JP6733482B2 - 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、枠部の内部に蓄熱材を収容した蓄熱材層、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おり、その積層体が複数個積層されて一体化された積層ユニットが容器内に収容されている。
積層ユニットの側部には、熱交換部に外部から熱媒体を供給する配管が配置されており、該配管が分岐用の配管を介して熱交換部の側面に接合されている。

特開２０１４−１２６２９３号公報

ところで、熱交換部は、枠部に比較して薄く形成されているため、枠部の側部に配管を接続することが難しく、枠部の側部と配管との接合面積を大きくとることができず、枠部と配管との接合強度、即ち、積層ユニットと配管との接合強度を向上することが困難であった。

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、積層ユニットと配管との接合強度の向上を図ることである。

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発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材と、内側に前記蓄熱材を収容する枠部と、枠部よりも薄く形成され内部に流れる熱媒体によって前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収を行う平板状の熱交換部と、前記蓄熱材の一方の側に配置され反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、前記蓄熱材と前記反応媒体拡散層との間に配置され複数の孔が形成されたフィルタと、を含んで構成される積層体が複数積層された積層ユニットと、前記積層ユニットを内部に収容する容器と、を備え、前記枠部は、前記熱媒体が流れ前記熱交換部の上流側と連通する第１空間と、前記第１空間と対向して配置され前記熱媒体が流れると共に、前記熱交換部の下流側と連通する第２空間とを有する。

請求項１の化学蓄熱反応器では、枠部に、熱媒体が流れるように熱交換部の上流側と連通する第１空間が設けられると共に、熱媒体が流れるように熱交換部の下流側と連通する第２空間が第１空間と対向する位置に設けられている。

このため、枠部の側部に配管を接続して、配管から枠部の第１空間、熱交換部の内部、及び枠部の第２空間に熱媒体を流すことが可能となり、これにより、蓄熱材と、熱交換部及び枠部との間で、熱交換を行うことができる。また、熱交換部の平面部分に配管を接続して、配管から熱交換部の内部、枠部の第１空間、及び枠部の第２空間に熱媒体を流すことが可能となり、これにより、蓄熱材と、熱交換部及び枠部との間で、熱交換を行うことができる。

ここで、熱媒体を出入りさせる配管を枠部の側部に接合した場合、枠部よりも薄い平板部の側部と接合した場合に比較して、接合面積を大きくとれるので、配管と枠部の側部との接合強度は、配管と熱交換部の側部との接合強度に比較して高くすることができる。

また、配管を、熱交換部の平面部分に接合した場合、熱交換部の側部に接合した場合に比較して、配管と熱交換部との接合面積を確保することができ、配管と熱交換部の平面部分との接合強度は、配管と熱交換部の側部との接合強度に比較して高くすることができる。

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、前記枠部の内側には、前記蓄熱材、前記フィルタ、及び前記反応媒体拡散層が積層されており、一方の前記枠部と他方の前記枠部との間には、前記熱交換部が配置されて接合されており、一方、及び他方の前記枠部の第１空間と前記熱交換部の上流側とが連通し、一方、及び他方の前記枠部の第２空間と前記熱交換部の下流側とが連通している。

請求項２に記載の化学蓄熱反応器では、一方の枠部と他方の枠部との間に、熱交換部が配置されて接合されており、一方、及び他方の枠部の第１空間と熱交換部の上流側とが連通し、一方、及び他方の枠部の第２空間と熱交換部の下流側とが連通しているため、複数の熱交換部、及び枠部が互いに接合され、かつ複数の熱交換部の内部、及び複数の枠部の内部（第１空間、第２空間）が互いに連通するので、熱媒体を流す配管は、何れ一つの枠部、または熱交換部と接続されていれば、各々の枠部及び熱交換部に熱媒体を出入りさせることができる。このため、各々の枠部毎、または熱交換部毎に配管を接続する必要がなく、配管の部品点数を低減でき、小型化、且つ軽量な化学蓄熱反応器を実現できる。また、部品点数を低減することで、顕熱ロス分が減り、熱の利用効率を向上することができる。さらに、全ての熱交換部と枠部とが互いに接合されているので、熱交換部と枠部とを単に接触させている場合に比較して、部材間の熱の伝わりを妨げる接触熱抵抗を無くすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の化学蓄熱反応器において、全ての前記枠部の積層方向両側に前記熱交換部が接合されている。

請求項３に記載の化学蓄熱反応器では、蓄熱材を収容する枠部の積層方向両側に熱交換部が接合されているので、蓄熱材は２つの熱交換部の間に配置されることになる。したがって、蓄熱材は、積層方向の両側の熱交換部で熱交換を行うことができ、熱交換効率を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の化学蓄熱反応器において、前記熱交換部、及び前記枠部は金属製であり、前記熱交換部と前記枠部とは、ろう付け、または溶接により接合されている。

請求項４に記載の化学蓄熱反応器では、熱交換部、及び枠部が金属製であり、熱交換部と枠部とがろう付け、または溶接により接合されているため、強度と軽量化を両立した熱交換効率を向上した積層ユニットが実現できる。

請求項５に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器と、前記化学蓄熱反応器の前記反応媒体拡散層への反応媒体の供給及び前記反応媒体拡散層からの反応媒体の受け取りを行う蒸発凝縮器と、を有する。

請求項５に記載の化学蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器を備えているため、配管と熱交換部との接合強度の高い化学蓄熱システムとなり、高い耐久性を得ることが出来る。

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、積層ユニットと配管との接合強度の向上を図ることが可能となる。

（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に備えられた積層ユニットを示した斜視図である。 積層体を示す分解斜視図である。 （Ａ）は熱流動部を示した斜視図であり、（Ｂ）は熱流動部を示した分解斜視図であり、（Ｃ）は枠部の下面側を示した斜視図である。 （Ａ）は平板部の本体部を示した平面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）に示した平面部の５（Ｂ）−５（Ｂ）線断面図である。 （Ａ）は反応媒体拡散層を示した斜視図であり、（Ｂ）は６（Ａ）に示した反応媒体拡散層の６（Ｂ）−６（Ｂ）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を示す縦断面図である。 （Ａ）は第２実施形態に係る熱流動部を示した分解斜視図であり、（Ｂ）は第２実施形態に係る熱流動部の平板部の本体部を示した平面図であり、（Ｃ）は第２実施形態に係る熱流動部を示した斜視図である。 （Ａ）は第３実施形態に係る熱流動部を示した分解斜視図であり、（Ｂ）は第３実施形態に係る熱流動部の平板部の本体部を示した平面図であり、（Ｃ）は第３実施形態に係る熱流動部を積層した状態を示した斜視図である。 第３実施形態に係る積層ユニットを示した斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態に係る積層ユニットの組立手順を示す斜視図である。 第３実施形態に係る熱流動部を示した分解斜視図である。

［第１実施形態］
図１乃至図７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、積層方向）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、水を蒸発させる蒸発器と水蒸気（反応媒体の一例）Ｗを凝縮させる凝縮器とが一体化された蒸発凝縮器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）
反応器２０は、反応容器２２を備え、反応容器２２の内部に図２に示す積層ユニット２４が収容されている。

（反応容器）
図１に示すように、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。

（積層ユニットの全体構成）
図２に示すように、積層ユニット２４は、積層体５１が装置上下方向に複数個（本実施形態では３個）積層されている。なお、積層ユニット２４の積層方向両側には、矩形の挟持プレート９８が配置されており、積層ユニット２４は、金属製のバンドである拘束部材５８で巻回されて各部材が分離したり、各部材間に隙間ができたり、各部材がずれないように拘束されている。

図３に示すように、積層体５１は、熱流動部５０と、熱流動部５０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とを含んで構成されている。

そして、フィルタ３４、反応媒体拡散層３６、及び熱流動部５０は、装置上下方向から見て同様の矩形状（本実施形態では正方形）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）。

（熱流動部）
図４に示すように、熱流動部５０は、金属製の平板状に形成された熱交換部４２と、熱交換部４２とろう付け、または溶接等で一体となるように接合された金属製の枠部４４とを含んで構成されている。

熱交換部４２は、上方が開口した略箱形状とされ、装置上下方向から見て矩形状の本体部５２と、本体部５２の開口部を覆い本体部５２の内部を密閉する蓋部材５４とを含んで構成されている。なお、蓋部材５４で閉塞された本体部５２の内部に熱媒体が流れるようになっている。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、本体部５２の底部には、複数の放熱フィン６２が、装置幅方向（矢印Ｗ方向）に間隔を開けて溶接されている。放熱フィン６２は、上方側（蓋部材側）が開放された略Ｕ字状とされている。

図４に示すように、蓋部材５４には、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）の一方側にスリット状の第１の開口部７６が形成され、他方側にスリット状の第２の開口部７８が形成されている。なお、本体部５２と蓋部材５４とは、ろう付け、または溶接にて接合されている。

枠部４４には、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）の一方側の下面に、装置幅方向に延びると共に下側に向けて開口する第１凹部４５が形成されており、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）の他方側の下面に、装置幅方向に延びると共に下側に向けて開口する第２凹部４６が形成されている。蓋部材５４で閉塞された第１凹部４５、及び第２凹部４６が本発明の第１空間、及び第２空間に相当する。

枠部４４には、装置奥行方向の一方側の側面に第１凹部４５と連通する第１連通口４７が形成され、装置奥行方向の他方側の側面に第２凹部４６と連通する第２連通口４８が形成されている。枠部４４は、第１凹部４５、及び第２凹部４６を下側に向けて蓋部材５４の上面にろう付け、または溶接にて接合されている。

枠部４４は、熱交換部４２よりも厚く形成されており、枠部４４の厚さ寸法ｔ１は、熱交換部４２の厚さ寸法ｔ２より大となっている。また、枠部４４の側部は、蓋部材５４の側部よりも剛性が高く形成されている。

図２、及び図７に示すように、積層ユニット２４の装置奥行方向の一方側の側部には、上下方向に延びる第１角パイプ６４が配置され、積層ユニット２４の装置奥行方向の他方側の側部には、上下方向に延びる第２角パイプ６６が配置されている。

第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６は、枠部４４の側部にろう付け、または溶接等で接合されている。第１角パイプ６４には、枠部４４の第１連通口４７に連通する第１孔６４Ａが形成され、第２角パイプ６６には、枠部４４の第２連通口４８に連通する第２孔６６Ａが形成されている。

第１角パイプ６４の下端、及び第２角パイプ６６の下端は夫々閉塞されており、第１角パイプ６４の上端は配管７０Ａに接続され、第２角パイプ６６の上端は配管７０Ｂに接続されている。

これにより、本実施形態の熱流動部５０は、例えば、熱源１０４（又は熱利用対象物１０６）から熱媒体を供給すると、熱媒体は、図７に矢印Ａで示すように、第１角パイプ６４、第１孔６４Ａ、第１連通口４７、第１凹部４５、第１の開口部７６、本体部５２の内部、第２の開口部７８、第２凹部４６、第２連通口４８、第２孔６６Ａ、及び第２角パイプ６６を流れて熱源１０４（熱利用対象物１０６）へ戻される。この熱流動部５０は、熱媒体が流れる熱交換部４２が熱交換器として機能していると共に、熱媒体が流れる枠部４４も熱交換器として機能している。

（蓄熱材反応部の蓄熱材層の構成）
図３、及び図４に示すように、枠部４４の内側には、蓄熱成形体４０が配置されている。蓄熱成形体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。

（蓄熱材反応部、フィルタ）
フィルタ３４は、熱流動部５０と反応媒体拡散層３６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金属材料からなるエッチングフィルターである。

そして、フィルタ３４は、蓄熱成形体４０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。

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６（Ａ）に示すように、金属材料からなる矩形状の天板３７と、天板３７に固定される金属材料からなる複数の流路部材３８とを備えている。流路部材３８は、水蒸気が流れる装置幅方向に延び、装置奥行方向に間隔をあけて並んでいる（図６（Ｂ）参照）。

夫々の流路部材３８は、図６（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（矢印Ｗ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、蓄熱成形体４０へ供給される水蒸気、又は蓄熱成形体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。

（他の部材）
図１に示すように、反応容器２２の外部には、熱流動部５０の連通先を熱源１０４とするか、熱利用対象物１０６とするかを切り替える切替部材１０８が備えられている。切替部材１０８と第１角パイプ６４，及び第２角パイプ６６とは、配管７０Ａ，及び７０Ｂを介して接続されている。

これにより、熱源１０４からの熱媒体を、切替部材１０８、配管７０Ａ、及び第１角パイプ６４を介して熱流動部５０の内部に流入させ、熱流動部５０を通過した後の熱媒体を、第２角パイプ６６、及び配管７０Ｂを介して熱源１０４へ戻すことができる。

また、切替部材１０８の切り替えにより、熱利用対象物１０６からの熱媒体を、切替部材１０８、配管７０Ａ、及び第１角パイプ６４を介して熱流動部５０の内部に流入させ、熱流動部５０を通過した後の熱媒体を、第２角パイプ６６、及び配管７０Ｂを介して熱利用対象物１０６へ戻すことができる。

（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成形体４０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１０８により配管７０Ａ，７０Ｂの各通路の連通先が熱利用対象物１０６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を通過して蓄熱成形体４０と接触することにより、蓄熱成形体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の内部を流れる熱媒体によって、熱利用対象物１０６に輸送される。

図７の矢印Ａで示すように、熱媒体は、枠部４４、及び熱交換部４２の内部を流れるので、蓄熱成形体４０の下面、及び側面から熱を受けることができ、蓄熱成形体４０の熱を効率的に熱媒体に伝達することができる。

一方、化学蓄熱システム１０において蓄熱成形体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１０８により配管７０Ａ，７０Ｂの各通路の連通先が熱源１０４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の内部に、熱源１０４によって加熱された熱媒体が流れる。

この場合においても、熱流動部５０の内部では、図７の矢印Ａで示すように、熱媒体が、枠部４４、及び熱交換部４２の内部を流れるので、蓄熱成形体４０の下面、及び側面へ熱を伝達することができ、熱媒体の熱を効率的に蓄熱成形体４０に伝達することができる。

そして、熱流動部５０を流れる熱媒体の熱によって蓄熱成形体４０が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱成形体４０に蓄熱される。なお、蓄熱成形体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２４では、熱流動部５０に対して熱媒体を出入りさせる第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６が、熱交換部４２よりも厚く形成されて熱交換部４２の側部よりも剛性の高い枠部４４の側部に接合されており、また、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６は、熱交換部４２の側部との接触面積に比較して、枠部４４の側部との接触面積が大きくされているので、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６と枠部４４の側部との接合面積を大きくとることができ、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６と枠部４４の側部との接合強度を、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６を熱交換部４２の側部に接合した場合の接合強度に比較して高くすることができる。

また、熱交換部４２の側部よりも剛性の高い枠部４４の側部に第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６を接合したので、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６と熱流動部５０との接合部分周辺の熱流動部５０の変形が抑えられ、熱流動部５０の変形に起因して熱流動部５０と他部材との間に隙間が出来ることが抑制され、蓄熱材の漏れを抑制することができる。

また、本実施形態の積層ユニット２４では、熱流動部５０の枠部４４の側部に第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６を直に溶接で接合しているので、一例として、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６と熱流動部５０とを分岐用の配管で連結する場合に比較して、作業工数が低減されると共に、部品点数が低減され、部品点数が低減された分は軽量化される。さらに、部品点数の低減により、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６を組み付けた積層ユニット２４のサイズを小型化することができので、反応容器２２を小型化することができる。したがって、反応容器２２を小さくして、反応容器２２の内容積を小さくすることで、反応容器２２の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である蓄熱密度を高くすることができる。また、部品点数が低減されることでコストも低減できる。

また、積層ユニット２４の部品点数を低減することで、顕熱ロス分が減り、熱の利用効率を向上することができる。これにより、蓄熱材と反応媒体とが反応する反応時間を短縮することができ、高性能な反応器２０を実現できる。

［第２実施形態］
次に、図８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。

本実施形態の反応器２０は、第１実施形態の積層ユニット２４の変形例であり、最上部の積層体５１の熱流動部５０の構成が異なっている。図８に示すように、最上部の熱流動部５０の上側には、熱交換器である熱交換部４２が積層されて接合されている。

最上部の熱流動部５０の枠部４４は、第１凹部４５、及び第２凹部４６が上下方向に開口している。最上部の熱流動部５０の枠部４４は、第１凹部４５、及び第２凹部４６の形成されている枠辺４４Ａと、第１凹部４５、及び第２凹部４６の形成されていない枠辺４４Ｂとから構成されている。なお、枠辺４４Ｂは、枠辺４４Ａよりも薄く形成されている。

枠部４４の内部には、薄い枠辺４４Ｂと同じ厚さの蓄熱成形体４０が配置されており、蓄熱成形体４０と上側の熱交換部４２との間、及び枠辺４４Ｂと上側の熱交換部４２との間には、空間（隙間）が形成され、本実施形態では、この空間にフィルタ３４と反応媒体拡散層３６とが配置されている。

また、最上部の熱交換部４２の本体部５２には、第１凹部４５、及び第２凹部４６と連通する開口５２Ａが形成されている。
本実施形態の反応器２０は、以上のように最上部の積層体５１の構成されているため、熱媒体を最上部の熱交換部４２にも流すことができる。

このように、本実施形態の反応器２０の最上部の積層体５１では、蓄熱成形体４０の上側にも熱交換部としての熱交換部４２が配置されており、蓄熱成形体４０の積層方向両側に熱交換部４２が配置されているので、該蓄熱成形体４０は、両側の熱交換部４２との間で熱交換を行うので、蓄熱成形体４０の上側に熱交換部４２が配置されていない場合に比較して、熱交換効率を高めることができる。

［第３実施形態］
次に、図９乃至図１１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９、及び図１０に示すように、本実施形態の積層ユニット２４では、第２実施形態の最上部の積層体５１と略同一構成のものを上下方向に積層して、複数の熱流動部５０を互いにろう付け、または溶接にて接合させている。

なお、各熱流動部５０の本体部５２には、装置奥行き方向両側に円形の開口５２Ａが形成されている。本実施形態の枠部４４の枠辺４４Ａは、下側が開口しており、上部には貫通孔６８が形成されている。また、本実施形態の熱交換部４２の蓋部材５４には、装置奥行き方向両側に貫通孔７９が形成されている。

本実施形態の積層ユニット２４では、前述した実施形態の積層ユニット２４で用いられていた第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６が省かれており、最上部の熱交換部４２の蓋部材５４に形成された貫通孔７９に通じるように配管７０Ａ、配管７０Ｂが蓋部材５４の上面にろう付け、または溶接等で接合されている。

図１０に示すように、本実施形態の積層ユニット２４では、矢印Ａで示すように、熱交換部４２、及び枠辺４４Ａの内部に熱媒体が流れ、蓄熱成形体４０との間で熱交換が行われる。

本実施形態の積層ユニット２４では、第１角パイプ６４、及び第２角パイプ６６が省かれて部品点数が低減されており、部品点数が低減された分が軽量化されている。さらに、部品点数の低減により、積層ユニット２４のサイズを更に小型化することができので、反応容器２２を更に小型化（横幅を狭くできる）することができる。したがって、反応容器２２をより小型化して、反応容器２２の内容積をより小さくすることで、蓄熱密度をより高くすることができる。また、部品点数が低減されることでコストも低減できる。

また、積層ユニット２４の部品点数を低減することで、顕熱ロス分が減り、熱の利用効率を向上することができる。これにより、蓄熱材と反応媒体とが反応する反応時間を短縮することができ、さらに高性能な反応器２０を実現できる。

本実施形態の積層ユニット２４では、配管７０Ａ、及び配管７０Ｂを、枠部４４よりも薄く形成された熱交換部４２の側部に接合せず、熱交換部４２の蓋部材５４の平面部分に接合しているので、配管７０Ａ、及び配管７０Ｂと熱交換部４２との接合面積を確保することができ、配管７０Ａ、及び配管７０Ｂと熱交換部４２との接合強度を高めることができる。なお、図１０に示す積層ユニット２４は、構成を分かりやすく説明するために模式的に記載したものであり、実際の熱交換部４２の厚さとしては、例えば、２ｍｍ程度のものであり、熱交換部４２の側部に配管等を接合する場合の接合面積を大きく確保することが困難である。

しかしながら、蓋部材５４の平面部分においては、熱交換部４２の側部に比較して大きな接合面積をとることが可能であるため、配管７０Ａ、及び配管７０Ｂの外周部分を蓋部材５４の平面部分にろう付け、または溶接等することで、接合面積を確保することができる。また、図１０（Ｂ）に示すように、配管７０Ａ（及び配管７０Ｂ）の端部に、径方向外側に延設されるフランジ７０Ａｆ（７０Ｂｆ）を形成することで、蓋部材５４との接合面積を更に増やし、接合強度を更に高めることもできる。

なお、図１１にしたがって、本実施形態の積層ユニット２４の組立手順を簡単に説明する。
先ず、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、片側の枠辺４４Ｂを組み付けていない熱流動部５０を積層し、図１１（Ａ）に示すように、側部の開口から枠部４４の中に分割した蓄熱成形体４０を挿入し、その後、図１１（Ｃ）に示すように、開口部分から蓄熱成形体４０の上がフィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６を挿入する。
そして、最後に、開口部分に枠辺４４Ｂを挿入し、枠辺４４Ｂを熱交換部４２、及び枠辺４４Ａに接合する。

本実施形態の積層ユニット２４では、各熱流動部５０が互いにろう付け、または溶接にて接合されているため、熱流動部５０を単に積層した場合に比較して、熱流動部５０同士のずれが生じず、熱流動部５０と熱流動部５０の間に隙間が生じることも抑制されるので、蓄熱材の漏れを抑制することができる。

また、本実施形態の積層ユニット２４では、蓄熱成形体４０がフィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６と共に、積層方向の両側から熱交換部４２で挟持して拘束することができ、蓄熱成形体４０の膨張力による変形を抑制することができる。

さらに、本実施形態の積層ユニット２４では、予め複数の熱流動部５０を接合して一体化させておくことにより、熱交換部４２と熱交換部４２との間の空間部分に、蓄熱成形体４０、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６を挿入する作業が容易になり、蓄熱成形体４０、フィルタ３４、及び反応媒体拡散層３６の組み付け効率も向上し、人工を減らすことができ、製造コストの低減になる。

［第４実施形態］
次に、図１２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。

図１２には、熱流動部５０の枠部４４の変形例であり、枠部４４が、枠辺４４Ａ、枠辺４４Ｂ、及び四隅のＬ字形状の枠辺４４Ｃから構成されているものである。このように、枠部４４は、複数の部材から構成されていてもよい。この枠部４４は、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）の一方側の２つの枠辺４４Ｃと枠辺４４Ａとが中空構造とされ、装置奥行方向（矢印Ｄ方向）の他方側の２つの枠辺４４Ｃと枠辺４４Ａとが中空構造とされている。そして、一方側の２つの枠辺４４Ｃと枠辺４４Ａの内部は、図示しない孔を介して熱交換部４２と連通しており、他方側の２つの枠辺４４Ｃと枠辺４４Ａの内部は、図示しない別の孔を介して熱交換部４２と連通している。また、全ての熱交換部４２と枠部４４とは、図示しない孔によって連通している。最上部の枠部４４には、一方の角部に配管７０Ａと連通する孔６０Ａが形成され、孔６０Ａとは対角方向の角部に配管７０Ｂと連通する孔６０Ｂが形成されている。これにより、配管７０Ａから流入させた熱媒体は、各熱流動部５０を通過させた後、配管７０Ｂから排出することができる。

［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。

２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器（容器）
２４ 積層ユニット
３４ フィルタ
３６ 反応媒体拡散層
４０ 蓄熱材成形体（蓄熱材）
４２ 熱交換部
４４ 枠部
４５ 第１凹部（第１空間）
４６ 第２凹部（第２空間）
５１ 積層体
Ｗ 水蒸気（反応媒体）

Claims (5)

1. 反応媒体と結合することで発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材と、内側に前記蓄熱材を収容する枠部と、枠部よりも薄く形成され内部に流れる熱媒体によって前記蓄熱材への熱供給及び前記蓄熱材からの熱回収を行う平板状の熱交換部と、前記蓄熱材の一方の側に配置され反応媒体が流れる反応媒体拡散層と、前記蓄熱材と前記反応媒体拡散層との間に配置され複数の孔が形成されたフィルタと、を含んで構成される積層体が複数積層された積層ユニットと、
   前記積層ユニットを内部に収容する容器と、を備え、
   前記枠部は、前記熱媒体が流れ前記熱交換部の上流側と連通する第１空間と、前記第１空間と対向して配置され前記熱媒体が流れると共に、前記熱交換部の下流側と連通する第２空間とを有する、化学蓄熱反応器。
2. 前記枠部の内側には、前記蓄熱材、前記フィルタ、及び前記反応媒体拡散層が積層されており、
   一方の前記枠部と他方の前記枠部との間には、前記熱交換部が配置されて接合されており、
   一方、及び他方の前記枠部の第１空間と前記熱交換部の上流側とが連通し、
   一方、及び他方の前記枠部の第２空間と前記熱交換部の下流側とが連通している、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 全ての前記枠部の積層方向両側に前記熱交換部が接合されている、請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記熱交換部、及び前記枠部は金属製であり、前記熱交換部と前記枠部とは、ろう付け、または溶接により接合されている、請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の化学蓄熱反応器と、
   前記枠部、または前記熱交換部の平面部分に接合され、前記枠部、及び前記熱交換部の内部に熱媒体を流す配管と、
   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を行う蒸発凝縮器と、
   を有する化学蓄熱システム。