JP6988675B2 - 化学蓄熱反応器 - Google Patents

Description

本発明は、化学反応によって発熱する化学蓄熱反応器に関する。

特許文献１に記載の化学蓄熱反応器では、枠部の内部に蓄熱材を収容した蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等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。

特開２０１４−１２６２９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等が積層されているため、熱交換効率を高めることはできるが、熱源として運搬して利用するには、熱交換部の熱媒配管を取り外す等の作業が必要となり、その際に熱媒が漏れる懸念がある。

また、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等を積層した積層体が複数個積層された積層ユニットが容器内に収容されているため、軽量化が容易ではなく、運搬するには難がある。

また、蓄熱材層の他に、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等の複数の構成部材が容器内に収容されているため、顕熱分が多くなり、昇温に時間を要し、熱源として利用する場合の熱交換効率の点で改善の余地がある。

化学蓄熱反応器には、発熱に必要な蒸気を生成するための蒸発器が接続されており、この点でも軽量化が容易でなく、運搬にも難がある。蒸発器では、蒸気を生成する外部熱源が必要であり、また、生成した蒸気が配管を通じて化学蓄熱反応器の内部に流入するので、蒸気の生成から蓄熱材が発熱するまでに時間を要する。

このように、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器は、定置用途では問題ないが、例えば、オフサイト用の熱源として運搬して使用する場合においては、種々の問題があり、オフサイト用に好適な簡単な構成で、急速な昇温を可能とした化学蓄熱反応器が望まれていた。

本願発明の課題は、外部熱源のない条件下で、簡単な構成で、急速な昇温を可能とし、加熱部分を拡大化した化学蓄熱反応器を得ることにある。

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する蓄熱材と、前記蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有したフィルター部を外周部に備えた両端が閉塞された筒部材で前記蓄熱材を密閉することで構成された棒状の蓄熱体が水平方向及び上下方向に複数接合されて構成され、互いに隣接する３つ以上の前記蓄熱体の間に前記反応媒体が通過する流路が複数形成された蓄熱積層体と、前記蓄熱積層体を収容し、前記流路と連通して前記蓄熱積層体との間に前記反応媒体を介在可能とする空間を形成する容器と、前記容器に設けられ、前記容器の外部から複数の前記流路に対して液体状の前記反応媒体を流入させる挿入側マニホールドと、を備え、前記蓄熱積層体を構成する複数の前記蓄熱体は、前記フィルター部が前記流路に面して前記空間には面していない中心側蓄熱体と、前記容器に接触し前記フィルター部が前記空間に面している外側蓄熱体とを含んで構成されている。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、挿入側マニホールドから液体状の反応媒体を流入させると、液体状の反応媒体は蓄熱積層体に形成された流路に流入する。

流路、及び中心側蓄熱体のフィルター部を介して中心側蓄熱体の内部に液体状の反応媒体が流入し、液体状の反応媒体が中心側蓄熱体の内部の蓄熱材と結合すると、該蓄熱材が発熱する。

そして、中心側蓄熱体によって周囲の液体状の反応媒体が加熱されることで、蒸気状の反応媒体が生成される。

蒸気状の反応媒体は、蓄熱積層体と容器との間の空間に排出され、外側蓄熱体のフィルター部を介して外側蓄熱体の内部に流入する。これにより、気体状の反応媒体が外側蓄熱体の内部の蓄熱材と結合して該蓄熱材が放熱する。外側蓄熱体は容器に接触しているので、容器の温度を効率的に上昇させることができ、容器を熱源として利用することが出来る。

なお、蓄熱積層体は、中心側蓄熱体の上下方向両側に外側蓄熱体を配置することができるので、容器の天井部分と底面部分との両方を加熱することができ、天井部分と底面部分の何れか一方のみが加熱される場合に比較して加熱部の拡大を図ることが出来る。

蓄熱材が反応媒体と結合すると、発熱すると共に膨張しようとする。しかしながら、蓄熱材は、外面が両端が閉塞された筒部材で覆われて拘束されているので、膨張が抑えられる。即ち、容器は、蓄熱材の膨張力を受け無くなるため、容器を構成する部材の厚さを薄くすることができる。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、従来の化学蓄熱反応器に必要とされていた反応媒体拡散層、熱交換部、及びエンドプレート等の部材が無く、熱源として必要な最小限の部材で構成することができ、かつ、容器の構成する部材の厚さを薄くできるので、高蓄熱密度で、かつ軽量な化学蓄熱反応器が得られる。なお、蓄熱密度とは、化学蓄熱反応器の内容積に占める蓄熱材の蓄熱量である。

請求項１に記載の化学蓄熱反応器では、容器の内部に液体状の反応媒体を流入することで、容器の内部で蒸気状の反応媒体を生成することができるので、蒸気状の反応媒体を生成するための外部熱源を必要とせず、容器内の蓄熱体の蓄熱材を迅速に昇温させることができる。

なお、蓄熱材に蓄熱を行う場合には、蓄熱材を加熱して反応媒体を脱離させることで蓄熱を行うことができる。

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、前記挿入側マニホールドは、前記流路の一端側に設けられて前記蓄熱積層体の側部に接続されており、前記蓄熱積層体の前記挿入側マニホールドとは反対側の側部には、前記流路から排出された気体状の前記反応媒体を前記空間に排出する排出口を上部に備えた排気マニホールドが接続されている。

請求項２に記載の化学蓄熱反応器では、挿入側マニホールドが、流路の一端側に設けられて熱積層体の側部に接続されているため、挿入側マニホールドから液体状の反応媒体を流入させると、液体状の反応媒体を、流路の一端側から流入させることが出来る。流路の内部に流入した液体状の反応媒体は、流路の内部を通過後、流路の他端側から排出することが出来る。

流路の他端側から排出された液体状の反応媒体は、排気マニホールドに貯留することが出来る。なお、排気マニホールドには排出口が設けられているが、排出口は上部に設けられているので、内部に溜まった液体状の反応媒体の液面を排出口よりも下側に位置させることができ、液体状の反応媒体が排出口から溢れ出ることは抑制できる。

また、液体状の反応媒体が加熱されて生成された蒸気状の反応媒体は、排出口を介して容器と蓄熱積層体との間の空間に排出され、このようにして空間に排出された蒸気状の反応媒体を外側蓄熱体のフィルター部を介して外側蓄熱体の内部に流入させることが出来る。

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、前記挿入側マニホールドには、開閉弁が接続されている。

請求項３に記載の化学蓄熱反応器では、開閉弁を開けることで、開閉弁を介して液体状の反応媒体を挿入側マニホールドの内部に流入させることが出来る。
また、蓄熱材に蓄熱を行う場合に、蓄熱材を加熱して反応媒体を脱離させるが、このときに、開閉弁を開けることで離脱した蒸気状の反応媒体を外部へ排出させることが出来る。
なお、不使用時には、開閉弁を閉め、容器の内部に反応媒体が不用意に流入しないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の化学蓄熱反応器において、前記開閉弁には、液体状の前記反応媒体を貯留するタンク、または前記タンクと連結された配管が接続されている。

請求項４に記載の化学蓄熱反応器では、開閉弁に、液体状の反応媒体を貯留するタンク、またはタンクと連結された配管が接続されているため、開閉弁を開けるだけで、タンクに貯留された液体状の反応媒体を挿入側マニホールドに流入させることが出来る。

本発明によれば、高蓄熱密度で、かつ軽量な化学蓄熱反応器が得られる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器を示す斜視図である。 図１に示す化学蓄熱反応器の内部を示す奥行方向に切断した断面図である。 第１蓄熱体を示す分解斜視図である。 第２蓄熱体を示す分解斜視図である。 第３蓄熱体を示す分解斜視図である。 第４蓄熱体を示す分解斜視図である。 第５蓄熱体を示す分解斜視図である。 図２に示す化学蓄熱反応器の８−８線断面図である。 図２に示す化学蓄熱反応器の９−９線断面図である。 内部に水が供給された状態を示す化学蓄熱反応器の奥行方向に切断した断面図である。 内部に水が供給された状態を示す化学蓄熱反応器の幅方向に切断した断面図である。 蓄熱材の再生を行う際の構成を示した図である。 他の実施形態に係る化学蓄熱反応器を示す幅方向に切断した断面図である。

図１乃至図１２にしたがって、本発明の一実施形態に係る化学蓄熱反応器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。

（化学蓄熱反応器）
図１、及び図２に示すように、化学蓄熱反応器１０は、箱状の反応容器１２を備えている。反応容器１２は、ステンレススチール等の金属板で箱状に形成されており、矩形の底板１４、底板１４の各辺から立ち上がる矩形の側壁１６、１８、２０、２２、及び矩形の天板２４を備えている。

反応容器１２の内部には、図３に示す第１蓄熱体２６、図４に示す第２蓄熱体２８、図５に示す第３蓄熱体２９、図６に示す第４蓄熱体３０、及び図７に示す第５蓄熱体３２が、図８に示すように収容されている。

（蓄熱体）
第１蓄熱体２６は、円柱状に形成された蓄熱成形体３４と、蓄熱成形体３４の外面を覆う第１蓄熱材拘束カバー２６Ａとを含んで構成されている。
第２蓄熱体２８は、第１蓄熱体２６と同様の蓄熱成形体３４と、蓄熱成形体３４の外面を覆う第２蓄熱材拘束カバー２８Ａとを含んで構成されている。
第３蓄熱体２９は、円柱状に形成された蓄熱成形体３４と、蓄熱成形体３４の外面を覆う第３蓄熱材拘束カバー２９Ａとを含んで構成されている。
第４蓄熱体３０は、第１蓄熱体２６と同様の蓄熱成形体３４と、蓄熱成形体３４の外面を覆う第４蓄熱材拘束カバー３０Ａとを含んで構成されている。
第５蓄熱体３２は、第１蓄熱体２６と同様の蓄熱成形体３４と、蓄熱成形体３４の外面を覆う第５蓄熱材拘束カバー３２Ａとを含んで構成されている。

蓄熱成形体３４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３４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 ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ 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 ＋ Ｈ_２Ｏ
となる。

なお、一例として、蓄熱成形体３４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３４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。

図３に示すように、第１蓄熱材拘束カバー２６Ａは、外観が円柱状とされ、内部に蓄熱成形体３４を収容する空間が設けられている。第１蓄熱材拘束カバー２６Ａは、金属製の円筒部材３６の両端を金属製の円板３８で閉塞した構造を有している。

なお、図４〜図７に示すように、第２蓄熱材拘束カバー２８Ａ、第３蓄熱材拘束カバー２９Ａ、第４蓄熱材拘束カバー３０Ａ、及び第５蓄熱材拘束カバー３２Ａも、第１蓄熱材拘束カバー２６Ａと同様に金属製の円筒部材３６の両端を金属製の円板３８で閉塞した構造を有している。

図８に示すように、反応容器１２の内部において、水平に配置された底板１４の上には、長手方向を装置奥行方向（図８の紙面表裏方向）に向けた１本の第１蓄熱体２６、４本の第２蓄熱体２８、及び１本の第３蓄熱体２９が装置幅方向（矢印Ｗ方向）に一列に並べられて底板１４に接触している。なお、第１蓄熱体２６は、４本並べられた第２蓄熱体２８の一方側(図面左側）に配置され、第３蓄熱体２９は、４本並べられた第２蓄熱体２８の他方側(図面右側）に配置されている。

以上のように一列に並べられた１段目の１本の第１蓄熱体２６、４本の第２蓄熱体２８、及び１本の第３蓄熱体２９の上側には、長手方向を装置奥行方向（図８の紙面表裏方向）に向けた２本の第４蓄熱体３０、及び４本の第５蓄熱体３２が装置幅方向（矢印Ｗ方向）に並べられている。

そして、以上のように一列に並べられた下から２段目の２本の第４蓄熱体３０、及び４本の第５蓄熱体３２の上側には、長手方向を装置奥行方向（図８の紙面表裏方向）に向けた１本の第１蓄熱体２６、４本の第２蓄熱体２８、及び１本の第３蓄熱体２９が装置幅方向（矢印Ｗ方向）に並べられている。

本実施形態において、第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、第３蓄熱体２９、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２の径、及び長さは全て同じである。これらの第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２は、両端の位置が揃えられており（図２参照）、図８に示すように、互いに隣接する蓄熱体との接触部分でロウ付け（または溶接等）４０によって接合されて一体化されている。

なお、一列に並べられた２本の第１蓄熱体２６、及び４本の第２蓄熱体２８と、一列に並べられた２本の第４蓄熱体３０、及び４本の第５蓄熱体３２とは、蓄熱体の半径寸法分だけ装置幅方向にずらされて配置されている。以後、本明細書において、第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、第３蓄熱体２９、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２が一体化したものを蓄熱積層体４２と呼ぶ。

ここで、下から３段目の２本の第１蓄熱体２６、及び４本の第２蓄熱体２８の上部は、反応容器１２の天板２４に接触している。また、１段目の装置幅方向左側の第１蓄熱体２６、及び３段目の装置幅方向左側の第１蓄熱体２６は、反応容器１２の側壁２２に接触しており、下から２段目の装置幅方向右側の第４蓄熱体３０は、反応容器１２の側壁１８に接触している。これにより、蓄熱積層体４２は、反応容器１２の内部において、装置幅方向、及び装置上下方向に移動が阻止されている。なお、蓄熱積層体４２は、反応容器１２の内周面にロー付け、溶接等で接合されていてもよい。

図２に示すように、蓄熱積層体４２の全長Ｌ１は、反応容器１２の矢印Ｄ方向の内寸法Ｌ２に比較して短くなっており、蓄熱積層体４２の図面左側の端部と反応容器１２の図面左側の側壁１６との間には、第１空間４４が設けられており、蓄熱積層体４２の図面右側の端部と反応容器１２の図面右側の側壁２０との間には、第２空間４６が設けられている。

図８に示すように、蓄熱積層体４２は、円柱状とされた複数の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２が隣接する同士で互いに接触するように積み重ねられているため、蓄熱積層体４２の内部には、以下に説明する断面略三角形の第１流路４８、第２流路５０、第３流路５２、及び第４流路５４が、蓄熱積層体４２の長手方向（図８の紙面表裏方向）に沿って形成されている。

先ず、第１流路４８は、下から１段目の第１蓄熱体２６と下から１段目の第２蓄熱体２８と下から２段目の第４蓄熱体３０との間、下から１段目の２つの第２蓄熱体２８と下から２段目の第４蓄熱体３０との間、下から１段目の第２蓄熱体２８と下から１段目の第３蓄熱体２９と下から２段目の第５蓄熱体３２との間に形成されている。

第２流路５０は、下から１段目の第２蓄熱体２８と下から２段目の第４蓄熱体３０と下から２段目の第５蓄熱体３２との間、及び下から１段目の第２蓄熱体２８と下から２段目の２つの第５蓄熱体３２との間に形成されている。

第３流路５２は、下から２段目の第４蓄熱体３０と下から２段目の第５蓄熱体３２と下から３段目の第２蓄熱体２８との間、及び下から２段目の２つの第５蓄熱体３２と下から３段目の第２蓄熱体２８との間に形成されている。

第４流路５４は、下から２段目の第５蓄熱体３２と下から３段目の第１蓄熱体２６と下から３段目の第２蓄熱体２８との間、及び下から２段目の第５蓄熱体３２と下から３段目の２つの第２蓄熱体２８との間に形成されている。

また、蓄熱積層体４２の外周と反応容器１２の内面との間には、空間５６が設けられている。

図８に示すように、これら第１流路４８、第２流路５０、第３流路５２、第４流路５４、及び空間５６は、装置幅方向、及び装置高さ方向に独立しており、各々には流体が通過可能となっている。

図２に示すように、蓄熱積層体４２の図面左側には挿入側マニホールド５８が配置され、蓄熱積層体４２の図面右側には排気側マニホールド６０が配置されている。

（挿入側マニホールドの構成）
図１、及び図２に示すように、挿入側マニホールド５８は、蓄熱積層体４２側が開放された金属製の箱体であり、蓄熱積層体４２の側面（円板３８）にロー付け、溶接等で接合されることでその開口部が閉塞されている。

この挿入側マニホールド５８によって、挿入側マニホールド５８の内部空間６２は、反応容器１２の第１空間４４から隔離されている。なお、挿入側マニホールド５８の内部空間６２は、第１流路４８、第２流路５０、第３流路５２、及び第４流路５４の一端のみと連通しており、空間５６とは連通していない（図２、図８参照）。

図１、及び図２に示すように、挿入側マニホールド５８は、反応容器１２の側壁１６に形成された開口部１６Ａを介して反応容器１２の内部に挿入されている。挿入側マニホールド５８における蓄熱積層体４２と対向する壁部５８Ａは、反応容器１２の側壁１６と面一に配置されると共に、壁部５８Ａの外周部が、反応容器１２の側壁１６に形成された開口部１６Ａに嵌り込んだ状態で壁部５８Ａの外周部が開口部１６Ａにロー付け、溶接等により接合されている。これにより、反応容器１２の内部は密閉されている。

さらに、挿入側マニホールド５８の壁部５８Ａには、貫通孔６４が形成されており、この貫通孔６４に配管６６の一端が接続されている。なお、貫通孔６４は、蓄熱積層体４２の第２流路５０よりも上方、かつ後述する排気側マニホールド６０の蒸気排出口７１よりも下方に形成されている。

配管６６の他端には、開閉弁６８の一方側の流入流出部が接続されている。開閉弁６８の他方側の流入流出部には、他の配管７６（詳しくは後述する）等が着脱自在に接続可能となっている。

（排気側マニホールドの構成）
図２、及び図９に示すように、排気側マニホールド６０は、蓄熱積層体４２側が開放された金属製の箱体であり、図２に示すように、蓄熱積層体４２の図面右側の側面（円板３８）にロー付け、溶接等で接合されることによってその開口部が閉塞されている。なお、排気側マニホールド６０の内部空間７０は、第１流路４８、第２流路５０、第３流路５２、及び第４流路５４の他端と連通している。

図２、及び図９に示すように、排気側マニホールド６０は、蓄熱積層体４２と対向する壁面６０Ａの上部に、装置幅方向（矢印Ｗ方向）に細長い矩形状の蒸気排出口７１が形成されている。排気側マニホールド６０の内部空間７０と反応容器１２の第２空間４６とは、蒸気排出口７１を介して連通している。なお、図９に示すように、蒸気排出口７１の下端部は、蓄熱積層体４２の第２流路５０よりも上方に位置している。

（蓄熱材拘束カバー）
次に、図３〜図７に基づいて第１蓄熱体２６の第１蓄熱材拘束カバー２６Ａ、第２蓄熱体２８の第２蓄熱材拘束カバー２８Ａ、第３蓄熱体２９の第３蓄熱材拘束カバー２９Ａ、第４蓄熱体３０の第４蓄熱材拘束カバー３０Ａ、及び第５蓄熱体３２の第５蓄熱材拘束カバー３２Ａの構成を説明する。

先ず最初に、代表して、図３に示す第１蓄熱材拘束カバー２６Ａについて説明する。第１蓄熱材拘束カバー２６Ａは、例えば１枚の金属板を円筒状に曲げ加工し、周方向の端縁同士をロー付け、溶接等により接合することで形成することができる。

第１蓄熱材拘束カバー２６Ａの一部には、一例としてφ２００〔μｍ〕の微小貫通孔（図示せず）が多数形成されたフィルター部（図３において網点で図示する部分）７２が設けられている。

フィルター部７２の微小貫通孔は、例えば、エッチングにより形成することができる。フィルター部７２は、蓄熱成形体３４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、フィルター部７２は、蓄熱成形体３４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。なお、フィルター部７２は、メッシュで形成されていてもよい。

なお、第２蓄熱材拘束カバー２８Ａ、第３蓄熱材拘束カバー２９Ａ、第４蓄熱材拘束カバー３０Ａ、及び第５蓄熱材拘束カバー３２Ａにおいても、第１蓄熱材拘束カバー２６Ａと同様の構成とされているが、図３〜図８に基づいて以下に説明するように、第１蓄熱材拘束カバー２６Ａとはフィルター部７２の形成範囲が異なっている。

図８に示すように、第１蓄熱体２６においては、フィルター部７２は、前述した空間５６と対向する位置（他の流路とは対向しない位置）に形成されている。これにより第１蓄熱体２６は、第１蓄熱材拘束カバー２６Ａの内部と空間５６との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気）の行き来は許容可能となっている。

第２蓄熱体２８においては、フィルター部７２は、前述した空間５６と対向する位置（他の流路とは対向しない位置）に形成されている。これにより第２蓄熱体２８は、第２蓄熱材拘束カバー２８Ａの内部と空間５６との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気）の行き来は許容可能となっている。

第３蓄熱体２９においては、フィルター部７２は、前述した空間５６と対向する位置（他の流路とは対向しない位置）に形成されている。これにより第３蓄熱体２９は、第３蓄熱材拘束カバー２９Ａの内部と空間５６との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気）の行き来は許容可能となっている。

第４蓄熱体３０においては、フィルター部７２は、前述した第２流路５０と対向する位置に（他の流路とは対向しない位置）に形成されている。これにより第４蓄熱体３０は、第４蓄熱材拘束カバー３０Ａの内部と第２流路５０との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気）の行き来は許容可能となっている。

第５蓄熱体３２においては、フィルター部７２は、前述した第２流路５０と対向する位置に（他の流路とは対向しない位置）に形成されている。これにより第５蓄熱体３２は、第５蓄熱材拘束カバー３２Ａの内部と第２流路５０との間で、蓄熱材の通過は制限し、水または水蒸気（実際の使用状態では、水蒸気）の行き来は許容可能となっている。

図１、及び図２に示すように、化学蓄熱反応器１０の開閉弁６８には、水を貯留したタンク７４と接続された配管７６を着脱可能に接続することが出来る。なお、配管７６の端部には、開閉弁６８との接続を容易にする継手７８が設けられている。これにより、タンク７４の水を挿入側マニホールド５８の内部へ流入させることが出来る。なお、開閉弁６８にタンク７４を直接接続してもよい。

（化学蓄熱反応器の作用、効果）
次に、化学蓄熱反応器１０の使用方法について説明する。
先ず、使用前（発熱前）の化学蓄熱反応器１０においては、蓄熱材を脱水状態(蓄熱された状態）としておくと共に、反応容器１２の内部を真空状態としておく。
（１） 化学蓄熱反応器１０において、蓄熱成形体３４を発熱（放熱）させる際には、一例として、図１に示すように、開閉弁６８を開放し、タンク７４の水Ｗを配管７６、及び開閉弁６８を介して反応容器１２の挿入側マニホールド５８に流入させる。

挿入側マニホールド５８の内部に水Ｗが流入すると、水Ｗは、図１０、及び図１１に示すように、挿入側マニホールド５８に溜まると共に、第１流路４８、及び第２流路５０に流入し、さらに第１流路４８、及び第２流路５０を介して排気側マニホールド６０にも流入する。

なお、反応容器１２に流入させる水Ｗの量は、図１０に示すように、排気側マニホールド６０の蒸気排出口７１から溢れ出ないように予め決められている。このため、タンク７４には、予め決められた量の水Ｗを入れておくことが好ましい。

（２） 第２流路５０に水Ｗが流入すると、流入した水Ｗが２段目の第４蓄熱体３０のフィルター部７２の微細孔を通過して内部の蓄熱成形体３４と接触すると共に、２段目の第５蓄熱体３２のフィルター部７２の微細孔を通過して内部の蓄熱成形体３４と接触する。これにより、第４蓄熱体３０の蓄熱成形体３４が水和反応を生じつつ発熱（放熱）すると共に、第５蓄熱体３２の蓄熱成形体３４が水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。そして、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２の熱で、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２に接触している水が昇温して大量の水蒸気Ｓが生成される。

なお、挿入側マニホールド５８の内部空間６２の水蒸気Ｓは、第３流路５２、及び第４流路５４を介して排気側マニホールド６０の内部空間７０へ排出され、排気側マニホールド６０の内部空間７０の水蒸気Ｓは、蒸気排出口７１を介して第２空間４６へ排出される。

また、第２空間４６へ排出された水蒸気Ｓは、反応容器１２と蓄熱積層体４２との間の空間５６に流入する。なお、空間５６を通過した水蒸気Ｓは、最終的に挿入側マニホールド５８の外側の第１空間４４に流入する。
（３） 以上のようにして反応容器１２と蓄熱積層体４２との間の空間５６に流入した水蒸気Ｓは、下から１段目の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、及び第３蓄熱体２９の各々のフィルター部７２の微細孔を通過して内部の蓄熱成形体３４と接触し、１段目の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、及び第３蓄熱体２９の各々の蓄熱成形体３４が発熱（放熱）すると共に、下から３段目の第１蓄熱体２６、及び第２蓄熱体２８の各々のフィルター部７２の微細孔を通過して内部の蓄熱成形体３４と接触し、３段目の第１蓄熱体２６、及び第２蓄熱体２８が発熱（放熱）する。

（４） １段目の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、及び第３蓄熱体２９で生成された熱は、反応容器１２の底板１４に伝達され、底板１４が加熱される。また、３段目の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、及び第３蓄熱体２９で生成された熱は、反応容器１２の天板２４に伝達され、天板２４が加熱される。

このようにして、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、天板２４、及び底板１４が加熱されて温度が上がり、化学蓄熱反応器１０を熱源として利用することができる。なお、１段目、及び３段目の第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、及び第３蓄熱体２９は、内部の蓄熱材が水蒸気Ｓと結合して発熱するので、水Ｗに漬かっている２段目の第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２に比較して高温になる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、天板２４と底板１４との両方を加熱することができるので、何れか一方しか加熱されない場合に比較して加熱部の拡大を図ることが出来る。

従来の化学蓄熱反応器では、蓄熱材層、フィルター、反応媒体拡散層、熱交換部等を積層した積層体が複数個積層された部品点数が多くて複雑な構成の積層ユニットが容器内に収容されており、容器には、蓄熱材を発熱させるための、部品点数が多く、構成が複雑で重量のある蒸発器が接続されていたため軽量化が容易ではなく、運搬するには難があった。

一方、本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、反応容器１２の内部に、蓄熱積層体４２、挿入側マニホールド５８、及び排気側マニホールド６０を収納するという簡単な構成であり、タンク７４、及び配管７６も従来の蒸発器に比較して軽量であるため従来よりも運搬が容易になる。なお、本実施形態では、タンク７４の水を供給するようにしたが、開閉弁６８に水道の蛇口に繋げたホースを接続して水を供給してもよく、漏斗を用いて水を供給することも可能であり、水の供給方法は本実施例のものに限らない。

本実施形態の化学蓄熱反応器１０では、反応容器１２の内部に水Ｗを供給するだけで反応容器１２の内部で水蒸気Ｓを生成することができるので、容器内の蓄熱材を迅速に昇温させ反応容器１２を迅速に加熱することができる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、反応容器１２が従来の化学蓄熱反応器の反応容器と同じサイズ（容積）であれば、蓄熱材の容量を増やすことができ（言い換えれば、高蓄熱密度となる）、大量の熱を発生させることができる。

さらに、反応容器１２の内部には、蓄熱積層体４２、金属板で形成された簡単な構成の挿入側マニホールド５８、及び排気側マニホールド６０しか収納されておらず、従来の化学蓄熱反応器のように数多く構成部材が収容されていないので、顕熱分が少なく、迅速に天板２４、及び底板１４を加熱することができ、熱交換効率に優れた構成となっている。

ところで、蓄熱材が反応媒体と結合すると、発熱すると共に膨張しようとする。しかしながら、蓄熱材からなる蓄熱成形体３４は、外面全体が拘束カバーで覆われているので、蓄熱成形体３４の径方向の膨張は、拘束カバーの金属板の張力負担により抑制される。これにより、反応容器１２の底板１４、側壁１８、２２、及び天板２４は、蓄熱材の膨張力を受け難くなり、金属板を薄くすることができる。

このように、本実施形態の化学蓄熱反応器１０は、蓄熱材の膨張力を受け止めて構成部材の変形を抑制するための厚肉の部材であるエンドプレートが必要無く、軽量化を図ることが出来る。

（蓄熱）
次に、使用後の蓄熱成形体３４に熱を蓄熱させる方法（再生方法）を説明する。
蓄熱成形体３４に熱を蓄熱するには、図１２に示すように、開閉弁６８に配管８１を介して凝縮器８０を接続する。
凝縮器８０は、化学蓄熱反応器１０から受け取った水蒸気Ｓを凝縮する凝縮部、及び水蒸気Ｓ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。

凝縮器８０は、内部に水が貯留される容器８２を備えており、この容器８２内には、水蒸気Ｓを凝縮するのに用いる熱媒流路８４の一部が配置されている。さらに、熱媒流路８４は、容器８２内における少なくとも気相部８２Ａ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が、熱媒流路８４を流れるようになっている。

なお、凝縮器８０と化学蓄熱反応器１０とを連通させるための配管８１は、凝縮器８０と化学蓄熱反応器１０との連通、非連通を切り替えるための開閉弁８６を備えている。

蓄熱成形体３４に熱を蓄熱させる手順としては、図１２に示すように、凝縮器８０と接続した化学蓄熱反応器１０を、図示しない炉の熱（高温の廃熱等）、またはヒーター等の熱源を用いて加熱する。これにより、蓄熱成形体３４が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱成形体３４に蓄熱される。蓄熱成形体３４から離脱された水蒸気Ｓは、反応容器１２の外部へ排出され、配管８１を介して凝縮器８０内に流れ込み、凝縮されて水となる。脱水が終了したら、開閉弁６８に真空ポンプを接続して内部を真空にし、開閉弁６８を閉じて反応容器１２の内部を真空状態とする。これにより、化学蓄熱反応器１０を熱源として再利用することができる。

［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。

上記実施形態の化学蓄熱反応器１０では、第１蓄熱体２６、第２蓄熱体２８、第３蓄熱体２９、第４蓄熱体３０、及び第５蓄熱体３２を３段に積層した蓄熱積層体４２が反応容器１２の内部に収納されていたが、本発明はこれに限らず、図１３に示すように、全周にフィルター部７２を形成した第６蓄熱体８８を更に積層した蓄熱積層体９０が反応容器１２の内部に収容されていてもよく、蓄熱体の積層数は３段に限らない。

１０ 化学蓄熱反応器
１２ 容器（反応容器）
２６ 第１蓄熱体（外側蓄熱体）
２６Ａ 第１蓄熱材拘束カバー（筒部材）
２８ 第２蓄熱体（外側蓄熱体）
２８Ａ 第２蓄熱材拘束カバー（筒部材）
２９ 第３蓄熱体（蓄熱体）
２９Ａ 第３蓄熱材拘束カバー（筒部材）
３０ 第４蓄熱体（中心側蓄熱体）
３０Ａ 第４蓄熱材拘束カバー（筒部材）
３２ 第５蓄熱体（中心側蓄熱体）
３２Ａ 第５蓄熱材拘束カバー（筒部材）
３４ 蓄熱成形体（外側蓄熱材）
４２ 蓄熱積層体
４８ 第１流路(流路）
５０ 第２流路(流路）
５２ 第３流路(流路）
５４ 第４流路(流路）
５６ 空間
５８ 挿入側マニホールド
６０ 排気側マニホールド
６８ 開閉弁
７１ 蒸気排出口（排出口）
７４ タンク
７６ 配管
８８ 第６蓄熱体
９０ 蓄熱積層体
Ｓ 水蒸気（反応媒体）
Ｗ 水（反応媒体）

Claims (4)

1. 反応媒体と結合することで発熱する蓄熱材と、
   前記蓄熱材の通過は制限し前記反応媒体の通過を許容する微小孔を有したフィルター部を外周部に備えた両端が閉塞された筒部材で前記蓄熱材を密閉することで構成された棒状の蓄熱体が水平方向及び上下方向に複数接合されて構成され、互いに隣接する３つ以上の前記蓄熱体の間に前記反応媒体が通過する流路が複数形成された蓄熱積層体と、
   前記蓄熱積層体を収容し、前記流路と連通して前記蓄熱積層体との間に前記反応媒体を介在可能とする空間を形成する容器と、
   前記容器に設けられ、前記容器の外部から複数の前記流路に対して液体状の前記反応媒体を流入させる挿入側マニホールドと、
   を備え、
   前記蓄熱積層体を構成する複数の前記蓄熱体は、前記フィルター部が前記流路に面して前記空間には面していない中心側蓄熱体と、前記容器に接触し前記フィルター部が前記空間に面している外側蓄熱体とを含んで構成されている、化学蓄熱反応器。
2. 前記挿入側マニホールドは、前記流路の一端側に設けられて前記蓄熱積層体の側部に接続されており、
   前記蓄熱積層体の前記挿入側マニホールドとは反対側の側部には、前記流路から排出された気体状の前記反応媒体を前記空間に排出する排出口を上部に備えた排気マニホールドが接続されている、請求項１に記載の化学蓄熱反応器。
3. 前記挿入側マニホールドには、開閉弁が接続されている、請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器。
4. 前記開閉弁には、液体状の前記反応媒体を貯留するタンク、または前記タンクと連結された配管が接続されている、請求項３に記載の化学蓄熱反応器。

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