JP6593153B2 - 化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システム - 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、フィルタ、反応媒体拡散層、及び熱交換部が積層されることで化学蓄熱反応器の積層体が形成されている。

特開２０１４−１２６２９３号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、フィルタがずれた場合、蓄熱材層の粉体化した蓄熱材が漏れ出る虞があった。

本願発明の課題は、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムにおいて、フィルタのずれを抑制し、粉体化した蓄熱材が漏れ出ることを抑制することである。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器は、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が拘束枠の内部に配置されている蓄熱材層と、前記蓄熱材層の一方側に配置され、前記蓄熱材へ供給される又は前記蓄熱材から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、前記蓄熱材層と前記反応媒体拡散層との間に前記拘束枠と接触するように配置され、前記反応媒体の通過を許容し、前記蓄熱材の通過を阻止する複数の細孔が形成されたフィルタと、前記蓄熱材層において前記フィルタとは反対側に積層され、前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収のうち少なくとも一方を行う熱交換部と、前記フィルタにおいて、前記蓄熱材層と対向する位置に形成される第１の貫通孔と、少なくとも前記蓄熱材層に連結され、前記第１の貫通孔を貫通して前記フィルタの面方向の移動を阻止する拘束部材と、を備える。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器は、蓄熱材層と、反応媒体拡散層と、フィルタと、熱交換部とを含んで構成されており、フィルタが蓄熱材層と反応媒体拡散層との間に拘束枠と接触するように配置されている。フィルタの第１の貫通孔には、少なくとも蓄熱材層に連結される拘束部材が貫通しており、フィルタは、蓄熱材層に対して面方向の移動が阻止されている。これにより、フィルタは、拘束枠の内部に配置されている蓄熱材全体を覆った状態を維持でき、フィルタがずれてフィルタと反応媒体拡散層との間に生じた隙間から蓄熱材が拘束部材の外側へ漏れ出ることが抑制される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の化学蓄熱反応器において、前記熱交換部、及び前記拘束枠の少なくとも一方には、前記第１の貫通孔と対向する位置に、前記拘束部材が貫通する第２の貫通孔が形成されている。

請求項２に記載の化学蓄熱反応器では、拘束部材を熱交換部、及び拘束枠の少なくとも一方に形成された第２の貫通孔に貫通させるだけで、拘束部材を熱交換部、及び拘束枠の少なくとも一方に簡単に取り付けることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器において、前記フィルタには、前記細孔の形成されていない無孔領域が、前記第１の貫通孔の周囲に設けられている。

フィルタにおいて、細孔の形成されていない無孔領域は、複数の細孔が形成された領域に比較して強度（剛性）を増すことができる。この剛性の高い無孔領域に拘束部材を貫通させる第１の貫通孔を形成することで、複数の細孔が形成された領域に第１の貫通孔を形成する場合に比較して、第１の貫通孔の変形を抑制し、第１の貫通孔の変形に起因するフィルタのずれを抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、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、前記フィルタは、前記拘束部材と接合されている。

請求項４に記載の化学蓄熱反応器では、フィルタを拘束部材と接合することで、フィルタと拘束部材との相対移動を抑制することができ、フィルタを拘束部材と接合しない場合と比較してフィルタの移動をより効果的に抑制可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器において、前記フィルタにおいて、前記第１の貫通孔は前記蓄熱材と対向していない部分に形成されている。

フィルタにおいて、第１の貫通孔を蓄熱材と対向する位置に形成した場合、第１の貫通孔と拘束部材との間に隙間があると、蓄熱材が粉体化した際に、粉体化した蓄熱材が該隙間を介してフィルタの外側に漏れ出る虞がある。

請求項５に記載の化学蓄熱反応器のように、フィルタにおいて、第１の貫通孔を蓄熱材と対向していない部分に形成すれば、第１の貫通孔と拘束部材との間に隙間があったとしても、粉体化した蓄熱材が該隙間を介してフィルタの外側に漏れ出ることを抑制することができる。

請求項６に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜５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。

請求項６に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜５の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器を備えているため、化学蓄熱システムの熱損失を抑制することができる。

本発明の化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムによれば、フィルタのずれを抑制し、粉体化した蓄熱材が漏れ出ることを抑制することができる。

（Ａ）、（Ｂ）は、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に備えられた積層体を示した分解斜視図である。 （Ａ）は、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であり、（Ｂ）は蓄熱層を示した斜視図である。 （Ａ）は第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であり、（Ｂ）は反応媒体拡散層を示した正面図である。 （Ａ）は第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であり、（Ｂ）は熱流動部を示した平面図である。 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（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（図９の１０−１０線断面図）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断面図（図９の１１−１１線断面図）である。 第２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２実施形態に係る反応器に備えられた蓄熱材層の分解斜視図である。 第３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４実施形態に係る反応器に備えられたフィルタを示した斜視図である。 第５実施形態に係る反応器に備えられたフィルタを示した斜視図である。 第６実施形態に係る反応器に備えられたフィルタを示した斜視図である。 第６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６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７実施形態に係る反応器に備えられた水平方向位置ずれ抑制機構等を示した斜視図である。 第８実施形態に係る反応器に備えられた水平方向位置ずれ抑制機構等を示した斜視図である。 第９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１０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］
図１乃至図１１にしたがって、本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システム１０を説明する。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１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、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）Ｗ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Ｗを生成する）蒸発部、反応器２０から受け取った水蒸気Ｗを凝縮する凝縮部、及び水蒸気Ｗ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Ｗ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２０）
反応器２０は、図２に示すように、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おり、本実施形態では、積層体６０を複数積層したものを積層ユニット９０と呼んでいる。

（反応容器）
反応容器２２は、直方体状とされ、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。

（積層ユニットにおける蓄熱材反応部の全体構成）
蓄熱材反応部３０は、反応容器２２の内部に封入され、図３に示すように、蓄熱材層３２と、蓄熱材層３２に上方側から積層されるフィルタ３４と、フィルタ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、フィルタ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、本実施形態においては、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）。

（蓄熱材反応部の蓄熱材層の構成）
蓄熱材層３２は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、ブロック状の蓄熱材成形体４０と、蓄熱材成形体４０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。

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、蓄熱材成形体４０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、蓄熱材成形体４０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。

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、フィルタ）
フィルタ３４は、図３に示すように、反応媒体拡散層３６と蓄熱材層３２との間に挟まれ、一例としてφ２００〔μｍ〕の微小貫通孔（図示せず）が、フィルタ全面に多数形成されたエッチングフィルターである。

そして、フィルタ３４は、蓄熱材成形体４０（図４参照）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、フィルタ３４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。

（蓄熱材反応部の反応媒体拡散層）
反応媒体拡散層３６は、図５（Ａ）に示すように、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５（Ｂ）参照）。

夫々の流路部材３８は、図５（Ｂ）に示すように、天板３７に対して下方側に配置され、装置幅方向から見てフィルタ３４（図３参照）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の
蓄熱材成形体４０へ供給される水蒸気、又は蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０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３に示すように、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６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、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。

図７に示すように、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、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、本実施形態では、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１、及び図８に示すように、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）
図７、及び図８に示すように、積層ユニット９０は、積層ユニット９０を構成する反応媒体拡散層３６、フィルタ３４、蓄熱材層３２、及び熱流動部５０の装置上下方向の位置ずれを拘束する上下方向位置ずれ抑制機構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、図３、及び図１０に示す水平方向位置ずれ抑制機構（面方向位置ずれ抑制機構）１９８とを備えている。

図２に示すように、積層ユニット９０の下側には、積層ユニット９０を下方から支持する円柱状の４個（図２では２個のみ示す）の支持部材７２が設けられている。

（上下方向位置ずれ抑制機構）
図７、及び図８に示すように、上下方向位置ずれ抑制機構１００は、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４（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。

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９、乃至図１１に示すように、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）
図９に示すように、捻じれ抑制機構１４０は、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８に示すように、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９に示すように、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。

（水平方向位置ずれ抑制機構）
水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、フィルタ３４の面方向、言い換えれば、積層方向と交差する方向（水平方向）のずれ、即ち、フィルタ３４と蓄熱材層３２との積層方向と交差する方向の相対的なずれを抑制するものである。図３、及び図１０に示すように、水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、積層ユニット９０の積層体６０を積層方向に貫通する断面矩形状とされた角柱状の拘束部材２００を備えている。拘束部材２００は、金属等の耐熱性の高い部材で形成されている。

図３に示すように、蓄熱材層３２には、フレーム部材４４の四隅付近に拘束部材２００を挿通させる貫通孔２０４が形成されている。
フィルタ３４には、四隅付近に拘束部材２００を挿通させる矩形の貫通孔２０２が形成されている。
反応媒体拡散層３６には、四隅付近に拘束部材２００を挿通させる貫通孔２０６が形成されている。
また、熱流動部５０には、四隅付近に拘束部材２００を挿通させる貫通孔２０８が形成されている。

図３、及び図１０に示すように、拘束部材２００は、蓄熱材層３２の貫通孔２０４、フィルタ３４の貫通孔２０２、反応媒体拡散層３６の貫通孔２０６、及び熱流動部５０の貫通孔２０８を貫通しているため、これら蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６及び熱流動部５０は、拘束部材２００の長手方向と交差する方向である水平方向、言い換えれば、積層方向と交差する方向に相対移動できないように拘束される。

なお、フィルタ３４の貫通孔２０２と拘束部材２００との間には、粉体化した蓄熱材が漏れ出ないように出来る限り隙間を生じさせないことが好ましく、貫通孔２０２と拘束部材２００とを密着させておくことが好ましい。

図１０に示すように、拘束部材２００の長手方向両端には、挟持プレート１０６に形成された孔２１０を貫通したボルト２１２が捩じ込まれる螺子孔（雌螺子）２１４が形成されている。積層ユニット９０を貫通した拘束部材２００の上端は上側の挟持プレート１０６の下面に当接しており、該挟持プレート１０６に形成された孔２１０を貫通したボルト２１２が螺子孔２１４に捩じ込まれることで、拘束部材２００が上側の挟持プレート１０６に固定されている。

また、積層ユニット９０を貫通した拘束部材２００の下端は下側の挟持プレート１０６の上面に当接しており、該挟持プレート１０６に形成された孔２１０を貫通したボルト２１２が螺子孔２１４に捩じ込まれることで、拘束部材２００が下側の挟持プレート１０６に固定されている。

（化学蓄熱システムの作用、効果）
次に、化学蓄熱システム１０の作用、効果について説明する。
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１（Ｂ）に示すように、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Ｗ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Ｗが反応媒体流動部２６を通り、反応媒体拡散層３６を流れる。そして、水蒸気Ｗがフィルタ３４を通過して蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０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１（Ａ）に示すように、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内に熱源９４によって加熱された熱媒体が流れる。そして、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、フィルタ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１（Ａ）に示すように、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Ｗ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。

本実施形態の積層ユニット９０においては、前述したように、ボルト１１０が柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通されてフレーム部材４４（蓄熱材層３２）のネジ穴４５に締め込まれている。これにより、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、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。

積層ユニット９０においては、ボルト１１０が柱部材１０２の貫通孔１０２Ａに通されて挟持プレート１０６のネジ穴１０８に締め込まれている。これにより、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、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、積層ユニット９０においては、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が積層ユニット９０に押し付けられている。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、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。そして、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。

さらに、積層ユニット９０においては、挟持プレート１０６に固定され、蓄熱材層３２、反応媒体拡散層３６、及び熱流動部５０を貫通した拘束部材２００が、フィルタ３４の貫通孔２０４を貫通しているので、フィルタ３４は、蓄熱材層３２に対して水平方向にずれることが抑制され、蓄熱材層３２のフレーム部材４４に密着した状態でフレーム部材４４の内側に配置された蓄熱材成形体４０を常に覆うことができる。

ところで、蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０を覆っているフィルタ３４が水平方向にずれ、蓄熱材成形体４０が露出すると、蓄熱材成形体４０が粉体化している場合、粉体化した蓄熱材が、蓄熱材層３２のフレーム部材４４と反応媒体拡散層３６との間を介して積層ユニット９０の外側へ漏れ出る虞がある。蓄熱材層３２から蓄熱材が漏れ出て、蓄熱材の密度や蓄熱材の量が減ると、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してしまう虞がある。

しかしながら、本実施形態のようにフィルタ３４が、蓄熱材層３２のフレーム部材４４に密着した状態でフレーム部材４４の内側に配置された蓄熱材成形体４０の全体を常に覆っていれば、仮に蓄熱材が粉体化しても、蓄熱材の漏れは抑制される。したがって、フィルタ３４が水平方向にずれることを抑制することで、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。

このように、本実施形態の反応器２０においては、各部材の積層方向の間隔が変化してしまうのが抑制されること、及び蓄熱材の漏れが抑制されることで、熱損失を抑制することができるので、本実施形態の化学蓄熱システム１０は、効率的な高性能なものとなる。

［第２実施形態］
次に、図１２、及び図１３にしたがって、本発明の第２実施形態について説明する。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１２に示すように、本実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、積層体６０の中央部を貫通する円柱状の拘束部材２１６を備えている。
図１２、及び図１３に示すように、蓄熱材層３２においては、フレーム部材４４の中央部を横断する横断部４４Ｂが設けられており、この横断部４４Ｂの中央部に拘束部材２１６を挿通させる貫通孔２１８が形成されている。
なお、横断部４４Ｂの厚さは、フレーム部材４４の矩形の外周部分の厚さと同じ厚さであり、フレーム部材４４、及び横断部４４Ｂの上面は、積層したフィルタ３４に密着する。

また、蓄熱材層３２においては、フレーム部材４４の内側の形状に合わせた２つの蓄熱材成形体４０が配置されている。

フィルタ３４には、中央部に拘束部材２１６を挿通させる矩形の貫通孔２２２が形成されている。
反応媒体拡散層３６には、中央部に拘束部材２１６を挿通させる貫通孔２２４が形成されている。
また、熱流動部５０には、中央部に拘束部材２１６を挿通させる貫通孔２２６が形成されている。

拘束部材２１６の両端には、拘束部材２１６を挟持プレート１０６（図１２では図示せず）に固定するためのボルト２１２（図１２では図示せず）が捩じ込まれる螺子孔（雌螺子）２２８が形成されており、該挟持プレート１０６に形成された孔（図１２では図示せず）を貫通したボルト２１２が螺子孔２２８に捩じ込まれることで、拘束部材２１６が挟持プレート１０６に固定される。

本実施形態では、拘束部材２１６が、蓄熱材層３２の横断部４４Ｂの貫通孔２１８、フィルタ３４の貫通孔２２２、反応媒体拡散層３６の貫通孔２２４、及び熱流動部５０の貫通孔２２６を貫通している。このため、拘束部材２１６は、これら蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６及び熱流動部５０を、拘束部材２１６の長手方向と交差する方向である水平方向、言い換えれば、積層方向と交差する方向に相対移動できないように拘束することができる。

本実施形態では、拘束部材２１６が１本であるため、拘束部材２００を４本用いた第１実施形態に比較して部品点数を少なくすることができる。
なお、その他の、作用効果は第１の実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１４にしたがって、本発明の第３実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１４に示すように、本実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、第２の実施形態の円柱状の拘束部材２１６に代えて、円筒状の拘束部材２３０を用いている。
拘束部材２３０の両端には、拘束部材２３０を挟持プレート１０６（図１４では図示せず）に固定するためのボルト２１２（図１４では図示せず）が捩じ込まれる螺子孔（雌螺子）２３２が形成されており、該挟持プレート１０６に形成された孔（図１４では図示せず）を貫通したボルト２１２が螺子孔２３２に捩じ込まれることで、拘束部材２３０が挟持プレート１０６に固定される。

また、本実施形態の蓄熱材層３２においては、蓄熱材成形体４０の中央に、拘束部材２３０を貫通させる貫通孔２３４が形成されている。

本実施形態では、拘束部材２３０は、蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０の貫通孔２３４、フィルタ３４の貫通孔２３６、反応媒体拡散層３６の貫通孔２３８、及び熱流動部５０の貫通孔２４０を貫通している。このため、拘束部材２３０は、これら蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６及び熱流動部５０を、拘束部材２３０の長手方向と交差する方向である水平方向、言い換えれば、積層方向と交差する方向に相対移動できないように拘束することができる。

なお、フィルタ３４の貫通孔２３６と拘束部材２３０との間から粉体化した蓄熱材が漏れ出ないように、フィルタ３４の貫通孔２３６と拘束部材２３０とを密着させることが好ましい。

本実施形態も第２実施形態と同様に、拘束部材２３０が１本であるため、拘束部材２００を４本用いた第１実施形態に比較して部品点数を少なくすることができる。
なお、その他の、作用効果は第１の実施形態と同様である。

［第４実施形態］
次に、図１５にしたがって、本発明の第４実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

第１実施形態のフィルタ３４は、一例としてφ２００〔μｍ〕の微小貫通孔（図示せず）が、フィルタ全面に多数形成されたエッチングフィルターであったが、本実施形態のフィルタ３４は、外周部分に、微小貫通孔の形成されていない枠状の無孔領域２４６が設けられている。この無孔領域２４６は、蓄熱材層３２のフレーム部材４４（図示省略）と対向する位置に設けられている。また、フィルタ３４の貫通孔２０２は、無孔領域２４６に形成されている。

フィルタ３４の無孔領域２４６は、微小貫通孔が複数形成された中央側の領域２４８に比較して強度（剛性）が相対的に高くなるため、拘束部材２００（図１５では図示せず）との接触による貫通孔２０２の変形を抑制することができる。これにより、貫通孔２０２の変形によるフィルタ３４のずれを抑制することができ、蓄熱材の漏れをより抑制できる。なお、他の作用については、第１実施形態と同様である。

［第５実施形態］
次に、図１６にしたがって、本発明の第５実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１６に示すように、本実施形態のフィルタ３４は、第２実施形態のフィルタ３４の変形例であり、外周部分に、微小貫通孔の形成されていない枠状の無孔領域２４６が設けられ、貫通孔２２２の周囲に微小貫通孔の形成されていない環状の無孔領域２５４が設けられている。

なお、中央の無孔領域２５４は、フレーム部材４４の横断部４４Ｂ（図１６では図示せず）と対向する位置に設けられている。

フィルタ３４の無孔領域２５４は、微小貫通孔が複数形成された領域２４８に比較して強度（剛性）が相対的に高くなるため、拘束部材２１６（図１６では図示せず。図１２参照。）との接触による貫通孔２２２の変形を抑制することができる。これにより、貫通孔２２２の変形によるフィルタ３４のずれを抑制することができ、蓄熱材の漏れをより抑制できる。なお、他の作用については、第２実施形態と同様である。

［第６実施形態］
次に、図１７にしたがって、本発明の第６実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１７に示すように、本実施形態のフィルタ３４は、第５実施形態のフィルタ３４の変形例であり、中央の無孔領域２５４に円筒部２６０が一体的に設けられている。本実施形態では、円柱状の拘束部材２１６（図１７では図示せず）が円筒部２６０に挿入されることで、フィルタ３４のずれを抑制している。

また、本実施形態のフィルタ３４では、無孔領域２５４に円筒部２６０が一体的に設けられているため、円筒部２６０が設けられていない場合に比較して貫通孔２２２の周囲の強度（剛性）が高くなっており、貫通孔２２２の変形をより抑制することができる。

なお、このフィルタ３４は、図１８に示すように、円筒部２６０を下側に向けて積層することもでき、図１９に示すように、円筒部２６０を上側に向けて積層することもできる。
他の作用については、第５実施形態と同様である。

［第７実施形態］
次に、図２０にしたがって、本発明の第７実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図２０に示すように、本実施形態では、フィルタ３４を拘束部材２００に溶接２６２にて接合している。このため、フィルタ３４のずれをより一層抑制することができる。なお、溶接２６２に代えてフィルタ３４を拘束部材２００にろー付けで接合しても良い。

［第８実施形態］
次に、図２１にしたがって、本発明の第８実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

図２１に示すように、本実施形態では、フィルタ３４に拘束部材２００を貫通させるとともに、フィルタ３４を蓄熱材層３２のフレーム部材４４に溶接にて接合しているため、フィルタ３４のずれをより一層抑制することができる。なお、溶接に代えてフィルタ３４をフレーム部材４４にろー付けで接合しても良い。

［第９実施形態］
次に、図２２にしたがって、本発明の第９実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

第１実施形態では、積層体６０を構成している蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６、及び熱流動部５０の形状が装置上下方向から見て矩形状であったが、本実施形態では、図２２に示すように、装置上下方向から見た形状が円形状とされている。

本実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、円柱状の拘束部材２６４を３本備えている。拘束部材２６４の両端には、挟持プレート１０６（図２２では図示せず）に固定するためのボルト２１２（図２２では図示せず）が捩じ込まれる螺子孔２６６が形成されている。

蓄熱材層３２には、拘束部材２６４を挿入する貫通孔２６８、フィルタ３４には拘束部材２６４を挿入する貫通孔２７０、反応媒体拡散層３６には拘束部材２６４を挿入する貫通孔２７２、熱流動部５０には拘束部材２６４を挿入する貫通孔２７４が形成されている。また、フィルタ３４の外周部分には、無孔領域２７６が設けられている。

本実施形態では、３本の拘束部材２６４が蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６、及び熱流動部５０を貫通しており、これにより、フィルタ３４の水平方向のずれが抑制されている。なお、作用については、第１実施形態と同様である。

［第１０実施形態］
次に、図２３にしたがって、本発明の第１０実施形態について説明する。なお、前述した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、前述した実施形態と異なる部分を主に説明する。

第９実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、円柱状の拘束部材２６４を３本備えていたが、本実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、図２３に示すように、円筒状の拘束部材２７８を１本備えている。拘束部材２７８の両端には、挟持プレート１０６（図２３では図示せず）に固定するためのボルト２１２（図２３では図示せず）が捩じ込まれる螺子孔２８０が２個形成されている。

蓄熱材層３２の蓄熱材成形体４０の中央には、拘束部材２７８を挿入する貫通孔２８２、フィルタ３４の中央には拘束部材２７８を挿入する貫通孔２８４、反応媒体拡散層３６の中央には拘束部材２７８を挿入する貫通孔２８６、熱流動部５０の中央には拘束部材２７８を挿入する貫通孔２８８が形成されている。

本実施形態では、１本の拘束部材２７８が蓄熱材層３２、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６、及び熱流動部５０を貫通することで、フィルタ３４の水平方向のずれが抑制されている。なお、作用については、第１実施形態と同様である。

［その他の実施形態］
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、第１実施形態の積層ユニット９０は、上下方向位置ずれ抑制機構１００と、捻じれ抑制機構１４０とを備えていたが、フィルタ３４の水平方向のずれを抑制するには、少なくとも水平方向位置ずれ抑制機構１９８が設けられていれば良く、上下方向位置ずれ、及び捻じれが抑制できていれば、上下方向位置ずれ抑制機構１００、及び捻じれ抑制機構１４０は設けなくても良い。

例えば、第１本実施形態の水平方向位置ずれ抑制機構１９８は、上下の挟持プレート１０６を拘束部材２００で連結しているため、上下の挟持プレート１０６で積層体６０を上下方向から挟持でき、積層体６０の上下方向位置ずれを抑制することが可能である。その他の実施形態においても同様である。

２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
３２ 蓄熱材層
３４ フィルタ
３６ 反応媒体拡散層
４０ 蓄熱材成形体（蓄熱材）
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）
２００ 拘束部材
２１６ 拘束部材
２３０ 拘束部材
２６４ 拘束部材
２７８ 拘束部材

Claims (6)

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が拘束枠の内部に配置されている蓄熱材層と、
   前記蓄熱材層の一方側に配置され、前記蓄熱材へ供給される又は前記蓄熱材から排出される反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、
   前記蓄熱材層と前記反応媒体拡散層との間に前記拘束枠と接触するように配置され、前記反応媒体の通過を許容し、前記蓄熱材の通過を阻止する複数の細孔が形成されたフィルタと、
   前記蓄熱材層において前記フィルタとは反対側に積層され、前記拘束枠と接触し、前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収のうち少なくとも一方を行う熱交換部と、
   前記フィルタにおいて、前記蓄熱材層と対向する位置に形成される第１の貫通孔と、
   少なくとも前記蓄熱材層に連結され、前記第１の貫通孔を貫通して前記フィルタの面方向の移動を阻止する拘束部材と、
   を備える化学蓄熱反応器。
2. 前記熱交換部、及び前記拘束枠の少なくとも一方には、前記第１の貫通孔と対向する位置に、前記拘束部材が貫通する第２の貫通孔が形成されている、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 前記フィルタには、前記細孔の形成されていない無孔領域が、前記第１の貫通孔の周囲に設けられている、請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記フィルタは、前記拘束部材と接合されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。
5. 前記フィルタにおいて、前記第１の貫通孔は前記蓄熱材と対向していない部分に形成されている、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器。
6. 請求項１〜５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。