JP7494776B2 - 熱交換型反応器、および、蓄熱器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換型反応器、および、蓄熱器に関する。

従来、熱媒体の熱を蓄熱する熱交換型反応器が知られている。例えば、特許文献１には、吸着材を収容する収容室と、熱交換流体が流れる流体流路とが交互に形成されている筐体を備える熱交換型反応器が開示されている。特許文献２には、２枚の吸着材成形体に挟まれた多孔質部材を有する積層体を有する熱交換型反応器が開示されている。これらの熱交換型反応器では、吸着材における吸着質の吸脱着を均一に行わせることで、蓄熱能力を向上させている。

特開２０２０－１４８３６３号公報 特開２０１４－４４０００号公報

しかしながら、上記先行技術によっても、熱交換型反応器において、蓄熱能力を向上する技術については、なお改善の余地があった。

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、熱交換型反応器において、蓄熱能力を向上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、熱交換型反応器が提供される。この熱交換型反応器では、一対の主面を備えた熱交換器と、前記一対の主面の少なくとも一方に接着された吸着材と、を有する複数の蓄熱ユニットが積層された積層体であって、互いに隣接する一方の蓄熱ユニットの吸着材と、他方の蓄熱ユニットの吸着材とが対向する積層体と、前記一方の蓄熱ユニットの吸着材と、前記他方の蓄熱ユニットの吸着材との間に空間が形成されるように前記複数の蓄熱ユニットを支持する支持部と、を備える。

この構成によれば、吸着材と熱交換器とを有する蓄熱ユニットでは、複数の蓄熱ユニットを支持する支持部は、一方の蓄熱ユニットの吸着材と他方の蓄熱ユニットの吸着材との間に空間を形成する。これにより、吸着質が積層体全体に拡散しやすくなるため、吸着材における吸着質の吸脱着を均一に行わせることができる。したがって、熱交換型反応器の蓄熱能力を向上することができる。

（２）上記形態の熱交換型反応器において、前記支持部は、前記一方の蓄熱ユニットの外周に配置され、前記一方の蓄熱ユニットの熱交換器の外周端部が挿入された第１の支持ユニットと、前記他方の蓄熱ユニットの外周に配置され、前記他方の蓄熱ユニットの熱交換器の外周端部が挿入された第２の支持ユニットと、を含んでおり、前記第１の支持ユニットと、前記第２の支持ユニットとは、前記蓄熱ユニットの積層方向において連結されていてもよい。この構成によれば、支持部は、蓄熱ユニットの外周に配置されている複数の支持ユニットを含んでいる。連結される複数の支持ユニットのそれぞれには、蓄熱ユニットの熱交換器の外周端部が挿入されている。これにより、部材の組合せによって蓄熱ユニットの積層体を形成することができるため、例えば、高温による接合などによって吸着材が劣化することを抑制できる。また、支持部は、複数の支持ユニットの連結によって形成されるため、例えば、１つの蓄熱ユニットにおいて熱交換器から熱媒体が漏れるなどの不具合が生じた場合、その不具合が生した蓄熱ユニットのみを交換することが可能となる。これにより、不具合による修理が簡便になるため、蓄熱能力が低下することを抑制することができる。さらに、支持部は、複数の支持ユニットの連結によって形成されているため、積層体における支持ユニットの位置がずれにくくなる。これにより、外部からの衝撃などによって積層体が崩れることを抑制するとともに、熱交換型反応器を製造するとき、蓄熱ユニットおよび支持部の取り付けを精度よく行うことができる。

（３）上記形態の熱交換型反応器において、前記一方の蓄熱ユニットと前記他方の蓄熱ユニットは、前記一方の蓄熱ユニットが相対的に上方側に配置され、前記他方の蓄熱ユニットが相対的に下方側に配置されており、前記第２の支持ユニットは、前記一方の蓄熱ユニットの熱交換器と、前記他方の蓄熱ユニットの熱交換器との間に配置される衝立部を含んでいてもよい。この構成によれば、第２の支持ユニットは、第１の蓄熱ユニットの熱交換器と、第２の蓄熱ユニットの熱交換器との間に配置される衝立部を含んでいる。これにより、第１の蓄熱ユニットの熱交換器や第２の蓄熱ユニットの熱交換器が変形しても、衝立部によって、第１の蓄熱ユニットの熱交換器と第２の蓄熱ユニットの熱交換器との間の距離を維持することができる。したがって、対向する吸着材の間の空間を確保することができるため、吸着質を拡散させることができ、熱交換型反応器の蓄熱能力の低下を抑制することができる。

（４）上記形態の熱交換型反応器において、前記蓄熱ユニットの外側に配置されており、前記第１の支持ユニットと前記第２の支持ユニットが前記蓄熱ユニットから離間する方向に移動することを規制するガイドカバーを備えてもよい。この構成によれば、熱交換型反応器は、蓄熱ユニットの外側に配置されており、支持ユニットが蓄熱ユニットから離間する方向に移動することを規制するガイドカバーを備える。これにより、連結されている複数の支持ユニットが、積層体の外側に向かって移動することを抑制できるため、外力に対して熱交換型反応器を保護し、積層体の崩れを抑制することができる。また、熱交換型反応器を製造するとき、蓄熱ユニットと支持ユニットとの組み合わせを、ガイドカバーの内表面に沿って移動させて、支持ユニットを連結させる。これにより、支持ユニットの取り付け位置の精度を向上させることができる。

（５）上記形態の熱交換型反応器において、前記第１の支持ユニットと前記第２の支持ユニットのそれぞれは、前記蓄熱ユニットの積層方向に延伸する柱部を含んでおり、前記柱部は、前記ガイドカバーに固定されていてもよい。この構成によれば、蓄熱ユニットの積層方向に延伸する柱部は、ガイドカバーに固定されている。これにより、外部からの衝撃や回転などによっても積層体の崩れを抑制することができるため、対向する吸着材の間に形成される空間を維持し、向上させた蓄熱能力を維持させることができる。

（６）本発明の別の形態によれば、蓄熱器が提供される。この蓄熱器は、上記の熱交換型反応器と、前記熱交換型反応器を収容する収容容器と、前記収容容器と前記熱交換型反応器との間に配置され、前記収容容器に対して前記熱交換型反応器を固定する固定用治具と、を備える。この構成によれば、熱交換型反応器は、固定用治具によって収容容器に対して固定されている。これにより、積層体が崩れることを抑制することができるため、対向する吸着材の間に形成される空間を維持し、向上させた蓄熱能力を維持させることができる。また、固定用治具によって、収容容器と熱交換型反応器との間には、空間が形成されるため、例えば、収容容器内に流入した吸着質が収容容器の全体に拡散しやすくなる。これにより、吸着材における吸着質の吸脱着を均一に行わせることができる。したがって、蓄熱器における吸着材の蓄熱能力を向上することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、熱交換型反応器のまたは蓄熱器の製造方法、蓄熱器を含むシステム、蓄熱器を含むシステムの制御方法、蓄熱器を含むシステムにおいて蓄熱を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態の蓄熱システムの模式図である。 熱交換型反応器の斜視図である。 蓄熱ユニットの斜視図である。 蓄熱ユニットの上面図である。 蓄熱ユニットの側面図である。 支持ユニットの第１の斜視図である。 支持ユニットの第２の斜視図である。 ガイドカバーの分解斜視図である。 積層用構造体の概略構成を示す図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第１の図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第２の図である。 積層用構造体の積層状態を示す斜視図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第３の図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第４の図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第５の図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第６の図である。 蓄熱器の製造方法を説明する第７の図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の蓄熱システム１の模式図である。本実施形態の蓄熱システム１は、蒸発凝縮器２と、流通配管３と、バルブ４と、蓄熱器５と、を備える。蓄熱システム１は、蓄熱器５が備える吸着材１２における吸着質の吸脱着反応を利用して、外部から供給される熱媒体Ｍ１と熱のやり取りを行う。熱媒体Ｍ１は、例えば、エタノールなどのアルコール、水、油類、これらの混合物などの流体である。熱媒体Ｍ１は、図示しない外部の廃熱発生装置の廃熱を蓄熱器５に供給し、蓄熱器５に蓄えられた熱を図示しない外部の熱利用装置に供給する。

蒸発凝縮器２は、蓄熱器５が有する吸着材１２が吸脱着することで蓄熱システム１を作動させる作動流体（吸着質）Ｗを貯留する。本実施形態では、作動流体として水が用いられる。蒸発凝縮器２は、吸着材１２に吸着される水蒸気を貯留されている水から生成し、吸着材１２が放出する水蒸気を凝縮し貯留する。なお、本実施形態では、水蒸気を吸着質として説明するが、吸着質は、必ずしも水蒸気に限られるものではない。例えば、吸着質は、水蒸気の代わりに、アンモニアや、炭素数１～６のアルコールなどの低級アルコールであってもよい。

流通配管３は、図１に示すように、蒸発凝縮器２と蓄熱器５とを接続する配管である。流通配管３には、蓄熱器５の吸着材１２が吸脱着する水蒸気が流れる（図１の白抜き矢印Ｗ１１、Ｗ１２参照）。バルブ４は、流通配管３に取り付けられており、蒸発凝縮器２と蓄熱器５との間を連通または遮断し、流通配管３における水蒸気Ｗ１１、Ｗ１２の流れを制御する。

蓄熱器５は、熱交換型反応器６と、収容容器４０と、を備える。蓄熱器５は、熱媒供給配管１４を介して供給される熱媒体Ｍ１との熱のやり取りを行う。具体的には、蓄熱器５は、吸着材１２に水蒸気を吸着させることで熱媒体Ｍ１に放熱し、熱媒体Ｍ１の熱によって加熱される吸着材１２が吸着している水分を放出することで、熱媒体Ｍ１の熱を吸熱する。

図２は、第１実施形態の熱交換型反応器６の斜視図である。本実施形態の熱交換型反応器６は、複数の蓄熱ユニット１０と、複数の支持ユニット２０と、ガイドカバー３０と、収容容器４０と、を備える。蓄熱ユニット１０は、熱交換器１１と、複数の吸着材１２と、を備える。本実施形態では、複数の蓄熱ユニット１０と複数の支持ユニット２０とによって、蓄熱ユニット１０が積層された積層体が形成される。本実施形態の熱交換器６では、この蓄熱ユニット１０の積層体において、積層された蓄熱ユニット１０の間に、空間１６が形成されている。なお、図２において、複数の蓄熱ユニット１０の積層方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に垂直な平面に含まれる互いに直交する方向を、ｘ軸方向およびｙ軸方向とする。図２に示すように、２つの熱媒供給配管１４を結ぶ方向をｘ軸方向とし、ｘ軸方向とｚ軸方向とに直交する方向をｙ軸方向とする。

図３は、本実施形態の蓄熱ユニット１０の斜視図である。図４は、蓄熱ユニット１０の上面図である。図５は、蓄熱ユニット１０の側面図である。蓄熱ユニット１０は、熱交換器１１と、複数の吸着材１２と、を備える。なお、図３～図５に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸のそれぞれの方向は、図２に示す熱交換型反応器６で積層されるときの方向を示す。

熱交換器１１は、中空平板状に形成されている部材である。熱交換器１１は、熱伝導性が高い金属、例えば、銅から形成されている。熱交換器１１の内側の中空部分には、吸着材１２と熱交換する熱媒体Ｍ１が流れる。熱交換器１１のｙ軸方向のマイナス側の端部には、熱交換器１１の中空部を流れる熱媒体Ｍ１の熱媒流路１３が形成されている（図４参照）。熱媒流路１３は、熱媒供給配管１４に接続される。熱媒流路１３は、流入流路１３ａと、流出流路１３ｂと、を備える。流入流路１３ａは、熱交換器１１の中空部分に熱媒体Ｍ１を流入させる流路である。流出流路１３ｂは、熱交換器１１の中空部分を流れる熱媒体Ｍ１を熱交換器１１の外部に流出させる流路である。熱媒供給配管１４によって蓄熱器５に供給される熱媒体Ｍ１は、流入流路１３ａを介して熱交換器１１の中空部分に供給されて、吸着材１２と熱交換を行う。吸着材１２と熱交換した熱媒体Ｍ１は、流出流路１３ｂを介して熱媒供給配管１４を通り、蓄熱器５から排出される。

吸着材１２は、水蒸気が吸着すると放熱し、吸熱によって水蒸気が脱離する。本実施形態では、吸着材１２は、シリカゲル粒子と、バインダーと、熱伝導性材料と、から成形されており、直方体形状に成形されている。本実施形態の蓄熱ユニット１０では、吸着材１２は、１枚の熱交換器１１に形成されている一対の主面１１ａ、１１ｂのそれぞれに、３６個ずつ配置されている。具体的には、図４に示すように、一対の主面１１ａ、１１ｂのそれぞれにおいて、吸着材１２は、ｘ軸方向に６個並び、ｙ軸方向に６個並ぶように配置されている。図４に示すように、ｘ軸方向に３個並ぶ吸着材１２を２列配置した６個の吸着材１２のかたまりを吸着体Ｇ１２とすると、本実施形態では、６個の吸着体Ｇ１２が配置されている。隣接する吸着体Ｇ１２の間には、隙間１５が形成されている。

本実施形態では、熱交換型反応器６は、９個の蓄熱ユニット１０を備えている。なお、熱交換型反応器６では、ｚ軸方向のマイナス側の端部に、１枚の熱交換器１１の一方の主面１１ａにのみ３６個の吸着材１２が接着されている蓄熱ユニット１０ａが配置されている。

図６は、本実施形態の支持ユニット２０の第１の斜視図である。図７は、支持ユニット２０の第２の斜視図である。支持ユニット２０は、柱部２１と、衝立部２２と、を備える。複数の支持ユニット２０は、それぞれが蓄熱ユニット１０を支持しつつ、ｚ軸方向に連結されることで、複数の蓄熱ユニット１０を積層することができる。本実施形態では、柱部２１と衝立部２２とは、一体に成形されている。なお、図６および図７に示すｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸のそれぞれの方向は、熱交換型反応器６において、蓄熱ユニット１０のｘ軸方向のプラス側の端部に配置される支持ユニット２０における図２に示す方向を示している。連結された状態の複数の支持ユニット２０は、特許請求の範囲の「支持部」に相当する。

柱部２１は、略直方体形状を有しており、ｚ軸方向に延伸するように形成されている。柱部２１は、蓄熱ユニット１０の熱交換器１１の外周に配置されており、吸着体Ｇ１２の熱交換器１１から外れる方向のずれを抑制する。柱部２１のｚ軸方向のプラス側の端部には、ｘｚ平面に略平行な段差面２１ａが形成されている。段差面２１ａに対してｙ軸方向のマイナス側に位置する端面２１ｂは、段差面２１ａに対してｙ軸方向のプラス側に位置する端面２１ｃよりもｚ軸方向のプラス側に形成されている。柱部２１のｚ軸方向のマイナス側の端部には、ｘｚ平面に略平行な段差面２１ｄが形成されている。段差面２１ｄのｙ軸方向のプラス側に位置する端面２１ｅは、段差面２１ｄのｙ軸方向のマイナス側に位置する端面２１ｆよりもｚ軸方向のマイナス側に形成されている。

柱部２１のｚ軸方向のマイナス側の端部には、切り欠き部２３が形成されている。切り欠き部２３は、ｙ軸方向に沿って形成されており、蓄熱ユニット１０の熱交換器１１の外周端部を挿入可能である。柱部２１には、後述するガイドカバー３０に固定するときにねじが挿入されるねじ穴２１ｇが形成されている。

衝立部２２は、柱部２１の側面２１ｈから、ｘ軸のマイナス方向に延伸する、平板形状を有する部位である。衝立部２２のｚ軸方向の長さは、熱交換型反応器６において積層されている隣接する蓄熱ユニット１０のそれぞれの熱交換器１１の間の距離と同じ程度の長さである。衝立部２２のｚ軸方向のプラス側の端面２２ａと、ｚ軸方向のマイナス側の端面２２ｂとのそれぞれは、隣接する蓄熱ユニット１０のそれぞれの熱交換器１１に当接可能となっている。衝立部２２は、支持ユニット２０が蓄熱ユニット１０に組付けられるとき、隣接する吸着体Ｇ１２の間の隙間１５に挿入される。

図８は、本実施形態のガイドカバー３０の分解斜視図である。ガイドカバー３０は、内部に、複数の支持ユニット２０によって支持されている複数の蓄熱ユニット１０が積層された積層体を収容する。ガイドカバー３０は、収容部材３１と、２つの蓋部材３２、３３と、を備える。収容部材３１は、蓄熱ユニット１０の積層体の４方向（ｚ軸方向のマイナス側、ｘ軸方向のプラス側とマイナス側、および、ｙ軸方向のマイナス側）を囲むように形成されている部材である。収容部材３１は、底部３１ａと、３つの側部３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとを有する。側部３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのそれぞれには、複数の開口３０ａと、複数の穴３０ｂが形成されている。収容部材３１の３つの側部３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、支持ユニット２０に当接可能に配置されており、支持ユニット２０が蓄熱ユニット１０から離間する方向に移動することを規制する。蓋部材３２は、蓄熱ユニット１０の積層体のｙ軸方向のプラス側を覆う略平板形状の部材である。蓋部材３２には、複数の開口３０ａと、複数の穴３０ｂが形成されている。蓋部材３２は、支持ユニット２０に当接可能に配置されており、支持ユニット２０が蓄熱ユニット１０から離間する方向に移動することを規制する。蓋部材３３は、蓄熱ユニット１０の積層体のｚ軸方向のプラス側を覆う略平板形状の部材である。

収容容器４０は、熱交換型反応器６を収容する容器である。収容容器４０は、熱交換型反応器６を収容した状態で内部を密閉することができる。収容容器４０の内部は、流通配管３を介して蒸発凝縮器２に接続されており、蒸発凝縮器２が供給する水蒸気で満たすことができる。

次に、本実施形態の蓄熱器５の製造方法について詳細を説明する。蓄熱器５は、ガイドカバー３０の内部に、複数の支持ユニット２０を用いて複数の蓄熱ユニット１０を積層させた積層体を形成する。その後、蓄熱ユニット１０の積層体が内部に収容するガイドカバー３０を、ガイドカバー３０ごと収容容器４０に収容することで蓄熱器５が製造される。

本実施形態の蓄熱器５の製造方法では、最初に、蓄熱ユニット１０を作製する。蓄熱ユニット１０は、熱交換器１１の一対の主面１１ａ、１１ｂの少なくとも一方に複数の吸着材１２を接着することで作製される。熱交換器１１と吸着材１２との接着は、例えば、吸着材１２を熱交換器１１に押し付けることで接着させる。これにより、蓄熱ユニット１０が作製される。なお、本実施形態では、熱交換器１１の一対の主面１１ａ、１１ｂのそれぞれに複数の吸着材１２を接着した蓄熱ユニット１０を９個作製するとともに、熱交換器１１の一方の主面１１ａに、数の吸着材１２を接着した蓄熱ユニット１０ａを１個作製する。なお、熱交換器１１と吸着材１２との接着の方法は、これに限定されず、熱伝導性が良い接着剤によって接着してもよい。

蓄熱ユニット１０を複数作製したのち、複数の蓄熱ユニット１０のそれぞれに、支持ユニット２０を取り付ける。支持ユニット２０の取り付け工程では、蓄熱ユニット１０の外周端部の複数の個所に支持ユニット２０を取り付け、１つの蓄熱ユニット１０と複数の支持ユニット２０とを組み合わせた積層用構造体７を作製する。

図９は、積層用構造体７の概略構成を示す図である。図９は、積層用構造体７をｚ軸のプラス方向から見た図である。図９に示すように、蓄熱ユニット１０が有する６個の吸着体Ｇ１２のうち、隣接する吸着体Ｇ１２の間の隙間１５に、支持ユニット２０の衝立部２２を挿入しつつ、支持ユニット２０の切り欠き部２３に蓄熱ユニット１０の外周端部を挿入する。本実施形態では、図９に示すように、支持ユニット２０は、ｙ軸方向に沿って両端に２個ずつ取り付けられ、ｘ軸方向に沿って両端に１個取ずつり付けられる。なお、本実施形態では、熱交換器１１の４つの角部１１ｃのそれぞれに、角部１１ｃを支持する支持ユニット２４が取り付けられる、支持ユニット２４には、蓄熱ユニット１０の角部１１ｃを挿入可能な切り欠き部が形成されている。すなわち、本実施形態では、蓄熱ユニット１０と、６個の支持ユニット２０と、４つの支持ユニット２４とが組み合わされたものが、積層用構造体７となる。

次に、作製した複数の積層用構造体７を積層する。積層用構造体７の積層工程では、積層用構造体７をガイドカバー３０の収容部材３１の中に入れて、支持ユニット２０が連結されるように、積層用構造体７を積み上げる。

図１０は、蓄熱器５の製造方法を説明する第１の図である。図１０は、積層用構造体７が積層されていく状態を、ｙ軸のプラス方向から見た図である。積層用構造体７の積層工程では、最初に、蓄熱ユニット１０ａと、６つの支持ユニット２０と、４つの支持ユニット２４とが組み合わされた積層用構造体７ａを収容部材３１の底部３１ａの上に置く。このとき、蓄熱ユニット１０ａの熱交換器１１がｚ軸方向のマイナス側に位置するように、積層用構造体７ａを収容部材３１の中に入れる（図１０参照）。次に、収容部材３１内の積層用構造体７ａの上に、積層用構造体７を置く。このとき、積層用構造体７の支持ユニット２０、２４を、収容部材３１の内表面３１ｅに沿わせながら積層用構造体７を移動させて、積層用構造体７ａの上に、積層用構造体７を置く（図１０の白抜き矢印Ｆ１）。これにより、すでに収容部材３１内に置かれている積層用構造体７ａの上に、積層用構造体７を精度よく置くことができ、支持ユニット２０、２４のそれぞれを連結することができる。このようにして、収容部材３１内に置かれる積層用構造体７の上に、次の積層用構造体７を置くことで、収容部材３１内に、蓄熱ユニット１０の積層体が形成される。収容部材３１内の蓄熱ユニット１０の積層体では、隣接する蓄熱ユニット１０の吸着材１２の間に、空間１６が形成される。なお、図１０以降、図面が煩雑になることを避けるため、熱交換型反応器６で積層される蓄熱ユニット１０の数を６個として示す。

図１１は、蓄熱器５の製造方法を説明する第２の図である。図１１は、積層用構造体７が積層されている状態を、ｘ軸のプラス方向から見た図であって、図１０の状態で積層しようとしていた積層用構造体７が積層された後の状態を示している。図１１に示すように、ｚ軸方向で連結する支持ユニット２０は、ｚ軸方向のマイナス側に位置する支持ユニット２０が有する柱部２１の段差面２１ａと、ｚ軸方向のプラス側に位置する支持ユニット２０が有する柱部２１の段差面２１ｄとが当接している。これにより、図１１に示す支持ユニット２０どうしの係合では、ｙ軸方向へのずれが互いに規制される。

図１２は、積層用構造体７の積層状態を示す斜視図である。図１２には、積層用構造体７の積層状態をわかりやすくするため、ガイドカバー３０を除いた状態を示している。図１２に示すように、本実施形態では、ｙ軸方向の両側の端部に設けられている支持ユニット２０における段差面２１ａ、２１ｄの係合では、積層用構造体７のｘ軸方向へずれが互いに規制される。すなわち、複数の積層用構造体７のそれぞれが有する６個の支持ユニット２０は、蓄熱ユニット１０の積層体における積層用構造体７のｘ軸方向とｙ軸方向との両方向のずれを規制することができる。

ガイドカバー３０の収容部材３１内に、１個の積層用構造体７ａと、９個の積層用構造体７とを積み重ねたのち、収容部材３１のｙ軸方向のプラス側と、ｚ軸方向のプラス側とのそれぞれの開口部分を蓋部材３２、３３で閉じる。収容部材３１の開口部分を蓋部材３２、３３で閉じた後、支持ユニット２０のねじ穴２１ｇと、ガイドカバー３０の穴３０ｂに図示しないボルトを通して、支持ユニット２０とガイドカバー３０とを接続する。

図１３は、蓄熱器５の製造方法を説明する第３の図であって、積層用構造体７を積層し終えた状態の熱交換器６のｚ軸に垂直な断面図である。支持ユニット２０とガイドカバー３０とを接続した後、ガイドカバー３０のｙ軸方向のマイナス側の端部に、２つの熱媒供給配管１４を取り付ける（図１３参照）。２つの熱媒供給配管１４のそれぞれは、１個の積層用構造体７ａと、９個の積層用構造体７とのそれぞれの熱媒流路１３に接続する。これにより、熱交換型反応器６が完成する。

図１４は、蓄熱器５の製造方法を説明する第４の図であって、積層用構造体７を積層し終えた状態の熱交換型反応器６のｙ軸に垂直な断面図である。図１４に示すように、ガイドカバー３０内の蓄熱ユニット１０の積層体において、隣接する蓄熱ユニット１０の吸着材１２の間には、空間１６が形成されている。この空間１６は、水蒸気が通る流路となる。また、積層用構造体７のｘ軸方向の長さが、ガイドカバー３０の内部のｘ軸方向の距離よりわずかに短いか同じであるため、ガイドカバー３０の側部３１ｂ、３１ｃは、積層用構造体７のｘ軸方向の移動を規制する。

ガイドカバー３０内の蓄熱ユニット１０の積層体において、隣接する蓄熱ユニット１０の熱交換器１１の間には、支持ユニット２０の衝立部２２が配置されている。衝立部２２は、ｚ軸方向のプラス側の端面２２ａがｚ軸のプラス方向に位置する熱交換器１１の主面１１ｂに当接可能となっており、ｚ軸方向のマイナス側の端面２２ｂがｚ軸のマイナス方向に位置する熱交換器１１の主面１１ａに当接可能となっている。これにより、万が一、熱交換器１１が変形しても、ｚ軸方向で隣接する熱交換器１１の間隔は衝立部２２によって維持されるため、空間１６がなくなることを抑制することができる。

図１５は、蓄熱器５の製造方法を説明する第５の図である。図１５は、熱交換型反応器６のｘ軸に垂直な断面図であって、ガイドカバー３０の側部３１ｂの内側における断面図である。図１５に示すように、ガイドカバー３０内の蓄熱ユニット１０の積層体において、隣接する蓄熱ユニット１０の吸着材１２の間には、水蒸気が通る流路となる空間１６が形成されている。また、積層用構造体７のｙ軸方向の長さが、ガイドカバー３０の内部のｙ軸方向の距離よりわずかに短いか同じであるため、ガイドカバー３０の側部３１ｄと蓋部材３２は、積層用構造体７のｙ軸方向の移動を規制する。

図１６は、蓄熱器５の製造方法を説明する第６の図である。図１７は、蓄熱器５の製造方法を説明する第７の図である。図１６は、蓄熱器５のｙ軸の垂直な断面図であり、図１７は、蓄熱器５のｚ軸に垂直な断面図である。熱交換型反応器６を収容容器４０内に収容するとき、収容容器４０に対して熱交換型反応器６を固定する固定用治具５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７を用いる。固定用治具５１は、図１６に示すように、熱交換型反応器６のｚ軸方向のプラス側において、ガイドカバー３０の蓋部材３３と収容容器４０とに挟まれることで、収容容器４０に対してガイドカバー３０を保持する。固定用治具５２、５３、５４、５５、５６、５７のそれぞれは、図１７に示すように、熱交換型反応器６の支持ユニット２０と収容容器４０の内表面との間に配置されている。固定用治具５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７を用いて収容容器４０に対して熱交換型反応器６を固定することで、熱交換型反応器６の外表面と収容容器４０の内表面との間には、空間１７が形成される。空間１７は、熱交換型反応器６のｚ軸方向のマイナス側の外表面６ａを除く外表面と収容容器４０の内表面との間に形成される。空間１７は、収容容器４０内で水蒸気が拡散するための流路となる。本実施形態では、このようにして蓄熱器５が製造される。

次に、蓄熱器５の作動内容について説明する。流入流路１３ａを介して比較的高温の熱媒体Ｍ１が蓄熱器５に供給される場合、蓄熱器５では、熱媒体Ｍ１との熱交換によって加熱された吸着材１２は、吸着材１２に吸着されている水を放出する。放出された水（水蒸気）は、隣接する吸着体Ｇ１２の間の隙間１５や、隣接する蓄熱ユニット１０の吸着材１２の間の空間１６と、ガイドカバー３０に形成されている複数の開口３０ａを通って、収容容器４０の中であって熱交換型反応器６の外部に移動する。収容容器４０の中の水蒸気は、流通配管３を介して蒸発凝縮器２に送られる。一方、吸着材１２と熱交換した熱媒体Ｍ１は、流出流路１３ｂと熱媒供給配管１４を通り、蓄熱システム１の外部に排出される。

吸着材１２を放熱させる場合、蒸発凝縮器２で生成された水蒸気を、流通配管３を介して蓄熱器５の収容容器４０内に送る。収容容器４０内に送られた水蒸気は、ガイドカバー３０の複数の開口３０ａを介して、吸着材１２の間の空間１６や、吸着体Ｇ１２の間の隙間１５を通り、熱交換型反応器６の全体に拡散する。熱交換型反応器６で拡散した水蒸気は、吸着材１２が吸着する。これにより、吸着材１２に発生する吸着熱は、流入流路１３ａを介して蓄熱器５に供給される熱媒体Ｍ１を加熱する。加熱された熱媒体Ｍ１は、流出流路１３ｂと熱媒供給配管１４を通り、蓄熱システム１の外部に排出される。蓄熱システム１の外部に排出された熱媒体Ｍ１の熱は、図示しない熱利用部において利用することができる。

本実施形態の熱交換型反応器６は、蓄熱器５の使用中に、１つの蓄熱ユニット１０が備える熱交換器１１から熱媒体Ｍ１が漏れだしたり、吸着材１２が吸脱着の繰り返しなどによって劣化したりした場合、不具合が生じた蓄熱ユニット１０のみを交換することができる。具体的には、ガイドカバー３０の蓋部材３２を開けて、熱交換型反応器６のｙ軸のプラス側に配置されている支持ユニット２０を取り外す。このとき、積層されている蓄熱ユニット１０は、残りの支持ユニット２０によって支持されているため、崩れることはない。支持ユニット２０を取り外すと、不具合が生じた蓄熱ユニット１０をｙ軸のプラス方向に引き抜くことができる。これは、蓄熱ユニット１０が支持ユニット２０の切り欠き部２３に挿入されるだけで支持されているため、一定の方向に力をかけることで抜き差しが行えるためである。その後、新しい蓄熱ユニット１０を不具合が生じた蓄熱ユニット１０を抜き出した部分に挿入することで、不具合が生じた蓄熱ユニット１０を新しい蓄熱ユニット１０に交換することができる。

以上説明した、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、また、複数の蓄熱ユニット１０を支持する複数の支持ユニット２０は、一方の蓄熱ユニット１０の吸着材１２と他方の蓄熱ユニット１０の吸着材１２との間に空間１６を形成する。これにより、蓄熱ユニット１０の積層体全体に水蒸気が拡散しやすくなるため、吸着材１２における水蒸気の吸脱着を均一に行わせることができる。したがって、熱交換型反応器６における吸着材１２の蓄熱能力を向上することができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、熱交換器１１と吸着材１２とを有する蓄熱ユニット１０では、吸着材１２が熱交換器１１の一対の主面１１ａ、１１ｂの少なくとも一方に接着されているため、熱交換器１１と吸着材１２との間の熱抵抗を小さくすることができる。これにより、熱交換器１１と吸着材１２との間で効率的に熱をやり取りすることができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、複数の蓄熱ユニット１０は、蓄熱ユニット１０の外周に配置されている複数の支持ユニット２０によって支持されている。連結される複数の支持ユニット２０のそれぞれには、蓄熱ユニット１０の熱交換器１１の外周端部が挿入されている。これにより、部材の組合せによって蓄熱ユニット１０の積層体を形成することができるため、例えば、高温による接合などによって吸着材１２が劣化することを抑制できる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、複数の支持ユニット２０は連結されているため、例えば、１つの蓄熱ユニット１０において熱交換器１１から熱媒体Ｍ１が漏れるなどの不具合が生じた場合、その不具合が生した蓄熱ユニット１０のみを交換することが可能となる。これにより、不具合による修理が簡便になるため、蓄熱能力が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、ｚ軸方向で連結する支持ユニット２０は、ｚ軸方向のマイナス側に位置する支持ユニット２０が有する柱部２１の段差面２１ａと、ｚ軸方向のプラス側に位置する支持ユニット２０が有する柱部２１の段差面２１ｄとが当接しているため、支持ユニット２０の位置が互いにずれにくくなる。これにより、外部からの衝撃などによって蓄熱ユニット１０の積層体が崩れることを抑制するとともに、熱交換型反応器６を製造するとき、蓄熱ユニット１０および支持ユニット２０の取り付けを精度よく行うことができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、支持ユニット２０は、隣接する蓄熱ユニット１０の熱交換器１１の間に配置される衝立部２２を備えている。これにより、熱交換器１１が変形しても、衝立部２２によって、隣接する熱交換器１１の間の距離を維持することができる。したがって、対向する吸着材１２の間の空間１６を確保することができるため、水蒸気を拡散させることができ、熱交換型反応器６の蓄熱能力の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、熱交換型反応器６は、蓄熱ユニット１０の積層体の外周に配置されており、支持ユニット２０に当接するガイドカバー３０を備える。これにより、連結されている複数の支持ユニット２０が蓄熱ユニット１０から離間する方向に移動することを抑制できるため、外力に対して熱交換型反応器６を保護し、蓄熱ユニット１０の積層体の崩れを抑制することができる。また、熱交換型反応器６を製造するとき、蓄熱ユニット１０と支持ユニット２０との組み合わせを、ガイドカバー３０の内表面３１ｅに沿って移動させて、支持ユニット２０を連結させることができる。これにより、支持ユニット２０の取り付け位置の精度を向上させることができる。

また、本実施形態の熱交換型反応器６によれば、支持ユニット２０は、蓄熱ユニット１０の積層方向に延伸する柱部２１がガイドカバー３０に固定されている。これにより、外部からの衝撃や回転などによっても蓄熱ユニット１０の積層体の崩れを抑制することができるため、対向する吸着材１２の間に形成される空間１６を維持し、向上させた蓄熱能力を維持させることができる。

また、本実施形態の蓄熱器５によれば、熱交換型反応器６は、固定用治具５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７によって収容容器４０内に固定されている。これにより、積層されている蓄熱ユニット１０の積層体が崩れることを抑制することができるため、対向する吸着材１２の間に形成されている空間１６を維持し、向上させた蓄熱能力を維持させることができる。また、固定用治具５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７によって、収容容器４０と熱交換型反応器６との間には、空間１７が形成されるため、水蒸気が収容容器４０の全体に拡散しやすくなる。これにより、吸着材１２における水蒸気の吸脱着を均一に行わせることができる。したがって、蓄熱器５における吸着材１２の蓄熱能力を向上することができる。

＜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、蓄熱システム１は、蒸発凝縮器２と、流通配管３と、バルブ４と、蓄熱器５と、を備えるとした。しかしながら、蓄熱システムの構成はこれに限定されない。蓄熱器を複数備える構成であってもよい。

［変形例２］
上述の実施形態では、複数の蓄熱ユニット１０のそれぞれを支持する「支持部」は、複数の支持ユニット２０が連結されることで形成されるとした。支持部は、複数の蓄熱ユニット１０を支持する１つの部材であってもよい。

［変形例３］
上述の実施形態では、支持ユニット２０は、積層方向で隣接する熱交換器１１の間の距離を維持する衝立部２２を備えるとした。衝立部２２はなくてもよい。

［変形例４］
上述の実施形態では、熱交換型反応器６は、支持ユニット２０を固定するガイドカバー３０を備えるとした。ガイドカバー３０はなくてもよい。ガイドカバー３０を備えることで、連結される複数の支持ユニット２０を外側から支持し、蓄熱ユニット１０の積層体が崩れることを抑制するとともに、熱交換型反応器６の製造時に、積層用構造体７を積層する位置決めを精度よく行うことができる。

［変形例５］
上述の実施形態で説明した蓄熱ユニット１０の構成は、これに限定されない。熱交換器１１は、平板形状を有していなくてもよく、吸着材１２は、一対の主面のいずれかに接着されていてもよい。また、本実施形態では、蓄熱ユニット１０の熱媒流路１３の流入流路１３ａと流出流路１３ｂとは、熱交換器１１のｙ軸方向のマイナス側の端部に設けられるとした。流入流路１３ａと流出流路１３ｂとは異なる端部に設けられていてもよい。不具合が生じた蓄熱ユニット１０のみを交換する場合には、１つの端部に流入流路１３ａと流出流路１３ｂとが設けられていた方が取り出しやすくなる。

［変形例６］
上述の実施形態では、蓄熱器５の製造方法において、蓄熱ユニット１０と支持ユニット２０とを組みわせた積層用構造体７を積み重ねることで、蓄熱ユニット１０を積層するとした。しかしながら、蓄熱ユニット１０を積層する方法は、これに限定されない。収容部材３１内で先に支持ユニット２０を連結しておいてから、蓄熱ユニット１０をｙ軸のプラス方向からマイナス方向に向けてスライドさせることで、蓄熱ユニット１０を積層してもよい。

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。

１…蓄熱システム
５…蓄熱器
６…熱交換型反応器
７，７ａ…積層用構造体
１０，１０ａ…蓄熱ユニット
１１…熱交換器
１１ａ，１１ｂ…主面
１１ｂ…主面
１２…吸着材
１６…空間
１７…空間
２０，２４…支持ユニット
２２…衝立部
３０…ガイドカバー
４０…収容容器
５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７…固定用治具

Claims (6)

1. 熱交換型反応器であって、
   一対の主面を備えた熱交換器と、前記一対の主面の少なくとも一方に接着された吸着材と、を有する複数の蓄熱ユニットが積層された積層体であって、互いに隣接する一方の蓄熱ユニットの吸着材と、他方の蓄熱ユニットの吸着材とが対向する積層体と、
   前記一方の蓄熱ユニットの吸着材と前記他方の蓄熱ユニットの吸着材とが接触しないように互いの間に空間が形成された状態で、前記複数の蓄熱ユニットを支持する支持部と、を備える、
   熱交換型反応器。
2. 請求項１に記載の熱交換型反応器であって、
   前記支持部は、
   前記一方の蓄熱ユニットの外周に配置され、前記一方の蓄熱ユニットの熱交換器の外周端部が挿入された第１の支持ユニットと、
   前記他方の蓄熱ユニットの外周に配置され、前記他方の蓄熱ユニットの熱交換器の外周端部が挿入された第２の支持ユニットと、を含んでおり、
   前記第１の支持ユニットと前記第２の支持ユニットとは、前記蓄熱ユニットの積層方向において連結されている、
   熱交換型反応器。
3. 請求項２に記載の熱交換型反応器であって、
   前記一方の蓄熱ユニットと前記他方の蓄熱ユニットは、前記一方の蓄熱ユニットが相対的に上方側に配置され、前記他方の蓄熱ユニットが相対的に下方側に配置されており、
   前記第２の支持ユニットは、前記一方の蓄熱ユニットの熱交換器と、前記他方の蓄熱ユニットの熱交換器との間に配置される衝立部を含んでいる、
   熱交換型反応器。
4. 請求項２または請求項３に記載の熱交換型反応器は、さらに、
   前記蓄熱ユニットの外側に配置されており、前記第１の支持ユニットと前記第２の支持ユニットが前記蓄熱ユニットから離間する方向に移動することを規制するガイドカバーを備える、
   熱交換型反応器。
5. 請求項４に記載の熱交換型反応器であって、
   前記第１の支持ユニットと前記第２の支持ユニットのそれぞれは、前記蓄熱ユニットの積層方向に延伸する柱部を含んでおり、
   前記柱部は、前記ガイドカバーに固定されている、
   熱交換型反応器。
6. 蓄熱器であって、
   請求項４または請求項５に記載の熱交換型反応器と、
   前記熱交換型反応器を収容する収容容器と、
   前記収容容器と前記熱交換型反応器との間に配置され、前記収容容器に対して前記熱交換型反応器を固定する固定用治具と、を備える、
   蓄熱器。

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