6657807 反応器、蓄熱システム、拘束枠

(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】6657807

(24)【登録日】2020年2月10日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】反応器、蓄熱システム、拘束枠

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20200220BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 G

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-216865(P2015-216865)

(22)【出願日】2015年11月4日

(65)【公開番号】特開2017-89924(P2017-89924A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年7月13日

【前置審査】

(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

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１８５７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２６２９３（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複数の蓄熱材と、
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複数の蓄熱材のそれぞれを囲む複数の第一枠と、前記積層方向に見て前記複数の第一枠を囲む第二枠と、を有する拘束枠と、
を備え、
前記第二枠は、
前記複数の第一枠の内側に配置されてない蓄熱材であって、前記複数の第一枠の外側において前記複数の第一枠の間に配置された前記蓄熱材を、前記複数の第一枠と共に囲む
反応器。

【請求項2】

前記第一枠は、他の前記第一枠又は前記第二枠に接触した状態で、前記第二枠内に収容されている
請求項１に記載の反応器。

【請求項3】

前記第一枠は、接触する前記他の第一枠又は前記第二枠に接合されている
請求項２に記載の反応器。

【請求項4】

前記第一枠及び前記第二枠は、前記積層方向に直交する方向に厚みを有し、
前記第一枠の厚みは、前記第二枠の厚み以下とされている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の反応器。

【請求項5】

前記複数の第一枠及び前記第二枠の少なくとも１つは、一部品で構成されている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応器。

【請求項6】

請求項１〜５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。

【請求項7】

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複数の蓄熱材のそれぞれの周囲を囲む複数の第一枠と、
前記複数の第一枠の周囲を囲む第二枠と、
を備え、
前記第二枠は、
前記複数の第一枠の内側に配置されてない蓄熱材であって、前記複数の第一枠の外側において前記複数の第一枠の間に配置された前記蓄熱材を、前記複数の第一枠と共に囲む
拘束枠。

【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、拘束枠に関する。

【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有している。

【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の拘束枠は、複数の蓄熱材の全体を囲む枠状のフレームと、フレームの内側に設けられた平面視にて十字状の中枠と、を有している。この中枠は、フレームの各辺の中央部に連結されており、蓄熱材の膨張力による当該中央部の変位を抑えている。

【0005】

しかしながら、蓄熱材の膨張力が大きい場合では、フレームの各辺における中央部（中枠との連結部分）と両端との間で、フレームの各辺が変位し、蓄熱材の膨張を効果的に抑制することができない場合がある。

【0006】

本発明は、上記事実を考慮し、蓄熱材の膨張を効果的に抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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複数の蓄熱材と、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複数の蓄熱材のそれぞれを囲む複数の第一枠と、前記積層方向に見て前記複数の第一枠を囲む第二枠と、を有する拘束枠と、を備える。

【0008】

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。

【0009】

ここで、請求項１の拘束枠は、複数の蓄熱材のそれぞれを囲む複数の第一枠と、複数の第一枠を囲む第二枠と、を有している。

【0010】

このため、各蓄熱材の膨張力を第一枠が個別に抑え、さらに、複数の蓄熱材の膨張力を第二枠が一括で抑えることができる。このように、請求項１の拘束枠では、第一枠と第二枠との二段階で、蓄熱材の膨張を抑制することができるので、蓄熱材の膨張を効果的に抑制することができる。

【0011】

請求項２の発明では、前記第一枠は、他の前記第一枠又は前記第二枠に接触した状態で、前記第二枠内に収容されている。

【0012】

第一枠が他の第一枠に接触することで、第一枠内の蓄熱材の膨張力と他の第一枠内の蓄熱材の膨張力とを互いに打ち消し合うことができる。これにより、第一枠及び他の第一枠の内側に配置された各蓄熱材の膨張を抑制することができる。また、第一枠が第二枠に接触することで、第一枠内の蓄熱材の膨張力を第一枠と第二枠とによって抑えることができる。

【0013】

さらに、第一枠は、他の第一枠又は第二枠に接触した状態で第二枠内に収容されているので、蓄熱材が膨張した際にのみ第一枠が他の第一枠又は第二枠に接触する場合に比べ、蓄熱材の膨張を効果的に抑制できる。

【0014】

請求項３の発明では、前記第一枠は、接触する前記他の第一枠又は前記第二枠に接合されている。

【0015】

このため、第一枠の強度を向上させることができる。また、第一枠が接触する他の第一枠又は第二枠に対して変位せず、第一枠の接触位置が変化しない。

【0016】

請求項４の発明では、前記第一枠及び前記第二枠は、前記積層方向に直交する方向に厚みを有し、前記第一枠の厚みは、前記第二枠の厚み以下とされている。

【0017】

このように、個々の蓄熱材を囲む第一枠を、複数の蓄熱材の全体を囲む第二枠の厚さ以下にすることで、拘束枠における軽量化と強度の確保との両立ができる。

【0018】

請求項５の発明では、前記複数の第一枠及び前記第二枠の少なくとも１つは、一部品で構成されている。

【0019】

請求項５の構成によれば、複数の第一枠及び第二枠の少なくとも１つを一部品で構成することで、簡易な構造で、蓄熱材の膨張力に対抗する強度を確保することができる。

【0020】

請求項６の発明は、請求項１〜５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。

【0021】

請求項６の構成によれば、各蓄熱材の膨張力を第一枠が個別に抑え、さらに、複数の蓄熱材の膨張力を第二枠が一括で抑えることができる。このように、請求項６の構成では、第一枠と第二枠との二段階で、蓄熱材の膨張を抑制することができるので、蓄熱材の膨張を効果的に抑制できる。これにより、蓄熱材の膨張による蓄熱材の粒状化を抑制し、蓄熱システムとしての性能の低下を抑制できる。

【0022】

請求項７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複数の蓄熱材のそれぞれの周囲を囲む複数の第一枠と、前記複数の第一枠の周囲を囲む第二枠と、を備える。

【0023】

このため、各蓄熱材の膨張力を第一枠が個別に抑え、さらに、複数の蓄熱材の膨張力を第二枠が一括で抑えることができる。このように、請求項７の拘束枠では、第一枠と第二枠との二段階で、蓄熱材の膨張を抑制することができるので、蓄熱材の膨張を効果的に抑制することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明は、上記構成としたので、蓄熱材の膨張を効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【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】本実施形態に係る拘束枠の概略構成を示した平面図である。

【図10】本実施形態に係る熱交換器の概略構成の一部を破断した平面図である。

【図11】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12】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13】拘束枠の第一変形例を示した斜視図である。

【図14】拘束枠の第一変形例を示した斜視図及び平面図である。

【図15】拘束枠の第二変形例を示した平面図である。

【図16】拘束枠の第三変形例を示した斜視図である。

【図17】拘束枠の第四変形例を示した平面図である。

【図18】拘束枠の第五変形例を示した平面図である。

【図19】拘束枠の第五変形例を示した平面図である。

【図20】拘束枠の第六変形例を示した斜視図である。

【図21】拘束枠の小型枠同士が線接触する構成を示す斜視図である。

【図22】拘束枠の小型枠同士が点接触する構成を示す斜視図である。

【図23】拘束枠の他の変形例を示した平面図である。

【図24】拘束枠の他の変形例を示した平面図である。

【図25】拘束枠の他の変形例を示した平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

（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。

【0028】

（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。

【0029】

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。

【0030】

（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。

【0031】

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。

【0032】

（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。

【0033】

（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。

【0034】

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。

【0035】

（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（熱交換部の一例）と、一対の熱交換器５０、５１の間に配置された蓄熱材３２、３３と、を備えている。また、積層体３０は、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と、蓄熱材３２、３３を囲む枠状の拘束枠６０、６１と、を備えている。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

（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。

【0040】

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。

【0041】

（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。

【0042】

蓄熱材３２、３３は、具体的には、９（３×３）個が、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と同様の構成を有しているので、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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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、水和反応により膨張する。さらに、蓄熱材３２、３３は膨張すると、蓄熱材３２、３３の平面視における各辺が、その中央部分が最も外側に張り出す凸状に膨出する。

【0046】

（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。

【0047】

熱交換器５０、５１には、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、が接続固定されている。

【0048】

熱交換器５０、５１の内部には、図１０に示されるように、熱媒体が蛇行して流れる流路５２Ａが形成されている。この流路５２Ａの一端部が供給管７０（図４参照）と連通し、流路５２Ａの他端部が流通管７２（図４参照）と連通している。なお、熱交換器５０及び熱交換器５１は、同様に構成されているので、図１０では、熱交換器５０を示し、熱交換器５１の図示を省略している。

【0049】

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。

【0050】

（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１１（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。

【0051】

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。

【0052】

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１１（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。

【0053】

（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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

（拘束枠６０、６１）
拘束枠６０、６１は、図５及び図６に示されるように、フィルタ３４と熱交換器５０との間及びフィルタ３５と熱交換器５１との間のそれぞれに配置されている。なお、拘束枠６１は、拘束枠６０と同様の構成を有するので、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。

【0057】

拘束枠６０は、図８及び図９に示されるように、積層方向に見て複数（具体的には９個）の蓄熱材３２のそれぞれを囲む複数（具体的には９個）の小型枠８１（第一枠の一例）と、積層方向に見て複数の小型枠８１を囲む大型枠８２（第二枠の一例）と、を有している。すなわち、大型枠８２の内側に複数の小型枠８１が収容され、各小型枠８１の内側に各蓄熱材３２が収容されている。

【0058】

小型枠８１及び大型枠８２は、それぞれ、平面視にて、４つの側壁８３、８４で構成された枠状に形成されている。各側壁８３、８４は、積層方向に直交する方向に厚みを有する板状に形成されている。９個の小型枠８１の各側壁８３の厚みは、それぞれ同じ厚みとされている。また、９個の小型枠８１の各側壁８３の厚みは、大型枠８２の各側壁８４の厚みと同じとされている。

【0059】

小型枠８１及び大型枠８２は、それぞれ、一部品で構成されている。具体的には、小型枠８１及び大型枠８２は、例えば、押出成形などの成形方法により成形された角筒状のパイプを、予め定められた長さで切断されることで、形成される。

【0060】

また、小型枠８１は、例えば、３行で且つ３列に配置されており、各小型枠８１同士が接触している。具体的には、９個の小型枠８１のうち、中央に配置された小型枠８１Ａは、４つの側壁８３の外面（外壁）のそれぞれが、小型枠８１Ｂの側壁８３の外面に接触している。

【0061】

小型枠８１Ｂは、４つの側壁８３のうち、１つの側壁８３の外面が大型枠８２の内面（内壁）に接触し、残りの３つの側壁８３の外面が小型枠８１Ａ、８１Ｃの外面に接触している。

【0062】

９個の小型枠８１のうち、４隅に配置された小型枠８１Ｃは、４つの側壁８３のうち、隣接する２つの側壁８３の外面が大型枠８２の内面に接触し、残りの２つの側壁８３の外面が小型枠８１Ｂの外面（外壁）に接触している。このように各小型枠８１は、他の小型枠８１又は大型枠８２に接触した状態で大型枠８２内に収容されている。

【0063】

（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。

【0064】

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。

【0065】

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１２参照）。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。

【0066】

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１２参照）。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

（本実施形態の作用効果）
本実施形態では、前述のように、拘束枠６０は、９個の蓄熱材３２のそれぞれを囲む９個の小型枠８１と、９個の小型枠８１を囲む大型枠８２と、を有している。

【0071】

このため、各蓄熱材３２の水和反応による膨張力を、当該蓄熱材３２が収容された各小型枠８１が個別に抑える。

【0072】

また、本実施形態では、各小型枠８１における４つの側壁８３の全部又は一部の外面が、互いに接触している。このため、蓄熱材３２の膨張を、当該蓄熱材３２が収容された小型枠８１に隣接する小型枠８１によっても抑えることができる。すなわち、小型枠８１同士が接触することで、小型枠８１内の蓄熱材の膨張力が互いに打ち消し合うことができる。

【0073】

さらに本実施形態では、各小型枠８１における４つの側壁８３の一部の外面が、大型枠８２の側壁８４の内面に接触している。このため、蓄熱材３２の膨張を大型枠８２によって抑えることができる。

【0074】

このように、本実施形態では、各蓄熱材３２の膨張力を当該蓄熱材３２が収容された各小型枠８１と、その小型枠８１の周囲の小型枠８１又は大型枠８２と、によって、各蓄熱材３２の膨張が二段階で抑制される。

【0075】

したがって、本実施形態の構成によれば、各蓄熱材３２の膨張を効果的に抑制することができる。これにより、蓄熱材３２の膨張による蓄熱材３２の粒状化を抑制し、蓄熱システムとしての性能の低下を抑制できる。

【0076】

さらに、本実施形態では、小型枠８１の側壁８３の厚みと大型枠８２の側壁８４の厚みは同じとされている。このように、個々の蓄熱材３２を囲む小型枠８１の側壁８３の厚みを、複数の蓄熱材３２の全体を囲む大型枠８２の側壁８４の厚さを同じとすることで、小型枠８１の厚みが大型枠８２の厚みよりも大きい構成に比べ、拘束枠６０における軽量化と強度の確保との両立ができる。

【0077】

また、本実施形態では、小型枠８１及びと大型枠８２が一部品で構成されている。このため、簡易な構造で、蓄熱材３２の膨張力に対抗する強度を確保することができる。なお、前述した作用効果は、拘束枠６１に収容された蓄熱材３３においても同様に発揮される。

【0078】

（拘束枠６０の第一変形例）
図１３（Ａ）（Ｂ）及び図１４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、拘束枠６０の小型枠８１は、互いに接触する外壁面同士が接合されていてもよい。小型枠８１は、例えば、溶接、ロウ付けなどの接合手段によって接合されている。なお、接合手段としては、溶接、ロウ付け以外の接合手段であってもよい。

【0079】

図１３（Ａ）に示す例では、小型枠８１の側壁８３の長手方向両端側で接合されている。図１３（Ｂ）に示す例では、小型枠８１の側壁８３の長手方向中央で接合されている。なお、小型枠８１は、側壁８３の上端部及び下端部の少なくとも一方が接合されればよい。

【0080】

図１４（Ａ）（Ｂ）に示す例では、小型枠８１の角部８９がＲ状（円弧状）に形成されることで、隙間１１２にロウ材等を入れて小型枠８１同士が接合されている。なお、図１３（Ａ）（Ｂ）及び図１４（Ａ）（Ｂ）では、符号１１０部分が接合点を示す。

【0081】

さらに、小型枠８１と大型枠８２とについても、小型枠８１同士を接合する場合と同様に、接合されていてもよい。

【0082】

このように、小型枠８１同士、又は小型枠８１と大型枠８２とが接合されることで、小型枠８１の強度を向上させることができる。また、小型枠８１同士、又は小型枠８１と大型枠８２とが接合されることで、小型枠８１が接触する他の小型枠８１又は大型枠８２に対して変位せず、小型枠８１の接触位置が変化しない。これにより、小型枠８１が積層方向に沿った軸線周りに回転変位することも抑制できる。なお、本変形例は、拘束枠６１に適用してもよい。以下に説明する変形例も同様に、拘束枠６１に適用することが可能である。

【0083】

（拘束枠６０の第二変形例）
図１５に示されるように、拘束枠６０は、小型枠８１の側壁８３の厚みが大型枠８２の側壁８４の厚みよりも小さく（薄く）された構成であってもよい。

【0084】

このように、個々の蓄熱材３２を囲む小型枠８１の側壁８３の厚みを、複数の蓄熱材３２の全体を囲む大型枠８２の側壁８４の厚さを小さくすることで、小型枠８１の厚みが大型枠８２の厚み以上とされる構成に比べ、拘束枠６０における軽量化と強度の確保との両立ができる。

【0085】

（拘束枠６０の第三変形例）
図１６（Ａ）に示されるように、拘束枠６０は、小型枠８１及び大型枠８２において、中空構造を有していてもよい。また、図１６（Ｂ）に示されるように、拘束枠６０は、小型枠８１及び大型枠８２において、肉抜き孔１２０が形成された構成であってもよい。

【0086】

図１６（Ａ）（Ｂ）の構成によれば、小型枠８１及び大型枠８２の強度を維持しつつ、小型枠８１及び大型枠８２の軽量化及び熱容量の低減を図ることができる。

【0087】

（拘束枠６０の第四変形例）
拘束枠６０は、図１７に示されるように、小型枠８１において接合部４１０を有していてもよい。

【0088】

図１７（Ａ）に示す例では、小型枠８１の４つの角部８９に接合部４１０が形成されている。この例では、各側壁８３を構成する板材を接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0089】

図１７（Ｂ）に示す例では、小型枠８１の４つの角部８９のうち、対角を成す２つの角部８９に接合部４１０が形成されている。この例では、２つ側壁８３を構成する平面視にてＬ字状の板材を接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0090】

図１７（Ｃ）に示す例では、小型枠８１の４つの角部８９のうち、１つの角部８９に接合部４１０が形成されている。この例では、例えば、一枚の板材を角筒状に折り曲げて接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0091】

図１７（Ｄ）に示す例では、小型枠８１の４つの側壁８３に接合部４１０が形成されている。この例では、平面視Ｌ字状の４つの板材の端部同士を接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0092】

図１７（Ｅ）に示す例では、小型枠８１の４つの側壁８３のうち、対向する２つの側壁８３に接合部４１０が形成されている。この例では、平面視コ字状（Ｕ字状）の２つの板材の端部同士を接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0093】

図１７（Ｆ）に示す例では、小型枠８１の４つの側壁８３のうち、１つの側壁８３に接合部４１０が形成されている。この例では、例えば、一枚の板材を角筒状に折り曲げて接合部４１０で接合することで小型枠８１が形成される。

【0094】

なお、図１７（Ｃ）（Ｆ）に示す例は、一枚の板材で構成される一部品構造であり、図１７（Ａ）（Ｂ）（Ｄ）（Ｅ）に示す例は、複数の板材で構成される多部品構造である。また、接合部４１０は、例えば、溶接により形成される。さらに、大型枠８２においても、小型枠８１と同様に、接合部４１０を有していてもよい。

【0095】

（拘束枠６０の第五変形例）
拘束枠６０は、図１８に示されるように、各小型枠８１同士での側壁８３の厚み、一の小型枠８１における側壁８３同士の厚みが異なっていてもよい。図１８に示す例では、小型枠８１Ｃの側壁８３の厚みは、小型枠８１Ａの側壁８３の厚みよりも厚くなっている。なお、小型枠８１Ａ、８１Ｃにおいて、側壁８３同士の厚みは、同じとされている。小型枠８１Ｂは、４つの側壁８３のうち、９０度に隣り合う側壁８３同士は異なる厚みを有し、対向する２つの側壁８３同士は、厚みが同じとされている。

【0096】

さらに、拘束枠６０は、図１９に示されるように、各小型枠８１同士での側壁８３の厚み、一の小型枠８１における側壁８３同士の厚み、大型枠８２における側壁８４同士の厚みが異なっていてもよい。図１９に示す例では、小型枠８１の側壁８３の厚みと、その側壁８３に接触する側壁８４との厚みの合計は、どの組み合わせにおいても同じとされている。なお、図１９に示す例では、小型枠８１が２つ設けられた構成について示している。また、図１８及び図１９では、大型枠８２及び小型枠８１の厚みを誇張して示している。

【0097】

（拘束枠６０の第六変形例）
拘束枠６０は、図２０（Ａ）に示されるように、複数の小型枠８１は、例えば、小型枠８１Ｂを有せず、小型枠８１Ａ、８１Ｃのみで構成されていてもよい。この場合においても、図２０（Ａ）には図示していないが、図８に示す構成と同様に、蓄熱材３２は、９（３×３）個が配置される。すなわち、小型枠８１Ｂに囲まれていない蓄熱材３２が、各小型枠８１Ｃの間にそれぞれ配置された状態で、大型枠８２の内側に収容される。

【0098】

図２０（Ａ）に示される構成では、図２１（Ａ）に示されるように、４つの小型枠８１Ｃのそれぞれと小型枠８１Ａとは、側壁８３の稜線部分同士で線接触をしている。なお、この側壁８３の稜線同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0099】

また、拘束枠６０は、図２０（Ｂ）に示されるように、小型枠８１は、大型枠８２内において上下方向（積層方向）に複数配置されている構成であってもよい。図２０（Ｂ）に示される構成では、小型枠８１は、上下方向に３段重ねられている。最上段及び最下段には、小型枠８１が４隅に配置されている。中段には、小型枠８１が中央に１つ配置されている。図２０（Ｂ）に示される構成では、図示はしていないが、蓄熱材３２は、２７（３×３×３）個が配置される。すなわち、小型枠８１に囲まれていない蓄熱材３２が、大型枠８２内に収容される。

【0100】

図２０（Ｂ）に示される構成では、図２２に示されるように、最上段及び最下段に配置された小型枠８１のそれぞれと、中段に配置された小型枠８１とは、側壁８３の角部同士で点接触をしている。なお、この側壁８３の角部同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0101】

以上のように、本実施形態では、大型枠８２内に収容された複数の蓄熱材３２のうち、小型枠８１によって囲まれていない蓄熱材３２が存在してもよい。また、小型枠８１同士の接触は、線接触や点接触であってもよい。

【0102】

（拘束枠６０のその他の変形例）
拘束枠６０における小型枠８１及び大型枠８２の形状は、図２３（Ａ）（Ｂ）、図２４（Ａ）（Ｂ）及び図２５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、種々の形状とすることができる。なお、小型枠８１及び大型枠８２は、図２３（Ａ）（Ｂ）、図２４（Ａ）（Ｂ）及び図２５（Ａ）（Ｂ）に示す以外の形状とすることも可能である。

【0103】

図２３（Ａ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は正方形状とされ、小型枠８１は三角形状とされた８個が配置されている。具体的には、小型枠８１は、直角二等辺三角形状とされている。小型枠８１は、２つの底辺同士を合わせることで正方形とされ、さらにこの正方形を４つ合わせることで、正方形状が形成されるように、大型枠８２の内側に配置されている。この構成においても、小型枠８１及び大型枠８２の各側壁が、小型枠８１同士で、又は、小型枠８１と大型枠８２とで接触している。接触する側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0104】

図２３（Ｂ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は正方形状とされ、小型枠８１は、１つが正方形状とされ、４つが長方形状とされている。この構成においても、小型枠８１及び大型枠８２の各側壁が、小型枠８１同士で、又は、小型枠８１と大型枠８２とで接触している。接触する側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0105】

図２４（Ａ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は円形状とされ、小型枠８１は、円形状とされた７つが配置されている。この構成では、図２１（Ｂ）に示されるように、小型枠８１同士は、側壁の外壁面同士で線接触をしている。また、小型枠８１と大型枠８２との側壁同士が線接触している。なお、この側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0106】

図２４（Ｂ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は円形状とされ、小型枠８１は、円形状を４分割した形状とされた４つが配置されている。この構成においても、小型枠８１及び大型枠８２の各側壁が、小型枠８１同士で、又は、小型枠８１と大型枠８２とで接触している。接触する側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0107】

図２５（Ａ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は角部がＲ状（円弧状）とされた四角形状とされ、小型枠８１は、円形状とされた４つが配置されている。この構成では、図２１（Ｂ）に示されるように、小型枠８１同士は、側壁の外壁面同士で線接触をしている。また、小型枠８１と大型枠８２との側壁同士が接触している。なお、この側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0108】

図２５（Ｂ）に示す例では、平面視にて、大型枠８２は八角形状とされ、小型枠８１は、八角形状を４分割した形状とされた４つが配置されている。この構成においても、小型枠８１及び大型枠８２の各側壁が、小型枠８１同士で、又は、小型枠８１と大型枠８２とで接触している。接触する側壁同士は、前述の第１変形例で説明したのと同様に、接合されていてもよい。

【0109】

（他の変形例）
本実施形態では、各小型枠８１は、他の小型枠８１又は大型枠８２に接触した状態で大型枠８２内に収容されていたが、これに限られない。例えば、各小型枠８１は、他の小型枠８１及び大型枠８２に対して隙間を有した状態で大型枠８２内に収容され、蓄熱材３２が予め定められた範囲を超えて膨張した際に、小型枠８１が他の小型枠８１又は大型枠８２に接触する構成であってもよい。

【0110】

また、本実施形態では、積層体３０は、一対の熱交換器５０、５１と、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、複数の蓄熱材と、１つの拘束枠と、を有していればよい。

【0111】

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。

【0112】

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】

【0113】

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
５０、５１ 熱交換器（熱交換部の一例）
６０、６１ 拘束枠
８１ 小型枠（第一枠の一例）
８２ 大型枠（第二枠の一例）

【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】

【図23】

【図24】

【図25】