by the ammonia pipe 42. Although configured, the NH 3 storage / transport devices 100 and 200 may include other reactors. That is, at least one of the other reactors other than the second heat exchange reactor 30 may be further connected to the first heat exchange reactor 20 by an ammonia pipe. At this time, the first heat exchange reactor 20 and two or more reactors may be connected by one ammonia pipe having a branch, or the first heat exchange reactor 20 and the two reactors. The above reactors may be connected independently by two or more ammonia pipes having no branch. Moreover, the 1st heat exchange type | mold reactor 20 and three or more reactors may be connected by one or more ammonia piping which has a branch, and one or more ammonia piping which does not have a branch.

その他の反応器としては、例えば、第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30と同様に、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが吸着されるときに放熱する吸着材又は蓄熱材が収納された反応器を用いることができる。   As other reactors, for example, similarly to the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30, heat is stored when ammonia is desorbed and heat is released when ammonia is adsorbed. A reactor containing an adsorbent or a heat storage material can be used.

また、上記実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイス100、200では、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介して接続されているが、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介さずに気密状態で直接接続されていてもよい。また、ヘッダ部材と一体化された熱交換型反応器を用い、この熱交換型反応器とアンモニア配管とを気密状態で接続してもよい。   Further, in the NH3 storage / transport devices 100 and 200 according to the above embodiment, each heat exchange reactor and the ammonia pipe are connected via a header member, but each heat exchange reactor and the ammonia pipe are connected. You may connect directly in an airtight state without going through a header member. Further, a heat exchange reactor integrated with the header member may be used, and the heat exchange reactor and the ammonia pipe may be connected in an airtight state.

また、上記実施形態に係るNH3蓄積・輸送デバイス100、200では、アンモニア配管42にバルブV4(弁)が設けられているが、このバルブV4は省略されていてもよい。バルブV4が省略されている場合でも、第1の熱交換型反応器20及び第2の熱交換型反応器30の少なくとも一方に熱を供給して第1の熱交換型反応器20側と第2の熱交換型反応器30側とでアンモニア圧の差を生じさせることができ、このアンモニア圧の差によりアンモニア及び熱の輸送を行うことができる。   Moreover, in NH3 accumulation | storage / transport device 100,200 which concerns on the said embodiment, although valve | bulb V4 (valve) is provided in ammonia piping 42, this valve | bulb V4 may be abbreviate | omitted. Even when the valve V4 is omitted, heat is supplied to at least one of the first heat exchange reactor 20 and the second heat exchange reactor 30 and the first heat exchange reactor 20 side and the first heat exchange reactor 20 side. A difference in ammonia pressure can be produced between the two heat exchange reactors 30 and ammonia and heat can be transported by this difference in ammonia pressure.

10 蒸発器
11 流通配管
12 流通配管
15 流通配管
20 第1の熱交換型反応器
21A、21B 吸着材成形体
26、36 熱媒体流路
26A 液保持機構
30 第2の熱交換型反応器
40 凝縮器
41 水タンク
42 アンモニア配管
90 制御装置
100、200 NH3蓄積・輸送デバイス
320 圧力調整手段
M1、M2 熱媒体
V1 3方バルブ
V3、V4 バルブ
V4 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Evaporator 11 Distribution pipe 12 Distribution pipe 15 Distribution pipe 20 1st heat exchange type reactor 21A, 21B Adsorbent molded object 26, 36 Heat-medium flow path 26A Liquid holding mechanism 30 2nd heat exchange type reactor 40 Condensation Unit 41 Water tank 42 Ammonia pipe 90 Controller 100, 200 NH3 storage / transport device 320 Pressure adjusting means M1, M2 Heat medium V1 Three-way valve V3, V4 Valve V4 Valve

Claims (10)

アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが吸着されるときに放熱する吸着材又は蓄熱材が収納され、かつ、前記吸着材又は蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する2つ以上の反応器であって、前記2つ以上の反応器のうちの少なくとも1つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により吸着されるときに放熱する物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器と、
前記2つ以上の反応器を接続し前記2つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給する温度が異なる種類の熱媒体を切り換え可能な3方バルブであって、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に一端が接続されている流通配管と、温度が高い熱媒体が一端側から供給される流路配管と、温度が低い熱媒体が一端側から供給される流路配管とに接続されている3方バルブと、
前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の吸着材にアンモニアが吸着されるときに、前記温度が低い熱媒体を供給するように前記3方バルブを制御し、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の吸着材からアンモニアが脱離するときに、前記温度が高い熱媒体を供給するように前記3方バルブを制御する制御部とを備え、
前記2つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
A heat medium flow in which an adsorbent or a heat storage material that stores heat when ammonia is desorbed and dissipates heat when ammonia is adsorbed, and a heat medium that exchanges heat with the adsorbent or the heat storage material circulates. Two or more reactors having a path, wherein at least one of the two or more reactors stores heat when ammonia is desorbed and dissipates heat when ammonia is adsorbed by physical adsorption. A reactor containing an adsorbent containing the adsorbent, and
An ammonia pipe that connects the two or more reactors and circulates ammonia between the two or more reactors;
A three-way valve capable of switching between two types of heat media having different temperatures to be supplied to a heat medium flow path of a reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent, wherein the adsorbent containing the physical adsorbent A distribution pipe having one end connected to the heat medium flow path of the stored reactor, a flow path pipe to which a high temperature heat medium is supplied from one end side, and a low temperature heat medium to be supplied from one end side A three-way valve connected to the flow pipe ;
When ammonia is adsorbed to the adsorbent of the reactor containing the adsorbent containing the physical adsorbent, the three-way valve is controlled to supply a heat medium having a low temperature, and the physical adsorbent A control unit that controls the three-way valve so as to supply the heat medium having a high temperature when ammonia is desorbed from the adsorbent of the reactor in which the adsorbent is contained ,
A heat transport device for transporting heat by transporting ammonia from one side to the other by utilizing a difference in ammonia pressure generated between the two or more reactors.
前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路は、供給された熱媒体を凝縮し、凝縮された熱媒体を保持する熱媒体保持機構を備える請求項記載の熱輸送装置。 The physical adsorbent reactor heat medium channel of the adsorbent is housed comprising condenses the supplied heat medium, the heat according to claim 1, further comprising a heat medium holding mechanism for holding the condensed heat medium Transport equipment. 前記熱媒体保持機構は、前記凝縮された熱媒体の表面張力を利用して前記熱媒体を保持する請求項記載の熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 2, wherein the heat medium holding mechanism holds the heat medium using a surface tension of the condensed heat medium. 前記熱媒体保持機構は、重力を利用して前記凝縮された熱媒体を保持する請求項記載の熱輸送装置。 The heat transport device according to claim 2 , wherein the heat medium holding mechanism holds the condensed heat medium using gravity. 前記3方バルブは、前記温度が高い熱媒体として、低沸点冷媒を供給する請求項1〜請求項の何れか1項記載の熱輸送装置。 The 3-way valve, as the temperature is high thermal medium, according to claim 1 heat transport device of any one of claims 4 to supply the low-boiling refrigerant. 前記3方バルブは、前記低沸点冷媒として、メタノール、エタノール、または水を供給する請求項記載の熱輸送装置。 The heat transport apparatus according to claim 5 , wherein the three-way valve supplies methanol, ethanol, or water as the low boiling point refrigerant. 前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給された前記低沸点冷媒を回収可能な凝縮器を更に含む請求項又は記載の熱輸送装置。 The heat transport apparatus according to claim 5 or 6 , further comprising a condenser capable of recovering the low-boiling-point refrigerant supplied to a heat medium flow path of a reactor in which the adsorbent containing the physical adsorbent is stored. 前記低沸点冷媒を蒸発させる蒸発器を更に含み、
前記3方バルブは、前記蒸発器から供給された前記低沸点冷媒を、前記物理吸着材を含む吸着材が収納された反応器の熱媒体流路に供給する請求項〜請求項の何れか1項記載の熱輸送装置。
An evaporator for evaporating the low boiling point refrigerant;
The 3-way valve, the said low-boiling refrigerant supplied from the evaporator, any of the physical adsorption according to supply material to the heat medium flow path of the reactor in which the adsorbent is housed including claims 5 to claim 7 The heat transport device according to claim 1.
前記3方バルブは、前記温度が低い熱媒体として、空気を供給する請求項1〜請求項の何れか1項記載の熱輸送装置。 The 3-way valve, as the temperature is low heat medium, according to claim 1 heat transport device of any one of claims 8 supplies air. 前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節する請求項1〜請求項のいずれか1項記載の熱輸送装置。 The heat transport apparatus according to any one of claims 1 to 9 , wherein a valve is provided in the ammonia pipe, and a difference in ammonia pressure is adjusted by opening and closing the valve.
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