WO2023176406A1

WO2023176406A1 - 化学蓄熱反応器

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Publication number: WO2023176406A1
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Inventors: 宗樹西村
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Publication date: 2023-09-21
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Abstract

本発明の課題は、簡単な構造で、化学蓄熱材を移動させて効率よく化学蓄熱材を反応させることができる化学蓄熱反応器を提供することである。上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱装置は、振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域と、移動領域で移動する間に化学蓄熱材が反応することを特徴とする。この化学蓄熱装置によれば、振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動させることから簡単な構造で、蓄熱容器内の化学蓄熱材を効率よく反応させることができる効果がある。

Description

化学蓄熱反応器

　本発明は、化学蓄熱反応装置の化学蓄熱反応器に関する。

　化学反応を利用した蓄熱及び放熱を行い、常温での熱エネルギー保管を可能とする化学蓄熱は、エンジンなどの駆動機関のほか、工場や燃焼処理を行う設備（ごみ焼却施設等）など、稼働に際して熱の発生を伴う熱源からの排熱（廃熱）を有効活用する観点から研究開発が進められている。

　化学蓄熱を行うための化学蓄熱反応装置は、一般に固体の化学蓄熱材を用い、この化学蓄熱材に熱を加えて生成気体を分離する際の吸熱反応による熱を蓄熱する一方、化学蓄熱材と反応気体とが発熱反応を起こすことで、化学蓄熱反応装置の外部への放熱が可能となるように構成されている。

　特許文献１に記載される化学蓄熱反応器は、反応気体を使用して化学蓄熱材を流動化させて混合することで、発熱反応を効率よく行うことが記載されている。

特開２０１２－２４７１７１号公報

　特許文献１に記載される化学蓄熱反応器では、反応器と蒸発器のとの間に差圧を設けて、蒸発器から反応気体を流入させることにより、気流を発生させて化学蓄熱材を流動化させることから、圧力差を生じさせる機構及び気密性の高い構造が必要となり、装置全体が複雑になる。

　そこで、本発明の課題は、簡単な構造で、化学蓄熱材を移動させて効率よく化学蓄熱材を反応させることができる化学蓄熱反応器を提供することである。

　上記の課題について鋭意検討した結果、振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域を備えることにより、簡単な構造で蓄熱容器内の化学蓄熱材の全体を効率よく反応させることができることを見出して、本発明を完成した。
　すなわち、本発明は、以下の化学蓄熱反応器である。

　上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱装置は、振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域と、移動領域で移動する間に化学蓄熱材が反応することを特徴とする。

　この化学蓄熱装置によれば、振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動させることから簡単な構造で、蓄熱容器内の化学蓄熱材を効率よく反応させることができる効果がある。

　また、上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱装置は、移動領域を有する蓄熱容器の内部に反応気体を供給又は生成気体を排出する反応気体供給体を備えることを特徴とする。

　この化学蓄熱装置によれば、蓄熱容器の蓄熱材に反応気体を供給又は生成気体を排出する反応気体供給体により、反応気体供給体が蓄熱容器内の化学蓄熱材に反応気体を効率よく供給することから、蓄熱容器内の化学蓄熱材をより効率よく反応させることができる効果がある。

　本発明の化学蓄熱装置の一実施態様としては、反応気体を供給又は生成気体を排出する反応気体供給部は、反応気体供給体と連結することを特徴とする。

　この化学蓄熱装置によれば、反応気体供給部と反応気体供給体とが連結していることから、蓄熱容器の化学蓄熱材に反応気体を供給又は生成気体を排出する効率が向上し、化学蓄熱材をより反応させることができる効果がある。

　また、本発明の化学蓄熱装置の一実施態様としては、反応気体を供給する反応気体供給部は、化学蓄熱材の移動方向下流側に配置することを特徴とする。

　この特徴によれば、化学蓄熱材が密に配置された状態の側から反応気体が供給されることから、反応した化学蓄熱材が蓄熱容器内の空気と接触することを抑制でき、熱損失を抑制できる。
　言い換えると、供給直後の未反応の化学蓄熱材が直ちに反応すること及び供給機の出口付近の化学蓄熱材が反応してしまうことにより、熱交換配管と接触していない状態で化学蓄熱材が反応してしまうこと抑制でき、熱損失を抑制できる効果がある。

　また、本発明の化学蓄熱装置の一実施態様としては、生成気体を排出する反応気体供給部は、化学蓄熱材よりも上部に配置することを特徴とする。

　この特徴によれば、反応気体供給部が、化学蓄熱材よりも上部に配置されることから、化学蓄熱材の一部が反応気体供給部から流出しないようにする構造を設ける必要もなく、化学蓄熱時の反応気体の流れを妨げることがないうえ、構造が簡易になる効果がある。

　上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱材の反応方法は、振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動する移動ステップと、移動ステップで移動する間に化学蓄熱材が反応することを特徴とする。

　この化学蓄熱材の反応方法によれば、振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動させることから簡単な構造で、蓄熱容器内の化学蓄熱材を効率よく反応させることができる効果がある。

　上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱材の反応方法は、振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動する移動ステップと、化学蓄熱材の移動を止めた状態で化学蓄熱材が反応することを特徴とする。

　本発明によれば、簡単な構造で、化学蓄熱材を移動させて効率よく化学蓄熱材を反応させることができる化学蓄熱反応器を提供することができる。

本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。本発明の第２の実施態様の化学蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。本発明の第３の実施態様の化学蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置に使用される反応気体供給体の構造を示す概略説明図である。本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置に使用される反応気体供給体の構造を示す概略説明図である。本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置に使用される反応気体供給体の構造を示す概略説明図である。本発明の第４の実施態様の化学蓄熱装置の構造を示す概略説明図である。Ａ図は、本発明の第４の実施態様の化学蓄熱装置に使用される反応気体供給体の構造を示す概略説明図である。Ｂ図は、Ａ図を上流側から見た際の概略説明図である。Ａ図は、本発明の第４の実施態様の化学蓄熱装置に使用される反応気体供給体の構造を示す概略説明図である。Ｂ図は、Ａ図を上流側から見た際の概略説明図である。

　本発明の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の反応方法は、エンジンなどの駆動機関のほか、工場や燃焼処理を行う設備（ごみ焼却施設等）など、稼働に際して熱の発生を伴う熱源からの排熱（廃熱）を化学蓄熱材に貯蔵して、熱を必要とする際に蓄熱生成物から放熱することで熱の利用を可能にするものである。なお、本発明の化学蓄熱装置は、所定の位置に固定した状態で熱供給源として利用するものとしてもよく、輸送が可能な装置とし、熱を必要とする熱需要地に輸送して利用するものとしてもよい。

　また、本発明の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の反応方法は、蓄熱時には、化学蓄熱材を加熱して蓄熱生成物と生成気体に分離し、放熱時には、蓄熱生成物と反応気体を反応させて化学蓄熱材を生成するものである。ここで、蓄熱時に発生する生成気体と、放熱時に供給する反応気体は同一種類の物質とすることが好ましい。そして、生成気体を凝縮し反応液として回収する液化工程と、液化工程で得られた反応液を蒸発させて反応気体として利用する気化工程により、化学蓄熱に係る反応が進行し、化学蓄熱材の蓄熱・放熱が可能となる。なお、以下、生成気体と反応気体を「反応媒体」と称することがある。

　本発明における化学蓄熱に係る一般的な反応としては、例えば、下記式（１）のような反応が例示される。
　固体である化学蓄熱材ＡＢに熱Ｑを加えると、固体である蓄熱生成物Ａと気体である反応媒体Ｂを生成し、このときの吸熱反応により蓄熱を行うことができる。この反応は可逆的な平衡反応であり、放熱時には、蓄熱生成物Ａと反応媒体Ｂが反応する。なお、式中の「（ｓ）」は、固体状態を表し、式中の「（ｇ）」は、気体状態であることを表す。

　以下、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施態様について詳細に説明する。
　本発明は、振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域を備えることにより、簡単な構造で蓄熱容器内の化学蓄熱材の全体を効率よく反応させるものである。

　尚、実施態様に記載する化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の反応方法については、本発明に係る化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の反応方法を説明するために例示したに過ぎず、同様の効果を奏する限り、これらに限定されるものではない。また、本発明の化学蓄熱材の反応方法は、化学蓄熱装置の動作に置き換えるものとする。

〔第１の実施態様〕
［化学蓄熱装置］
　図１は、本発明の第一の実施態様の化学蓄熱装置１ａの構造を示す概略説明図である。この化学蓄熱装置１ａは、化学蓄熱材２と、化学蓄熱材２が移動しながら発熱反応又は蓄熱反応を起こす化学蓄熱反応器３と、化学蓄熱反応器３に反応気体７を供給する蒸発凝縮器４と、化学蓄熱材２の移動方向上流側に位置する蓄熱材コンテナ５及び化学蓄熱材２の移動方向下流側に位置する蓄熱材コンテナ６と、を備える。

（化学蓄熱材）
　化学蓄熱材２は、蓄熱時に蓄熱生成物と生成気体８（反応媒体９）に分離され、また、この逆の反応により熱を放出する化学物質である。例えば、蓄熱生成物と生成気体８として、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）等が挙げられる。放熱時に調達が容易であるという観点から、化学蓄熱材２は、生成気体８及び反応気体７として水蒸気を利用するものであることが好ましい。

　化学蓄熱材２の構造及び形状については、後述する移動領域３３ａを移動することが可能であれば特に限定するものではなく、例えば、粉体状、粒状、顆粒状、ペレット状、フレーク状などが挙げられる。また、粉体を成型して得られる成型体、又は化学蓄熱材２を多孔質体に担持させたものであってもよい。反応性を高めるために表面積が大きいという観点から、粉体状であることが好ましい

（化学蓄熱反応器）
　化学蓄熱反応器３は、化学蓄熱材２を加熱し、化学蓄熱材２から生成気体８を分離させて、蓄熱反応が行われ、また、化学蓄熱材２へ反応気体７を供給し、放熱反応が行われるためのものである。化学蓄熱反応器３は、化学蓄熱材２による蓄放熱を行うことができればどのような大きさでもよい。
　図１に示すとおり、化学蓄熱反応器３は、蓄熱容器３１と、熱交換部３２ａと、移動領域３３ａと、反応気体供給部３４と、供給機３５及び３６とを備える。

＜蓄熱容器＞
　蓄熱容器３１は、化学蓄熱材２を保持するための構成であり、密閉可能な構造物からなる。蓄熱容器３１の形状や材質は、特に制限されないが、耐圧性を有することが好ましい。耐圧性を有することにより蓄熱容器３１の内部の圧力の変化による内容積の変化が抑制されるため、内部の圧力を制御しやすいという効果を奏する。蓄熱容器３１の形状や材質は、特に制限されない。

＜熱交換部＞
　熱交換部３２ａは、熱交換部３２ａの内部の熱交換媒体の熱を化学蓄熱材２と交換し、化学蓄熱材２が熱交換部３２ａの熱を受け取るまたは化学蓄熱材２の熱を化学蓄熱反応器３の外部に取り出すための機能を有する。
　熱交換部３２ａは、板状の部材であって、熱交換媒体が通過する空間を有する。熱交換部３２ａは、蓄熱容器３１の内部空間３１１に重力方向と交差した状態で配置され、傾斜した状態で配置される。

≪移動領域≫
　移動領域３３ａは、蓄熱材コンテナ５から供給された化学蓄熱材２が移動する部分であり、熱交換部３２ａの上側表面の領域が該当する。化学蓄熱材２は、移動領域３３ａを移動しながら発熱反応または蓄熱反応をする。移動領域３３ａの化学蓄熱材２は、反応気体７による圧で流動化が行われず、熱交換部３２ａの上側表面に沿うように重力によって移動する。

＜反応気体供給部＞
　反応気体供給部３４は、発熱反応時に蒸発凝縮器４から供給された反応気体７が媒体流路Ｌ１を経由して供給される部分である。また、反応気体供給部３４は、蓄熱反応時に生成された生成気体８が媒体流路Ｌ１を経由して蒸発凝縮器４に移動するための入り口部分でもある。
　なお、媒体流路Ｌ１のバルブＶ１は、発熱反応または吸熱反応を行なう際に、開状態にされる。

　反応気体供給部３４は、蓄熱容器３１のどの部分に設けられてもよいが、化学蓄熱材２の移動方向下流側に配置された場合、化学蓄熱材２が密に配置された状態の側から反応気体７が供給される状態となることから、反応した化学蓄熱材２が蓄熱容器３１の内部空間３１１の空気と接触することを抑制でき、熱損失を抑制できる。
　言い換えると、後述する供給機３５から供給された未反応の化学蓄熱材２が直ちに反応すること及び供給機３５の出口付近の化学蓄熱材２が反応してしまうことにより、熱交換部３２ａと接触していない状態で化学蓄熱材２が反応してしまうこと抑制でき、熱損失を抑制できる効果がある。
　なお、反応気体供給部３４が下流側に配置された場合、化学蓄熱材２の一部が反応気体供給部３４から流出しないようにする構造を設け、化学蓄熱材２で媒体流路Ｌ１が詰まることを抑制することが好ましい。

　また、反応気体供給部３４が、化学蓄熱材２よりも上部の位置に配置された場合、化学蓄熱材２の上部に存在する蓄熱容器３１の内部空間３１１により、化学蓄熱材２の一部が反応気体供給部３４から流出しないようにする構造を設ける必要がないことから、構造が簡易になる効果がある。さらに、蓄熱時における蒸発凝縮器４へ向かう生成気体８の流れを妨げることがない効果もある。

＜供給機＞
　供給機３５は、化学蓄熱材２の移動方向上流側に配置され、蓄熱材供給路Ｌ２を経由して後述する蓄熱材コンテナ５内の化学蓄熱材２を連続的に蓄熱容器３１の内部へ供給する。また、供給機３６は、化学蓄熱材２の移動方向下流側に配置され、蓄熱材排出路Ｌ３を経由して蓄熱容器３１内の化学蓄熱材２を連続的に後述する蓄熱材コンテナ６へ排出する。
　供給機３５及び供給機３６としては、スクリューフィーダーやロータリーバルブが例示できる。
　供給機３５及び供給機３６は、反応気体７が蓄熱材コンテナ５又は蓄熱材コンテナ６に流入しないように遮断でき、蓄熱容器３１へ化学蓄熱材２を供給又は蓄熱容器３１から化学蓄熱材２を排出することができる密閉構造であることが好ましい。この構造であれば、蓄熱材コンテナ５内又は蓄熱材コンテナ６内の化学蓄熱材２と反応することを抑制でき、熱交換効率が高くなる。

（蒸発凝縮器４）
　蒸発凝縮器４は、化学蓄熱材２の発熱反応時に化学蓄熱反応器３へ反応気体を供給し、蓄熱反応時に化学蓄熱反応器３から生成気体８が流入し、液体状態の反応媒体９として貯留するための構造物である。
　蒸発凝縮器４は、熱交換配管４１を備え、熱交換配管４１により反応媒体９と熱交換が行われ、発熱反応時に反応媒体９が反応気体７として化学蓄熱反応器３に供給される。また、蓄熱反応時に生成気体８を反応媒体９となるように液体状態に凝縮する。
　なお、凝縮する際に、熱交換配管４１が冷却装置等により冷却されてもよいし、自然放熱により冷却されてもよい。
　また、図１に示すように、蒸発凝縮器４には、真空ポンプ４１とライン４２を備えていてもよい。真空ポンプ４１により蒸発凝縮器４の内部の圧力が蓄熱容器３１の内部よりも低い圧力にされることで、生成気体８が流入しやすくできる効果がある。

（蓄熱材コンテナ）
　蓄熱材コンテナ５及び蓄熱材コンテナ６は、化学蓄熱材２を貯留することができるものであれば構造や材質は特に限定されないが、排出された化学蓄熱材２の状態が変化しないように、密閉可能に化学蓄熱材２を保存できる構造物であることが好ましい。
　蓄熱材コンテナ５は、化学蓄熱材２の移動方向上流側に配置され、化学蓄熱反応器３で反応させる前の化学蓄熱材２が貯留される構造物である。また、蓄熱材コンテナ６は、化学蓄熱材２の移動方向下流側に配置され、化学蓄熱反応器３で反応した後の化学蓄熱材２が貯留される構造物である。

　また、蓄熱材コンテナ５及び蓄熱材コンテナ６は化学蓄熱反応器３から交換可能に設けられる。蓄熱材コンテナ５及び蓄熱材コンテナ６を複数準備し、交換しながら蓄熱及び発熱させることで、一つの化学蓄熱反応器３で、反応させる化学蓄熱材２の量を調整することができ、利便性のよい化学蓄熱装置１ａとすることができる。
　また、蓄熱材コンテナ５及び蓄熱材コンテナ６の容量を変えることで、化学蓄熱材２の量を調整しやすい効果もある。

［化学蓄熱装置の動作について］
　次に、本実施態様に係る化学蓄熱装置１ａの動作について説明する。
　まず、発熱反応を行う場合を例に説明すると、蓄熱材コンテナ５から化学蓄熱材２が化学蓄熱反応器３に供給される。この工程を供給ステップとする。
　この時、蓄熱材コンテナ５に貯留された化学蓄熱材２は、蓄熱が完了した状態である。また、供給は、供給機３５により行われ、連続的かつ一定量が蓄熱容器３１の内部に供給される。

　供給された化学蓄熱材２は、移動領域３３ａを移動する。この工程を、化学蓄熱材２を移動する移動ステップとする。
　供給された化学蓄熱材２は、傾斜して配置された熱交換部３２ａに供給され、熱交換部３２ａの上面表面である移動領域３３ａにおいて、化学蓄熱材２が自重により重力で移動する。
　移動ステップで移動する間に化学蓄熱材２が、供給された反応気体７と反応する。これにより反応気体７と化学蓄熱材２とを、効率よく反応させることができ、熱交換部３２ａを経由して熱が化学蓄熱装置１ａの外部に供給される。

　移動領域３３ａを移動した化学蓄熱材２は、蓄熱材コンテナ６に排出される。排出は、供給機３６によりにより行われ、連続的かつ一定量が蓄熱材コンテナ６に排出される。この工程を排出ステップとする。

　次に蓄熱反応について説明すると、上記の供給ステップが行われ、化学蓄熱材２が化学蓄熱反応器３に供給される。この時、蓄熱材コンテナ５に貯留された化学蓄熱材２は、発熱が完了した状態である。

　次に移動ステップが行われ、移動ステップで移動する間に化学蓄熱材２が、熱交換部３２ａから供給される熱で反応し、蓄熱反応が行われる。これにより生成気体８が反応気体供給部３４から媒体流路Ｌ１を通過して蒸発凝縮器４に移動しつつ、化学蓄熱材２が蓄熱した状態になる。

　次に、排出ステップが行われ、反応が完了した化学蓄熱材２が蓄熱材コンテナ６に排出される。
　以上の一連の工程により、化学蓄熱装置１ａの発熱反応及び蓄熱反応が完了する。

〔第２の実施態様〕
［化学蓄熱装置］
　次に図２を参照し、第２の実施態様の化学蓄熱装置１ｂについて説明する。なお、化学蓄熱装置１ａと同じ構成のものについては、同じ符号を付し、説明を省略する。
　本実施態様の化学蓄熱装置１ｂは、熱交換部３２ｂと移動領域３３ｂが化学蓄熱装置１ａと異なる。
＜熱交換部＞
　熱交換部３２ｂは、熱交換部３２と同様の機能を有する。熱交換部３２ｂは、管状の部材であって、蓄熱容器３１の内部に重力と交差する方向に離れて複数配置される。図２では、熱交換部３２ｂを断面で示しているが、紙面方向に延びるように配置されている。
　また、熱交換部３２ｂは、周囲を化学蓄熱材２で覆われた状態が維持されるように、供給機３５及び３６が制御される。

≪移動領域≫
　移動領域３３ｂは、移動領域３３ａと同様に、化学蓄熱材２が移動する領域であり、蓄熱容器３１の壁と熱交換部３２ｂとの間又は熱交換部３２ｂ同士の間の領域が該当する。
　移動領域３３ｂは、供給された化学蓄熱材２が重力によって上下方向に落下するように移動することから、移動させるための動力を必要としない。よって、装置の構造が簡単になる。

［化学蓄熱装置の動作について］
　次に、本実施態様に係る化学蓄熱装置１ｂの動作について説明する。
　まず、発熱反応を行う場合を例に説明すると、化学蓄熱装置１ａの動作と同様に、供給ステップが行われる。

　そして、化学蓄熱材２を移動する移動ステップが行われ、供給された化学蓄熱材２は、移動領域３３ｂを自重により重力で落下するように移動する。
　移動ステップで移動する間に化学蓄熱材２が、供給された反応気体７と反応する。これにより反応気体７と化学蓄熱材２とを、効率よく反応させることができ、熱交換部３２ｂを経由して熱が化学蓄熱装置１ｂの外部に供給される。

　移動領域３３ｂを移動した化学蓄熱材２は、蓄熱材コンテナ６に排出される。排出は、供給機３６によりにより行われ、連続的かつ一定量が蓄熱材コンテナ６に排出される。この工程を排出ステップとする。

　次に蓄熱反応について説明すると、化学蓄熱装置１ａの動作と同様に、供給ステップと、移動ステップと、排出ステップが行われる。
　移動ステップでは、化学蓄熱材２が移動領域３３ｂを上下方向に落下するように重力で移動しながら蓄熱反応が行われる。
　以上の一連の工程により、化学蓄熱装置１ｂ発熱反応及び蓄熱反応が完了する。

〔第３の実施態様〕
［化学蓄熱装置］
　次に図３参照し、第３の実施態様の化学蓄熱装置１ｃについて説明する。なお、化学蓄熱装置１ａ及び１ｂと同じ構成のものについては、同じ符号を付し、説明を省略する。
　本実施態様の化学蓄熱装置１ｃは、熱交換部３２ｃと移動領域３３ｃが異なり、また、反応気体供給体１０を備える点及び反応気体供給部３４ａと反応気体供給部３４ｂとを備えるが化学蓄熱装置１ｂと異なる。
＜熱交換部＞
　熱交換部３２ｃは、熱交換部３２ａ及び３２ｂと同様の機能を有する。熱交換部３２ｃは、管状の部材であって、蓄熱容器３１の内部に重力と交差する方向に離れて複数配置されかつ重力方向に複数並べて配置される。
　熱交換部３２ｃは、熱交換部３２ｂに比べ、重力方向（上下方向）に並べて配置されるため、化学蓄熱反応器３の設置面積を小さくしつつ移動領域３３ｃの距離を長く確保できる効果がある。
　なお、本実施の態様では、熱交換部３２ｃは、管状の部材が重力と交差する方向に離れて複数配置された場合を例示したが、単数であってもよい。
　また、管状の部材に変えて本発明の第１の実施態様の板状の熱交換部３２ａを縦に配置し、化学蓄熱材２が重力方向に落下するようにしてもよい。
　熱交換部３２ｃは、熱交換部３２ｂと同様に、周囲を化学蓄熱材２で覆われた状態を維持されるように、供給機３５及び３６が制御される。

≪移動領域≫
　移動領域３３ｃは、移動領域３３ａ及び３３ｂと同様に、化学蓄熱材２が移動する領域であり、蓄熱容器３１の壁と熱交換部３２ｃとの間又は熱交換部３２ｃ同士の間の領域が該当する。移動領域３３ｃは、移動領域３３ｂと比較して、重力方向に長い距離を確保できることから、化学蓄熱材２の反応を効率よく行うことができる。

＜反応気体供給体＞
　反応気体供給体１０は、発熱反応時に反応気体７を化学蓄熱材２の下流側まで送り込むための流路を確保するための部材であり、また、蓄熱反応時において下流側の化学蓄熱材２によって生成された生成気体８が反応気体供給部３４ｂに到達しやすくするようにするための流路を確保するための部材である。
　反応気体供給体１０は、移動領域３３ｃを有する蓄熱容器３１の内部に配置され、上流側の一部が蓄熱容器３１の空間３１１に露出した状態で配置される。反応気体供給体１０の露出した部分からは、反応気体７が流入する又は生成気体８が通過する。
　また、反応気体供給体１０は、化学蓄熱材２の重力による移動を妨げることがないように配置される。

　反応気体供給体１０は、化学蓄熱材２の内部に反応気体７及び生成気体８行き来することができる構造のものであれば、特に限定されない。具体的には、拡散部材５０６が内部に充填された筒状の筐体又は多孔体が適用できる。

　拡散部材５０６が内部に充填された筒状の筐体としては、図４に示すように、筐体５０１の壁部材５０２に貫通孔５０３が設けられ、筐体５０１の上部開口５０４から反応気体７が流入し、貫通孔５０３から化学蓄熱材２に反応気体７が供給される構造のものが使用できる。
　筐体５０１の形状は、円筒状や角筒状が例示できるが、化学蓄熱材２に反応気体７を供給するための流路となる空間を確保できるものであれば、どのような形状でもよい。

　また、筐体５０１は、化学蓄熱材２の反応による膨張と収縮の繰り返しによって生じる押しつぶし圧力５０５を受けることになる。筐体５０１に充填された拡散部材５０６は、拡散部材５０６の間を反応気体７が蛇行するように拡散する目的で充填されるほかに、押しつぶし圧力５０５により押しつぶされにくくするための役割も果たす。

　また、拡散部材５０６が内部に充填された筐体からなるものとしては、反応気体７の流路（通過する空間）を確保でき、かつ、押しつぶし圧力５０５に耐えることのできる別の部材の物体が、拡散部材５０６として筐体５０１の内部に充填されたものが例示できる。具体的には、金属もしくは砕石やセラミックスなどの無機材料の他、潜熱蓄熱の役割を果たすＰＣＭカプセルを拡散部材５０６に用いてもよい。

　ＰＣＭカプセルとは、潜熱蓄熱材（ＰＣＭは、Ｐｈａｓｅ　Ｃｈａｎｇｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌの略称）を金属カプセルに封入したものであり、潜熱蓄熱材が融解と凝固を繰り返すことで、熱の吸収と放出を行うものである。ＰＣＭカプセルは、高温になると中の潜熱蓄熱材は溶けて液体となるが、外側の金属カプセルは固体の状態であることから、潜熱蓄熱材が漏れることなく、また、押しつぶし圧力５０５が生じても、反応気体７の流路を確保することができる。

　また、多孔体としては、小さな空間を多量に有する金属のセル状の構造物であり、気泡が互いにつながった連続気泡体の発泡金属と呼ばれるものを使用することができる。

　さらに、他の多孔体としては、図５に示すように、板状部材２０２ａ（図５（Ａ）図）及び２０２ｂ（図５（Ｂ）図）の板厚方向に複数の貫通孔２０３ａ及び２０３ｂが設けられ、板状部材２０２ａ及び２０２ｂの貫通孔２０３ａ及び２０３ｂ同士が互いに位置をずらされて重ね合わされた板状体２０１（図５（Ｃ）図）が該当する。

　また、図６に示すように、板状体２０１が蓄熱容器３１の内壁に接触するように配置された部分の断面を示して説明すると、板状部材２０２ａ及び２０２ｂは、貫通孔２０３ａ及び２０３ｂ同士が互いに位置をずらされて重ね合わされた状態であることから、空間２１に露出した部分の貫通孔２０３ａから反応気体７が侵入し、反応気体７が貫通孔２０３ａ及び２０３ｂを蛇行するように下方に移動する。よって、下方の化学蓄熱材２にも反応気体７を供給することが可能である。
　また、反応気体供給体１０として、板状体２０１を使用した場合、重ね合わせ部分２０５が存在することから、押しつぶし圧力５０５を受けたとしても潰されることがない効果がある。
また、反応気体供給体１０は、化学蓄熱材２が貫通孔に入り込んで塞ぐことがないように、金属製のメッシュからなる容器又は袋体に入れられたり、メッシュ状の部材が化学蓄熱材２との間に配置されたりしてもよい。

＜反応気体供給部＞
　反応気体供給部３４ａと反応気体供給部３４ｂは、反応気体７または生成気体８が蒸発凝縮器４へ行き来するための供給口である。
　反応気体供給部３４ａは、化学蓄熱材２の移動方向下流側に配置され、反応気体供給体１０の下流側と連結しており、反応気体供給部３４ｂは、化学蓄熱材２よりも上部の位置に配置される。
　反応気体供給部３４ａは、化学蓄熱材２一部が流出しないようにする構造を設け、化学蓄熱材２で媒体流路Ｌ１が詰まることを抑制することが好ましい。

　化学蓄熱材２を発熱反応させる場合、媒体流路Ｌ１に設けられたバルブＶ１が開操作され、媒体流路Ｌ４に設けられたバルブＶ２が閉操作された状態で、蒸発凝縮器４から反応気体７が反応気体供給部３４ａを経由して反応気体供給体１０から化学蓄熱材２に供給される。

　さらに、化学蓄熱材２を蓄熱反応させる場合、媒体流路Ｌ１に設けられたバルブＶ１が閉操作され、媒体流路Ｌ４に設けられたバルブＶ２が開操作された状態で、生成気体８が反応気体供給体１０の露出した部分を経由して蓄熱容器３１の内部の空間に放出され、反応気体供給部３４ｂから排出される。これにより、生成気体８が上流側へ移動しやすく、その流れを妨げることがないことから好ましい。
　なお、下流側の熱交換部３２ｃの下流側から熱を供給することで、下流側の温度が高くなり、密に配置された化学蓄熱材２が保温効果を発揮するため、上流側から熱を供給するよりも、効率よく蓄熱反応を行うことができる。

［化学蓄熱装置の動作について］
　次に、本実施態様に係る化学蓄熱装置１ｃの動作について説明する。
　まず、発熱反応を行う場合を例に説明すると、化学蓄熱装置１ａ及び１ｂの動作と同様に、供給ステップが行われる。このとき、バルブＶ１が開状態及びバルブＶ２が閉状態である。

　そして、化学蓄熱材を移動する移動ステップが行われ、供給された化学蓄熱材２は、移動領域３３ｃを自重により重力で落下するように移動する。
　移動ステップで移動する間に化学蓄熱材２が、反応気体供給体１０の下流側から供給された反応気体７と反応する。これにより反応気体７と化学蓄熱材２が、効率よく反応させることができ、熱交換部３２ｃを経由して熱が化学蓄熱装置１ｃの外部に供給される。

　移動領域３３ｃを移動した化学蓄熱材２は、蓄熱材コンテナ６に排出される。排出は、供給機３６によりにより行われ、連続的かつ一定量が蓄熱材コンテナ６に排出される。この工程を排出ステップとする。

　次に蓄熱反応について説明すると、化学蓄熱装置１ａ及び１ｂの動作と同様に、供給ステップと、移動ステップと、排出ステップが行われる。
　なお、供給ステップの際、バルブＶ１が閉状態及びバルブＶ２が開状態である。
　移動ステップでは、化学蓄熱材２が移動領域３３ｃを上下方向に落下するように重力で移動しながら蓄熱反応が行われる。
　以上の一連の工程により、化学蓄熱装置１ｃ発熱反応及び蓄熱反応が完了する。

　本実施態様では、反応気体供給部３４ａと反応気体供給部３４ｂとを設け、反応気体７を反応気体供給部３４ａから供給し、蓄熱反応時に生じた生成気体８を反応気体供給部３４ｂから排出する場合を例示したが、反応気体供給部３４ａを設けることなく、反応気体供給部３４ｂから反応気体７を供給及び生成気体８を排出するようにしてもよい。また、反応気体供給部３４ｂを設けることなく、反応気体供給部３４ａから反応気体７を供給及び生成気体８を排出するようにしてもよい。

〔第４の実施態様〕
［化学蓄熱装置］
　次に図７参照し、第４の実施態様の化学蓄熱装置１ｄについて説明する。なお、化学蓄熱装置１ａから１ｃと同じ構成のものについては、同じ符号を付し、説明を省略する。
　本実施態様の化学蓄熱装置１ｄは、反応気体供給部３４ａと反応気体供給体１０とが連結している点が化学蓄熱装置１ｃと異なる。

＜反応気体供給体＞
　反応気体供給体１０は、化学蓄熱材２が投入される上流側の部分と反応気体供給部３４ｂが連結していることで、生成気体７又は反応気体８が反応気体供給部３４ｂを経由して媒体流路Ｌ４を流れる構造となっている。
　この構造とすることで、下流側の蓄熱容器３１の化学蓄熱材２に反応気体８を効率よく供給することできる。また、真空ポンプ４１により蒸発凝縮器４の内部を蓄熱容器３１よりも低圧にするとより、生成気体７を蒸発凝縮器４に移動させる際にも、移動効率が向上する。

　図８及び図９は、反応気体供給体１０及び反応気体供給部３４ｂを示す図である。
　図８の（Ａ）図に示す反応気体供給体１０では、化学蓄熱材２が投入される上流側の部分の上部がカバー部材３４ｃで覆われる。このカバー部材３４ｃの側面部に媒体流路Ｌ４が配置された構造である。カバー部材３４ｃが反応気体供給体１０の上部端面部を覆う構造となっていることから、上流から供給された化学蓄熱材２が、貫通孔２０３ａ及び貫通孔２０３ｂに入り込むことを抑制できる効果がある。
　また、この構造であれば、媒体流路Ｌ４とカバー部材３４ｃとの連結部分を大きく確保できることから、溶接のような方法で連結がしやすく、製造が容易である効果がある。

　また、図９の（Ａ）図に示す反応気体供給体１０では、反応気体供給部３４ｂが反応気体供給体１０の端面部分に配置された構造としてもよい。
　この構造とすることで、上流から供給される化学蓄熱材２の落下を媒体流路Ｌ４が阻害しにくい構造とすることができる。

［化学蓄熱装置の動作について］
　次に、本実施態様に係る化学蓄熱装置１ｄの動作について説明する。
　まず、発熱反応を行う場合を例に説明すると、化学蓄熱装置１ｃの動作と同様に、供給ステップが行われる。このとき、バルブＶ１が開状態及びバルブＶ２が閉状態である。

　そして、化学蓄熱材を移動する移動ステップが行われ、供給された化学蓄熱材２は、移動領域３３ｃを自重により重力で落下するように移動する。このとき、カバー部材３４ｃが、反応気体供給体１０の上部端面を覆っていることから、供給された化学蓄熱材２が反応気体供給体１０の上部端面から貫通孔２０３ａ及び貫通孔２０３ｂの内部に入り込むことを抑制できる。
　移動ステップで移動する間に化学蓄熱材２が、反応気体供給体１０の下流側から供給された反応気体７と反応する。これにより反応気体７と化学蓄熱材２が、効率よく反応させることができ、熱交換部３２ｃを経由して熱が化学蓄熱装置１ｄの外部に供給される。

　次に蓄熱反応について説明すると、化学蓄熱装置１ｃの動作と同様に、供給ステップと、移動ステップと、排出ステップが行われる。
　なお、供給ステップの際、バルブＶ１が閉状態及びバルブＶ２が開状態である。
　移動ステップでは、化学蓄熱材２が移動領域３３ｃを上下方向に落下するように重力で移動しながら蓄熱反応が行われる。
　以上の一連の工程により、化学蓄熱装置１ｄ発熱反応及び蓄熱反応が完了する。

　本実施態様では、反応気体供給体１０の上部端面部にカバー部材３４ｃを設け、反応気体供給体１０と反応気体供給部３４ｂと連結した場合例示したが、カバー部材３４ｃと同様に、反応気体供給体１０の下部端面部を覆うカバー部材を設け、反応気体供給体１０と反応気体供給部３４ａと連結してもよい。また、反応気体供給体１０は、反応気体供給部３４ｂと反応気体供給部３４ａの両方と連結していてもよい。

　また、本実施態様では、化学蓄熱装置１ｃと同様に反応気体供給部３４ａと反応気体供給部３４ｂとを設け、反応気体７を反応気体供給部３４ａから供給し、蓄熱反応時に生じた生成気体８を反応気体供給部３４ｂから排出する場合を例示したが、反応気体供給部３４ａを設けることなく、反応気体供給部３４ｂから反応気体７を供給及び生成気体８を排出するようにしてもよい。この場合、反応気体７を供給する際に、内部空間３１１付近の化学蓄熱材２が反応することを抑制し、熱交換部３２ｃの近傍で反応させることができることから、効率よく熱交換を行うことができる。

　本発明の第１の実施態様から第４の実施態様では、熱交換部３２ａ、３２ｂ、３２ｃが蓄熱容器３１の内部に配置された場合を例示したが、蓄熱反応の際に熱を加えるための熱交換部材が蓄熱容器３１の外部に設置されてもよい。かかる場合、第１の実施態様においては、熱交換部３２ａに替えて化学蓄熱材２を誘導するための傾斜板が配置される。

　本発明の第１の実施態様から第４の実施態様では、移動領域３３ａ、３３ｂ、３３ｃにおいて、重力により化学蓄熱材２を移動させる場合を例示したが、化学蓄熱反応器３に振動による移動を促す装置を備えていてもよい。蓄熱容器３１又は熱交換部３２ａ、３２ｂ、３２ｃに対し、振動を継続して与えるバイブレーターや、一定間隔で定期的に振動を与えるノッカー等を備えていてもよい。また、反応気体供給体１０と連結する流路Ｌ１又は／およびＬ４をコンプレッサー等に接続し、高圧空気が反応気体供給体１０を通じて化学蓄熱材２に噴射されることで化学蓄熱材２の移動を促してもよい。

　なお、本発明の第１の実施態様において、化学蓄熱材２が重力で移動せずかつ振動が与えられた場合に移動するように、熱交換部材３２ａが傾斜して配置されてもよい。その場合、化学蓄熱材２をバッチ処理してもよく、移動領域３３ａの化学蓄熱材２の移動が停止した状態（振動が与えられない状態）で、発熱反応又は蓄熱反応を完了させた後、振動を与えて化学蓄熱材２を移動させてもよい。

　また、本発明の第２の実施態様及び第３の実施態様及び第４の実施態様では、熱交換部３２ｂ又は３２ｃが、周囲を化学蓄熱材２で覆われた状態が維持されるように、連続的かつ一定量が供給機３５及び３６で制御される場合を例示した。しかし、化学蓄熱材２をバッチ処理してもよく、熱交換部３２ｂ又は３２ｃが覆われた状態となるように供給機３５を動作させかつ供給機３６を停止させ、移動領域３３ｂ又は３３ｃで化学蓄熱材２の移動を止めた状態とし、発熱反応又は蓄熱反応を完了させた後、供給機３６を作動させて反応後の化学蓄熱材２を排出（移動）してもよい。
　なお、本発明の第４の実施態様の化学蓄熱装置の動作についての説明において、発熱反応を行う場合、バルブＶ１が開状態及びバルブＶ２が閉状態であり、蓄熱反応を行う場合、バルブＶ１が閉状態及びバルブＶ２が開状態である場合を例示した。しかしながら、本発明の第４の実施態様において、バッチ処理を行う際のように、反応気体供給体１０の全体が化学蓄熱材２で覆われた状態であれば、発熱反応時にバルブＶ１が閉状態及びバルブＶ２が開状態としてもよく、また、蓄熱反応を行う場合にバルブＶ１が開状態及びバルブＶ２が閉状態としてもよい。また、発熱反応及び蓄熱反応の際にバルブＶ１及びバルブＶ２が共に開状態としてもよい。

　本発明の第１の実施態様から第４の実施態様では、移動領域３３ａ、３３ｂ、３３ｃにおいて、重力により上下方向に化学蓄熱材２を移動させる場合を例示したが、水平方向（横方向）に移動させてもよい。

　本発明の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法は、エンジンなどの駆動機関のほか、工場や燃焼処理を行う設備（ごみ焼却施設等）など、稼働に際して熱の発生を伴う熱源からの排熱（廃熱）を有効利用する手段として好適に利用される。

１ａ　化学蓄熱装置
１ｂ　化学蓄熱装置
１ｃ　化学蓄熱装置
２　化学蓄熱材
３　化学蓄熱反応器
４　蒸発凝縮器
５　蓄熱材コンテナ
６　蓄熱材コンテナ
７　反応気体
８　生成気体
９　反応媒体
１０　反応気体供給体
３１　蓄熱容器
３２ａ　熱交換部
３２ｂ　熱交換部
３２ｃ　熱交換部
３３ａ　移動領域
３３ｂ　移動領域
３３ｃ　移動領域
３４　反応気体供給部
３４ａ　反応気体供給部
３４ｂ　反応気体供給部
３４ｃ　カバー部材
３５　供給機
３６　供給機
４１　熱交換配管
３１１　内部空間
２０１　板状体
２０２ａ　板状部材
２０２ｂ　板状部材
２０３ａ　貫通孔
２０３ｂ　貫通孔
２０５　重ね合わせ部分
５０１　筐体
５０２　壁部材
５０３　貫通孔
５０４　上部開口
５０５　圧力
５０６　拡散部材

Claims

　振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域と、
　前記移動領域で移動する間に前記化学蓄熱材が反応することを特徴とする、化学蓄熱装置。
　振動又は／及び自重により化学蓄熱材が移動する移動領域と、
　前記移動領域で化学蓄熱材の移動を止めた状態で前記化学蓄熱材が反応することを特徴とする、化学蓄熱装置。
　前記移動領域を有する蓄熱容器の内部に反応気体を供給又は生成気体を排出する反応気体供給体を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
　前記反応気体を供給又は生成気体を排出する反応気体供給部は、前記反応気体供給体と連結することを特徴とする、請求項３に記載の化学蓄熱装置。
　反応気体を供給する反応気体供給部は、前記化学蓄熱材の移動方向下流側に配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
　生成気体を排出する反応気体供給部は、前記化学蓄熱材よりも上部に配置することを特徴とする、請求項１又は２に記載の化学蓄熱装置。
　振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動する移動ステップと、
　前記移動ステップで移動する間に前記化学蓄熱材が反応することを特徴とする、化学蓄熱材の反応方法。
　振動又は／及び自重により化学蓄熱材を移動する移動ステップと、
　前記化学蓄熱材の移動を止めた状態で前記化学蓄熱材が反応することを特徴とする、化学蓄熱材の反応方法。