JP6743607B2 - 化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システム - Google Patents
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Description
蓄熱を行う場合には、熱交換器に加熱された熱媒体を流して蓄熱材を加熱する。蓄熱材が加熱により脱水反応を生じることで、蓄熱材に蓄熱が行われる。
蓄熱材層と、蓄熱層の一方側に配置される熱交換器とは、直接的に接触しているので、熱交換器の熱を効率的に蓄熱材層に伝達することができる。しかし、蓄熱材層の他方側に配置される熱交換器は、蓄熱材層との間に蒸気を流す流路の形成された反応媒体拡散層が介在しているため、一方側の熱交換器に比較して蓄熱材層への熱の伝達効率が低下する。
このため、従来の化学蓄熱反応器では、熱交換器と蓄熱材層との間の熱交換効率を向上するには改善する余地があった。
また、熱交換器の他方側の外面と蓄熱材層とを直接的に接触させているので、熱交換器と蓄熱材層との間にフィルタ等の他の部材が介在する場合に比較して、熱伝達が良好になる。これにより、熱交換器の他方側と蓄熱材との熱交換効率を向上することができる。
また、蓄熱材層の両側を熱交換器としているので、熱交換効率を向上することができる。
請求項54記載の化学蓄熱反応器では、凸部の側面に少なくとも一つの段部を形成することで、凸部の高さ方向(熱交換器の積層方向)の圧縮強度を高めることができる。
金属板で形成された第1部材と第2部材とは、溶接、またはロー付けにより接合することができるので、低コストで中空の熱交換器を製造することが可能となる。
図1乃至図8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。
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。
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。
図2に示すように、反応器20は、積層ユニット90と、積層ユニット90を密閉状態で収容する反応容器22とを含んで構成されている。
図2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。
図3、及び図4に示すように、積層ユニット90は、発熱又は蓄熱するための蓄熱材層32、フィルタ34、及び熱交換部の一例としての熱流動部50とを積層した積層体60が、複数積層されている。フィルタ34は、蓄熱材層32の上側、及び下側に配置されており、蓄熱材層32、及びフィルタ34は、装置上下方向から見て矩形状とされ、本実施形態においては、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)。
図3に示すように、蓄熱材層32は、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。
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。
フィルタ34は、熱流動部50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。
熱流動部50は、図3、及び図4に示すように、フィルタ34を介して蓄熱材反応部30に隣接して積層されている。熱流動部50は、図5〜図8に示すように、装置上下方向から見て矩形状とされた金属板からなる中空の箱状部材であり、図6に示すように、片側が開放された2つの部材50aを溶接することで箱形状を形成している。
熱媒が流れる熱媒体流路70は、図2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を備えている。
配管70Aは、熱流動部50の熱媒体流入パイプ53Aに接続され、配管70Bは、熱流動部50の熱媒体排出パイプ53Bに接続されている。
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。
次に、図9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、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。
次に、図10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10に示す熱流動部50は、第1実施形態の熱流動部50の変形例であり、一方の面が平坦に形成されているものである。
次に、図11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。
このように、熱流動部50は、上側と下側とが非対称形状で、上側と下側とで凸部51、及び凹部52の数が異なっていてもよく、上側と下側とで凸部51、及び凹部52の幅が異なっていてもよい。
次に、図12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。
本実施形態の熱流動部50では、前述した実施形態では設けられていた流入側幅方向熱媒体通路56A、及び排出側幅方向熱媒体通路56Bが無いため、各熱媒体通路55毎に熱媒体流入パイプ53A、及び熱媒体排出パイプ53Bが設けられている。
[第6実施形態]
次に、図13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。
[第7実施形態]
次に、図14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。
次に、図15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。
次に、図16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。
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。
蓄熱材成形体40と反応媒体通路57との間で水蒸気の行き来を効率的に行えるように、凸部51、凹部52の大きさ、数、及び形状等を調整して、水蒸気の流れる反応媒体通路57の数、断面形状、及び流路断面積を適宜変更することが好ましい。
12 蒸発凝縮器
20 反応器(化学蓄熱反応器の一例)
22 反応容器
32 蓄熱材層
34 フィルタ
40 蓄熱材成形体(蓄熱材)
44 フレーム部材(拘束枠)
50 熱流動部(熱交換器)
50a 部材(第1部材、第2部材)
51 凸部
52 凹部
52A 底部
52B 段部
53A 熱媒体流入パイプ(流入部)
53B 熱媒体排出パイプ(流出部)
55 熱媒体通路
56A 流入側幅方向熱媒体通路(流入部側マニホールド)
56B 排出側幅方向熱媒体通路(排出部側マニホールド)
57 反応媒体通路
60 積層体
90 積層ユニット
W 水蒸気(反応媒体)
Claims (7)
- 反応媒体と結合することで発熱し、反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材が拘束枠内部に配置された蓄熱材層と、前記蓄熱材層に隣接して配置され、複数の孔が形成されたフィルタと、内部に熱媒体が流れる空間を有し、少なくとも一方の外面に延設され、前記フィルタと接触する凸部、及び前記フィルタとは底部が離間して前記フィルタとの間に前記反応媒体を流す反応媒体通路を形成する凹部が形成された熱交換器と、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、
を有する化学蓄熱反応器。 - 前記凸部、及び前記凹部は、前記熱交換器の両面に形成され、
前記熱交換器の一方の外面と他方の外面とは、非対称に形成されている、請求項1に記載の化学蓄熱反応器。 - 前記熱交換器の他方の外面は平坦面とされ、前記蓄熱材層と直接的に接触している、請求項1に記載の化学蓄熱反応器。
- 前記熱交換器の内部に設けられ、一端側から他端側に向けて延設された複数の前記凸部の熱交換器内部側に形成される複数の熱媒体通路と、
前記熱交換器の一端側に設けられ、前記熱交換器の外部から内部へ前記熱媒体を流入させる流入部と、
前記熱交換器の他端側に設けられ、前記熱交換器の内部から外部へ前記熱媒体を排出させる排出部と、
前記熱交換器の内部に設けられ、前記流入部から流入した前記熱媒体を前記複数の熱媒体通路に分配して流す流入部側マニホールドと、
前記熱交換器の内部に設けられ、複数の前記熱媒体通路を流れた後の前記熱媒体を合流させて前記排出部へ向けて集合させる排出部側マニホールドと、
を有する、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の化学蓄熱反応器。 - 前記凸部は、側面に少なくとも一つの段部が形成されている、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。
- 前記熱交換器は、金属板で形成され一方側が開放された箱状の第1部材と第2部材とを互いに向かい合わせて溶接、またはロー付けにより接合することで形成されている、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の化学蓄熱反応器。
- 請求項1〜6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通路への反応媒体の供給及び前記反応媒体通路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。
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