特許 6578889 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】6578889

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】反応器、蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20190912BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 G

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-216864(P2015-216864)

(22)【出願日】2015年11月4日

(65)【公開番号】特開2017-89923(P2017-89923A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年7月13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

(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】山下 真彦

(72)【発明者】

【氏名】石原 章博

【審査官】 伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１２６２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０６０１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０３６７８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００３−３１４９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０４７８０２２（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１５−１７８９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７８９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０８９９２４（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】

反応媒体と結合して発熱する、又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材と、
前記蓄熱材の片側に積層され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱交換部と、
前記熱交換部と前記蓄熱材との積層方向に見て前記蓄熱材を囲む拘束枠と、
前記蓄熱材よりも前記熱交換部側へ前記積層方向に沿って延出するように前記拘束枠に形成され、前記積層方向に直交する直交方向の少なくとも一方向で前記熱交換部に当たって当該一方向への前記熱交換部の移動を制限する制限部と、
を備え、
前記拘束枠は、
前記制限部よりも前記拘束枠の内周側へ向けて張り出し、且つ前記積層方向の端面が前記熱交換部に接触する張出部を有する
反応器。

【請求項2】

前記直交方向に沿って前記熱交換部から外側に張り出すように前記熱交換部に形成され、前記制限部の延出方向の先端面に接触する接触部、
を備える請求項１に記載の反応器。

【請求項3】

前記接触部を含めた前記熱交換部は、前記積層方向に見て、前記拘束枠の外周側へはみ出さない
請求項２に記載の反応器。

【請求項4】

前記制限部の延出方向の先端部は、前記熱交換部よりも当該延出方向にはみ出さない
請求項１〜３のいずれか１項に記載の反応器。

【請求項5】

前記制限部は、前記一方向及びその反対方向で前記熱交換部に当たって、当該一方向及び当該反対方向への前記熱交換部の移動を制限する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応器。

【請求項6】

前記制限部は、前記積層方向及び前記一方向に対して直交する方向及びその反対方向で前記熱交換部に当たって、当該直交する方向及び当該反対方向への前記熱交換部の移動を制限する
請求項５に記載の反応器。

【請求項7】

前記制限部は、前記積層方向に見て枠状に形成されている
請求項６に記載の反応器。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の反応器と、
前記反応器と連通し、前記反応器への反応媒体の供給及び前記反応器からの反応媒体の受け取りのうち少なくとも一方を行う媒体器と、
を有する蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反応器、蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、反応器として、積層体を備える化学蓄熱反応器が開示されている。積層体は、反応媒体と結合して発熱又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材を有している。この積層体では、蓄熱材との間で熱交換する熱交換部が、蓄熱材の片側に積層されている。また、積層体は、熱交換部と蓄熱材との積層方向に見て蓄熱材を囲む拘束枠を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１２６２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特許文献１の化学蓄熱反応器では、熱交換部と拘束枠とは単に重なっているだけなので、熱交換部と蓄熱材との積層方向に直交する直交方向へ熱交換部が拘束枠に対してずれやすい。このため、積層体を形成する際に、当該ずれを考慮して、積層体を形成する作業を行う必要があり、当該作業の作業性が悪い。また、特許文献１の化学蓄熱反応器において、化学蓄熱反応器を稼働した際に、前記直交方向へ熱交換部が拘束枠に対してずれてしまうと、蓄熱材が拘束枠から漏れる場合が考えられる。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮し、熱交換部が拘束枠に対して積層方向と直交する方向にずれるのを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１の発明は、反応媒体と結合して発熱する、又は反応媒体が脱離して蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材の片側に積層され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱交換部と、前記熱交換部と前記蓄熱材との積層方向に見て前記蓄熱材を囲む拘束枠と、前記蓄熱材よりも前記熱交換部側へ前記積層方向に沿って延出するように前記拘束枠に形成され、前記積層方向に直交する直交方向の少なくとも一方向で前記熱交換部に当たって当該一方向への前記熱交換部の移動を制限する制限部と、を備える。

【0007】

請求項１の構成によれば、蓄熱材は反応媒体と結合して発熱する、又は、蓄熱材は反応媒体が脱離して蓄熱する。また、蓄熱材の片側に積層された熱交換部が、蓄熱材との間で熱交換する。拘束枠は、熱交換部と蓄熱材との積層方向に見て、蓄熱材を囲んでいる。

【0008】

ここで、請求項１の構成では、蓄熱材よりも熱交換部側へ前記積層方向に沿って延出するように拘束枠に形成された制限部が、前記積層方向に直交する直交方向の少なくとも一方向で熱交換部に当たって、当該一方向への熱交換部の移動を制限する。このため、熱交換部が、拘束枠に対して直交方向の少なくとも一方向へずれることを抑制できる。

【0009】

請求項２の発明は、前記直交方向に沿って前記熱交換部から外側に張り出すように前記熱交換部に形成され、前記制限部の延出方向の先端面に接触する接触部を備える。

【0010】

請求項２の構成によれば、前記直交方向に沿って熱交換部から外側に張り出すように熱交換部に形成された接触部が、制限部の延出方向の先端面に接触する。これにより、接触部を含めた熱交換部と制限部との境界（隙間）が、断面視にて屈曲部分を有する形状、例えばＬ字状になる。これにより、当該境界が一直線状である構成に比べ、蓄熱材から粒子が分離した場合に当該粒子が熱交換部と制限部との間から漏れることを抑制できる。

【0011】

請求項１の発明では、前記拘束枠は、前記制限部よりも前記拘束枠の内周側へ向けて張り出し、且つ前記積層方向の端面が前記熱交換部に接触する張出部を有する。

【0012】

請求項１の構成によれば、制限部よりも拘束枠の内周側へ向けて張り出す張出部における積層方向の端面が、熱交換部に接触する。これにより、張出部及び制限部と熱交換部との境界（隙間）が、断面視にて屈曲部分を有する形状、例えばＬ字状になる。

【0013】

これにより、当該境界が一直線状である構成に比べ、蓄熱材から粒子が分離した場合に当該粒子が熱交換部と制限部との間から漏れることを抑制できる。

【0014】

請求項３の発明では、前記接触部を含めた前記熱交換部は、前記積層方向に見て、前記拘束枠の外周側へはみ出さない。

【0015】

請求項３の構成によれば、接触部を含めた熱交換部が積層方向に見て、拘束枠の外周側へはみ出す構成に比べ、接触部を含めた熱交換部の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。

【0016】

請求項４の発明では、前記制限部の延出方向の先端部は、前記熱交換部よりも当該延出方向にはみ出さない。

【0017】

請求項４の構成によれば、制限部の延出方向の先端部が熱交換部よりも当該延出方向にはみ出す構成に比べ、制限部の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。

【0018】

請求項５の発明では、前記制限部は、前記一方向及びその反対方向で前記熱交換部に当たって、当該一方向及び当該反対方向への前記熱交換部の移動を制限する。

【0019】

請求項５の構成によれば、熱交換部が、拘束枠に対して一方向及びその反対方向へずれることを抑制できる。

【0020】

請求項６の発明は、前記制限部は、前記積層方向及び前記一方向に対して直交する方向及びその反対方向で前記熱交換部に当たって、当該直交する方向及び当該反対方向への前記熱交換部の移動を制限する。

【0021】

請求項６の構成によれば、熱交換部が、拘束枠に対して一方向及びその反対方向と、一方向に直交する方向及びその反対方向とへずれることを抑制できる。

【0022】

請求項７の発明は、前記制限部は、前記積層方向に見て枠状に形成されている。

【0023】

請求項７の構成によれば、制限部が枠状とされているので、枠の内側と枠の外側とに空間が仕切られる。これにより、蓄熱材から粒子が分離して当該粒子が拘束枠から制限部側へ移動した場合でも、当該粒子が制限部の外周側へ漏れることを抑制できる。

【0024】

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の反応器と、前記反応器と連通し、前記反応器への反応媒体の供給及び前記反応器からの反応媒体の受け取りのうち少なくとも一方を行う媒体器と、を有する。

【0025】

請求項８の構成によれば、蓄熱材よりも熱交換部側へ前記積層方向に沿って延出するように拘束枠に形成された制限部が、前記積層方向に直交する直交方向の少なくとも一方向で熱交換部に当たって、当該一方向への熱交換部の移動を制限する。このため、熱交換部が、拘束枠に対して直交方向の少なくとも一方向へずれることを抑制できる。

【0026】

そして、蓄熱システムが稼働した際において、熱交換部の拘束枠に対する前記一方向へのずれが抑制されることで、熱交換部と拘束枠との間に隙間ができにくく、蓄熱材から粒子が分離した場合に当該粒子が熱交換部と制限部との間から漏れることを抑制できる。これにより、蓄熱システムとしての性能の低下を抑制できる。

【発明の効果】

【0027】

本発明は、上記構成としたので、熱交換部が拘束枠に対して積層方向と直交する方向にずれるのを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態に係る化学蓄熱システムを示した概略図である。

【図2】本実施形態に係る化学蓄熱システムを示した概略図である。

【図3】本実施形態に係る反応器の概略構成を示した斜視図である。

【図4】本実施形態に係る反応器の概略構成を示した分解斜視図である。

【図5】本実施形態に係る積層体の概略構成を示した斜視図である。

【図6】本実施形態に係る積層体の概略構成を示した分解斜視図である。

【図7】本実施形態に係る積層体におけるエンドプレートの構成を示す斜視図である。

【図8】本実施形態に係る蓄熱材及び拘束枠の概略構成を示した斜視図である。

【図9】本実施形態に係る蓄熱材、拘束枠及び熱交換器の概略構成を示した斜視図である。

【図10】本実施形態に係る熱交換器の概略構成を示した平面図である。

【図11】本実施形態に係る蓄熱材、拘束枠及び熱交換器の概略構成を示した側断面図（図９における１１−１１線断面図）である。

【図12】本実施形態に係る蒸気流路形成部材の概略構成を示した分解斜視図である。

【図13】本実施形態に係る反応器の概略構成を示した概念図である。

【図14】本実施形態に係る積層体の概略構成を示した断面図である。

【図15】拘束枠の変形例を示した斜視図である。

【図16】拘束枠の変形例を示した側断面図（図１５における１６−１６線断面図）である。

【図17】図１６に示す変形例に係る反応器の概略構成を示した概念図である。

【図18】熱交換器の第一変形例を示した側断面図である。

【図19】熱交換器の第二変形例を示した側断面図である。

【図20】図１９に示す変形例に係る反応器の概略構成を示した概念図である。

【図21】熱交換器の他の変形例を示した側断面図である。

【図22】制限部の変形例を示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。なお、下記のＸ（−Ｘ）方向及びＹ（−Ｙ）方向は、互いに直交する座標軸を示しており、Ｘ方向、−Ｘ方向、Ｙ方向及び−Ｙ方向は、図中に示す矢印方向である。また、図中の「○」の中に「×」が記載された記号は、紙面の手前から奥へ向かう矢印を意味する。図中の「○」の中に「・」が記載された記号は、紙面の奥から手前へ向かう矢印を意味する。

【0030】

（化学蓄熱システム１０）
化学蓄熱システム１０（蓄熱システムの一例）は、図１及び図２に示されるように、蒸発凝縮器１２（媒体器の一例）と、化学蓄熱反応器２０（反応器の一例）と、連通路１４と、を備えている。以下、蒸発凝縮器１２、化学蓄熱反応器２０及び連通路１４の具体的な構成について説明する。

【0031】

（蒸発凝縮器１２）
蒸発凝縮器１２は、貯留した水を蒸発させて化学蓄熱反応器２０に水蒸気（反応媒体の一例）を供給する蒸発部、化学蓄熱反応器２０から受け取った水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮されることで生成された水を貯留する貯留部、としての各機能を備えている。具体的には、蒸発凝縮器１２は、一例として、以下のように構成される。

【0032】

すなわち、蒸発凝縮器１２は、図１及び図２に示されるように、内部に水が貯留される容器１６を備えている。この容器１６内には、水蒸気を凝縮するための冷媒（例えば、冷水）と、水を蒸発させるための熱媒（例えば、温水）と、が選択的に流通可能な流路１７が設けられている。

【0033】

（連通路）
連通路１４は、蒸発凝縮器１２の内部と化学蓄熱反応器２０の内部とを連通する通路であり、一端部が蒸発凝縮器１２に接続され、他端部が化学蓄熱反応器２０に接続されている。

【0034】

連通路１４は、蒸発凝縮器１２（容器１６）と化学蓄熱反応器２０（後述する反応容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９を備えている。そして、容器１６、反応容器２２、連通路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。

【0035】

（化学蓄熱反応器２０）
化学蓄熱反応器２０は、図３及び図４に示されるように、反応容器２２と、反応容器２２内に配置され複数の部材が積層されて構成された積層体３０と、を備えている。以下、反応容器２２及び積層体３０の具体的な構成について説明する。

【0036】

（反応容器２２）
反応容器２２は、ステンレス鋼板等で形成され、上下方向を軸方向とする円筒状の本体部２２Ａと、本体部２２Ａの上端を閉止する板状の上蓋部材２２Ｂと、本体部２２Ａの下端を閉止する板状の下蓋部材２２Ｃと、備えている。そして、本体部２２Ａと上蓋部材２２Ｂ、及び本体部２２Ａと下蓋部材２２Ｃとが溶接されることで、本体部２２Ａと上蓋部材２２Ｂとの間、及び本体部２２Ａと下蓋部材２２Ｃとの間がシールされている。

【0037】

反応容器２２の内部は反応容器２２の外部と隔離され、前述したように、反応容器２２の内部が真空脱気されている。そして、反応容器２２の内部には、積層体３０との間に水蒸気が流通可能な流通空間２６が確保されている。

【0038】

（積層体３０）
積層体３０は、図５及び図６に示されるように、一対のエンドプレート９０、９１と、一対のエンドプレート９０、９１の間に配置された一対の熱交換器５０、５１と、一対の熱交換器５０、５１の間に配置された一対の蓄熱材３２、３３と、を備えている。また、積層体３０は、一対の蓄熱材３２、３３の間に配置された一対のフィルタ３４、３５と、一対のフィルタ３４、３５の間に配置された蒸気流路形成部材４０（流路形成部の一例）と、蓄熱材３２、３３を囲む枠状の拘束枠６０、６１と、を備えている。

【0039】

エンドプレート９０、９１、熱交換器５０、５１、蓄熱材３２、３３を含む拘束枠６０、６１、フィルタ３４、３５及び蒸気流路形成部材４０は、上下方向に厚みを有する板状であって、平面視にて略矩形状に形成されている。積層体３０では、下側から、エンドプレート９０、熱交換器５０、蓄熱材３２を含む拘束枠６０、フィルタ３４、蒸気流路形成部材４０、フィルタ３５、蓄熱材３３を含む拘束枠６１、熱交換器５１、エンドプレート９１の順で積層されている。したがって、エンドプレート９０、９１、熱交換器５０、５１、蓄熱材３２、３３、拘束枠６０、６１、及びフィルタ３４、３５は、互いが積層方向（上下方向）に離れて配置されている。

【0040】

なお、積層体３０は、図４に示されるように、反応容器２２の内部において、円柱状の４個（図４では３個のみ図示）の支持部材７９で支持されている。

【0041】

以下、エンドプレート９０、９１、蓄熱材３２、３３、熱交換器５０、５１、蒸気流路形成部材４０、フィルタ３４、３５、及び拘束枠６０、６１の具体的な構成について説明する。

【0042】

（エンドプレート９０、９１）
エンドプレート９０、９１は、図７に示されるように、積層方向から見て矩形状の本体部９２と、本体部９２の四隅から突出する４個の突出部９４と、を備えている。４個の突出部９４のそれぞれには、上下方向に貫通する貫通孔９４Ａが形成されている。

【0043】

そして、エンドプレート９０、９１は、熱交換器５０、５１、蓄熱材３２、３３を含む拘束枠６０、６１、フィルタ３４、３５及び蒸気流路形成部材４０を挟み込むようになっている。この状態で、エンドプレート９１の突出部９４に形成された各貫通孔９４Ａにボルト９６を通し、さらに各ボルト９６の先端側をエンドプレート９０の突出部９４に形成された各貫通孔９４Ａに通す。また、各ボルト９６の先端部にナット９７を締め込むことで、積層体３０が組み立てられる（形成される）。このように、各ボルト９６にナット９７を締め込むことで、一対のエンドプレート９０、９１に挟まれた熱交換器５０、５１、蓄熱材３２、３３を含む拘束枠６０、６１、フィルタ３４、３５及び蒸気流路形成部材４０に上下方向の拘束力が生じる。

【0044】

（蓄熱材３２、３３）
蓄熱材３２、３３には、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（粒状体）をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、図８に示されるように、直方体状に形成されている。

【0045】

蓄熱材３２、３３は、具体的には、例えば、直方体状（立方体状を含む）とされた１６（４×４）個の単位ブロックで形成された集合体で構成されている。蓄熱材３２、３３は、複数（具体的には４つ）が拘束枠６０、６１の内部空間に配置（収容）されている。なお、拘束枠６１及び蓄熱材３３は、拘束枠６０及び蓄熱材３２の上下を反転させた構成に相当するので、図８では、拘束枠６０及び蓄熱材３２を示し、拘束枠６１及び蓄熱材３３の図示を省略している。

【0046】

ここで、蓄熱材３２、３３は、反応媒体と結合して発熱する、又は反応媒体が脱離して蓄熱する。具体的には、蓄熱材３２、３３は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）する化学蓄熱材であり、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。

【0047】

ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）_２
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
となる。

【0048】

なお、一例として、蓄熱材３２、３３の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。また、蓄熱材３２、３３は、単一のブロックで構成されていてもよい。

【0049】

（熱交換器５０、５１）
熱交換器５０は、図６に示されるように、蓄熱材３２の下側（片側）に積層されており、蓄熱材３２との間で熱交換する構成とされている。熱交換器５１は、蓄熱材３３の上側（片側）に積層されており、蓄熱材３３との間で熱交換する構成とされている。

【0050】

なお、熱交換器５１は、熱交換器５０の上下を反転させた構成に相当するので、以下、熱交換器５０の構成を中心に説明し、熱交換器５１についての説明は適宜省略する。

【0051】

熱交換器５０は、図９及び図１０に示されるように、直方体形状に形成された本体部５２（熱交換部の一例）と、フランジ部５４（接触部の一例）と、一対の突出部５６と、を有している。熱交換器５０では、具体的には、本体部５２が蓄熱材３２と接触しており、本体部５２を流通する熱媒体との間で熱交換される。

【0052】

フランジ部５４は、本体部５２の外周（平面視矩形状の本体部５２の四辺）において、積層体３０の積層方向（上下方向）に直交する直交方向である側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）に沿って本体部５２の下部から外側に張り出しており、平面視にて枠状に形成されている。

【0053】

一対の突出部５６は、先端側が互いに離れる方向（−Ｘ、Ｘ方向）にフランジ部５４から突出している。一対の突出部５６には、図４及び図９に示されるように、熱媒体（冷媒又は熱媒）を熱交換器５０、５１へ供給する供給管７０と、熱交換器５０、５１から排出された熱媒体が流通する流通管７２と、が接続されている。

【0054】

図１１に示されるように、本体部５２、フランジ部５４及び一対の突出部５６は、内部が連通している。本体部５２の内部には、波状に形成されたフィン５７が設けられている。

【0055】

そして、熱交換器５０、５１に接続された流通管７２を流通する熱媒体によって、反応容器２２の外部に配置された熱源２００（図１参照）又は熱利用対象物２０２（図１参照）に、温熱又は冷熱が輸送される。なお、供給管７０及び流通管７２の連通先は、切替部材７６（図１参照）によって、熱源２００及び熱利用対象物２０２の一方に切り替えられる。

【0056】

（蒸気流路形成部材４０）
蒸気流路形成部材４０は、図５及び図６に示されるように、蓄熱材３２に対する熱交換器５０とは反対側であって、蓄熱材３３に対する熱交換器５１とは反対側に、積層されている。この蒸気流路形成部材４０は、蓄熱材３２、３３へ供給される水蒸気、又は蓄熱材３２、３３から排出される水蒸気が流通する流路が形成された部材である。具体的には、蒸気流路形成部材４０は、図１２（Ａ）に示されるように、フレーム部材４６と、フレーム部材４６に取り付けられると共に平面視にて矩形状の４個の流路部材４８と、を備えている。

【0057】

フレーム部材４６は、平面視にて矩形枠状とされる共に上下方向に離間した一対の外形フレーム４６Ａと、隣り合う流路部材４８を仕切る十字状の仕切フレーム４６Ｂと、を備えている。そして、仕切フレーム４６Ｂは断面矩形状とされ、平面視にて十字状の仕切フレーム４６Ｂの端部の上面及び下面に、一対の外形フレーム４６Ａが固定されている。これにより、４個の流路部材４８が取り付けられる矩形状の取付スペース４６Ｃが形成されている。

【0058】

この流路部材４８は、凹凸を繰り返す断面が矩形波状とされた波板４７（図１２（Ｂ）参照）から形成されており、凹凸部が延びる流路方向が、鉛直方向から見てフレーム部材４６の対角線に沿うようになっている。そして、流路部材４８の流路がフレーム部材４６の角部に向かって開放されている。これにより、流路方向に沿って流れる水蒸気が上方に開放される上方流路４８Ａと、水蒸気が下方に開放される下方流路４８Ｂとが形成されている。蒸気流路形成部材４０は、蒸気流路形成部材４０の四方向の端面から水蒸気が流出又は流入可能とされている。

【0059】

（フィルタ３４、３５）
フィルタ３４、３５は、図５及び図６に示されるように、蒸気流路形成部材４０と蓄熱材３２との間及び蒸気流路形成部材４０と蓄熱材３３との間のそれぞれで挟まれている。フィルタ３４、３５は、貫通孔が多数形成されたエッチングフィルタで構成されている。

【0060】

そして、フィルタ３４、３５は、蓄熱材３２の平均粒径より小さいろ過精度を有している。これにより、フィルタ３４、３５では、蓄熱材３２の平均粒径より小さい流路を水蒸気が通過するのを許容する一方、平均粒径よりも大きい蓄熱材の通過を制限するようになっている。

【0061】

なお、ろ過精度とは、ろ過効率が５０〜９８％となる粒子径のことであり、ろ過効率とは、ある粒子径の粒子に対する除去効率である。

【0062】

（拘束枠６０、６１）
拘束枠６０、６１は、図６及び図８に示されるように、積層体３０の積層方向（上下方向）に見て蓄熱材３２、３３を囲む枠状とされている。拘束枠６０、６１は、蓄熱材３２、３３の上端から下端までの上下方向の長さを有しており、蓄熱材３２、３３の上端から下端までの範囲で蓄熱材３２、３３を囲んでいる。

【0063】

なお、拘束枠６１は、拘束枠６０の上下を反転させた構成に相当するので、以下、拘束枠６０の構成を中心に説明し、拘束枠６１の説明を適宜省略する。

【0064】

拘束枠６０の内部には、図８及び図９に示されるように、平面視にて十字状に形成された中枠６３が設けられている。この中枠６３によって、拘束枠６０の蓄熱材３２が配置される内部空間が４つに仕切られる。

【0065】

本実施形態では、熱交換器５０、５１の側面に当たって、積層方向に直交する直交方向である側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）の熱交換器５０、５１の移動を制限する制限部６８、６９が、拘束枠６０、６１に形成されている（制限部６９については、図６参照）。

【0066】

制限部６８は、具体的には、蓄熱材３２よりも熱交換器５０側（すなわち、下側）へ延出するように拘束枠６０に一体に形成されている。制限部６８は、積層体３０の積層方向に見て、拘束枠６０と同様の枠状に形成されている。この枠状の制限部６８の内側に、熱交換器５０の本体部５２におけるフランジ部５４よりも上側の部分が収容された状態で、拘束枠６０及び熱交換器５０が積層される。

【0067】

枠状の制限部６８は、具体的には、積層方向に直交する直交方向の一方向（Ｘ方向）に対向する第一対向部６８Ａ、６８Ｃと、当該一方向と直交する直交方向（Ｙ方向）に対向する第二対向部６８Ｂ、６８Ｄと、を有している。

【0068】

第一対向部６８Ａ、６８Ｃが、熱交換器５０の本体部５２の側面に当たることで、当該一方向（Ｘ方向）及びその反対方向（−Ｘ方向）への熱交換器５０の移動が制限される。また、第二対向部６８Ｂ、６８Ｄが、熱交換器５０の本体部５２の側面に当たることで、当該直交方向（Ｙ方向）及びその反対方向（−Ｙ方向）への熱交換器５０の移動が制限される。

【0069】

なお、図８には、二点鎖線Ａにて拘束枠６０と制限部６８との境界が示されている。したがって、二点鎖線Ａよりも下側部分が、制限部６８を構成する。また、制限部６８は、前述のように、積層方向に見て枠状とされており、第一対向部６８Ａ、６８Ｃ及び第二対向部６８Ｂ、６８Ｄのそれぞれの間には、隙間を有していない。

【0070】

さらに、制限部６８の延出方向の先端面（下端面）は、図１１に示されるように、熱交換器５０のフランジ部５４（接触部の一例）に接触している。また、制限部６８の下端は、熱交換器５０の下端の位置よりも上側に位置している。すなわち、制限部６８の下端部（延出方向の先端部）は、熱交換器５０よりも下側（延出方向）にはみ出さないようになっている。

【0071】

さらに、図９に示されるように、制限部６８の外周面６８Ｓは、熱交換器５０に形成されたフランジ部５４の外周面５４Ｓの同一面上に配置されている。すなわち、フランジ部５４を含めた熱交換器５０の外寸は、拘束枠６０の外寸と同じとされている。これにより、熱交換器５０において、フランジ部５４を含めた本体部５２は、積層方向に見て、拘束枠６０の外周側へはみ出さないようになっている。

【0072】

以上のように、化学蓄熱反応器２０（反応器の一例）は、図１３の概念図に示されるように、蓄熱材３２と、本体部５２（熱交換部の一例）及びフランジ部５４（接触部の一例）を有する熱交換器５０と、拘束枠６０と、制限部６８と、を有している。フランジ部５４は、積層体３０の積層方向（上下方向）に直交する直交方向である側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）に沿って本体部５２から外側に張り出すように、本体部５２に形成されており、制限部６８の延出方向の先端面（下端面）に接触している。なお、図１３に示す構成は、請求項２に対応する。

【0073】

（化学蓄熱システムの作用）
次に、化学蓄熱システム１０の作用について説明する。

【0074】

化学蓄熱システム１０において、化学蓄熱反応器２０に蓄熱された熱を蓄熱材３２、３３から発熱（放熱）する際には、図２に示されるように、切替部材７６により供給管７０及び流通管７２の連通先が熱利用対象物２０２に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、蒸発凝縮器１２の流路１７を流通する熱媒によって容器１６内の水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気が連通路１４内を矢印Ｄ方向に移動して、反応容器２２内に供給される。

【0075】

続いて、反応容器２２内では、供給された水蒸気が、蒸気流路形成部材４０の複数の上方流路４８Ａ及び下方流路４８Ｂを流れる（図１４参照）。そして、下方流路４８Ｂ内の水蒸気Ｗがフィルタ３４を通過して蓄熱材３２と接触することにより、蓄熱材３２は、水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。また、上方流路４８Ａ内の水蒸気Ｗがフィルタ３５を通過して蓄熱材３３と接触することにより、蓄熱材３３は、水和反応を生じつつ発熱（放熱）する。蓄熱材３２、３３から放出された熱は、熱交換器５０、５１内を流れる熱媒体によって、熱利用対象物２０２に輸送される。

【0076】

一方、化学蓄熱システム１０において、蓄熱材３２、３３に熱を蓄熱する際には、図１に示されるように、切替部材７６により供給管７０及び流通管７２の連通先が熱源２００に切り替えられる。さらに、開閉弁１９を開放し、この状態で、熱交換器５０、５１内に熱源２００によって加熱された熱媒体が流れる（図１４参照）。

【0077】

熱交換器５０、５１内を流れる熱媒体の熱によって蓄熱材３２、３３が脱水反応を生じ、この熱が蓄熱材３２、３３に蓄熱される。

【0078】

さらに、蓄熱材３２、３３から離脱された水蒸気Ｗは、フィルタ３４、３５から蒸気流路形成部材４０の複数の上方流路４８Ａ及び下方流路４８Ｂに流れ込む。上方流路４８Ａ及び下方流路４８Ｂに流れ込んだ水蒸気Ｗは、図１に示されるように、反応容器２２から連通路１４を矢印Ｅ方向に流れて蒸発凝縮器１２内に流れ込む。

【0079】

そして、蒸発凝縮器１２の容器１６において、流路１７を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が容器１６に貯留される。

【0080】

（本実施形態の作用効果）
積層体３０は、例えば、以下のように組み立てられる（形成される）。すなわち、図６に示されるように、下側から、エンドプレート９０、熱交換器５０、蓄熱材３２を含む拘束枠６０、フィルタ３４、蒸気流路形成部材４０、フィルタ３５、蓄熱材３３を含む拘束枠６１、熱交換器５１、エンドプレート９１の順で重ねる（積層する）。このとき、熱交換器５０、５１の本体部５２における積層方向の一部が、枠状の制限部６８、６９の内側に収容された状態で、積層体３０の各部材が重ねられる。

【0081】

この状態で、図７に示されるように、エンドプレート９０、９１の貫通孔９４Ａにボルト９６を通す。そして、ボルト９６にナット９７を締め込むことで、積層体３０が組み立てられる。

【0082】

本実施形態では、前述のように、積層体３０の各部材が重ねられる際に、図９に示されるように、熱交換器５０、５１の本体部５２が枠状の制限部６８、６９の内側に収容される。このため、熱交換器５０、５１の側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）への移動が制限部６８、６９によって制限される。

【0083】

このため、ボルト９６にナット９７を締め込む際に、すなわち、積層体３０を組み立てる際に、熱交換器５０、５１が拘束枠６０、６１に対して、側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）へずれることが抑制される。これにより、熱交換器５０、５１の拘束枠６０、６１に対するずれを考慮して、ボルト９６にナット９７を締め込む作業を行う必要がないため、当該作業の作業性が向上する。

【0084】

また、積層体３０を組み立てた後、化学蓄熱システム１０を稼働させた際においても、熱交換器５０、５１が拘束枠６０、６１に対して、側方（−Ｘ、Ｘ方向及び−Ｙ、Ｙ方向）へずれることが抑制される。また、熱交換器５０、５１が制限部６８、６９によって拘束され、熱交換器５０、５１のねじれ等の弾性変形が抑制される。

【0085】

これらにより、化学蓄熱システム１０が稼働した際において、熱交換器５０、５１と拘束枠６０、６１（蓄熱材３２、３３）との間に隙間ができにくく、蓄熱材３２、３３の粒子が拘束枠６０、６１から漏れることが抑制される。このため、化学蓄熱システム１０としての性能の低下を抑制できる。

【0086】

また、本実施形態では、制限部６８は、積層方向に見て枠状とされており、第一対向部６８Ａ、６８Ｃ及び第二対向部６８Ｂ、６８Ｄのそれぞれの間には、隙間を有していない（図８参照）。したがって、制限部６８によって、制限部６８の内側と外側とに空間が仕切られる。これにより、蓄熱材３２から粒子が分離して当該粒子が拘束枠６０から制限部６８側へ移動した場合でも、当該粒子が制限部６８の外周側へ漏れることを抑制できる。なお、拘束枠６１においても同様であり、蓄熱材３３から分離した粒子が制限部６９の外周側へ漏れることを抑制できる。

【0087】

また、本実施形態では、図１３に示されるように、熱交換器５０に形成されたフランジ部５４が制限部６８の下端面に接触している。これにより、各フランジ部５４を含めた熱交換器５０と制限部６８との境界Ｓ（隙間）が、断面視にて屈曲部分を有する形状、具体的には、Ｌ字状になる。

【0088】

このため、当該境界Ｓが一直線状である場合に比べ、蓄熱材３２から分離した粒子が、熱交換器５０と制限部６８との間から漏れることが抑制される。なお、熱交換器５１及びと制限部６９においても同様であり、蓄熱材３３から分離した粒子が、熱交換器５１と制限部６９との間から漏れることが抑制される。

【0089】

また、本実施形態では、熱交換器５０、５１において、フランジ部５４を含めた本体部５２は、積層方向に見て、拘束枠６０、６１の外周側へはみ出していない。

【0090】

これにより、熱交換器５０、５１が積層方向に見て拘束枠６０、６１の外周側へはみ出す構成に比べ、熱交換器５０、５１の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。

【0091】

また、本実施形態では、制限部６８の下端部は、熱交換器５０よりも下側にはみ出さない。

【0092】

これにより、制限部６８の下端部が熱交換器５０よりも下側にはみ出す構成に比べ、制限部６８の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。なお、制限部６９においても同様であり、制限部６９の上端部が熱交換器５１よりも上側にはみ出す構成に比べ、制限部６９の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。

【0093】

（拘束枠６０の変形例）
図１５及び図１６に示されるように、拘束枠６０は、本体部１６５と、張出部１６７と、を有する構成であってもよい。本体部１６５は、制限部６８の上側に配置され、制限部６８の上端に接続されて制限部６８と一体に形成された枠状の部分である。張出部１６７は、本体部１６５の内壁に形成され、制限部６８よりも拘束枠６０（本体部１６５）の内周側へ向けて張り出した部分である。この張出部１６７の下端面（積層方向の端面の一例）は、熱交換器５０の拘束枠６０側の表面に接触している。

【0094】

このように、拘束枠６０は、図１７の概念図に示されるように、制限部６８よりも拘束枠６０の内周側へ向けて張り出し、且つ下端面（積層方向の端面の一例）が本体部５２（熱交換部の一例）に接触する張出部１６７を有している。なお、図１７に示す構成は、出願当初の、請求項２を引用する請求項３に対応する。

【0095】

これにより、フランジ部５４を含めた熱交換器５０と、拘束枠６０及び制限部６８と、の境界Ｓ（隙間）が、断面視にて屈曲部分を有する形状、具体的には、階段状になる。このため、当該境界ＳがＬ字状である場合に比べ、蓄熱材３２から分離した粒子が、熱交換器５０と制限部６８との間から漏れることが抑制される。なお、拘束枠６１においても、張出部１６７を形成してもよい。

【0096】

（熱交換器５０の第一変形例）
図１８に示されるように、熱交換器５０のフランジ部５４の外周面５４Ｓが、制限部６８の外周面６８Ｓよりも制限部６８の内側に位置する構成であってもよい。外周面５４Ｓが外周面６８Ｓよりも制限部６８の内側に位置することで、フランジ部５４を含めた熱交換器５０の外寸は、拘束枠６０の外寸よりも小さくされている。

【0097】

これにより、フランジ部５４を含めた熱交換器５０の外寸が拘束枠６０の外寸以上とされる構成に比べ、熱交換器５０の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。特に、熱交換器５０において熱交換に寄与しない部分（フランジ部５４）を小さくできるので、熱交換の効率が効果的に向上する。なお、熱交換器５１においても同様に構成することができる。

【0098】

（熱交換器５０の第二変形例）
図１９に示されるように、熱交換器５０は、フランジ部５４が形成されていない構成であってもよい。この構成では、例えば、制限部６８の下端面は、熱交換器５０の下面と同一面上に配置されている。

【0099】

第二変形例では、熱交換器５０にフランジ部５４が形成されていないことで、熱交換器５０の外寸は、拘束枠６０の外寸よりも小さくされている。

【0100】

これにより、熱交換器５０の外寸が拘束枠６０の外寸以上とされる構成に比べ、熱交換器５０の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。

【0101】

また、この第２変形例では、拘束枠６０は、本体部１６５と、張出部１６７と、を有する構成であってもよい。本体部１６５は、制限部６８の上側に配置され、制限部６８の上端に接続されて制限部６８と一体に形成された枠状の部分である。張出部１６７は、本体部１６５の内壁に形成され、制限部６８よりも拘束枠６０（本体部１６５）の内周側へ向けて張り出した部分である。この張出部１６７の下端面（積層方向の端面の一例）は、熱交換器５０の拘束枠６０側の表面に接触している。

【0102】

このように、拘束枠６０は、図２０の概念図に示されるように、制限部６８よりも拘束枠６０の内周側へ向けて張り出し、且つ下端面（積層方向の端面の一例）が本体部５２（熱交換部の一例）に接触する張出部１６７を有していてもよい。なお、図２０に示す構成は、出願当初の、請求項１を引用する請求項３に対応する。

【0103】

これにより、熱交換器５０と制限部６８との境界Ｓ（隙間）が、断面視にて屈曲部分を有する形状、具体的には、Ｌ字状になる。このため、当該境界Ｓが一直線状である場合に比べ、蓄熱材３２から分離した粒子が、熱交換器５０と制限部６８との間から漏れることが抑制される。

【0104】

なお、第二変形例では、拘束枠６０、６１に張出部１６７が形成されていない構成であってもよい。また、熱交換器５１及び拘束枠６１においても同様に構成することができる。

【0105】

（熱交換器５０、５１の他の変形例）
図２１に示されるように、フランジ部５４が、熱交換器５０、５１の上下方向中央部に形成されていてもよい。なお、熱交換器５１においても同様に構成することができる。

【0106】

（制限部６８の変形例）
図２２に示されるように、制限部６８は、第一対向部６８Ａ、６８Ｃを有せず、第二対向部６８Ｂ、６８Ｄのみを有する構成であってもよい。すなわち、制限部６８としては、第一対向部６８Ａ、６８Ｃ及び第二対向部６８Ｂ、６８Ｄの少なくとも一つを有していればよい。また、第一対向部６８Ａ、６８Ｃ及び第二対向部６８Ｂ、６８Ｄは、熱交換器５０、５１の当たる側面の横幅よりも小さくてもよい。

【0107】

第一対向部６８Ａ、６８Ｃ及び第二対向部６８Ｂ、６８Ｄの数及び横幅を小さくすることで、制限部６８、６９の熱容量を小さくでき、熱交換の効率が向上する。なお、制限部６９においても、同様に構成することができる。

【0108】

（他の変形例）
本実施形態では、積層体３０は、一対の熱交換器５０、５１と、一対の蓄熱材３２、３３と、一対のフィルタ３４、３５と、蒸気流路形成部材４０と、拘束枠６０、６１と、を備えていたが、これに限られない。積層体３０は、少なくとも、１つの熱交換器と、１つの蓄熱材と、１つの拘束枠と、を有していればよい。

【0109】

また、蓄熱材として、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属塩化物、アルカリ金属臭化物、アルカリ土類金属臭化物におけるアンモニア反応系を用い、反応媒体として、アンモニアを用いてもよい。

【0110】

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

【符号の説明】

【0111】

１０ 化学蓄熱システム（蓄熱システムの一例）
１２ 蒸発凝縮器（媒体器の一例）
２０ 化学蓄熱反応器（反応器の一例）
３２、３３ 蓄熱材
４０ 蒸気流路形成部材（流路形成部の一例）
５２ 本体部（熱交換部の一例）
５４ フランジ部（接触部の一例）
６０、６１ 拘束枠
６８、６９ 制限部
１６７ 張出部

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】