JPWO2016076030A1 - ケミカルヒートポンプ - Google Patents

Abstract

このケミカルヒートポンプは、蓄熱材を含む反応部と、水蒸気と水との間で相転移を行う凝縮部と、前記反応部と前記凝縮部とを接続する接続部と、前記接続部の開閉を行うバルブと、その内部を流れる流体と前記蓄熱材との間で熱交換を行わせる第１流体通路と、を含む。前記反応部は、前記蓄熱材として、前記蓄熱材とその水和物との間での転換温度が異なる複数種類の蓄熱材を含み、前記複数種類の蓄熱材のそれぞれは、前記反応部内の異なる位置に配置される。第１流体通路を流れる流体が、第１流体通路のより「第１側」の位置で、前記転換温度がより高い前記蓄熱材とそれぞれ熱交換を行うように、前記複数種類の蓄熱材、及び前記第１流体通路が配置される。

Description

本発明は、ケミカルヒートポンプに関する。

近年、資源及びエネルギーを効率良く活用するという観点から、「工場等で発生する排熱を蓄熱して長期間に亘って保管し、且つ、保管されていた熱を任意の時期に再利用する技術」を実現したいというニーズが高まってきている。この技術を実現するための１つの手段として、ケミカルヒートポンプ（化学蓄熱方式のヒートポンプ）が提案されてきている（例えば、特許文献１、２を参照）。

上記文献に記載のケミカルヒートポンプは、「蓄熱材を含む反応部」と、「水蒸気、及び水を含み、水蒸気と水との間で相転移を行う凝縮部」と、「前記反応部と前記凝縮部とを接続する接続部」と、「前記接続部の開閉を行うバルブ」と、「内部を流れる流体と前記蓄熱材との間で熱交換を行わせる第１流体通路」と、を備える。ここにいう「蓄熱材」とは、「水蒸気との発熱反応によって水和物になるとともに放熱する」という性質（第１の性質）、並びに、「外部から熱を受けて前記水和物の吸熱反応によって前記水和物から水蒸気を放出して脱水されるとともに蓄熱する」という性質（第２の性質）、を有する。

このケミカルヒートポンプでは、蓄熱時では、バルブを開けた状態にて高温のガスが第１流体通路に流入される。第１流体流路を流れる高温のガスが、上記熱交換が行われる位置を通過する際、反応部内にある蓄熱材の水和物が高温のガスから熱を受ける。この結果、上記「第２の性質」により、上記水和物の上記「吸熱反応」が発生して、上記水和物が脱水されて蓄熱材そのもの（＝脱水物）になるとともに、蓄熱材の温度が上がる（即ち、蓄熱材が蓄熱する）。上記脱水により発生した水蒸気（気体）は、接続部を介して反応部から凝縮部へと移動する。凝縮部に移動した水蒸気は相転移（凝縮）によって水（液体）になり、この水が凝縮部にて蓄えられる。高温のガスは、上記「吸熱反応」によって熱を奪われる。その結果、第１流体通路から流出するガス（排ガス）の温度は低くなる。以上、蓄熱時では、バルブを開けた状態にて高温のガスを第１流体通路に流入することによって、高温のガスが有する熱の一部を蓄熱材（＝脱水物）に蓄熱させることができる。

このようにして蓄熱材（＝脱水物）に蓄熱された熱を保管する際には、バルブが閉じられる。これにより、凝縮部内にある水から発生する水蒸気が反応部に移動し得なくなるので、「反応部内の蓄熱材」と「水蒸気」との上記「発熱反応」が発生し得なくなる。即ち、反応部内の蓄熱材が「脱水物」の状態に維持される。この結果、バルブが閉じた状態が維持される任意の期間に亘って、蓄熱材（＝脱水物）に蓄熱された熱が蓄熱材に保管され得る。

一方、放熱時では、バルブを開けた状態にて低温の（例えば、室温の）ガスが第１流体通路に流入される。バルブが開いているので、凝縮部内にある水の相転移（蒸発）によって発生した水蒸気が凝縮部から反応部に移動する。この結果、上記「第１の性質」により、「反応部内の蓄熱材（＝脱水物）」と「水蒸気」との上記「発熱反応」が発生して、蓄熱材が放熱するとともにその水和物に変化する。第１流体流路を流れる低温のガスが、上記熱交換が行われる位置を通過する際、「低温のガス」が、上記蓄熱材の放熱に起因する熱を受ける。この結果、第１流体通路から流出するガスの温度が高くなる。以上、放熱時では、バルブを開けた状態にて低温のガスを第１流体通路に流入することによって、高温のガスを取り出すことができる。換言すれば、蓄熱材（＝脱水物）に蓄熱されていた熱を再利用することができる。

特開２００８−０２５８５３号公報 特開２０１３−１９５０２２号公報

ところで、上述したケミカルヒートポンプに使用される蓄熱材には、蓄熱材そのもの（＝脱水物）とその水和物との間での状態の変化に関する温度の臨界点に相当する「転換温度」が存在する。蓄熱材の転換温度は、蓄熱材の種類によって異なる。なお、或る蓄熱材の転換温度は、その蓄熱材を取り巻く雰囲気圧力によっても変化する。

上記第２の性質における「吸熱反応」（水和物→脱水物）は、導入されるガスの温度が蓄熱材の転換温度以上の場合に限って発生し得る。換言すれば、導入されるガスの温度が蓄熱材の転換温度を下回ると、上記「吸熱反応」が発生しないので、導入されるガスが有する熱の一部を蓄熱材（＝脱水物）に蓄熱させることができない。従って、「導入されるガス（例えば、工場の排ガス等）の温度が比較的低くても上記「吸熱反応」を発生させて蓄熱材に蓄熱させる」という観点からは、転換温度が比較的低い蓄熱材を使用することが好ましい、と言える。

一方、上記第１の性質における「発熱反応」（脱水物→水和物）では、取り出されるガスの温度を蓄熱材の転換温度より高い温度に上げることができない。従って、「取り出されるガスの温度をできる限り高くして熱を再利用し易くする」という観点からは、転換温度が比較的高い蓄熱材を使用することが好ましい、と言える。

以上のことから、上述したケミカルヒートポンプにおいて、転換温度が比較的低い蓄熱材を使用すると、蓄熱時にて、導入されるガスの温度が比較的低くても蓄熱材に蓄熱させることができる一方で、放熱時にて、取り出されるガスの温度を高くすることができない。他方、転換温度が比較的高い蓄熱材を使用すると、放熱時にて、取り出されるガスの温度を高くすることができる一方で、蓄熱時にて、導入されるガスの温度が低い場合に蓄熱材に蓄熱させることができない。

本発明は、上記内容に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱時にて、導入されるガスの温度が比較的低くても蓄熱材に蓄熱させることができ、且つ、放熱時にて、取り出されるガスの温度を高くすることができるケミカルヒートポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るケミカルヒートポンプの特徴は、以下の点にある。第１に、蓄熱時では、高温の流体が、第１流体通路の第１側から第１流体通路に導入されて、第１流体通路の第２側に向けて流される。放熱時では、低温の流体が、第１流体通路の第２側から第１流体通路に導入されて、第１流体通路の第１側に向けて流される。

第２に、前記反応部が、前記蓄熱材として、前記蓄熱材そのもの（＝脱水物）と前記水和物との間での転換温度が異なる複数種類の蓄熱材を含み、前記複数種類の蓄熱材のそれぞれが、前記反応部内の異なる位置に配置される。

第３に、前記流体が、前記流れ方向における前記第１流体通路の「より前記第１側の位置」で、「前記転換温度がより高い」前記蓄熱材とそれぞれ熱交換を行うように、前記複数種類の蓄熱材、及び前記第１流体通路が配置される。

典型的には、例えば、前記複数種類の蓄熱材として、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄が使用され得る。（任意の雰囲気圧力において）ＣａＯの転換温度は、ＭｇＯの転換温度より高く、且つ、ＭｇＯの転換温度は、ＣａＳＯ₄の転換温度より高い（後述する図８及び図９を参照）。従って、この例の場合、前記第１流体通路の前記流れ方向において、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＣａＳＯ₄と熱交換を行う位置より前記第１側に配置され、前記流体がＣａＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置より前記第１側に配置される。

上記本発明の特徴によれば、蓄熱時、導入されるガスの温度が比較的低い場合、複数種類の蓄熱材のうち転換温度が比較的低い蓄熱材を利用してその蓄熱材に蓄熱させることができ、且つ、放熱時、複数種類の蓄熱材のうち転換温度が比較的高い蓄熱材を利用して取り出されるガスの温度を高くすることができる。

また、蓄熱時、「複数種類の蓄熱材の転換温度のうち最も高い温度」より高い温度の流体を、第１流体通路の第１側から第１流体通路に導入して第１流体通路の第２側に向けて流すことによって、「流体が複数種類の蓄熱材と熱交換を行うそれぞれの位置にて、流体の温度が対応する蓄熱材の転換温度より高い状態」が実現され得る。この状態が実現されると、複数種類の蓄熱材のうち全種類の蓄熱材に蓄熱させることができるので、ケミカルヒートポンプ全体として反応部にある蓄熱材に蓄熱される熱の量を大きくすることができる。

加えて、放熱時、「複数種類の蓄熱材の転換温度のうち最も低い温度」より低い温度の流体を、第１流体通路の第２側から第１流体通路に導入して第１流体通路の第１側に向けて流すことによって、「流体が複数種類の蓄熱材と熱交換を行うそれぞれの位置にて、流体の温度が対応する蓄熱材の転換温度より低い状態」が実現され得る。この状態が実現されると、複数種類の蓄熱材の全種類の蓄熱材に放熱させることができるので、ケミカルヒートポンプ全体として取り出される高温の流体に含まれる熱の量を大きくすることができる。

なお、蓄熱時、及び放熱時、上述した状態を安定して実現・維持するためには、雰囲気圧力によって変化する複数種類の蓄熱材のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）必要がある。この点、蓄熱時では、凝縮部内の水は、水蒸気から水への相転移（凝縮）に起因する凝縮熱を受ける。従って、凝縮部内の水の温度を調整しないと、凝縮部内の水の温度が上昇していく。凝縮部内の水の温度が上昇していくと、水の蒸気圧が上昇することに起因して、反応部内の蓄熱材を取り巻く雰囲気圧力も上昇する。この雰囲気圧力が上昇すると、蓄熱材の転換温度が上昇する。他方、放熱時では、凝縮部内の水は、水から水蒸気への相転移（蒸発）に起因する蒸発熱を奪われる。従って、凝縮部内の水の温度を調整しないと、凝縮部内の水の温度が低下していく。凝縮部内の水の温度が低下していくと、水の蒸気圧が低下することに起因して、反応部内の蓄熱材を取り巻く雰囲気圧力も低下する。この雰囲気圧力が低下すると、蓄熱材の転換温度が低下する。

従って、上記ケミカルヒートポンプでは、蓄熱時、及び放熱時、複数種類の蓄熱材のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）ため、「内部を流れる流体と前記凝縮部内の水との間で熱交換を行わせる第２流体通路」が設けられることが好適である。

これにより、蓄熱時では、第２流体通路に、凝縮部内の水より温度が低い（例えば、室温の）ガスを流すことによって、凝縮部内の水の温度の上昇を抑制することができる。同様に、放熱時では、第２流体通路に、凝縮部内の水より温度が高いガスを流すことによって、凝縮部内の水の温度の低下を抑制することができる。加えて、放熱時では、第２流体通路に低温の（例えば、室温の）ガスを流すことによって、第２流体通路から、より一層低温の（例えば、室温より低い温度の）ガスを取り出すこともできる。

本発明の第１実施形態に係るケミカルヒートポンプ全体のシステムを示す模式図である。 図１に示すケミカルヒートポンプ全体の構成を示す模式図である。 図２に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第１の図である。 図２に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第２の図である。 図２に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第３の図である。 図２に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第４の図である。 図２に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第５の図である。 複数種類の蓄熱材のそれぞれの転換温度と、雰囲気圧力と、の関係を示すグラフ（熱平衡線図）である。 図８に示す熱平衡線図において、代表的な圧力時における、複数種類の蓄熱材のそれぞれの転換温度を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るケミカルヒートポンプの図１に対応する模式図である。 図１０に示すケミカルヒートポンプの図２に対応する模式図である。 本発明の第３実施形態に係るケミカルヒートポンプの図１に対応する模式図である。 図１２に示すケミカルヒートポンプの図２に対応する模式図である。 図１３に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第１の図である。 図１３に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第２の図である。 図１３に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第３の図である。 図１３に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第４の図である。 本発明の第４実施形態に係るケミカルヒートポンプの図１に対応する模式図である。 図１８に示すケミカルヒートポンプの図２に対応する模式図である。 図１９に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第１の図である。 図１９に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第２の図である。 図１９に示すケミカルヒートポンプの組み立て手順を説明するための第３の図である。 蓄熱材を収容する容器の全体の構成を示す模式図である。 図２３に示す容器に蓄熱材が収容された状態を示す図である。 図２３に示す容器の内部における水蒸気の移動経路を説明するための図である。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係るケミカルヒートポンプの第１実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。

＜構成＞
図１に示すように、第１実施形態では、「反応部」は、互いに別個独立した、第１反応器Ｒ１、第２反応器Ｒ２、及び、第３反応器Ｒ３で構成される。「凝縮部」は、互いに別個独立した、第１凝縮器Ｄ１、第２凝縮器Ｄ２、及び、第３凝縮器Ｄ３で構成される。「接続部」は、「Ｒ１とＤ１とを接続する配管Ｇ１」、「Ｒ２とＤ２とを接続する配管Ｇ２」、及び、「Ｒ３とＤ３とを接続する配管Ｇ３」で構成される。「バルブ」は、「Ｇ１の開閉を行うバルブＶ１」、「Ｇ２の開閉を行うバルブＶ２」、及び、「Ｇ３の開閉を行うバルブＶ３」で構成される。図１にて太線で示される部分は、ポンプの組立の後（稼働前）に、室温下にて、真空ポンプＶＰを利用して圧力が大気圧より低い圧力に調整されるとともに、その後に密閉される空間を示す（後述する図１０、図１２、及び、図１８についても同様）。

Ｒ１内、Ｒ２内、及び、Ｒ３内には、それぞれ、第１蓄熱材Ｍ１の粉末、第２蓄熱材Ｍ２の粉末、及び、第３蓄熱材の粉末が収容・充填されている。即ち、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３のそれぞれは、「反応部」内の異なる位置に配置されている。蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３は全て、「水蒸気との発熱反応によって水和物になるとともに放熱する」という性質（第１の性質）、並びに、「外部から熱を受けて、水和物の吸熱反応によって水和物から水蒸気を放出して脱水されるとともに蓄熱する」という性質（第２の性質）を有する。

蓄熱材には、「蓄熱材そのもの（＝脱水物）」と「その水和物」との間での状態の変化に関する温度の臨界点に相当する「転換温度」が存在する。蓄熱材の転換温度は、蓄熱材の種類によって異なるとともに、蓄熱材を取り巻く雰囲気圧力によっても変化する。

Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の典型例としては、それぞれ、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄が挙げられる。ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄は、それぞれ、下記(１)式、(２)式、及び、(３)式に示す反応に関係する。各式において、「Ｑ」は熱エネルギーを示す。(１)式において、Ｃａ(ＯＨ)₂は、ＣａＯの水和物であり、(２)式において、Ｍｇ(ＯＨ)₂は、ＭｇＯの水和物であり、(３)式において、ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏは、ＣａＳＯ₄の水和物である。

Ｃａ(ＯＨ)₂＋Ｑ→ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ （吸熱反応）
Ｃａ(ＯＨ)₂＋Ｑ←ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ （発熱反応） …(１)

Ｍｇ(ＯＨ)₂＋Ｑ→ＭｇＯ＋Ｈ₂Ｏ （吸熱反応）
Ｍｇ(ＯＨ)₂＋Ｑ←ＭｇＯ＋Ｈ₂Ｏ （発熱反応） …(２)

２・ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ＋Ｑ→２ＣａＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ （吸熱反応）
２・ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ＋Ｑ←２ＣａＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ （発熱反応） …(３)

蓄熱材の転換温度と、雰囲気圧力と、の関係を表わす、図８及び図９に示す熱平衡線図から理解できるように、（任意の雰囲気圧力において）ＣａＯ（＝Ｍ１）の転換温度はＭｇＯ（＝Ｍ２）の転換温度より高く、ＭｇＯ（＝Ｍ２）の転換温度はＣａＳＯ₄（＝Ｍ３）の転換温度より高い。

Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３には、それぞれ、蛇行する流路を備えた熱交換器Ｅが内蔵されている。Ｒ１内の熱交換器Ｅは、Ｒ１内に収容されたＭ１の粉末の集合体の中に埋まっている。Ｒ２内の熱交換器Ｅは、Ｒ２内に収容されたＭ２の粉末の集合体の中に埋まっている。Ｒ３内の熱交換器Ｅは、Ｒ３内に収容されたＭ３の粉末の集合体の中に埋まっている。従って、「Ｒ１内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｒ１内に収容されたＭ１の粉末との間」、「Ｒ２内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｒ２内に収容されたＭ２の粉末との間」、並びに、「Ｒ３内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｒ３内に収容されたＭ３の粉末との間」において、それぞれ、熱交換が可能となっている。

Ｒ１内の熱交換器Ｅの第１側が配管の開口Ｈ１と接続され、Ｒ１内の熱交換器Ｅの第２側が、配管Ｆ１を介して、Ｒ２内の熱交換器Ｅの第１側と接続され、Ｒ２内の熱交換器Ｅの第２側が、配管Ｆ２を介して、Ｒ３内の熱交換器Ｅの第１側と接続され、Ｒ３内の熱交換器Ｅの第２側が配管の開口Ｈ２と接続されている。ここで、「第１流体通路」は、開口Ｈ１、Ｒ１内の熱交換器Ｅ、配管Ｆ１、Ｒ２内の熱交換器Ｅ、配管Ｆ２、Ｒ３内の熱交換器Ｅ、及び、開口Ｈ２をこれらの順で接続して構成される、連続する流路である。「第１流体流路」の「第１側」が開口Ｈ１に対応し、「第１流体流路」の「第２側」が開口Ｈ２に対応する。

以上より、この第１実施形態では、「第１流体通路」において、「第１流体流路」を流れる流体がＭ２（＝ＭｇＯ）と熱交換を行う位置（Ｒ２の内部）が、その流体がＭ３（＝ＣａＳＯ₄）と熱交換を行う位置（Ｒ３の内部）より前記第１側にあり、その流体がＭ１（＝ＣａＯ）と熱交換を行う位置（Ｒ１の内部）が、その流体がＭ２（＝ＭｇＯ）と熱交換を行う位置（Ｒ２の内部）より前記第１側にある、と言える。換言すれば、この第１実施形態は、「第１流体通路」を流れる流体が、「第１流体流路」における「より第１側の位置」で、「転換温度がより高い蓄熱材」とそれぞれ熱交換を行うように構成されている、ともいえる。

Ｄ１内、Ｄ２内、及び、Ｄ３内には、それぞれ、水（又は、水蒸気）が収容されている。また、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３には、それぞれ、上述した熱交換器Ｅが内蔵されている。Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の熱交換器Ｅは、それぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３内に収容された水の中に埋まっている。従って、「Ｄ１内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｄ１内に収容された水との間」、「Ｄ２内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｄ２内に収容された水との間」、並びに、「Ｄ３内の熱交換器Ｅの内部を流れる流体と、Ｄ３内に収容された水との間」において、それぞれ、熱交換が可能となっている。

Ｄ１内の熱交換器Ｅの第１側が配管の開口Ｃ１１と接続され、Ｄ１内の熱交換器Ｅの第２側が配管の開口Ｃ２１と接続されている。Ｄ２内の熱交換器Ｅの第１側が配管の開口Ｃ１２と接続され、Ｄ２内の熱交換器Ｅの第２側が配管の開口Ｃ２２と接続されている。Ｄ３内の熱交換器Ｅの第１側が配管の開口Ｃ１３と接続され、Ｄ３内の熱交換器Ｅの第２側が配管の開口Ｃ２３と接続されている。ここで、「第２流体通路」は、「開口Ｃ１１、Ｄ１内の熱交換器Ｅ、及び、開口Ｃ２１をこれらの順で接続して構成される、連続する流路」と、「開口Ｃ１２、Ｄ２内の熱交換器Ｅ、及び、開口Ｃ２２をこれらの順で接続して構成される、連続する流路」と、「開口Ｃ１３、Ｄ３内の熱交換器Ｅ、及び、開口Ｃ２３をこれらの順で接続して構成される、連続する流路」と、に対応する。

図２は、図１に示す第１実施形態の全体の具体的な構成の一例を示す。図２に示す構成は、以下の手順によって組み立てられる。先ず、図３に示すように、熱交換器Ｅが準備される。熱交換器Ｅは、そのプレート部の内部に形成された「蛇行する流路」の第１側に接続する開口Ｅ１と、第２側に接続する開口Ｅ２を備える。なお、図３（ａ）は、１枚のプレート部を備えた熱交換器Ｅの一例を示し、図３（ｂ）は、３枚のプレート部を備えた熱交換器Ｅの一例を示している。

次いで、図４に示すように、上面が開口する基体Ａの内部空間に、開口Ｅ１、Ｅ２が上方に向けて突出するように、熱交換器Ｅが収容される。図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した熱交換器Ｅが基体Ａに収容される場合の一例を示している。

次に、図５に示すように、熱交換器Ｅが収容された状態にある基体Ａの内部空間に、蓄熱材（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）の粉末、又は、水（Ｗ１、Ｗ２、Ｓ３）が充填される。従って、熱交換器Ｅは、蓄熱材の粉末の集合体の中、又は、水の中に埋まる。その後、図６に示すように、基体Ａの上面の開口を気密的に塞ぐように、基体Ａの上に蓋Ｂが接合される。この状態にて、蓋Ｂに設けられた穴部Ｂ１、Ｂ２から、熱交換器の開口Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ露呈している。蓋Ｂから上方に突出する配管Ｂ３は、基体Ａの内部空間と連通している。

図６に示す基体Ａと蓋Ｂとの接合体について、第１、第２、第３蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が充填されたものが、それぞれ、第１、第２、第３反応器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３となる。また、水（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が充填されたものが、それぞれ、第１、第２、第３凝縮器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３となる。

次いで、図７に示すように、Ｒ１の上部に露呈する開口Ｅ２と、Ｒ２の上部に露呈する開口Ｅ２と、が配管Ｆ１で気密的に接続され、Ｒ２の上部に露呈する開口Ｅ１と、Ｒ３の上部に露呈する開口Ｅ１と、が配管Ｆ２で機密的に接続される。

そして、図２に示すように、Ｒ１の上方に突出する配管Ｂ３と、Ｄ１の上方に突出する配管Ｂ３と、が配管Ｇ１で気密的に接続され、Ｒ２の上方に突出する配管Ｂ３と、Ｄ２の上方に突出する配管Ｂ３と、が配管Ｇ２で気密的に接続され、Ｒ３の上方に突出する配管Ｂ３と、Ｄ３の上方に突出する配管Ｂ３と、が配管Ｇ３で気密的に接続される。Ｇ１、Ｇ２、及び、Ｇ３には、それぞれ、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３が介装されている。Ｖ１、Ｖ２、及び、Ｖ３は、それぞれ、Ｇ１、Ｇ２、及び、Ｇ３を開閉可能に構成されている。

図２に示すように、Ｒ１の上部に露呈する開口Ｅ１が開口Ｈ１に対応し、Ｒ３の上部に露呈する開口Ｅ２が開口Ｈ２に対応している。また、Ｄ１の上部に露呈する開口Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ、開口Ｃ１１、Ｃ２１に対応し、Ｄ２の上部に露呈する開口Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ、開口Ｃ１２、Ｃ２２に対応し、Ｄ３の上部に露呈する開口Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ、開口Ｃ１３、Ｃ２３に対応している。

＜作動＞
次に、第１実施形態の作動について、図１、及び、図８及び図９を参照しながら説明する。以下、蓄熱時（高温のガスが有する熱の一部を蓄熱材に蓄熱させるとき）、保管時（蓄熱材に蓄熱された熱を蓄熱材に保管するとき）、放熱時（蓄熱材に蓄熱されていた熱を再利用するとき）の順に説明していく。

[蓄熱時]
蓄熱時では、図１に示すように、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３を開けた状態にて、ポンプ等を利用して、高温のガス（例えば、工場の排ガス）が、「第１流体通路」の開口Ｈ１から「第１流体通路」に導入されて、「第１流体通路」の開口Ｈ２に向けて流される。開口Ｈ２から導入された高温のガスは、Ｒ１内の熱交換器Ｅ、Ｒ２内の熱交換器Ｅ、Ｒ３内の熱交換器Ｅをこの順に通過し、その後、開口Ｈ２から排出される。

「第１流体流路」を流れる高温のガスがＲ１内の熱交換器Ｅを通過する際、Ｒ１内にある第１蓄熱材Ｍ１（＝ＣａＯ）の水和物（＝Ｃａ(ＯＨ)₂）が高温のガスから熱を受ける。この結果、上記「第２の性質」により、Ｃａ(ＯＨ)₂の「吸熱反応」（(１)式を参照）が発生する。この結果、Ｃａ(ＯＨ)₂が脱水されてＣａＯそのもの（＝脱水物）になるとともに、ＣａＯの温度が上がる（即ち、ＣａＯが蓄熱する）。なお、この「吸熱反応」は、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＣａＯの転換温度以上の場合に限って発生し得る。この「吸熱反応」は、Ｒ１内にてＣａ(ＯＨ)₂がなくなるまで継続され得る。

上記脱水により発生した水蒸気（気体）は、配管Ｇ１を介してＲ１からＤ１へと移動する。Ｄ１に移動した水蒸気は相転移（凝縮）によって水（液体）になり、この水がＤ１にて蓄えられる。一方、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過する高温のガスは、上記「吸熱反応」（(１)式を参照）によって熱を奪われる。従って、高温のガスの温度は、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が低くなる。

Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過した後の高温のガスがＲ２内の熱交換器Ｅを通過する際、Ｒ２内にある第２蓄熱材Ｍ２（＝ＭｇＯ）の水和物（＝Ｍｇ(ＯＨ)₂）が高温のガスから熱を受ける。この結果、上記「第２の性質」により、Ｍｇ(ＯＨ)₂の「吸熱反応」（(２)式を参照）が発生する。この結果、Ｍｇ(ＯＨ)₂が脱水されてＭｇＯそのもの（＝脱水物）になるとともに、ＭｇＯの温度が上がる（即ち、ＭｇＯが蓄熱する）。なお、この「吸熱反応」は、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＭｇＯの転換温度以上の場合に限って発生し得る。この「吸熱反応」は、Ｒ２内にてＭｇ(ＯＨ)₂がなくなるまで継続され得る。

上記脱水により発生した水蒸気（気体）は、配管Ｇ２を介してＲ２からＤ２へと移動する。Ｄ２に移動した水蒸気は相転移（凝縮）によって水（液体）になり、この水がＤ２にて蓄えられる。一方、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過する高温のガスは、上記「吸熱反応」（(２)式を参照）によって熱を奪われる。従って、高温のガスの温度は、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が低くなる。

Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過した後の高温のガスがＲ３内の熱交換器Ｅを通過する際、Ｒ３内にある第３蓄熱材Ｍ３（＝ＣａＳＯ₄）の水和物（＝ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏ）が高温のガスから熱を受ける。この結果、上記「第２の性質」により、ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏの「吸熱反応」（(３)式を参照）が発生する。この結果、ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏが脱水されてＣａＳＯ₄そのもの（＝脱水物）になるとともに、ＣａＳＯ₄の温度が上がる（即ち、ＣａＳＯ₄が蓄熱する）。なお、この「吸熱反応」は、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＣａＳＯ₄の転換温度以上の場合に限って発生し得る。この「吸熱反応」は、Ｒ３内にて、ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏがなくなるまで継続され得る。

上記脱水により発生した水蒸気（気体）は、配管Ｇ３を介してＲ３からＤ３へと移動する。Ｄ３に移動した水蒸気は相転移（凝縮）によって水（液体）になり、この水がＤ３にて蓄えられる。一方、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過する高温のガスは、上記「吸熱反応」（(３)式を参照）によって熱を奪われる。従って、高温のガスの温度は、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が低くなる。

以上、蓄熱時では、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３を開けた状態にて高温のガスを開口Ｈ１側から「第１流体通路」に流入することによって、「ガスが、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内の熱交換器Ｅのそれぞれを通過する際に、ガスの温度が対応する蓄熱材の転換温度より高い状態」が実現されている場合、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の全種類の蓄熱材に蓄熱させることができる。この結果、ケミカルヒートポンプ全体として蓄熱材に蓄熱される熱の量を大きくすることができる。

ここで、蓄熱時、上述した状態を安定して実現・維持するためには、雰囲気圧力によって変化する蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）必要がある。即ち、蓄熱時では、凝縮器Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水は、水蒸気から水への相転移（凝縮）に起因する凝縮熱を受ける。従って、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度を調整しないと、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が上昇していく。Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が上昇していくと、水の蒸気圧が上昇することに起因して、反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内の蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３を取り巻く雰囲気圧力も上昇する。この雰囲気圧力が上昇すると、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の転換温度がそれぞれ上昇する。

この点、第１実施形態では、蓄熱時、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）ため、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３にはそれぞれ、上記「第２流体通路」が設けられている。これらの「第２流体通路」には、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度を調整する（例えば、一定に維持する）ため、流体（例えば、水）が流される。

具体的には、図２に示すように、蓄熱時では、これらの「第２流体通路」は、それぞれ、冷却装置Ｋと接続される。冷却装置Ｋでは、「第２流体通路」の第１側（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３）から流出した暖められた流体がモータ駆動のファンを用いて冷却され、冷却された流体がポンプを利用して「第２流体通路」の第２側（Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３）に導入される。これにより、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内のそれぞれの水が、対応する「第２流体通路」を流れる流体と熱交換することによって、冷却される。この結果、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が調整され得る（例えば、一定に維持され得る）。

蓄熱時、例えば、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内のそれぞれの水の温度を調整することによって、図９に示すように、例えば、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３のそれぞれの雰囲気圧力が１ａｔｍ未満の所定の圧力に維持された場合、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の転換温度が、それぞれ、３７２℃、１４３℃、及び、１００℃に維持される。従って、この場合、「第１流体流路をＨ１側からＨ２側へと流れるガスの温度が、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内の熱交換器Ｅ内にてそれぞれ、３７２℃、１４３℃、及び、１００℃より高い状態」が実現されている場合、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の全種類の蓄熱材に蓄熱させることができる。

なお、開口Ｈ１から流入された高温のガスの温度が比較的低い場合、Ｒ１、及び、Ｒ２内の熱交換器Ｅ内のガスの温度がそれぞれ、Ｍ１、及び、Ｍ２の転換温度より低くなる場合も考えられる。この場合であっても、Ｒ３内の熱交換器Ｅ内のガスの温度が、比較的低いＭ３の転換温度より高くなり得る。従って、開口Ｈ１から流入されるガスの温度が比較的低い場合であっても、転換温度が低い側の蓄熱材を利用してその蓄熱材に蓄熱させることができる。

［保管時］
このようにして蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３に蓄熱された熱を保管する際には、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３が閉じられる。これにより、凝縮器Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内にある水から発生する水蒸気が反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３に移動し得なくなる。従って、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３のそれぞれと水蒸気との上記「発熱反応」（上記(１)〜(３)式を参照）が発生し得なくなる。即ち、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内の蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３が「脱水物」の状態に維持される。この結果、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３が閉じた状態が維持される任意の期間に亘って、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３（＝脱水物）に蓄熱された熱がそれら自体に保管され得る。

[放熱時]
放熱時では、図１に示すように、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３を開けた状態にて、ポンプ等を利用して、低温の（例えば、室温の）ガスが、「第１流体通路」の開口Ｈ２から「第１流体流路」に導入されて、「第１流体流路」の開口Ｈ１側に向けて流される。開口Ｈ２から導入された低温のガスは、Ｒ３内の熱交換器Ｅ、Ｒ２内の熱交換器Ｅ、Ｒ１内の熱交換器Ｅをこの順に通過し、その後、開口Ｈ１から排出される。

バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３が開いているので、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内にある水の相転移（蒸発）によって発生した水蒸気がそれぞれ、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３からＲ１、Ｒ２、及び、Ｒ３に移動する。この結果、上記「第１の性質」により、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内にある蓄熱材Ｍ１（＝ＣａＯ）、Ｍ２（＝ＭｇＯ）、及び、Ｍ３（＝ＣａＳＯ₄）のそれぞれと「水蒸気」との上記「発熱反応」（上記(１)〜(３)式を参照）が発生して、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄がそれぞれ放熱するとともに、それらの水和物Ｃａ(ＯＨ)₂、Ｍｇ(ＯＨ)₂、及び、ＣａＳＯ₄・１／２Ｈ₂Ｏにそれぞれ変化する。

「第１流体流路」を流れる低温のガスが、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過する際、低温のガスが、上記「ＣａＳＯ₄の発熱反応」に伴う「放熱」に起因する熱を受ける。この結果、「第１流体流路」を流れるガスの温度は、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が高くなる。なお、この「発熱反応」は、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＣａＳＯ₄の転換温度未満の場合に限って発生し得る。換言すれば、Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度をＣａＳＯ₄の転換温度以上に上げることができない。この「発熱反応」は、Ｒ３内にてＣａＳＯ₄がなくなるまで、又は、Ｄ３内にて水がなくなるまで、継続され得る。

Ｒ３内の熱交換器Ｅを通過した後のガスがＲ２内の熱交換器Ｅを通過する際、ガスが、上記「ＭｇＯの発熱反応」に伴う「放熱」に起因する熱を受ける。この結果、「第１流体流路」を流れるガスの温度は、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が高くなる。なお、この「発熱反応」は、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＭｇＯの転換温度未満の場合に限って発生し得る。換言すれば、Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度をＭｇＯの転換温度以上に上げることができない。この「発熱反応」は、Ｒ２内にてＭｇＯがなくなるまで、又は、Ｄ２内にて水がなくなるまで、継続され得る。

Ｒ２内の熱交換器Ｅを通過した後のガスがＲ１内の熱交換器Ｅを通過する際、ガスが、上記「ＣａＯの発熱反応」に伴う「放熱」に起因する熱を受ける。この結果、「第１流体流路」を流れるガスの温度は、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過する前より通過した後の方が高くなる。なお、この「発熱反応」は、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度がＣａＯの転換温度未満の場合に限って発生し得る。換言すれば、Ｒ１内の熱交換器Ｅを通過するガスの温度をＣａＯの転換温度以上に上げることができない。この「発熱反応」は、Ｒ１内にてＣａＯがなくなるまで、又は、Ｄ１内にて水がなくなるまで、継続され得る。

以上、放熱時では、バルブＶ１、Ｖ２、及び、Ｖ３を開けた状態にて低温のガスを開口Ｈ２側から「第１流体通路」に流入することによって、「ガスが、Ｒ３、Ｒ２、Ｒ１内の熱交換器Ｅのそれぞれを通過する際に、ガスの温度が対応する蓄熱材の転換温度より低い状態」が実現されている場合、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の全種類の蓄熱材に放熱させることができる。この結果、ケミカルヒートポンプ全体として開口Ｈ１から取り出される高温の流体に含まれる熱の量を大きくすることができる。

ここで、放熱時、上述した状態を安定して実現・維持するためには、雰囲気圧力によって変化する蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）必要がある。即ち、放熱時では、凝縮器Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水は、水から水蒸気への相転移（蒸発）に起因する蒸発熱を奪われる。従って、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度を調整しないと、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が低下していく。Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が低下していくと、水の蒸気圧が低下することに起因して、反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内の蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３を取り巻く雰囲気圧力も低下する。この雰囲気圧力が低下すると、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の転換温度がそれぞれ低下する。

この点、第１実施形態では、放熱時、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３のそれぞれの転換温度を制御する（例えば、一定に維持する）ため、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３にそれぞれ設けられた「第２流体通路」には、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度を調整する（例えば、一定に維持する）ため、流体（例えば、水）が流される。

具体的には、図２に示すように、放熱時では、これらの「第２流体通路」は、それぞれ、加熱装置Ｌと接続される。加熱装置Ｌでは、「第２流体通路」の第１側（Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３）から流出した冷却された流体が温水タンクに貯留された温水の熱を利用して暖められ、暖められた流体がポンプを利用して「第２流体通路」の第２側（Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３）に導入される。これにより、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内のそれぞれの水が、対応する「第２流体通路」を流れる流体と熱交換することによって、暖められる。この結果、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内の水の温度が調整され得る（例えば、一定に維持され得る）。

加えて、温水タンクに貯留された温水は、「第２流体通路」を流れる流体によって熱を奪われる。この結果、温水タンク内の水が冷やされるので、温水タンクから冷水を取り出すことも可能である。

放熱時、例えば、Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３内のそれぞれの水の温度を調整することによって、図９に示すように、例えば、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３のそれぞれの雰囲気圧力が１ａｔｍで一定に維持された場合、Ｍ３、Ｍ２、及び、Ｍ１の転換温度が、それぞれ、１３８℃、２２７℃、及び、４８４℃に維持される。従って、この場合、「第１流体流路をＨ２側からＨ１側へと流れるガスの温度が、Ｒ３、Ｒ２、及び、Ｒ１内の熱交換器Ｅ内にてそれぞれ、１３８℃、２２７℃、及び、４８４℃より低い状態」が実現されている場合、蓄熱材Ｍ３、Ｍ２、及び、Ｍ１の全種類の蓄熱材に放熱させることができる。なお、この場合、理論的には、「第１流体流路」の開口Ｈ１から流出するガスの温度を４８４℃まで上げることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係るケミカルヒートポンプの第２実施形態について、図１０、及び、図１１を参照しながら説明する。

図１、及び、図２にそれぞれ対応する図１０、及び、図１１に示すように、第２実施形態は、「凝縮部」が単一の凝縮器Ｄ１のみで構成される点においてのみ、「凝縮部」が互いに別個独立した凝縮器Ｄ１、Ｄ２、及び、Ｄ３で構成される上記第１実施形態と異なる。

この相違点により、第２実施形態では、「接続部」が配管Ｇ１のみで構成される。図１０に示すように、配管Ｇ１は、Ｄ１と、「Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３」とを接続する。具体的には、図１１に示すように、Ｄ１の上方に突出する配管Ｂ３と、「Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３の上方に突出するそれぞれの配管Ｂ３」と、が配管Ｇ１で気密的に接続される。

このように、第２実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３が単一のＤ１と接続されている。従って、上記第１実施形態と異なり、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内の雰囲気圧力（従って、Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３の転換温度）を個別に調整することができない。しかしながら、上記第１実施形態と比べて、凝縮器、及び、配管の数が少ないので、構成が簡素化され得、且つ、製造コストが低減され得る。

（第３実施形態）
次に、本発明に係るケミカルヒートポンプの第３実施形態について、図１２〜図１７を参照しながら説明する。

図１０、及び、図１１にそれぞれ対応する図１２、及び、図１３、並びに、第３実施形態の組立過程を示す図１４〜図１７から理解できるように、第３実施形態は、「凝縮部」が単一の凝縮器Ｄ１のみで構成される点において上記第２実施形態と共通する。一方、第３実施形態は、「反応部」を構成する反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３が共通の単一の容器ＲＲに収容されている点においてのみ、反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３が別個独立に存在する上記第２実施形態と異なる。

この相違点により、第３実施形態では、特に、図１６、及び、図１７に示すように、容器ＲＲに収容されたＲ１、Ｒ２、及び、Ｒ３のそれぞれの上部が開口している。即ち、Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３には個別の蓋Ｂが設けられない。これに代えて、容器ＲＲの上面の開口全体を気密的に塞ぐように、容器ＲＲの上に単一の大きい蓋Ｂが接合される。そして、図１３に示すように、Ｄ１の上方に突出する配管Ｂ３と、ＲＲの上方に突出する配管Ｂ３と、が配管Ｇ１で気密的に接続される。

図１１及び図１３の比較から明らかなように、第３実施形態では、上記第２実施形態と比べて、「反応部」に対応する部分の上部に露呈する配管の数が少ない。従って、上記第２実施形態と比べて、見栄えが良くなる。

（第４実施形態）
次に、本発明に係るケミカルヒートポンプの第４実施形態について、図１８〜図２２を参照しながら説明する。

図１２、及び、図１３にそれぞれ対応する図１８、及び、図１９、並びに、第４実施形態の組立過程を示す図２０〜図２２から理解できるように、第４実施形態は、容器ＲＲ内に収容された「直列に接続された３つの熱交換器Ｅ」をそれぞれ反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３として使用する点において、反応器Ｒ１、Ｒ２、及び、Ｒ３内のそれぞれの熱交換器Ｅを「第１流体流路」の一部として使用する第３実施形態と異なる。

この相違点に基づき、第４実施形態では、特に、図２０、及び、図２１に示すように、容器ＲＲに収容されたＲ１、Ｒ２、及び、Ｒ３に対応する３つの熱交換器Ｅの内部空間に、それぞれ、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３が充填される。この状態にて、容器ＲＲの上面の開口全体を気密的に塞ぐように、容器ＲＲの上に単一の大きい蓋Ｂが接合される。そして、図１９、及び、図２２に示すように、ＲＲの上方に突出する「Ｒ１に対応する熱交換器Ｅの開口Ｅ１」と、ＲＲの上方に突出する「Ｒ３に対応する熱交換器Ｅの開口Ｅ２」と、Ｄ１の上方に突出する配管Ｂ３と、が配管Ｇ１で気密的に接続される。

容器ＲＲの内部空間のうち、３つの熱交換器Ｅ以外の領域は、「第１流体流路」そのものとして使用される。即ち、第４実施形態では、「容器ＲＲの内部空間における反応器Ｒ１に近い部分」が「ＲＲに設けられた開口Ｈ１」と接続され、「容器ＲＲの内部空間における反応器Ｒ３に近い部分」が「ＲＲに設けられた開口Ｈ２」と接続されている。従って、「第１流体通路」は、開口Ｈ１、「容器ＲＲの内部空間のうち３つの熱交換器Ｅ以外の領域」、及び、開口Ｈ２をこれらの順で接続して構成される、連続する流路である。「第１流体通路」の「第１側」が開口Ｈ１に対応し、「第１流体通路」の「第２側」が開口Ｈ２に対応する。

本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態では、前記「複数種類の蓄熱材」として、転換温度が異なる３種類の蓄熱材が使用されているが、転換温度が異なる２種類の蓄熱材が使用される構成、若しくは、転換温度が異なる４種類以上の蓄熱材が使用される構成が採用されてもよい。

また、上記各実施形態では、「第１流体通路」が連続する１本の通路で構成されているが、「第１流体通路」が並列に接続された連続する複数の通路で構成されてもよい。

また、上記各実施形態では、転換温度が異なる３種類の蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及び、Ｍ３として、それぞれ、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄が使用されているが、Ｍ３について、ＣａＳＯ₄に代えてＣａＣｌ₂が使用されても、上記各実施形態と同様の作用効果が奏され得る。

即ち、ＣａＣｌ₂は、ＣａＳＯ₄と同様、上記第１の性質（＝「水蒸気との発熱反応によって水和物になるとともに放熱する」という性質）、並びに、上記第２の性質（＝「外部から熱を受けて、水和物の吸熱反応によって水和物から水蒸気を放出して脱水されるとともに蓄熱する」という性質）を有する。

ＣａＣｌ₂は、下記(４)式に示す反応に関係する。（４）式において、「Ｑ」は熱エネルギーを示し、「ｎ」は任意の自然数である。(４)式において、ＣａＣｌ₂・ｎＨ₂Ｏは、ＣａＣｌ₂の水和物である。

ＣａＣｌ₂・ｎＨ₂Ｏ＋Ｑ→ＣａＣｌ₂＋ｎＨ₂Ｏ （吸熱反応）
ＣａＣｌ₂・ｎＨ₂Ｏ＋Ｑ←ＣａＣｌ₂＋ｎＨ₂Ｏ （発熱反応） …(４)

上記のように、蓄熱材Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３として、ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＣｌ₂が使用される場合においても、（任意の雰囲気圧力において）「ＣａＯ（＝Ｍ１）の転換温度がＭｇＯ（＝Ｍ２）の転換温度より高く、ＭｇＯ（＝Ｍ２）の転換温度がＣａＣｌ₂（＝Ｍ３）の転換温度より高い」という関係が成立する。

また、上記各実施形態では、転換温度が異なる複数種類の蓄熱材として、上記第１の性質、及び、上記第２の性質を有する蓄熱材が使用されているが、「炭酸ガスとの発熱反応によって炭酸物になるとともに放熱する」という性質」（第３の性質）、並びに、「外部から熱を受けて、炭酸物の吸熱反応によって炭酸物から炭酸ガスを放出して脱炭酸されるとともに蓄熱する」という性質）（第４の性質）を有する蓄熱材が使用されてもよい。

上記第３の性質、及び、上記第４の性質を有する、転換温度が異なる２種類の蓄熱材Ｍ１、及びＭ２の具体例として、それぞれ、ＣａＯ、及び、ＰｂＯが挙げられる。なお、この場合における「転換温度」とは、「蓄熱材そのもの（＝脱炭酸物）」と「その炭酸物」との間での状態の変化に関する温度の臨界点に相当する温度」と定義される。

ＣａＯ、及び、ＰｂＯは、それぞれ、下記(５)式、及び、（６）式に示す反応に関係する。各式において、「Ｑ」は熱エネルギーを示す。(５)式において、ＣａＣＯ₃は、ＣａＯの炭酸物であり、(６)式において、ＰｂＣＯ₃は、ＰｂＯの炭酸物である。

ＣａＣＯ₃＋Ｑ→ＣａＯ＋ＣＯ₂ （吸熱反応）
ＣａＣＯ₃＋Ｑ←ＣａＯ＋ＣＯ₂ （発熱反応） …(５)

ＰｂＣＯ₃＋Ｑ→ＰｂＯ＋ＣＯ₂ （吸熱反応）
ＰｂＣＯ₃＋Ｑ←ＰｂＯ＋ＣＯ₂ （発熱反応） …(６)

蓄熱材Ｍ１、及びＭ２として、ＣａＯ、及び、ＰｂＯが使用される場合、（任意の雰囲気圧力において）「ＣａＯ（＝Ｍ１）の転換温度がＰｂＯ（＝Ｍ２）の転換温度より高い」という関係が成立する。

以上、蓄熱材Ｍ１、及びＭ２として、ＣａＯ、及び、ＰｂＯが使用され（Ｍ３は省略）、且つ、凝縮部にて「水蒸気」に代えて「炭酸ガス」が収容される構成においても、上記各実施形態と同様の作用効果が奏され得る。

（蓄熱材を収容する容器）
以下、蓄熱材を収容する容器について、図２３〜図２５を参照しながら説明する。

上述した図５、図１６、及び、図２０に示すように、上記第１〜第３実施形態では、蓄熱材の粉末そのものを反応器の内部に投入することによって、蓄熱材の粉末が反応器に収容される。このため、反応器内では、蓄熱材の粉末の集合体が高密度に充填される。

上記第１〜第３実施形態では、上記放熱時、反応器の上蓋に設けられた配管を介して反応器の上方から反応器の内部に水蒸気が流入してくる。従って、反応器に充填された粉末の集合体のうち反応器の上蓋に近い領域には、水蒸気が到達し易い。この結果、上蓋に近い領域にある粉末は、上述した発熱反応（上記(１)〜(３)式を参照）を発生し易い。

一方、反応器に充填された粉末の集合体のうち反応器の上蓋から遠い領域（反応器の底に近い領域）に水蒸気が到達するためには、水蒸気が高密度に充填された粉末の間の狭い隙間を通って蛇行しながら下方に移動する必要がある。従って、上蓋から遠い領域には、水蒸気が到達し難い。この結果、上蓋から遠い領域にある粉末は、上述した発熱反応を発生し難い。

以上のように、反応器内にて蓄熱材の粉末の集合体が高密度に充填される場合、前記集合体のうち上記発熱反応が発生し難い領域が現れ易い。このことは、蓄熱材の粉末の集合体全体からみて、上記発熱反応の速度（単位時間あたりに水蒸気と反応する蓄熱材の量）をより一層高める余地があることを意味する。

同様に、上記第１〜第３実施形態では、上記蓄熱時、上述した吸熱反応（上記(１)〜(３)式を参照）によって反応器の上蓋から近い領域にある粉末から発生した水蒸気は、反応器の上方を介して接続部へと移動し易い。一方、上記吸熱反応によって反応器の上蓋から遠い領域にある粉末から発生した水蒸気が反応器の上方に移動するためには、水蒸気が高密度に充填された粉末の間の狭い隙間を通って蛇行しながら上方に移動する必要がある。従って、水蒸気が移動し難いので、水蒸気が飽和状態となり易い。このことに起因して、反応器の上蓋から遠い領域にある粉末は、上記吸熱反応を発生し難い。

以上のように、反応器内にて蓄熱材の粉末の集合体が高密度に充填される場合、前記集合体のうち上記吸熱反応が発生し難い領域が現れ易い。このことは、蓄熱材の粉末の集合体全体からみて、上記吸熱反応の速度（単位時間あたりに水蒸気を放出する蓄熱材の量）をより一層高める余地があることを意味する。

上記発熱反応、及び、上記吸熱反応の反応速度が上がると、「第１流体通路」を流れる流体と蓄熱材との間の熱交換に関する効率が高くなり、ケミカルヒートポンプ全体としてのエネルギー効率の上昇にも繋がる。

図２３に示す「蓄熱材を収容する容器」は、この問題に対処するためのものである。図２３に示すように、この容器は、長手方向（＝上下方向）を有する本体を備える。本体は、長手方向に貫通する内孔を備えた長手方向に延びる枠体Ｑと、前記内孔に「長手方向に沿って互いに平行に延びる複数の流路」が形成されるように前記内孔を仕切る隔壁Ｓと、で構成されている。

図２３に示す例では、前記枠体Ｑの断面が長方形を呈し、隔壁Ｓは、この長方形の断面を縦横方向のそれぞれの複数箇所にて縦横に仕切るように配置されている。隔壁Ｓは、多孔質材料で構成されている。

図２３に示す例では、隔壁Ｓで仕切られた「複数の流路」として、「長手方向の上側の端部が開口し且つ長手方向の下側の端部が栓部材Ｔで塞がれた第１流路Ｕ１」と、「長手方向の上側の端部及び下側の端部の両方が開口する第２流路Ｕ２」とが、枠体Ｑの断面における縦横方向のそれぞれにおいて交互に設けられている。

図２３に示す容器に対し、図２４に示すように、複数の第１流路Ｕ１には蓄熱材（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）が収容され、複数の第２流路Ｕ２には蓄熱材（Ｍ１，Ｍ２、Ｍ３）が収容されない。この状態を実現するためには、図２３に示す容器の上方からこの容器の上面に向けて、蓄熱材の粉末を投入すればよい。第１、第２流路Ｕ１、Ｕ２の上側の端部は両方とも開口している。従って、投入された粉末は、重力によって、第１、第２流路Ｕ１、Ｕ２の両方に進入する。Ｕ１の下側の端部は塞がれている一方で、Ｕ２の下側の端部は塞がれていない。従って、Ｕ１に進入した蓄熱材は、Ｕ１の内部に留まり、Ｕ１の内部に充填される一方で、Ｕ２に進入した蓄熱材は全て、Ｕ２の下側の端部からＵ２の外部へと落下していく。即ち、図２４に示すように、「複数のＵ１のみに蓄熱材の粉末が充填され、複数のＵ２に蓄熱材が充填されない状態」が得られる。

このように複数のＵ１のみに蓄熱材が充填された容器が、複数準備される。これらの容器が、上述した図５、図１６、及び、図２０において、蓄熱材の粉末そのものに代えて、反応器の内部（より詳細には、反応器の内部空間における熱交換器を除いた領域）に順に並べて載置される。

この結果、放熱時、反応器の上方から反応器の内部に水蒸気が流入してくると、図２５（ａ）に示すように、この容器の上方から長手方向に沿って水蒸気が容器内に流入してくる。第１、第２流路Ｕ１、Ｕ２の上側の端部は両方とも開口しているので、水蒸気は、第２流路Ｕ１、Ｕ２の両方に進入しようとする。しかしながら、Ｕ１には蓄熱材が充填されているので、水蒸気がＵ１内に進入し難い。従って、水蒸気は、蓄熱材が充填されていないＵ２に主として流入する。

Ｕ２に進入した水蒸気は、上側から下側に向けてＵ２内を移動し、Ｕ２の上側の端部から下側の端部まで行き亘る。この状態にて、Ｕ２内の水蒸気は、図２５（ａ）に示すように、長手方向（＝上下方向）のどの位置においても、多孔質の隔壁Ｓの気孔を介してＵ１に移動し得る。この結果、水蒸気が、長手方向（＝上下方向）において略均一に、Ｕ１内の蓄熱材の粉末の集合体に到達し得る。換言すれば、前記集合体のうち水蒸気が到達し難い領域が現れ難い。このことは、前記集合体のうち上記発熱反応が発生し難い領域が現れ難いことを意味する。

同様に、蓄熱時、長手方向（＝上下方向）のどの位置においても、上記吸熱反応によってＵ１内の蓄熱材の粉末から発生した水蒸気が、多孔質の隔壁Ｓの気孔を介してＵ２に移動し易い。Ｕ２に移動した水蒸気は、Ｕ２の上側の端部から容易に流出して、反応器の上方を介して接続部へと移動していく。このことは、前記集合体のうち上記吸熱反応が発生し難い領域が現れ難いことを意味する。

以上、図２４に示した「蓄熱材が充填された容器」が反応器の内部に並べて複数載置されることによって、上記発熱反応、及び、上記吸熱反応の反応速度が上がることが期待できる。従って、「第１流体通路」を流れる流体と蓄熱材との間の熱交換に関する効率が高くなり、ケミカルヒートポンプ全体としてのエネルギー効率の上昇にも繋がること、が期待できる。

隔壁Ｓの材質は、「容器に収容された蓄熱材」と同じ材料で構成されることが好適である。これにより、そうでない場合と比べて、反応器の内部に存在する蓄熱材の量を増やすことができ、ケミカルヒートポンプ全体として熱交換に関わる反応量を増やすことができる。

また、隔壁Ｓの材質は、ＳｉＣ、又は、Ｃで構成されることが好適である。ＳｉＣ、及び、Ｃは、熱伝導率が比較的大きい材料である。従って、これによれば、「第１流体通路」を流れる流体と蓄熱材との間の熱交換に関わる熱効率を高めることができる。

また、図２３に示す例では、第１流路Ｕ１と第２流路Ｕ２とが、枠体Ｑの断面における縦横方向のそれぞれにおいて交互に設けられているが、交互でなくてもよく、例えば、少なくとも１本の第２流路Ｕ２が存在していればよい。

本出願は、２０１４年１１月１０日に出願された日本国特許出願第２０１４−２２７７５２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、ケミカルヒートポンプの製造産業に利用可能である。

Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…蓄熱材、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…反応器、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…凝縮器、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…配管、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…バルブ、Ｈ１、Ｈ２…開口、Ｅ…熱交換器、Ｆ１、Ｆ２…配管、ＲＲ…容器、Ｑ…枠体、Ｓ…隔壁、Ｔ…栓部材、Ｕ１…第１流路、Ｕ２…第２流路

Claims (5)

1. 水蒸気との発熱反応によって水和物になるとともに放熱する蓄熱材であって、外部から熱を受けて前記水和物の吸熱反応によって前記水和物から水蒸気を放出して脱水されるとともに蓄熱する蓄熱材、を含む反応部と、
   水蒸気、及び水を含み、水蒸気と水との間で相転移を行う凝縮部と、
   前記反応部と前記凝縮部とを接続する接続部と、
   前記接続部の開閉を行うバルブと、
   その内部を流体が前記流体の流れ方向における第１側から第２側又は前記第２側から前記第１側に向けて流れる第１流体通路であって、前記流体と前記蓄熱材との間で熱交換を行わせる第１流体通路と、
   を含むケミカルヒートポンプであって、
   前記反応部は、前記蓄熱材として、前記蓄熱材と前記水和物との間での転換温度が異なる複数種類の蓄熱材を含み、前記複数種類の蓄熱材のそれぞれは、前記反応部内の異なる位置に配置され、
   前記流体が、前記流れ方向における前記第１流体通路のより前記第１側の位置で、前記転換温度がより高い前記蓄熱材とそれぞれ熱交換を行うように、前記複数種類の蓄熱材、及び前記第１流体通路が配置された、ケミカルヒートポンプ。
2. 請求項１に記載のケミカルヒートポンプにおいて、
   前記複数種類の蓄熱材として、
   ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＳＯ₄が使用され、
   前記第１流体通路の前記流れ方向において、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＣａＳＯ₄と熱交換を行う位置より前記第１側にあり、前記流体がＣａＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置より前記第１側にある、ケミカルヒートポンプ。
3. 請求項１に記載のケミカルヒートポンプにおいて、
   前記複数種類の蓄熱材として、
   ＣａＯ、ＭｇＯ、及び、ＣａＣｌ₂が使用され、
   前記第１流体通路の前記流れ方向において、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＣａＣｌ₂と熱交換を行う位置より前記第１側にあり、前記流体がＣａＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＭｇＯと熱交換を行う位置より前記第１側にある、ケミカルヒートポンプ。
4. 炭酸ガスとの発熱反応によって炭酸物になるとともに放熱する蓄熱材であって、外部から熱を受けて前記炭酸物の吸熱反応によって前記炭酸物から炭酸ガスを放出して脱炭酸されるとともに蓄熱する蓄熱材、を含む反応部と、
   炭酸ガスを収容する凝縮部と、
   前記反応部と前記凝縮部とを接続する接続部と、
   前記接続部の開閉を行うバルブと、
   その内部を流体が前記流体の流れ方向における第１側から第２側又は前記第２側から前記第１側に向けて流れる第１流体通路であって、前記流体と前記蓄熱材との間で熱交換を行わせる第１流体通路と、
   を含むケミカルヒートポンプであって、
   前記反応部は、前記蓄熱材として、前記蓄熱材と前記炭酸物との間での転換温度が異なる複数種類の蓄熱材を含み、前記複数種類の蓄熱材のそれぞれは、前記反応部内の異なる位置に配置され、
   前記流体が、前記流れ方向における前記第１流体通路のより前記第１側の位置で、前記転換温度がより高い前記蓄熱材とそれぞれ熱交換を行うように、前記複数種類の蓄熱材、及び前記第１流体通路が配置された、ケミカルヒートポンプ。
5. 請求項４に記載のケミカルヒートポンプにおいて、
   前記複数種類の蓄熱材として、
   ＣａＯ、及び、ＰｂＯが使用され、
   前記第１流体通路の前記流れ方向において、前記流体がＣａＯと熱交換を行う位置が、前記流体がＰｂＯと熱交換を行う位置より前記第１側にある、ケミカルヒートポンプ。