特許 6411758 蓄熱反応器、蓄熱システム

(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】6411758

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】蓄熱反応器、蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20181015BHJP

   F28F 3/06 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 G

   F28F3/06 A

【請求項の数】6

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-56506(P2014-56506)

(22)【出願日】2014年3月19日

(65)【公開番号】特開2015-178925(P2015-178925A)

(43)【公開日】2015年10月8日

【審査請求日】2017年1月12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】000241485

【氏名又は名称】豊田通商株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591117516

【氏名又は名称】近江鉱業株式会社

(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】望月 美代

(72)【発明者】

【氏名】志満津 孝

(72)【発明者】

【氏名】中村 崇志

(72)【発明者】

【氏名】板原 弘幸

(72)【発明者】

【氏名】藤村 崇恒

【審査官】 久島 弘太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１５０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２９２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０８３０３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−２１１７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８１８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３０９９８０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２０／００

Ｆ２８Ｆ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応媒体が内部に供給される容器と、
前記容器の内部に配置され、前記反応媒体と結合して発熱及び前記反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材を有する蓄熱部と、
前記容器の内部に配置され、前記蓄熱部と重なり、前記蓄熱材に対する熱供給及び熱回収の少なくとも一方を行う熱交換部と、
前記熱交換部に取り付けられ、前記蓄熱部と前記熱交換部とが重なる積層方向に対して直交する直交方向において、前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の前記直交方向の位置を規制する規制部材と、
前記容器の内部に配置され、前記熱交換部とは反対側で前記蓄熱部と重なり、前記反応媒体が流れる流路部と、を備え、
前記規制部材は、前記流路部に対して別体とされており、前記直交方向において、前記流路部の両側から前記流路部と当たって前記流路部の前記直交方向の位置を規制すると共に、板面が前記積層方向を向いて前記蓄熱部と前記熱交換部とに挟まれる取付部を有する蓄熱反応器。

【請求項2】

前記規制部材は、板状とされ、板面が前記直交方向を向いて前記蓄熱部と当たる当接部と、前記当接部の端部に連結され、板面が前記積層方向を向いて前記蓄熱部と前記熱交換部とに挟まれ、前記熱交換部に取り付けられる前記取付部と、を有する請求項１に記載の蓄熱反応器。

【請求項3】

前記規制部材は、前記直交方向において前記蓄熱部の両側から前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の位置を規制する請求項１又は２に記載の蓄熱反応器。

【請求項4】

前記蓄熱部は、前記積層方向から見て矩形状とされ、
前記規制部材は、四方向から前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の位置を規制する請求項１〜３の何れか１項に記載の蓄熱反応器。

【請求項5】

前記熱交換部と、前記熱交換部に重なる前記蓄熱部と、前記蓄熱部に重なる前記流路部とを含んで単位ユニットとされ、前記容器の内部に、前記積層方向において、一方の単位ユニットに他方の単位ユニットが重なり、
一方の単位ユニットに備えられる前記規制部材は、前記直交方向において、他方の単位ユニットに備えられる前記熱交換部と当たって他方の前記単位ユニットの前記直交方向の位置を規制する請求項１〜４の何れか１項に記載の蓄熱反応器。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか１項に記載の蓄熱反応器と、
前記蓄熱反応器の容器に気密状態で連通され、気相の反応媒体を前記容器に供給する蒸発部と、
を備える蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄熱反応器及び蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の蓄熱反応器では、反応媒体が流れる主管部（流路部）と、反応媒体と結合して発熱及び反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材（蓄熱部）と、蓄熱材に対する熱供給及び熱回収を行う熱媒流路（熱交換部）と、が積層されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２１１７１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の構成では、流路部、蓄熱部、及び熱交換部が、夫々別体とされていなかった。しかし、蓄熱反応器を大型化させる場合に、夫々の部材を別体とし、これらの部材を積層させることで蓄熱反応器を構成させることがある。

【0005】

本発明の課題は、熱交換部に蓄熱部を重ねる場合に、積層方向に対して直交する直交方向において、熱交換部に対する蓄熱部の位置を規制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る蓄熱反応器は、反応媒体が内部に供給される容器と、前記容器の内部に配置され、前記反応媒体と結合して発熱及び前記反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材を有する蓄熱部と、前記容器の内部に配置され、前記蓄熱部と重なり、前記蓄熱材に対する熱供給及び熱回収の少なくとも一方を行う熱交換部と、前記熱交換部に取り付けられ、前記蓄熱部と前記熱交換部とが重なる積層方向に対して直交する直交方向において、前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の前記直交方向の位置を規制する規制部材と、前記容器の内部に配置され、前記熱交換部とは反対側で前記蓄熱部と重なり、前記反応媒体が流れる流路部と、を備え、前記規制部材は、前記流路部に対して別体とされており、前記直交方向において、前記流路部の両側から前記流路部と当たって前記流路部の前記直交方向の位置を規制すると共に、板面が前記積層方向を向いて前記蓄熱部と前記熱交換部とに挟まれる取付部を有することを特徴とする。

【0007】

上記構成によれば、熱交換部に蓄熱部を重ねる場合に、蓄熱部が熱交換部に取り付けられた規制部材と当たり、蓄熱部における直交方向の位置が規制される。

【0008】

このように、熱交換部に蓄熱部を重ねる場合に、積層方向に対して直交する直交方向において、熱交換部に対する蓄熱部の位置を規制することができる。

【0009】

請求項２に係る蓄熱反応器は、請求項１に記載の蓄熱反応器において、前記規制部材は、板状とされ、板面が前記直交方向を向いて前記蓄熱部と当たる当接部と、前記当接部の端部に連結され、板面が前記積層方向を向いて前記蓄熱部と前記熱交換部とに挟まれ、前記熱交換部に取り付けられる前記取付部と、を有することを特徴とする。

【0010】

上記構成によれば、蓄熱材が直交方向に膨張することで、規制部材の当接部が直交方向に変形しようとする。しかし、取付部が蓄熱部と熱交換部とに挟まれているため、取付部が蓄熱部と熱交換部とに挟まれていない場合と比して、当接部の変形を抑制することができる。

【0011】

請求項３に係る蓄熱反応器は、請求項１又は２に記載の蓄熱反応器において、前記規制部材は、前記直交方向において前記蓄熱部の両側から前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の位置を規制することを特徴とする。

【0012】

上記構成によれば、規制部材は、直交方向において蓄熱部の両側から蓄熱部と当たって蓄熱部の位置を規制する。このため、規制部材が片側からのみ蓄熱部と当たる場合と比して、熱交換部に対する蓄熱部の位置を効果的に規制することができる。

【0013】

請求項４に係る蓄熱反応器は、請求項１〜３の何れか１項に記載の蓄熱反応器において、前記蓄熱部は、前記積層方向から見て矩形状とされ、前記規制部材は、四方向から前記蓄熱部と当たって前記蓄熱部の位置を規制することを特徴とする。

【0014】

上記構成によれば、規制部材は、四方向から蓄熱部と当たって蓄熱部の位置を規制する。このため、二方向（両側）からのみ蓄熱部と当たる場合と比して、熱交換部に対する蓄熱部の位置を効果的に規制することができる。

【0017】

請求項５に係る蓄熱反応器は、請求項１〜４の何れか１項に記載の蓄熱反応器において、前記熱交換部と、前記熱交換部に重なる前記蓄熱部と、前記蓄熱部に重なる前記流路部とを含んで単位ユニットとされ、前記容器の内部に、前記積層方向において、一方の単位ユニットに他方の単位ユニットが重なり、一方の単位ユニットに備えられる前記規制部材は、前記直交方向において、他方の単位ユニットに備えられる前記熱交換部と当たって他方の前記単位ユニットの前記直交方向の位置を規制することを特徴とする。

【0018】

上記構成によれば、一方の単位ユニットに他方の単位ユニットを重ねる場合に、他方の単位ユニットに備えられる熱交換部が、一方の単位ユニットに備えられる規制部材と当たり、他方の単位ユニットの直交方向の位置が規制される。

【0019】

このように、一方の単位ユニットに他方の単位ユニットを重ねる場合に、積層方向に対して直交する直交方向において、一方の単位ユニットに対する他方の単位ユニットの位置を規制することができる。

【0020】

請求項６に係る蓄熱システムは、請求項１〜５の何れか１項に記載の蓄熱反応器と、前記蓄熱反応器の容器に気密状態で連通され、気相の反応媒体を前記容器に供給する蒸発部と、を備えることを特徴とする。

【0021】

上記構成によれば、蓄熱システムは、請求項１〜６の何れか１項に記載の蓄熱反応器を備えている。これにより、直交方向において、熱交換部に対する各部材の位置が規制される。このため、各部材の位置が規制されない場合と比して、熱交換部と蓄熱部との熱交換効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、熱交換部に蓄熱部を重ねる場合に、積層方向に対して直交する直交方向において、熱交換部に対する蓄熱部の位置を規制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解正面図、及び組付け正面図である。

【図2】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解斜視図、及び組付け斜視図である。

【図3】第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した正面図である。

【図4】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる熱交換部及び規制部材を示した分解斜視図、及び断面図である。

【図5】第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱部を示した斜視図である。

【図6】第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる流路部を示した平面図及び断面図である。

【図7】第１実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる拘束部を示した斜視図である。

【図8】第１実施形態に係る蓄熱システムにおける蓄熱材の反応平衡線及び水の気液平衡線を温度と平衡圧との関係で示す線図である。

【図9】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る蓄熱システムにおいて水和反応による熱媒オイルの加熱状態を示す説明図、及び熱媒オイルによる加熱で脱水反応を行うときの凝縮状態を示す説明図である。

【図10】第１実施形態に係る蓄熱反応器を示した概略構成図である。

【図11】第１実施形態に係る蓄熱システムを示した概略構成図である。

【図12】（Ａ）（Ｂ）第２実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解正面図、及び組付け正面図である。

【図13】（Ａ）（Ｂ）第３実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解正面図、及び組付け正面図である。

【図14】（Ａ）（Ｂ）第４実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解正面図、及び組付け正面図である。

【図15】（Ａ）（Ｂ）第５実施形態に係る蓄熱反応器に備えられる蓄熱ユニットを示した分解斜視図、及び組付け斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係る蓄熱反応器及び蓄熱システムの一例について図１〜図１１を用いて説明する。

【0025】

（全体構成）
図１１には、第１実施形態の一例としての蓄熱システム１０の概略構成が示されている。蓄熱システム１０は、蒸発部の一例としての蒸発凝縮器１２と、蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、を備えている。蒸発凝縮器１２では、反応媒体の一例としての水Ｗａ（Ｈ２Ｏ）の蒸発、凝縮が行われるようになっている。反応器２０では、後述する蓄熱材４４（図５参照）の水和反応（結合）又は脱水反応（離脱）が行われる。さらに、蓄熱システム１０は、蒸発凝縮器１２及び反応器２０に接続され、これらの内部を連通させる水蒸気流路１４を有している。なお、本実施形態では一例として、蓄熱システム１０を自動車（図示省略）に適用している。

【0026】

〔蒸発凝縮器〕
蒸発凝縮器１２は、貯留した水Ｗａを蒸発させて反応器２０に水蒸気Ｗｂを供給する（水蒸気を生成する）蒸発部、反応器２０から導入された水蒸気Ｗｂを凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮された水Ｗａを貯留する貯留部としての各機能を備えている。

【0027】

また、蒸発凝縮器１２は、内部に水Ｗａを貯留した貯留容器１６を有している。貯留容器１６内には、水蒸気Ｗｂの凝縮用の冷媒が流れる冷媒流路１７及び水Ｗａの蒸発用のヒータ１８が備えられている。冷媒流路１７は、貯留容器１６内における少なくとも気相部１６Ａを含む部分で熱交換を行うように配置されている。また、ヒータ１８は、貯留容器１６内における少なくとも液相部（貯留部）１６Ｂを含む部分で通電により加熱を行うように配置されている。

【0028】

水蒸気流路１４には、蒸発凝縮器１２（貯留容器１６）と反応器２０（後述する容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９が備えられている。貯留容器１６、容器２２、水蒸気流路１４、及び開閉弁１９は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間が予め真空脱気されている。

【0029】

〔反応器〕
反応器２０は、図１０に示されるように、水蒸気Ｗｂが内部に供給される容器２２と、容器２２内に封入された単位ユニットの一例としての蓄熱ユニット３０、３２と、を有している。即ち、本実施形態では、一例として、反応器２０が２つの単位ユニットを有している。さらに、反応器２０は、蓄熱ユニット３０、３２を拘束する拘束部６２を有している。

【0030】

なお、以後の説明では、反応器２０を正面視して、水平方向であって反応器２０の幅方向を容器幅方向（矢印Ｘ方向）とし、鉛直方向（重力方向）であって反応器２０の上下方向を容器上下方向（矢印Ｙ方向）とする。さらに、反応器２０を正面視して、水平方向であって容器幅方向及び容器上下方向に直交する反応器２０の奥行方向を容器奥行方向（矢印Ｚ方向）とする。

【0031】

＜容器＞
容器２２は、全体が直方体に形成されており、容器上下方向から見て矩形の底壁２２Ａと、底壁２２Ａから容器上下方向の上側に延びる側壁２２Ｂと、容器上下方向に見て矩形であり側壁２２Ｂの上端を覆う天井壁２２Ｃと、を有している（図１０参照）。

【0032】

側壁２２Ｂにおいて容器上下方向の中央側には、水蒸気流路１４の一端が接続されている。なお、容器２２は、２つの部材に分割されており、蓄熱ユニット３０、３２を内部に配置した後、２つの部材の接合部（図示省略）で接合（溶接）されることで、蓄熱ユニット３０、３２が容器２２の内部に封入されるようになっている。

【0033】

また、後述する配管５７Ａ、及び配管５７Ｂは、天井壁２２Ｃを容器上下方向に貫通するようになっている。

【0034】

＜蓄熱ユニット＞
蓄熱ユニット３０、３２は、図１０に示されるように、容器２２内で容器上下方向に重ねられている。なお、蓄熱ユニット３０、３２は、同じ構成となっている。このため、蓄熱ユニット３０の構成について説明し、蓄熱ユニット３２の構成については、蓄熱ユニット３０と同じ符号を付与して説明を省略する。また、本実施形態では、一例として、蓄熱ユニット３０、３２が、容器２２の内部において後述する配管５７Ａ、５７Ｂによって吊り下げられた状態となっており、容器２２の内面とは非接触状態とされている。

【0035】

蓄熱ユニット３０は、水蒸気Ｗｂが流れる流路部３６と、フィルタ３９と、蓄熱部４２と、蓄熱部４２に対する熱供給及び熱回収の少なくとも一方を行う熱交換部５２と、備えている。

【0036】

［流路部］
流路部３６は、図６（Ａ）に示すように、容器上下方向から見て矩形状の天板３７と、天板３７に固定される流路部材３８と、を有している。流路部材３８は、水蒸気Ｗｂが流れる容器奥行方向に延び、容器幅方向に複数並んでいる。

【0037】

流路部材３８は、図６（Ｂ）に示されるように、天板３７に対して下方に配置され、一例として、容器奥行方向から見て蓄熱部４２（図１０参照）側が開放された逆Ｕ字状とされている。具体的には、流路部材３８は、板面が容器幅方向を向いた一対の側壁３８Ａと、一対の側壁３８Ａの上端部を繋ぐ上壁３８Ｂとを有している。この流路部材３８は、一例としてステンレス鋼板をプレス加工することで形成される。

【0038】

そして、上壁３８Ｂが天板３７の下面に溶接されている。これにより、流路部材３８の内側、及び隣り合う流路部材３８の間が、全て水蒸気Ｗｂが、蓄熱部４２に面して流れる拡散流路Ｃ１となっている。そして、複数の側壁３８Ａは、フィルタ３９（図１０参照）の上面に載せられるようになっている。

【0039】

［フィルタ］
フィルタ３９（図１０参照）は、板面が容器上下方向を向いた一枚の板状に形成された単体の金属箔で構成され、一例として、ステンレス箔が用いられる。このフィルタ３９は、容器上下方向から見て、矩形状され、流路部３６の天板３７と同様の形状とされている。

【0040】

また、フィルタ３９には、容器上下方向を軸方向として貫通した断面円形の複数の貫通孔（図示省略）が形成されている。この複数の貫通孔の直径は、一例として、後述する蓄熱材４４（図５参照）を構成する蓄熱粒子（図示省略）の平均粒子径の５倍以下で設定されている。

【0041】

［蓄熱部］
蓄熱部４２は、容器上下方向から見て矩形状とされ、図５に示されるように、蓄熱材４４と、蓄熱材４４を拘束する枠部材４６とを有している。

【0042】

蓄熱材４４は、一例として、容器幅方向及び容器奥行方向に広がる扁平な直方体（ブロック）状に形成されている
また、蓄熱材４４は、一例として、アルカリ土類金属の酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム粉体をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで形成されている。さらに、蓄熱材４４は、フィルタ３９（図１０参照）に密着した状態で配置されている。

【0043】

さらに、蓄熱材４４は、図１０に示す反応器２０において、水蒸気Ｗｂと結合する水和に伴って発熱（放熱）し、水蒸気Ｗｂが脱離する脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものである。そして、反応器２０内では、以下に示す反応で放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。

【0044】

ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
この式に蓄熱量Ｑ、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
となる。なお、蓄熱材４４の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、一例として、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

【0045】

この蓄熱材４４は、発熱の際の水和により膨張し、蓄熱の際の脱水により収縮することで、膨張、収縮を繰り返すようになっている。

【0046】

また、枠部材４６は、容器上下方向が開放された枠状に形成され、蓄熱材４４の容器幅方向、及び容器奥行方向の側面を囲んでいる。これにより、蓄熱材４４における容器幅方向、及び容器奥行方向の膨張が拘束されるようになっている。

【0047】

［熱交換部］
熱交換部５２は、容器上下方向から見て矩形状とされ、図４（Ａ）に示されるように、容器幅方向及び容器奥行方向に広がる扁平な直方体状の熱媒容器５４と、熱媒容器５４の内部に収容（固定）された伝熱壁である熱媒流路部材５８とを有している。また、熱交換部５２には、内部に熱媒体が流れる配管５７Ａ、５７Ｂを介して、熱媒体が流れるようになっている。熱媒体は、蓄熱材４４（図１０参照）から得た熱を加熱対象に輸送するためのものであり、本実施形態では、一例として、熱媒オイルを用いている。なお、熱媒体の他の例として、水等の流体を用いてもよい。

【0048】

熱媒容器５４は、容器上下方向の上方が開放されており、後述する規制部材８０の取付部８０Ａによって熱媒容器５４の開放口が覆われるようになっている。熱媒容器５４は、底板５４Ａと、底板５４Ａの縁部で容器上下方向の上方に立ち上がる側板５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅとを有している。側板５４Ｂと側板５４Ｄとは、容器奥行方向で対向配置され、側板５４Ｃと側板５４Ｅとは、容器幅方向で対向配置されている。

【0049】

また、側板５４Ｂの容器幅方向の端部側（図中左側）には、容器奥行方向に貫通された貫通孔５９Ａが形成されている。さらに、側板５４Ｄの容器幅方向の端部側（図中右側）には、容器奥行方向に貫通された貫通孔５９Ｂが形成されている。貫通孔５９Ａには、配管５７Ａの一端が接続され、貫通孔５９Ｂには、配管５７Ｂの一端が接続されている。これにより、配管５７Ａから貫通孔５９Ａを通って熱媒容器５４内に流入した熱媒オイル（図示省略）が、熱媒流路部材５８の後述する熱媒流路Ｃ２及び貫通孔５９Ｂを通って配管５７Ｂへ流出するようになっている。

【0050】

この熱媒流路部材５８は、図４（Ｂ）に示されるように、容器奥行方向から見て凹凸を繰り返す矩形波状とされ、一例として、ステンレス鋼板をプレス加工することで形成される。

【0051】

具体的には、熱媒流路部材５８は、容器幅方向に間隔をあけて直立配置された複数の側壁５８Ａを有している。さに、熱媒流路部材５８は、容器幅方向で１つおきに２つの側壁５８Ａの上端を繋ぐ上壁５８Ｂと、上壁５８Ｂとずらして容器幅方向で１つおきに２つの側壁５８Ａの下端を繋ぐ下壁５８Ｃとを有している。

【0052】

このように、熱媒流路部材５８は、熱媒オイルが流れる容器奥行方向に沿うと共に、複数の側壁５８Ａが容器幅方向で並んでいる。そして、熱媒流路部材５８では、複数の側壁５８Ａの間が、熱媒オイルが流れる熱媒流路Ｃ２となっている。

【0053】

そして、蓄熱ユニット３０では、 熱交換部５２、蓄熱部４２、フィルタ３９、及び流路部３６が、容器上下方向においてこの順番で下方から上方へ積層されている（重ねられている）。即ち、本実施形態では、容器上下方向が、これらの積層方向となっている。

【0054】

なお、規制部材８０については、後述する。

【0055】

＜拘束部＞
拘束部６２は、図７に示されるように、容器上下方向において蓄熱ユニット３０、３２の上側、下側に配置された拘束部材６３、６４と、拘束部材６３、６４を連結するボルト６８及びナット６９とを有する。なお、拘束部材６３と拘束部材６４は、一例として、同じ構成であるため、拘束部材６３について説明し、拘束部材６４の説明を省略する。また、図７では、ボルト６８及びナット６９を１組のみ示しており、残りの３組のボルト６８及びナット６９の図示を省略している。

【0056】

拘束部材６３は、容器幅方向を長手方向とし容器奥行方向に間隔をあけて並んだ複数の角筒材６５と、容器奥行方向に沿って複数の角筒材６５に溶接され複数の角筒材６５を連結する複数の角筒材６６とを有している。さらに、拘束部材６３は、角筒材６６と同軸で夫々の角筒材６５から容器奥行方向の外側へ突出した複数の角筒材６７を有している。

【0057】

複数の角筒材６５、６６、６７は、容器上下方向の高さがそろえられている。即ち、複数の角筒材６５、６６、６７は、容器上下方向の面がほぼ同一面上に配置されている。

【0058】

また、角筒材６７には、容器上下方向に貫通された貫通孔６７Ａが形成されている。貫通孔６７Ａは、ボルト６８を挿通可能な大きさとなっている。ここで、拘束部材６３、６４が蓄熱ユニット３０、３２を挟んだ状態で、拘束部材６３の貫通孔６７Ａと拘束部材６４の貫通孔６７Ａとにボルト６８を挿通させ、ナット６９を締結することで、蓄熱ユニット３０、３２が拘束部６２に拘束される。即ち、拘束部６２は、蓄熱ユニット３０、３２を容器上下方向（積層方向）で拘束するようになっている。なお、ボルト６８は、蓄熱ユニット３０、３２に対して容器奥行方向の手前側と奥側に配置されている。

【0059】

（全体構成の作用）
次に、全体構成の作用について説明する。

【0060】

蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を放熱する際には、図９（Ａ）に示されるように、開閉弁１９を開放した状態で、蒸発凝縮器１２のヒータ１８により液相部１６Ｂの水Ｗａを蒸発させる。そして、生成された水蒸気Ｗｂが、水蒸気流路１４内を矢印Ｂ方向に移動して反応器２０内に供給される。

【0061】

続いて、図１０に示されるように、反応器２０内では、供給された水蒸気Ｗｂが、蓄熱ユニット３０の流路部３６内、及び蓄熱ユニット３２の流路部３６内を流れる。そして、各流路部３６内の水蒸気Ｗｂが、フィルタ３９を通って各蓄熱材４４（図５参照）と接触することにより、蓄熱材４４は、水和反応を生じつつ放熱する。この熱は、熱交換部５２内を流れる熱媒オイルによって、加熱対象に輸送される。

【0062】

一方、図９（Ｂ）に示されるように、蓄熱システム１０において反応器２０の蓄熱材４４（図５参照）に蓄熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、配管５７Ａ、熱交換部５２、及び配管５７Ｂ内に熱源（図示省略）によって加熱された熱媒オイルを流通させる。この熱媒オイルによって加熱されることで、蓄熱材４４が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱材４４に蓄熱される。このとき、蓄熱材４４から脱水された水蒸気Ｗｂは、流路部３６から水蒸気流路１４内を矢印Ａ方向に流れて蒸発凝縮器１２内に導入される。そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、冷媒流路１７を流通する冷媒によって水蒸気Ｗｂが冷却され、凝縮された水Ｗａが貯留容器１６の液相部１６Ｂに貯留される。

【0063】

以上説明した蓄熱材４４の蓄熱、放熱について、蓄熱システム１０のサイクル（一例）を参照しつつ補足する。図８には、ＰＴ線図に示された圧力平衡点における蓄熱システム１０（図１１参照）のサイクルが示されている。図８において、上側の等圧線が脱水（吸熱）反応を示し、下側の等圧線が水和（発熱）反応を示している。なお、蓄熱システム１０の構成については、図１１を参照する。

【0064】

このサイクルでは、例えば、蓄熱材４４の温度が４１０[℃]で蓄熱された場合、水蒸気Ｗｂは５０[℃]が平衡温度となる。そして、蓄熱システム１０では、水蒸気Ｗｂは蒸発凝縮器１２において冷媒流路１７の冷媒との熱交換によって５０[℃]以下に冷却され、凝縮されて水Ｗａになる。

【0065】

一方、ヒータ１８により加熱を行うことで、該ヒータ１８の温度に応じた蒸気圧の水蒸気が発生する。例えば、図８のサイクルにおいて、５[℃]で水蒸気を発生させる場合、蓄熱材４４は、３１５[℃]で放熱することが解る。このように、内部が真空脱気されている蓄熱システム１０では、５[℃]付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３１５[[℃]もの高温を得ることができる。

【0066】

（要部構成）
次に、熱交換部５２の熱媒容器５４に取り付けられる規制部材８０について説明する。

【0067】

図４（Ａ）に示されるように、規制部材８０は、板金をプレス加工することで形成され、熱媒容器５４の開放口を上方から覆う取付部８０Ａと、取付部８０Ａの縁部から容器上下方向の上方に立ち上がる一対の当接部８０Ｂとを有している。

【0068】

取付部８０Ａは、板面が容器上下方向（積層方向の一例）を向いて容器上下方向から見て矩形状とされ、蓄熱部４２（図２（Ａ）参照）と熱交換部５２とに挟まれるようになっている。そして、取付部８０Ａは、熱媒容器５４の側板５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅの上端面に溶接によって取り付けられる。これにより、熱媒容器５４の内部を流れる熱媒体が外部に漏れないようになっている。

【0069】

また、一対の当接部８０Ｂは、容器幅方向に対向し、当接部８０Ｂの板面は、容器幅方向（直交方向の一例）を向いている。

【0070】

図２（Ａ）に示されるように、一対の当接部８０Ｂの間隔（図中寸法Ｄ）は、容器幅方向における蓄熱部４２の長さ（図中寸法Ｅ１）、流路部３６及びフィルタ３９の長さ（図中寸法Ｅ２）、並びに熱媒容器５４の長さ（図中寸法Ｅ３）を考慮して決めされている。

【0071】

さらに、当接部８０Ｂの高さ（図中寸法Ｈ）は、容器上下方向における蓄熱部４２の高さ（図中寸法Ｊ）、流路部３６及びフィルタ３９の高さ（図中寸法Ｋ）、並びに熱媒容器５４の高さ（図中寸法Ｌ）を考慮して決めされている。

【0072】

具体的には、寸法Ｅ１、寸法Ｅ２、及び寸法Ｅ３は、同様の長さとされている。そして、寸法Ｄは、寸法Ｅ１、寸法Ｅ２、及び寸法Ｅ３に対して、同等又は大きくされている。

【0073】

また、寸法Ｈは、寸法Ｊに寸法Ｋを加算した寸法（Ｊ＋Ｋ）より大きく、寸法Ｊに寸法Ｋ及び寸法Ｌを加算した寸法（Ｊ＋Ｋ＋Ｌ）より小さくなっている。

【0074】

この構成により、規制部材８０が取り付けられた熱媒容器５４に、各部材を容器上下方向の上側から積層する際に、規制部材８０が、各部材の容器幅方向の位置を規制するようになっている（詳細は後述する）。

【0075】

（要部構成の作用）
次に、各部材を積層して蓄熱ユニット３０を組み立てる作業、及び蓄熱材４４の膨張に伴なう規制部材８０の作用等について説明する。

【0076】

蓄熱ユニット３０を組み立てる作業については、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示されるように、熱交換部５２に容器上下方向の上方から蓄熱部４２が重ねられ、さらに、蓄熱部４２に容器上下方向の上方から流路部３６及びフィルタ３９が重ねられる。

【0077】

熱交換部５２に容器上下方向の上方から蓄熱部４２を重ねる場合に、蓄熱部４２における容器幅方向の位置は、蓄熱部４２が規制部材８０の当接部８０Ｂと当たって規制される。

【0078】

同様に、蓄熱部４２に容器上下方向の上方からフィルタ３９及び流路部３６を重ねる場合に、フィルタ３９及び流路部３６における容器幅方向の位置は、フィルタ３９及び流路部３６が規制部材８０の当接部８０Ｂと当たって規制される。このようにして、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示されるように、蓄熱ユニット３０が組み立てられる。

【0079】

そして、蓄熱ユニット３０が組み立てられた状態で、当接部８０Ｂの一部が、流路部３６より上方へ突出している。そこで、蓄熱ユニット３０に蓄熱ユニット３０と同様に組み立てられた蓄熱ユニット３２を重ねる場合に、蓄熱ユニット３２における容器幅方向の位置は、蓄熱ユニット３２の熱媒容器５４が蓄熱ユニット３０の上方に突出した部分の当接部８０Ｂと当たって規制される。

【0080】

一方、蓄熱材４４が水蒸気Ｗｂと結合する水和に伴って発熱（放熱）する場合に、蓄熱材４４は膨張し、容器幅方向、容器奥行方向、及び容器上下方向に膨張力Ｆが作用する。

【0081】

そして、図３に示されるように、容器上下方向の下側に向かって生じる膨張力Ｆ１により、規制部材８０の取付部８０Ａの一部が、熱媒流路部材５８の上壁５８Ｂに押し付けられる。さらに、容器幅方向の外側に向かって生じる膨張力Ｆ２により、枠部材４６及び当接部８０Ｂが容器幅方向の外側に変形しようとする。

【0082】

また、拘束部６２（図１０参照）は、蓄熱ユニット３０を容器上下方向で拘束している。これにより、規制部材８０の取付部８０Ａの他の一部が、拘束部６２によって生じる拘束力Ｆ３により、枠部材４６と側板５４Ｃ、５４Ｅの上面との間に拘束される。

【0083】

ここで、前述したように、膨張力Ｆ２により、枠部材４６及び当接部８０Ｂが容器幅方向の外側に変形しようとする。しかし、膨張力Ｆ１により取付部８０Ａの一部が上壁５８Ｂに押し付けられ、拘束力Ｆ３により取付部８０Ａの他の一部が枠部材４６と側板５４Ｃ、５４Ｅの上面との間に拘束されている。このため、当接部８０Ｂが規制部材８０の角部Ｖを中心として外方向（図中矢印Ｑ方向）に倒れるのが抑制される。換言すれば、枠部材４６及び当接部８０Ｂが容器幅方向の外側に変形するのが抑制される。

【0084】

（要部構成のまとめ）
以上説明したように、熱交換部５２に容器上下方向の上方から蓄熱部４２を重ねる場合に、蓄熱部４２における容器幅方向の位置は、蓄熱部４２が規制部材８０の当接部８０Ｂと当たって規制される。このように、容器幅方向において、熱交換部５２に対する蓄熱部４２の位置を規制することができる。

【0085】

また、容器上下方向の上方からフィルタ３９及び流路部３６を重ねる場合に、フィルタ３９及び流路部３６における容器幅方向の位置は、フィルタ３９及び流路部３６が規制部材８０の当接部８０Ｂと当たって規制される。このように、容器幅方向において、熱交換部５２に対するフィルタ３９及び流路部３６の位置を規制することができる。

【0086】

また、蓄熱ユニット３０に蓄熱ユニット３２を重ねる場合に、蓄熱ユニット３２における容器幅方向の位置は、蓄熱ユニット３２の熱媒容器５４が蓄熱ユニット３０の上方に突出した部分の当接部８０Ｂと当たって規制される。このように、容器幅方向において、蓄熱ユニット３０に対する蓄熱ユニット３２の位置を規制することができる。

【0087】

また、容器幅方向において、各部材が規制部材８０の当接部８０Ｂと当たって各部材の位置が規制されるため、別途位置決め冶具を用いる場合と比して、各部材を積み重ねる工数を低減することができる。

【0088】

また、膨張力Ｆ２により、枠部材４６及び当接部８０Ｂが容器幅方向の外側に変形しようとする。しかし、膨張力Ｆ１により取付部８０Ａの一部が上壁５８Ｂに押し付けられ、拘束力Ｆ３により取付部８０Ａの他の一部が枠部材４６と側板５４Ｃ、５４Ｅの上面との間に拘束されている。このため、枠部材４６及び当接部８０Ｂが容器幅方向の外側に変形するのを抑制することができる。

【0089】

また、蓄熱システムにおいては、熱交換部５２に対する各部材の位置が規制されることで、各部材の位置が規制されない場合と比して、熱交換部５２での熱交換効率を向上させることができる。

【0090】

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態に係る蓄熱反応器及び蓄熱システムの一例について図１２に従って説明する。なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0091】

図１２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第２実施形態に係る単位ユニットの一例としての蓄熱ユニット１００の熱交換部１０２には、熱媒容器５４の開放口を上方から覆う板状の蓋部材１０４が備えられている。蓋部材１０４は、容器上下方向から見て、矩形状とされ、熱媒容器５４と同様の形状とされている。

【0092】

蓋部材１０４は、熱媒容器５４の側板５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅの上端面と溶接によって取り付けられている。これにより、熱媒容器５４の内部を流れる熱媒体が外部に漏れないようになっている。

【0093】

一方、規制部材１１０は、容器幅方向で対向するように２個備えられている。一方の規制部材１１０は、他方の規制部材１１０に対して対称形状とされている。

【0094】

規制部材１１０は、板金をプレス加工することで形成され、容器奥行方向から見てＬ字形状（逆Ｌ字形状）とされている。また、規制部材１１０は、蓋部材１０４に溶接によって取り付けられる取付部１１０Ａと、取付部１１０Ａの縁部から容器上下方向の上方に立ち上がる当接部１１０Ｂとを有している。

【0095】

取付部１１０Ａの容器幅方向の長さ（図中寸法Ｍ）は、蓄熱部１０６の枠部材４６の容器幅方向の長さ（図中寸法Ｎ）と同等とされている。

【0096】

さらに、蓄熱材１０８は、枠部材４６から下方に突出している。この蓄熱材１０８の突出量（図中寸法Ｐ）は、規制部材１１０の板厚と同等とされている。

【0097】

そして、熱交換部１０２に蓄熱部１０６を重ねた状態で、図１２（Ｂ）に示されるように、蓄熱材１０８の下面が蓋部材１０４の上面に接触するようになっている。

【0098】

第２実施形態の作用については、蓄熱材４４の膨張力Ｆ１により取付部８０Ａの一部が、上壁５８Ｂに押し付けられることで生じる作用以外の第１実施形態の作用と同様である。

【0099】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る蓄熱反応器及び蓄熱システムの一例について図１３に従って説明する。なお、第２実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0100】

図１３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第３実施形態に係る単位ユニットの一例としての蓄熱ユニット１２０の蓄熱部４２の蓄熱材４４は、第１実施形態と同様で、枠部材４６から下方に突出しておらず、蓄熱材４４の下面と枠部材４６の下面とは、同一面状に配置されている。

【0101】

さらに、蓄熱材４４と蓋部材１０４との間には、板面が容器上下方向を向いた板状のスペーサ１２６が備えられている。スペーサ１２６の板厚は、規制部材１１０の板厚と同等とされている。

【0102】

そして、熱交換部１０２に蓄熱部４２を重ねた状態で、図１３（Ｂ）に示されるように、蓄熱材４４の下面と蓋部材１０４の上面とに、スペーサ１２６が挟まれるようになっている。

【0103】

第３実施形態の作用については、第２実施形態の作用と同様である。

【0104】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る蓄熱反応器及び蓄熱システムの一例について図１４に従って説明する。なお、第２実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0105】

図１４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第４実施形態に係る単位ユニットの一例としての蓄熱ユニット１３０の規制部材１３２は、蓋部材１０４に溶接によって取り付けられる取付部１３２Ａを有している。さらに、規制部材１３２は、取付部１３２Ａの一方の縁部から容器上下方向の上方に立ち上がる当接部１３２Ｂと、取付部１３２Ａの他方の縁部の一部から容器上下方向の上方に立ち上がる補強部１３２Ｃとを有している。この補強部１３２Ｃの高さ（図中寸法Ｒ）は、枠部材４６の高さ（図中寸法Ｓ）より低くされている。

【0106】

そして、熱交換部１０２に蓄熱部１０６を重ねた状態で、図１４（Ｂ）に示されるように、補強部１３２Ｃが、蓄熱材１０８と枠部材４６との間に入り込むようになっている。この状態で、枠部材４６の下側の部分は、当接部１３２Ｂと補強部１３２Ｃとに挟まれている。

【0107】

このように、枠部材４６の下側の部分を当接部１３２Ｂと補強部１３２Ｃとで挟むことで、枠部材４６が当接部１３２Ｂと補強部１３２Ｃとで挟まれない場合と比して、蓄熱材１０８の膨張による枠部材４６の変形を抑制することができる。

【0108】

他の第４実施形態の作用については、第２実施形態の作用と同様である。

【0109】

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る蓄熱反応器及び蓄熱システムの一例について図１５に従って説明する。なお、第２実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略し、第２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0110】

図１５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第５実施形態に係る単位ユニットの一例としての蓄熱ユニット１４０には、容器奥行方向で対向するように一対の規制部材１４２が備えられている。一方の規制部材１４２は、他方の規制部材１４２と対称形状とされている。

【0111】

そして、規制部材１４２は、板金をプレス加工することで形成され、容器幅方向から見てＬ字形状（逆Ｌ字形状）とされている。また、規制部材１４２は、蓋部材１０４に溶接によって取り付けられる取付部１４２Ａと、取付部１４２Ａの縁部から容器上下方向の上方に立ち上がる当接部１４２Ｂとを有している。

【0112】

また、規制部材１４２の取付部１４２Ａの形状と、規制部材１１０の取付部１１１Ａとの形状とは、容器上下方向で重ならないようになっている。

【0113】

さらに、図１５（Ａ）に示されるように、一対の当接部１４２Ｂの間隔（図中寸法Ｔ１は、容器奥行方向における蓄熱部１０６の長さ（図中寸法Ｔ２）を考慮して決めされている。さらに、当接部１４２Ｂの高さ（図中寸法Ｕ１）は、容器上下方向における蓄熱部１０６の高さ（図中寸法Ｕ２）を考慮して決めされている。

【0114】

具体的には、寸法Ｔ１は、寸法Ｔ２に対して、同等又は大きくされている。また、寸法Ｕ１は、寸法Ｕ２に対して同等又は小さくされている。

【0115】

この構成により、熱交換部５２に容器上下方向の上方から蓄熱部１０６を重ねる場合に、蓄熱部１０６における容器奥行方向（直交方向の一例）の位置は、蓄熱部１０６が規制部材１４２の当接部１４２Ｂと当たって規制される。

【0116】

また、寸法Ｕ１は、寸法Ｕ２に対して同等又は小さくされている。このため、当接部１４２Ｂが流路部３６の水蒸気Ｗｂの流れを阻害することがない。

【0117】

他の第５実施形態の作用については、第２実施形態の作用と同様である。

【0118】

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記第２〜第４実施形態では、容器幅方向に対向するように一対の規制部材１１０、１３２が配置されたが、規制部材１１０、１３２は１個であってもよい、この際には、熱交換部５２に各部材を重ねる場合に、容器幅方向において、各部材を規制部材１１０、１３２に突き当てることで、熱交換部５２に対する各部材の位置が規制される。

【0119】

また、上記実施形態では、当接部８０Ｂ、１１０Ｂ、１３２Ｂ、１４２Ｂが、熱交換部５２の一辺の全域に配置されたが、熱交換部５２の一辺の一部に配置されてもよい。

【0120】

また、上記実施形態では、蓄熱部４２に容器上下方向の上方から流路部３６及びフィルタ３９を重ねたが、流路部３６とフィルタ３９とを別々に重ねてもよい。

【0121】

また、上記実施形態では、ヒータ１８を用いて水Ｗａを蒸発させたが、排熱を利用して水Ｗａを蒸発させてもよい。

【0122】

また、上記実施形態では、熱交換部５２の熱媒流路Ｃ２（図４（Ａ）（Ｂ）参照）を流れる熱媒オイルは、容器奥行方向に流れるように、熱媒流路部材５８が配置されたが、熱媒オイルが容器幅方向に流れるように、熱媒流路部材５８を配置してもよい。これにより、蓄熱ユニット３０、３２の剛性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0123】

１０ 蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器（蒸発部の一例）
２０ 反応器（蓄熱反応器の一例）
２２ 容器
３０ 蓄熱ユニット（単位ユニットの一例）
３２ 蓄熱ユニット（単位ユニットの一例）
３６ 流路部
４２ 蓄熱部
４４ 蓄熱材
５２ 熱交換部
８０ 規制部材
８０Ａ 取付部
８０Ｂ 当接部
１００ 蓄熱ユニット
１０２ 熱交換部
１０６ 蓄熱部
１０８ 蓄熱材
１１０ 規制部材
１１０Ａ 取付部
１１０Ｂ 当接部
１１１Ａ 取付部
１２０ 蓄熱ユニット
１３０ 蓄熱ユニット
１３２ 規制部材
１３２Ａ 取付部
１３２Ｂ 当接部
１４０ 蓄熱ユニット
１４２ 規制部材
１４２Ａ 取付部
１４２Ｂ 当接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】