JP6540267B2 - Reactor and heat storage system - Google Patents

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Description

本発明は、生じる熱を有効利用するための反応器及び蓄熱システムに関する。   The present invention relates to a reactor and a heat storage system for effectively utilizing the generated heat.

従来より、アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器、水を貯蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反応器に供給する水供給管、及び上記反応器から水タンクに戻す還流管からなる密閉サイクル、上記反応器への水の給排水を制御する水送供給手段、上記反応器内のアルカリ土類金属水酸化物を加熱分解しアルカリ土類金属酸化物に再生する加熱手段、並びに上記水送給手段を制御し上記アルカリ土類金属酸化物と水との可逆反応を制御する反応制御手段を備え、上記アルカリ土類金属酸化物の水和反応に伴い発生する熱を利用するようにした化学発熱装置が知られている(特許文献1)。   Conventionally, a reactor filled with alkaline earth metal oxide, a water tank for storing water, a water supply pipe for supplying water of the water tank to the reactor, and a reflux pipe for returning the water tank to the water tank A closed cycle, a water supply / supply means for controlling water supply / discharge to the reactor, a heating means for thermally decomposing the alkaline earth metal hydroxide in the reactor and regenerating it into an alkaline earth metal oxide, and the above A reaction control means is provided for controlling the water supply means and controlling the reversible reaction of the alkaline earth metal oxide with water, and utilizing the heat generated in association with the hydration reaction of the alkaline earth metal oxide. A chemical heating device is known (Patent Document 1).

この化学発熱装置では、アルカリ土類金属酸化物を平板状成型体として反応器に積層充填しているので、充填率が向上し、反応器を小型化できる。また、積層層間及び積層方向と並行な隙間に耐熱性多孔質部材を詰めたので、長期にわたり水の流路を確保でき、水のまわりがよくなり、反応速度が速くなる。反応の可逆性も向上する。   In this chemical heating device, since the alkaline earth metal oxide is stacked and filled in the form of a flat plate in the reactor, the filling rate is improved, and the reactor can be miniaturized. Further, since the heat resistant porous member is packed in the space between the lamination layers and in the direction parallel to the lamination direction, the water flow path can be secured for a long time, the area around water becomes better, and the reaction speed becomes faster. The reversibility of the reaction is also improved.

特開平7−180539号公報JP-A-7-180539

上記の特許文献1に記載の技術では、耐熱性多孔質部材の多孔空間を流通する水が反応器の内部へ流入すると同時に酸化カルシウム成型体とも接触するため、供給口付近においては即座に水和反応が生じ、反応熱に伴って供給された水の一部が水蒸気へ気化する。この気化した水蒸気は水の内部への浸透を阻害し、酸化カルシウム成型体全体へ均一な水供給を実現することは困難となる。すなわち、耐熱性多孔質部材を用いる従来技術では、水蒸気を生成する性能が低い。   In the technique described in the above-mentioned Patent Document 1, the water flowing through the porous space of the heat resistant porous member flows into the inside of the reactor and at the same time comes into contact with the calcium oxide molded body, so hydration immediately near the supply port is caused. A reaction occurs, and a part of the supplied water is vaporized to water vapor along with the heat of reaction. This vaporized water vapor inhibits the penetration of water into the interior, making it difficult to achieve uniform water supply to the entire calcium oxide compact. That is, in the prior art using a heat resistant porous member, the ability to generate water vapor is low.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、化学変化と相変化との間の干渉を抑制し、高い反応速度、放熱速度を得ることができる反応器及び化学蓄熱システムを得ることが目的である。   The present invention was made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a reactor and a chemical heat storage system which can suppress interference between chemical change and phase change and obtain high reaction rate and heat release rate. Is the purpose.

本発明に係る反応器は、熱供給により物質の脱着反応又は化学反応を行って蓄熱し、かつ、物質の吸着反応又は化学反応により放熱する蓄熱材と、供給される物質の液膜蒸発が可能な伝熱面と、前記蓄熱材と前記伝熱面との間に設けられ、かつ、熱伝導経路を形成するための熱交換可能な熱交換隔壁と、前記伝熱面から蒸発した前記物質を前記蓄熱材へ移動させるための、前記熱伝導経路とは異なる物質移動経路と、を含んで構成されている。   The reactor according to the present invention performs desorption reaction or chemical reaction of a substance by heat supply to store heat, and a heat storage material that releases heat by adsorption reaction or chemical reaction of the substance, and liquid film evaporation of the supplied substance is possible. A heat exchange surface, a heat exchangeable partition wall provided between the heat storage material and the heat transfer surface, and for forming a heat conduction path, and the substance evaporated from the heat transmission surface And a mass transfer path different from the heat transfer path for transferring to the heat storage material.

本発明に係る反応器では、反応器の蓄熱材は、熱源からの熱供給を受けることで、物質の脱着反応又は化学反応を生じつつ蓄熱する。蓄熱材に蓄熱した熱を放出する際には、物質を反応器に供給することにより、蓄熱材の物質の吸着反応又は化学反応が生じ、該蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。   In the reactor according to the present invention, the heat storage material of the reactor receives the heat supplied from the heat source to store heat while causing the desorption reaction or the chemical reaction of the substance. When the heat stored in the heat storage material is released, the substance is supplied to the reactor to cause an adsorption reaction or a chemical reaction of the material of the heat storage material, and the heat stored in the heat storage material is released.

そして、蓄熱材から放出された熱が、熱交換隔壁によって形成された熱伝導経路を介して、伝熱面へ伝わり、伝熱面において、供給される物質の液膜蒸発が起こる。伝熱面から蒸発した物質は、物質移動経路を介して、蓄熱材へ移動し、物質が反応器に供給されるため、蓄熱材の物質の吸着反応又は化学反応が更に生じ、該蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。   Then, the heat released from the heat storage material is transferred to the heat transfer surface through the heat conduction path formed by the heat exchange partition, and the liquid film evaporation of the supplied material occurs on the heat transfer surface. The material evaporated from the heat transfer surface moves to the heat storage material through the mass transfer path, and the material is supplied to the reactor, so that the adsorption reaction or chemical reaction of the material of the heat storage material further occurs and the heat storage material The stored heat is released.

このように、熱伝導経路と物質移動経路とにより自己循環式昇圧機構として作用するため、化学変化と相変化との間の干渉を抑制し、高い反応速度、放熱速度を得ることができる。   As described above, since the heat transfer path and the mass transfer path act as a self-recirculating pressure rising mechanism, interference between the chemical change and the phase change can be suppressed, and a high reaction rate and heat release rate can be obtained.

また、本発明に係る反応器は、前記蓄熱材の重量変化が生じるときの予め定められた相対蒸気圧以上の相対蒸気圧が得られるように、前記熱伝導経路の熱抵抗を設定することができる。これにより、安定して、自己循環式昇圧機構として作用することができる。   In the reactor according to the present invention, the thermal resistance of the heat conduction path may be set so as to obtain a relative vapor pressure equal to or higher than a predetermined relative vapor pressure when a weight change of the heat storage material occurs. it can. As a result, it is possible to act stably as a self-circulating pressure boosting mechanism.

また、本発明に係る反応器は、前記伝熱面から蒸発した前記物質を外部へ供給するための物質供給経路と、前記伝熱面から蒸発した前記物質の圧力を計測する圧力計測部と、前記圧力計測部によって計測された前記圧力に応じて、前記物質供給経路に設けられた、前記物質の供給を切り換えるためのバルブを制御する制御部と、を更に含むことができる。これにより、高圧の蒸気を外部へ供給することができる。   Further, the reactor according to the present invention includes a substance supply path for supplying the substance evaporated from the heat transfer surface to the outside, and a pressure measurement unit for measuring the pressure of the substance evaporated from the heat transfer surface. According to another aspect of the present invention, the apparatus may further include: a control unit provided in the substance supply path, which controls a valve for switching the supply of the substance, in accordance with the pressure measured by the pressure measurement unit. Thereby, high pressure steam can be supplied to the outside.

また、本発明に係る蓄熱システムは、上記の反応器と、前記反応器により供給された前記物質の吸着反応又は化学反応により放熱する蓄熱材であって、かつ、前記反応器の蓄熱材よりも平衡温度の高い蓄熱材を含む高温反応器と、を含んで構成されている。これにより、高温の反応熱を得ることができる。   The heat storage system according to the present invention is a heat storage material that releases heat by adsorption reaction or chemical reaction of the above-described reactor and the substance supplied by the reactor, and is more than the heat storage material of the reactor. And a high temperature reactor including a heat storage material having a high equilibrium temperature. Thereby, high temperature reaction heat can be obtained.

また、上記の蓄熱システムは、前記反応器の蓄熱材の脱着反応又は化学反応により供給された前記物質、及び前記高温反応器の蓄熱材の脱着反応又は化学反応により供給された前記物質を凝縮するための凝縮器を更に含み、熱源からの熱供給により前記高温反応器の蓄熱材が脱着反応又は化学反応し、前記高温反応器からの熱供給により前記反応器の蓄熱材が脱着反応又は化学反応することができる。これにより、供給された熱を有効に回収利用することができる。   Further, the heat storage system described above condenses the substance supplied by the desorption reaction or chemical reaction of the heat storage material of the reactor, and the substance supplied by the desorption reaction or chemical reaction of the heat storage material of the high temperature reactor. The heat storage material of the high temperature reactor causes desorption reaction or chemical reaction by heat supply from a heat source, and the heat storage material of the reactor causes desorption reaction or chemical reaction by heat supply from the high temperature reactor. can do. Thereby, the supplied heat can be recovered and used effectively.

また、上記の反応器は、前記伝熱面から蒸発した前記物質の圧力を計測する圧力計測部と、前記蓄熱材の温度を計測する温度計測部と、前記熱交換隔壁内に設けられた、熱交換可能な冷媒としての媒体を流すための媒体流路と、前記圧力計測部によって計測された前記圧力が、目標圧力を超えた場合、前記温度計測部によって計測された温度に応じて、前記媒体流路に流す媒体の流量を制御する制御部と、を更に含むことができる。これにより、伝熱面からの蒸気発生量と、蓄熱材の吸着反応又は化学反応による蒸気消費量とのバランスを保ちつつ、相対蒸気圧を制御することができ、吸着反応を維持することができる。   Further, the above-described reactor is provided in a pressure measurement unit that measures the pressure of the substance evaporated from the heat transfer surface, a temperature measurement unit that measures the temperature of the heat storage material, and the heat exchange partition wall. A medium flow path for flowing a medium as a heat exchangeable refrigerant, and when the pressure measured by the pressure measuring unit exceeds a target pressure, the temperature is measured according to the temperature measured by the temperature measuring unit. And a controller configured to control the flow rate of the medium flowing through the medium flow path. Thereby, the relative vapor pressure can be controlled while maintaining the balance between the amount of steam generation from the heat transfer surface and the amount of steam consumption due to the adsorption reaction or chemical reaction of the heat storage material, and the adsorption reaction can be maintained. .

上記の反応器は、熱交換可能な熱媒としての媒体を流すための熱媒用媒体流路と、前記熱媒用媒体流路の媒体との熱交換により、供給される物質の液膜蒸発が可能な始動時用の伝熱面と、始動するときに、前記熱媒用媒体流路に媒体を流すように制御する制御部と、を更に含み、前記蓄熱材は、始動するときに、前記始動時用の伝熱面から供給された前記物質の吸着反応又は化学反応により放熱することができる。これにより、外部からの熱媒を用いて、始動時に蒸気を供給することができる。   The above-mentioned reactor is a liquid film evaporation of the substance supplied by heat exchange between the heat medium medium flow path for flowing the medium as the heat exchangeable heat medium and the medium of the heat medium medium flow path. The heat storage material further includes a heat transfer surface for start-up that can be used, and a control unit that controls the medium to flow in the heat medium medium flow path when starting up, and when the heat storage material is started, Heat can be released by adsorption reaction or chemical reaction of the substance supplied from the heat transfer surface for starting. As a result, steam can be supplied at startup using an external heat medium.

上記の伝熱面は、前記物質の拡散速度が、前記蓄熱材の反応速度より速くなるように形成されることができる。これにより、伝熱面の反応不均一性を抑制することができる。   The heat transfer surface may be formed such that the diffusion rate of the substance is higher than the reaction rate of the heat storage material. Thereby, reaction nonuniformity of the heat transfer surface can be suppressed.

以上説明したように本発明に係る反応器及び化学蓄熱システムは、熱伝導経路と物質移動経路とにより自己循環式昇圧機構として作用するため、化学変化と相変化との間の干渉を抑制し、高い反応速度、放熱速度を得ることができる、という優れた効果を有する。   As described above, the reactor and the chemical heat storage system according to the present invention act as a self-circulating pressure rising mechanism by the heat conduction path and the mass transfer path, thereby suppressing the interference between the chemical change and the phase change, It has the excellent effect that high reaction rate and heat release rate can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る蒸気発生器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing composition of a steam generator concerning a 1st embodiment of the present invention. 蒸気発生器の構成を示す側視断面図である。It is a side view sectional view showing the composition of a steam generator. 伝熱面の面内温度分布について説明するための図である。It is a figure for demonstrating in-plane temperature distribution of a heat-transfer surface. 伝熱面をモデル化した細管群モデルを示す図である。It is a figure which shows the thin tube group model which modeled the heat transfer surface. 接触角に対する液拡散速度を示すグラフである。It is a graph which shows the liquid diffusion rate to a contact angle. 空隙率に対する液拡散速度を示すグラフである。It is a graph which shows the liquid diffusion rate to the porosity. 水和反応位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a hydration reaction position. 蓄熱材重量変化が顕著となる相対蒸気圧を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relative vapor pressure which a thermal storage material weight change becomes remarkable. 蓄熱材重量変化が顕著となる相対蒸気圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relative vapor pressure which a thermal storage material weight change becomes remarkable. 本発明の第3の実施形態に係る蒸気発生器の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of the steam generator concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る蒸気発生器の制御構成を示す図である。It is a figure showing control composition of a steam generator concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る蒸気発生器における蒸気の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the vapor | steam in the steam generator concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る蒸気発生器の蓄熱ECUによって実行される蒸気発生処理ルーチンを示す図である。It is a figure which shows the steam generation processing routine performed by thermal storage ECU of the steam generator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 運転・蓄熱モードにおける熱供給器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heat feeder in driving | operation * thermal storage mode. 起動・暖気モードにおける熱供給器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heat supply device in start / warm air mode. 起動・暖気モードにおける反応器及び高温反応器における化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the chemical reaction in a reactor and a high temperature reactor in start-up / warm air mode. 運転・蓄熱モードにおける反応器及び高温反応器における化学反応を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the chemical reaction in the reactor in a driving | operation * thermal storage mode, and a high temperature reactor. 本発明の第5の実施形態に係る熱供給器の構成を示す側視断面図である。It is a side view sectional view showing the composition of the heat exchanger concerning a 5th embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態に係る熱供給器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat supply device which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る熱供給器の蓄熱ECUによって実行される熱供給処理ルーチンを示す図である。It is a figure which shows the heat supply processing routine performed by heat storage ECU of the heat feeder which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る熱供給器の構成を示す側視断面図である。It is a side view sectional view showing the composition of the heat exchanger concerning a 6th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態に係る熱供給器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heat feeder which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る熱供給器の蓄熱ECUによって実行される熱供給処理ルーチンを示す図である。It is a figure which shows the heat supply processing routine performed by heat storage ECU of the heat feeder which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る蒸気発生器10について、図1〜図6に基づいて説明する。
First Embodiment
A steam generator 10 according to a first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 6.

図1には、蒸気発生器10の斜視図が示され、図2には、蒸気発生器10の断面図が示されている。この図に示される如く、蒸気発生器10は、ステンレスなどの金属材料で構成された容器12内に、化学蓄熱材に高熱伝導な熱伝導助材(カーボンファイバー、焼結銅、グラファイトカーボン等)を混合した蓄熱材成型体14を設けた反応器16を備えている。蓄熱材成型体14に含まれる化学蓄熱材は、脱水に伴って蓄熱(吸熱)し、水和(水酸化カルシウムへの復元)に伴って放熱(発熱)する構成とされている。   A perspective view of the steam generator 10 is shown in FIG. 1 and a cross-sectional view of the steam generator 10 is shown in FIG. As shown in this figure, the steam generator 10 is a heat transfer auxiliary material (carbon fiber, sintered copper, graphite carbon, etc.) which is highly thermally conductive to a chemical heat storage material in a container 12 made of a metal material such as stainless steel. And a reactor 16 provided with a heat storage material molded body 14 obtained by mixing them. The chemical thermal storage material contained in the thermal storage material molded body 14 is configured to store heat (heat absorption) with dehydration and release heat (heat generation) with hydration (restoration to calcium hydroxide).

この実施形態では、化学蓄熱材として、アルカリ土類金属の水酸化物の1つである水酸化カルシウム(Ca(OH))が採用されている。したがって、反応器16内の蓄熱材成型体14では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。 In this embodiment, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), which is one of alkaline earth metal hydroxides, is employed as the chemical heat storage material. Therefore, the heat storage material molded body 14 in the reactor 16 is configured to be capable of reversibly repeating heat storage and heat release by the reaction shown below.

Ca(OH) ⇔ CaO + HCa (OH) 2 ⇔ CaO + H 2 O

この式に蓄熱量、発熱量Qを併せて示すと、以下の式で表わされる。   When the heat storage amount and the calorific value Q are shown together with this equation, it is represented by the following equation.

Ca(OH) + Q → CaO + H
CaO + HO → Ca(OH) + Q
Ca (OH) 2 + Q → CaO + H 2 O
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q

また、反応器16内には、水供給口17から供給される水の液膜蒸発が可能な伝熱面18が設けられている。伝熱面18は、多孔質体が表面に形成された構造化伝熱面であり、無機物スラリーコロイド溶液を用いた親水処理が表面に施されている。なお、伝熱面18の表面に多孔質体が形成されている場合を例に説明したが、エッチング、フィンなどが表面に形成されていてもよい。   In the reactor 16, a heat transfer surface 18 capable of evaporating a liquid film of water supplied from the water supply port 17 is provided. The heat transfer surface 18 is a structured heat transfer surface in which a porous body is formed on the surface, and a hydrophilic treatment using an inorganic slurry colloidal solution is applied to the surface. Although the case where the porous body is formed on the surface of the heat transfer surface 18 has been described as an example, etching, fins or the like may be formed on the surface.

また、反応器16内には、蓄熱材成型体14と伝熱面18との間であって、熱伝導経路を形成するための熱交換可能な熱交換隔壁20が設けられている。   Further, in the reactor 16, a heat exchange partition wall 20 capable of heat exchange is provided between the heat storage material molded body 14 and the heat transfer surface 18 to form a heat conduction path.

また、反応器16内には、伝熱面18から蒸発した水蒸気を蓄熱材成型体14へ移動させるための、熱伝導経路とは異なる物質移動経路22が設けられている。   Further, in the reactor 16, a mass transfer path 22 different from the heat transfer path for transferring the water vapor evaporated from the heat transfer surface 18 to the heat storage material molded body 14 is provided.

容器12には、蓄熱材成型体14へ初期蒸気を供給するための初期蒸気入口24、及び伝熱面18から蒸発した水蒸気を外部へ供給するための蒸気供給経路26が設けられている。   The container 12 is provided with an initial steam inlet 24 for supplying initial steam to the heat storage material molded body 14, and a steam supply path 26 for supplying water vapor evaporated from the heat transfer surface 18 to the outside.

ここで、本実施の形態における反応器16が自己循環式昇圧機構として水蒸気を供給する原理について説明する。   Here, the principle in which the reactor 16 in the present embodiment supplies water vapor as a self-circulating pressure raising mechanism will be described.

反応器16は、水和反応系(CaO/Ca(OH)2)の蓄熱材に高熱伝導な熱伝導助材(カーボンファイバー、焼結銅、グラファイトカーボン等)を混合した蓄熱材成型体14と、液膜蒸発が可能な伝熱面18の間に熱交換隔壁20を設け、熱伝導経路と物質移動経路を連結する循環経路を形成することで、蓄熱材の化学反応、吸着反応で発生した熱Qc[W]を熱交換隔壁20、伝熱面18を介し蒸発界面へ伝える。これにより、化学反応による発熱Qc[W]と蒸発潜熱Qe[W]との差Qc-Qe[W]が反応器16および反応媒体の顕熱上昇に消費され、蒸気温度、蒸気圧力を増大することができる。一方で、蒸発界面から発生した蒸気は物質移動経路22を介して蓄熱材成型体14に供給することで、熱移動経路と物質移動経路22を独立に持つことが可能となる。これにより反応媒体(液体)により潮解しやすい蓄熱材の性能劣化を防ぐほか、蓄熱材厚み方向への反応媒体蒸気の面内均一供給が可能となる一方で、均一厚みの液膜形成による蒸発界面積の拡大、潜熱冷却の面内均一化により反応温度制御性が向上する等、化学反応と相変化現象との間の相互干渉を抑制しつつ、熱量差ΔQ(=Qc-Qe)を反応器顕熱上昇分に利用することで蒸気昇圧が可能となり、蒸気供給経路26から高圧の蒸気を供給することができる。 The reactor 16 is a heat storage material molded body 14 in which a heat conduction material of high thermal conductivity (carbon fiber, sintered copper, graphite carbon, etc.) is mixed with a heat storage material of hydration reaction system (CaO / Ca (OH) 2 ) The heat exchange partition wall 20 is provided between the heat transfer surface 18 capable of evaporating the liquid film, and a circulation path connecting the heat conduction path and the mass transfer path is formed, thereby generating the chemical reaction of the heat storage material and the adsorption reaction. The heat Qc [W] is transferred to the evaporation interface through the heat exchange partition wall 20 and the heat transfer surface 18. As a result, the difference Qc-Qe [W] between the exothermic Qc [W] and the latent heat of vaporization Qe [W] due to a chemical reaction is consumed in the rise of the sensible heat of the reactor 16 and the reaction medium, and the vapor temperature and vapor pressure are increased. be able to. On the other hand, by supplying the vapor generated from the evaporation interface to the heat storage material molded body 14 through the mass transfer path 22, it becomes possible to have the heat transfer path and the mass transfer path 22 independently. While this prevents the performance deterioration of the heat storage material that tends to deliquesce due to the reaction medium (liquid), and enables uniform in-plane supply of reaction medium vapor in the thickness direction of the heat storage material, the evaporation field due to the formation of a liquid film of uniform thickness The reaction temperature controllability is improved by the expansion of the area and the in-plane uniformity of latent heat cooling, etc. While suppressing the mutual interference between the chemical reaction and the phase change phenomenon, the calorific difference ΔQ (= Qc-Qe) By utilizing it for the sensible heat increase, steam pressure can be increased, and high pressure steam can be supplied from the steam supply path 26.

次に、伝熱面18の面内温度分布発生により反応不均一を抑制する原理について説明する。   Next, the principle of suppressing the reaction nonuniformity by the generation of the in-plane temperature distribution of the heat transfer surface 18 will be described.

図3に示すように、蓄熱材に混合する熱伝導助材の材料熱伝導率、混合率、配向性、厚みを調整し、高密度の蓄熱材成型体14とすることで蓄熱材の厚み方向の熱抵抗を制御可能とする。一方、多孔質体、エッチング、フィン等で構成した構造化伝熱面にスラリー、ゾルゲル、コロイド溶液法で無機物系の親水性材料をコートした液膜蒸発が可能な伝熱面18とし、構造化伝熱面の空隙率、材料熱伝導率、構造体厚みを調整することで蒸発伝熱面の厚み方向の熱抵抗を制御可能とする。これにより、蓄熱材反応温度と蒸発界面温度との温度差を物質(反応媒体)移動とは独立に設定可能となる。   As shown in FIG. 3, by adjusting the material thermal conductivity, mixing ratio, orientation, and thickness of the heat conduction aid to be mixed with the heat storage material, and making the heat storage material molded body 14 of high density, the thickness direction of the heat storage material Control of the thermal resistance of the On the other hand, the heat transfer surface 18 can be formed as a liquid film which can be evaporated by coating an inorganic hydrophilic material on a structured heat transfer surface composed of a porous body, etching, fins, etc. by a slurry, sol gel or colloidal solution method. The thermal resistance of the evaporation heat transfer surface in the thickness direction can be controlled by adjusting the porosity of the heat transfer surface, the material thermal conductivity, and the thickness of the structure. Thereby, the temperature difference between the heat storage material reaction temperature and the evaporation interface temperature can be set independently of the movement of the substance (reaction medium).

蓄熱材材料の反応速度および、蓄熱材成型体14の密度、厚み、蒸気拡散孔径の設定により決まる蒸気拡散速度により、熱交換隔壁20を通過する熱流束qは決定する。一方で、伝熱面18への液拡散速度は構造体空隙径、固液界面の接触角、重力により決まり、親水化処理(接触角度の低減)により極めて早い拡散速度となる。このため、熱移動(熱伝導)とは独立に液拡散速度を制御することが可能となり、反応速度よりも液拡散速度を大きくなるように設定することで面内温度分布発生による反応不均一を抑制することができる。 The heat flux q w passing through the heat exchange partition wall 20 is determined by the reaction rate of the heat storage material and the vapor diffusion rate determined by the density, thickness and vapor diffusion pore size setting of the heat storage material molded body 14. On the other hand, the liquid diffusion rate to the heat transfer surface 18 is determined by the structure void diameter, the contact angle of the solid-liquid interface, and the gravity, and the extremely high diffusion rate is obtained by the hydrophilization treatment (reduction of the contact angle). For this reason, it is possible to control the liquid diffusion rate independently of heat transfer (heat conduction), and by setting the liquid diffusion rate to be larger than the reaction rate, the reaction non-uniformity due to the generation of the in-plane temperature distribution is realized. It can be suppressed.

また、図4に、伝熱面18をモデル化した細管群モデル(常温、非蒸発)を示す。動粘性係数ν[m2/s]、表面張力T[N/m]、密度ρ[kg/m3]とすると、慣性項、粘性項、重力・毛管力項からなる以下の式が得られる。 Further, FIG. 4 shows a thin tube group model (normal temperature, non-evaporation) in which the heat transfer surface 18 is modeled. Assuming the kinematic viscosity coefficient [[m 2 / s], surface tension T [N / m] and density ρ [kg / m 3 ], the following equation consisting of inertia term, viscosity term, gravity and capillary force term is obtained .

Figure 0006540267
Figure 0006540267

上記の細管群モデル(常温、非蒸発)による解析から、接触角α(親水性処理による濡れ性向上)、重力利用(反応液を鉛直上部より供給し、重力と毛管力を利用)、空隙径サイズによる液拡散速度制御が可能となり(図5、6参照)、反応速度よりも液拡散速度を大きく設定することが可能である。例えば、親水化処理により、接触角αが減少し、拡散速度を増大させることが可能である。これは接触角αの減少で毛管力項のBが増大するためである。また、反応液を下部から供給する場合に比べて、反応液を上部から供給する場合には、重力利用により液拡散速度を増大させることができる。また、反応液を上部から供給する場合には、空隙径サイズの設定として、大き目の細孔(d=0.5mm)とすることにより、拡散速度を向上させることが可能である。   From analysis by the above-mentioned capillary group model (normal temperature, non-evaporation), contact angle α (wettability improvement by hydrophilic treatment), gravity utilization (the reaction liquid is supplied from the vertical upper part, gravity and capillary force are used), void diameter The liquid diffusion rate can be controlled by the size (see FIGS. 5 and 6), and the liquid diffusion rate can be set larger than the reaction rate. For example, the hydrophilization treatment can reduce the contact angle α and increase the diffusion rate. This is because the decrease in the contact angle α increases the capillary force term B. In addition, compared with the case where the reaction solution is supplied from the lower side, when the reaction solution is supplied from the upper side, the liquid diffusion rate can be increased by utilizing gravity. In addition, when the reaction solution is supplied from the top, the diffusion speed can be improved by setting the pore size to a large pore (d = 0.5 mm).

次に、第1の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

まず、初期蒸気入口24から初期蒸気が供給されると、蓄熱材成型体14での水和反応により発熱し、発生した熱が、熱交換隔壁20、伝熱面18を介して蒸発界面へ伝わる。このとき、水供給口17から供給された水が、伝熱面18の蒸発界面で蒸発し、水蒸気が供給される。   First, when the initial steam is supplied from the initial steam inlet 24, heat is generated by the hydration reaction of the heat storage material molded body 14, and the generated heat is transmitted to the evaporation interface through the heat exchange partition wall 20 and the heat transfer surface 18. . At this time, the water supplied from the water supply port 17 is evaporated at the evaporation interface of the heat transfer surface 18, and the water vapor is supplied.

伝熱面18から供給された水蒸気は、物質移動経路22に沿って蓄熱材成型体14へ移送し、蓄熱材成型体14での水和反応により発熱する。   The water vapor supplied from the heat transfer surface 18 is transferred to the heat storage material molded body 14 along the mass transfer path 22 and generates heat due to the hydration reaction of the heat storage material molded body 14.

このように、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気とが循環することにより、伝熱面18から供給される水蒸気は徐々に昇圧され、昇圧された水蒸気が、蒸気供給経路26により外部へ供給される。   Thus, the heat supplied from the heat transfer surface 18 is gradually boosted by the circulation of the heat moving in the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the water vapor moving in the mass transfer path 22. The pressurized steam is supplied to the outside by the steam supply path 26.

そして、蓄熱材成型体14を再生する場合には、外部から蓄熱材成型体14へ熱を供給し、蓄熱材成型体14は水の脱着反応を行って蓄熱する。なお、蓄熱材成型体14の脱着反応により発生した水は、回収する機構により回収すればよい。   Then, when the heat storage material molded body 14 is regenerated, heat is supplied to the heat storage material molded body 14 from the outside, and the heat storage material molded body 14 performs a desorption reaction of water to store heat. The water generated by the desorption reaction of the heat storage material molded body 14 may be recovered by a recovery mechanism.

以上説明したように、第1の実施の形態に係る蒸気発生器によれば、熱伝導経路と物質移動経路とを独立に設けることにより自己循環式昇圧機構として作用するため、化学変化と相変化との間の干渉を抑制し、高い反応速度、放熱速度を得ることができる。   As described above, according to the steam generator according to the first embodiment, since the heat transfer path and the mass transfer path are provided independently to act as a self-circulating pressure boosting mechanism, chemical change and phase change are realized. The interference between them can be suppressed, and a high reaction rate and heat release rate can be obtained.

また、伝熱面の液拡散速度が、反応速度よりも大きくなるように設定することで、伝熱面の反応不均一性を抑制することができる。   Moreover, reaction nonuniformity of the heat transfer surface can be suppressed by setting the liquid diffusion rate of the heat transfer surface to be larger than the reaction speed.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る蒸気発生器10について説明する。なお、第2の実施形態に係る蒸気発生器10は、第1の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
A steam generator 10 according to a second embodiment of the present invention will be described. In addition, since it becomes the structure similar to 1st Embodiment, the steam generator 10 which concerns on 2nd Embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.

ここで、本実施の形態における熱の移動経路における熱抵抗の設定により相対蒸気圧を制御する原理について説明する。   Here, the principle of controlling the relative vapor pressure by setting of the thermal resistance in the heat transfer path in the present embodiment will be described.

蓄熱材の化学反応熱は、蓄熱材成型体14、熱交換隔壁20、伝熱面18の熱伝導を介して、伝熱面18の気液蒸発界面へと輸送される。ここで、蓄熱材成型体14の蒸気通路抵抗が蓄熱材内部の蒸気拡散抵抗と比較して十分小さい場合、水和反応は蒸気通路と蓄熱材界面から進行し、厚み方向に一様な反応分布となる。このため、図7に示すように、蓄熱材界面から、以下の式で表わされる水和反応位置z(τ)では、反応蒸気が拡散し、水和反応位置から熱交換隔壁20までは、反応熱が熱交換隔壁20へと熱流束qw[W/m2]で熱伝導する。 The heat of chemical reaction of the heat storage material is transported to the gas-liquid evaporation interface of the heat transfer surface 18 via the heat conduction of the heat storage material molded body 14, the heat exchange partition wall 20, and the heat transfer surface 18. Here, when the steam passage resistance of the heat storage material molded body 14 is sufficiently small compared to the steam diffusion resistance inside the heat storage material, the hydration reaction proceeds from the interface of the steam passage and the heat storage material, and the reaction distribution is uniform in the thickness direction It becomes. For this reason, as shown in FIG. 7, the reaction vapor is diffused from the heat storage material interface at the hydration reaction position z (τ) expressed by the following equation, and the reaction from the hydration reaction position to the heat exchange partition wall 20 is a reaction The heat is conducted to the heat exchange partition wall 20 at a heat flux q w [W / m 2 ].

z(τ)=δs・X(τ) z (τ) = δ s · X (τ)

ただし、τ[s]は時間であり、δs[m]は、蓄熱材成型体14の厚みであり、X(τ)[m]は水和反応率である。 However, τ [s] is time, δ s [m] is the thickness of the heat storage material molded body 14, and X (τ) [m] is the hydration reaction rate.

一方、伝熱面18では、親水処理による高い液拡散速度により蒸発界面は伝熱面18と物質移動経路22の界面に形成され、蒸発界面への見かけの熱伝導率は、構造体熱伝導率λmetal[W/m/K]と水の熱伝導率λliq[W/m/K]の複合熱伝導率λcomp[W/m/K]となる。 On the other hand, at the heat transfer surface 18, the evaporation interface is formed at the interface between the heat transfer surface 18 and the mass transfer path 22 by the high liquid diffusion rate by the hydrophilic treatment, and the apparent thermal conductivity to the evaporation interface is the structure thermal conductivity The combined thermal conductivity λ comp [W / m / K] of the thermal conductivity λ liq [W / m / K] of λ metal [W / m / K] is obtained.

Figure 0006540267
Figure 0006540267

このため、相対蒸気圧Rpは、以下の式に示すように、材料物性(蓄熱材成型体14の熱伝導率λs、伝熱面18の熱伝導率λmetal、伝熱面18の空隙率ε[-])と形状諸元(蓄熱材成型体14の厚みδs、伝熱面18の厚みδe[m]、熱交換隔壁20の厚みδw[m])より設定可能となる。 For this reason, the relative vapor pressure R p is expressed by the following equation: physical properties of the material (thermal conductivity λ s of the heat storage material molded body 14, thermal conductivity λ metal of the heat transfer surface 18, air gap of the heat transfer surface 18 It is possible to set from the ratio ε [-] and the shape specification (the thickness δ s of the heat storage material molded body 14, the thickness δ e [m] of the heat transfer surface 18, the thickness δ w [m] of the heat exchange partition 20) .

Figure 0006540267
Figure 0006540267

ただし、Pe[kPa]は蒸気圧であり、Ps[kPa]は蓄熱材温度における蒸気圧であり、P(T) [kPa]は温度Tにおける飽和蒸気圧であり、ΔP1[kPa]は、物質移動経路22の圧力損失であり、ΔP1[kPa]は、蓄熱材成型体14表面から水和反応位置までの圧力損失である。ΔT[K]は、水和反応位置から蒸発界面までの間の温度差であり、Ts[K]は蓄熱材温度である。 However, P e [kPa] is the vapor pressure, P s [kPa] is the vapor pressure at the heat storage material temperature, P (T) [kPa] is the saturated vapor pressure at temperature T, ΔP 1 [kPa] Is the pressure drop of the mass transfer path 22, and ΔP 1 [kPa] is the pressure drop from the surface of the heat storage material molded body 14 to the hydration reaction position. ΔT [K] is the temperature difference between the hydration reaction position and the evaporation interface, and T s [K] is the heat storage material temperature.

Figure 0006540267
Figure 0006540267

一方で、水和/脱水による蓄熱材重量変化が顕著となる相対蒸気圧RP,Tは蓄熱材により異なる(図8、9参照)。 On the other hand, the relative vapor pressure RP, T at which the heat storage material weight change becomes remarkable due to hydration / dehydration differs depending on the heat storage material (see FIGS. 8 and 9).

そこで、熱移動経路の熱抵抗を設定することにより、相対蒸気圧RPを水和反応可能な相対蒸気圧RP,T(例えば、0.45〜0.55)以上とすることで連続的な蒸気昇圧が可能となる。なお、相対蒸気圧RP,T以下では反応温度が高すぎるため水和反応が停止する。 Therefore, by setting the thermal resistance of the heat transfer path, the relative vapor pressure R P can be made continuous by setting it to the relative vapor pressure R P, T (eg, 0.45 to 0.55) that can cause hydration reaction. Steam pressure can be generated. The reaction temperature is too high below the relative vapor pressure R P, T , and the hydration reaction stops.

以上説明したように、第2の実施形態に係る蒸気発生器10の反応器16では、蓄熱材成型体14の重量変化が生じるときの予め定められた相対蒸気圧RP,T以上の相対蒸気圧RPが得られるように、材料物性(蓄熱材成型体14の熱伝導率λs、伝熱面18の熱伝導率λmetal、伝熱面18の空隙率ε[-])と形状諸元(蓄熱材成型体14の厚みδs、伝熱面18の厚みδe[m]、熱交換隔壁20の厚みδw[m])より、熱伝導経路の熱抵抗を設定する。 As described above, in the reactor 16 of the steam generator 10 according to the second embodiment, the relative vapor pressure R P, T or more relative to the predetermined relative vapor pressure when the weight change of the heat storage material molded body 14 occurs In order to obtain the pressure R P , the physical properties of the material (thermal conductivity λ s of the heat storage material molded body 14, thermal conductivity λ metal of the heat transfer surface 18, void ratio ε [−] of the heat transfer surface 18) The thermal resistance of the heat conduction path is set from the elements (thickness δ s of the heat storage material molded body 14, thickness δ e [m] of the heat transfer surface 18, and thickness δ w [m] of the heat exchange partition 20).

次に、第2の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the second embodiment will be described.

まず、初期蒸気入口24から初期蒸気が供給されると、蓄熱材成型体14での水和反応により発熱し、発生した熱が、熱交換隔壁20、伝熱面18を介して蒸発界面へ伝わる。このとき、水供給口17から供給された水が、伝熱面18の蒸発界面で蒸発し、水蒸気が供給される。   First, when the initial steam is supplied from the initial steam inlet 24, heat is generated by the hydration reaction of the heat storage material molded body 14, and the generated heat is transmitted to the evaporation interface through the heat exchange partition wall 20 and the heat transfer surface 18. . At this time, the water supplied from the water supply port 17 is evaporated at the evaporation interface of the heat transfer surface 18, and the water vapor is supplied.

伝熱面18から供給された水蒸気により、相対蒸気圧RPが、水和反応可能な相対蒸気圧RP,T(例えば、0.45〜0.55)以上となるため、蓄熱材成型体14の水和反応が生じ、発熱する。 Since the relative vapor pressure R P is equal to or higher than the relative vapor pressure R P, T (eg, 0.45 to 0.55) capable of hydration reaction due to the water vapor supplied from the heat transfer surface 18, the heat storage material molded body A hydration reaction of 14 occurs and produces an exotherm.

このように、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気とが循環することにより、伝熱面18から供給される水蒸気は連続的に昇圧され、昇圧された水蒸気が、蒸気供給経路26により外部へ供給される。   Thus, by circulating the heat moving in the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the steam moving in the mass transfer path 22, the steam supplied from the heat transfer surface 18 is continuously pressurized. The pressurized steam is supplied to the outside by the steam supply path 26.

以上説明したように、第2の実施の形態に係る蒸気発生器によれば、蓄熱材の重量変化が生じるときの予め定められた相対蒸気圧RP,T以上の相対蒸気圧RPが得られるように、熱伝導経路の熱抵抗を設定することにより、安定して、自己循環式昇圧機構として作用し、蒸気昇圧が可能である。 As described above, according to the steam generator according to the second exemplary embodiment, the predetermined relative vapor pressure of R P, T or more relative vapor pressure R P is obtained when the weight change of the heat storage material occurs As described above, by setting the thermal resistance of the heat conduction path, it stably acts as a self-circulating pressure boosting mechanism, and steam pressure boosting is possible.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る蒸気発生器310について説明する。なお、第1の実施の形態、第2の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Third Embodiment
A steam generator 310 according to a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment and 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図10に示すように、第3の実施形態に係る蒸気発生器310の反応器16の蒸気供給経路26には、蒸気の供給を切り替えるための開閉弁320が設けられている。また、水供給口17は、水供給ライン322を介して水タンク326に連通されている。水供給ライン322には、ウォータポンプ324が設けられている。また、初期蒸気入口24は、蒸気供給ライン330を介して初期蒸気発生器332に連通されている。蒸気供給ライン330には、蒸気の供給を切り替えるための開閉弁334が設けられている。   As shown in FIG. 10, the steam supply passage 26 of the reactor 16 of the steam generator 310 according to the third embodiment is provided with an on-off valve 320 for switching the supply of steam. In addition, the water supply port 17 is in communication with the water tank 326 via the water supply line 322. The water supply line 322 is provided with a water pump 324. The initial steam inlet 24 is also in communication with the initial steam generator 332 via a steam supply line 330. The steam supply line 330 is provided with an on-off valve 334 for switching the supply of steam.

また、蒸気発生器310は、反応器16内の物質移動経路22の圧力に対応した信号を出力する圧力センサ340を備えている。なお、圧力センサ340が、圧力計測部の一例である。   The steam generator 310 also includes a pressure sensor 340 that outputs a signal corresponding to the pressure of the mass transfer path 22 in the reactor 16. The pressure sensor 340 is an example of a pressure measurement unit.

また、図11に示されるように、蒸気発生器310は、蓄熱ECU350を備えている。蓄熱ECU350は、開閉弁320、334、及びウォータポンプ324のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。なお、蓄熱ECU350が、制御部の一例である。   Further, as shown in FIG. 11, the steam generator 310 includes a heat storage ECU 350. The heat storage ECU 350 is electrically connected to the on-off valves 320 and 334 and the water pump 324, and controls the operation of these. The heat storage ECU 350 is an example of a control unit.

この蓄熱ECU350は、圧力センサ340に電気的に接続されている。   The heat storage ECU 350 is electrically connected to the pressure sensor 340.

蓄熱ECU350は、図12に示すように、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetに到達するまで、開閉弁320を閉じるように制御して、蒸気を昇圧する。蓄熱ECU350は、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetに到達すると、開閉弁320を開くように制御して、蒸気供給経路26を連通させて、外部へ高圧の蒸気を供給する。 As shown in FIG. 12, the heat storage ECU 350 controls the on-off valve 320 to close until the pressure detected by the pressure sensor 340 reaches the target pressure P target to pressurize the steam. When the pressure detected by the pressure sensor 340 reaches the target pressure P target , the heat storage ECU 350 controls the open / close valve 320 to open to connect the steam supply path 26 to supply high pressure steam to the outside. .

ここで、第3の実施形態における高圧蒸気を生成する原理について説明する。   Here, the principle of generating high-pressure steam in the third embodiment will be described.

蓄熱材の昇温のために、始動初期蒸気の供給により初期水和反応を開始し、反応水の供給により相対蒸気圧RP≧RP,Tとなるような蓄熱材から蒸発界面への熱伝導(温度差ΔT)により気液界面からの蒸気発生をおこなう。蒸気自己循環による蓄熱材昇温・内部蒸気昇圧後、内部蒸気圧がPtargetに到達すると同時に蒸気供給側の開閉弁320を開き高圧蒸気を供給する。これにより外部からの少ない投入エネルギー(初期水和反応に必要な蒸発潜熱、電気ヒータ加熱等)により高圧蒸気を生成することが可能となる。 In order to raise the temperature of the heat storage material, the initial hydration reaction is started by the supply of initial start steam, and the heat from the heat storage material to the evaporation interface is set such that relative vapor pressure R P ≧ R P, T by the supply of reaction water. Vapor generation from the gas-liquid interface is performed by conduction (temperature difference ΔT). After the heat storage material temperature rise and internal steam pressure increase by steam self-circulation, the internal steam pressure reaches P target and at the same time the steam supply side on-off valve 320 is opened to supply high pressure steam. As a result, it is possible to generate high-pressure steam with low input energy from the outside (the latent heat of vaporization required for the initial hydration reaction, electric heater heating, etc.).

次に、第3の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the third embodiment will be described.

蓄熱ECU350の制御について、図13に示す蒸気発生処理ルーチンを参照しつつ説明する。蒸気発生器310の作動開始が指示されると、蓄熱ECU350によって蒸気発生処理ルーチンが実行される。   Control of the heat storage ECU 350 will be described with reference to a steam generation processing routine shown in FIG. When the start of operation of the steam generator 310 is instructed, the heat storage ECU 350 executes a steam generation processing routine.

まず、ステップ100において、初期蒸気発生器332を一定時間だけ作動させると共に、開閉弁334を開放させる。これにより、初期蒸気発生器332から、蒸気供給ライン330及び初期蒸気入口24を介して蒸気が反応器16内の蓄熱材成型体14に供給される。蓄熱材成型体14では、水和反応が開始され、該水和反応に伴い放熱する。この熱は、熱交換隔壁20を介して伝熱面18へ伝わる。   First, in step 100, the initial steam generator 332 is operated for a predetermined time, and the on-off valve 334 is opened. Thereby, steam is supplied from the initial steam generator 332 to the heat storage material molded body 14 in the reactor 16 through the steam supply line 330 and the initial steam inlet 24. In the heat storage material molded body 14, a hydration reaction is started, and the heat is released along with the hydration reaction. This heat is transferred to the heat transfer surface 18 through the heat exchange partition wall 20.

そして、ステップ102において、ウォータポンプ324を作動させる。これにより、水タンク326から、水供給ライン322及び水供給口17を介して水が伝熱面18に供給される。   Then, in step 102, the water pump 324 is operated. Thus, water is supplied from the water tank 326 to the heat transfer surface 18 through the water supply line 322 and the water supply port 17.

このとき、水和反応により蓄熱材成型体14の温度Tが上昇し、蓄熱材成型体14から伝熱面18へ、温度差ΔTで熱伝導が生じる。そして、 At this time, the temperature T s of the heat storage material molded body 14 is raised by the hydration reaction, the heat storage material molded body 14 to heat transfer surfaces 18, heat conduction occurs at a temperature difference [Delta] T. And

伝熱面18から供給された水蒸気Pe=P(Ts+ΔT)-ΔP1により、相対蒸気圧RPが、水和反応可能な相対蒸気圧RP,T以上となるため、蓄熱材成型体14の水和反応が更に生じ、発熱し、伝熱面18から供給される水蒸気は昇圧される。 Since the relative vapor pressure R P becomes higher than the relative vapor pressure R P, T capable of hydration reaction by the water vapor P e = P (T s + ΔT) −ΔP 1 supplied from the heat transfer surface 18, the heat storage material The hydration reaction of the molded body 14 further occurs to generate heat, and the water vapor supplied from the heat transfer surface 18 is pressurized.

次のステップ104では、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetを超えたか否かを判定する。検出された圧力が、目標圧力Ptarget以下である場合には、開閉弁320を閉じたままとし、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気との自己循環を継続する。 In the next step 104, it is determined whether the pressure detected by the pressure sensor 340 exceeds the target pressure P target . When the detected pressure is equal to or less than the target pressure P target , the on-off valve 320 is kept closed, and the heat moving in the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the mass transfer path 22 are moved. Continue self-circulation with water vapor.

一方、検出された圧力が、目標圧力Ptargetを超えた場合には、ステップ106へ進み、開閉弁320を開放し、昇圧された蒸気を、蒸気供給経路26を介して外部へ供給する。 On the other hand, if the detected pressure exceeds the target pressure P target , the process proceeds to step 106, the on-off valve 320 is opened, and the pressurized steam is supplied to the outside through the steam supply path 26.

以上説明したように、第3の実施の形態に係る蒸気発生器によれば、所望の蒸気圧が得られるように、高圧の蒸気を外部へ供給することができる。   As explained above, according to the steam generator concerning a 3rd embodiment, high-pressure steam can be supplied outside so that desired steam pressure may be obtained.

(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係る熱供給器410について説明する。なお、第1の実施の形態〜第3の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Fourth Embodiment
A heat supply device 410 according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment-3rd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図14に示すように、第4の実施形態に係る熱供給器410は、更に高温反応器416及び凝縮器430を備えており、反応器16、高温反応器416、及び凝縮器430は、蒸気供給経路26を介して連通されている。蒸気供給経路26には、蒸気の供給を切り替えるための開閉弁421、422が設けられている。なお、熱供給器410は、蓄熱システムの一例である。   As shown in FIG. 14, the heat supplier 410 according to the fourth embodiment further includes a high temperature reactor 416 and a condenser 430, and the reactor 16, the high temperature reactor 416, and the condenser 430 are steams. It is in communication via the supply path 26. The steam supply path 26 is provided with on-off valves 421 and 422 for switching the supply of steam. The heat supplier 410 is an example of a heat storage system.

反応器16の蓄熱材成型体14では、化学蓄熱材として、例えば、M・xHOを用いる。 In the thermal storage material molded body 14 of the reactor 16, for example, M · xH 2 O is used as a chemical thermal storage material.

高温反応器416は、容器412内に、化学蓄熱材(例えば、水酸化カルシウム(Ca(OH)))に高熱伝導な熱伝導助材(カーボンファイバー、焼結銅、グラファイトカーボン等)を混合した2つの蓄熱材成型体414を設け、更に、2つの蓄熱材成型体414の間であって、熱伝導経路を形成するための熱交換可能な熱交換隔壁420が設けられている。 The high temperature reactor 416 mixes a high thermal conductivity heat conduction aid (carbon fiber, sintered copper, graphite carbon, etc.) with a chemical heat storage material (for example, calcium hydroxide (Ca (OH) 2 )) in a container 412. Two heat storage material molded bodies 414 are provided, and further, a heat exchange partition 420 capable of exchanging heat between the two heat storage material molded bodies 414 for forming a heat conduction path is provided.

高温反応器416の蓄熱材成型体414では、蓄熱材成型体14の化学蓄熱材より平衡温度の高い化学蓄熱材として、例えば、Ca(OH)2を用いる。 In the heat storage material molded body 414 of the high temperature reactor 416, for example, Ca (OH) 2 is used as a chemical heat storage material having a higher equilibrium temperature than the chemical heat storage material of the heat storage material molded body 14.

また、高温反応器416内には、外部から供給された水蒸気を蓄熱材成型体414へ移動させ、かつ、蓄熱材成型体414から脱着された水蒸気を外部へ供給するための物質移動経路432が設けられ、物質移動経路432は、蒸気供給経路26と連通されている。   In the high temperature reactor 416, there is a mass transfer path 432 for transferring the water vapor supplied from the outside to the heat storage material molded body 414 and supplying the water vapor desorbed from the heat storage material molded body 414 to the outside. A mass transfer path 432 is provided in communication with the vapor supply path 26.

反応器16の熱交換隔壁20内と、高温反応器416の熱交換隔壁420内とに、蓄熱材脱水に必要な熱(システム排気熱等)を回収する熱交換流路440、442を設け、排気熱出口(図示省略)と高温反応器416の熱交換流路442とを連通し、高温反応器416の熱交換流路442と反応器16の熱交換流路440とを連通する。これにより、高温排気熱により高温反応器416の蓄熱材成型体414を脱水し、高温反応器416から排出される低温排気熱により反応器16の蓄熱材成型体14を脱水することでカスケード的な蓄熱が可能となる。   In the heat exchange partition 20 of the reactor 16 and in the heat exchange partition 420 of the high temperature reactor 416, heat exchange channels 440 and 442 for recovering the heat (system exhaust heat etc.) necessary for dehydration of the heat storage material are provided The exhaust heat outlet (not shown) communicates with the heat exchange channel 442 of the high temperature reactor 416, and the heat exchange channel 442 of the high temperature reactor 416 communicates with the heat exchange channel 440 of the reactor 16. Thereby, the heat storage material molded body 414 of the high temperature reactor 416 is dewatered by the high temperature exhaust heat, and the heat storage material molded body 14 of the reactor 16 is dewatered by the low temperature exhaust heat discharged from the high temperature reactor 416 Thermal storage is possible.

高温の水和反応熱を得るための原理について説明する。   The principle for obtaining the heat of hydration reaction at high temperature will be described.

蓄熱材成型体14、熱交換隔壁20、及び液膜蒸発が可能な伝熱面18で構成する反応器16により高圧蒸気を生成し、反応器16よりも反応平衡温度の高い化学蓄熱材を搭載した高温反応器416へ蒸気を蒸気供給経路26を介して供給することにより、反応器16の反応平衡温度よりも高温の水和反応熱を得ることができ、さらに高温反応器416の反応速度を向上させることが可能となる(図15、16参照)。また、反応器16で生成される蒸気を高圧化することにより、高温反応器416の平衡温度を高温側にシフトすることが可能となり、より高温の水和反応熱を得ることができる。   A high-pressure vapor is generated by the heat storage material molded body 14, the heat exchange partition wall 20, and the reactor 16 constituted by the heat transfer surface 18 capable of evaporating a liquid film, and the chemical heat storage material having a higher reaction equilibrium temperature than the reactor 16 is mounted. By supplying steam to the high temperature reactor 416 through the steam supply passage 26, the heat of hydration reaction higher than the reaction equilibrium temperature of the reactor 16 can be obtained, and the reaction rate of the high temperature reactor 416 can be It is possible to improve (see FIGS. 15 and 16). In addition, by increasing the pressure of the vapor generated in the reactor 16, the equilibrium temperature of the high temperature reactor 416 can be shifted to the high temperature side, and a higher heat of hydration reaction can be obtained.

次に、排熱を有効に回収する原理について説明する。   Next, the principle of effectively recovering exhaust heat will be described.

蓄熱材脱水に必要な熱(システム排気熱等)を回収する熱交換流路440、442を高温反応器416、反応器16に設け、排気熱出口を高温反応器416の熱交換流路442に接続し、高温反応器416の熱交換流路442を反応器16の熱交換流路440に接続して、高温排気熱(例えば、650℃)により高温反応器416を脱水し、高温反応器416から排出される低温排気熱(例えば、450℃)により反応器16を脱水することでカスケード的な蓄熱が可能となる(図14、17参照)。これにより、システムから排出する熱を高温から低温まで有効に回収利用することが可能となり、システム効率を向上することができる。   Heat exchange channels 440 and 442 for recovering heat (system exhaust heat etc.) necessary for heat storage material dehydration are provided in the high temperature reactor 416 and the reactor 16, and the exhaust heat outlet is in the heat exchange channel 442 of the high temperature reactor 416 The heat exchange flow path 442 of the high temperature reactor 416 is connected to the heat exchange flow path 440 of the reactor 16 so that the high temperature reactor 416 is dewatered by high temperature exhaust heat (for example, 650 ° C.). By dehydrating the reactor 16 by the low temperature exhaust heat (for example, 450 ° C.) discharged from the exhaust gas, it is possible to perform cascaded heat storage (see FIGS. 14 and 17). As a result, the heat discharged from the system can be effectively recovered and used from high temperature to low temperature, and system efficiency can be improved.

次に、第4の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the fourth embodiment will be described.

まず、運転・蓄熱モードで、蓄熱材成型体14、414を再生する場合には、排気熱出口から高温反応器416の熱交換流路442に高温の熱媒を流して、蓄熱材成型体414へ熱を供給し、蓄熱材成型体414は水の脱着反応を行って蓄熱する。このとき、蓄熱ECU350によって、開閉弁422を開放するように制御し、蓄熱材成型体414の脱着反応により発生した水は、蒸気供給経路26を介して凝縮器430により回収される。   First, when the heat storage material molded body 14 or 414 is regenerated in the operation / heat storage mode, a high temperature heat medium is allowed to flow from the exhaust heat outlet to the heat exchange flow path 442 of the high temperature reactor 416. Heat is supplied to the heat storage material, and the heat storage material molded body 414 performs a desorption reaction of water to store heat. At this time, the heat storage ECU 350 controls the opening / closing valve 422 to open, and the water generated by the desorption reaction of the heat storage material molded body 414 is recovered by the condenser 430 via the steam supply path 26.

更に、高温反応器416の熱交換流路442から反応器16の熱交換流路440に熱媒を流して、蓄熱材成型体14へ熱を供給し、蓄熱材成型体14は水の脱着反応を行って蓄熱する。このとき、蓄熱ECU350によって、開閉弁421を開放するように制御し、蓄熱材成型体14の脱着反応により発生した水は、蒸気供給経路26を介して凝縮器430により回収される。   Further, a heat medium is caused to flow from the heat exchange flow path 442 of the high temperature reactor 416 to the heat exchange flow path 440 of the reactor 16 to supply heat to the heat storage material molded body 14. To store heat. At this time, the heat storage ECU 350 controls the opening / closing valve 421 to open, and the water generated by the desorption reaction of the heat storage material molded body 14 is recovered by the condenser 430 via the steam supply path 26.

また、起動・暖気モードに移行した場合には、まず、反応器16の初期蒸気入口24から初期蒸気が供給され、蓄熱材成型体14での水和反応により発熱し、発生した熱が、熱交換隔壁20、伝熱面18を介して蒸発界面へ伝わる。このとき、水供給口17から供給された水が、伝熱面18の蒸発界面で蒸発し、水蒸気が供給される。   Also, when transitioning to the start-up / warm-air mode, first, the initial steam is supplied from the initial steam inlet 24 of the reactor 16, heat is generated by the hydration reaction in the heat storage material molded body 14, and the generated heat is heat It is transmitted to the evaporation interface via the exchange bulkhead 20 and the heat transfer surface 18. At this time, the water supplied from the water supply port 17 is evaporated at the evaporation interface of the heat transfer surface 18, and the water vapor is supplied.

伝熱面18から供給された水蒸気は、物質移動経路22に沿って蓄熱材成型体14へ移送し、蓄熱材成型体14での水和反応により発熱する。   The water vapor supplied from the heat transfer surface 18 is transferred to the heat storage material molded body 14 along the mass transfer path 22 and generates heat due to the hydration reaction of the heat storage material molded body 14.

このように、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気とが循環することにより、伝熱面18から供給される水蒸気は徐々に昇圧され、昇圧された水蒸気が、蒸気供給経路26により高温反応器416へ供給される。   Thus, the heat supplied from the heat transfer surface 18 is gradually boosted by the circulation of the heat moving in the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the water vapor moving in the mass transfer path 22. The pressurized steam is supplied to the high temperature reactor 416 by the steam supply line 26.

そして、高温反応器416に供給された水蒸気は、物質移動経路432に沿って蓄熱材成型体414へ移動し、蓄熱材成型体414での水和反応により発熱する。このように生成された高温の熱が、暖気対象へ供給される。   Then, the water vapor supplied to the high temperature reactor 416 moves to the heat storage material molded body 414 along the mass transfer path 432, and generates heat due to the hydration reaction in the heat storage material molded body 414. The high temperature heat thus generated is supplied to the warm air target.

以上説明したように、第4の実施の形態に係る熱供給器によれば、高温蓄熱及び低温蓄熱による排熱回収を行って、システムから排出する熱を高温から低温まで有効に回収利用することが可能となり、システム効率を向上することができる。   As described above, according to the heat supplier according to the fourth embodiment, exhaust heat recovery is performed by high-temperature heat storage and low-temperature heat storage, and heat from the system is effectively recovered and used from high temperature to low temperature. System efficiency can be improved.

また、低温用の反応器により、高圧蒸気を高温反応器に供給することにより、高速昇温が可能となり、また、高温の反応熱を得ることができる。   In addition, by supplying high pressure steam to the high temperature reactor by the low temperature reactor, high-speed heating can be performed, and high temperature reaction heat can be obtained.

(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態に係る熱供給器510について説明する。なお、第1の実施の形態〜第4の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Fifth Embodiment
A heat supply device 510 according to a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment-4th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図18に示すように、第5の実施形態に係る熱供給器510の反応器16の容器12が、蒸気供給経路と連通されていない点が、上記第1の実施の形態〜第4の実施の形態と異なっている。   As shown in FIG. 18, the container 12 of the reactor 16 of the heat supply device 510 according to the fifth embodiment is not in communication with the steam supply path in the first to fourth embodiments. It is different from the form of

反応器16の熱交換隔壁20に、冷媒を流すための媒体流路540を設け、媒体流路540は、図19に示すように、冷媒供給器550と、冷媒循環ライン552を介して連通されている。冷媒循環ライン552には、冷媒の供給の切り替え及び供給量の調整を行うための開閉弁554が設けられている。また、水供給口17は、水供給ライン322を介して水タンク326に連通されている。水供給ライン322には、ウォータポンプ324が設けられている。また、初期蒸気入口24は、蒸気供給ライン330を介して初期蒸気発生器332に連通されている。蒸気供給ライン330には、蒸気の供給を切り替えるための開閉弁334が設けられている。   The heat exchange partition wall 20 of the reactor 16 is provided with a medium flow passage 540 for flowing the refrigerant, and the medium flow passage 540 is in communication with the refrigerant supply device 550 via a refrigerant circulation line 552 as shown in FIG. ing. The refrigerant circulation line 552 is provided with an on-off valve 554 for switching the supply of refrigerant and adjusting the amount of supply. In addition, the water supply port 17 is in communication with the water tank 326 via the water supply line 322. The water supply line 322 is provided with a water pump 324. The initial steam inlet 24 is also in communication with the initial steam generator 332 via a steam supply line 330. The steam supply line 330 is provided with an on-off valve 334 for switching the supply of steam.

また、熱供給器510は、反応器16内の物質移動経路22の圧力に対応した信号を出力する圧力センサ340と、蓄熱材成型体14の温度に対応した信号を出力する温度センサ560とを備えている。なお、温度センサ560が、温度計測部の一例である。   Further, the heat supply device 510 includes a pressure sensor 340 that outputs a signal corresponding to the pressure of the mass transfer path 22 in the reactor 16 and a temperature sensor 560 that outputs a signal corresponding to the temperature of the heat storage material molded body 14. Have. The temperature sensor 560 is an example of a temperature measurement unit.

また、熱供給器510は、蓄熱ECU350を備えており、蓄熱ECU350は、開閉弁320、334、554、及びウォータポンプ324のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。   Further, the heat supply device 510 includes a heat storage ECU 350, and the heat storage ECU 350 is electrically connected to each of the open / close valves 320, 334, 554 and the water pump 324, and controls the operation thereof. It has become.

この蓄熱ECU350は、圧力センサ340及び温度センサ560に電気的に接続されている。   The heat storage ECU 350 is electrically connected to the pressure sensor 340 and the temperature sensor 560.

蓄熱ECU350は、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetに到達するまで、開閉弁554を閉じるように制御して、蒸気を昇圧する。蓄熱ECU350は、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetに到達すると、開閉弁554を開くように制御して、媒体流路540に冷媒を流す。 The heat storage ECU 350 controls the on-off valve 554 to close until the pressure detected by the pressure sensor 340 reaches the target pressure P target to pressurize the steam. When the pressure detected by the pressure sensor 340 reaches the target pressure P target , the heat storage ECU 350 controls the open / close valve 554 to open and causes the refrigerant to flow in the medium flow channel 540.

ここで、第5の実施形態における冷媒の流量を制御する原理について説明する。   Here, the principle of controlling the flow rate of the refrigerant in the fifth embodiment will be described.

熱交換隔壁20に媒体流路540を内設することにより、化学反応で得られた熱の一部を冷媒により熱交換が可能となる。これにより自己蒸気循環により目標圧力Ptargetに昇度・昇圧された後、冷媒と熱交換することにより化学反応で得られた熱の一部を除熱し、伝熱面18からの蒸気発生量と化学反応で消費される蒸気量のバランス(化学反応熱量=蒸発潜熱量+媒体放熱量)を保ちつつ、反応温度と蒸気温度間の温度差を相対蒸気圧RP≧RP,Tとなるように制御することで水和反応を維持することが可能となる。 By providing the medium flow path 540 in the heat exchange partition wall 20, a part of the heat obtained by the chemical reaction can be exchanged by the refrigerant. As a result, the pressure is raised to the target pressure P target by self-steam circulation, and then heat is exchanged with the refrigerant to remove part of the heat obtained by the chemical reaction, and the amount of steam generated from the heat transfer surface 18 The temperature difference between the reaction temperature and the vapor temperature is set such that the relative vapor pressure R P RR P, T while maintaining the balance of the amount of vapor consumed in the chemical reaction (chemical reaction heat amount = heat of evaporation latent heat + medium heat release amount) Control to maintain the hydration reaction.

次に、第5の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the fifth embodiment will be described.

蓄熱ECU350の制御について、図20に示す熱供給処理ルーチンを参照しつつ説明する。熱供給器510の作動開始が指示されると、蓄熱ECU350によって熱供給処理ルーチンが実行される。なお、第3の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   Control of the heat storage ECU 350 will be described with reference to a heat supply processing routine shown in FIG. When the start of operation of the heat supplier 510 is instructed, the heat storage ECU 350 executes a heat supply processing routine. In addition, about the process similar to 3rd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

まず、ステップ100において、初期蒸気発生器332を一定時間だけ作動させると共に、開閉弁334を開放させる。そして、ステップ102において、ウォータポンプ324を作動させる。   First, in step 100, the initial steam generator 332 is operated for a predetermined time, and the on-off valve 334 is opened. Then, in step 102, the water pump 324 is operated.

次のステップ104では、圧力センサ340によって検出された圧力が、目標圧力Ptargetを超えたか否かを判定する。検出された圧力が、目標圧力Ptarget以下である場合には、開閉弁554を閉じたままとし、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気との自己循環を継続する。 In the next step 104, it is determined whether the pressure detected by the pressure sensor 340 exceeds the target pressure P target . When the detected pressure is equal to or lower than the target pressure P target , the on-off valve 554 is kept closed, and the heat moving in the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the mass transfer path 22 are moved. Continue self-circulation with water vapor.

一方、検出された圧力が、目標圧力Ptargetを超えた場合には、ステップ570へ進み、開閉弁554を開放し、冷媒供給器550から初期流量Fcだけ冷媒を冷媒循環ライン552を介して媒体流路540に流す。 On the other hand, if the detected pressure exceeds the target pressure P target , the process proceeds to step 570, the on-off valve 554 is opened, and the refrigerant is fed from the refrigerant feeder 550 by the initial flow rate Fc via the refrigerant circulation line 552 It flows in the flow path 540.

そして、次のステップ572では、温度センサ560によって検出された温度Tと、放温温度目標Ttargetとの差分の絶対値と、放温温度目標Ttargetとの比率|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)未満であるか否かを判定する。|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)未満である場合には、ステップ576へ移行するが、一方、|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)以上である場合には、ステップ574において、温度センサ560によって検出された温度Tと、放温温度目標Ttargetとの大小関係に応じて、媒体流路540に流す冷媒の流量をΔFcだけ増加又は減少させるように、開閉弁554を制御し、ステップ572へ戻る。 Then, in the next step 572, the ratio | T−T target | / T of the absolute value of the difference between the temperature T detected by the temperature sensor 560 and the heating temperature target T target, and the heating temperature target T target It is determined whether target is less than a threshold (for example, 0.1). If | T−T target | / T target is less than the threshold (eg, 0.1), the process proceeds to step 576, while | T−T target | / T target is the threshold (eg, If it is 0.1 or more, in step 574, the flow rate of the refrigerant to be supplied to the medium flow channel 540 is determined according to the magnitude relationship between the temperature T detected by the temperature sensor 560 and the temperature release target T target. The on-off valve 554 is controlled to increase or decrease by ΔFc, and the process returns to step 572.

ステップ576では、蓄熱材成型体14の水和反応が完了したか否かを判定し、蓄熱材成型体14の水和反応が完了していないと判定した場合には、上記ステップ572へ戻り、一方、蓄熱材成型体14の水和反応が完了したと判定した場合には、熱供給処理ルーチンを終了する。   In step 576, it is determined whether or not the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is completed, and if it is determined that the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is not completed, the process returns to the above step 572 On the other hand, when it is determined that the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is completed, the heat supply processing routine is ended.

以上説明したように、第5の実施の形態に係る熱供給器によれば、媒体放熱によって水和反応熱(温熱)及び蒸発潜熱(冷熱)のバランスを取ることにより、一定の温度に制御することができる。これによって、伝熱面からの蒸気発生量と、蓄熱材の吸着反応による蒸気消費量とのバランスを保ちつつ、相対蒸気圧を制御することができ、吸着反応を維持することができる。   As described above, according to the heat supplier according to the fifth embodiment, control is performed to a constant temperature by balancing heat of hydration reaction (warm heat) and latent heat of evaporation (cold heat) by heat radiation from the medium. be able to. As a result, the relative vapor pressure can be controlled while maintaining the balance between the amount of steam generation from the heat transfer surface and the amount of steam consumption due to the adsorption reaction of the heat storage material, and the adsorption reaction can be maintained.

(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態に係る熱供給器610について、図21、図22に基づいて説明する。なお、第1の実施の形態〜第5の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
Sixth Embodiment
A heat supply device 610 according to a sixth embodiment of the present invention will be described based on FIG. 21 and FIG. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment-5th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図21に示すように、第6の実施形態に係る熱供給器610の反応器16の容器12が、蒸気供給経路と連通されていない点が、上記第1の実施の形態〜第4の実施の形態と異なっている。また、反応器16内には、蓄熱材成型体14、伝熱面18、及び熱交換隔壁20が2セット設けられ、更に、2つの伝熱面18の間に、2つの始動初期用伝熱面618、及び始動初期用熱交換隔壁620が設けられている。   As shown in FIG. 21, the point that the container 12 of the reactor 16 of the heat supplier 610 according to the sixth embodiment is not in communication with the steam supply path is that the first to fourth embodiments described above. It is different from the form of Further, two sets of the heat storage material molded body 14, the heat transfer surface 18, and the heat exchange partition wall 20 are provided in the reactor 16, and two heat transfer for initial startup between the two heat transfer surfaces 18. A surface 618 and a heat exchange bulkhead 620 for initial start are provided.

2つの始動初期用伝熱面618は、それぞれ、2つの伝熱面18と対向するように設けられて、2つの始動初期用伝熱面618の間に始動初期用熱交換隔壁620が設けられている。始動初期用伝熱面618は、多孔質体、エッチング、フィンなどが表面に形成された構造化伝熱面であり、無機物スラリーコロイド溶液を用いた親水処理が表面に施されている。   The two heat transfer surfaces for initial start 618 are provided to face the two heat transfer surfaces 18 respectively, and the heat exchange partition 620 for initial start is provided between the two heat transfer surfaces for initial start 618 ing. The heat transfer surface for initial start 618 is a structured heat transfer surface in which a porous body, etching, fins and the like are formed on the surface, and the surface is subjected to a hydrophilic treatment using an inorganic slurry colloidal solution.

また、始動初期用熱交換隔壁620に、熱媒を流すための熱媒流路640を設け、熱媒流路640は、図22に示すように、熱媒供給器650と、熱媒循環ライン652を介して連通されている。熱媒循環ライン652には、熱媒の供給の切り替えを行うための開閉弁654が設けられている。   In addition, the heat exchange partition wall 620 for starting initial stage is provided with a heat medium channel 640 for flowing the heat medium, and the heat medium channel 640 is, as shown in FIG. It communicates through 652. The heat medium circulation line 652 is provided with an on-off valve 654 for switching the supply of the heat medium.

始動初期用熱交換隔壁620には、水供給口617が設けられており、水供給口617は、水供給ライン622を介して水タンク326に連通されている。水供給ライン622には、ウォータポンプ626が設けられている。   A water supply port 617 is provided in the heat exchange partition 620 for start-up, and the water supply port 617 is in communication with the water tank 326 via the water supply line 622. A water pump 626 is provided in the water supply line 622.

また、反応器16の熱交換隔壁20に、媒体流路540を設け、媒体流路540は、冷媒供給器550と、冷媒循環ライン552を介して連通されている。冷媒循環ライン552には、開閉弁554が設けられている。また、水供給口17は、水供給ライン322を介して水タンク326に連通されている。水供給ライン322には、ウォータポンプ324が設けられている。   Further, a medium flow passage 540 is provided in the heat exchange partition wall 20 of the reactor 16, and the medium flow passage 540 is in communication with the refrigerant supply device 550 via a refrigerant circulation line 552. The refrigerant circulation line 552 is provided with an on-off valve 554. In addition, the water supply port 17 is in communication with the water tank 326 via the water supply line 322. The water supply line 322 is provided with a water pump 324.

また、熱供給器610は、圧力センサ340と、温度センサ560とを備えている。   The heat supplier 610 also includes a pressure sensor 340 and a temperature sensor 560.

また、熱供給器610は、蓄熱ECU350を備えており、蓄熱ECU350は、開閉弁554、652及びウォータポンプ324、624のそれぞれに電気的に接続されており、これらの動作を制御するようになっている。   Further, the heat supply device 610 is provided with a heat storage ECU 350, and the heat storage ECU 350 is electrically connected to the on-off valves 554, 652 and the water pumps 324, 624, respectively, to control their operation. ing.

ここで、本実施の形態における熱供給を制御する原理について説明する。   Here, the principle of controlling the heat supply in the present embodiment will be described.

外部熱交換が可能な熱媒流路640を備えた始動初期用熱交換隔壁620の両側に、表面に親水処理が施された始動初期用伝熱面618を設けた構成を、蓄熱材成型体14、伝熱面18、及び熱交換隔壁20からなる自己循環式蒸気昇圧機構の間に挟む構成とすることにより、外部熱源(空気熱@環境温度、熱マス等)加熱による初期蒸気供給が可能となる。これにより、電気ヒータ加熱等による投入エネルギーを削減しシステム効率を向上し、初期始動から高圧蒸気発生まで連続的なシーケンス作動が可能となる。   A heat storage material molded body is provided with a heat transfer surface 618 having a hydrophilic treatment applied to the surface provided on both sides of the heat exchange partition 620 for the initial start provided with the heat medium flow path 640 capable of external heat exchange. 14, by sandwiching between self-circulating vapor pressure raising mechanism consisting of heat transfer surface 18 and heat exchange partition 20, initial steam supply by external heat source (air heat @ environmental temperature, heat mass etc) is possible It becomes. As a result, input energy due to electric heater heating and the like can be reduced, system efficiency can be improved, and continuous sequential operation from initial start up to high pressure steam generation becomes possible.

次に、第6の実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of the sixth embodiment will be described.

蓄熱ECU350の制御について、図23に示す熱供給処理ルーチンを参照しつつ説明する。熱供給器610の作動開始が指示されると、蓄熱ECU350によって熱供給処理ルーチンが実行される。なお、第5の実施の形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   Control of the heat storage ECU 350 will be described with reference to a heat supply processing routine shown in FIG. When the start of operation of the heat supplier 610 is instructed, the heat storage ECU 350 executes a heat supply processing routine. In addition, about the process similar to 5th Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

まず、ステップ700において、開閉弁654を開放し、熱媒供給器650から熱媒を熱媒循環ライン652を介して熱媒流路640に流す。そして、ステップ702において、ウォータポンプ624を作動させる。これにより、水タンク326から、水供給ライン622及び水供給口617を介して水が始動初期用伝熱面618に供給される。   First, in step 700, the on-off valve 654 is opened, and the heat medium is flowed from the heat medium supply device 650 to the heat medium channel 640 via the heat medium circulation line 652. Then, in step 702, the water pump 624 is operated. Thus, water is supplied from the water tank 326 to the heat transfer surface for initial start 618 through the water supply line 622 and the water supply port 617.

次のステップ704では、圧力センサ340によって検出された圧力が、始動初期の目標圧力P1targetを超えたか否かを判定する。検出された圧力が、始動初期の目標圧力P1target以下である場合には、熱媒及び水を供給したままとする。一方、検出された圧力が、始動初期の目標圧力P1targetより大きい場合には、ステップ706において、開閉弁654を閉じて、熱媒供給器650からの熱媒の供給を停止する。そして、ステップ708において、ウォータポンプ624の作動を停止し、始動初期用伝熱面618への水の供給を停止する。 In the next step 704, it is determined whether the pressure detected by the pressure sensor 340 has exceeded the target pressure P1 target at the start of startup. If the detected pressure is less than or equal to the target pressure P1 target at the start of startup, the heat medium and water are kept supplied. On the other hand, if the detected pressure is higher than the target pressure P1 target at the start of startup, in step 706, the on-off valve 654 is closed to stop the supply of the heat medium from the heat medium supplier 650. Then, in step 708, the operation of the water pump 624 is stopped, and the water supply to the heat transfer surface for initial start 618 is stopped.

上記ステップ700〜ステップ708により、始動初期蒸気発生シーケンスが終了すると、ステップ102〜ステップ576による高圧蒸気発生シーケンスが実行される。   When the start-up initial steam generation sequence is completed by the above-described steps 700 to 708, the high-pressure steam generation sequence of steps 102 to 576 is executed.

ステップ102では、ウォータポンプ324を作動させる。   At step 102, the water pump 324 is operated.

次のステップ104では、圧力センサ340によって検出された圧力が、蒸気昇圧の目標圧力P2targetを超えたか否かを判定する。検出された圧力が、蒸気昇圧の目標圧力P2target以下である場合には、開閉弁554を閉じたままとし、熱交換隔壁20により形成された熱移動経路を移動する熱と、物質移動経路22を移動する水蒸気との自己循環を継続する。 In the next step 104, it is determined whether the pressure detected by the pressure sensor 340 has exceeded the target pressure P2 target for steam pressure increase. When the detected pressure is equal to or lower than the target pressure P2 target for steam pressure, the on-off valve 554 is kept closed, and the heat transferred through the heat transfer path formed by the heat exchange partition 20 and the mass transfer path 22 Continue self-circulation with moving steam.

一方、検出された圧力が、蒸気昇圧の目標圧力P2targetを超えた場合には、ステップ570へ進み、開閉弁554を開放し、冷媒供給器550から初期流量Fcだけ冷媒を冷媒循環ライン552を介して媒体流路540に流す。 On the other hand, if the detected pressure exceeds the target pressure P2 target of the steam pressure increase, the process proceeds to step 570, the on-off valve 554 is opened, and the refrigerant circulation line 552 It flows into the medium channel 540 through

そして、次のステップ572では、温度センサ560によって検出された温度Tと、放温温度目標Ttargetとの差分の絶対値と、放温温度目標Ttargetとの比率|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)未満であるか否かを判定する。|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)未満である場合には、ステップ576へ移行するが、一方、|T−Ttarget|/Ttargetが、閾値(例えば、0.1)以上である場合には、ステップ574において、温度センサ560によって検出された温度Tと、放温温度目標Ttargetとの大小関係に応じて、媒体流路540に流す冷媒の流量をΔFcだけ増加又は減少させるように、開閉弁554を制御し、ステップ572へ戻る。 Then, in the next step 572, the ratio | T−T target | / T of the absolute value of the difference between the temperature T detected by the temperature sensor 560 and the heating temperature target T target, and the heating temperature target T target It is determined whether target is less than a threshold (for example, 0.1). If | T−T target | / T target is less than the threshold (eg, 0.1), the process proceeds to step 576, while | T−T target | / T target is the threshold (eg, If it is 0.1 or more, in step 574, the flow rate of the refrigerant to be supplied to the medium flow channel 540 is determined according to the magnitude relationship between the temperature T detected by the temperature sensor 560 and the temperature release target T target. The on-off valve 554 is controlled to increase or decrease by ΔFc, and the process returns to step 572.

ステップ576では、蓄熱材成型体14の水和反応が完了したか否かを判定し、蓄熱材成型体14の水和反応が完了していないと判定した場合には、上記ステップ572へ戻り、一方、蓄熱材成型体14の水和反応が完了したと判定した場合には、熱供給処理ルーチンを終了する。   In step 576, it is determined whether or not the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is completed, and if it is determined that the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is not completed, the process returns to the above step 572 On the other hand, when it is determined that the hydration reaction of the heat storage material molded body 14 is completed, the heat supply processing routine is ended.

以上説明したように、第6の実施の形態に係る熱供給器によれば、外部熱交換によって始動初期蒸気を生成する始動初期蒸気発生シーケンスを実行した後、高圧蒸気発生シーケンスに切り換えて処理を行うことにより、初期始動から高圧蒸気発生まで連続的なシーケンス作動が可能となる。   As described above, according to the heat feeder of the sixth embodiment, after the start-up initial steam generation sequence for generating the start-up initial steam by external heat exchange is executed, the process is switched to the high pressure steam generation sequence. By doing this, continuous sequence operation from initial start up to high pressure steam generation becomes possible.

なお、上記の第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、蒸気発生器に本発明を適用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、第5の実施の形態、第6の実施の形態と同様に、熱供給器に、本発明を適用するようにしてもよい。この場合には、反応器の容器に連通する蒸気供給経路が不要となる。   In the first to third embodiments described above, the case where the present invention is applied to the steam generator has been described as an example, but the present invention is not limited to this and the fifth embodiment The present invention may be applied to a heat supply device as in the sixth embodiment. In this case, the steam supply path communicating with the vessel of the reactor becomes unnecessary.

また、化学蓄熱材として、水酸化カルシウム(Ca(OH))を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、水和反応系のMgO/Mg(OH)2、配位反応系であるMg、Ca水和物等を用いてもよい。 Moreover, although the case where calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) was used as a chemical thermal storage material was demonstrated to the example, it is not limited to this, For example, MgO / Mg (OH) 2 of a hydration reaction system A coordination reaction system such as Mg or Ca hydrate may be used.

水和反応系のMgO/Mg(OH)2を用いる場合には、以下の化学反応となる。 When MgO / Mg (OH) 2 of the hydration reaction system is used, the following chemical reaction occurs.

MgO+H2O⇔Mg(OH)2+Q MgO + H 2 O ⇔ Mg (OH) 2 + Q

また、配位反応系を用いる場合には、以下の化学反応となる。   Moreover, when using a coordination reaction system, it becomes the following chemical reactions.

M+xH2O⇔M・xH2O+Q M + xH 2 O⇔M · xH 2 O + Q

また、ゼオライト系、シリカ系、炭素系の吸着材を用いてもよい。   Further, zeolite-based, silica-based or carbon-based adsorbents may be used.

また、反応液として水を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の反応液でもよい。例えば、アンモニアを用いてもよい。   Moreover, although the case where water was used as a reaction liquid was demonstrated to the example, it is not limited to this, Another reaction liquid may be sufficient. For example, ammonia may be used.

10、310 蒸気発生器
14、414 蓄熱材成型体
16 反応器
17、417 水供給口
18 伝熱面
20、420 熱交換隔壁
22、432 物質移動経路
24 初期蒸気入口
26 蒸気供給経路
320、334、421、422、554、654 開閉弁
340 圧力センサ
350 蓄熱ECU
410、510、610 熱供給器
416 高温反応器
430 凝縮器
440、442 熱交換流路
540 媒体流路
560 温度センサ
618 始動初期用伝熱面
620 始動初期用熱交換隔壁
640 熱媒流路
10, 310 Steam generator 14, 414 Heat storage material molding 16 Reactor 17, 417 Water supply port 18 Heat transfer surface 20, 420 Heat exchange partition wall 22, 432 Mass transfer path 24 Initial steam inlet 26 Steam supply path 320, 334, 421, 422, 554, 654 on-off valve 340 pressure sensor 350 heat storage ECU
410, 510, 610 Heat feeder 416 High temperature reactor 430 Condenser 440, 442 Heat exchange flow path 540 Media flow path 560 Temperature sensor 618 Heat transfer surface for start up 620 Heat exchange partition for start up 640 Heat medium flow path

Claims (6)

熱供給により物質の脱着反応又は化学反応を行って蓄熱し、かつ、物質の吸着反応又は化学反応により放熱する蓄熱材と、
供給される物質の液膜蒸発が可能な伝熱面と、
前記蓄熱材と前記伝熱面との間に設けられ、かつ、熱伝導経路を形成するための熱交換可能な熱交換隔壁と、
前記伝熱面から蒸発した前記物質を前記蓄熱材へ移動させるための、前記熱伝導経路とは異なる物質移動経路と、
を含む反応器。
A heat storage material that performs desorption reaction or chemical reaction of a substance by heat supply to store heat, and releases heat by adsorption reaction or chemical reaction of the substance;
A heat transfer surface capable of evaporating a liquid film of a substance to be supplied;
A heat exchange partition wall which is provided between the heat storage material and the heat transfer surface and which forms a heat conduction path;
A mass transfer path different from the heat transfer path for transferring the substance evaporated from the heat transfer surface to the heat storage material;
Containing reactors.
前記伝熱面から蒸発した前記物質を外部へ供給するための物質供給経路と、
前記伝熱面から蒸発した前記物質の圧力を計測する圧力計測部と、
前記圧力計測部によって計測された前記圧力に応じて、前記物質供給経路に設けられた、前記物質の供給を切り換えるためのバルブを制御する制御部と、
を更に含む請求項1記載の反応器。
A substance supply path for supplying the substance evaporated from the heat transfer surface to the outside;
A pressure measurement unit that measures the pressure of the substance evaporated from the heat transfer surface;
A control unit provided in the substance supply path for controlling a valve for switching the supply of the substance, according to the pressure measured by the pressure measurement section;
The reactor of claim 1 Symbol mounting further comprises a.
請求項1又は2記載の反応器と、
前記反応器により供給された前記物質の吸着反応又は化学反応により放熱する蓄熱材であって、かつ、前記反応器の蓄熱材よりも平衡温度の高い蓄熱材を含む高温反応器と、
を含む蓄熱システム。
A reactor according to claim 1 or 2 ;
A heat storage material that releases heat by adsorption reaction or chemical reaction of the substance supplied by the reactor, and a high temperature reactor including a heat storage material having a higher equilibrium temperature than the heat storage material of the reactor;
Thermal storage system including.
前記反応器の蓄熱材の脱着反応又は化学反応により供給された前記物質、及び前記高温反応器の蓄熱材の脱着反応又は化学反応により供給された前記物質を凝縮するための凝縮器を更に含み、
熱源からの熱供給により前記高温反応器の蓄熱材が脱着反応又は化学反応し、前記高温反応器からの熱供給により前記反応器の蓄熱材が脱着反応又は化学反応する請求項の蓄熱システム。
The system further includes the substance supplied by the desorption reaction or the chemical reaction of the heat storage material of the reactor, and a condenser for condensing the substance supplied by the desorption reaction or the chemical reaction of the heat storage material of the high temperature reactor.
The heat storage system according to claim 3 , wherein the heat storage material of the high temperature reactor is desorbed or chemically reacted by heat supply from a heat source, and the heat storage material of the reactor is desorbed or chemically reacted by heat supply from the high temperature reactor.
前記伝熱面から蒸発した前記物質の圧力を計測する圧力計測部と、
前記蓄熱材の温度を計測する温度計測部と、
前記熱交換隔壁内に設けられた、熱交換可能な冷媒としての媒体を流すための媒体流路と、
前記圧力計測部によって計測された前記圧力が、目標圧力を超えた場合、前記温度計測部によって計測された温度に応じて、前記媒体流路に流す媒体の流量を制御する制御部と、
を更に含む請求項1又は2記載の反応器。
A pressure measurement unit that measures the pressure of the substance evaporated from the heat transfer surface;
A temperature measurement unit that measures the temperature of the heat storage material;
A medium flow path provided in the heat exchange partition wall for flowing a medium as a heat exchangeable refrigerant;
A control unit configured to control the flow rate of the medium to be flowed through the medium flow path according to the temperature measured by the temperature measurement unit, when the pressure measured by the pressure measurement unit exceeds a target pressure;
The reactor according to claim 1 or 2 , further comprising
熱交換可能な熱媒としての媒体を流すための熱媒用媒体流路と、
前記熱媒用媒体流路の媒体との熱交換により、供給される物質の液膜蒸発が可能な始動時用の伝熱面と、
始動するときに、前記熱媒用媒体流路に媒体を流すように制御する制御部と、を更に含み、
前記蓄熱材は、始動するときに、前記始動時用の伝熱面から供給された前記物質の吸着反応又は化学反応により放熱する請求項1、2、又は記載の反応器。

A heat medium medium flow path for flowing a medium as a heat exchangeable heat medium;
A heat transfer surface for start-up capable of evaporating a liquid film of a supplied substance by heat exchange with the medium of the heat medium medium flow channel;
And a control unit that controls the medium to flow in the heat medium flow path when starting up the heat medium.
The reactor according to claim 1, 2, or 5 , wherein the heat storage material releases heat due to an adsorption reaction or a chemical reaction of the substance supplied from the heat transfer surface for startup when the heat storage material is started.

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