JPS62213690A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、再生使用可能な蓄熱カプセルを使用し、水
蒸気を含むガス体と接触寸ることにより、該ガス体の加
熱を行う蓄熱装置に関づる。

（従来の技術） 従来、蓄熱方法としては、ソーラー温水器、夜間給湯器
タイプの水を蓄熱媒体として使用する顕然利用する方法
があり、これらの方法が主流を占めている。このタイプ
の欠点として、単位体積あたりの蓄熱ｍが低いため冬型
の蓄熱材およびその容器を必要とし、さらに保温時にい
かに優れた断熱材を使用したとしても放熱のためかなり
のエネルギーを放出し長期の蓄熱保存には適さない点が
挙げられる。

ところで、化学蓄熱は体積あたりの蓄熱量が大きく、保
温の必要もなく、長期間の蓄熱が可能であり、化学反応
を利用する蓄熱に関ずる研究開発が鋭意進められている
。それは可逆化学反応を行なう幼体若しくは固体蓄熱物
質の発熱反応による発生熱を利用し、反応後の物質を再
び排熱や太陽熱などによって吸熱反応により簡単に再生
使用ずる方法である。

この蓄熱材を使用した装置としては、網目状物により被
覆された蓄熱物質をユニットとして、該物質の発熱によ
り該ユニットの周りに形成された空間へ収容された液体
を蒸発させることにより作動流体に仕事をなさしめる蓄
熱ユニット化装置がある（特開昭５４−１４２，４０１
号〉。

（発明が解決しようとする問題点） 化学蓄熱材として使用される材料は、一般的に無機物質
であり、比較的熱伝導率が良くないため、化学蓄熱材の
発熱または吸熱反応を効率的に行うためには粉体形態が
好ましい。さらに粉体の取扱いおよび粉体と気体間の反
応を行う効率的な装置指向としてカプセル化またはユニ
ット化がある。

カプセル化またはユニット化された装置において、反応
が化学蓄熱材（粉体）と気体間の固気反応であり該粉体
が粉末として気体とともに系外に搬出され、また気体と
して水蒸気を使用した場合には、その湿度が下がると該
粉体が粘土状となって固気反応が妨げられるという問題
点がある。また、カプセル化等のため布等で化学蓄熱材
を包みまたは被覆し再生連続使用していると、布等に目
詰りを起こし、またカプセル等に対する充填伍が多すぎ
ると堆積した蓄熱材の自重のため化学蓄熱材の固化を起
こし、それらの影響で発熱く吸熱）反応速度の遅れを生
ずるという問題点がある。

また、特開昭５４−１４２，４０１号明１書には網目状
物により被覆された蓄熱物質をユニットして使用する蓄
熱ユニット化Ｓ装置が開示されているが、化学蓄熱材と
して粉体を使用する場合には工業的には十分でなく満足
できるものではない。

したがって、この発明は前記問題点を解決するためにな
されたものであって、微細な化学蓄熱材が粉末化して気
体とともに系外に搬出されることなく、耐熱性多孔質体
の目詰りを起こさずかつそれ自体が固化することがない
、繰り返し再生使用に十分耐え得る化学蓄熱材を使用す
る蓄熱装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） すなわち、この発明は、少なくとも１以上の蓄熱カプセ
ルを充填した反応器または反応塔と熱供給装置とを連結
したことを特徴とする蓄熱装置を提供することである。

またこの発明は該蓄熱カプセルが蓄熱材を耐熱性多孔黄
体の筒状体内に充填したカプセルである蓄熱装置を提供
するものである さらに、この発明は排熱導管、太陽集熱器、電気炉、高
周波加熱機、赤外線発熱ランプ、ヒートポンプから成る
群から少なくとも１種以上の熱供給装置と連結した蓄熱
装置を提供するものである。

以下、この発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す蓄熱ｇｉ置の概略断
面図である。第１図において１は蓄熱装置、２は反応器
（または反応塔）、３は化学蓄熱カプセルで、矢印４の
方向に流れる水蒸気を含むガス状体と化学蓄熱カプセル
３の内部に充填されている化学蓄熱材６との反応により
発生した熱によりガス状体は加熱され又は仕事をする。

また化学蓄熱材６０発熱反応終了後、熱供給装置からの
熱、例えば矢印５方向の高温排気ガスの熱により化学蓄
熱材６を再生する。上記操作を繰り返す。

次にこの発明において使用される化学蓄熱カプセルにつ
いて説明する。第２図はこの発明に使用される化学蓄熱
カプセルの一部破断斜視図である。

第２図において、７は耐熱性多孔質体、３．６は前記と
同様である。

この発明に使用される化学蓄熱材６は可逆化学反応を行
なう物質、例えば酸化カルシウム、水酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化ストロン
手つム、水酸化ストロン−′ｒウム、酸化バリウム、水
酸化バリウムから成る群から選ばれた少なくとも１８１
のものであり、また炭酸塩等が該化学蓄熱材６に対して
Ｏ〜１０重伍％混入してもよい。

また化学蓄熱材６は、水蒸気との反応により適度な反応
速度の立ち上りを起こし、また蓄熱反応のため効率的に
加熱するためには粉体であることが好ましく、その粒径
は、酸化物が発熱反応等により粉化または細粒化して水
酸化物となる系においては水酸化物の状態において１〜
５９０μｍであり、好ましくは５〜３０μｌである。

さらに化学蓄熱材６の耐熱性多孔質体の筒状体内部空間
に対する充填割合は６０〜１０容伍％、好ましくは４０
〜２０容量％である。もし６０容量％より多い場合には
、化学蓄熱材６の粉体の自重により操り返し使用後固化
し発熱および再生効率が著しく低下し、１０容量％以下
では発熱等所定の効果が１りられない。化学蓄熱材６は
、発熱反応終了後、加熱により蓄熱し再使用するために
、例えば水酸化カルシｑｂの場合４００〜８００℃、好
ましくは４５０〜５５０℃の温度で加熱する。

もし８００℃以上の温度で加熱処理すると化学蓄熱材６
が可逆反応を起こさなくなり、４００℃未満の温度で加
熱処理しても蓄熱のための反応を起こさない。

水酸化マグネシウムの場合は２００〜４００℃、水酸化
カルシウムの場合は４００〜６００℃、水酸化ストロン
チウムの場合は６００〜８００℃、および水酸化バリウ
ムの場合は８００〜１０００℃のもとで蓄熱する。

次に、この発明に使用される耐熱性多孔質体７は、ｍ長
い筒状体であり、その管内に化学蓄熱材６を充填し得る
ものであり、その艮手力向に対する垂直方向の断面形状
は四角形、だ円形、三角形等いずれであっても良い。こ
の場合、管の肉厚を適宜Ｋｇ＜することで、また管径を
細くすることで反応速度を調節できる。管の肉厚は０．
３〜３ｍｍ、好ましくは０．７〜１，２１、管の内径は
２〜５Ｑｍｍ１好ましくは４〜２５ｍｍである。またそ
の細孔の大きさは、充填された化学蓄熱材６が目詰りす
ることなくかつ細孔を通り扱けない大きさであり、好ま
しくは１〜１０μＩ、より好ましくは３〜４μｍである
。ここで細孔径とは平均細孔直径のことである。該細孔
は筒状体内壁から外壁へまたはその逆に多孔質体内を直
接または多孔質体内部で絡み合って通じてもよい。また
、その気孔率は多い方が望ましい。その気孔率は通常３
０〜８５％、好ましくは４０〜８５％である。８５％よ
り多い場合には材料の強度維持が難かしく３０％以下の
場合には反応の立上りが遅くなり実用的でない。さらに
その材質は、ＳｉＣ、カーボン、アルミナ、活性アルミ
ナ、ガラス、コージェライト、ムライト、リチウムアル
ミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム等耐熱性多
孔質セラミックまたはＮｔ　、Ｃｕ　、ＡＩ　、Ｔｉ　
、Ｆｅ　、Ｃｏおよびその合金等の耐熱性多孔質粉末焼
結体からなる群から選ばれた少なくとも１種のものが好
ましい。

また耐熱性多孔質体７は化学蓄熱材６を充填したままで
加熱されるために、前記化学蓄熱材６処理温度において
も変質せず、さらに同温度の繰り返し処理によって変質
しない材料である。尚耐熱性多孔質セラミックは、耐熱
性多孔質粉末焼結体にくらべ、細孔の均質性がより優れ
ているため化学じ 蓄熱カプセル化より適している。このような化学蓄熱材
６および耐熱性多孔質体の筒状体７から成る化学蓄熱カ
プセル３は、化学蓄熱材６を耐熱性多孔質体の筒状体７
に充填後、耐熱性多孔質体の筒状体７と同程度以下の細
孔径を有する耐熱性多孔質体の栓を使用し、粘土、陶土
、セラミックセメント等の無機結合剤を使用し両端を封
する。この操作は、あらかじめ一方を封じた管またはあ
らかじめ一端のみ聞いた筒状体を形成し、その内部に化
学蓄熱材６を充填後残りの一端を封じてもよい。このよ
うにして得られた化学蓄熱カプセルにおいては化学蓄熱
材６が筒状体の系外に出ることなく以後直接粉体を取扱
う操作がなく容易に操作できる。

この化学蓄熱カプセル３を水蒸気を含む気体の流通路中
または水蒸気の流通路中に投入し、該化学蓄熱材６を水
蒸気との反応により発熱されるためには該化学蓄熱材６
が水蒸気との反応前の形態、例えば酸化物であることが
必要である。再生後、直ちに発熱反応に供する場合には
そのままでよいが、長期間放置後便用する場合又は水蒸
気、水分の多い状態で保存せざるを１ｆｆＰない場合に
は該カプセル中に除湿した空気、１−１（！、Ｎ２また
はＡｒガスを投入し、または除湿状態で水蒸気不透過性
のプラスチックまたは該フィルで覆って保存することが
好ましい。

また化学蓄熱カプセルエは、必要熱分に応じ適宜、数ｍ
を変更使用できる。

第１図において、矢印４の従って流れる流体は水蒸気ま
たは反応物質を含むガス状体であり、反応器１で加熱ま
たは予熱され、その後、タービン、エンジン、ラジェー
ター等を作動させ、または反応に供される。反応ｍ１は
、反応塔または熱交換器、加熱炉等である。

また、該反応器上には、化学蓄熱材６の再生用熱源とし
て排熱導管、太陽集熱器、電気炉、高周波加熱機、赤外
線発熱ランプ、ヒートポンプとして直接、または熱風用
導管として連結されている。

熱源が距離的に隔れでいる場合には、反応終了後の化学
蓄熱カプセル３を反応器１から俵き出し、熱源により再
生し、その後反応器二に充填し使用してもよい。

また、耐熱性多孔質体の筒状体は、その他の粉体、例え
ば金属水素化物の凝集体ら同様に２つの状態間の反応系
の粒子系の細かい方が通過しない範囲において反応器と
して使用可能である。

（作用） 第１図において、矢印４方向に流れるガス状体は、反応
器（反応塔）Ｌにおいて化学蓄熱材６の発熱による熱で
加熱されその後タービン箸を作動させる仕事または熱源
に供される。また、発熱反応終了後の化学蓄熱材６は、
排ガスの熱等により再生され、再び発熱反応に供される
。化学蓄熱カプセルを使用した装置により、排熱等を簡
単な方法により蓄熱し、直ちにあるいは長期間保＃後、
発熱反応を起こされることにより熱利用の向上を図るこ
とができる。

（実施例） 以下、第３図に基づいてこの発明について更に詳しく説
明する。第３図はこの発明の蓄熱装置の１実施例の概略
図である 第３図において、８．９．１０．１１は流路方向切換三
方弁、１２Ａ、１２Ｂは蓄熱装置、１３は化学蓄熱材、
１４は熱供給装置、１５はスチーム発生装置、１６はタ
ービンである。

スチーム発生装置１“５で発生した水蒸気は三方弁８を
経て蓄熱装置ｆｆ１２Ｂ入る（１２Ａには流れない）。

蓄熱装置１２Ｂ内において、水蒸気と化学蓄熱材との反
応により発生した熱により加熱された蒸気は、三方弁９
を経てタービン１６に向い仕事をする。この場合、ター
ビンの外仕事をする対象は何であってもかまわず、例え
ばその他スチームエンジン、ラジェータであってもよい
。

仕事を終った水蒸気は、必要により加熱後、三方弁８に
向う。蓄熱装置１２Ａ、１２Ｂの入口部および出口部に
は温度計（図示せず）が取り付けられており、化学蓄熱
材１３の発熱反応の終了時点が検知される。蓄熱装ｅ１
１２Ｂ内の化学蓄熱材１３の必要な発熱反応が終了する
と三方弁８．９を切換えて水蒸気を蓄熱装置１２Ａに向
わせ、水蒸気を連続して加熱できる。

次に化学蓄熱材の再生について説明する。

蓄熱装置１２Ｂ内の化学蓄熱材の発熱反応が終了すると
弁８．９が切換えられると同時に弁１０゜１１も手動ま
たは自動的に切換えられる。すなわら蓄熱装置１２Ａが
化学蓄熱材の発熱反応状態においては、伯の蓄熱装置１
２Ｂは再生されている。

ずなわら一方の蓄熱装はでは発熱反応が、その際他の蓄
熱装δでは再生が行なわれる。再生は熱供給装置、例え
ば排ガスの熱等が利用される。また化学蓄熱材の再生は
、工業的規模のエネルギーシステム（工業群をとりまく
地域冷暖房に応用することを含む）プラント向けのヒー
トポンプと組み合わせたり、自然な太陽光集熱器と組み
合わけたり排ガスと組み合わせることにより行なわれ、
夏冬、昼夜等の時間内隅たりをもって、種々の企業相互
の地理的空間的な壁を取り去りまたは各圧力、各温度条
件の組み合わせにより行なわれる。

の蓄熱カプセルを充填した反応器または反応塔と熱供給
装置を連結したことを特徴とする蓄熱装置であるから、
微細な化学蓄熱材が粉末化して気体とともに系外に排出
されることなく耐熱性多孔質体の目詰りを起こさずかつ
それ自体が固化することなく繰り返し再生使用に十分に
耐え（りる特性を有し、さらに省エネルギー的観点でエ
ネルギー効率をあげ、適時余剰の熱源を捕獲保存しまた
各企業間内あるいは地域社会を含めた昼夜の時間差、し 冬夏の季節差、空間の配Ｖ！笠を加ｉ総合エネルギーコ
ンビナー１〜用の蓄熱発熱装置として使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示ず蓄熱装置の概略断面
図、第２図はこの発明に使用される化学蓄熱カプセルの
一部破断斜視図、第３図はこの発明の一実施例の概略図
である。 １・・・蓄熱装置、２・・・反応器、 ３・・・化学蓄熱カプセル、６・・・化学蓄熱材、７・
・・耐熱性多孔質体の筒状体。 特許出願人　　　　　三井研削砥石株式会社（ほか１名
） 図面の浄書（肉寄に変更なし） 手続ネ甫正得ｇ（方式） ％式％ 特許庁長官　　　ヱ、１０　　　日月ｂＬ　Ｐｊｌ、事
件の表示 昭和６１年　特許願　第５７，６７０＠２６発明の名称 蓄熱装置 ３、補正をする者 事１′１どの関係　　特許出願人 住　所　　　埼玉県入間市大字狭山ケ原１１番地１０名
　称　　　三片（Ｊｆ削砥石株式会社　　　　　　（ほ
か１名）代表者　松本　昭夫 ４、代理人 住　所　　　東京都千代田区二番町１１番地９ダイアパ
レス二番町昭和６１年６月４日　（発送日：昭和６１年
６月２４日）６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 願出に添付した図面の郡書・別紙のとおり（内容に変更
なし）８、上申 昭和６１年４月１０日付で手続補正書（委任状）を提出
してありますので、ここに上申致します。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１以上の蓄熱カプセルを充填した反応
   器または反応塔と熱供給装置とを連結したことを特徴と
   する蓄熱装置。
2. （２）該蓄熱カプセルが蓄熱材を耐熱性多孔質体の筒状
   体内に充填したカプセルである特許請求の範囲第１項に
   記載の蓄熱装置。
3. （３）該熱供給装置は排熱導管、太陽集熱器、電気炉、
   高周波加熱機、赤外線発熱ランプ、ヒートポンプから成
   る群の少なくとも１種以上のものである特許請求の範囲
   １項または第２項に記載の蓄熱装置。