JP7205312B2 - 化学蓄熱反応器、および、化学蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学蓄熱反応器、および、化学蓄熱装置に関する。

従来、反応媒体との化学反応によって放熱と蓄熱とを繰り返すことが可能な蓄熱体を備える化学蓄熱反応器が知られている。例えば、特許文献１には、化学蓄熱材を充填されている反応部と、蓄熱時には凝縮熱による高温流体を発生し、放熱時には蒸発潜熱による低温流体を発生する蒸発凝縮部との間の流体のやり取りによって、蓄熱と放熱とを繰り返す技術が開示されている。

特開２００８－２５８５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の化学蓄熱装置では、反応部と蒸発凝縮部とが別々に設けられている。このため、反応部と蒸発凝縮器とを接続し、流体が流れるパイプが設けられているため、化学蓄熱装置の体格が大きくなるおそれがある。

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、化学蓄熱反応器において、体格を小さくするとともに重量を軽くす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、化学蓄熱反応器が提供される。この化学蓄熱反応器は、水を加熱して蒸気を生成する筒状の第１の蓄熱材と、前記第１の蓄熱材の内側に配置される筒状の内側拘束部材であって、前記内側拘束部材の内側を流れる水が前記第１の蓄熱材に移動可能な孔が形成されている前記内側拘束部材と、前記第１の蓄熱材の外側に配置される筒状の外側拘束部材であって、前記第１の蓄熱材で生成される蒸気が通過可能な孔が形成されている前記外側拘束部材と、前記外側拘束部材の外側に配置され、前記第１の蓄熱材から供給される蒸気によって熱を生成する筒状の第２の蓄熱材とを備える。

この構成によれば、内側拘束部材の内側を流れる水によって発熱する第１の蓄熱材で生成される蒸気は、外側拘束部材の孔を通って、第１の蓄熱材の外側に配置されている第２の蓄熱材に供給される。蒸気が供給された第２の蓄熱材で生成される熱は、化学蓄熱反応器の外部に放出される。このように、第１の蓄熱材の内側を流れる水から生成される蒸気は、外側拘束部材の孔を通ることによって第１の蓄熱材の外側に配置されている第２の蓄熱材に供給されるため、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する部品が不要となる。したがって、化学蓄熱反応器を構成する部品数が少なくなるため、体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。
また、水は、第１の蓄熱材から見て第２の蓄熱材の反対側にしか流れないため、第２の蓄熱材に水がかかることを抑制することができる。これにより、水がかかることによって第２の蓄熱材の温度が低下することを抑制し、比較的高温を出力することができる。

（２）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記第１の蓄熱材の体積は、前記第２の蓄熱材の体積より小さくてもよい。
この構成によれば、第１の蓄熱材を、蒸気を生成するために必要十分な量の蓄熱材とすることができる。これにより、化学蓄熱反応器で熱を生成するために不要な蓄熱材を用いてなくてもよいため、化学蓄熱反応器の体格を小さくしかつ重量を軽くすることができる。
また、同じ体格の化学蓄熱反応器と比較した場合、外部に放熱するための第２の蓄熱材の量を増やすことができるため、発熱量を増加させることができる。これにより、さらに高温を出力することができる。

（３）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記第１の蓄熱材と前記第２の蓄熱材とは、同じ材料から形成されており、前記第１の蓄熱材の密度は、前記第２の蓄熱材の密度より小さくてもよい。
この構成によれば、第１の蓄熱材が水を加熱して蒸気を生成するときの膨張を抑制することができる。これにより、第１の蓄熱材の変形を小さくすることができるとともに、蒸気拡散が速くなり、第２の蓄熱材に蒸気を迅速に供給することができる。

（４）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記第１の蓄熱材と前記第２の蓄熱材とは、異なる材料から形成されており、前記第１の蓄熱材は、熱の発生を開始する温度が、前記第２の蓄熱材が熱の発生を開始する温度より低くてもよい。
この構成によれば、化学蓄熱反応器において第２の蓄熱材より内側に配置されている第１の蓄熱材に伝わる温度が低くても、第１の蓄熱材は蒸気を放出し蓄熱することができる。これにより、蓄熱に必要な時間を短くすることができる。

（５）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記外側拘束部材は、筒状の第１の拘束部材と、前記第１の拘束部材の外側に配置される筒状の第２の拘束部材とを有し、前記第１の拘束部材と前記第２の拘束部材との間には、前記第１の蓄熱材が生成した蒸気が流通可能な隙間が形成されてもよい。
この構成によれば、第１の蓄熱材によって生成された蒸気は、第１の拘束部材と第２の拘束部材との間に形成される隙間を通って、第２の蓄熱材の内側全面に拡散することができる。これにより、第２の蓄熱材では、全域において蒸気によって熱を生成することができるため、化学蓄熱反応器の全体から均一に放熱することができる。

（６）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記外側拘束部材は、前記第１の拘束部材と前記第２の拘束部材を連結する連結部材を有してもよい。
この構成によれば、第１の拘束部材と第２の拘束部材との間の熱のやり取りを連結部材によって行うことができる。これにより、化学蓄熱反応器内部の熱抵抗を小さくすることができるため、応答性に優れた化学蓄熱反応器とすることができる。

（７）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記第２の蓄熱材は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されていてもよい。
この構成によれば、第２の蓄熱材の放熱面を比較的大きくすることができるため、放熱量が比較的大きい化学蓄熱反応器とすることができる。

（８）本発明の別の形態によれば、化学蓄熱装置が提供される。この化学蓄熱装置は、上記形態の化学蓄熱反応器と、前記第１の内側拘束部材の内側に水を供給する水タンクと、を備える。この構成によれば、内側拘束部材の内側に供給される水は、内側拘束部材の孔を通って、第１の蓄熱材に供給される。水が供給された第１蓄熱材で生成された蒸気は、外側拘束部材の孔を通って、第２の蓄熱材に供給される。第２の蓄熱材では、供給された蒸気によって化学蓄熱反応器の外部に放出する熱を生成する。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱装置が体格を小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

第１実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第１実施形態の化学蓄熱反応器を構成する部品の模式図である。 第１実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。 第１実施形態の化学蓄熱反応器を備える化学蓄熱装置の模式図である。 第２実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。 第３実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。 第４実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第５実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第６実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第７実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第８実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第９実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第１０実施形態の化学蓄熱反応器の模式図である。 第１実施形態の変形例の化学蓄熱反応器の蓄熱材の模式図である。 第１実施形態の変形例の化学蓄熱装置の模式図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の化学蓄熱反応器１Ａの模式図である。図２は、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａを構成する部品の模式図である。図３は、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａの断面図である。図４は、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａを備える化学蓄熱装置５の模式図である。
化学蓄熱装置５は、図４に示すように、化学蓄熱反応器１Ａと、水タンク７を備える。化学蓄熱装置５は、水との反応によって、外部に高温を放熱したり外部の高温熱源の熱を蓄熱したりすることが可能である。

化学蓄熱反応器１Ａは、図１に示すように、第１の蓄熱材１１と、第２の蓄熱材１２と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２と、反応容器３１とを備える。

第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２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。第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２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。第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２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。

第１の蓄熱材１１は、円筒状に形成されており、軸心方向に沿って空間１１ａが形成されている（図２（ｂ）参照）。空間１１ａには、後述する内側拘束部材２１が挿入されている。第１の蓄熱材１１では、内側拘束部材２１の内側を流れる水によって式（１）の水和反応が行われ、熱を生成する。第１の蓄熱材１１は、生成される熱によって蒸気を生成する。

第２の蓄熱材１２は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されている円筒状部材である。第２の蓄熱材１２は、内径が、第１の蓄熱材１１の外径より大きくなるように形成されており、軸心方向に沿って空間１２ａが形成されている（図２（ｃ）参照）。空間１２ａには、内側拘束部材２１が挿入されている第１の蓄熱材１１とともに、後述する第１の外側拘束部材２２が挿入されている。第２の蓄熱材１２は、体積が、第１の蓄熱材１１の体積より大きく、また、密度が、第１の蓄熱材１１の密度より大きい。第２の蓄熱材１２では、第１の蓄熱材１１が生成する蒸気によって式（１）の水和反応が行われ、熱を生成する。

内側拘束部材２１は、図１に示すように、第１の蓄熱材１１の内側に配置されている円筒状の部材であって、第１の蓄熱材１１の内側への膨張を規制する部材である。内側拘束部材２１は、軸心方向に沿って流路２１ａが形成されている（図２（ａ）参照）。流路２１ａは、液体状の水が流通可能に形成されている。流路２１ａを形成する内側拘束部材２１の外壁には、液体状の水が通過可能な孔２１ｂが複数形成されている。本実施形態では、孔２１ｂは、図２（ａ）に示すように、内側拘束部材２１の外壁に均等に形成されている。

第１の外側拘束部材２２は、図１および図２（ｂ）に示すように、第１の蓄熱材１１の外側に配置されている円筒状の部材であって、第１の蓄熱材１１の外側への膨張を規制する部材である。第１の外側拘束部材２２の外壁には、蒸気が通過可能な孔２２ｂが複数形成されている（図２（ｂ）参照）。本実施形態では、孔２２ｂは、第１の外側拘束部材２２の外壁に均等に形成されている。

反応容器３１は、図１に示すように、第２の蓄熱材１２の外側に配置されている略筒状の部材である。反応容器３１は、第２の蓄熱材１２の外側を覆うように形成されており、第２の蓄熱材１２の径方向外側を覆う円筒部３１ａと、円筒部３１ａの両端の開口部分を閉塞する２つの閉塞部３１ｂを有する。２つの閉塞部３１ｂのうち１つの閉塞部３１ｂには、略中央に孔３１ｃが形成されている。孔３１ｃは、後述する水タンク７と、内側拘束部材２１の流路２１ａとを連通する。反応容器３１は、第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２を密閉することによって大気との接触を防止するとともに、蒸気との反応による第２の蓄熱材１２の外側への膨張を規制する。

水タンク７は、図４に示すように、水を流通可能な接続管８を介して化学蓄熱反応器１Ａに接続している。水タンク７は、化学蓄熱反応器１Ａに供給される水を貯留する。
接続管８は、閉塞部３１ｂの孔３１ｃに接続している。接続管８には、水タンク７からの水の供給量を制御可能なバルブ９が設けられている。

次に、本実施形態の化学蓄熱装置５の作用について説明する。
本実施形態の化学蓄熱装置５が放熱するとき、バルブ９を開くと、水タンク７内の液体状の水が、接続管８と孔３１ｃを通って、内側拘束部材２１の流路２１ａに供給される。流路２１ａに供給された液体状の水は、内側拘束部材２１の孔２１ｂを通って（図３の直線ハッチの矢印Ｆ１１）、第１の蓄熱材１１に供給される。液体状の水が供給された第１の蓄熱材１１は熱を生成するため、第１の蓄熱材１１に供給された液体状の水の一部は、蒸気となる。蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通って（図３のドットハッチの矢印Ｆ１２）、第２の蓄熱材１２に供給される。蒸気が供給された第２の蓄熱材１２では、熱が発生する。第２の蓄熱材１２で発生する熱は、反応容器３１を介して、化学蓄熱反応器１Ａの外部に放出される（図３の点線矢印Ｆ１３）。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａによれば、内側拘束部材２１の流路２１ａを流れる水によって発熱する第１の蓄熱材１１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通って、第１の蓄熱材１１の外側に配置されている第２の蓄熱材１２に供給される。蒸気が供給された第２の蓄熱材１２で生成される熱は、化学蓄熱反応器１Ａの外部に放出される。このように、第１の蓄熱材１１の内側を流れる水から生成される蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通ることによって第１の蓄熱材１１の外側に配置されている第２の蓄熱材１２に供給されるため、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する部品が不要となる。したがって、化学蓄熱反応器１Ａを構成する部品数が少なくなるため、体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａによれば、水は、第１の蓄熱材１１から見て第２の蓄熱材１２の反対側にしか流れないため、第２の蓄熱材１２に水がかかることを抑制することができる。これにより、水がかかることによって第２の蓄熱材１２の温度が低下することを抑制し、比較的高温を出力することができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａによれば、第１の蓄熱材１１の体積は、第２の蓄熱材１２の体積より小さい。これにより、第１の蓄熱材１１を、蒸気を生成するために必要十分な量の蓄熱材とすることができる。したがって、化学蓄熱反応器１Ａで熱を生成するために不要な蓄熱材を用いてなくてもよいため、化学蓄熱反応器１Ａの体格を小さくしかつ重量を軽くすることができる。
また、同じ体格の化学蓄熱反応器と比較した場合、外部に放熱するための第２の蓄熱材１２の量を増やすことができるため、発熱量を増加させることができる。これにより、さらに高温を出力することができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａによれば、第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２が同じ材料から形成されており、第１の蓄熱材１１の密度は、第２の蓄熱材１２の密度より小さい。これにより、第１の蓄熱材１１が水を加熱して蒸気を生成するときの膨張を抑制することができる。したがって、第１の蓄熱材１１の変形を小さくすることができるとともに、蒸気拡散が速くなり、第２の蓄熱材１２に蒸気を迅速に供給することができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ａによれば、第２の蓄熱材１２は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されている。これにより、第２の蓄熱材１２の放熱面を比較的大きくすることができるため、放熱量が比較的大きい化学蓄熱反応器１Ａとすることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第２実施形態の化学蓄熱反応器は、第１実施形態の化学蓄熱反応器（図３）と比較すると、第２の蓄熱材の内側に配置される第２の外側拘束部材が配置されている点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｂは、図５に示すように、第１の蓄熱材１１と、第２の蓄熱材１２と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２と、反応容器３１と、第２の外側拘束部材３２と、を備える。

第２の外側拘束部材３２は、第１の外側拘束部材２２の外側に配置されている円筒状の部材であって、第２の蓄熱材１２の内側への膨張を規制する部材である。第２の外側拘束部材３２は、内径が、第１の外側拘束部材２２の外径より大きくなるように形成されている。これにより、図５に示すように、第１の外側拘束部材２２と、第２の外側拘束部材３２との間には、隙間３０が形成される。隙間３０を形成する第２の外側拘束部材３２の外壁には、蒸気が通過可能な孔が複数形成されている。本実施形態では、第２の外側拘束部材３２の孔は、第２の外側拘束部材３２の外壁に均等に形成されている。

本実施形態の化学蓄熱装置５が放熱するとき、第１の蓄熱材１１と液体状の水との反応によって生成される蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通って（図５のドットハッチの矢印Ｆ２１）、隙間３０に流入する。隙間３０に流入した蒸気は、隙間３０を利用して第２の外側拘束部材３２の内側で拡散したのち、第２の外側拘束部材３２の孔を通って（図５のドットハッチの矢印Ｆ２２）、第２の蓄熱材１２に供給される。蒸気が供給された第２の蓄熱材１２で発生する熱は、反応容器３１を介して、化学蓄熱反応器１Ｂの外部に放出される（図５の点線矢印Ｆ２３）。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｂによれば、第１の蓄熱材１１によって生成された蒸気は、第１の外側拘束部材２２と第２の外側拘束部材３２との間の隙間３０を通ることによって、第２の蓄熱材１２に対して拡散させることができる。よって、第２の蓄熱材１２の全域に蒸気が供給されやすくなるため、化学蓄熱反応器１Ｂの全体から放熱することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第３実施形態の化学蓄熱反応器は、第２実施形態の化学蓄熱反応器（図５）と比較すると、第１の外側拘束部材と第２の外側拘束部材との間に連結部材が配置されている点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｃは、図６に示すように、第１の蓄熱材１１と、第２の蓄熱材１２と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２と、反応容器３１と、第２の外側拘束部材３２と、連結部材３３を備える。

連結部材３３は、第１の外側拘束部材２２と第２の外側拘束部材３２との間に配置され、第１の外側拘束部材２２と第２の外側拘束部材３２とに連結している。本実施形態では、１２個の連結部材３３が配置されている。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｃによれば、連結部材３３によって第１の外側拘束部材２２と第２の外側拘束部材３２との熱伝導を確保することができる。これにより、化学蓄熱反応器１Ｃ内部の熱抵抗を小さくすることができるため、応答性に優れた化学蓄熱反応器１Ｃとすることができる。

＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第４実施形態の化学蓄熱反応器は、第１実施形態の化学蓄熱反応器（図３）と比較すると、横断面が矩形状に形成されている点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｄは、図７に示すように、第１の蓄熱材４１と、第２の蓄熱材４２と、内側拘束部材５１と、第１の外側拘束部材５２と、反応容器６１とを備える。

第１の蓄熱材４１と第２の蓄熱材４２は、第１実施形態と同様に、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。
第１の蓄熱材４１は、横断面が矩形の筒状に形成されており、軸心方向に沿って形成されている空間には、後述する内側拘束部材５１が挿入されている。第１の蓄熱材４１は、内側拘束部材５１の内側を流れる水によって水和反応が行われ、熱を生成する。第１の蓄熱材４１は、生成される熱によって蒸気を生成する。なお、ここで、「軸心」とは、部材が有する面のうち長さが最も長い面に沿う方向に仮定される仮想線を指す。

第２の蓄熱材４２は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されている横断面が矩形状の筒状部材である。第２の蓄熱材４２は、内径が、第１の蓄熱材４１の外径より大きくなるように形成されており、内側拘束部材５１が挿入されている第１の蓄熱材４１とともに、後述する第１の外側拘束部材５２が挿入されている。第２の蓄熱材４２では、第１の蓄熱材４１が生成する蒸気によって水和反応が行われ、熱を生成する。

内側拘束部材５１は、図７に示すように、第１の蓄熱材４１の内側に配置されている横断面が矩形状の筒状部材あって、第１の蓄熱材４１の内側への膨張を規制する部材である。内側拘束部材５１は、軸心方向に沿って形成されている流路５１ａが、液体状の水が流通可能に形成されている。流路５１ａを形成する内側拘束部材５１の外壁には、液体状の水が通過可能な孔が複数形成されている。
第１の外側拘束部材５２は、図７に示すように、第１の蓄熱材４１の外側に配置されている横断面が矩形状の筒状部材であって、第１の蓄熱材４１の外側への膨張を規制する部材である。第１の外側拘束部材５２の外壁には、蒸気が通過可能な孔が複数形成されている。

反応容器６１は、第２の蓄熱材４２の外側に配置されている横断面が矩形状の略筒状の部材である。反応容器６１は、第１の蓄熱材４１と第２の蓄熱材４２を密閉することによって大気との接触を防止するとともに、蒸気との反応による第２の蓄熱材４２の外側への膨張を規制する。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｄによれば、第１の蓄熱材４１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材５２の孔を通って、第１の蓄熱材４１の外側に配置されている第２の蓄熱材４２に供給される。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｄの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第５実施形態の化学蓄熱反応器は、第１実施形態の化学蓄熱反応器（図３）と比較すると、第２の蓄熱材と、反応容器の横断面が矩形状である点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｅは、第１の蓄熱材１１と、第２の蓄熱材４２と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２と、反応容器６１とを備える。

化学蓄熱反応器１Ｅでは、図８に示すように、第１の蓄熱材１１と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２は、横断面が円形状となるように、形成されている。
一方、第２の蓄熱材４２と、反応容器６１は、横断面が矩形状となるように、形成されている。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｅによれば、第１の蓄熱材１１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通って、第１の蓄熱材１１の外側に配置されている第２の蓄熱材４２に供給される。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｅの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｅによれば、放熱条件にあわせて、蓄熱材や反応容器の形状を変更することができる。これにより、効率よく放熱を行うことが可能な化学蓄熱反応器１Ｅとすることができる。

＜第６実施形態＞
図９は、第６実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第６実施形態の化学蓄熱反応器は、第４実施形態の化学蓄熱反応器（図７）と比較すると、１つの第２の蓄熱材内に、２つの第１の蓄熱材が配置されている点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｆは、２つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、２つの内側拘束部材５１と、２つの第１の外側拘束部材５２と、反応容器６１とを備える。

化学蓄熱反応器１Ｆでは、図９に示すように、１つの第２の蓄熱材４２の内部に、２つの第１の蓄熱材４１と、２つの内側拘束部材５１と、２つの第１の外側拘束部材５２とが配置されている。
２つの第１の蓄熱材４１のそれぞれには、内側に１つの内側拘束部材５１が配置され、外側に１つの第１の外側拘束部材５２が配置されている。

化学蓄熱反応器１Ｆでは、２つの内側拘束部材５１のそれぞれの流路５１ａに、水が供給されると、２つの第１の蓄熱材４１のそれぞれにおいて、水との反応によって蒸気が生成される。２つの第１の蓄熱材４１のそれぞれで生成された蒸気は、それぞれの第１の外側拘束部材５２の孔を通って、１つの第２の蓄熱材４２に供給される。蒸気が供給された第２の蓄熱材４２で生成される熱は、化学蓄熱反応器１Ｆの外部に放出される。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｆによれば、２つの第１の蓄熱材４１のそれぞれで生成される蒸気は、２つの第１の蓄熱材４１のそれぞれの外側に配置されている第１の外側拘束部材５２の孔を通って、１つの第２の蓄熱材４２に供給される。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｆの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｆによれば、放熱条件にあわせて、蓄熱材や拘束部材の数を変更することができる。これにより、効率よく放熱を行うことが可能な化学蓄熱反応器１Ｆとすることができる。

＜第７実施形態＞
図１０は、第７実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第７実施形態の化学蓄熱反応器は、第６実施形態の化学蓄熱反応器（図９）と比較すると、第１の内側拘束部材の横断面が円形状である点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｇは、２つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、２つの内側拘束部材２１と、２つの第１の外側拘束部材５２と、反応容器６１とを備える。

化学蓄熱反応器１Ｇでは、内側拘束部材２１は、図１０に示すように、横断面が円形状となるように、形成されている。
一方、２つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、２つの第１の外側拘束部材５２は、横断面が矩形状となるように、形成されている。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｇによれば、第６実施形態と同様に、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｇの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｇによれば、放熱条件にあわせて、拘束部材の形状を変更することができる。これにより、効率よく放熱を行うことが可能な化学蓄熱反応器１Ｇとすることができる。

＜第８実施形態＞
図１１は、第８実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第８実施形態の化学蓄熱反応器は、第４実施形態の化学蓄熱反応器（図７）と比較すると、１つの第１の蓄熱材内に、２つの内側拘束部材が配置されている点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｈは、１つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、２つの内側拘束部材５１と、１つの第１の外側拘束部材５２と、反応容器６１とを備える。

化学蓄熱反応器１Ｈでは、図１０に示すように、１つの第１の蓄熱材４１の内部に、２つの内側拘束部材５１が配置されている。すなわち、化学蓄熱反応器１Ｈでは、１つの第１の蓄熱材４１に対して水を流すことが可能な流路５１ａが、２か所設けられている。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｈによれば、２つの流路５１ａを流れる水によって１つの第１の蓄熱材４１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材５２の孔を通って、１つの第２の蓄熱材４２に供給される。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｆの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｈによれば、放熱条件にあわせて、第１の蓄熱材４１に対して水を供給可能な流路５１ａの数を変更することができる。これにより、効率よく放熱を行うことが可能な化学蓄熱反応器１Ｈとすることができる。

＜第９実施形態＞
図１２は、第９実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第９実施形態の化学蓄熱反応器は、第８実施形態の化学蓄熱反応器（図１１）と比較すると、第１の内側拘束部材の横断面が円形状である点が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｉは、１つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、２つの内側拘束部材２１と、１つの第１の外側拘束部材５２と、反応容器６１とを備える。

化学蓄熱反応器１Ｉでは、２つの内側拘束部材２１は、図１２に示すように、横断面が円形状となるように、形成されている。
一方、１つの第１の蓄熱材４１と、１つの第２の蓄熱材４２と、１つの第１の外側拘束部材５２は、横断面が矩形状となるように、形成されている。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｉによれば、２つの流路２１ａを流れる水によって１つの第１の蓄熱材４１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材５２の孔を通って、１つの第２の蓄熱材４２に供給される。これにより、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となるため、化学蓄熱反応器１Ｉの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｉによれば、放熱条件にあわせて、第１の蓄熱材４１に対して水を供給可能な流路２１ａの形状を変更することができる。これにより、効率よく放熱を行うことが可能な化学蓄熱反応器１Ｉとすることができる。

＜第１０実施形態＞
図１３は、第１０実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。第１０実施形態の化学蓄熱反応器は、第１実施形態の化学蓄熱反応器（図３）と比較すると、第２の蓄熱材の形状および反応容器の形状が異なる。

本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｊは、図１３に示すように、第１の蓄熱材１１と、第２の蓄熱材７２と、内側拘束部材２１と、第１の外側拘束部材２２と、反応容器８１を備える。

第２の蓄熱材７２は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されている横断面が星型多角形状の筒状部材である。第２の蓄熱材７２は、最も内径が小さい部分の内径が、第１の外側拘束部材２２の外径より大きくなるように形成されており、内側には、内側拘束部材２１が挿入されている第１の蓄熱材１１と第１の外側拘束部材２２が挿入されている。第２の蓄熱材７２では、第１の蓄熱材１１が生成する蒸気によって水和反応が行われ、熱を生成する。

反応容器８１は、第２の蓄熱材７２の外側に配置されている横断面が星型多角形状の略筒状の部材である。反応容器８１は、第２の蓄熱材７２の外側を覆うように形成されており、第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材７２を密閉することによって大気との接触を防止するとともに、蒸気との反応による第２の蓄熱材７２の外側への膨張を規制する。

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｊによれば、第１の蓄熱材１１で生成される蒸気は、第１の外側拘束部材２２の孔２２ｂを通って、第１の蓄熱材１１の外側に配置されている第２の蓄熱材７２に供給されるため、蒸気を流通させるための蒸気流路を別に形成する構成が不要となる。したがって、化学蓄熱反応器１Ｊの体格が小さくなるとともに、重量を軽くすることができる。

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１Ｊによれば、反応容器８１は、横断面が星型多角形状の略筒状の部材であるため、外壁の面積が、横断面が円形状の場合より広くなる。これにより、第２の蓄熱材７２が生成する熱を効率的に放熱することができる。

＜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］
上述の実施形態では、第２の蓄熱材１２は、体積が、第１の蓄熱材１１の体積より大きく、密度が、第１の蓄熱材１１の密度より大きいとした。また、第２の蓄熱材１２の熱を生成するときの温度は、第１の蓄熱材１１の熱を生成するときの温度より高いとした。しかしながら、第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２との関係は、これに限定されない。第１の蓄熱材と第２の蓄熱材とは、同じ体積であってもよいし、同じ密度であってもよい。

［変形例２］
第３実施形態の、第１の外側拘束部材２２と第２の外側拘束部材３２との間に隙間３０を形成する構成は、第５～１０実施形態に適用されてもよい。これにより、第１の蓄熱材によって生成された蒸気が第２の蓄熱材に対して拡散しやすくなるため、化学蓄熱反応器の全体から放熱することができる。

［変形例３］
また、第３実施形態の隙間３０を形成する構成を第５～１０実施形態に適用する場合、第４実施形態の連結部材３３を適用してもよい。これにより、化学蓄熱反応器内部の熱抵抗を小さくすることができるため、応答性に優れた化学蓄熱反応器とすることができる。

［変形例４］
上述の実施形態では、第１の蓄熱材と第２の蓄熱材とは、同じ材料から形成されているとした。しかしながら、第１の蓄熱材と第２の蓄熱材とは、異なる材料から形成されてもよい。このとき、第１の蓄熱材において水によって熱の生成を開始するときの第１蓄熱材の温度を、第２の蓄熱材において蒸気によって熱の生成を開始するときの第２蓄熱材の温度より低くすると、化学蓄熱反応器において第２の蓄熱材より内側に配置されている第１の蓄熱材に伝わる温度が低くても、第１の蓄熱材は蒸気を放出し蓄熱することができる。これにより、蓄熱に必要な時間を短くすることができる。

［変形例５］
上述の実施形態では、第２の蓄熱材は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されているとした。しかしながら、軸心方向の長さと、軸心に対して垂直な方向の長さとの関係はこれに限定されない。

［変形例６］
上述の実施形態では、第１の蓄熱材１１と第２の蓄熱材１２は、円筒状部材であるとした。しかしながら、第１の蓄熱材１１および第２の蓄熱材１２の形状は、これに限定されない。

図１４は、第１実施形態の変形例の化学蓄熱反応器１Ａが備える第２の蓄熱材１２の模式図である。図１４に示すように、第２の蓄熱材１２は、半円筒状の部材１２ｂと半円筒状の部材１２ｃとから構成され、２つに分割可能な形状であってもよい。これにより、内側に第１の蓄熱材１１などを挿入しやすくなるだけでなく、蒸気との反応によって膨張しても破損しにくくすることができる。

［変形例７］
第１実施形態では、水タンク７に、１つの化学蓄熱反応器１Ａが接続するとした。しっかしながら、水タンク７に接続する化学蓄熱反応器１Ａの数はこれに限定されない。

図１５は、第１実施形態の変形例の化学蓄熱装置の模式図である。図１５（ａ）に示すように、２つの化学蓄熱反応器１Ａをそれぞれの軸心方向が略平行となるように並べたものを水タンク７に接続してもよい。この場合、接続管８は、２つの化学蓄熱反応器１Ａのそれぞれの孔３１ｃに接続し、水タンク７の水を同時に２つの化学蓄熱反応器１Ａに供給可能なマニホールド１０を備えることが望ましい。
また、水タンク７に接続する化学蓄熱反応器の数は３本以上であってもよい。

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。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ…化学蓄熱反応器
５…化学蓄熱装置
７…水タンク
８…接続管
９…バルブ
１０…マニホールド
１１、４１…第１の蓄熱材
１１ａ、１２ａ…空間
１２、４２、７２…第２の蓄熱材
１２ｂ、１２ｃ…部材
２１、５１…内側拘束部材
２１ａ、５１ａ…流路
２１ｂ、２２ｂ、３１ｃ…孔
２２、５２…第１の外側拘束部材
３０…隙間
３１、６１、８１…反応容器
３１ａ…円筒部
３１ｂ…閉塞部
３２…第２の外側拘束部材
３３…連結部材

Claims (8)

1. 化学蓄熱反応器であって、
   水を加熱して蒸気を生成する筒状の第１の蓄熱材と、
   前記第１の蓄熱材の内側に配置される筒状の内側拘束部材であって、前記内側拘束部材の内側を流れる水が前記第１の蓄熱材に移動可能な孔が形成されている前記内側拘束部材と、
   前記第１の蓄熱材の外側に配置される筒状の外側拘束部材であって、前記第１の蓄熱材で生成される蒸気が通過可能な孔が形成されている前記外側拘束部材と、
   前記外側拘束部材の外側に配置され、前記第１の蓄熱材から供給される蒸気によって熱を生成する筒状の第２の蓄熱材と、を備える、
   化学蓄熱反応器。
2. 請求項１に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記第１の蓄熱材の体積は、前記第２の蓄熱材の体積より小さい、
   化学蓄熱反応器。
3. 請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記第１の蓄熱材と前記第２の蓄熱材とは、同じ材料から形成されており、
   前記第１の蓄熱材の密度は、前記第２の蓄熱材の密度より小さい、
   化学蓄熱反応器。
4. 請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記第１の蓄熱材と前記第２の蓄熱材とは、異なる材料から形成されており、
   前記第１の蓄熱材は、熱の発生を開始する温度が、前記第２の蓄熱材が熱の発生を開始する温度より低い、
   化学蓄熱反応器。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記外側拘束部材は、筒状の第１の拘束部材と、前記第１の拘束部材の外側に配置される筒状の第２の拘束部材とを有し、
   前記第１の拘束部材と前記第２の拘束部材との間には、前記第１の蓄熱材が生成した蒸気が流通可能な隙間が形成される、
   化学蓄熱反応器。
6. 請求項５に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記外側拘束部材は、前記第１の拘束部材と前記第２の拘束部材を連結する連結部材を有する、
   化学蓄熱反応器。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の化学蓄熱反応器であって、
   前記第２の蓄熱材は、軸心方向の長さが、軸心に対して垂直な方向の長さより長くなるように形成されている、
   化学蓄熱反応器。
8. 化学蓄熱装置であって、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の化学蓄熱反応器と、
   水を前記内側拘束部材の内側に供給する水タンクと、を備える、
   化学蓄熱装置。

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