JP7151396B2 - 蓄熱体、および、化学蓄熱反応器 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱体、および、化学蓄熱反応器に関する。

従来、蓄熱材と反応媒体との化学反応を利用して熱を出し入れする化学蓄熱反応器が知られている。化学蓄熱反応器では、蓄熱材は、反応媒体と結合することで発熱し反応媒体が脱離することで蓄熱する。例えば、特許文献１には、平板状の蓄熱材と蓄熱材を支持する支持部とからなる蓄熱体を複数備える化学蓄熱反応器が開示されている。

特開２０１８－５９６８４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では、複数の蓄熱体は積層されて用いられるため、複数の蓄熱体を連結するための拘束治具が必要となり、化学蓄熱反応器を構成する部品点数が多くなる。このため、化学蓄熱反応器が重くなる。また、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器では、平板状に形成されている蓄熱体において複数の箇所を均等に拘束する必要があり、製造プロセスが複雑になる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、化学蓄熱反応器に用いる蓄熱体において、簡易な構成で複数の蓄熱体を簡便に連結することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、化学蓄熱反応器に用いる蓄熱体が提供される。蓄熱体は、反応媒体と結合することで発熱し、前記反応媒体が脱離することで蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材の外面を覆い、前記蓄熱材の通過を制限し、前記反応媒体の通過を許容する複数の孔が形成されている蓄熱材拘束カバーと、を備え、前記蓄熱材拘束カバーは、前記蓄熱材拘束カバーの外面から突出する凸部と、前記蓄熱材カバーに隣接する他の蓄熱材拘束カバーに設けられた凸部に係合可能な凹部と、を有する。

この構成によれば、複数の蓄熱体を連結するとき、複数の蓄熱体において一の蓄熱体の凸部と他の蓄熱体の凹部とを係合させる。これにより、ボルトなどの拘束部材を用いたりろう付などの加工を別途施したりすることなく、簡易な構成で複数の蓄熱体を簡便に連結し固定することができる。

（２）上記形態の蓄熱体において、前記凹部は、貫通孔であって、前記凸部は、前記他の蓄熱材拘束カバーに設けられた貫通孔に挿通されると、前記他の蓄熱材拘束カバーの内側に突出するように形成されていてもよい。この構成によれば、複数の蓄熱体を連結するとき、他の蓄熱材拘束カバー内の蓄熱材は、一の蓄熱体の凸部によって移動が規制される。これにより、他の蓄熱材拘束カバーの内面と他の蓄熱材拘束カバー内の蓄熱材の外面との間に隙間が形成されるため、反応媒体の流路を他の蓄熱材拘束カバー内に確保することができる。したがって、反応媒体と蓄熱材との初期段階での水和反応を安定して行うことができる。

（３）上記形態の蓄熱体において、前記凸部は、前記蓄熱材拘束カバーの軸線方向に沿って並ぶように複数配置されていてもよい。この構成によれば、複数の蓄熱体について、それぞれの軸線が略平行となるように一の蓄熱体の周囲に他の蓄熱体が位置するとき、他の蓄熱体が一の蓄熱体に対して軸線方向に移動することを確実に規制することができる。また、複数の蓄熱体を連結するとき凸部と凹部との係合が一か所の場合、一の蓄熱体が当該係合箇所を中心として他の蓄熱体に対して回転するおそれがある。しかしながら、この構成によれば、蓄熱体の回転を防止することができる。

（４）上記形態の蓄熱体において、前記凸部は、前記蓄熱材拘束カバーの周方向に沿って並ぶように複数配置されていてもよい。この構成によれば、複数の蓄熱体について、それぞれの軸線が略平行となるように一の蓄熱体の周囲に複数の他の蓄熱体が位置するとき、複数の他の蓄熱体が一の蓄熱体に対して移動することを規制することができる。また、複数の蓄熱体を連結するとき凸部と凹部との係合が一か所の場合、当該係合箇所を中心として蓄熱体が回転するおそれがある。しかしながら、この構成によれば、蓄熱体の回転を防止することができる。

（５）上記形態の蓄熱体において、複数の前記凸部のうちの一つは、複数の前記凸部のうちの他の一つに対して前記蓄熱材拘束カバーの周方向に９０°移動した位置に配置されてもよい。この構成によれば、複数の蓄熱体について、一の蓄熱体の軸線から見て自身の軸線に垂直な２つの方向に他の蓄熱体が２個配置されるとき、他の蓄熱体が一の蓄熱体の軸線方向に移動することを、当該一の蓄熱体だけで防止できる。

（６）上記形態の蓄熱体において、前記凸部と前記凹部とは、前記蓄熱材拘束カバーの軸線を介して対向していてもよい。この構成によれば、複数の蓄熱体について、それぞれの軸線が略平行となるように一の蓄熱体の両隣に２個の他の蓄熱体が位置するとき、他の蓄熱体が一の蓄熱体に対して移動することを、当該一の蓄熱体だけで防止できる。

（７）上記形態の蓄熱体において、前記蓄熱材拘束カバーは、前記凹部が設けられた位置の内周面側が、内側に突出してもよい。この構成によれば、凹部によって、蓄熱材拘束カバー内の蓄熱材の外周面と蓄熱材拘束カバーの内周面との間に隙間が形成されるため、蓄熱材拘束カバー内に反応媒体の流路を確保することができる。したがって、蓄熱材と反応媒体との初期段階での水和反応を安定して行うことができる。

第１実施形態の蓄熱体が用いられる化学蓄熱装置の模式図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 第１実施形態の蓄熱体の模式図である。 図２のＢ－Ｂ線断面図である。 第２実施形態の蓄熱体の模式図である。 第２実施形態の蓄熱体が用いられる化学蓄熱反応器の断面図である。 第３実施形態の蓄熱体の模式図である。 第３実施形態での複数の蓄熱体の組み合わせ方を説明する模式図である。 第３実施形態の蓄熱体が用いられる化学蓄熱反応器の断面図である。 第３実施形態の蓄熱体が用いられる化学蓄熱反応器の断面図である。 第４実施形態の蓄熱体の模式図である。 第４実施形態の蓄熱体が用いられる化学蓄熱反応器の断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の蓄熱体１が用いられる化学蓄熱装置８の模式図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、蓄熱体１の模式図である。図４は、図２のＢ－Ｂ線断面図である。なお、図中に示す矢印Ｈは、化学蓄熱反応器５の鉛直方向を示し、矢印Ｄは、化学蓄熱反応器５の奥行方向を示し、矢印Ｗは、化学蓄熱反応器５の幅方向を示す。

第１実施形態の化学蓄熱装置８は、化学蓄熱反応器５と、蒸発凝縮器３０と、を備える。化学蓄熱装置８は、化学蓄熱反応器５と蒸発凝縮器３０との間での「反応媒体」としての水蒸気のやり取りによって、発熱と蓄熱とを繰り返すことが可能である。

化学蓄熱反応器５は、反応容器１０と、複数の蓄熱体１と、を備えている。
反応容器１０は、直方体状に形成され、内部に蒸気流路１１と、蓄熱体収容室１２と、を有している。蒸気流路１１は、水蒸気が流通可能な流路であり、蓄熱体収容室１２を囲むように形成されている。具体的には、図２に示すように、蒸気流路１１は、蓄熱体収容室１２の幅方向の両側と、蓄熱体収容室１２の奥行方向における蒸気配管１３側とに形成されている。蒸気流路１１は、蒸気配管１３に接続している。図２に示すように、蓄熱体収容室１２は、蓄熱体１を収容する空間であり、反応容器１０において、蒸気配管１３が接続されている側とは反対側に形成されている。蓄熱体収容室１２は、複数の蓄熱体１を収容可能な大きさを有する。

蓄熱体収容室１２と蒸気流路１１とは、隔壁１４によって区画されている。蓄熱体収容室１２の幅方向において蒸気流路１１と蓄熱体収容室１２とを区画する隔壁１４には、水蒸気が通過可能な複数の孔１５が形成されている。これにより、蒸気流路１１と蓄熱体収容室１２との間での水蒸気の行き来は、孔１５を介して行われる。

蒸気配管１３は、蒸発凝縮器３０に接続する接続配管２０に接続している。接続配管２０には、接続配管２０における水蒸気の流通を制御する開閉弁２１が設けられている。
蒸発凝縮器３０は、貯留する水を蒸発させて化学蓄熱反応器５に供給する水蒸気を生成する機能と、化学蓄熱反応器５から受け取った水蒸気を凝縮する機能と、水を貯留する機能と、を有する。蒸発凝縮器３０は、容器３１と、熱媒流路３２と、蒸気配管３３と、開閉弁３４と、を備える。容器３１は、水を貯留する。容器３１では、容器３１内に設けられる熱媒流路３２を流れる熱媒体の熱を利用して、水から水蒸気を生成、または、水蒸気から水を生成する。蒸気配管３３は、容器３１と接続配管２０とに接続する。蒸気配管３３には、蒸気配管３３における水蒸気の流通を制御する開閉弁３４が設けられている。

蓄熱体１は、蓄熱材４１と、蓄熱材拘束カバー４６と、を有する。
蓄熱材４１は、例えば、アルカリ土類金属の酸化物の一つである酸化カルシウムの成形体である。蓄熱材４１は、酸化カルシウムの粒状物を、例えば、粘土鉱物などのバインダと混練し焼成することで所定の形状となるように成形されている。本実施形態では、蓄熱材４１は、円柱状に形成されている。蓄熱材４１は、式（１）に示す水和反応によって発熱し、式（２）に示す脱水反応によって蓄熱するものであり、発熱と蓄熱とを可逆的に繰り返すことが可能である。
ＣａＯ ＋ Ｈ₂Ｏ →Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋Ｑ₁ ・・・（１）
Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋Ｑ₂ →ＣａＯ ＋ Ｈ₂Ｏ ・・・（２）
なお、式（１）のＱ₁は、水和反応における発熱量を示し、式（２）のＱ₂は、脱水反応における蓄熱量を示す。

蓄熱材拘束カバー４６は、略円筒状に形成された部材であって、蓄熱材４１の外面を覆っている。蓄熱材拘束カバー４６は、図３に示すように、カバー本体部４７と、凸部４８と、凹部４９と、を備える。本実施形態では、カバー本体部４７と凸部４８と凹部４９とは、一体に成形されている。

カバー本体部４７は、メッシュ状のシート部材を円筒状に加工した部材であって、蓄熱材４１を構成する粒状物の平均粒径より小さい微小貫通孔が、全面に多数形成されており、蓄熱材４１を構成する粒状物の通過を制限する一方、水蒸気の通過を許容する。カバー本体部４７は、例えば、微小貫通孔が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であってもよい。本実施形態では、カバー本体部４７は、図３（ａ）に示すように、円柱状に形成されているが、四角柱状や他の形状であってもよい。

凸部４８は、図３（ｂ）に示すように、カバー本体部４７の外周面からカバー本体部４７の径方向に沿って突出するように形成されている。凸部４８は、カバー本体部４７の外周面から突出する長さがカバー本体部４７の厚みより長い。本実施形態では、凸部４８は、図３（ａ）に示すように、カバー本体部４７の軸線方向に沿って並ぶように、略等間隔に３個配置されている。

凹部４９は、図３（ｂ）に示すように、カバー本体部４７に形成されている貫通孔であって、カバー本体部４７の外側と内側とを連通する。本実施形態では、凹部４９は３個形成されており、３個の凸部４８のそれぞれに対してカバー本体部４７の軸線を介して対向する位置に配置されている。３個の凹部４９のそれぞれは、隣接する別の蓄熱材拘束カバー４６が有する３個の凸部４８のそれぞれと係合可能である。

本実施形態では、化学蓄熱反応器５は、４本の蓄熱体１を収容している。４本の蓄熱体１は、図２および図４に示すように、それぞれの軸線が略平行となるように、かつ、幅方向に並ぶように、蓄熱体収容室１２に収容されている。ここで、説明の便宜上、４本の蓄熱体１を、蓄熱体収容室１２に並ぶ順番にしたがって、蓄熱材４１ａを備える蓄熱体１ａ、蓄熱材４１ｂを備える蓄熱体１ｂ、蓄熱材４１ｃを備える蓄熱体１ｃ、蓄熱材４１ｄを備える蓄熱体１ｄとする。なお、本実施形態では、蓄熱体１ａは、図３に示す凸部４８に相当する部位を有していない。

蓄熱体１ｂの凸部４８ｂは、蓄熱体１ｂに隣接する蓄熱体１ａの凹部４９ａに挿通される。これにより、凸部４８ｂと凹部４９ａとが係合するため、蓄熱体１ｂと蓄熱体１ａとは連結され固定される。この凸部４８ｂと凹部４９ａとが係合する２つの蓄熱体１ａ、１ｂの関係は、蓄熱体１ｃの凸部４８ｃと蓄熱体１ｂの凹部４９ｂとが係合する２つの蓄熱体１ｂ、１ｃの関係、および、蓄熱体１ｄの凸部４８ｄと蓄熱体１ｃの凹部４９ｃとが係合する２つの蓄熱体１ｃ、１ｄの関係においても同様である。

また、蓄熱体１ｂの凸部４８ｂが蓄熱体１ａの凹部４９ａに挿通されると、凸部４８ｂは、蓄熱体１ａが有するカバー本体部４７ａの内側に突出するため、蓄熱材４１ａに当接可能となる。これにより、蓄熱材４１ａは、凸部４８ｂによって蓄熱体１ｂ側へ移動することが規制されるため、カバー本体部４７ａの内周面と蓄熱材４１ａの外周面との間に水蒸気が流通可能な隙間４０ａが形成される。したがって、蓄熱体１ａでは、水蒸気がカバー本体部４７ａ内にスムーズに拡散し水蒸気と蓄熱材４１ａとの接触が蓄熱体１ａの各所において行われるとともに、水蒸気と蓄熱材４１ａとの水和反応による蓄熱材４１ａの膨潤が隙間４０ａの大きさに相当する分だけ許容される。この凸部４８ｂによってカバー本体部４７ａの内周面と蓄熱材４１ａの外周面との間に隙間４０ａが形成される関係は、蓄熱体１ｃの凸部４８ｃによって蓄熱体１ｂが有するカバー本体部４７ｂの内周面と蓄熱材４１ｂの外周面との間に隙間４０ｂが形成される２つの蓄熱体１ｂ、１ｃの関係、および、蓄熱体１ｄの凸部４８ｄによって蓄熱体１ｃが有するカバー本体部４７ｃの内周面と蓄熱材４１ｃの外周面との間に隙間４０ｃが形成される２つの蓄熱体１ｃ、１ｄの関係においても同様である。

次に、化学蓄熱装置８の作用について説明する。
化学蓄熱反応器５を発熱させるとき、開閉弁２１、３４を開放し、蒸発凝縮器３０の熱媒流路３２に中温媒体を流すことによって容器３１内の水を蒸発させる。生成された水蒸気は、接続配管２０を通って反応容器１０内に供給され、蒸気流路１１と隔壁１４の孔１５とを通過して蓄熱体収容室１２に流入する。蓄熱体収容室１２に流入した水蒸気は、カバー本体部４７の微小貫通孔を通ってカバー本体部４７内に流入し、カバー本体部４７内に拡散する。カバー本体部４７内の水蒸気が蓄熱材４１と接触すると、蓄熱材４１は、式（１）に示す水和反応によって発熱する。

化学蓄熱反応器５に蓄熱するとき、開閉弁２１、３４を開放し、反応容器１０を、例えば、排ガスなどの高温熱源を用いて加熱する。これにより、蓄熱材４１は、式(２)に示す脱水反応によって蓄熱する。蓄熱材４１の脱水反応によって蓄熱材４１から脱離した水蒸気は、蒸気流路１１と蒸気配管１３とを通って反応容器１０の外部に排出され、接続配管２０を通って蒸発凝縮器３０に流入する。蒸発凝縮器３０では、水蒸気は、熱媒流路３２を流れる冷温媒体によって液化され、容器３１内に水として貯留される。

以上説明した、本実施形態の蓄熱体１によれば、複数の蓄熱体１を連結するとき、複数の蓄熱体１のうちの一の蓄熱体１の凸部４８と当該一の蓄熱体１に隣接する他の蓄熱体１の凹部４９とを係合させることによって一の蓄熱体１と隣接する他の蓄熱体１とを連結する。これにより、ボルトなどの拘束部材を用いたりろう付などの加工を別途施したりすることなく、簡易な構成で複数の蓄熱体１を簡便に連結し固定することができる。したがって、化学蓄熱反応器５を容易に製造することができる。また、複数の蓄熱体１を連結するためのボルトなどの拘束部材やろう付が不要となるため、化学蓄熱反応器５の軽量化が図れるとともに製造コストを低減することができる。

また、本実施形態の蓄熱体１によれば、凸部４８は、貫通孔である凹部４９に挿通されると当該凹部４９を有する蓄熱材拘束カバー４６の内側に突出するように形成されている。これにより、凹部４９を有する蓄熱材拘束カバー４６内の蓄熱材４１は、凸部４８によって移動が規制されるため、蓄熱材拘束カバー４６内において当該蓄熱材拘束カバー４６の内周面と蓄熱材４１の外周面との間に、水蒸気が流通可能な隙間４０が形成される。したがって、蓄熱材４１が発熱するとき蓄熱材４１と反応する水蒸気は、隙間４０を通ってカバー本体部４７内にスムーズに拡散するため、水蒸気と蓄熱材４１との接触が蓄熱体１内の各所において行われ、水蒸気と蓄熱材４１との初期段階での水和反応を安定して行うことができる。また、蓄熱体１では、隙間４０によって水蒸気と蓄熱材４１との水和反応による蓄熱材４１の膨潤が許容されるため、膨潤する蓄熱材４１と蓄熱材拘束カバー４６との接触による蓄熱材４１や蓄熱材拘束カバー４６の破損を防止することができる。

また、本実施形態の蓄熱体１によれば、３個の凸部４８は、筒状に形成されている蓄熱材拘束カバー４６の軸線方向に沿って並ぶように配置されている。この構成によれば、他の蓄熱体１が一の蓄熱体１に対して軸線方向に移動することを確実に規制することができる。

また、複数の蓄熱体を連結するとき凸部と凹部との係合が一か所の場合、一の蓄熱体が当該係合箇所を中心として他の蓄熱体に対して回転するおそれがある。しかしながら、本実施形態の蓄熱体１の構成によれば、凸部４８と凹部４９との係合が３か所設けられることとなるため、凸部４８と凹部４９との係合箇所を回転中心とした蓄熱体１の回転を防止することができる。

また、本実施形態の蓄熱体１によれば、凸部４８と凹部４９とは、蓄熱材拘束カバー４６の軸線を介して対向する位置に配置されている。この構成によれば、一の蓄熱体１の両隣に位置する２個の他の蓄熱体１が一の蓄熱体１に対して移動することを、一の蓄熱体１だけで防止できる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態における蓄熱体２の模式図である。第２実施形態の蓄熱体２は、第１実施形態の蓄熱体１（図３）と比較すると、２つの凸部が蓄熱材拘束カバーの周方向に沿って並ぶように配置されている点が異なる。

蓄熱体２は、蓄熱材４１と、蓄熱材拘束カバー５６と、を備える。蓄熱材拘束カバー５６は、略円筒状の部材であって、蓄熱材４１を収容可能に形成されている。蓄熱材拘束カバー５６は、カバー本体部４７と、凸部４８、５８と、凹部４９、５９と、を有する。

凸部５８は、図５（ｂ）に示すように、カバー本体部４７の外周面からカバー本体部４７の径方向に沿って突出するように形成されている。凸部５８は、カバー本体部４７の外周面から突出する長さがカバー本体部４７の厚みより長い。本実施形態では、凸部５８は、図５（ｂ）に示す蓄熱体２の軸線に垂直な断面図において、凸部４８に対して蓄熱材拘束カバー５６の周方向に、時計回りに９０°移動した位置に配置されている。本実施形態では、凸部５８は、カバー本体部４７の軸線方向に沿って並ぶように、略等間隔に、３個配置されている。なお、ここで言う９０°は、目視レベルでの９０°であって、厳密に９０°でなくてもよく、例えば、９０°±１０°を意味する。

凹部５９は、図５（ｂ）に示すように、カバー本体部４７に形成されている貫通孔であって、カバー本体部４７の外側と内側とを連通する。本実施形態では、凹部５９は、図５（ｂ）に示す断面図において、凹部４９に対して蓄熱材拘束カバー５６の周方向に、時計回りに９０°移動した位置に配置されている。これにより、凹部５９は、凸部５８に対して蓄熱材拘束カバー４６の軸線を介して対向する位置に配置されることとなる。凹部５９は、図５（ａ）に示すように、３個形成されている。３個の凹部５９のそれぞれは、別の蓄熱材拘束カバー４６が有する３個の凸部５８のそれぞれと係合可能である。なお、ここで言う９０°は、目視レベルでの９０°であって、厳密に９０°でなくてもよく、例えば、９０°±１０°を意味する。

図６は、第２実施形態の蓄熱体２が用いられる化学蓄熱反応器５の断面図である。本実施形態では、化学蓄熱反応器５は、８本の蓄熱体２を収容している。８本の蓄熱体２は、図６に示すように、それぞれの軸線が略平行となるように、かつ、幅方向に４本並べられた蓄熱体２が高さ方向に２列に並ぶように、蓄熱体収容室１２に収容されている。

ここで、説明の便宜上、蓄熱体収容室１２に並ぶ順番にしたがって、８本の蓄熱体２を、蓄熱材４１ａを備える蓄熱体２ａ、蓄熱材４１ｂを備える蓄熱体２ｂ、蓄熱材４１ｃを備える蓄熱体２ｃ、蓄熱材４１ｄを備える蓄熱体２ｄ、蓄熱材４１ｅを備える蓄熱体２ｅ、蓄熱材４１ｆを備える蓄熱体２ｆ、蓄熱材４１ｇを備える蓄熱体２ｇ、蓄熱材４１ｈを備える蓄熱体２ｈとする。なお、本実施形態では、蓄熱体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、図５に示す凸部５８に相当する部位を有していない。また、蓄熱体２ａ、２ｅは、図５に示す凸部４８に相当する部位を有していない。

蓄熱体２ｆの凸部５８ｆは、高さ方向において蓄熱体２ｆに隣接する蓄熱体２ｂの凹部５９ｂに挿通される。これにより、凸部５８ｆと凹部５９ｂとが係合するため、蓄熱体２ｆと蓄熱体２ｂとは高さ方向において連結され固定される。この凸部５８ｆと凹部５９ｂとが係合する２つの蓄熱体２ｂ、２ｆの関係は、蓄熱体２ｅの凸部５８ｅと蓄熱体２ａの凹部５９ａとが係合する２つの蓄熱体２ａ、２ｅの関係、蓄熱体２ｇの凸部５８ｇと蓄熱体２ｃの凹部５９ｃとが係合する２つの蓄熱体２ｃ、２ｇの関係、および、蓄熱体２ｈの凸部５８ｈと蓄熱体２ｄの凹部５９ｄとが係合する２つの蓄熱体２ｄ、２ｈの関係においても同様である。

また、蓄熱体２ｆの凸部４８ｆは、幅方向において蓄熱体２ｆに隣接する蓄熱体２ｅの凹部４９ｅに挿通される。これにより、凸部４８ｆと凹部４９ｅとが係合するため、蓄熱体２ｆと蓄熱体２ｅとは幅方向において連結され固定される。この凸部４８ｆと凹部４９ｅとが係合する２つの蓄熱体２ｅ、２ｆの関係は、蓄熱体２ｂの凸部４８ｂと蓄熱体２ａの凹部４９ａとが係合する２つの蓄熱体２ａ、２ｂの関係、蓄熱体２ｃの凸部４８ｃと蓄熱体２ｂの凹部４９ｂとが係合する２つの蓄熱体２ｂ、２ｃの関係、蓄熱体２ｄの凸部４８ｄと蓄熱体２ｃの凹部４９ｃとが係合する２つの蓄熱体２ｃ、２ｄの関係、蓄熱体２ｇの凸部４８ｇと蓄熱体２ｆの凹部４９ｆとが係合する２つの蓄熱体２ｆ、２ｇの関係、および、蓄熱体２ｈの凸部４８ｈと蓄熱体２ｇの凹部４９ｇとが係合する２つの蓄熱体２ｈ、２ｇの関係においても同様である。

また、蓄熱体２ａの凹部４９ａ、５９ａのそれぞれに、蓄熱体２ｂの凸部４８ｂと蓄熱体２ｅの凸部５８ｅとが挿通されると、凸部４８ｂ、５８ｅは、蓄熱体２ａ内においてカバー本体部４７ａの内周面から飛び出し、蓄熱体２ａ内での蓄熱材４１ａの蓄熱体２ｂ、２ｅ側への移動を規制する。これにより、蓄熱材４１ａの外周面とカバー本体部４７ａの内周面との間には、水蒸気が流通可能な隙間４０ａが形成される。この凸部４８ｂ、５８ｅによってカバー本体部４７ａ内に水蒸気が流通可能な隙間４０ａが形成される３つの蓄熱体２ａ、２ｂ、２ｅの関係は、蓄熱体２ｃの凸部４８ｃと蓄熱体２ｆの凸部５８ｆとによってカバー本体部４７ｂ内に隙間４０ｂが形成される３つの蓄熱体２ｂ、２ｃ、２ｆの関係、蓄熱体２ｄの凸部４８ｄと蓄熱体２ｇの凸部５８ｇとによってカバー本体部４７ｃ内に隙間４０ｃが形成される３つの蓄熱体２ｃ、２ｄ、２ｇの関係、蓄熱体２ｈの凸部５８ｈによってカバー本体部４７ｄ内に隙間４０ｄが形成される２つの蓄熱体２ｄ、２ｈの関係、蓄熱体２ｆの凸部４８ｆによってカバー本体部４７ｅ内に隙間４０ｅが形成される２つの蓄熱体２ｅ、２ｆの関係、蓄熱体２ｇの凸部４８ｇによってカバー本体部４７ｆ内に隙間４０ｆが形成される２つの蓄熱体２ｆ、２ｇの関係、および、蓄熱体２ｈの凸部４８ｈによってカバー本体部４７ｇ内に隙間４０ｇが形成される２つの蓄熱体２ｇ、２ｈの関係においても同様である。

以上説明した、本実施形態の蓄熱体２によれば、凸部４８と凸部５８とは、筒状に形成されている蓄熱材拘束カバー５６の周方向に沿って並ぶように配置されている。これにより、一の蓄熱体２の周囲に位置する複数の他の蓄熱体２が一の蓄熱体２に対して移動することを規制することができる。

また、本実施形態の蓄熱体２によれば、凸部５８は、図５（ｂ）に示すように、蓄熱体２の軸線に垂直な断面図において、凸部４８に対して蓄熱材拘束カバー５６の周方向に、時計回りに９０°移動した位置に配置されている。これにより、本実施形態のように、一の蓄熱体２の軸線から見て自身の軸線に垂直な２つの方向のそれぞれに他の蓄熱体２が２個配置されるとき、他の蓄熱体２が一の蓄熱体２の軸線方向に移動することを、当該一の蓄熱体２だけで防止できる。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態における蓄熱体３の模式図である。第３実施形態の蓄熱体３は、第１実施形態の蓄熱体１（図３）と比較すると、一つの蓄熱材拘束カバーに収容される蓄熱材の数が異なる。

蓄熱体３は、３個の蓄熱材６１、６２、６３と、蓄熱材拘束カバー４６と、を備える。
蓄熱材６１、６２、６３のそれぞれは、円柱状に形成されている。蓄熱材６１、６２、６３は、例えば、酸化カルシウムの成形体である。蓄熱材６１、６２、６３は、水和反応によって発熱し、脱水反応によって蓄熱するものであり、発熱と蓄熱とを可逆的に繰り返すことが可能である。
蓄熱材拘束カバー４６に挿入されるときの蓄熱材６１、６２、６３は、焼成によって成形された状態のものである。このため、蓄熱材拘束カバー４６内の蓄熱材６１、６２、６３は、水和反応によって膨張する。そこで、本実施形態では、蓄熱材６１、６２、６３は、水和反応による膨張を考慮して、水和反応後の蓄熱材６１、６２、６３のそれぞれの軸線方向の長さの合計が蓄熱材拘束カバー４６の軸線方向の長さと同じ程度となるような大きさで、蓄熱材拘束カバー４６内に配置される。このため、最初に発熱する前の、製造されたばかりの蓄熱体３では、蓄熱材６１、６２、６３の軸線方向の長さの合計は、蓄熱材拘束カバー４６の軸線方向の長さより短くなっている。また、蓄熱材６１、６２、６３の外径も、蓄熱材拘束カバー４６の内径より短くなっている。

本実施形態では、蓄熱材６１、６２、６３を収容する蓄熱材拘束カバー４６として、図７に示す４種類の蓄熱材拘束カバー４６が用いられる。
図７（ａ）に示す蓄熱体３ａの蓄熱材拘束カバー４６ａは、カバー本体部４７と、３つの凹部４９と、を備える。３つの凹部４９は、他の蓄熱体３が有する凸部４８が挿通可能に形成されている。図７（ａ）に示す点線矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３のように他の蓄熱体３の３つの凸部４８が３つの凹部４９に挿通されると、蓄熱材６１ａ、６２ａ、６３ａのそれぞれは、挿通された凸部４８と蓄熱材拘束カバー４６ａの内面との間に挟まれ移動が規制される。

図７（ｂ）に示す蓄熱体３ｂの蓄熱材拘束カバー４６ｂは、カバー本体部４７と、３つの凸部４８と、３つの凹部４９と、を備える。３つの凸部４８は、他の蓄熱体３が有する３つの凹部４９に挿通可能に形成されている。３つの凹部４９は、他の蓄熱体３が有する凸部４８が挿通可能に形成されている。図７（ｂ）に示す点線矢印Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のように他の蓄熱体３の３つの凸部４８が３つの凹部４９に挿通されると、蓄熱材６１ｂ、６２ｂ、６３ｂのそれぞれは、挿通された凸部４８と蓄熱材拘束カバー４６ｂの内面との間に挟まれ移動が規制される。

図７（ｃ）に示す蓄熱体３ｃの蓄熱材拘束カバー４６ｃは、カバー本体部４７と、３つの凸部４８と、３つの凸部６８と、３つの凹部４９と、を備える。３つの凸部４８と３つの凸部６８とは、蓄熱材拘束カバー４６ｃの軸線を挟んで配置され、他の蓄熱体３が有する３つの凹部４９に挿通可能に形成されている。３つの凹部４９は、他の蓄熱体３が有する凸部４８が挿通可能に形成されている。図７（ｃ）に示す点線矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のように他の蓄熱体３の３つの凸部４８が３つの凹部４９に挿通されると、蓄熱材６１ｃ、６２ｃ、６３ｃのそれぞれは、挿通された凸部４８と蓄熱材拘束カバー４６ｃの内面との間に挟まれ移動が規制される。

図７（ｄ）に示す蓄熱体３ｄの蓄熱材拘束カバー４６ｄは、カバー本体部４７と、３つの凸部４８と、３つの凹部４９と、を備える。３つの凸部４８は、他の蓄熱体３が有する３つの凹部４９に挿通可能に形成されている。３つの凹部４９は、３つの凸部４８と、と同じ側に形成されており、他の蓄熱体３が有する凸部６８が挿通可能に形成されている。図７（ｄ）に示す点線矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のように他の蓄熱体３の３つの凸部６８が３つの凹部４９に挿通されると、蓄熱材６１ｄ、６２ｄ、６３ｄのそれぞれは、挿通された凸部６８と蓄熱材拘束カバー４６ｄの内面との間に挟まれ移動が規制される。

図８は、本実施形態での複数の蓄熱体３の組み合わせ方を説明する模式図である。本実施形態では、図８（ａ）に示すように、４つの蓄熱体３を、蓄熱体３ａ、蓄熱体３ｂ、蓄熱体３ｃ、蓄熱体３ｄの順に並べて組み合わせる。蓄熱体３ａと蓄熱体３ｂとの組み合わせでは、蓄熱体３ａの凹部４９に蓄熱体３ｂの凸部４８を点線矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３のように挿通する。また、蓄熱体３ｂと蓄熱体３ｃとの組み合わせでは、蓄熱体３ｂの凹部４９に蓄熱体３ｃの凸部４８を点線矢印Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のように挿通する。また、蓄熱体３ｃと蓄熱体３ｄとの組み合わせでは、蓄熱体３ｃの凹部４９に蓄熱体３ｄの凸部４８を点線矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のように挿通するとともに、蓄熱体３ｄの凹部４９に蓄熱体３ｃの凸部６８を点線矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のように挿通する。これにより、蓄熱体３ａと、蓄熱体３ｂと、蓄熱体３ｃと、蓄熱体３ｄとは、図８（ｂ）のように組み合わされ、凸部４８、６８と凹部４９との係合によって連結され固定される。

図９は、第３実施形態の蓄熱体３が用いられる化学蓄熱反応器５の断面図である。図９は、水和反応前の蓄熱材６１、６２、６３が収容されている状態を示している。本実施形態の化学蓄熱反応器５では、４つの蓄熱体３は、自身の軸線方向が化学蓄熱反応器５の高さ方向に沿うように設けられる。このとき、蓄熱体３内の蓄熱材６１、６２、６３には凸部４８または凸部６８が当接し、互いが離間した状態で移動が規制されている。このため、蓄熱体３を自身の軸線方向が化学蓄熱反応器５の高さ方向に沿うように設けられる場合でも、図９に示すように、隣り合う蓄熱材６１、６２、６３の間に、隙間６０が形成される。また、蓄熱材６１、６２、６３のそれぞれと蓄熱材拘束カバー４６の内面との間にも隙間６０が形成される。

図１０は、第３実施形態の蓄熱体３が用いられる化学蓄熱反応器５の断面図である。図１０では、図９の状態から水和反応が行われた後の蓄熱材６１、６２、６３が収容されている状態を示している。図９の状態から水蒸気が化学蓄熱反応器５に供給されると、水和反応によって蓄熱材６１、６２、６３は、膨張する。これにより、図９の状態で見られた隙間６０はなくなるとともに、膨張する蓄熱材６１、６２、６３によって、凸部４８または凸部６８がつぶされる。

以上説明した、本実施形態の蓄熱体３によれば、隣り合う蓄熱体３の蓄熱材拘束カバー４６同士を連結し固定する凸部４８または凸部６８は、蓄熱材拘束カバー４６に収容される蓄熱材６１、６２、６３を互いに離間した状態で移動を規制する。水和反応前の蓄熱体３に収容されている蓄熱材６１、６２、６３は、蓄熱材拘束カバー４６の大きさに比べ小さくなっている。本実施形態では、凸部４８または凸部６８によって蓄熱材６１、６２、６３が互いに離間した状態で移動を規制されることによって、蓄熱材６１、６２、６３を蓄熱材拘束カバー４６内において均一に配置することができる。

また、本実施形態の蓄熱体３によれば、発熱時に蓄熱材拘束カバー４６内に流入する水蒸気は、隙間６０を通って蓄熱材拘束カバー４６内に均一に拡散するため、初期段階での蓄熱材６１、６２、６３の水和反応を安定して行うことができる。また、水蒸気が蓄熱材拘束カバー４６内に均一に拡散するため、水和反応による蓄熱材６１、６２、６３の膨張が均一に行われ、水和反応後においても蓄熱材６１、６２、６３が蓄熱材拘束カバー４６内に均一に配置された状態となる。
このように、本実施形態の蓄熱体３によれば、蓄熱体３の最初の発熱において重要となる蓄熱材６１、６２、６３の蓄熱材拘束カバー４６内での配置を均一にすることができるとともに、水蒸気を蓄熱材拘束カバー４６内に均一に拡散し、蓄熱材６１、６２、６３を均一に膨張させることができる。

また、本実施形態の蓄熱体３によれば、水蒸気と蓄熱材６１、６２、６３との水和反応による蓄熱材６１、６２、６３の膨張が隙間６０によって許容されるため、膨張する蓄熱材６１、６２、６３と蓄熱材拘束カバー４６との接触による蓄熱材６１、６２、６３や蓄熱材拘束カバー４６の破損を防止することができる。

＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態における蓄熱体４の模式図である。第４実施形態の蓄熱体４は、第１実施形態の蓄熱体１（図３）と比較すると、凹部の形状が異なる。

蓄熱体４は、蓄熱材４１と、蓄熱材拘束カバー７６と、を備える。蓄熱材拘束カバー７６は、略円筒状の部材であって、蓄熱材４１を収容可能に形成されている。蓄熱材拘束カバー７６は、カバー本体部４７と、凸部７８と、凹部７９と、を有する。

凸部７８は、図１１（ｂ）に示すように、カバー本体部４７の外周面からカバー本体部４７の径方向に沿って突出するように形成されている。凸部７８は、カバー本体部４７の外周面から突出する長さがカバー本体部４７の厚みより短い。本実施形態では、凸部７８は、図１１（ａ）に示すように、カバー本体部４７の軸線方向に沿って並ぶように、略等間隔に、３個配置されている

凹部７９は、カバー本体部４７に形成されている窪みであって、第１実施形態の凹部４９のようにカバー本体部４７を貫通していない。本実施形態では、凹部７９は、図１１（ｂ）に示すように、凸部７８に対してカバー本体部４７の軸線を介して対向する位置に配置されている。凹部７９は、別の蓄熱材拘束カバー７６が有する凸部７８と係合可能である。凹部７９が設けられた位置の内周面側は、図１１（ｂ）に示すように、カバー本体部４７の内側に突出するように形成されている。

図１２は、第４実施形態の蓄熱体４が用いられる化学蓄熱反応器５の断面図である。本実施形態では、化学蓄熱反応器５は、４本の蓄熱体４を収容している。ここで、説明の便宜上、４本の蓄熱体４を、蓄熱体収容室１２に並ぶ順番にしたがって、蓄熱材４１ａを備える蓄熱体４ａ、蓄熱材４１ｂを備える蓄熱体４ｂ、蓄熱材４１ｃを備える蓄熱体４ｃ、蓄熱材４１ｄを備える蓄熱体４ｄとする。なお、本実施形態では、蓄熱体４ａは、凸部７８に相当する部位は有していない。

蓄熱体４ｂの凸部７８ｂは、蓄熱体４ｂに隣接する蓄熱体４ａの凹部７９ａに挿入される。これにより、凸部７８ｂと凹部７９ａとが係合するため、蓄熱体４ｂと蓄熱体４ａとは連結され固定される。この凸部７８ｂと凹部７９ａとが係合する２つの蓄熱体４ａ、４ｂの関係は、蓄熱体４ｃの凸部７８ｃと蓄熱体４ｂの凹部７９ｂとが係合する２つの蓄熱体４ｂ、４ｃの関係、および、蓄熱体４ｄの凸部７８ｄと蓄熱体４ｃの凹部７９ｃとが係合する２つの蓄熱体４ｃ、４ｄの関係においても同様である。

また、蓄熱体４ａでは、凹部７９ａの内周面側は、蓄熱体４ａのカバー本体部４７の内側に突出しているため、蓄熱材４１ａは、カバー本体部４７ａ内での蓄熱体１ｂ側への移動が規制され、蓄熱材４１ａの外周面とカバー本体部４７ａの内周面との間には、水蒸気が流通可能な隙間７０ａが形成される。この凹部７９ａによって蓄熱材４１ａの外周面とカバー本体部４７ａの内周面との間に隙間７０ａが形成される構成は、蓄熱体４ｂにおいて凹部７９ｂによって蓄熱材４１ｂの外周面とカバー本体部４７ｂの内周面との間に隙間７０ｂが形成される構成、蓄熱体４ｃにおいて凹部７９ｃによって蓄熱材４１ｃの外周面とカバー本体部４７ｃの内周面との間に隙間７０ｃが形成される構成、および、蓄熱体４ｄにおいて凹部７９ｄによって蓄熱材４１ｄの外周面とカバー本体部４７ｄの内周面との間に隙間７０ｄが形成される構成においても同様である。

以上説明した、本実施形態の蓄熱体４によれば、凹部７９の内周面側は、カバー本体部４７の内側に突出している。これにより、凹部７９の内周面側によって蓄熱材４１の外周面とカバー本体部４７の内周面との間に隙間７０が形成されるため、水蒸気と蓄熱材４１との反応初期における水蒸気の流路を確保することができる。したがって、水蒸気と蓄熱材４１との初期段階での水和反応を安定して行うことができる。

また、凸部を挿通可能な凹部として貫通孔を形成する場合、貫通孔から蓄熱材が漏れ出すおそれがあるが、本実施形態の蓄熱体４によれば、凹部は、窪みであって貫通していないため、蓄熱材４１の漏れを防止することができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
第１実施形態では、化学蓄熱反応器５は、４本の蓄熱体１を備えるとした。第２実施形態では、化学蓄熱反応器５は、８本の蓄熱体２を備えるとした。しかしながら、化学蓄熱反応器５が備える蓄熱体の本数はこれに限定されない。

［変形例２］
第１実施形態では、蓄熱材拘束カバー４６は、３個の凸部４８と、３個の凹部４９と、を有するとした。しかしながら、凸部４８の数と、凹部４９の数はこれに限定されない。１つずつであってもよい。

［変形例３］
第２実施形態では、凸部５８は、蓄熱体２の軸線に垂直な断面図において、凸部４８に対して蓄熱材拘束カバー５６の周方向に、時計回りに９０°移動した位置に配置されているとした。しかしながら、蓄熱材拘束カバー５６の周方向に沿って並ぶように設けられている複数の凸部の位置関係はこれに限定されない。

［変形例４］
第１実施形態では、凸部４８と凹部４９とは、蓄熱材拘束カバー４６の軸線を介して対向する位置に配置されているとした。しかしながら、凸部と凹部とは、蓄熱材拘束カバーの軸線を介して対向する位置に配置されていなくてもよい。

［変形例５］
第１実施形態では、カバー本体部４７と凸部４８と凹部４９とは、一体に成形されているとした。しかしながら、蓄熱材カバーと凸部とは、別の部品から形成されていてもよい。この場合、蓄熱材カバーを成形した後でも凸部を追加することができ、蓄熱材拘束カバーの製作時の自由度が向上することができる。

［変形例６］
第１実施形態では、凸部４８は、カバー本体部４７の外周面から突出する長さがカバー本体部４７の厚みより長いとし、蓄熱材４１に当接可能であるとした。しかしながら、凸部４８の長さは、これに限定されない。凸部４８は、蓄熱材４１に刺さる程度の長さであってもよい。これにより、蓄熱材４１が凸部４８に固定されるため、蓄熱材４１の移動が規制され、水蒸気が流通可能な隙間４０を形成することができる。

［変形例７］
第２実施形態では、凸部４８と凸部５８とのそれぞれが蓄熱体２の軸線に沿って並ぶように配置され、かつ、凸部４８と凸部５８とが蓄熱材拘束カバー５６の周方向に沿って並ぶように配置されているとした。しかしながら、２つの凸部が蓄熱材拘束カバーの周方向に沿って並ぶように配置されているだけでもよい。

［変形例８］
第１実施形態では、蓄熱材４１は円柱状であって、蓄熱材拘束カバー４６は略円筒状の部材であるとした。しかしながら、蓄熱材４１の形状と、蓄熱材拘束カバー４６の形状はこれに限定されない。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１、２、３、４…蓄熱体
５…化学蓄熱反応器
８…化学蓄熱装置
１０…反応容器
１１…蒸気流路
１２…蓄熱体収容室
１３…蒸気配管
１４…隔壁
１５…孔
２０…接続配管
２１…開閉弁
３０…蒸発凝縮器
３１…容器
３２…熱媒流路
３３…蒸気配管
３４…開閉弁
４０、６０、７０…隙間
４１、６１、６２、６３…蓄熱材
４６、５６、７６…蓄熱材拘束カバー
４７…カバー本体部
４８、５８、６８、７８…凸部
４９、５９、７９…凹部

Claims (7)

1. 化学蓄熱反応器に用いる蓄熱体であって、
   反応媒体と結合することで発熱し、前記反応媒体が脱離することで蓄熱する蓄熱材と、
   前記蓄熱材の外面を覆い、前記蓄熱材の通過を制限し、前記反応媒体の通過を許容する複数の孔が形成されている蓄熱材拘束カバーと、を備え、
   前記蓄熱材拘束カバーは、前記蓄熱材拘束カバーの外面から突出する凸部と、前記蓄熱材拘束カバーに隣接する他の蓄熱材拘束カバーに設けられた凸部に係合可能な凹部と、を有し、
   前記凹部は、貫通孔であって、
   前記凸部は、前記他の蓄熱材拘束カバーに設けられた貫通孔に挿通されると、前記他の蓄熱材拘束カバーの内側に突出するように形成されている、
   蓄熱体。
2. 請求項１に記載の蓄熱体であって、
   前記凸部は、前記蓄熱材拘束カバーの周方向に沿って並ぶように複数配置されている、
   蓄熱体。
3. 請求項２に記載の蓄熱体であって、
   複数の前記凸部のうちの一つは、複数の前記凸部のうちの他の一つに対して前記蓄熱材拘束カバーの周方向に９０°移動した位置に配置されている、
   蓄熱体。
4. 化学蓄熱反応器に用いる蓄熱体であって、
   反応媒体と結合することで発熱し、前記反応媒体が脱離することで蓄熱する蓄熱材と、
   前記蓄熱材の外面を覆い、前記蓄熱材の通過を制限し、前記反応媒体の通過を許容する複数の孔が形成されている蓄熱材拘束カバーと、を備え、
   前記蓄熱材拘束カバーは、
   前記蓄熱材拘束カバーの外面から突出する凸部と、
   前記蓄熱材拘束カバーに隣接する他の蓄熱材拘束カバーに設けられた凸部に係合可能な凹部であって、前記凹部が設けられた位置の内周面側が内側に突出し、前記蓄熱材拘束カバー内の蓄熱材が前記蓄熱材拘束カバー内で移動することを規制する凹部と、を有する、
   蓄熱体。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄熱体であって、
   前記凸部は、前記蓄熱材拘束カバーの軸線方向に沿って並ぶように複数配置されている、
   蓄熱体。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄熱体であって、
   前記凸部と前記凹部とは、前記蓄熱材拘束カバーの軸線を介して対向している、
   蓄熱体。
7. 化学蓄熱反応器であって、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄熱体と、
   前記蓄熱体を収容する反応容器と、を備える、
   化学蓄熱反応器。

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