特許 5687179 化学蓄熱用反応器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5687179

(24)【登録日】2015年1月30日

(45)【発行日】2015年3月18日

(54)【発明の名称】化学蓄熱用反応器

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20150226BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 G

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-262847(P2011-262847)

(22)【出願日】2011年11月30日

(65)【公開番号】特開2013-113564(P2013-113564A)

(43)【公開日】2013年6月10日

【審査請求日】2014年4月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】若杉 知寿

(72)【発明者】

【氏名】志満津 孝

(72)【発明者】

【氏名】小牧 克哉

(72)【発明者】

【氏名】桑山 和利

(72)【発明者】

【氏名】布施 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】中川 忠紘

(72)【発明者】

【氏名】三枝 弘

【審査官】 仲村 靖

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９６６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８１０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３８７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００７４７１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２６２８４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

壁厚方向に間隔をあけて設けられた伝熱隔壁と、
前記伝熱隔壁の壁厚方向外側に設けられ、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が充填された蓄熱層と、
前記伝熱隔壁間に設けられ、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記伝熱隔壁よりも線膨張係数が大きく、水和反応時は前記伝熱隔壁間よりも厚みが薄く、脱水反応時には熱膨張することで前記伝熱隔壁に接触して前記伝熱隔壁を介して前記蓄熱層を加熱するヒータ層と、
備える化学蓄熱用反応器。

【請求項2】

前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、脱水反応時には前記蓄熱層で発生した水蒸気が流入し、水和反応時には前記蓄熱層に水蒸気を供給する蒸気拡散層と、
前記蒸気拡散層に設けられ、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体と、
を備える請求項１に記載の化学蓄熱用反応器。

【請求項3】

前記蓄熱層に接触するように配置され、前記蓄熱層との間で熱交換可能な被加熱媒体が充填された媒体流路層を備える、
請求項１又は請求項２に記載の化学蓄熱用反応器。

【請求項4】

前記媒体流路層は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、
前記媒体流路層には、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体が設けられている、
請求項３に記載の化学蓄熱用反応器。

【請求項5】

前記ヒータ層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に挿入され、前記伝熱隔壁を支持する補強部材と、
を備える請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の化学蓄熱用反応器。

【請求項6】

前記補強部材は、前記ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされている、
請求項５に記載の化学蓄熱用反応器。

【請求項7】

前記伝熱隔壁における前記ヒータ層側の壁面には、離型性を高める離型手段が設けられている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の化学蓄熱用反応器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化学蓄熱用反応器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、はずみ車（フライホイール）で蓄電池のピーク出力を減らし、且つ蓄電池を通さずにブレーキ時の回生エネルギーを回収するはずみ車助力形電気駆動装置が開示されている（特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献２には、ヒータによる加熱により脱水反応を生じることで蓄熱すると共に水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、反応部に気密状態で連通された蒸発・凝縮器と、を備える化学蓄熱システムが開示されている（特許文献２を参照）。

【0004】

ここで、水和反応時におけるヒータと化学蓄熱材との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータと化学蓄熱材との間の熱伝達促進機能と、を向上させて、より効率的に蓄熱することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＵＳ４４２３７９４

【特許文献2】特開２００９―２５７６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記事実を考慮し、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、を向上させることができる化学蓄熱用反応器を提供することが課題である。

【0007】

が目的である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１の化学蓄熱用反応器は、壁厚方向に間隔をあけて設けられた伝熱隔壁と、前記伝熱隔壁の壁厚方向外側に設けられ、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が充填された蓄熱層と、前記伝熱隔壁間に設けられ、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記伝熱隔壁よりも線膨張係数が大きく、水和反応時は前記伝熱隔壁間よりも厚みが薄く、脱水反応時には熱膨張することで前記伝熱隔壁に接触して前記伝熱隔壁を介して前記蓄熱層を加熱するヒータ層と、を備える。

【0009】

請求項１の化学蓄熱用反応器では、水和反応時においては伝熱隔壁間よりもヒータ層の厚みが薄いので、ヒータ層と伝熱隔壁との間に隙間が形成される。よって、ヒータ層と伝熱隔壁との間に空気層が形成され、この空気層が伝熱遮断機能を発揮する。つまり、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層からヒータ層への伝熱が抑制され、これによりヒータ層の熱容量による顕熱ロスが低減される。

【0010】

一方、脱水反応時においてはヒータ層が熱膨張することで伝熱隔壁に面接触してヒータ層の熱が蓄熱層に伝熱される。また、反応初期の脱水速度が速い領域においては、化学蓄熱層の熱膨張によって蓄熱層から圧力を受ける。よって、伝熱隔壁はヒータ層の面接触と蓄熱層の圧力との相互作用によって、伝熱隔壁とヒータ層との接触面の圧力分布が均一化すると共に、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。したがって、脱水速度が速い領域における伝熱律速が改善する。

【0011】

このように、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、の両方が向上する。

【0012】

請求項２の化学蓄熱用反応器は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、脱水反応時には前記蓄熱層で発生した水蒸気が流入し、水和反応時には前記蓄熱層に水蒸気を供給する蒸気拡散層と、前記蒸気拡散層に設けられ、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体と、を備える。

【0013】

請求項２の化学蓄熱用反応器では、蓄熱層と伝熱隔壁との間の蒸気拡散層に設けられた構造体が、水和反応時の蓄熱層の水和膨張に伴い弾性変形することで、伝熱隔壁が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することが防止される。つまり、ヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。

【0014】

また、伝熱隔壁が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層の耐久性能が向上する。

【0015】

また、脱水反応時において、伝熱隔壁を介して伝熱されたヒータ層の熱を、蒸気拡散層に設けられた構造体が蓄熱層に伝熱する。

【0016】

請求項３の化学蓄熱用反応器は、前記蓄熱層に接触するように配置され、前記蓄熱層との間で熱交換可能な被加熱媒体が充填された媒体流路層を備える。

【0017】

請求項３の化学蓄熱用反応器では、水和反応時においては、媒体流路層に充填された被加熱媒体と蓄熱層との間で熱交換され、蓄熱層の化学蓄熱材の速い反応速度が維持される。また、熱交換され温度が上昇した被加熱媒体を別途設けた流路に流すことで暖気対象を加熱・昇温させることが可能である。つまり、蓄熱層の熱の輸送が可能となる。

【0018】

一方、脱水反応時においては、蓄熱完了後（脱水完了後）に、被加熱媒体を低温媒体とすることで、蓄熱層やヒータ層等の顕熱を熱交換によって回収し、熱利用先に熱を輸送することが可能である。

【0019】

請求項４の化学蓄熱用反応器は、前記媒体流路層は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、前記媒体流路層には、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体が設けられている。

【0020】

請求項４の化学蓄熱用反応器では、蓄熱層と伝熱隔壁との間の媒体流路層に設けられた構造体が、水和反応時の蓄熱層の水和膨張に伴い弾性変形することで、伝熱隔壁が凸状に変形による接触面の圧力分布が不均一化することが防止される。つまり、ヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。

【0021】

また、伝熱隔壁が凸状に変形による接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層の耐久性能が向上する。

【0022】

また、脱水反応時において、伝熱隔壁を介して伝熱されたヒータ層の熱を、媒体流路層に設けられた構造体が蓄熱層に伝熱する。

【0023】

請求項５の化学蓄熱用反応器は、前記ヒータ層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔に挿入され、前記伝熱隔壁を支持する補強部材と、を備える。

【0024】

請求項５の化学蓄熱用反応器では、脱水反応時の蓄熱層の熱膨張に対してヒータ層と共に伝熱隔壁を補強部材が支持するので、ヒータ層にかかる応力が低減する。これによりヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。また、ヒータ層にかかる応力が低減するので、ヒータ層の耐久性能が向上する。

【0025】

また、水和反応時における蓄熱層の水和膨張に伴う伝熱隔壁の膨張や変形が抑えられ、この結果、伝熱隔壁とヒータ層との部分的な接触が防止され、空気層が確実に形成される。よって、空気層による伝熱遮断機能（断熱機能）が効果的に発揮される。つまり、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層からヒータ層への伝熱が抑制され、これによりヒータ層の熱容量による顕熱ロスが低減される。

【0026】

請求項６の化学蓄熱用反応器は、前記補強部材は、前記ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされている。

【0027】

請求項６の化学蓄熱装置では、補強部材は、ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされているので、水和反応時における蓄熱層から補強部材への伝熱及びヒータ層への伝熱が抑制され、その結果、顕熱ロスが軽減される。

【0028】

請求項７の化学蓄熱用反応器は、前記伝熱隔壁における前記ヒータ層側の壁面には、離型性を高める離型手段が設けられている。

【0029】

請求項７の化学蓄熱用反応器では、脱水反応時に伝熱隔壁に面接触したヒータ層が伝熱隔壁から離型する際に、離型手段によって離型性が促進されるので、ヒータ層が伝熱隔壁に接触したままとなって、空気層が形成されなくなることが防止又は抑制される。よって、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能がより確実に発揮される

【発明の効果】

【0030】

請求項１に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、の両方を向上させることができる。

【0031】

請求項２に記載の化学蓄熱用反応器によれば、接触熱抵抗が低減するので、熱伝達促進機能を更に向上させることができる。

【0032】

請求項３に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時において、蓄熱層の化学蓄熱材の速い反応速度を維持することができる。

【0033】

請求項４に記載の化学蓄熱用反応器によれば、接触熱抵抗が低減するので、熱伝達促進機能を更に向上させることができる。

【0034】

請求項５に記載の化学蓄熱用反応器によれば、補強部材を有しない構成と比較し、熱伝達促進機能と熱伝導遮断性能とを更に向上させることができる。

【0035】

請求項６に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時における蓄熱層から補強部材への伝熱及びヒータ層への伝熱を抑制することができる。

【0036】

請求項７に記載の化学蓄熱用反応器によれば、離型手段を有しない厚生と比較し、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能をより確実に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。

【図2】（Ａ）は第一実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の要部を拡大した拡大断面図である。

【図3】（Ａ）は化学蓄熱用反応器のヒータ層を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）をＢ方向に見た側面図である。

【図4】化学蓄熱用反応器の蓄熱層を模式的に示し、（Ａ）は脱水反応時の図であり、（Ｂ）は水和反応時の図である。

【図5】第一実施形態の化学蓄熱用反応器の脱水反応の様子を（Ａ）〜（Ｃ）へと順番に説明する図２に対応した説明図である。

【図6】化学蓄熱用反応器の脱水反応時における、（１）はヒータ層の伝熱隔壁への面接触率の変化を示し、（２）は蓄熱層の温度変化を示し、（３）は蓄熱層）の熱膨張力の変化を示し、（４）は脱水速度の変化を示すグラフである。

【図7】第二実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す断面図である。

【図8】（Ａ）及び（Ｂ）は第二実施形態の化学蓄熱用反応器の蓄熱層の熱膨張に伴う構造体の弾性変形を示す模式図であり、（Ｃ）は比較例の蓄熱層の熱膨張による伝熱隔壁の変形を示す模式図である。

【図9】第三実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す（Ａ）は水和反応時の断面図であり、（Ｂ）脱水反応時の断面図である。

【図10】第三実施形態の化学蓄熱用反応器の蓄熱層の熱膨張に伴う構造体の弾性変形を示す模式図である。

【図11】第四実施形態の化学蓄熱用反応器のヒータ層を模式的に示す斜視図である。

【図12】第四実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す（Ａ）は水和反応時の断面図であり、（Ｂ）脱水反応時の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

＜化学蓄熱システム＞
まず、本発明の実施形態に係る化学蓄熱用反応器を用いた化学蓄熱システム１０について、図１を用いて説明する。

【0039】

図１には、化学蓄熱システム１０の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、化学蓄熱システム１０は、第一実施形態の化学蓄熱用反応器１００を備えている。化学蓄熱用反応器１００は、後述するように化学蓄熱材１１２（図２参照）が脱水に伴って蓄熱（吸熱）し、水和（水酸化カルシウムへの復元）に伴って放熱（発熱）する構成とされている。

【0040】

化学蓄熱システム１０は、化学蓄熱用反応器１００から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、水蒸気が凝縮された水（液相の水、以下同じ）を貯留する貯留部、及び貯留した水を蒸発させて化学蓄熱用反応器１００に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての各機能を兼ね備える蒸発・凝縮器１４を備えている。蒸発・凝縮器１４の容器１６は、内部に水蒸気凝縮用の冷媒流路や蒸発用の熱媒流路等が設けられて構成されている。

【0041】

この蒸発・凝縮器１４の容器１６は、水蒸気循環系を構成する水蒸気循環路２０を介して化学蓄熱用反応器１００に連通されている。水蒸気循環路２０には、連通と非連通とを切り替えるための開閉弁２２が設けられている。

【0042】

＜第一実施形態＞
つぎに、本発明の実施形態に係る第一実施形態の化学蓄熱用反応器について、図１〜図６を用いて説明する。

【0043】

図２に示すように、化学蓄熱用反応器１００は、反応容器１０２の中にヒータ層１５０と蓄熱層１１０と蒸気拡散層１２０とが、層状に設けられた構成とされている。なお、各図の矢印Ｓが後述する伝熱隔壁１０４の壁厚方向（層方向）Ｓを示している。

【0044】

ヒータ層１５０は反応容器１０２における壁厚方向Ｓの中央部に設けられ、蓄熱層１１０はヒータ層１５０の壁厚方向Ｓの両外側に設けられている。そして、蒸気拡散層１２０が蓄熱層１１０の壁厚方向Ｓの両外側及び反応容器１０２の側壁１０２Ａとの間に設けられている。

【0045】

反応容器１０２は、ステンレス等の金属材料で構成されている。また、反応容器１０２に内部には、壁厚方向Ｓに対向して配置された伝熱隔壁１０４が設けられている。これら伝熱隔壁１０４の間の空間（スリット）１０６の中にヒータ層１５０が設けられている。別の言い方をすると、伝熱隔壁１０４がヒータ層１５０と蓄熱層１１０との間を仕切っている。

【0046】

蓄熱層１１０は、粒子状の化学蓄熱材１１２が充填されている（図４も参照）。化学蓄熱材１１２は、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）が採用されている。したがって、蓄熱層１１０では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。

【0047】

Ｃａ（ＯＨ）_２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ（脱水反応、図４（Ａ）→（Ｂ））
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ（水和反応、図４（Ｂ）→（Ａ））
となる。

【0048】

なお、この化学蓄熱材（Ｃａ（ＯＨ）_２）１１２の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、略１．８６［ＭＪ／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）_２］とされている。

【0049】

蒸気拡散層１２０は、水蒸気流路として機能する。具体的には、水和反応時に化学蓄熱材１１２に、前述した水蒸気循環路２０を介して蒸発・凝縮器１４（図１参照）から送られた水蒸気を供給するための流路として機能する。一方、脱水反応時には、化学蓄熱材１１２から分離・生成された水蒸気が水蒸気循環路２０を介して蒸発・凝縮器１４に送る水蒸気の流路として機能する。また、蒸気拡散層１２０には、金属製の波型の構造体（フィン）１２２が設けられ、これによって、水蒸気の流路が確保されている。また、構造体１２２の波型の凹凸方向は壁厚方向Ｓとされているので、構造体１２２は壁厚方向Ｓに弾性変形する。

【0050】

図３に示すように、ヒータ層１５０は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱部１５２と、発熱部１５２の壁厚方向Ｓの両外側に設けられた絶縁部１５４と、が層状となった構成とされている。発熱部１５２はニクロム線等のヒータ線で構成され、絶縁部１５４はマイカ材で構成されている。そして、発熱部１５２は、電源１５８（図１参照）から供給される電気が流れることによって発熱する。

【0051】

ヒータ層１５０を構成する絶縁部１５４の線膨張係数Ｋ１は、伝熱隔壁１０４の線膨張係数Ｋ２よりも大きくなるように、材料が選定されている（Ｋ１＞Ｋ２）。なお、本実施形態では、ヒータ層１５０の絶縁部１５４を構成するマイカ材の線膨張係数Ｋ１は「５２×１０^−６[１／Ｋ]」であり、伝熱隔壁１０４を構成するステンレス材の線膨張係数Ｋ２は、「１７．３×２０^−６[１／Ｋ]」である。

【0052】

また、図２（Ｂ）に示すように、非加熱時（予め定められた温度Ｃ１度以下）におけるヒータ層１５０の壁厚方向Ｓの厚みＴ１は、伝熱隔壁１０４間の間隔、つまり空間（スリット）１０６の壁厚方向Ｓの幅Ｌ１よりも小さい。つまり、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０との間に空気層１０８が形成された状態となる。

【0053】

しかし、ヒータ層１５０が加熱されると、ヒータ層１５０及び伝熱隔壁１０４共に熱膨張するが、ヒータ層１５０の線膨張係数Ｋ１が、伝熱隔壁１０４の線膨張係数Ｋ２のよりも大きくなるように材料が選定されているので、ヒータ層１５０の方がより大きく膨張し、その結果、加熱時（予め定められた温度Ｃ２以上）ではヒータ層１５０が伝熱隔壁１０４に当接した状態が維持される（図５（Ｂ）を参照）。

【0054】

また、伝熱隔壁１０４のヒータ層１５０側の壁面１０４Ａには、ヒータ層１５０が離型する離型性を高めたメッキ加工が施されている。つまり、壁面１０４Ａにはメッキ層１０５が形成されている。

【0055】

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0056】

図１〜図４に示すように、化学蓄熱システム１０では、化学蓄熱用反応器１００の蓄熱層１１０の化学蓄熱材１１２に蓄熱する際には、開閉弁２２を開放した状態で、ヒータ層１５０の発熱部１５２に電源１５８から電気を流して加熱すると、熱によって化学蓄熱材１１２が脱水反応を生じ、これにより化学蓄熱材１１２（蓄熱層１１０）に蓄熱される。この際、化学蓄熱材１１２から脱水された水蒸気は、蒸気拡散層１２０及び水蒸気循環路２０を介して蒸発・凝縮器１４に導入される。蒸発・凝縮器１４では、冷媒流路を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が貯留される。

【0057】

一方、化学蓄熱用反応器１００に蓄熱された熱を放熱する際には、化学蓄熱システム１０は、開閉弁２２を開放した状態で、蒸発・凝縮器１４から水蒸気循環路２０を介して化学蓄熱用反応器１００の蓄熱層１１０の化学蓄熱材１１２に供給する。これにより、化学蓄熱材１１２に水和反応が生じ放熱する。そして、放熱された熱を利用する。

【0058】

このように、化学蓄熱用反応器１００では、蓄熱層１１０に充填された化学蓄熱材１１２が、水和反応と脱水反応とによって、可逆的に発熱及び吸熱を行うように構成されている。

【0059】

つぎに、水和反応及び脱水反応のそれぞれにおけるヒータ層１５０について詳しく説明する。

【0060】

まず、水和反応時（図４（Ｂ）→図４（Ａ）の反応時）について説明する。

【0061】

図５（Ａ）に示すように、ヒータ層１５０は、非加熱状態であるので、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０との間に隙間がある非接触状態となる。つまり、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０との間に空気層１０８が形成された状態となる。

【0062】

一方、蓄熱層１１０においては、図４（Ａ）に示すように、水和反応によって粒状の化学蓄熱材１１２が膨張するが、伝熱隔壁１０４によって膨張が抑えられる（図５（Ａ）の矢印Ｆ１を参照）。よって、図５（Ａ）に示す空気層１０８が確保される。そして、空気層１０８が熱伝導遮断効果（断熱効果）を発揮するので、水和反応によって、蓄熱層１１０の化学蓄熱材１１２が放熱した熱のヒータ層１５０への伝熱が抑制される。

【0063】

したがって、ヒータ層１５０の熱容量による顕熱ロスが低減されるので、蓄熱層１１０の化学蓄熱材１１２から放熱された熱の熱利用効率が向上する。つまり、水和反応によって蓄熱層１１０の化学蓄熱材１１２から発生した熱を有効に利用することができる。

【0064】

つぎに、脱水反応時（図４（Ａ）→図４（Ｂ）の反応時）について説明する。

【0065】

まず、図６グラフについて説明する。
図６のグラフの（１）はヒータ層１５０の伝熱隔壁１０４への面接圧（面触率）の変化を示している。（２）は蓄熱層１１０（化学蓄熱材１１２）の温度変化を示している。（３）は、蓄熱層（化学蓄熱材１１２）の熱膨張力の変化を示している。（４）は脱水速度の変化を示している。なお、横軸は時間軸であり、縦軸は各グラフに応じた軸である。

【0066】

また、図６の（Ａ）はヒータ層１５０が熱膨張して伝熱隔壁１０４への当接すまでの間を示している。また、Ｄ線は、ヒータ層１５０と伝熱隔壁１０４との接触面の圧力分布が一定となる時点を示している。また、図５の（Ａ）〜（Ｃ）と図６の（Ａ）〜（Ｃ）とが対応している。なお、このグラフは各変化を説明するために模式的に示したものであり、正確に測定されたグラフではない。

【0067】

図６と図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、ヒータ層１５０が発熱すると、空気層１０８によって熱伝導が遮断されているので（断熱されているので）、ヒータ層１５０は熱を奪われないで、伝熱隔壁１０４に当接するまでは高速膨張する。

【0068】

図６及び図５（Ｂ）に示すように、当接後はヒータ層１５０及び伝熱隔壁１０４が共に熱膨張するが、ヒータ層１５０の線膨張係数Ｋ１は、伝熱隔壁１０４の線膨張係数Ｋ２よりも大きくなるように材料が選定されている。よって、ヒータ層１５０の方がより大きく膨張し、加熱時（予め定められた温度Ｃ２以上）ではヒータ層１５０が伝熱隔壁１０４に当接した状態が維持されると共に、ヒータ層１５０の熱膨張によって均一に面接接触する（接触面の圧力分布が均一化する）。そして、ヒータ層１５０から伝熱隔壁１０４を介して蓄熱層１５０に伝熱され、蓄熱層１１０（化学蓄熱材１１２）が加熱される。

【0069】

ここで、脱水反応初期は、化学蓄熱材１１２が膨張状態であるので（図４（Ａ）を参照）、伝熱隔壁１０４に大きな応力（矢印Ｆ２）が発生する。よって、伝熱隔壁１０４は、両側から圧力を受けるので、接触抵抗熱が低減される。よって、反応初期の速い脱水速度が要求される領域（図６の領域Ｋ）において、伝熱律速が向上する（改善される）。

【0070】

つまり、伝熱隔壁１０４はヒータ層１５０の面接触と蓄熱層１５０からの圧力（化学蓄熱材１１２の膨張圧力）との相互作用によって、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０とが接触面の圧力分布が均一化すると共に、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。したがって、脱水速度が速い領域における伝熱律速が向上する。

【0071】

図６及び図５（Ｃ）に示すように、更に、脱水反応が進むと化学蓄熱材１１２が収縮するので（図４（Ｂ）を参照）、伝熱隔壁１０４の応力（矢印Ｆ３）が下がる。しかし、脱水速度はゆっくりでよいので、好適とされる。

【0072】

また、ヒータ層１５０が伝熱隔壁１０４に均一に面接触するので、ヒータ層１５０の温度分布が均一化される。よってヒータ層１５０に過昇温部が発生することによるヒータ層１５０の劣化が防止される。

【0073】

ここで、脱水反応で伝熱隔壁１０４に面接触した状態のヒータ層１５０は、脱水反応が終了すると収縮する。このとき、仮にヒータ層１５０が伝熱隔壁１０４から離間しないと空気層１０８（図２、図５（Ａ）参照）が形成されないことになる。よって、本実施形態では、伝熱隔壁１０４のヒータ層１５０側の壁面１０４Ａには、ヒータ層１５０の離型性を高めたメッキ層１０５（図５（Ｂ））が形成されている。したがって、ヒータ層１５０が伝熱隔壁１０４から確実に離間し、空気層１０８が確実に形成される。よって、空気層１０８による熱伝導遮断効果（断熱効果）が確実に発揮されて顕熱ロスが軽減される。

【0074】

＜第二実施形態＞
つぎに、本発明の実施形態に係る第一実施形態の化学蓄熱用反応器について、図７を用いて説明する。なお、第一実施形態と個同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0075】

化学蓄熱用反応器２００は、反応容器１０２の中に、ヒータ層１５０と蓄熱層１１０と蒸気拡散層１２０とが、層状に設けられた構成とされている。そして、蒸気拡散層１２０が伝熱隔壁１０４と蓄熱層１５０との間に配置されている。蒸気拡散層１２０には、金属製の波型の構造体（フィン）１２２が設けられ、これによって、水蒸気の流路が確保されている。また、構造体１２２の波型の凹凸方向は壁厚方向Ｓとされているので、構造体１２２は壁厚方向Ｓに弾性変形する。

【0076】

なお、蒸気拡散層１２０の配置位置以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。

【0077】

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0078】

脱水反応時において、ヒータ層１５０から伝熱隔壁１０４に伝熱された熱は、蒸気拡散層１２０の金属製の波型の構造体（フィン）１２２を介して蓄熱層１５０に伝熱される。

【0079】

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、蓄熱層１１０と伝熱隔壁１０４との間の蒸気拡散層１２０に設けられた構造体１２２が、脱水反応時の蓄熱層１１０の熱膨張に対して壁厚方向Ｓに弾性変形することで、ヒータ層１５０と伝熱隔壁１０４との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。

【0080】

ここで、図８（Ｃ）に示す比較例のように、蓄熱層１１０の膨張力が大きい場合、伝熱隔壁１０４は両端が固定されているので中央部が膨らみ凸状に変形する。よって、膨張したヒータ層１５０と接触面の圧力分布に不均一が生じることがある。このように接触面の圧力分布が不均一となると、伝熱効率が低下する怖れがある。また、ヒータ層１５０に曲げ応力が発生したり接触面の圧力分布に応じて過昇温部が発生したりする等によって、ヒータ層１５０の耐久性が低下する怖れがある。

【0081】

しかし、本実施形態では、上述したように蒸気拡散層１２０が伝熱隔壁１０４と蓄熱層１１０との間に配置されているので、蒸気拡散層１２０を構成する構造体１２２が弾性変形することで、伝熱隔壁１０４の凸状変形を抑制し、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０とが均一に面接触する。よって、上述した比較例で説明した接触面の圧力分布に不均一が生じることよる伝熱効率の低下やヒータ層１５０の耐久性の低下が防止される。

【0082】

＜第三実施形態＞
つぎに、本発明の実施形態に係る第三実施形態の化学蓄熱用反応器について、図９と図１０を用いて説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0083】

化学蓄熱用反応器３００は、反応容器１０３の中にヒータ層１５０と蓄熱層１１０と蒸気拡散層１２０と媒体流路層３２０とが、層状に設けられた構成とされている。

【0084】

反応容器１０３は、伝熱隔壁１０４の壁厚方向の両外側にそれぞれ対向して伝熱隔壁１０７が設けられている。これら伝熱隔壁１０４と伝熱隔壁１０７との間の空間（スリット）１０９が形成され、この中に金属製の波型の構造体（フィン）３２２が設けられている。また、構造体３２２の波型の凹凸方向は壁厚方向Ｓとされているので、構造体３２２は壁厚方向Ｓに弾性変形する。

【0085】

媒体流路層３２０は、蓄熱層１５０との間で熱交換可能な被加熱媒体３２４が充填されている。被加熱媒体３２４としては水等の液体や空気等の気体など、蓄熱層１５０との間で熱交換可能な流体とされている。また、図示されてない外部流路等を介して、被加熱媒体３２４が媒体流路層３２０に流入・流出するように構成されている。

【0086】

媒体流路層３２０の有無以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。

【0087】

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0088】

水和反応時においては、蓄熱層１１０から伝熱隔壁１０７を介して媒体流路層３２０に流通する被加熱媒体３２４と熱交換させることで、蓄熱層１１０の温度制御を行い、速い反応速度を維持するこができる。また、被加熱媒体３２４を外部の暖気対象物に輸送されることで、暖気対象物を加熱・昇温することができる。つまり、蓄熱層１１０が放熱した熱を輸送することができる。

【0089】

また、脱水反応が完了後に、媒体流路層３２０に被加熱媒体３２４を流入させ、蓄熱層１１０、ヒータ層１５０、及び蒸気拡散層１２０の顕熱を熱交換によって回収することで、外部の暖気対象物に熱を輸送することも可能である。

【0090】

なお、脱水反応時においては、ヒータ層１５０から伝熱隔壁１０４に伝熱された熱は、媒体流路層３２０の構造体３２２を介して伝熱隔壁１０７に伝達され、伝熱隔壁１０７から蓄熱層１５０に伝熱される。

【0091】

また、図１０に示すように、脱水反応時の蓄熱層１１０の熱膨張によって、両端が固定された伝熱隔壁１０７は中央部が膨らみ凸状に変形する場合がある。しかし、伝熱隔壁１０７と伝熱隔壁１０４との間の媒体流路層３２０に設けられた構造体３２２が、壁厚方向Ｓに弾性変形することで、ヒータ層１５０と伝熱隔壁１０４との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。

【0092】

＜第四実施形態＞
つぎに、本発明の実施形態に係る第四実施形態の化学蓄熱用反応器について、図１１と図１２とを用いて説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態との同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0093】

図１２に示すように、化学蓄熱用反応器４００は、反応容器１０２の中にヒータ層４５０と蓄熱層１１０と蒸気拡散層１２０とが、層状に設けられた構成とされている。

【0094】

図１１に示すように、ヒータ層４５０には、壁厚方向Ｓに貫通する複数の円形の貫通孔４５２が形成されている。言い換えると、複数の貫通孔４５２が形成された打ち抜き状とされている。そして、各貫通孔４５２に、それぞれ補強部材４６０が挿入されている。

【0095】

補強部材４６０は、セラミック製とされ中空の円筒形とされている。このように、補強部材４６０は、ヒータ層４５０よりも、低熱伝導且つ低熱容量（中空部分を含む熱容量）の材質及び形状とされている。

【0096】

図１２（Ａ）に示すように、補強部材４６０の壁厚方向（軸方向）Ｓの長さは、非加熱時（予め定められた温度Ｃ１度以下）におけるヒータ層４５０の壁厚方向Ｓの厚みよりも長くなるように設定されている。そして、対向する伝熱隔壁１０４間を壁厚方向Ｓに支持するように設定されている。

【0097】

また、図１２（Ｂ）に示すように、脱水反応時において、ヒータ層４５０が加熱され熱膨張すると、ヒータ層４５０が伝熱隔壁１０４に当接するように設定されている。

【0098】

ヒータ層４５０以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。

【0099】

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

【0100】

図１２（Ｂ）に示すように、脱水反応時の蓄熱層１１０の熱膨張に対してヒータ層１５０と共に伝熱隔壁１０４を補強部材４６０が支持するので、ヒータ層１５０にかかる応力が低減する。これによりヒータ層１５０と伝熱隔壁１０４との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。

【0101】

また、伝熱隔壁１０４が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層１５０への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層１５０の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層１５０の耐久性能が向上する。

【0102】

水和反応時における蓄熱層１５０の熱膨張に伴う伝熱隔壁１０４の膨張や変形を、補強部材４６０が伝熱隔壁１０４を支えることで抑制又は防止され、この結果、伝熱隔壁１０４とヒータ層１５０との部分的な接触が防止され、空気層１０８が確実に確保される。よって、空気層１０８による伝熱遮断機能（断熱機能）が効果的に発揮される。つまり、水和反応時におけるヒータ層１５０と蓄熱層１１０との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層１１０からヒータ層１５０への伝熱が抑制され、顕熱ロスが低減される。

【0103】

また、補強部材４６０は、セラミック製とされ且つ中空の円筒形とされることで、ヒータ層１５０よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となっている。よって、水和反応時における蓄熱層１５０から補強部材４６０への伝熱及びヒータ層１５０への伝熱が抑制され、その結果、顕熱ロスが軽減される。

【0104】

なお、本実施形態では、補強部材４６０は、セラミック製とされ且つ中空の円筒形とされることで、ヒータ層１５０よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量（中空部分を含む熱容量）となっている。しかし、セラミック製及び中空の円筒形以外の材料及び形状であってもよい。

【0105】

＜その他＞
尚、本発明は、上記実施形態に限定されない。

【0106】

例えば、上記実施形態では、蒸気拡散層１２０及び媒体流路層３２０に設けられた構造体１２２、３２２は、金属製の波型形状であったがこれに限定されない。蒸気や被加熱媒体３２４（空気や水等の流体）が流通可能とされると共に壁厚方向Ｓに弾性変形する材質や形状であればよい。例えば、板形状の金属材料からなる弾性変形可能な多孔質体であってもよい。

【0107】

また、例えば、第三実施形態の媒体流路層３２０は、ヒータ層１５０と蓄熱層１１０との間に設けられていたが、これに限定されない。他の場所に設けられていてもよい。

【0108】

また、上記複数の実施形態は、適宜、組み合わされて実施可能である。例えば、第三実施形態の媒体流路層３２０を、第一実施形態の化学蓄熱用反応器、第二実施形態の化学蓄熱用反応器、及び第四実施形態の化学蓄熱用反応器に設けてもよい。

【0109】

或いは、第四実施形態のヒータ層４５０を、第一実施形態の化学蓄熱用反応器、第二実施形態の化学蓄熱用反応器、及び第三実施形態の化学蓄熱用反応器に用いてもよい。

【0110】

また、第一実施形態の伝熱隔壁１０４の壁面１０４Ａに形成した離型性能を高めたメッキ層１０５を、第二実施形態〜第三実施形態の化学蓄熱用反応器に用いてもよい。更に、メッキ加工（メッキ層１０５）以外の方法で離型性能を高めてもよい。例えば、壁面１０４Ａに研磨加工を施して離型性能を高めてもよい。

【0111】

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0112】

１０ 化学蓄熱システム
１００ 化学蓄熱用反応器
１０４ 伝熱隔壁
１０５ メッキ層（離型手段）
１１０ 蓄熱層
１１２ 化学蓄熱材
１２０ 蒸気拡散層
１２２ 構造体
１５０ ヒータ層
２００ 化学蓄熱用反応器
３００ 化学蓄熱用反応器
３２０ 媒体流路層
３２２ 構造体
３２４ 被加熱媒体
４００ 化学蓄熱用反応器
４５２ 貫通孔
４６０ 補強部材
Ｓ 壁厚方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】