JP6511974B2 - 化学蓄熱反応器、化学蓄熱システム - Google Patents

Description

本発明は、化学反応によって蓄熱する化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムに関する。

特許文献１に記載の構成では、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部が積層されることで積層体が形成され、この積層体は、積層方向の両側から一対のエンドプレートによって挟まれ、拘束されている。具体的には、一方のエンドブレードの四隅部分と他方のエンドプレートの四隅部分とを、ボルトを介して連結させることで、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部を拘束する拘束力が生じている。

特開２０１４−１２６２９３号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、積層体の四隅部分に負荷される拘束力と他の部分を拘束する拘束力との差が大きく、蓄熱材が膨張した際に、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部が変形してしまうことがあった。

本願発明の課題は、蓄熱材が膨張した際に、積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することである。

本発明の請求項１に係る化学蓄熱反応器は、反応媒体と結合することで膨張し発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材成形体が拘束枠の内部に配置されている複数の蓄熱材層と、前記蓄熱材層に積層され、積層方向において前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材層へ供給される又は前記蓄熱材層から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、前記蓄熱材層において前記反応媒体拡散層とは反対側に積層され、前記積層方向において前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材層への熱供給及び前記蓄熱材層からの熱回収のうち少なくとも一方を行う熱交換部と、夫々の前記拘束枠と連結されている連結部材と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、反応媒体拡散層は、蓄熱材層に積層され、熱交換部は、蓄熱材層において反応媒体拡散層とは反対側に積層されている。また、蓄熱材層においては、反応媒体と結合することで膨張して発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材成形体が拘束枠の内部に配置されている。さらに、連結部材が、積層方向に延びて、夫々の拘束枠と連結されている。

また、積層方向において、反応媒体拡散層及び熱交換部は、拘束枠と接触している。これにより、連結部材が拘束枠に連結されていない場合と比して、蓄熱材成形体が膨張した際に、積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

本発明の請求項２に係る化学蓄熱反応器は、請求項１に記載の化学蓄熱反応器において、前記拘束枠は、積層方向から見て矩形状とされ、前記連結部材は、前記拘束枠を挟み込むように前記拘束枠の一方側と他方側とに連結されていることを特徴とする。

上記構成によれば、拘束枠は、積層方向から見て矩形状とされ、連結部材は、拘束枠を挟み込むように拘束枠の一方側と他方側とに連結されている。これにより、連結部材が、拘束枠の一方側だけに連結されている場合と比して、蓄熱材成形体が膨張した際に、積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

本発明の請求項３に係る化学蓄熱反応器は、請求項２に記載の化学蓄熱反応器において、前記積層方向から見て、前記連結部材を外側から囲み、前記連結部材を蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部に押し付ける押付部材を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、押付部材は、積層方向から見て、連結部材を外側から囲み、連結部材の相対位置関係の変化を制限している。これにより、蓄熱材が膨張した際に、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部が、積層方向を軸として捻じれるのを抑制することができる。

本発明の請求項４に係る化学蓄熱反応器は、請求項１〜３の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器において、前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記熱交換部を前記積層方向の両端側から挟む一対の挟持部材を備え、前記挟持部材は、前記連結部材と連結されていることを特徴とする。

上記構成によれば、一対の挟持部材が、蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部を積層方向の両端側から挟んでいる。さらに、挟持部材は、連結部材と連結されている。

このため、連結部材が挟持部材に連結されていない場合と比して、蓄熱材成形体が膨張した際に、積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

本発明の請求項５に係る化学蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器と、前記化学蓄熱反応器の前記反応媒体拡散層への反応媒体の供給及び前記反応媒体拡散層からの反応媒体の受け取りのうち少なくとも一方を行う蒸発凝縮器と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、化学蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器を備えている。これにより、化学蓄熱システムの熱損失を抑制することができる。

本発明によれば、蓄熱材が膨張した際に、積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

第１実施形態に係る反応器（化学蓄熱反応器）に備えられた積層ユニット等を示した斜視図である。 第１実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニット等を示した断面図である。 第１実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニット等を示した分解斜視図である。 第１実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニット等を示した分解斜視図である。 第１実施形態に係る反応器を示した斜視図である。 第１実施形態に係る反応器を示した分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る反応器に備えられた反応媒体拡散層を示した斜視図、及び正面図である。 （Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る反応器に備えられた熱流動部を示した斜視図、及び平面図である。 （Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る反応器に備えられた蓄熱層を示した分解斜視図、及び斜視図である。 第１実施形態に係る反応器に備えられた積層体を示した分解斜視図である。 第１実施形態に係る反応器に備えられた蓄熱材反応部を示した断面図である。 第１実施形態に係る反応器に用いられた蓄熱材成形体の反応平衡線及び水の気液平衡線を温度と平衡圧との関係で示す線図である。 （Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る化学蓄熱システムを示した構成図である。 第２実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニット等を示した断面図である 第３実施形態に係る反応器に備えられた積層ユニット等を示した斜視図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について図１〜図１３を用いて説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。

（全体構成）
図１３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る化学蓄熱システム１０は、水の蒸発、水蒸気（反応媒体の一例）の凝縮が行われる蒸発凝縮器１２と、化学蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、蒸発凝縮器１２と反応器２０とを連通する連通路１４とを含んで構成されている。

〔蒸発凝縮器〕
蒸発凝縮器１２は、貯留した水を蒸発させて反応器２０に供給する（水蒸気を生成する）蒸発部、反応器２０から受け取った水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮された水を貯留する貯留部、としての各機能を備えている。

また、蒸発凝縮器１２は、内部に水が貯留される容器１６を備えており、この容器１６内には、水蒸気を凝縮する、又は水を蒸発するのに用いる熱媒流路１７の一部が配置されている。さらに、熱媒流路１７は、容器１６内における少なくとも気相部１６Ａを含む部分で熱交換を行うように配置されている。そして、凝縮時には低温媒体、蒸発時には中温媒体が、熱媒流路１７を流れるようになっている。

〔連通路〕
連通路１４は、蒸発凝縮器１２（容器１６）と反応器２０（後述する反応容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９を備えている。そして、容器１６、反応容器２２、連通路１４、及び開閉弁１９は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間が予め真空脱気されている。

〔反応器〕
反応器２０は、図５に示されるように、反応容器２２と、反応容器２２の内部に配置されて発熱又は蓄熱する蓄熱材反応部３０と、蓄熱材反応部３０に積層されている熱交換部の一例としての熱流動部５０と備えている。そして、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０とを含んで積層体６０が構成され、この積層体６０は、反応容器２２内に複数積層されている。

［反応容器］
反応容器２２は、直方体状とされ、図６に示されるように、上方側が開放される箱状の本体部２２Ａと、蓋部材２２Ｂとを備えている。そして、反応容器２２の内部は、水蒸気（反応媒体の一例）が流れる反応媒体流動部２６とされ、前述したように内部が真空脱気されている。

［蓄熱材反応部：全体構成］
蓄熱材反応部３０は、反応容器２２の内部に封入され、図１０に示されるように、蓄熱材層３２と、蓄熱材層３２に上方側から積層される蓄熱材拘束層３４と、蓄熱材拘束層３４に上方側から積層される反応媒体拡散層３６とを備えている。

そして、蓄熱材層３２、蓄熱材拘束層３４、及び反応媒体拡散層３６は、装置上下方向から見て同様の矩形状とされ、装置上下方向に並んで非接合状態（溶接などで固定されていない状態）で積層されている（所謂積層構造）。

［蓄熱材反応部：蓄熱材層］
蓄熱材層３２は、図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、複数の蓄熱材成形体４０から構成される蓄熱材ユニット４２と、蓄熱材ユニット４２が内部に配置される枠状の拘束枠の一例としてのフレーム部材４４とを備えている。

また、蓄熱材成形体４０の厚さは３０〔ｍｍ〕とされ、装置上下方向（板厚方向）から見て、蓄熱材成形体４０は、一辺が１００〔ｍｍ〕の正方形状とされている。

蓄熱材成形体４０には、一例として、アルカリ土類金属の酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ：蓄熱材の一例）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム粉体をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、略矩形ブロック状に形成されている。

ここで、蓄熱材成形体４０は、水和に伴って膨張して放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものであり、以下に示す反応で放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。

ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
となる。

なお、一例として、蓄熱材成形体４０の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

また、本実施形態において、蓄熱材成形体４０を構成する蓄熱材の粒径とは、蓄熱材が粉体の場合はその平均粒径、粒状の場合は造粒前の粉体の平均粒径とする。これは、粒が崩壊する場合、前工程の状態に戻ると推定されるためである。

また、フレーム部材４４は、装置上下方向から見て矩形枠状とされており、蓄熱材ユニット４２は、フレーム部材４４内に配置されるようになっている。これにより、蓄熱材ユニット４２における水平方向（板厚方向に対して直交する直交方向）の動きは、フレーム部材４４によって拘束されるようになっている。そして。フレーム部材４４の装置上下方向の寸法（厚み寸法）は、水和反応に伴って蓄熱材成形体４０が膨張した際の密度が、予め決められた蓄熱材成形体４０の設定密度になるように決められている。

さらに、フレーム部材４４の装置幅方向に延びる一対の板部材４４Ａにおいて、装置幅方向の両端側の部分には、後述するボルト１１０が締め込まれるネジ穴４５が、外側を向いて形成されている。

［蓄熱材反応部：蓄熱材拘束層］
蓄熱材拘束層３４は、図１０に示されるように、反応媒体拡散層３６と蓄熱材層３２との間に挟まれ、φ２００〔μｍ〕の貫通孔が多数形成されたエッチングフィルターである。

そして、蓄熱材拘束層３４は、蓄熱材成形体４０（図９参照）を構成する蓄熱材の平均粒径より小さいろ過精度を有している。これにより、蓄熱材拘束層３４では、蓄熱材成形体４０を構成する蓄熱材の平均粒径より小さい流路を水蒸気が通過するのを許容する一方、平均粒径よりも大きい蓄熱材の通過を制限するようになっている。

なお、ろ過精度とは、ろ過効率が５０〜９８％となる粒子径のことであり、ろ過効率とは、ある粒子径の粒子に対する除去効率である。

［蓄熱材反応部：反応媒体拡散層］
反応媒体拡散層３６は、図７（Ａ）に示されるように、矩形状の天板３７と、天板３７に固定される複数の流路部材３８とを備えている。流路部材３８は、水蒸気が流れる装置幅行方向に延び、装置奥行方向に間隔をあけて並んでいる（図７（Ｂ）参照）。

夫々の流路部材３８は、図７（Ｂ）に示されるように、天板３７に対して下方側に配置され、装置幅方向から見て蓄熱材拘束層３４（図１０参照）側が開放されたＵ字状とされている。そして、上壁３８Ｂが天板３７の下面に溶接されている。

これにより、流路部材３８の内側、及び隣り合う流路部材３８の間に、蓄熱材層３２へ供給される水蒸気、又は蓄熱材層３２から排出される水蒸気が装置幅方向に沿って流れるようになっている。

〔熱流動部〕
熱流動部５０は、図１０に示されるように、下方側から蓄熱材反応部３０に積層されている。

熱流動部５０は、図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、装置上下方向から見て矩形状の本体部５２を備えている。また、本体部５２の内部には、熱媒体が流れる流路５４が、本体部５２の側壁に沿うように形成されている。そして、流路５４の両方の流路端５４Ａ、５４Ｂは、本体部５２において、装置奥行方向の手前側を向いた側面５２Ａで開放されている。また、一方の流路端５４Ａと、他方の流路端５４Ｂとは、装置幅方向に並んでいる。

さらに、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０とを含む積層体６０は、直方体状とされ、反応器２０には、図４に示されるように、積層体６０が、積層体６０の積層方向（本実施形態では装置上下方向）に３個積層されている。そして、３個の積層体６０によって積層ユニット９０が構成されている。

〔熱媒体流路〕
熱媒が流れる熱媒体流路７０は、図３、図６に示されるように、反応容器２２を構成する蓋部材２２Ｂを貫通するように装置上下方向に延びる一対の配管７０Ａ、７０Ｂと、配管７０Ａ、７０Ｂと熱流動部５０の流路５４とを連通させる複数の連通部材７０Ｃとを備えている。

具体的には、連通部材７０Ｃが、間隔をあけて配管７０Ａ、７０Ｂに取り付けられている。そして、夫々の連通部材７０Ｃが、図示せぬ固定具を用いて、流路端５４Ａ、５４Ｂに取り付けられることで、配管７０Ａ、７０Ｂと熱流動部５０の流路５４とが連通するようになっている。

〔他の部材〕
反応器２０は、積層ユニット９０を構成する反応媒体拡散層３６、蓄熱材拘束層３４、及び熱流動部５０装置上下方向の位置ずれを拘束する位置ずれ抑制機構１００と、積層ユニット９０の捻じれを抑制する捻じれ抑制機構１４０とを備えている。なお、位置ずれ抑制機構１００と、捻じれ抑制機構１４０とについては、詳細を後述する。

図５、図６に示されるように、積層ユニット９０を下方から支持する円柱状の４個（図５では２個、図６では３個のみ示す）の支持部材７２が設けられている。

（化学蓄熱システムの作用）
次に、化学蓄熱システム１０の作用について説明する。

化学蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を蓄熱材層３２から発熱（放熱）させる際には、図１３（Ｂ）に示されるように、切替部材７６により熱媒体流路７０の連通先が熱利用対象物９６に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、蒸発凝縮器１２の熱媒流路１７に中温媒体を流し、液相部１６Ｂの水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気が連通路１４内を矢印Ｄ方向に移動して、反応容器２２内に供給される。

続いて、反応容器２２内では、供給された水蒸気が反応媒体流動部２６を通り、図１１に示されるように、反応媒体拡散層３６を流れる。そして、水蒸気Ｗが蓄熱材拘束層３４を通過して蓄熱材層３２と接触することにより、蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０は、水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。この熱は、熱流動部５０の流路５４内を流れる熱媒体によって、熱利用対象物９６に輸送される。

一方、化学蓄熱システム１０において蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０に熱を蓄熱させる際には、図１３（Ａ）に示されるように、切替部材７６により熱媒体流路７０の連通先が熱源９４に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、熱流動部５０の流路５４内（図１１参照）に熱源９４によって加熱された熱媒体が流れる。

図１１に示されるように、流路５４を流れる熱媒体の熱によって蓄熱材成形体４０が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱材成形体４０に蓄熱される。

さらに、蓄熱材成形体４０から離脱された水蒸気Ｗは、蓄熱材拘束層３４から反応媒体拡散層３６に流れ込む。反応媒体拡散層３６に流れ込んだ水蒸気Ｗは、反応媒体流動部２６を通り、図１３（Ａ）に示されるように、連通路１４を矢印Ｅ方向に流れて蒸発凝縮器１２内に流れ込む。

そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、熱媒流路１７を流れる冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が容器１６の液相部１６Ｂに貯留される。

以上説明した蓄熱材成形体４０の蓄熱、放熱について、図１２に示す化学蓄熱システム１０のサイクル（一例）を参照しつつ補足する。図１２には、ＰＴ線図に示された圧力平衡点における化学蓄熱システム１０のサイクルが示されている。この図において、上側の等圧線が脱水（蓄熱）反応を示し、下側の等圧線が水和（発熱）反応を示している。

このサイクルでは、例えば、蓄熱材成形体４０の温度が４１０℃で蓄熱された場合、水蒸気は、５０℃が平衡温度となる。そして、化学蓄熱システム１０では、水蒸気は蒸発凝縮器１２（図１３参照）において熱媒流路１７の冷媒との熱交換によって５０℃以下に冷却され、凝縮されて水になる。

一方、熱媒流路１７に中温媒体を流すことで、蒸気圧の水蒸気が発生する。例えば、図１２のサイクルにおいて、５℃で水蒸気を発生させる場合、蓄熱材成形体は３１５℃で放熱することが解る。このように、内部が真空脱気されている化学蓄熱システム１０では、５℃付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３１５℃もの高温を得ることができる。

（要部構成）
次に、位置ずれ抑制機構１００と、捻じれ抑制機構１４０とについて説明する。

〔位置ずれ抑制機構〕
位置ずれ抑制機構１００は、図３、図４に示されるように、装置上下方向（積層方向）に延びる４個の連結部材の一例としての柱部材１０２と、積層ユニット９０を装置上下方向から挟む一対の挟持プレート１０６と、ボルト１１０とを備えている。

夫々の柱部材１０２は、断面矩形状とされ、積層ユニット９０の四隅に配置されている。そして、２個の柱部材１０２で、積層ユニット９０の装置幅方向の一方側（図中左側）の部分が装置奥行方向から挟まれ、他の２個の柱部材１０２で、積層ユニット９０の装置幅方向の他方側（図中右側）の部分が装置奥行方向から挟まれるようになっている。

さらに、夫々の柱部材１０２には、装置上下方向において間隔をあけて複数の貫通孔１０２Ａが形成されている。

また、一対の挟持プレート１０６は、装置上下方向から見て、積層ユニット９０と同様の外形とされ、矩形状とされている。そして、夫々の挟持プレート１０６の装置奥行方向を向いた端面１０６Ａにおいて装置幅方向の両端側の部分には、後述するボルト１１０が締め込まれるネジ穴１０８が形成されている。また、フレーム部材４４の装置幅方向に延びる一対の板部材４４Ａにおいて、装置幅方向の両端側の部分には、後述するボルト１１０が締め込まれるネジ穴４５が形成されている（図９（Ｂ）参照）。

具体的には、ネジ穴１０８は、挟持プレート１０６の四隅側に形成され、ネジ穴４５は、フレーム部材４４の四隅側に形成されている。なお、四隅側とは、上方側から見て、ネジ穴４５、１０８から角部までの距離（図９（Ｂ）のＬ１）が、ネジ穴４５、１０８から蓄熱材層３２、挟持プレート１０６の中央線Ｃ１までの距離（図９（Ｂ）のＬ２）より短い場合をいう。なお、図９（Ｂ）では、フレーム部材４４を例にしてＬ１、Ｌ２が示されている。

この構成において、ボルト１１０を柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通してフレーム部材４４（蓄熱材層３２）のネジ穴４５に締め込む。これにより、夫々の蓄熱材層３２の間に積層されている各部材について、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。なそ、積層方向の間隔とは、積層方向のピッチであって、一の部材の中央部と、一の部材の隣りに配置されている部材の中央部との距離である。

また、ボルト１１０を柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通して挟持プレート１０６のネジ穴１０８に締め込む。これにより、最も上方側に配置されている蓄熱材層３２と上方側の挟持プレート１０６との間の反応媒体拡散層３６について、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。さらに、最も下方側に配置されている蓄熱材層３２と下方側の挟持プレート１０６との間の熱流動部５０について、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

具体的には、図２に示されるように、夫々の挟持プレート１０６及び蓄熱材層３２のフレーム部材４４とは、ボルト１１０を介して柱部材１０２に取り付けられている（連結されている）。

さらに、最も上方側に配置されている蓄熱材層３２と上方側の挟持プレート１０６との間に挟まれている反応媒体拡散層３６は、下面の外周部分が蓄熱材層３２のフレーム部材４４と装置上下方向で接触し、上面が挟持プレート１０６と接触している。このため、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、反応媒体拡散層３６と蓄熱材層３２との積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

また、最も上方側に配置されている蓄熱材層３２と上方側から二番目に配置されている蓄熱材層３２と間に挟まれている熱流動部５０及び反応媒体拡散層３６は、上面及び下面の外周部分が蓄熱材層３２のフレーム部材４４と装置上下方向で接触している。このため、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、各部材の積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

さらに、上方側から二番目に配置されている蓄熱材層３２と最も下方側に配置されている蓄熱材層３２と間に挟まれている熱流動部５０及び反応媒体拡散層３６は、上面及び下面の外周部分が蓄熱材層３２のフレーム部材４４と装置上下方向で接触している。このため、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、各部材の積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

また、最も下方側に配置されている蓄熱材層３２と下方側の挟持プレート１０６との間に挟まれている熱流動部５０は、上面の外周部分が蓄熱材層３２のフレーム部材４４と装置上下方向で接触し、下面が挟持プレート１０６と接触している。このため、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、熱流動部５０と蓄熱材層３２との積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

さらに、柱部材１０２は、フレーム部材４４の四隅側でフレーム部材４４と連結されるようになっている。これにより、柱部材１０２が、フレーム部材４４の中央部分の一箇所だけでフレーム部材４４と連結されている場合と比して、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、各部材の積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されるようになっている。

〔捻じれ抑制機構〕
捻じれ抑制機構１４０は、図１に示されるように、装置上下方向から見て、柱部材１０２を外側から囲み、柱部材１０２の相対位置関係の変化を制限する押付部材の一例としての拘束ベルト１４４を備えている。

拘束ベルト１４４は、３個設けられている。そして、柱部材１０２を拘束する前の状態で、図３に示されるように、夫々の拘束ベルト１４４は、装置奥行方向に分割されている。具体的には、拘束ベルト１４４は、装置奥行方向の手前側（図中左側）の分割部材１４４Ａと、装置奥行方向の奥側（図中右側）の分割部材１４４Ｂとに分割されるようになっている。

分割部材１４４Ａ、１４４Ｂは、装置上下方向から見て、互いに対向する側が開放された形状とされている。そして、分割部材１４４Ａの両端側の部分には、台形状の凸部１４６が夫々形成され、分割部材１４４Ｂの両端側の部分には、凸部１４６と係合する短辺が開放された台形状の溝部１４８が夫々形成されている。

この構成において、図１に示されるように、分割部材１４４Ａの凸部１４６と、分割部材１４４Ｂの溝部１４８とを係合させる。これより、拘束ベルト１４４は、４個の柱部材１０２を外側から囲み、夫々の柱部材１０２を積層ユニット９０に押し付けるようになっている。これより、拘束ベルト１４４は、柱部材１０２の相対位置関係の変化を制限するようになっている。

（要部構成のまとめ）
前述したように、ボルト１１０を柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通してフレーム部材４４（蓄熱材層３２）のネジ穴４５に締め込む。これにより、フレーム部材４４が柱部材１０２に連結されていない場合と比して、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、蓄熱材層３２と蓄熱材層３２との間に積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

また、蓄熱材層３２と蓄熱材層３２との間に積層されている各部材において積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されることで、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０との間での熱交換効率が低下するのを抑制することができる。

また、ボルト１１０を柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通して挟持プレート１０６のネジ穴１０８に締め込む。これにより、挟持プレート１０６が柱部材１０２に締結されていない場合と比して、挟持プレート１０６と蓄熱材層３２との間の各部材について、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

また、挟持プレート１０６と蓄熱材層３２との間の各部材について、積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されることで、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０との間での熱交換効率が低下するのを抑制することができる。

また、拘束ベルト１４４が柱部材１０２を外側から囲むことで、夫々の柱部材１０２を積層ユニット９０に押し付けるようになっている。これより、拘束ベルト１４４は、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、柱部材１０２の相対位置関係の変化を制限することができる。

また、柱部材１０２の相対位置関係の変化が制限されることで、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、積層方向（装置上下方向）を軸とした積層ユニット９０の捻じれを抑制することができる。

また、積層ユニット９０の捻じれが抑制されることで、蓄熱材反応部３０と熱流動部５０との間での熱交換効率が低下するのを抑制することができる。

また、化学蓄熱システム１０においては、各部材の積層方向の間隔が変化しまうのが抑制されることで、熱損失を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について図１４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１４に示されるように、第２実施形態の反応器１６０の柱部材１０２は、積層ユニット９０の四隅側でフレーム部材４４と連結されておらず、積層ユニット９０の装置幅方向の中央側でフレーム部材４４と連結されている。

具体的には、反応器１６０は、一対の柱部材１０２を備え、一対の柱部材１０２は、装置奥行方向から積層ユニット９０を挟むように配置されている。そして、ボルト１１０を柱部材１０２の貫通孔（図示省略）に通してフレーム部材４４のネジ穴（図示省略）に締め込むことで、夫々の柱部材１０２がフレーム部材４４に連結されている。換言すれば、柱部材１０２は、フレーム部材４４を装置奥行方向から挟み込むようにフレーム部材４４の一方側と他方側とに連結されている。

これにより、柱部材１０２がフレーム部材４４の一方側だけに連結されている場合と比して、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、蓄熱材層３２と蓄熱材層３２との間に積層されている各部材の積層方向の間隔が変化しまうのを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る化学蓄熱反応器及び化学蓄熱システムの一例について図１５を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１５に示されるように、第３実施形態の反応器１９０は、積層ユニット９０において装置奥行方向の奥側（図中右側）の部分で、積層ユニット９０を装置幅方向から挟む２個の柱部材１９２を備えている。さらに、反応器１９０は、積層ユニット９０において装置奥行方向の手前側（図中左側）の部分で、積層ユニット９０を装置幅方向から挟む２個の柱部材１９２を備えている。

柱部材１９２には、装置上下方向において間隔をあけて複数の貫通孔（図示省略）が形成されている。また、フレーム部材４４（蓄熱材層３２）及び一対の挟持プレート１０６には、柱部材１９２に形成された貫通孔と対応するようにネジ穴（図示量略）が形成されている。

この構成において、ボルト１９６を柱部材の１９２の貫通孔に通してフレーム部材４４（蓄熱材層３２）のネジ穴に締め込み、さらに、ボルト１９６を柱部材１９２の貫通孔に通して挟持プレート１０６のネジ穴に締め込むようになっている。そして、拘束ベルト１４４が柱部材１０２、１９２を外側から囲むことで、夫々の柱部材１０２、１９２を積層ユニット９０に押し付けるようになっている。

これにより、フレーム部材４４及び挟持プレート１０６が柱部材１９２に締結されていない場合と比して、蓄熱材成形体４０が膨張した際に、各部材の積層方向の間隔が変化しまうのが抑制される。

他の作用については、第１実施形態と同様である。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記第１、２、３実施形態では、拘束ベルト１４４は、３個設けられたが、１個、２個、又は４個以上であってよい。

また、上記実施形態では、柱部材１０２、２０２とフレーム部材４４及び挟持プレート１０６とをボルトを用いて連結させたが、例えば、一方に凸状の係合部を形成させ、他方に凹状の被係合部を形成させて、この係合部と被係合部とを係合させることで、柱部材１０２、２０２とフレーム部材４４及び挟持プレート１０６とを連結させてもよい。

また、上記実施形態では、挟持プレート１０６を設けたが、挟持プレートを設けなくてもよい。この場合は、挟持プレート１０６を設けることで奏する作用が生じない。

また、上記第３実施形態では、柱部材１９２とフレーム部材４４とを連結させたが、柱部材１９２とフレーム部材４４とを連結させなくてもよい。

また、上記実施形態では特に説明しなかったが、第２実施形態の構成、第３実施形態の構成、及び第４実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。

１０ 化学蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器
２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
３６ 反応媒体拡散層
４０ 蓄熱材成形体
４４ フレーム部材（拘束枠の一例）
５０ 熱流動部（熱交換部の一例）
１０２ 柱部材（連結部材の一例）
１０６ 挟持プレート（挟持部材の一例）
１４４ 拘束ベルト（押付部材の一例）
１６０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
１９０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
１９２ 柱部材（連結部材の一例）

Claims (5)

1. 反応媒体と結合することで膨張し発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材成形体が拘束枠の内部に配置されている複数の蓄熱材層と、
   前記蓄熱材層に積層され、積層方向において前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材層へ供給される又は前記蓄熱材層から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、
   前記蓄熱材層において前記反応媒体拡散層とは反対側に積層され、前記積層方向において前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材層への熱供給及び前記蓄熱材層からの熱回収のうち少なくとも一方を行う熱交換部と、
   夫々の前記拘束枠と連結されている連結部材と、
   を備える化学蓄熱反応器。
2. 前記拘束枠は、積層方向から見て矩形状とされ、
   前記連結部材は、前記拘束枠を挟み込むように前記拘束枠の一方側と他方側とに連結されている請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 前記積層方向から見て、前記連結部材を外側から囲み、前記連結部材を蓄熱材層、反応媒体拡散層、及び熱交換部に押し付ける押付部材を備える請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記蓄熱材層、前記反応媒体拡散層、及び前記熱交換部を前記積層方向の両端側から挟む一対の挟持部材を備え、
   前記挟持部材は、前記連結部材と連結されている請求項１〜３の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器と、
   前記化学蓄熱反応器の前記反応媒体拡散層への反応媒体の供給及び前記反応媒体拡散層からの反応媒体の受け取りのうち少なくとも一方を行う蒸発凝縮器と、
   を有する化学蓄熱システム。

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