WO2018088196A1 - 化学蓄熱システム - Google Patents

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公人 中尾
寺井　聡
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Definitions

  • the present invention relates to a chemical heat storage system using a reversible reaction between a gas and a solid.
  • an object of the present invention is to provide a chemical heat storage system excellent in efficiency and stability.
  • the chemical heat storage system of the present invention uses an exothermic reaction that generates a generated solid from a reaction solid and a reaction gas, and an endothermic reaction that decomposes the generated solid into a reaction solid and a reaction gas.
  • a chemical heat storage system that contains a slurry of generated solids, absorbs heat supplied from outside, and performs an endothermic reaction and a slurry of reaction solids, performs an exothermic reaction, and generates heat.
  • a gas recovery supply unit that recovers the reaction gas decomposed by the heat absorption unit and supplies the reaction gas to the heat generation unit.
  • the chemical heat storage system excellent in efficiency and stability can be provided.
  • the heat recovery utilization system of the present invention is a reversible reaction between a gas and a solid, specifically, an exothermic reaction that generates a generated solid from the reaction solid and the reaction gas, and decomposes the generated solid into a reaction solid and a reaction gas. It is a system using an endothermic reaction, and can be used as a chemical heat pump system or a chemical heat storage system depending on the purpose and application. There is no restriction
  • a reaction system containing ammonia gas as a reaction gas such as an ammonia complexation reaction of a metal halide, a hydration reaction of an inorganic oxide, etc.
  • a reaction system containing water vapor can be used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a heat recovery and utilization system according to an embodiment of the present invention.
  • the heat recovery utilization system 1 includes a heat generation unit 2, a heat absorption unit 3, a gas recovery supply unit 4, and a circulation unit 5.
  • a heat generation unit 2 a heat generation unit 2
  • a heat absorption unit 3 a heat absorption unit 3
  • a gas recovery supply unit 4 a gas recovery supply unit 5
  • a circulation unit 5 a circulation unit 5.
  • the exothermic unit 2 is a unit that generates a heat by containing a slurry containing a reaction solid and performing the above-described exothermic reaction, that is, a reaction that generates a generated solid from the reaction solid and a reaction gas in the slurry.
  • the slurry containing the reaction solid is formed by suspending and dispersing a solid such as a granular reaction solid in the liquid phase.
  • the liquid used as the liquid phase is not particularly limited as long as it can form a slurry by suspending and dispersing granular solids.
  • carbonization such as 1-heptanol and 1-pentanol is used.
  • a hydrogen-based liquid or an ionic liquid can be used.
  • the ratio and particle size of the solid contained in the slurry are not limited to specific ratios and particle sizes, and can be set as appropriate according to the solid selected.
  • the endothermic unit 3 accommodates the slurry containing the generated solid, absorbs heat supplied from the outside, and performs the above-described endothermic reaction, that is, a reaction that decomposes the generated solid into a reaction solid and a reaction gas in the slurry. Is a unit.
  • the slurry containing the generated solid is formed by suspending and dispersing a solid such as a granular generated solid in the liquid phase.
  • the liquid used as the liquid phase is not particularly limited as long as it can form a slurry by suspending and dispersing granular solids.
  • carbonization such as 1-heptanol and 1-pentanol is used.
  • a hydrogen-based liquid or an ionic liquid can be used.
  • the ratio and particle size of the solid contained in the slurry are not limited to specific ratios and particle sizes, and can be set as appropriate according to the solid selected.
  • the liquid used as the liquid phase of the slurry stored in the endothermic unit 3 is preferably the same as the liquid used as the liquid phase of the slurry stored in the heat generating unit 2.
  • the gas recovery supply unit 4 is a unit that recovers the reaction gas decomposed by the heat absorption unit 3 and supplies the reaction gas to the heat generation unit 2.
  • the gas recovery supply unit 4 is connected to the heat absorption unit 3 via the gas recovery line 11 and is connected via the gas supply line 12. Are connected to the heat generating unit 2.
  • the gas recovery supply unit 4 includes a gas recovery unit 6, a gas supply unit 7, and a transfer unit 8.
  • the gas recovery unit 6 is a unit that recovers the reaction gas decomposed by the endothermic unit 3 as a liquid or slurry
  • the gas supply unit 7 supplies the reaction gas recovered as a liquid or slurry by the gas recovery unit 6 to the heating unit 2. This unit is supplied as a gas.
  • the transfer unit 8 is a unit that transfers the reaction gas recovered as a liquid or slurry by the gas recovery unit 6 to the gas supply unit 7.
  • the gas recovery unit 6 accommodates a liquid or slurry capturing member that physically or chemically captures the reaction gas.
  • a capture member is not limited to a specific member, but in the present embodiment, an absorbing liquid that absorbs the reaction gas and a liquid or slurry-like adsorbent that adsorbs the reaction gas are preferably used. .
  • the types of the absorbing liquid and the adsorbent are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the reaction gas used.
  • a liquid or slurry reactant that reacts with the reaction gas to produce a liquid or slurry product can also be used as the capture member. Examples of such a reactant include another reaction solid that exhibits the same reaction as the above-described reaction solid with respect to a reaction gas.
  • the gas recovery unit 6 absorbs and collects the reaction gas in the absorbing liquid, and the gas supply unit 7 separates the reaction gas from the absorbing liquid and supplies it to the heat generating unit 2.
  • the trapping member is a liquid or slurry adsorbent
  • the gas recovery unit 6 adsorbs and collects the reaction gas on the adsorbent
  • the gas supply unit 7 desorbs the reaction gas from the adsorbent to generate the heat generating unit 2. To supply.
  • the gas recovery unit 6 recovers by reacting the reaction gas with the reactant to produce a liquid or slurry product, and the gas supply unit 7
  • the reaction gas is decomposed from the product and supplied to the heat generating unit 2.
  • heat (energy) is released when the gas recovery unit 6 recovers the reaction gas
  • heat (energy) is generated. With absorption.
  • the transfer unit 8 includes a transfer line 13, a transfer pump 13a, a return line 14, and a return valve 14a.
  • the transfer line 13 is a line for transferring the capture member that has recovered the reaction gas in the gas recovery unit 6 to the gas supply unit 7, and the transfer pump 13 a is provided in the transfer line 13.
  • the return line 14 is a line for returning the capture member that has released the reaction gas in the gas supply unit 7 to the gas recovery unit 6, and the return valve 14 a is provided in the return line 14.
  • At least one of the transfer pump 13a and the return valve 14a has a function of adjusting the circulation amount of the capturing member that circulates between the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7.
  • the transfer pump 13a and the return valve 14a also have a function of adjusting the pressure of the circulating capture member, as will be described later.
  • the transfer pump 13a has a function of pressurizing the capture member that flows from the gas recovery unit 6 through the transfer line 13 to the gas supply unit 7 to a predetermined pressure
  • the return valve 14a supplies the gas.
  • the capturing member returned from the unit 7 through the return line 14 and returned to the gas recovery unit 6 has a function of reducing the pressure to a predetermined pressure.
  • the transfer unit 8 may have a heat exchanger 15 that performs heat exchange between the capture member flowing through the transfer line 13 and the capture member flowing through the return line 14.
  • the gas recovery and supply unit 4 may be a compressor such as a compressor that pressurizes the reaction gas decomposed by the heat absorption unit 3 in a gas state and supplies the pressurized gas to the heat generation unit 2.
  • the gas recovery supply unit 4 is preferably composed of the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7 as described above in that the power required for pressurization can be reduced.
  • the circulation unit 5 may include a heat exchanger 23 that performs heat exchange between the slurry of the reaction solid flowing in the first circulation line 21 and the slurry of the generated solid flowing in the second circulation line 22. .
  • Heat pump mode an operation mode when using the heat recovery and utilization system of the present embodiment as a chemical heat pump system, that is, a heat pump mode will be described.
  • the heat absorption unit 3 and the gas recovery unit 6 are at the same pressure.
  • pressure difference pressure in the heat absorption unit 3
  • the pressure in the gas recovery unit 6 has occurred.
  • the exothermic unit 2 and the gas supply unit 7 are not strictly at the same pressure, and the pressure difference for moving the reaction gas between them (pressure in the exothermic unit 2 ⁇ pressure in the gas supply unit 7). Note that this has occurred.
  • the first pressure P 1 at this time is a pressure that enables an endothermic reaction with heat from an external heat source.
  • the produced solid in the slurry is separated into a reaction solid and a reaction gas.
  • the separated reaction solid flows through the first circulation line 21 as a slurry suspended and dispersed in the liquid phase, and is pressurized to a second pressure P 2 higher than the first pressure P 1 by the circulation pump 21a. And supplied to the heat generating unit 2.
  • the decomposed reaction gas flows through the gas recovery line 11 and recovered trapped in the liquid or slurry-like catching member in the gas recovery unit within 6 at a first pressure P 1.
  • the capture member that has captured the reaction gas flows through the transfer line 13, is pressurized to the second pressure P 2 by the transfer pump 13 a, and is transferred to the gas supply unit 7.
  • the capturing member transferred to the gas supply unit 7 releases the reaction gas by the heat supplied from the external heat source.
  • the capture member that has released the reaction gas flows through the return line 14, is reduced to the first pressure P 1 by the return valve 14 a and is returned to the gas recovery unit 6, while the released reaction gas is supplied to the gas supply line 12. the flow supplied to the heating unit 2 in a second pressure P 2.
  • an exothermic reaction is performed in the slurry in the exothermic unit 2. Since the exothermic reaction at this time is performed at the second pressure P 2 higher than the first pressure P 1 at which the endothermic reaction is performed, heat generated at a temperature higher than the heat absorbed by the endothermic reaction is generated. Become. This makes it possible to extract heat at a temperature higher than the heat supplied from the external heat source. The temperature of the heat is taken is determined by the properties of the reactants, by the pressure of the heating unit 2 to be adjusted to the second pressure P 2.
  • the produced solid produced by the exothermic reaction in the exothermic unit 2 flows through the second circulation line 22 as a slurry suspended and dispersed in the liquid phase, and is reduced to the first pressure P 1 by the circulation valve 22a.
  • the heat absorption unit 3 is supplied. Then, the endothermic reaction is performed again in the endothermic unit 3.
  • heat is supplied to the endothermic unit 3 from an external heat source, and an endothermic reaction is performed in the slurry in the endothermic unit 3.
  • an endothermic reaction is performed in the slurry in the endothermic unit 3.
  • the produced solid in the slurry is separated into a reaction solid and a reaction gas.
  • the separated reaction solid flows through the first circulation line 21 as a slurry suspended and dispersed in the liquid phase, and is supplied to the heat generating unit 2.
  • the decomposed reaction gas flows through the gas recovery line 11, and is captured and recovered by the liquid or slurry capturing member in the gas recovery unit 6. In this way, the heat supplied from the external heat source can be stored in the system.
  • the capture member that has captured the reaction gas by the gas recovery unit 6 is transferred to the gas supply unit 7 via the transfer line 13 and releases the reaction gas by the heat supplied from the external heat source.
  • the released reaction gas is supplied to the heat generating unit 2 via the gas supply line 12, and an exothermic reaction is performed in the slurry in the heat generating unit 2. In this way, heat can be extracted from the system.
  • the capture member that has released the reaction gas by the gas supply unit 7 is returned to the gas recovery unit 6 through the return line 14.
  • the generated solid generated by the heat generating unit 2 flows through the second circulation line 22 as a slurry suspended and dispersed in the liquid phase, and is supplied to the heat absorbing unit 3.
  • the heat storage mode and the heat dissipation mode are performed simultaneously and continuously. That is, in the continuous mode, the same operation as in the heat pump mode is performed except that no pressure difference is set between the heat generating unit 2 and the heat absorbing unit 3 (and between the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7). Is called.
  • the gas flow rate is adjusted to be constant. For this reason, the output of the heat generating unit 2 is kept constant.
  • the generation pressure of the reaction gas in the gas supply unit 7 is lower than the method using a valve provided in the gas supply line 12.
  • the output of the heat generating unit 2 can also be adjusted by adjusting the amount of slurry supplied from the heat absorbing unit 3 to the heat generating unit 2 instead of adjusting the flow rate of the reaction gas supplied to the heat generating unit 2.
  • both the exothermic reaction and the endothermic reaction can be performed in the slurry regardless of the operation mode.
  • efficient and stable heat exchange with the outside can be performed through the slurry, providing a system with excellent efficiency and stability. can do.
  • the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7 are provided as separate units, but may be combined as one unit.
  • the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7 are combined as one unit, and the reaction gas decomposed by the heat absorption unit 3 is recovered and held as a gas. Accordingly, the heat generation unit 2 may be supplied.
  • the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7 do not need to continuously collect and supply the reaction gas, and may be performed in a batch manner. . That is, the gas recovery unit 6 and the gas supply unit 7 may be combined as a single unit, and the reaction gas may be recovered and supplied alternately.
  • a known batch type adsorption / desorption device can be used.

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Abstract

化学蓄熱システム（１）は、反応固体と反応気体とから生成固体を生成する発熱反応と、生成固体を反応固体と反応気体とに分解する吸熱反応とを利用したシステムであり、生成固体を含むスラリーを収容し、外部から供給される熱を吸収して、吸熱反応を行う吸熱ユニット（３）と、反応固体を含むスラリーを収容し、発熱反応を行い、熱を発生させる発熱ユニット（２）と、吸熱ユニット（３）で分解された反応気体を回収して発熱ユニット（２）に供給するガス回収供給ユニット（４）と、を有している。

Description

化学蓄熱システム
　本発明は、気体と固体との可逆反応を利用した化学蓄熱システムに関する。
　近年、工場や発電所などの排熱を回収して利用するための熱回収利用システムとして、気体と固体との可逆反応を利用したケミカルヒートポンプシステムおよび化学蓄熱システムが注目を集めている。これらのシステムは、反応固体と反応気体とから生成固体を生成する発熱反応と、生成固体を反応固体と反応気体とに分解する吸熱反応とを利用したものであり、作動温度域が広いことから、幅広い分野での活用が期待されている（例えば、特許文献１～４参照）。
特開２０１１－１９０９４７号公報 特開２０１３－０１９５９２号公報 特開２０１５－１８３９８４号公報 特開２０１２－１６３２６４号公報
　上述したケミカルヒートポンプシステムおよび化学蓄熱システムには、作動温度域が広いという利点がある一方で、固体材料の発熱反応時の体積膨張や吸熱反応時の体積収縮による微粉化により、外部との効率的かつ安定的な熱の授受が困難であるという課題がある。例えば、発熱反応時の体積膨張は、伝熱効率を高めるための特殊または複雑な反応器を必要とすることにつながり、吸熱反応時の微粉化は、経年的な出力の低下につながってしまう。
　そこで、本発明の目的は、効率性および安定性に優れた化学蓄熱システムを提供することである。
　上述した目的を達成するために、本発明の化学蓄熱システムは、反応固体と反応気体とから生成固体を生成する発熱反応と、生成固体を反応固体と反応気体とに分解する吸熱反応とを利用した化学蓄熱システムであって、生成固体のスラリーを収容し、外部から供給される熱を吸収して、吸熱反応を行う吸熱ユニットと、反応固体のスラリーを収容し、発熱反応を行い、熱を発生させる発熱ユニットと、吸熱ユニットで分解された反応気体を回収して発熱ユニットに供給するガス回収供給ユニットと、を有している。
　このような化学蓄熱システムでは、スラリー中で発熱反応および吸熱反応が行われるため、スラリーを介して外部との効率的かつ安定的な熱の授受を行うことができる。
　以上、本発明によれば、効率性および安定性に優れた化学蓄熱システムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る熱回収利用システムの構成を示す概略図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　本発明の熱回収利用システムは、気体と固体との可逆反応、具体的には、反応固体と反応気体とから生成固体を生成する発熱反応と、生成固体を反応固体と反応気体とに分解する吸熱反応とを利用したシステムであり、目的や用途に応じて、ケミカルヒートポンプシステムまたは化学蓄熱システムとして利用可能である。本発明で用いられる反応系に特に制限はなく、対象となる温度範囲に応じて、適切な反応系を選択することができる。例えば、回収する熱（排熱）の温度が１００～２００℃程度の場合、金属ハロゲン化物のアンモニア錯体化反応など、反応気体としてアンモニアガスを含む反応系や、無機酸化物の水和反応など、水蒸気を含む反応系を用いることができる。
　図１は、本発明の一実施形態に係る熱回収利用システムの構成を示す概略図である。
　図１を参照すると、熱回収利用システム１は、発熱ユニット２と、吸熱ユニット３と、ガス回収供給ユニット４と、循環ユニット５とを有している。以下、各ユニットの構成について説明する。
　（発熱ユニット）
　発熱ユニット２は、反応固体を含むスラリーを収容し、上述の発熱反応、すなわち、スラリー中で反応固体と反応気体とから生成固体を生成する反応を行い、熱を発生させるユニットである。
　反応固体を含むスラリーは、液相中に粒状の反応固体等の固体を懸濁・分散させて形成されたものである。液相として使用される液としては、粒状の固体を懸濁・分散させてスラリーを形成できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、１－ヘプタノールや１－ペンタノールなどの炭化水素系の液体や、イオン液体を用いることができる。スラリーに含まれる固体の割合や粒径は、特定の割合や粒径に限定されるものではなく、選択される固体に応じて適宜設定することができる。
　（吸熱ユニット）
　吸熱ユニット３は、生成固体を含むスラリーを収容し、外部から供給される熱を吸収して、上述の吸熱反応、すなわち、スラリー中で生成固体を反応固体と反応気体とに分解する反応を行うユニットである。
　生成固体を含むスラリーは、液相中に粒状の生成固体等の固体を懸濁・分散させて形成されたものである。液相として使用される液としては、粒状の固体を懸濁・分散させてスラリーを形成できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、１－ヘプタノールや１－ペンタノールなどの炭化水素系の液体や、イオン液体を用いることができる。スラリーに含まれる固体の割合や粒径は、特定の割合や粒径に限定されるものではなく、選択される固体に応じて適宜設定することができる。なお、吸熱ユニット３に収容されるスラリーの液相として使用される液は、発熱ユニット２に収容されるスラリーの液相として使用される液と同一であることが好ましい。
　（ガス回収供給ユニット）
　ガス回収供給ユニット４は、吸熱ユニット３で分解された反応気体を回収して発熱ユニット２に供給するユニットであり、ガス回収ライン１１を介して吸熱ユニット３に接続され、ガス供給ライン１２を介して発熱ユニット２に接続されている。
　ガス回収供給ユニット４は、ガス回収ユニット６と、ガス供給ユニット７と、移送ユニット８とを有している。ガス回収ユニット６は、吸熱ユニット３で分解された反応気体を液体またはスラリーとして回収するユニットであり、ガス供給ユニット７は、ガス回収ユニット６で液体またはスラリーとして回収した反応気体を発熱ユニット２に気体として供給するユニットである。また、移送ユニット８は、ガス回収ユニット６で液体またはスラリーとして回収した反応気体をガス供給ユニット７に移送するユニットである。
　ガス回収ユニット６には、反応気体を物理的または化学的に捕捉する液状またはスラリー状の捕捉部材が収容されている。このような捕捉部材としては、特定の部材に限定されるものではないが、本実施形態では、反応気体を吸収する吸収液、反応気体を吸着する液状またはスラリー状の吸着剤が好適に用いられる。吸収液および吸着剤の種類は、特に限定されるものではなく、使用される反応気体に応じてそれぞれ適宜選択することができる。また、捕捉部材として、反応気体と反応して液状またはスラリー状の生成物を生成する液状またはスラリー状の反応物を用いることもできる。このような反応物としては、例えば、反応気体に対して上述の反応固体と同様の反応を示す別の反応固体が挙げられる。
　捕捉部材が吸収液である場合、ガス回収ユニット６は、反応気体を吸収液に吸収させて回収し、ガス供給ユニット７は、この吸収液から反応気体を分離させて発熱ユニット２に供給する。捕捉部材が液状またはスラリー状の吸着剤の場合、ガス回収ユニット６は、反応気体を吸着剤に吸着させて回収し、ガス供給ユニット７は、この吸着剤から反応気体を脱着させて発熱ユニット２に供給する。捕捉部材が液状またはスラリー状の反応物の場合、ガス回収ユニット６は、反応気体を反応物と反応させ、液状またはスラリー状の生成物を生成することで回収し、ガス供給ユニット７は、この生成物から反応気体を分解して発熱ユニット２に供給する。なお、捕捉部材がいずれの場合も、ガス回収ユニット６が反応気体を回収する際には熱（エネルギー）の放出を伴い、ガス供給ユニット７が反応気体を供給する際には熱（エネルギー）の吸収を伴う。
　移送ユニット８は、移送ライン１３と、移送ポンプ１３ａと、返送ライン１４と、返送バルブ１４ａとを有している。移送ライン１３は、ガス回収ユニット６で反応気体を回収した捕捉部材をガス供給ユニット７に移送するラインであり、移送ポンプ１３ａは、移送ライン１３に設けられている。返送ライン１４は、ガス供給ユニット７で反応気体を放出した捕捉部材をガス回収ユニット６に返送するラインであり、返送バルブ１４ａは、返送ライン１４に設けられている。
　移送ポンプ１３ａおよび返送バルブ１４ａの少なくとも一方は、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７との間を循環する捕捉部材の循環量を調整する機能を有している。また、移送ポンプ１３ａおよび返送バルブ１４ａは、後述するように、循環する捕捉部材の圧力を調整する機能も有している。具体的には、移送ポンプ１３ａが、ガス回収ユニット６から移送ライン１３を流れてガス供給ユニット７に移送される捕捉部材を所定の圧力に加圧する機能を有し、返送バルブ１４ａが、ガス供給ユニット７から返送ライン１４を流れてガス回収ユニット６に返送される捕捉部材を所定の圧力に減圧する機能を有している。
　さらに、移送ユニット８は、移送ライン１３を流れる捕捉部材と返送ライン１４を流れる捕捉部材との間で熱交換を行う熱交換器１５を有していてよい。
　ガス回収供給ユニット４は、反応気体を液体またはスラリーとして回収し、こうして回収した反応気体を気体として供給できるものであれば、上述した構成に限定されるものではない。すなわち、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７は、それぞれ上述した構成に限定されるものではない。例えば、ガス回収ユニット６は、上述の回収部材の代わりに、反応気体を凝縮して液化することで回収する凝縮器を含んでいてよい。その場合、ガス供給ユニット７は、凝縮した反応気体を蒸発させる蒸発器を含んでいてよく、返送ライン１４は必ずしも設けられている必要はない。なお、ガス回収供給ユニット４は、吸熱ユニット３で分解された反応気体をガスの状態で加圧して発熱ユニット２に供給する圧縮機のようなものであってもよい。しかしながら、加圧に必要な動力を小さくすることができる点で、ガス回収供給ユニット４は、上述したように、ガス回収ユニット６およびガス供給ユニット７から構成されていることが好ましい。
　また、ガス供給ライン１２には、図示されていないが、ガス供給ライン１２を流れる反応気体の流量を所望の流量に調整するバルブが設けられていてもよい。
　（循環ユニット）
　循環ユニット５は、吸熱ユニット３で分解された反応固体を含むスラリーを発熱ユニット２に供給するとともに、発熱ユニット２で生成された生成固体を含むスラリーを吸熱ユニット３に供給して、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間でスラリーを循環させるユニットである。
　循環ユニット５は、第１の循環ライン２１と、循環ポンプ２１ａと、第２の循環ライン２２と、循環バルブ２２ａとを有している。第１の循環ライン２１は、吸熱ユニット３で分解された反応固体を含むスラリーを発熱ユニット２に供給するラインであり、循環ポンプ２１ａは、第１の循環ライン２１に設けられている。第２の循環ライン２２は、発熱ユニット２で生成された生成固体を含むスラリーを吸熱ユニット３に供給するラインであり、循環バルブ２２ａは、第２の循環ライン２２に設けられている。
　循環ポンプ２１ａおよび循環バルブ２２ａの少なくとも一方は、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間を循環するスラリーの循環量を調整する機能を有している。また、循環ポンプ２１ａおよび循環バルブ２２ａは、後述するように、循環するスラリーの圧力を調整する機能も有している。具体的には、循環ポンプ２１ａが、吸熱ユニット３から第１の循環ライン２１を流れて発熱ユニット２に供給される反応固体のスラリーを所定の圧力に加圧する機能を有し、循環バルブ２２ａが、発熱ユニット２から第２の循環ライン２２を流れて吸熱ユニット３に供給される生成固体のスラリーを所定の圧力に減圧する機能を有している。
　さらに、循環ユニット５は、第１の循環ライン２１を流れる反応固体のスラリーと第２の循環ライン２２を流れる生成固体のスラリーとの間で熱交換を行う熱交換器２３を有していてよい。
　（ヒートポンプモード）
　ここで、本実施形態の熱回収利用システムをケミカルヒートポンプシステムとして利用する場合の動作モード、すなわちヒートポンプモードについて説明する。以下では、説明の便宜上、吸熱ユニット３とガス回収ユニット６が同じ圧力にあるものとして説明するが、両者間には、厳密には反応気体を移動させるための圧力差（吸熱ユニット３内の圧力＞ガス回収ユニット６内の圧力）が生じていることに留意されたい。同様に、発熱ユニット２とガス供給ユニット７は厳密には同じ圧力にはなく、両者間には反応気体を移動させるための圧力差（発熱ユニット２内の圧力＜ガス供給ユニット７内の圧力）が生じていることに留意されたい。
　まず、第１の圧力Ｐ１にある吸熱ユニット３に外部熱源から熱が供給され、吸熱ユニット３内のスラリー中で吸熱反応が行われる。このときの第１の圧力Ｐ１は、外部熱源からの熱で吸熱反応を可能にする圧力である。この吸熱反応によって、スラリー中の生成固体は、反応固体と反応気体とに分離される。分離された反応固体は、液相中に懸濁・分散されたスラリーとして第１の循環ライン２１を流れ、循環ポンプ２１ａによって第１の圧力Ｐ１よりも高い第２の圧力Ｐ２に加圧されて発熱ユニット２に供給される。
　一方、分解された反応気体は、ガス回収ライン１１を流れ、第１の圧力Ｐ１にあるガス回収ユニット６内で液状またはスラリー状の捕捉部材に捕捉されて回収される。そして、反応気体を捕捉した捕捉部材は、移送ライン１３を流れ、移送ポンプ１３ａによって第２の圧力Ｐ２に加圧されてガス供給ユニット７に移送される。
　ガス供給ユニット７に移送された捕捉部材は、外部熱源から供給される熱によって反応気体を放出する。反応気体を放出した捕捉部材が、返送ライン１４を流れ、返送バルブ１４ａによって第１の圧力Ｐ１に減圧されてガス回収ユニット６に返送される一方、放出された反応気体は、ガス供給ライン１２を流れ、第２の圧力Ｐ２にある発熱ユニット２に供給される。
　発熱ユニット２に反応気体が供給されることで、発熱ユニット２内のスラリー中で発熱反応が行われる。このときの発熱反応は、吸熱反応が行われる第１の圧力Ｐ１よりも高い第２の圧力Ｐ２で行われるため、吸熱反応で吸収される熱よりも高い温度の熱を発生させることになる。これにより、外部熱源から供給される熱よりも高い温度の熱を取り出すことが可能になる。なお、取り出される熱の温度は、反応物の特性と、第２の圧力Ｐ２に調整される発熱ユニット２の圧力とによって決定される。
　発熱ユニット２での発熱反応によって生成された生成固体は、液相中に懸濁・分散されたスラリーとして第２の循環ライン２２を流れ、循環バルブ２２ａによって第１の圧力Ｐ１に減圧されて吸熱ユニット３に供給される。そして、吸熱ユニット３で再び吸熱反応が行われる。
　こうして、一連の動作が繰り返し行われ、発熱ユニット２での発熱反応と吸熱ユニット３での吸熱反応とが連続的かつ安定的に引き起こされる。したがって、発熱反応と吸熱反応とを交互に行うバッチ式の場合とは異なり、連続運転を行うために２つの反応器において発熱反応と吸熱反応とを交互に切り替えて行う必要がなくなり、この切り替え時の熱損失の発生を回避することができる。その結果、システムから連続的かつ安定的に熱を取り出すことが可能になる。
　ところで、このヒートポンプモードでは、発熱ユニット２での反応温度が吸熱ユニットでの反応温度よりも高いため、発熱ユニット２で生成される生成固体を含むスラリーの温度も、吸熱ユニット３で分解される反応固体を含むスラリーの温度よりも高くなる。このため、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間には、図示したように、熱交換器２３が設けられていることが好ましい。この熱交換器２３により、第１の循環ライン２１を流れるスラリーと第２の循環ライン２２を流れるスラリーとの間の熱交換が可能になり、それらを直接循環させた場合に生じる熱損失を低減して、システム全体の効率化につなげることができる。また、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間を循環するスラリーの循環量は、循環ポンプ２１ａおよび循環バルブ２２ａの少なくとも一方によって、外部熱源から吸熱ユニット３に供給される熱量に応じて調整されることが好ましい。このことは、外部熱源からの熱を効率よく利用して発熱ユニット２から熱を取り出すことができる点で有利である。あるいは、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間を循環するスラリーの循環量は、循環ポンプ２１ａおよび循環バルブ２２ａの少なくとも一方によって、発熱ユニット２からの熱を利用する外部装置が必要とする熱量に応じて調整されるようになっていてもよい。
　なお、ガス回収ユニット６での反応温度（ガス捕捉温度）とガス供給ユニット７での反応温度（ガス放出温度）との間にも温度差はある。この温度差が無視できないほど大きい場合には、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７との間に熱交換器１５が設けられていてもよい。
　（蓄放熱モード）
　次に、本実施形態の熱回収利用システムを化学蓄熱システムとして利用する場合の動作モード、すなわち蓄放熱モードについて説明する。蓄放熱モードは、蓄熱モード、放熱モード、および連続モードの３つのモードからなる。
　蓄熱モードでは、吸熱ユニット３に外部熱源から熱が供給され、吸熱ユニット３内のスラリー中で吸熱反応が行われる。この吸熱反応によって、スラリー中の生成固体は、反応固体と反応気体とに分離される。分離された反応固体は、液相中に懸濁・分散されたスラリーとして第１の循環ライン２１を流れ、発熱ユニット２に供給される。一方、分解された反応気体は、ガス回収ライン１１を流れ、ガス回収ユニット６内で液状またはスラリー状の捕捉部材に捕捉されて回収される。こうして、外部熱源から供給される熱をシステムに蓄えることができる。
　放熱モードでは、ガス回収ユニット６で反応気体を捕捉した捕捉部材が、移送ライン１３を介してガス供給ユニット７に移送され、外部熱源から供給される熱によって反応気体を放出する。放出された反応気体が、ガス供給ライン１２を介して発熱ユニット２に供給されて、発熱ユニット２内のスラリー中で発熱反応が行われる。こうして、システムから熱を取り出すことができる。なお、ガス供給ユニット７で反応気体を放出した捕捉部材は、返送ライン１４を介してガス回収ユニット６に返送される。また、発熱ユニット２で生成された生成固体は、液相中に懸濁・分散されたスラリーとして第２の循環ライン２２を流れ、吸熱ユニット３に供給される。
　一方、連続モードでは、蓄熱モードと放熱モードが同時かつ連続的に行われる。すなわち、連続モードでは、発熱ユニット２と吸熱ユニット３との間（およびガス回収ユニット６とガス供給ユニット７との間）に圧力差が設定されない点を除いて、ヒートポンプモードと同様の動作が行われる。その際に、ガス供給ライン１２に設けられた図示しないバルブによって、あるいは、ガス供給ユニット７での反応気体の発生量（供給量）を一定に調整することによって、発熱ユニット２に供給される反応気体の流量が一定に調整される。このため、発熱ユニット２の出力は一定に維持され、その結果、外部熱源から供給される熱量にムラがある場合にも、システムから均一で質の高い熱を取り出すことが可能になる。なお、発熱ユニット２に供給される反応気体の流量を一定に調整する方法としては、ガス供給ライン１２に設けられたバルブによる方法に比べて、ガス供給ユニット７での反応気体の発生圧力を低くできる点で、ガス供給ユニット７での反応気体の発生量の調整による方法を用いることが有利である。また、発熱ユニット２の出力の調整は、発熱ユニット２に供給される反応気体の流量を調整する代わりに、吸熱ユニット３から発熱ユニット２へのスラリーの供給量を調整することでも可能である。
　以上、本実施形態の熱回収利用システム１によれば、運転モードにかかわらず、スラリー中で発熱反応および吸熱反応の両方を行うことができる。その結果、反応固体に体積膨張や微粉化が発生したとしても、スラリーを介して外部との効率的かつ安定的な熱の授受を行うことができ、効率性および安定性に優れたシステムを提供することができる。
　上述した実施形態では、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７は、別個のユニットとして設けられているが、１つのユニットとしてまとめられていてもよい。特に、蓄放熱モードの３つのモードでは、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７が、１つのユニットとしてまとめられ、吸熱ユニット３で分解された反応気体を気体のまま回収して保持し、必要に応じて発熱ユニット２に供給するようになっていてもよい。また、蓄放熱モードの蓄熱モードおよび放熱モードでは、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７が、反応気体の回収および供給を連続的に行う必要がなく、バッチ式で行うようになっていてもよい。すなわち、ガス回収ユニット６とガス供給ユニット７が、１つのユニットとしてまとめられ、反応気体の回収および供給を交互に行うようになっていてもよい。このようなユニットとして、公知のバッチ式吸脱着装置を用いることができる。
　１　熱回収利用システム
　２　発熱ユニット
　３　吸熱ユニット
　４　ガス回収供給ユニット
　５　循環ユニット
　６　ガス回収ユニット
　７　ガス供給ユニット
　８　移送ユニット
　１１　ガス回収ライン
　１２　ガス供給ライン
　１３　移送ライン
　１３ａ　移送ポンプ
　１４　返送ライン
　１４ａ　返送バルブ
　１５　熱交換器
　２１　第１の循環ライン
　２１ａ　循環ポンプ
　２２　第２の循環ライン
　２２ａ　循環バルブ
　２３　熱交換器

Claims (10)

  1. 　反応固体と反応気体とから生成固体を生成する発熱反応と、前記生成固体を前記反応固体と前記反応気体とに分解する吸熱反応とを利用した化学蓄熱システムであって、
    　前記生成固体を含むスラリーを収容し、外部から供給される熱を吸収して、前記吸熱反応を行う吸熱ユニットと、
    　前記反応固体を含むスラリーを収容し、前記発熱反応を行い、熱を発生させる発熱ユニットと、
    　前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を回収して前記発熱ユニットに供給するガス回収供給ユニットと、
    　を有する化学蓄熱システム。
  2. 　前記吸熱ユニットで分解された前記反応固体を含むスラリーを前記発熱ユニットに供給するとともに、前記発熱ユニットで生成された前記生成固体を含むスラリーを前記吸熱ユニットに供給して、前記吸熱ユニットと前記発熱ユニットとの間で前記スラリーを循環させる循環ユニットを有する、請求項１に記載の化学蓄熱システム。
  3. 　前記循環ユニットが、
    　前記吸熱ユニットで分解された前記反応固体を含むスラリーを前記発熱ユニットに供給する第１の循環ラインと、
    　前記第１の循環ラインに設けられた循環ポンプと、
    　前記発熱ユニットで生成された前記生成固体を含むスラリーを前記吸熱ユニットに供給する第２の循環ラインと、
    　前記第２の循環ラインに設けられた循環バルブと、
    　を有する、請求項２に記載の化学蓄熱システム。
  4. 　前記ガス回収供給ユニットが、ガス供給ラインを介して前記発熱ユニットに接続され、前記ガス供給ラインには、該ガス供給ラインを流れる前記反応気体の流量を調整するバルブが設けられている、請求項２または３に記載の化学蓄熱システム。
  5. 　前記ガス回収供給ユニットが、前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を液体またはスラリーとして回収するガス回収ユニットと、前記ガス回収ユニットで液体またはスラリーとして回収した前記反応気体を前記発熱ユニットに気体として供給するガス供給ユニットと、前記ガス回収ユニットで液体またはスラリーとして回収した前記反応気体を前記ガス供給ユニットに移送する移送ユニットと、を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の化学蓄熱システム。
  6. 　前記ガス回収ユニットが、前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を吸収液に吸収させて回収し、前記ガス供給ユニットが、前記吸収液から前記反応気体を分離させて前記発熱ユニットに供給する、請求項５に記載の化学蓄熱システム。
  7. 　前記ガス回収ユニットが、前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を液状またはスラリー状の吸着剤に吸着させて回収し、前記ガス供給ユニットが、前記吸着剤から前記反応気体を脱着させて前記発熱ユニットに供給する、請求項５に記載の化学蓄熱システム。
  8. 　前記ガス回収ユニットが、前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を、液状またはスラリー状の反応物と反応させ、液状またはスラリー状の生成物を生成することで回収し、前記ガス供給ユニットが、前記生成物から前記反応気体を分解して前記発熱ユニットに供給する、請求項５に記載の化学蓄熱システム。
  9. 　前記移送ユニットが、前記ガス回収ユニットで前記反応気体を回収した捕捉部材を前記ガス供給ユニットに移送する移送ラインと、前記ガス供給ユニットで前記反応気体を放出した前記捕捉部材を前記ガス回収ユニットに返送する返送ラインと、前記移送ラインを流れる前記捕捉部材と前記返送ラインを流れる前記捕捉部材との間で熱交換を行う熱交換器と、を有する、請求項６から８のいずれか１項に記載のケミカルヒートポンプシステム。
  10. 　前記ガス回収ユニットが、前記吸熱ユニットで分解された前記反応気体を凝縮させて回収し、前記ガス供給ユニットが、前記凝縮した反応気体を蒸発させて前記発熱ユニットに供給する、請求項５に記載の化学蓄熱システム。
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