WO2017110477A1 - 化学蓄熱装置 - Google Patents

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WO2017110477A1
WO2017110477A1 PCT/JP2016/086389 JP2016086389W WO2017110477A1 WO 2017110477 A1 WO2017110477 A1 WO 2017110477A1 JP 2016086389 W JP2016086389 W JP 2016086389W WO 2017110477 A1 WO2017110477 A1 WO 2017110477A1
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heat
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heat exchange
fluid
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慶大 片桐
聡 針生
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Toyota Industries Corp
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Toyota Industries Corp
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F23/00—Features relating to the use of intermediate heat-exchange materials, e.g. selection of compositions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage device.
  • the chemical heat storage device disclosed in Patent Document 1 includes a reactor that stores therein a heat storage material that generates heat by a chemical reaction with a reaction medium and desorbs the reaction medium by endotherm, and a reservoir that stores the reaction medium.
  • the reactor includes a plurality of heat storage material storage portions in which the heat storage material is stored, a plurality of heat exchange units that perform heat exchange between a fluid to be heated (hereinafter, a fluid to be heated) and the heat storage material, The plurality of heat storage material accommodation portions and the plurality of heat exchange portions are alternately stacked. Thereby, heat exchange is performed between the heat object fluid which flows through the heat exchange part of a reactor, and the thermal storage material accommodated in the thermal storage material accommodating part adjacent to the said heat exchange part.
  • the flow rate of the fluid to be heated that flows through the heat exchange unit varies depending on the position from the center of the flow path pipe. That is, although the fluid to be heated is likely to flow to the heat exchanging part arranged near the center of the flow path pipe, it is far from the center of the flow path pipe, for example, near the periphery of the flow path pipe. It is difficult for the fluid to be heated to flow to the arranged heat exchange unit.
  • This invention aims at providing the chemical heat storage apparatus which can reduce the variation in the flow volume of the heating object fluid which flows through each heat exchange part in the reactor provided with a several heat exchange part.
  • a chemical heat storage device includes a heat storage material that generates heat by a chemical reaction with a reaction medium and desorbs the reaction medium by endotherm, and a flow path that accommodates the heat storage material and flows a fluid to be heated.
  • a reactor disposed in the reactor, a reservoir for storing the reaction medium, a connecting pipe for communicating the reactor and the reservoir, and for allowing the reaction medium to flow between the reactor and the reservoir.
  • the center of the flow path with a cross-sectionally corrugated fin that allows the fluid to be heated to flow Is lower flow resistance towards a position further than the close position.
  • the heat storage material accommodation portions and the heat exchange portions are alternately stacked in the reactor.
  • the heat exchanging section includes a fin having a cross-sectional wave shape that is thermally connected to the adjacent heat storage material accommodation section and can flow the fluid to be heated. Therefore, the fluid to be heated that passes through the heat exchange unit can exchange heat with the heat storage material in the heat storage material accommodation unit via the fins.
  • the reactor is disposed in a flow path through which the fluid to be heated flows. In such a heat exchange unit, the flow resistance is lower at a position farther from the position near the center of the flow path through which the fluid to be heated flows.
  • the fluid to be heated is more likely to flow at a far position where the fluid to be heated is difficult to face compared to a position near the center of the flow path as compared to a position near it.
  • the easiness of flow of the heating target fluid at a position far from the center of the flow path can be improved, and the flow rate of the heating target fluid at the position can be increased.
  • variation in the flow rate of the heating target fluid flowing through each heat exchange unit can be reduced.
  • the pitch of the fins may be coarser at a far position than at a position near the center of the flow path.
  • the height of the fin may be higher at a position farther than a position near the center of the flow path.
  • the flow resistance can be decreased as the height of the fin is increased, and the flow resistance can be increased as the height is decreased. Accordingly, it is possible to reduce the flow resistance at a position farther away than a position near the center of the flow path.
  • the heat exchange unit is located farther from the position near the center of the flow path in the stacking direction in which the heat storage material accommodation unit and the heat exchange unit are stacked.
  • the distribution resistance may be lowered. Thereby, the uniformity of the flow rate of the heating target fluid in the stacking direction can be improved.
  • the heat exchanging portion has a lower flow resistance at a position farther from a position near the center of the flow path in the width direction in which the heat exchanging portion spreads. It's okay. Thereby, the uniformity of the flow rate of the fluid to be heated in the width direction can be improved.
  • the reactor may include a distribution space for distributing the heating target fluid to the plurality of heat exchange units. Thereby, the fluid to be heated can be distributed to the respective heat exchange units.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a chemical heat storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a reactor according to a modification.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a reactor according to a modification.
  • the chemical heat storage device 1 is a device that uses a reversible chemical reaction to heat (warm up) a heating target without external energy. Specifically, the chemical heat storage device 1 stores a reaction medium that is desorbed from the heat storage material by the heat supplied from the heating target, and supplies the stored reaction medium to the heat storage material when necessary. In this device, the heat storage material and the reaction medium are chemically reacted to warm the object to be heated using reaction heat (heat radiation) during the chemical reaction. That is, the chemical heat storage device 1 is a device that stores heat from a heating target and supplies heat to the heating target by using a reversible chemical reaction. Exhaust gas, engine oil, cooling water or the like is applied as a heating target (referred to as “heating target fluid” in the following description). Moreover, in this embodiment, although ammonia is illustrated as a reaction medium, water vapor
  • the chemical heat storage device 1 includes a reactor 2 with a heat exchange unit, a reservoir 3, a connection pipe L1, and a valve 4.
  • the reactor 2 with a heat exchange part functions as a heater, and heats the heating target fluid through the heat exchange part.
  • the reactor 2 with a heat exchange part is arrange
  • the reactor 2 with a heat exchange unit is connected to an inlet flow path (flow path) L2 on the upstream side and to an outlet flow path (flow path) L3 on the downstream side.
  • the reactor 2 with a heat exchange unit includes a stacked unit 26 (a detailed configuration will be described later) in which a plurality of heat storage units 10 and a plurality of heat storage materials 21 are stacked, and each heat of the stacked unit 26.
  • a distribution space 23 that distributes the heating target fluid to the exchange unit 10 and an aggregation space 24 that collects the heating target fluid from each heat exchange unit of the stacking unit 26 are provided.
  • the inlet channel L2 is connected to the distribution space 23 at a substantially central position in the stacking direction and the width direction.
  • the “stacking direction” is a direction in which the heat storage material storage unit that stores the heat exchange unit 10 and the heat storage material 21 is stacked in the stacking unit 26.
  • the “width direction” is a direction in which the heat exchange unit 10 extends in the stacked unit 26.
  • the heating target fluid supplied from the inlet channel L ⁇ b> 2 enters the heat exchange units 10 of the stacking unit 26 while being diffused in the stacking direction and the width direction in the distribution space 23.
  • the outlet channel L3 is provided at a substantially central position in the stacking direction and the width direction with respect to the aggregated space 24.
  • the heating target fluid discharged from each heat exchange unit 10 of the stacked unit 26 is supplied into the aggregation space 24, merges in the space, and is discharged from the outlet channel L3.
  • the reservoir 3 has an adsorbent 3a.
  • the adsorbent 3a holds ammonia by physical adsorption and desorbs (separates) ammonia according to pressure.
  • activated carbon is used as the adsorbent 3a.
  • ammonia is desorbed from the adsorbent 3 a at the time of warming up and supplied to the reactor 2 with heat exchanging part (heat storage material 21), and after the warming up, the ammonia desorbed from the heat storage material 21 is adsorbed.
  • the material 3a is collected by physical adsorption.
  • the adsorbent 3a is not limited to activated carbon, and for example, mesoporous material having mesopores such as mesoporous silica, mesoporous carbon, and mesoporous alumina, or zeolite and silica gel may be used.
  • the connecting pipe L1 is a pipe that connects the reactor 2 with the heat exchange unit and the reservoir 3.
  • the connecting pipe L1 serves as a flow path for circulating ammonia between the reactor 2 with a heat exchange section and the reservoir 3.
  • One end of the connection pipe L1 on the side of the reactor 2 with the heat exchange unit is connected to the stacking unit 26.
  • the valve 4 is a valve that opens and closes an ammonia flow path between the reactor 2 with a heat exchange section and the storage 3.
  • the valve 4 is disposed in the middle of the connecting pipe L1. When the valve 4 is opened, the reactor 2 with the heat exchange section and the reservoir 3 communicate with each other through the connection pipe L1, and ammonia can be transferred.
  • the opening / closing control of the valve 4 is performed by a dedicated controller of the chemical heat storage device 1 or an ECU [Electronic Control Unit] that controls a device to which the chemical heat storage device 1 is applied.
  • the valve 4 is, for example, an electromagnetic normally closed valve that opens when a voltage is applied.
  • the valve 4 is opened by control by the ECU or the like.
  • a predetermined temperature a temperature set based on the activation temperature of the catalyst
  • the valve 4 is opened by control by the ECU or the like.
  • the high-pressure reservoir 3 filled with ammonia and the reactor 2 with a heat exchanging section having a lower pressure than the reservoir 3 are communicated with each other, and ammonia is desorbed from the adsorbent 3 a of the reservoir 3.
  • Ammonia desorbed from the adsorbent 3a flows through the connecting pipe L1, moves to the reactor 2 with a heat exchange part, and is supplied into the reactor 2 with a heat exchange part.
  • M a X Z in the following reaction formula is the material of the heat storage material 21.
  • M is selected from alkali metals, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr, transition metals such as Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, aluminum, and combinations of the metals 1 One or more cations.
  • X is one or more anions selected from fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion, thiocyanate ion, sulfate ion, molybdate ion, and phosphate ion. “X” may be, for example, Cl, Br, I or the like. “A” is the number of cations per salt molecule. “Z” is the number of anions per salt molecule. M a X Z + nNH 3 MM a (NH 3 ) n X Z + heat (A)
  • each heat storage material 21 The heat generated in each heat storage material 21 is conducted to each heat exchange unit 10.
  • heat from the heat storage material 21 is given to the heating target fluid. That is, the heat exchange unit 10 exchanges heat between the heat storage material 21 and the fluid to be heated. Thereby, the heating target fluid is heated.
  • the fluid to be heated that has been heated by the chemical heat storage device 1 flows to the downstream device or the like via the outlet channel L3.
  • the temperature of the fluid to be heated in the circulation system will increase.
  • the heat (exhaust heat) of the fluid to be heated whose temperature is increased is conducted to each heat exchange unit 10.
  • the heat storage material 21 is heated by each heat exchange unit 10 heated by the heat of the fluid to be heated. That is, the heat exchange unit 10 exchanges heat between the heating target fluid and the heat storage material 21.
  • the heat storage material 21 that chemically adsorbs ammonia absorbs the heat of the fluid to be heated and desorbs ammonia.
  • ammonia is generated (regeneration reaction). At this time, the reaction from the right side to the left side of the above reaction formula (A) occurs.
  • the valve 4 is opened under the control of the ECU or the like.
  • the ammonia generated in the reactor 2 with a heat exchanging section flows in the connecting pipe L ⁇ b> 1, moves to the storage 3 side, and is collected in the storage 3.
  • ammonia is adsorbed by the adsorbent 3a and stored.
  • the stacking unit 26 is configured by alternately stacking a plurality of heat exchange units 10 and tubes (heat storage material storage units) 22 that store a plurality of heat storage materials 21.
  • the tube 22 which accommodates the heat exchange part 10 and the heat storage material 21 is spreading along the width direction D2 perpendicular
  • the heat exchange unit 10 is disposed at both end portions (outermost portions in the stacking direction) of the stacking unit 26 in the stacking direction D1.
  • the edge part of the lamination direction D1 outer side of the heat exchanging part 10 of both ends is obstruct
  • the heat exchanging unit 10 disposed on the uppermost side in the stacking direction D1 may be referred to as “heat exchanging unit 10A”, and the heat exchanging unit 10A in the stacking direction D1 may be referred to.
  • the heat exchanging unit 10 arranged one step below may be referred to as a “heat exchanging unit 10B”.
  • the heat exchanging unit 10 disposed on the lowermost side in the stacking direction D1 may be referred to as a “heat exchanging unit 10D”, and the heat exchanging unit disposed on the upper side in the stacking direction with respect to the heat exchanging unit 10D.
  • the unit 10 may be referred to as a “heat exchange unit 10C”.
  • FIG. 10C In FIG.
  • the heat exchange unit 10 existing between the heat exchange unit 10B and the heat exchange unit 10C is omitted.
  • the number of stacked heat exchange units 10 is not particularly limited.
  • the heat exchange unit 10 may have four or more layers, four layers, or three layers.
  • the terms “upper” and “lower” are used according to the orientation of the drawing sheet, but the vertical direction is not limited in actual use.
  • the heat exchanging unit 10 is configured by arranging fins 11 having a corrugated cross section at a predetermined pitch and height in a heat exchange channel 12 through which a fluid to be heated flows.
  • the heat exchange part 10 is equipped with the fin of the cross-sectional wave shape which can distribute
  • the heat exchange channel 12 is formed between an upper wall surface and a lower wall surface facing each other in parallel in the stacking direction D1.
  • the upstream end of the heat exchange channel 12 opens into the distribution space 23, and the downstream end opens into the aggregation space 24 (see FIG. 1).
  • the fin 11 is a member for promoting heat exchange between the exhaust gas and the heat storage material 21.
  • the fin 11 is a metal member made of a metal such as stainless steel or aluminum.
  • the cross-sectional shape of the fin 11 has a waveform that spreads in the width direction D2 in a constant pattern.
  • the fin 11 has a square wave shape.
  • the fin 11 includes a first portion 11a that extends straight in the width direction D2 along the lower inner wall surface of the heat exchange channel 12, and a stacking direction D1 from the end of the portion 11a in the width direction D2.
  • the patterns of such portions 11a, 11b, 11c, and 11d are continuous along the width direction D2. At this time, the distance in the width direction D2 between the neutral axis of the second portion 11b and the neutral axis of the fourth portion 11d corresponds to the “pitch” of the waveform.
  • the distance in the stacking direction D1 between the neutral axis of the first portion 11a and the neutral axis of the third portion 11c corresponds to the “height” of the wave shape.
  • the fin 11 is extended with the fixed cross-sectional shape with respect to the direction through which the fluid to be heated flows.
  • the upstream end of the fin 11 extends to the upstream end of the heat exchange channel 12, and the downstream end of the fin 11 extends to the downstream end of the heat exchange channel 12. ing.
  • the positions of the end portions of the fins 11 are not particularly limited, and the fins 11 may be disposed inside the heat exchange channel 12 relative to the upstream and downstream ends of the heat exchange channel 12.
  • the fin 11 is joined to the wall surface constituting the heat exchange channel 12 by welding or brazing.
  • the tube 22 that houses the heat storage material 21 is disposed between the heat exchanging unit 10 and the heat exchanging unit 10 that are adjacent to each other in the stacking direction D1 of the stacking unit 26.
  • the tube 22 which accommodates the heat storage material 21 may be arrange
  • Each length of the tube 22 that accommodates the heat storage material 21 in the width direction D ⁇ b> 2 may be the same as that of the heat exchange unit 10.
  • the heat storage material 21 is, for example, a press-molded body that is press-molded into a pellet shape.
  • the heat storage material 21 accommodated in the tube 22 may have a flat, substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the heat storage material 21 When the heat storage material 21 supplies ammonia as a reaction medium, the heat storage material 21 generates heat by chemically reacting with ammonia (chemical adsorption). Further, when the heat storage material 21 to which ammonia has been chemically adsorbed is heated via the heat exchanging portion 10 by the heating target fluid that has become high temperature, the heat is absorbed and the ammonia is desorbed.
  • a halogen compound represented by a composition formula M a XZ As the heat storage material 21, as described in the reaction formula (A), a halogen compound represented by a composition formula M a XZ is used.
  • the heat storage material 21 may be mixed with an additive that improves thermal conductivity. Examples of the additive include carbon fiber, carbon bead, SiC bead, metal bead, polymer bead, and polymer fiber. Examples of the metal material of the metal beads include Cu, Ag, Ni, Ci—Cr, Al, Fe, and stainless steel.
  • the heat exchange flow path 12 in which the fins 11 are arranged has a lower flow resistance at a position farther from the position near the center of the inlet flow path (flow path through which the heating target fluid flows) L2. .
  • the flow resistance of the heat exchange unit 10 indicates the degree of easiness of flow when the fluid to be heated flows through the heat exchange channel 12 of the heat exchange unit 10, and the higher the flow resistance, the more the fluid to be heated flows. This indicates that the lower the flow resistance, the easier the fluid to be heated flows.
  • the flow resistance of the heat exchange unit 10 may be adjusted by changing the pitch of the fins 11, or may be adjusted by changing the height of the fins 11, or adjusted by changing both. May be.
  • the height of the fin 11 is equal in each heat exchange part 10, and the fluid resistance is adjusted by changing the pitch of the fin 11.
  • the heat exchange flow path 12 in which the fins 11 are arranged has a lower flow resistance at a position farther from the position closer to the inlet flow path L2 in the stacking direction D1. .
  • the inlet flow path L2 when the inlet flow path L2 is connected to the stacking portion 26 at a substantially central position in the stacking direction D1 and the width direction D2 (the two-dot chain line indicates the inlet flow
  • the flow resistance of the heat exchanging part 10A at a far position is lower than that of the heat exchanging part 10B near the center of the inlet flow path L2.
  • the fins 11A of the heat exchange unit 10A have a larger pitch than the fins 11B of the heat exchange unit 10B.
  • the flow resistance of the heat exchange unit 10D at a far position is lower than that of the heat exchange unit 10C near the center of the inlet flow path L2.
  • the fins 11D of the heat exchange unit 10D have a larger pitch than the fins 11C of the heat exchange unit 10C.
  • the pitch of the fin on the center side may be set to be denser than the pitch of the existing fin, and the pitch of the outer fin is set to be coarser than the pitch of the existing fin. Also good.
  • a plurality of tubes 22 and a plurality of heat exchange units 10 are alternately stacked in the reactor 2.
  • the heat exchanging unit 10 includes a fin 11 having a corrugated cross section that is thermally connected to the adjacent tube 22 and can flow the heating target fluid. Therefore, the fluid to be heated that passes through the heat exchanging unit 10 can exchange heat with the heat storage material 21 accommodated in the tube 22 via the fins 11.
  • the reactor 2 is disposed in a flow path through which the fluid to be heated flows.
  • the reactor 2 is connected to an inlet channel L ⁇ b> 2 that supplies a heating target fluid to the plurality of heat exchange units 10.
  • heat exchange part 10 In such a heat exchange part 10, it is far from the position (specifically, the heat exchange parts 10B and 10C shown in FIG. 2) close to the center of the inlet flow path L2, which is a flow path through which the fluid to be heated flows.
  • the flow resistance is lower at the positions (heat exchange units 10A and 10D). Therefore, in the far position (heat exchange part 10A, 10D) where the fluid to be heated is hard to face compared to the position near the center of the inlet channel L2, compared to the near position (heat exchange part 10B, 10C).
  • the fluid to be heated is easy to flow.
  • the easiness of flow of the heating target fluid at a position far from the center of the inlet channel L2 can be improved, and the flow rate of the heating target fluid at the position can be increased.
  • variation in the flow rate of the heating target fluid flowing through each heat exchange unit 10 can be reduced.
  • the reaction with the heat storage material 21 is completed early in the heat exchange unit 10 with a large flow rate.
  • the heat exchange part 10 with a small flow rate it takes time for the reaction in the heat storage material 21. Therefore, the problem that reaction time becomes long with respect to the heat output of the reactor 2 whole arises.
  • the pitch of the fins 11 is coarser at a position farther than a position near the center of the inlet channel L2 that is a channel.
  • the distribution resistance can be increased as the pitch of the fins 11 is roughened, and the distribution resistance can be increased as the pitch is increased. Therefore, it is possible to reduce the flow resistance at a position farther away than a position near the center of the inlet channel L2.
  • the heat exchange unit 10 in which the fins 11 are arranged has the inlet channel L2 in the stacking direction D1 in which the tube 22 that stores the heat storage material 21 and the heat exchange unit 10 are stacked.
  • the flow resistance is lower at the far position than at the position near the center. Thereby, the uniformity of the flow volume of the heating target fluid in the stacking direction D1 can be improved.
  • the fins 11A and 11D of the outermost heat exchange parts 10A and 10D in the stacking direction D1 are in contact with the cover members 6 and 7 exposed to the outside.
  • the amount of heat radiated to the outside through the fins 11A and 11D and the cover members 6 and 7 can be reduced by increasing the pitch of the fins 11A and 11D in order to reduce the flow resistance.
  • the reactor 2 includes a distribution space 23 that distributes the fluid to be heated to the plurality of heat exchange units 10. Thereby, the fluid to be heated can be distributed to the respective heat exchanging units 10.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the height of the fin 31 is higher at a position farther than a position near the center of the flow path.
  • the flow resistance can be lowered as the height of the fin 31 is increased, and the flow resistance can be increased as the height is lowered. Therefore, it is possible to reduce the flow resistance at a position farther away than a position near the center of the inlet channel L2.
  • the heights of the fins 31A and 31D of the portions 30A and 30D are higher.
  • the heat exchanging unit 10 is circulated in a far position in the width direction D2 in which the heat exchanging unit 10 spreads as compared to a position near the center of the inlet channel L2.
  • the resistance is low.
  • the uniformity of the flow volume of the heating object fluid in the width direction D2 can be improved.
  • the pitch of the fins 31A, 31B, 31C, and 31D of the heat exchange units 30A, 30B, 30C, and 30D becomes rougher as the distance from the center of the inlet channel L2 increases in the width direction D2.
  • the flow resistance at a position far from the center of the inlet channel L2 in the width direction D2 can be reduced.
  • the reactor 2 shown in FIG. 4 may be adopted.
  • curved corrugated fins 41A, 41B, 41C, and 41D are employed instead of the rectangular corrugated shape as described above. .
  • the flow resistance of the heat exchange unit 10 (that is, the aspect of the fins) is changed step by step.
  • the distribution resistance may be changed by a plurality of stages.
  • the flow resistance may be the same for the two-stage heat exchange unit 10 that is continuous in the stacking direction D1, and may be different from the flow resistance of the other heat exchange unit 10 adjacent to the set.
  • the attachment position with respect to the reactor 2 of the inlet flow path L2 and the outlet flow path L3 may not be a center position, and may be a position close to one end side in the stacking direction D1 or the width direction D2. That is, as long as the reactor is arranged in the flow path through which the fluid to be heated flows, the mode and the like of the flow path and the reactor are not particularly limited.
  • the flow path piping extends, and the reactor 2 may be disposed inside without changing the diameter of the flow path piping.

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Abstract

化学蓄熱装置は、反応媒体との化学反応により発熱しかつ吸熱により反応媒体を脱離する蓄熱材と、蓄熱材を内部に収容するとともに加熱対象流体が流通する流路に配置された反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを連通し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管と、を備え、反応器は、蓄熱材を収容する複数の蓄熱材収容部と、蓄熱材収容部に隣接して設けられ、加熱対象流体と蓄熱材収容部の蓄熱材との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、を備え、蓄熱材収容部と熱交換部とが、交互に積層されており、複数の熱交換部の各々は、隣接する蓄熱材収容部に熱的に接続されるとともに加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィンを備え、加熱対象流体が流通する流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が流通抵抗が低い。

Description

化学蓄熱装置
　本発明は、化学蓄熱装置に関する。
　従来の化学蓄熱装置として、特許文献１に示されるものが知られている。特許文献１に示される化学蓄熱装置は、反応媒体との化学反応により発熱しかつ吸熱により反応媒体を脱離する蓄熱材を内部に収容する反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、を備えている。また、反応器は、蓄熱材が収容された複数の蓄熱材収容部と、加熱対象となる流体（以下、加熱対象流体）と蓄熱材との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、を備えており、複数の蓄熱材収容部と複数の熱交換部とが、交互に積層されている。これにより、反応器の熱交換部を流れる加熱対象流体と当該熱交換部に隣接する蓄熱材収容部に収容された蓄熱材との間で熱交換が行われる。
特開２０１１－２０８８６５号公報
　ここで、上述の化学蓄熱装置のように、加熱対象流体が流れる流路配管（流路）に熱交換部と蓄熱材収容部とが積層配置された反応器を設置する場合、反応器における各熱交換部を流れる加熱対象流体の流量は、流路配管の中心からの位置により異なる。すなわち、流路配管の中心に近い位置に配置される熱交換部に対しては加熱対象流体が流れやすいが、流路配管の中心から遠い位置、例えば、流路配管の周縁部に近い位置に配置される熱交換部に対しては加熱対象流体が流れにくくなっている。従って、１つの反応器であっても熱交換部を流れる加熱対象流体の流量が位置によって不均一になるという問題が生じる。このように、加熱対象流体の流量が不均一となる場合、蓄熱材の反応の進行度合いが位置によって不均一になり、所望の加熱が行われなくなってしまう。
　本発明は、複数の熱交換部を備える反応器において、各熱交換部を流れる加熱対象流体の流量のバラつきを低減できる化学蓄熱装置を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る化学蓄熱装置は、反応媒体との化学反応により発熱しかつ吸熱により反応媒体を脱離する蓄熱材と、蓄熱材を内部に収容するとともに加熱対象流体が流通する流路に配置された反応器と、反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、反応器と貯蔵器とを連通し、反応器と貯蔵器との間で反応媒体を流通させる接続管と、を備え、反応器は、蓄熱材を収容する複数の蓄熱材収容部と、蓄熱材収容部に隣接して設けられ、加熱対象流体と蓄熱材収容部の蓄熱材との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、を備え、蓄熱材収容部と熱交換部とが、交互に積層されており、複数の熱交換部の各々は、隣接する蓄熱材収容部に熱的に接続されるとともに加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィンを備え、加熱対象流体が流通する流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が流通抵抗が低い。
　本発明の一側面に係る化学蓄熱装置では、反応器において、蓄熱材収容部と熱交換部とが、交互に積層されている。また、熱交換部は、隣接する蓄熱材収容部に熱的に接続されるとともに加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィンを備える。従って、熱交換部を通過する加熱対象流体は、フィンを介して蓄熱材収容部の蓄熱材と熱交換を行うことができる。反応器は、加熱対象流体が流通する流路に配置されている。このような熱交換部では、加熱対象流体が流通する流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が流通抵抗が低い。従って、流路の中心に近い位置に比して加熱対象流体が向かい難い位置である遠い位置では、近い位置に比して加熱対象流体が流れ易くなっている。これによって、流路の中心から遠い位置における加熱対象流体の流れ易さを向上し、当該位置での加熱対象流体の流量を増加できる。以上により、複数の熱交換部を備える反応器において、各熱交換部を流れる加熱対象流体の流量のバラつきを低減できる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置において、フィンのピッチは、流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が粗くてよい。フィンのピッチを粗くするほど流通抵抗を低くし、ピッチを密にするほど流通抵抗を高めることができる。従って、流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方の流通抵抗を低くできる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置において、フィンの高さは、流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が高くてよい。フィンの高さを高くするほど流通抵抗を低くし、高さを低くするほど流通抵抗を高くすることができる。従って、流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方の流通抵抗を低くできる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置において、熱交換部は、蓄熱材収容部と熱交換部とを積層する積層方向において、流路の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされてよい。これにより、積層方向における加熱対象流体の流量の均一性を向上できる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置において、熱交換部は、熱交換部が広がる幅方向において、流路の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされていてよい。これにより、幅方向における加熱対象流体の流量の均一性を向上できる。
　本発明の他の側面に係る化学蓄熱装置において、反応器は、複数の熱交換部へ加熱対象流体を分配する分配空間を備えてよい。これによって、それぞれの熱交換部へ加熱対象流体を分配できる。
　本発明によれば、複数の熱交換部を備える反応器において、各熱交換部を流れる加熱対象流体の流量のバラつきを低減できる。
図１は、本発明の実施形態に係る化学蓄熱装置の全体構成を示した概略構成図である。 図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、変形例に係る反応器の断面図である。 図４は、変形例に係る反応器の断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
　まず、図１を参照して、化学蓄熱装置１の詳細な構成について説明する。化学蓄熱装置１は、可逆的な化学反応を利用して、外部エネルギレスで加熱対象を加熱（暖機）する装置である。具体的には、化学蓄熱装置１は、加熱対象から供給される熱により蓄熱材から脱離する反応媒体を蓄えておき、その蓄えられた反応媒体を必要なときに蓄熱材に供給することで、蓄熱材と反応媒体とを化学反応させて化学反応時の反応熱（放熱）を利用して加熱対象を暖める装置である。即ち、化学蓄熱装置１は、可逆的な化学反応を利用して、加熱対象からの熱を蓄えるとともに、加熱対象に熱を供給する装置である。加熱対象（以下の説明では「加熱対象流体」と称する）として、排気ガス、エンジンオイル、冷却水等が適用される。また、本実施形態では、反応媒体としてアンモニアが例示されているが、水蒸気であってもよい。
　化学蓄熱装置１は、熱交換部付き反応器２と、貯蔵器３と、接続管Ｌ１と、バルブ４とを備えている。熱交換部付き反応器２は、ヒータとして機能し、熱交換部を介して加熱対象流体を加熱する。熱交換部付き反応器２は、加熱対象流体が流通する流路に配置されている。本実施形態では、熱交換部付き反応器２には、上流側に入口流路（流路）Ｌ２が接続され、下流側に出口流路（流路）Ｌ３が接続されている。入口流路Ｌ２から流入して昇温された加熱対象流体は、出口流路Ｌ３を介して下流側へ流れる。
　熱交換部付き反応器２は、複数の熱交換部１０及び複数の蓄熱材２１を収容する蓄熱材収容部が積層された積層部２６（詳細な構成は後述）と、積層部２６の各熱交換部１０へ加熱対象流体を分配する分配空間２３と、積層部２６の各熱交換部からの加熱対象流体を集約する集約空間２４と、を備える。本実施形態では、入口流路Ｌ２は、分配空間２３に対して積層方向及び幅方向における略中央位置に接続される。なお、「積層方向」とは、積層部２６において熱交換部１０及び蓄熱材２１を収容する蓄熱材収容部が積層される方向である。「幅方向」とは、積層部２６において熱交換部１０が延びる方向である。入口流路Ｌ２から供給された加熱対象流体は分配空間２３において積層方向及び幅方向へ拡散した状態で、積層部２６の各熱交換部１０へ入り込む。出口流路Ｌ３は、集約空間２４に対して積層方向及び幅方向の略中央位置に設けられる。積層部２６の各熱交換部１０から排出された加熱対象流体は、集約空間２４内へ供給され、当該空間内で合流して、出口流路Ｌ３から排出される。
　貯蔵器３は、吸着材３ａを有している。吸着材３ａは、アンモニアを物理吸着により保持し、かつ、圧力に応じてアンモニアを脱離（分離）する。吸着材３ａとしては、例えば、活性炭が用いられる。貯蔵器３では、暖機時にアンモニアを吸着材３ａから脱離させて熱交換部付き反応器２（蓄熱材２１）に供給するとともに、暖機終了後には蓄熱材２１から脱離したアンモニアを吸着材３ａに物理吸着させることで回収する。なお、吸着材３ａとしては、活性炭に限られず、例えば、メソポーラスシリカ、メソポーラスカーボン、メソポーラスアルミナなどのメソ孔を有するメソポーラス材、または、ゼオライト、シリカゲルを用いてもよい。
　接続管Ｌ１は、熱交換部付き反応器２と貯蔵器３とを接続する管である。接続管Ｌ１は、熱交換部付き反応器２と貯蔵器３との間でアンモニアを流通させる流路となる。接続管Ｌ１の熱交換部付き反応器２側の一端部は、積層部２６に対して接続されている。バルブ４は、熱交換部付き反応器２と貯蔵器３との間のアンモニアの流路を開閉するバルブである。バルブ４は、接続管Ｌ１の途中に配設されている。バルブ４が開かれると、接続管Ｌ１を介して熱交換部付き反応器２と貯蔵器３とが連通し、アンモニアの移動が可能となる。バルブ４の開閉制御は、化学蓄熱装置１の専用のコントローラ、あるいは化学蓄熱装置１の適用先の装置を制御するＥＣＵ[Electronic Control Unit]などで行われる。バルブ４は、例えば、電磁式のノーマリクローズのバルブであり、電圧印加時に開く。
　この化学蓄熱装置１では、入口流路Ｌ２の加熱対象流体の温度が所定温度（触媒の活性温度に基づいて設定された温度）より低いときに、ＥＣＵなどによる制御によりバルブ４が開かれる。これにより、アンモニアが充填された圧力の高い貯蔵器３と貯蔵器３よりも圧力の低い熱交換部付き反応器２とが連通されることになり、貯蔵器３の吸着材３ａからアンモニアが脱離する。吸着材３ａから脱離したアンモニアは、接続管Ｌ１内を流れて熱交換部付き反応器２側に移動し、熱交換部付き反応器２内に供給される。熱交換部付き反応器２では、供給されたアンモニアと各蓄熱材２１とがそれぞれ化学反応し、熱を発生させる（発熱反応）。このとき、下記の反応式（Ａ）の左辺から右辺への反応が起きる。なお、下記の反応式のＭａＸＺは、蓄熱材２１の材質である。「Ｍ」は、アルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどの遷移金属、アルミニウム、及び前記金属の組み合わせから選択された１つ以上のカチオンである。「Ｘ」は、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、及びリン酸イオンから選択された１つ以上のアニオンである。「Ｘ」は、例えば、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉなどであってよい。「ａ」は、塩分子１つあたりのカチオンの数である。「ｚ」は、塩分子１つあたりのアニオンの数である。
 
　ＭａＸＺ＋ｎＮＨ３　⇔　Ｍａ（ＮＨ３）ｎＸＺ＋熱　　　…（Ａ）
 
　この各蓄熱材２１で発生した熱は、各熱交換部１０に伝導される。各熱交換部１０では、蓄熱材２１からの熱が加熱対象流体に与えられる。即ち、熱交換部１０は、蓄熱材２１と加熱対象流体との間で熱交換する。これにより、加熱対象流体が、昇温する。この化学蓄熱装置１により昇温された加熱対象流体が出口流路Ｌ３を介して下流側の装置等へ流れる。
　暖機終了後、ある程度継続すると、循環系の加熱対象流体の温度が高くなる。この温度が高くなった加熱対象流体の熱（排熱）は、各熱交換部１０に伝導される。加熱対象流体の熱により加熱された各熱交換部１０によって、蓄熱材２１が加熱される。即ち、熱交換部１０は、加熱対象流体と蓄熱材２１との間で熱交換する。このとき、アンモニアを化学吸着している蓄熱材２１は、加熱対象流体の熱を吸熱してアンモニアを脱離する。これにより、熱交換部付き反応器２内では、アンモニアが発生する（再生反応）。このとき、上記の反応式（Ａ）の右辺から左辺への反応が起きる。この再生反応に伴い、ＥＣＵなどによる制御により、バルブ４が開かれる。これにより、熱交換部付き反応器２内で発生したアンモニアは、接続管Ｌ１内を流れて貯蔵器３側に移動し、貯蔵器３に回収される。貯蔵器３では、吸着材３ａでアンモニアを吸着して貯蔵する。
　次に、図２を参照して、熱交換部付き反応器２の構成について詳細に説明する。
　図２に示すように、積層部２６は、複数の熱交換部１０と複数個の蓄熱材２１を収容するチューブ（蓄熱材収容部）２２とを交互に積層することによって構成されている。また、各層において、熱交換部１０及び蓄熱材２１を収容するチューブ２２は、積層方向Ｄ１及び加熱対象流体の流通方向に垂直な幅方向Ｄ２に沿って広がっている。本実施形態では、積層部２６の積層方向Ｄ１における両端部（積層方向の最外部）には、熱交換部１０が配置されている。また、両端部の熱交換部１０の積層方向Ｄ１外側の端部は、カバー部材６，７によってそれぞれ塞がれている。なお、図２に示す例においては、積層方向Ｄ１における最も紙面上側に配置される熱交換部１０を「熱交換部１０Ａ」と称する場合があり、当該熱交換部１０Ａに対して積層方向Ｄ１における一段下側に配置される熱交換部１０を「熱交換部１０Ｂ」と称する場合がある。また、積層方向Ｄ１における最も紙面下側に配置される熱交換部１０を「熱交換部１０Ｄ」と称する場合があり、当該熱交換部１０Ｄに対して積層方向における一段上側に配置される熱交換部１０を「熱交換部１０Ｃ」と称する場合がある。なお、図２においては、熱交換部１０Ｂと熱交換部１０Ｃとの間に存在する熱交換部１０は省略されている。熱交換部１０の積層数は特に限定されない。熱交換部１０は４層以上でもよく、４層でもよく、３層であってもよい。なお、説明の便宜上、図面の紙面の向きに応じて「上」「下」の語を用いているが、実際の使用時においては、上下方向が限定されるものではない。
　熱交換部１０は、加熱対象流体を流通させる熱交換用流路１２内に、所定のピッチ及び高さで断面波形状のフィン１１を配置することによって構成される。これにより、熱交換部１０は、隣接するチューブ２２に熱的に接続されるとともに加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィンを備える。熱交換用流路１２は、互いに積層方向Ｄ１に平行に対向する上壁面及び下壁面との間に形成される。熱交換用流路１２は、上流側の端部が分配空間２３内に開口しており、下流側の端部が集約空間２４内に開口している（図１参照）。
　フィン１１は、排気ガスと蓄熱材２１との熱交換を促進するための部材である。フィン１１は、ステンレス鋼、アルミ等の金属によって構成される金属製の部材である。フィン１１の断面形状は、一定のパターンで幅方向Ｄ２へ向かって広がる波形をなしている。また、本実施形態では、フィン１１は、角形状の波形状をなしている。具体的には、フィン１１は、熱交換用流路１２の下側の内壁面に沿って幅方向Ｄ２に真っ直ぐ延びる第１の部分１１ａと、部分１１ａの幅方向Ｄ２における端部から積層方向Ｄ１における上側へ真っ直ぐに延びる第２の部分１１ｂと、第２の部分１１ｂの上端部から熱交換用流路１２の上側の内壁面に沿って幅方向Ｄ２に真っ直ぐに延びる第３の部分１１ｃと、第３の部分１１ｃの幅方向Ｄ２における端部から積層方向Ｄ１における下側へ真っ直ぐに延びる第４の部分１１ｄと、を備えている。フィン１１は、このような部分１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのパターンが幅方向Ｄ２に沿って連続している。このとき、第２の部分１１ｂの中立軸と第４の部分１１ｄの中立軸との間の幅方向Ｄ２における距離が波形状の「ピッチ」に該当する。また、第１の部分１１ａの中立軸と第３の部分１１ｃの中立軸との間の積層方向Ｄ１における距離が波形状の「高さ」に該当する。なお、フィン１１は、加熱対象流体が流れる方向に対しては、一定な断面形状で延びている。フィン１１の上流側の端部は、熱交換用流路１２の上流側の端部まで延びており、フィン１１の下流側の端部は熱交換用流路１２の下流側の端部まで延びている。ただし、フィン１１の端部の位置は特に限定されず、熱交換用流路１２の上流及び下流側の端部よりも熱交換用流路１２の内側に配置されていてもよい。フィン１１は、熱交換用流路１２を構成する壁面に対して、溶接又はろう付けなどにより接合されている。
　蓄熱材２１を収容するチューブ２２は、積層部２６の積層方向Ｄ１に隣り合う熱交換部１０と熱交換部１０との間に配置されている。なお、蓄熱材２１を収容するチューブ２２は、積層方向の端部に配置されていてもよい。蓄熱材２１を収容するチューブ２２の幅方向Ｄ２の各長さは、熱交換部１０と同じであってよい。蓄熱材２１は、例えば、ペレット状にプレス成型されたプレス成型体である。チューブ２２に収容された蓄熱材２１は、扁平な略直方体形状であってよい。蓄熱材２１は、反応媒体としてのアンモニアを供給すると、アンモニアと化学反応（化学吸着）して発熱する。また、アンモニアが化学吸着された蓄熱材２１は、高温となった加熱対象流体により熱交換部１０を介して加熱されると、その熱を吸熱してアンモニアを脱離する。蓄熱材２１としては、反応式（Ａ）で説明したように、組成式ＭａＸＺで表されるハロゲン化合物が用いられる。なお、蓄熱材２１には、熱伝導性を向上させる添加物が混合されていてもよい。添加物としては、例えば、カーボンファイバ、カーボンビーズ、ＳｉＣビーズ、金属ビーズ、高分子ビーズ、高分子ファイバである。金属ビーズの金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｉ－Ｃｒ、Ａｌ、Ｆｅ、ステンレス鋼である。
　次に、各熱交換部１０におけるフィン１１の態様について説明する。フィン１１が配置された熱交換用流路１２は、入口流路（加熱対象流体が流通する流路）Ｌ２の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされている。熱交換部１０の流通抵抗とは、加熱対象流体が熱交換部１０の熱交換用流路１２を流通する際の流れ易さの度合いを示しており、流通抵抗が高いほど加熱対象流体が流れにくく、流通抵抗が低いほど加熱対象流体が流れやすいことを示している。熱交換部１０の流通抵抗は、フィン１１のピッチを変更することによって調整されてよく、または、フィン１１の高さを変更することによって調整されてもよく、あるいは両方を変更することによって調整されてもよい。本実施形態においては、フィン１１の高さは各熱交換部１０において等しく、フィン１１のピッチを変更することで流体抵抗が調整されている。また、本実施形態では、フィン１１が配置された熱交換用流路１２は、積層方向Ｄ１において、入口流路Ｌ２から近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされている。
　具体的には、図２において仮想線で示すように、入口流路Ｌ２が積層部２６に対し、積層方向Ｄ１及び幅方向Ｄ２における略中央位置に接続されている場合（二点鎖線で入口流路Ｌ２の位置を表示している）、入口流路Ｌ２の中心に近い熱交換部１０Ｂに比して、遠い位置の熱交換部１０Ａの方が流通抵抗が低くされている。具体的には、熱交換部１０Ａのフィン１１Ａは、熱交換部１０Ｂのフィン１１Ｂよりもピッチが大きい。また、入口流路Ｌ２の中心に近い熱交換部１０Ｃに比して、遠い位置の熱交換部１０Ｄの方が流通抵抗が低くされている。具体的には、熱交換部１０Ｄのフィン１１Ｄは、熱交換部１０Ｃのフィン１１Ｃよりもピッチが大きい。なお、設計時においては、中央側のフィンのピッチを既存のフィンのピッチより密となるように設定してもよく、外側のフィンのピッチを既存のフィンのピッチより粗くなるように設定してもよい。
　次に、本実施形態に係る化学蓄熱装置１の作用・効果について説明する。
　本実施形態に係る化学蓄熱装置１では、反応器２において、複数のチューブ２２と複数の熱交換部１０とが、交互に積層されている。また、熱交換部１０は、隣接するチューブ２２に熱的に接続されるとともに加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィン１１を備える。従って、熱交換部１０を通過する加熱対象流体は、フィン１１を介してチューブ２２に収容された蓄熱材２１と熱交換を行うことができる。反応器２は、加熱対象流体が流通する流路に配置されている。ここでは、反応器２は、複数の熱交換部１０へ加熱対象流体を供給する入口流路Ｌ２に接続されている。このような熱交換部１０では、加熱対象流体が流通する流路である入口流路Ｌ２の中心に近い位置（具体的には、図２に示す熱交換部１０Ｂ，１０Ｃ）に比して遠い位置（熱交換部１０Ａ，１０Ｄ）の方が流通抵抗が低い。従って、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して加熱対象流体が向かい難い位置である遠い位置（熱交換部１０Ａ，１０Ｄ）では、近い位置（熱交換部１０Ｂ，１０Ｃ）に比して加熱対象流体が流れ易くなっている。これによって、入口流路Ｌ２の中心から遠い位置における加熱対象流体の流れ易さを向上し、当該位置での加熱対象流体の流量を増加できる。以上により、複数の熱交換部１０を備える反応器２において、各熱交換部１０を流れる加熱対象流体の流量のバラつきを低減できる。例えば、各熱交換部１０に対する加熱対象流体の流量が不均一であった場合、流量の多い熱交換部１０では蓄熱材２１での反応が早期に完了する。その一方で、流量の少ない熱交換部１０では蓄熱材２１での反応に時間がかかる。従って、反応器２全体としての熱の出力に対して反応時間が長くなるという問題が生じる。
　本実施形態に係る化学蓄熱装置１において、フィン１１のピッチは、流路である入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して遠い位置の方が粗い。フィン１１のピッチを粗くするほど流通抵抗を低くし、ピッチを密にするほど流通抵抗を高めることができる。従って、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して遠い位置の方の流通抵抗を低くできる。
　本実施形態に係る化学蓄熱装置１において、フィン１１が配置された熱交換部１０は、蓄熱材２１を収容するチューブ２２と熱交換部１０とを積層する積層方向Ｄ１において、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされていている。これにより、積層方向Ｄ１における加熱対象流体の流量の均一性を向上できる。
　なお、積層方向Ｄ１において最も外側の熱交換部１０Ａ，１０Ｄのフィン１１Ａ，１１Ｄは外部に露出するカバー部材６，７と接触している。流通抵抗を低くするためにフィン１１Ａ，１１Ｄのピッチを粗くすることで、フィン１１Ａ，１１Ｄ及びカバー部材６，７を介して外部に放熱される熱量を低減することもできる。
　本実施形態に係る化学蓄熱装置１において、反応器２は、複数の熱交換部１０へ加熱対象流体を分配する分配空間２３を備える。これによって、それぞれの熱交換部１０へ加熱対象流体を分配できる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　例えば、図３に示す反応器２を採用してもよい。図３に示す化学蓄熱装置１において、フィン３１の高さは、流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が高い。フィン３１の高さを高くするほど流通抵抗を低くし、高さを低くするほど流通抵抗を高くすることができる。従って、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して遠い位置の方の流通抵抗を低くできる。具体的には、積層方向Ｄ１において、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に配置される熱交換部３０Ｂ，３０Ｃのフィン３１Ｂ，３１Ｃの高さに比して、遠い位置に配置される熱交換部３０Ａ，３０Ｄのフィン３１Ａ，３１Ｄの高さの方が高い。
　また、図３に示す化学蓄熱装置１において、熱交換部１０は、当該熱交換部１０が広がる幅方向Ｄ２において、入口流路Ｌ２の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされていている。これにより、幅方向Ｄ２における加熱対象流体の流量の均一性を向上できる。具体的には、熱交換部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄのフィン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、幅方向Ｄ２において、入口流路Ｌ２の中心から遠ざかるに従って、ピッチが粗くなっている。これにより、入口流路Ｌ２の中心から幅方向Ｄ２において遠い位置の流通抵抗を低くすることができる。
　また、図４に示す反応器２を採用してもよい。図４に示す化学蓄熱装置１の熱交換部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄでは、上述のような角形波形の形状に代えて、湾曲した波形のフィン４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄが採用されている。
　なお、上述の実施形態では、積層方向Ｄ１において、熱交換部１０の流通抵抗（すなわちフィンの態様）は、一段ずつ変更されていた。これに代えて、複数段ずつ流通抵抗を変更してもよい。例えば、積層方向Ｄ１に連続する二段分の熱交換部１０の組については流通抵抗を同じにし、当該組と隣り合う他の熱交換部１０の組の流通抵抗とは異なるようにしてよい。
　なお、入口流路Ｌ２及び出口流路Ｌ３の反応器２に対する取付位置は中央位置でなくともよく、積層方向Ｄ１や幅方向Ｄ２における一端側に寄った位置であってもよい。すなわち、加熱対象流体が流通する流路に反応器が配置されていれば、流路と反応器の位置や大きさ等の態様は特に限定されない。例えば、流路配管が延びており、当該流路配管の径を変えることなく、内部に反応器２を配置してもよい。
　１…化学蓄熱装置、２…反応器、３…貯蔵器、１０，３０，４０…熱交換部、１１，３１，４１…フィン、１２…流路、２１…蓄熱材、２２…チューブ（蓄熱材収容部）、Ｌ１…接続管、Ｌ２…入口流路。

Claims (6)

  1. 　反応媒体との化学反応により発熱しかつ吸熱により前記反応媒体を脱離する蓄熱材と、
    　前記蓄熱材を内部に収容するとともに加熱対象流体が流通する流路に配置された反応器と、
    　前記反応媒体を貯蔵する貯蔵器と、
    　前記反応器と前記貯蔵器とを連通し、前記反応器と前記貯蔵器との間で前記反応媒体を流通させる接続管と、
    　を備え、
    　前記反応器は、
    　　前記蓄熱材を収容する複数の蓄熱材収容部と、
    　　前記蓄熱材収容部に隣接して設けられ、前記加熱対象流体と前記蓄熱材収容部の前記蓄熱材との間で熱交換を行う複数の熱交換部と、
    　を備え、
    　前記蓄熱材収容部と前記熱交換部とが、交互に積層されており、
    　前記複数の熱交換部の各々は、
    　　隣接する前記蓄熱材収容部に熱的に接続されるとともに前記加熱対象流体を流通可能な断面波形状のフィンを備え、
    　　前記加熱対象流体が流通する前記流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が流通抵抗が低い、化学蓄熱装置。
  2. 　前記フィンのピッチは、前記流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が粗い、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
  3. 　前記フィンの高さは、前記流路の中心に近い位置に比して遠い位置の方が高い、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
  4. 　前記熱交換部は、前記蓄熱材収容部と前記熱交換部とを積層する積層方向において、前記流路の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされている、請求項１～３の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  5. 　前記熱交換部は、前記熱交換部が広がる幅方向において、前記流路の中心に近い位置に比して、遠い位置の方が流通抵抗が低くされている、請求項１～３の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
  6. 　前記反応器は、前記複数の熱交換部へ前記加熱対象流体を分配する分配空間を備える、請求項１～５の何れか一項に記載の化学蓄熱装置。
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