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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022109819
(43)【公開日】2022-07-28
(54)【発明の名称】化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法
(51)【国際特許分類】
F28D 20/00 20060101AFI20220721BHJP
F28D 20/02 20060101ALI20220721BHJP
【ＦＩ】
F28D20/00 G
F28D20/02 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021005375
(22)【出願日】2021-01-15
(71)【出願人】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002826
【氏名又は名称】弁理士法人雄渾
(72)【発明者】
【氏名】平田 一弘
(57)【要約】 （修正有）
【課題】化学蓄熱において化学蓄熱材の反応に用いる反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー損失を抑制し、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能な化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法を提供する。
【解決手段】内部に化学蓄熱材２を保持する反応器３と、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液を保持する液体保持部４と、反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換部５とを備え、液体保持部４と熱交換部５が分離して設けられるとともに、反応器３と熱交換部５の間の気体の移動は圧力差であり、熱交換部５と液体保持部４の間の液体の移動は重力による化学蓄熱装置１、及びこの化学蓄熱装置１Ａを用いた化学蓄熱材２の蓄熱方法である。これによれば、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
【選択図】図１
【解決手段】内部に化学蓄熱材２を保持する反応器３と、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液を保持する液体保持部４と、反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換部５とを備え、液体保持部４と熱交換部５が分離して設けられるとともに、反応器３と熱交換部５の間の気体の移動は圧力差であり、熱交換部５と液体保持部４の間の液体の移動は重力による化学蓄熱装置１、及びこの化学蓄熱装置１Ａを用いた化学蓄熱材２の蓄熱方法である。これによれば、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に化学蓄熱材を保持する反応器と、
前記化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持部と、
前記反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換部と、を備え、
前記液体保持部と前記熱交換部は分離して設けられるとともに、
前記反応器と前記熱交換部の間の気体の移動が圧力差によるものであり、
前記熱交換部と前記液体保持部の間の液体の移動が重力によるものであることを特徴とする、化学蓄熱装置。
前記化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持部と、
前記反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換部と、を備え、
前記液体保持部と前記熱交換部は分離して設けられるとともに、
前記反応器と前記熱交換部の間の気体の移動が圧力差によるものであり、
前記熱交換部と前記液体保持部の間の液体の移動が重力によるものであることを特徴とする、化学蓄熱装置。
【請求項2】
前記熱交換部は、凝縮部及び蒸発部を独立して備え、
前記凝縮部、前記液体保持部、前記蒸発部の順に物質移動するように接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
前記凝縮部、前記液体保持部、前記蒸発部の順に物質移動するように接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項3】
前記液体保持部と前記熱交換部は、重力方向に積層されており、上から順に前記凝縮部、前記液体保持部、前記蒸発部となるように積層されていることを特徴とする、請求項２に記載の化学蓄熱装置。
【請求項4】
反応器の内部に保持された化学蓄熱材に熱を蓄積する化学蓄熱材の蓄熱方法において、
前記化学蓄熱材を反応させる反応工程と、
前記化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持工程と、
前記反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換工程と、を備え、
前記液体保持工程と前記熱交換工程は分離して行われるとともに、
前記反応工程と前記熱交換工程の間の気体の移動が圧力差によるものであり、
前記熱交換工程と前記液体保持工程の間の液体の移動が重力によるものであることを特徴とする、化学蓄熱材の蓄熱方法。
前記化学蓄熱材を反応させる反応工程と、
前記化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持工程と、
前記反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換工程と、を備え、
前記液体保持工程と前記熱交換工程は分離して行われるとともに、
前記反応工程と前記熱交換工程の間の気体の移動が圧力差によるものであり、
前記熱交換工程と前記液体保持工程の間の液体の移動が重力によるものであることを特徴とする、化学蓄熱材の蓄熱方法。
【請求項5】
前記熱交換工程は、前記反応液に係る凝縮工程と前記反応液の蒸発工程が独立して含まれており、
前記凝縮工程、前記液体保持工程、前記蒸発工程の順に物質移動することを特徴とする、請求項４に記載の化学蓄熱材の蓄熱方法。
前記凝縮工程、前記液体保持工程、前記蒸発工程の順に物質移動することを特徴とする、請求項４に記載の化学蓄熱材の蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
化学蓄熱を行うための化学蓄熱装置は、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、化学蓄熱材に反応気体を供給して発熱反応を起こすことで、装置外部への放熱が可能となるように構成されている。このとき、生成気体を凝縮して液化したものを反応液とし、この反応液を蒸発させることで反応気体として利用することが知られている。
【0004】
このような化学蓄熱装置としては、例えば、特許文献１に記載されるように、化学蓄熱材が内蔵された反応器と、反応器へ反応気体（反応液の蒸気）を供給し、かつ、反応器からの生成気体（蒸気）を凝縮して反応液として回収する蒸発・凝縮器とを備える化学蓄熱装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９－２２８９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載される化学蓄熱装置では、反応器へ供給するための反応気体（反応液の蒸気）の生成（気化工程）と、反応器からの生成気体（蒸気）の凝縮及び反応液としての回収（液化工程）を蒸発・凝縮器の１カ所で行っている。つまり、この蒸発・凝縮器では、反応液の液化・気化工程において蒸発・凝縮器を構成する容器全体の冷却・加熱が必要となる。このため、容器自体の顕熱等により、反応液の液化・気化工程に係るエネルギー損失が生じるという問題がある。また、この蒸発・凝縮器内には、液化工程によって生成した反応液が全て貯留される。このため、反応液を貯留した状態においては容器自体の顕熱の影響が更に増大するとともに、特に気化工程においては、容器内にある液体全体を加熱することになるため、反応器への供給に必要となる反応気体量（蒸気量）に対し、必要以上にエネルギーを消費して、反応気体の生成を行うことになるという問題が生じる。
【0007】
本発明の課題は、化学蓄熱において、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー損失を抑制し、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能な化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題について鋭意検討した結果、化学蓄熱装置において、化学蓄熱材の反応に用いる反応液を液体として保持する液体保持部と、反応液に係る凝縮・蒸発に係る熱交換部とを分けて設け、さらに化学蓄熱材の反応に係る気体や液体の移動について外力を加えることなく行うことにより、反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー効率を向上させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能になることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法である。
すなわち、本発明は、以下の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法である。
【0009】
上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱装置は、内部に化学蓄熱材を保持する反応器と、化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持部と、反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換部と、を備え、液体保持部と熱交換部は分離して設けられるとともに、反応器と熱交換部の間の気体の移動が圧力差によるものであり、熱交換部と液体保持部の間の液体の移動が重力によるものであることを特徴とする。
この化学蓄熱装置によれば、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の保持に係る部分と、反応液に係る凝縮・蒸発を行う部分とを分離することで、反応液に係る凝縮・蒸発において、反応液全体を冷却・加熱する必要がなくなる。また、化学蓄熱材の反応に係る気体や液体の移動を圧力差や重力によるものとすることで、気体及び液体の物質移動に必要となるエネルギーを大幅に低減させることができる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
この化学蓄熱装置によれば、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の保持に係る部分と、反応液に係る凝縮・蒸発を行う部分とを分離することで、反応液に係る凝縮・蒸発において、反応液全体を冷却・加熱する必要がなくなる。また、化学蓄熱材の反応に係る気体や液体の移動を圧力差や重力によるものとすることで、気体及び液体の物質移動に必要となるエネルギーを大幅に低減させることができる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
【0010】
また、本発明の化学蓄熱装置の一実施態様としては、熱交換部は、凝縮部及び蒸発部を独立して備え、凝縮部、液体保持部、蒸発部の順に物質移動するように接続されていることを特徴とする。
この特徴によれば、凝縮部と蒸発部とを分け、冷却・加温操作を独立して行うことで、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
この特徴によれば、凝縮部と蒸発部とを分け、冷却・加温操作を独立して行うことで、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
【0011】
更に、本発明の化学蓄熱装置の一実施態様としては、液体保持部と熱交換部は、重力方向に積層されており、上から順に凝縮部、液体保持部、蒸発部となるように積層されていることを特徴とする。
この特徴によれば、凝縮部で生成した反応液の液体保持部への移動や、液体保持部で保持されている反応液の蒸発部への移動について、重力を利用する移動とすることが容易となる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー損失の抑制と併せて、物質移動に係るエネルギーを大幅に低減することができ、化学蓄熱に係るエネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
この特徴によれば、凝縮部で生成した反応液の液体保持部への移動や、液体保持部で保持されている反応液の蒸発部への移動について、重力を利用する移動とすることが容易となる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー損失の抑制と併せて、物質移動に係るエネルギーを大幅に低減することができ、化学蓄熱に係るエネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
【0012】
上記課題を解決するための本発明の化学蓄熱材の蓄熱方法は、反応器の内部に保持された化学蓄熱材に熱を蓄積する化学蓄熱材の蓄熱方法において、化学蓄熱材を反応させる反応工程と、化学蓄熱材の反応に用いる反応液を保持する液体保持工程と、反応液に係る凝縮又は蒸発を行う熱交換工程と、を備え、液体保持工程と熱交換工程は分離して行われるとともに、反応工程と熱交換工程の間の気体の移動が圧力差によるものであり、熱交換工程と液体保持工程の間の液体の移動が重力によることを特徴とする。
この化学蓄熱材の蓄熱方法によれば、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の保持に係る工程と、反応液に係る凝縮・蒸発を行う工程とを分離することで、反応液に係る凝縮・蒸発において、反応液全体を冷却・加熱する必要がなくなる。また、化学蓄熱材の反応に用いられる気体及び液体の物質移動に必要となるエネルギーを大幅に低減させることができる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
この化学蓄熱材の蓄熱方法によれば、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の保持に係る工程と、反応液に係る凝縮・蒸発を行う工程とを分離することで、反応液に係る凝縮・蒸発において、反応液全体を冷却・加熱する必要がなくなる。また、化学蓄熱材の反応に用いられる気体及び液体の物質移動に必要となるエネルギーを大幅に低減させることができる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
【0013】
また、本発明の化学蓄熱材の蓄熱方法の一実施態様としては、熱交換工程は、反応液に係る凝縮工程と反応液の蒸発工程が独立して含まれており、凝縮工程、液体保持工程、蒸発工程の順に物質移動することを特徴とする。
この特徴によれば、凝縮工程と蒸発工程とを分け、冷却・加温操作を独立して行うことで、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
この特徴によれば、凝縮工程と蒸発工程とを分け、冷却・加温操作を独立して行うことで、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、化学蓄熱において、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の液化工程及び気化工程に係るエネルギー損失を抑制し、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能な化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】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。
【図2】本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置における蓄熱時の流体の物質移動を示す概略説明図である。
【図3】本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置における放熱時の流体の物質移動を示す概略説明図である。
【図4】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。
【図5】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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
また、本発明の化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法は、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。
【0018】
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。
【数1】
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。
【0019】
従来の化学蓄熱装置では、蓄熱時には、反応器内の化学蓄熱材ＡＢに熱Ｑを加えることで生成した反応媒体Ｂ（生成気体）を蒸発・凝縮器に導入し、蒸発・凝縮器側において、反応媒体Ｂ（生成気体）の有する熱を放熱することにより、反応媒体Ｂ（生成気体）の温度が低下し、凝縮反応により反応媒体Ｂ（生成気体）が液化し、反応液として回収している。このとき、蒸発・凝縮器内に、回収した反応液を全て貯留することになるため、反応液を貯留するためには、蒸発・凝縮器を構成する容器として一定程度のスペースを有するものが必要となる。そのため、容器自体の顕熱等の影響を受け、反応媒体Ｂ（生成気体）の温度低下に対して必要となるエネルギー消費が大きくなる。
【0020】
また、放熱時には、蓄熱時と逆方向に反応を進行させるものであり、蒸発・凝縮器側において、反応液に熱を加えることにより反応媒体Ｂ（反応気体）へと気化させ、反応器側において、反応媒体Ｂ（反応気体）と蓄熱生成物Ａとが反応し、化学蓄熱材ＡＢを生成する発熱反応により熱が放熱されることになる。このとき、蒸発・凝縮器内にある反応液全てを加熱することになるため、反応器側における発熱反応に必要となる反応気体量を生成するために、必要以上のエネルギーを消費することになる。
【0021】
一方、本発明における化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法では、式（１）の反応に基づく蓄熱・放熱を行う際に、化学蓄熱材ＡＢの反応に用いる反応液について、凝縮及び蒸発のような熱交換を行う箇所とは別に貯留することで、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おいて、必要以上のエネルギーを消費させることがなく、化学蓄熱に係る蓄熱・放熱を行うことができる。これにより、従来の化学蓄熱装置に比べ、エネルギー損失を抑制し、化学蓄熱に係る反応を有利に進めることが可能となる。
【0022】
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。尚、実施態様に記載する化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法については、本発明に係る化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱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。
【0023】
〔第１の実施態様〕
［化学蓄熱装置］
図１は、本発明の第１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を保持する反応器３と、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液Ｗを保持する液体保持部４と、反応液Ｗに係る凝縮・蒸発を行う熱交換部５とを備えている。また、熱交換部５は、反応器３から発生する生成気体ｇ１を凝縮して反応液Ｗとする凝縮部５１と、反応液Ｗを蒸発させて反応気体ｇ２とする蒸発部５２とを備えている。
［化学蓄熱装置］
図１は、本発明の第１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を保持する反応器３と、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液Ｗを保持する液体保持部４と、反応液Ｗに係る凝縮・蒸発を行う熱交換部５とを備えている。また、熱交換部５は、反応器３から発生する生成気体ｇ１を凝縮して反応液Ｗとする凝縮部５１と、反応液Ｗを蒸発させて反応気体ｇ２とする蒸発部５２とを備えている。
【0024】
本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおいて、反応器３と熱交換部５は、連通部６を介して気密に接続されている。反応器３と凝縮部５１を接続する連通部６ａには、生成気体ｇ１の移動を制御可能なバルブＶ１を設けている。また、反応器３と蒸発部５２を接続する連通部６ｂには、反応気体ｇ２の移動を制御可能なバルブＶ２を設けている。
【0025】
また、図１に示すように、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおいては、凝縮部５１、液体保持部４、蒸発部５２の順に物質移動するように接続されている。
さらに、図１に示すように、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおいては、液体保持部４と熱交換部５は重力方向に積層されており、上から順に凝縮部５１、液体保持部４、蒸発部５２となるように配置されている。
さらに、図１に示すように、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおいては、液体保持部４と熱交換部５は重力方向に積層されており、上から順に凝縮部５１、液体保持部４、蒸発部５２となるように配置されている。
【0026】
以下、各構成について詳細に説明する。
（化学蓄熱材）
化学蓄熱材２とは、加熱時に蓄熱生成物と生成気体ｇ１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ｇ１の組み合わせとしては、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ２）とアンモニア（ＮＨ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）と二酸化炭素（ＣＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と二酸化炭素等（ＣＯ２）等が挙げられる。なお、調達や取り扱いが容易であるという観点から、化学蓄熱材２は、生成気体ｇ１及び反応気体ｇ２として水蒸気（Ｈ２Ｏ）を利用するものであることが好ましい。
（化学蓄熱材）
化学蓄熱材２とは、加熱時に蓄熱生成物と生成気体ｇ１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ｇ１の組み合わせとしては、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ２）とアンモニア（ＮＨ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）と二酸化炭素（ＣＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と二酸化炭素等（ＣＯ２）等が挙げられる。なお、調達や取り扱いが容易であるという観点から、化学蓄熱材２は、生成気体ｇ１及び反応気体ｇ２として水蒸気（Ｈ２Ｏ）を利用するものであることが好ましい。
【0027】
化学蓄熱材２の構造及び形状については、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。表面積を大きくし、反応性を高めるという観点からは、化学蓄熱材２は粉体状であることが好ましい。
【0028】
さらに、粉体状の化学蓄熱材２を金属製のメッシュからなる容器又は袋体に充填したカートリッジとしてもよい。カートリッジとすることにより、粉体状の化学蓄熱材２が反応器３から流出することを防止したり、反応器３の内部における化学蓄熱材２の配置の偏りを防止したりすることができる。また、カートリッジとすることにより、化学蓄熱材２の交換が容易になり、取り扱い性に優れるという効果も奏する。
【0029】
（反応器）
反応器３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。反応器３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、反応器３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。
反応器３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。反応器３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、反応器３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。
【0030】
本実施態様における反応器３は、化学蓄熱材２から脱離する生成気体ｇ１が流出する開口部３１ａを備えており、開口部３１ａは、連通部６ａと接続されている。また、反応器３は、化学蓄熱材２と反応する反応気体ｇ２を流入する開口部３１ｂを備えており、開口部３１ｂは、連通部６ｂと接続されている。
【0031】
また、本実施態様における反応器３は、内部に保持された化学蓄熱材２と外部との熱の伝達を行うための熱交換機構３２を有する。この熱交換機構３２を介して、化学蓄熱材２への蓄熱に係る反応を進行させたり、放熱に係る反応から放出される熱を外部に取り出したりすることが可能となる。
【0032】
熱交換機構３２は、熱交換機構３２内に導入した熱媒体を介して、反応器３の内部に収納された化学蓄熱材２と外部との熱の伝達を行うことができれば、どのような形状のものでもよく、例えば、反応器３の内部に蛇行して設置された熱交換チューブや、二重円筒型の反応器の内筒部などにより構成される。また、反応器３の外壁を介して熱交換を行うものとしてもよい。
【0033】
熱媒体としては、化学蓄熱材２への熱供給及び化学蓄熱材２からの熱回収ができるものであればよく、気体や液体等の流体や、固体であってもよい。熱の伝達の効率に優れるという観点から、流体を使用することが好ましい。
また、熱媒体の温度としては、化学蓄熱材２への熱供給ができるものであればよく、特に限定されない。
また、熱媒体の温度としては、化学蓄熱材２への熱供給ができるものであればよく、特に限定されない。
【0034】
反応器３は、化学蓄熱装置１Ａから取り外し可能な構造物としてもよい。取り外し可能な構造物とすることにより、化学蓄熱材２を保持する反応器３のみを、放熱が必要な熱需要地に移送することができる。また、反応器３の内部の化学蓄熱材２のみを、密閉可能な容器や袋体に封入して熱需要地に移送してもよい。
【0035】
また、反応器３は、反応器３を保温するための保温部（不図示）を有してもよい。保温部は、断熱材や熱反射材などの放熱を抑制する部材からなり、反応器３の周囲を覆うように設けられているものである。断熱材は、反応器３の放熱を抑制する材質からなるものであり、例えば、発泡ポリエチレンや発泡スチロールなどの発泡樹脂、合成樹脂、無機材などが挙げられる。また、熱反射部材は、反応器３から放出される輻射熱を反射可能な材質からなるものである。輻射熱を反射可能な材質としては、例えば、金属としては、アルミニウム、鉄、銅、黄銅、銀、金、白金、ニッケル、ステンレス、クロム、タングステンなどが挙げられる。また、非金属としては、石英ガラス、アルミナセラミクス、マグネシアセラミクス、耐火レンガなどが挙げられる。
【0036】
（熱交換部）
本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａは、反応器３の接続先として反応液Ｗに係る凝縮・蒸発を行う熱交換部５を備える。熱交換部５は、反応液Ｗに係る凝縮あるいは蒸発を行うものであればよいが、図１に示すように、熱交換部５が、反応器３から発生する生成気体ｇ１を凝縮して反応液Ｗとする凝縮部５１と、反応液Ｗを蒸発させて反応気体ｇ２とする蒸発部５２とを備えるものとすることが好ましい。凝縮部５１と蒸発部５２とを分けて設けることで、冷却・加温操作を独立して行うことができ、従来の化学蓄熱装置のように１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも、消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
本発明の第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａは、反応器３の接続先として反応液Ｗに係る凝縮・蒸発を行う熱交換部５を備える。熱交換部５は、反応液Ｗに係る凝縮あるいは蒸発を行うものであればよいが、図１に示すように、熱交換部５が、反応器３から発生する生成気体ｇ１を凝縮して反応液Ｗとする凝縮部５１と、反応液Ｗを蒸発させて反応気体ｇ２とする蒸発部５２とを備えるものとすることが好ましい。凝縮部５１と蒸発部５２とを分けて設けることで、冷却・加温操作を独立して行うことができ、従来の化学蓄熱装置のように１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも、消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
【0037】
凝縮部５１は、蓄熱時において、化学蓄熱材２から発生する生成気体ｇ１を、液体状態の反応液Ｗとして凝縮・回収するためのものであり、凝縮部５１の上部の気相部と反応器３の開口部３１ａが連通部６ａにより連結されている。凝縮部５１は、生成気体ｇ１が凝縮する温度に調整されており、生成気体ｇ１が凝縮部５１に流入すると凝縮して液化する。このとき、凝縮部５１の温度の調整手段は、特に制限されず、冷却装置等により冷却してもよいし、自然放熱により冷却してもよい。
【0038】
反応器３と凝縮部５１は、連通部６ａを介して気密に連通しており、凝縮部５１で生成気体ｇ１が凝縮して液化すると、凝縮部５１の内圧が低下するため、反応器３で化学蓄熱材２から脱離した生成気体ｇ１は、圧力差により自然と凝縮部５１側に移動し続けることができる。これにより、物質移動に係るエネルギー消費を少なくすることが可能となる。
【0039】
また、凝縮部５１は、生成気体ｇ１の液化のみを行うことができるものであればよいため、従来の化学蓄熱装置における蒸発・凝縮器と異なり、液化後の反応液Ｗを保持するスペースは不要である。したがって、凝縮部５１としての空間をよりコンパクトにして、生成気体ｇ１の凝縮に係るエネルギー消費を低減するとともに、エネルギー損失を抑制することが可能となる。
【0040】
凝縮部５１で凝縮され、液化した後の反応液Ｗは、後述する液体保持部４に送られる。このとき、図１に示すように、凝縮部５１の重力方向下方側に液体保持部４を配置することで、凝縮部５１から液体保持部４への反応液Ｗの移動は、重力を利用することが可能となる。これにより、物質移動に係るエネルギー消費を少なくすることが可能となる。
なお、凝縮部５１と液体保持部４の境界構造については後述する。
なお、凝縮部５１と液体保持部４の境界構造については後述する。
【0041】
蒸発部５２は、放熱時において、液体状態の反応液Ｗを蒸発させ、気体状態の反応気体ｇ２として反応器３の化学蓄熱材２に供給するためのものであり、蒸発部５２の気相部と反応器３の開口部３１ｂが連通部６ｂにより連結されている。蒸発部５２は、反応液Ｗが蒸発し、反応気体ｇ２が生成する温度に調整されており、液体保持部４から反応液Ｗが蒸発部５２に流入すると蒸発して気化する。このとき、蒸発部５２の温度の調整手段は、特に制限されず、加熱装置等により加熱することが挙げられる。また、蒸発部５２において、反応気体ｇ２を生成させる他の手段の例としては、圧力調整機構により蒸発部５２の内圧を低下させ、反応液Ｗを気化させるもの等が挙げられる。
【0042】
反応器３と蒸発部５２は、連通部６ｂを介して気密に連通しており、蒸発部５２で反応液Ｗを加熱して反応気体ｇ２を生成すると、蒸発部５２の内圧が上昇するため、反応気体ｇ２は、圧力差により自然と反応器３側に移動し続けることができる。これにより、物質移動に係るエネルギー消費を少なくすることが可能となる。また、圧力調整機構により、反応液Ｗの気化を行う場合、反応器３側の内圧が蒸発部５２側の内圧より低い状態とすることが挙げられる。このとき、後述するように、連通部６ｂにバルブＶ２を設けることで、バルブＶ２の開口により蒸発部５２側の内圧を低下させることができるため、熱を加えることなく反応液Ｗが気化して反応気体ｇ２になるとともに、圧力差により反応気体ｇ２が反応器３側に自然と移動することになる。
【0043】
また、蒸発部５２は、放熱時において、反応器３への必要供給量を満たす反応気体ｇ２を生成するための反応液Ｗの気化を行うことができるものであればよいため、従来の化学蓄熱装置における蒸発・凝縮器と異なり、液化後の反応液Ｗ全てを保持するスペースは不要である。したがって、蒸発部５２としての空間をよりコンパクトにして、反応液Ｗの気化（反応気体ｇ２の生成）に係るエネルギー消費を低減するとともに、エネルギー損失を抑制することが可能となる。
【0044】
蒸発部５２で気化される反応液Ｗは、後述する液体保持部４から送られる。このとき、図１に示すように、液体保持部４の重力方向下方側に蒸発部５２を配置することで、液体保持部４から蒸発部５２への反応液Ｗの移動は、重力を利用することが可能となる。これにより、物質移動に係るエネルギー消費を少なくすることが可能となる。
なお、蒸発部５２と液体保持部４の境界構造については後述する。
なお、蒸発部５２と液体保持部４の境界構造については後述する。
【0045】
また、本実施態様における熱交換部５は、連通部６により、反応器３と気密に接続されている。
連通部６は、反応器３の内部と熱交換部５とを連通し、連通部６内部を流体が移動できるものであれば、特に制限されず、例えば、配管などが挙げられる。
本実施態様における連通部６としては、図１に示すように、反応器３と凝縮部５１を接続し、生成気体ｇ１が移動する連通部６ａと、反応器３と蒸発部５２を接続し、反応気体ｇ２が移動する連通部６ｂとが挙げられる。
連通部６は、反応器３の内部と熱交換部５とを連通し、連通部６内部を流体が移動できるものであれば、特に制限されず、例えば、配管などが挙げられる。
本実施態様における連通部６としては、図１に示すように、反応器３と凝縮部５１を接続し、生成気体ｇ１が移動する連通部６ａと、反応器３と蒸発部５２を接続し、反応気体ｇ２が移動する連通部６ｂとが挙げられる。
【0046】
本実施態様における連通部６ａ、６ｂには、生成気体ｇ１の流出量及び反応気体ｇ２の流入量を調整するためのバルブＶ１、Ｖ２を備えている。
ここで、生成気体ｇ１の流出量をバルブＶ１で制限することにより、反応器３内の圧力を高めることができる。すなわち、バルブＶ１の開閉を制御することにより、反応器３内部の圧力をバルブＶ１の出口側（凝縮部５１側）の圧力以上に維持するように調整することができる。これにより、反応器３から連通部６ａを介した熱交換部５（凝縮部５１）への生成気体ｇ１の移動について、圧力差による移動を容易に行うことができる。
また、反応器３内部の圧力を出口側の圧力以上に維持することにより、化学蓄熱材２の温度を、反応器３の外部の圧力における反応温度よりも高い温度に維持することが可能となる。すなわち、生成気体ｇ１の流出を制限することで反応器３における蓄熱反応を促進することができる。
また、上述したように、反応気体ｇ２の流入量をバルブＶ２で制限することにより、蒸発部５２の内圧と反応器３の内圧の圧力差を生じさせ、熱交換部５（蒸発部５２）から連通部６ｂを介した反応器３への反応気体ｇ２の移動について、圧力差による移動を容易に行うことができる。
ここで、生成気体ｇ１の流出量をバルブＶ１で制限することにより、反応器３内の圧力を高めることができる。すなわち、バルブＶ１の開閉を制御することにより、反応器３内部の圧力をバルブＶ１の出口側（凝縮部５１側）の圧力以上に維持するように調整することができる。これにより、反応器３から連通部６ａを介した熱交換部５（凝縮部５１）への生成気体ｇ１の移動について、圧力差による移動を容易に行うことができる。
また、反応器３内部の圧力を出口側の圧力以上に維持することにより、化学蓄熱材２の温度を、反応器３の外部の圧力における反応温度よりも高い温度に維持することが可能となる。すなわち、生成気体ｇ１の流出を制限することで反応器３における蓄熱反応を促進することができる。
また、上述したように、反応気体ｇ２の流入量をバルブＶ２で制限することにより、蒸発部５２の内圧と反応器３の内圧の圧力差を生じさせ、熱交換部５（蒸発部５２）から連通部６ｂを介した反応器３への反応気体ｇ２の移動について、圧力差による移動を容易に行うことができる。
【0047】
バルブＶ１、Ｖ２は、全開又は全閉の２段階で制御する制御弁でも、開口度を段階的に調整する制御弁でもよい。前者の制御弁では、簡素な構造で反応器３や熱交換部５の内圧を調整することができる。また、後者の制御弁では、反応器３や熱交換部５の内圧を厳密に調整できるという効果がある。
【0048】
（液体保持部）
液体保持部４は、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液Ｗを保持するためのものである。また、液体保持部４は、熱交換部５と分離して設けられており、図１に示すように、凝縮部５１の重力方向下方側に配置され、蒸発部５２の重力方向上方側に配置されている。
液体保持部４は、化学蓄熱材２の反応に用いる反応液Ｗを保持するためのものである。また、液体保持部４は、熱交換部５と分離して設けられており、図１に示すように、凝縮部５１の重力方向下方側に配置され、蒸発部５２の重力方向上方側に配置されている。
【0049】
液体保持部４は、反応液Ｗを保持することができるものであればよく、材質や構造については特に限定されない。例えば、気密性、耐圧性を有する貯水タンクとして公知の材質・構造を用いることができる。なお、本実施態様における液体保持部４は、反応液Ｗの保持に際し、温度及び圧力の測定や調節を行う各種設備を備えるものとしてもよいが、特に必須の構成ではなく、省略するものとしてもよい。
【0050】
液体保持部４と凝縮部５１の境界構造としては、例えば、図１に示すように、凝縮部５１の下方側を漏斗状構造５１ａとし、この漏斗状構造５１ａから流出した反応液Ｗを、凝縮部５１の下方側と液体保持部４の上方側を接続する配管Ｌ１を介し、液体保持部４内に導入するものが挙げられる。これにより、凝縮部５１内で凝縮して液化した反応液Ｗが漏斗状構造５１ａにより集められ、重力により液体保持部４内に移動する。また、凝縮部５１に漏斗状構造５１ａを設けることで、凝縮部５１の空間を液体保持部４から一定程度区切るとともに、配管Ｌ１を介した反応液Ｗの移動をスムーズに行うことが可能となる。これにより、凝縮部５１における冷却効率（液化効率）を高めるとともに、反応液Ｗの移動に係るエネルギー消費を低減させることが可能となる。
なお、凝縮部５１の空間と液体保持部４との間を完全に区切るために、配管Ｌ１上にバルブＶ３を設けるものとしてもよい。このとき、バルブＶ３は、作業者の手動により適宜開口するものとしてもよく、バルブＶ３の開口に係る制御部を設け、定期的に開口する制御や、凝縮部５１における液化効率に係るパラメータ（消費エネルギー量や反応液Ｗの液量等）を監視し、それに基づき開口する制御を行うものとしてもよい。
なお、凝縮部５１の空間と液体保持部４との間を完全に区切るために、配管Ｌ１上にバルブＶ３を設けるものとしてもよい。このとき、バルブＶ３は、作業者の手動により適宜開口するものとしてもよく、バルブＶ３の開口に係る制御部を設け、定期的に開口する制御や、凝縮部５１における液化効率に係るパラメータ（消費エネルギー量や反応液Ｗの液量等）を監視し、それに基づき開口する制御を行うものとしてもよい。
【0051】
液体保持部４と凝縮部５１の境界構造については、液体保持部４と凝縮部５１を分離し、凝縮部５１から液体保持部４への反応液Ｗの移動を重力により行うことができるものであればよく、図１に示すものに限定されない。なお、液体保持部４と凝縮部５１の境界構造の他の例については、後述する。
【0052】
また、液体保持部４と蒸発部５２の境界構造としては、図１に示すように、液体保持部４の下方側を漏斗状構造４ａとし、この漏斗状構造４ａから流出した反応液Ｗを、液体保持部４の下方側と蒸発部５２の上方側を接続する配管Ｌ２を介し、蒸発部５２内に導入するものが挙げられる。これにより、液体保持部４に保持された反応液Ｗが漏斗状構造４ａにより集められ、重力により蒸発部５２内に移動する。また、液体保持部４に漏斗状構造４ａを設け、配管Ｌ２を介した反応液Ｗの移動を行うことで、蒸発部５２の上方における開口面を狭くし、蒸発部５２の空間を液体保持部４から一定程度区切るとともに、配管Ｌ２を介した反応液Ｗの移動をスムーズに行うことが可能となる。これにより、蒸発部５２における加熱効率（気化効率）を高めるとともに、反応液Ｗの移動に係るエネルギー消費を低減させることが可能となる。
なお、蒸発部５２の空間と液体保持部４との間を完全に区切るために、配管Ｌ２上にバルブＶ４を設けるものとしてもよい。このとき、バルブＶ４は、作業者の手動により適宜開口するものとしてもよく、バルブＶ４の開口に係る制御部を設け、反応器３への必要供給量を満たす反応気体ｇ２を供給するように開口する制御を行うものとしてもよい。なお、バルブＶ４の開口に係る制御部に入力するパラメータの種類については特に限定されない。例えば、反応器３本体あるいは熱交換機構３２に設けられた温度計や圧力計の測定値を用いることなどが挙げられる。
なお、蒸発部５２の空間と液体保持部４との間を完全に区切るために、配管Ｌ２上にバルブＶ４を設けるものとしてもよい。このとき、バルブＶ４は、作業者の手動により適宜開口するものとしてもよく、バルブＶ４の開口に係る制御部を設け、反応器３への必要供給量を満たす反応気体ｇ２を供給するように開口する制御を行うものとしてもよい。なお、バルブＶ４の開口に係る制御部に入力するパラメータの種類については特に限定されない。例えば、反応器３本体あるいは熱交換機構３２に設けられた温度計や圧力計の測定値を用いることなどが挙げられる。
【0053】
液体保持部４と蒸発部５２の境界構造については、液体保持部４と蒸発部５２を分離し、液体保持部４から蒸発部５２への反応液Ｗの移動を重力により行うことができるものであればよく、図１に示すものに限定されない。例えば、液体保持部４における漏斗状構造４ａを省略し、単に配管Ｌ２により、液体保持部４と蒸発部５２を接続するものとしてもよい。これにより、装置構造が簡略化される。
【0054】
［化学蓄熱装置を用いた蓄熱・放熱に係る操作］
図２及び図３に基づき、本実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける蓄熱・放熱に係る操作について説明する。なお、本操作に係る説明は、本発明の化学蓄熱材の蓄熱方法に係る説明に相当するものである。
図２及び図３に基づき、本実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける蓄熱・放熱に係る操作について説明する。なお、本操作に係る説明は、本発明の化学蓄熱材の蓄熱方法に係る説明に相当するものである。
【0055】
図２及び図３は、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおける流体の物質移動に係る概略説明図である。ここで、図２は、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおける蓄熱時の物質移動に係る概略説明図であり、図３は、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａにおける放熱時の物質移動に係る概略説明図である。図２及び図３における矢印は、流体が物質移動する方向を示すものである。なお、図２及び図３における化学蓄熱装置１Ａの構造は、図１に示した構造と同様であり、各構造についての説明は省略する。
【0056】
まず、蓄熱に係る操作について説明する。
図２に示すように、蓄熱時には、反応器３における熱交換機構３２に対し、熱供給用の熱媒体を供給する。また、バルブＶ１を開口し、反応器３と凝縮部５１を連通する。これにより、熱交換機構３２に供給された熱媒体により化学蓄熱材２が加熱され、蓄熱生成物と生成気体ｇ１に分離して、化学蓄熱材２の反応工程が進行する。
生成気体ｇ１は、連通部６ａ及びバルブＶ１を通過し、凝縮部５１に移動する。凝縮部５１に流入した生成気体ｇ１は冷却され、液体状態の反応液Ｗを得る凝縮工程が進行する。このとき、凝縮部５１では、コンパクトな空間で冷却操作を行うことが可能であり、冷却効率（液化効率）を高めるとともに、エネルギー損失を抑制することができる。また、凝縮部５１において生成気体ｇ１が凝縮して液化することで、反応器３の内圧よりも凝縮部５１内の圧力が低下するため、生成気体ｇ１は圧力差により凝縮部５１内へ容易に移動する。これにより、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
そして、凝縮部５１で得られた反応液Ｗは、配管Ｌ１を介して液体保持部４に移動し、液体保持工程が進行する。このとき、反応液Ｗは重力により移動するため、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
このように、反応器３における化学蓄熱材２の反応により生成した生成気体ｇ１を凝縮部５１で凝縮して、液化することで反応液Ｗを得た後、配管Ｌ１を介して反応液Ｗを液体保持部４に移動させることで、蓄熱反応が進行し、化学蓄熱材２への蓄熱が可能となる。
図２に示すように、蓄熱時には、反応器３における熱交換機構３２に対し、熱供給用の熱媒体を供給する。また、バルブＶ１を開口し、反応器３と凝縮部５１を連通する。これにより、熱交換機構３２に供給された熱媒体により化学蓄熱材２が加熱され、蓄熱生成物と生成気体ｇ１に分離して、化学蓄熱材２の反応工程が進行する。
生成気体ｇ１は、連通部６ａ及びバルブＶ１を通過し、凝縮部５１に移動する。凝縮部５１に流入した生成気体ｇ１は冷却され、液体状態の反応液Ｗを得る凝縮工程が進行する。このとき、凝縮部５１では、コンパクトな空間で冷却操作を行うことが可能であり、冷却効率（液化効率）を高めるとともに、エネルギー損失を抑制することができる。また、凝縮部５１において生成気体ｇ１が凝縮して液化することで、反応器３の内圧よりも凝縮部５１内の圧力が低下するため、生成気体ｇ１は圧力差により凝縮部５１内へ容易に移動する。これにより、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
そして、凝縮部５１で得られた反応液Ｗは、配管Ｌ１を介して液体保持部４に移動し、液体保持工程が進行する。このとき、反応液Ｗは重力により移動するため、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
このように、反応器３における化学蓄熱材２の反応により生成した生成気体ｇ１を凝縮部５１で凝縮して、液化することで反応液Ｗを得た後、配管Ｌ１を介して反応液Ｗを液体保持部４に移動させることで、蓄熱反応が進行し、化学蓄熱材２への蓄熱が可能となる。
【0057】
なお、蓄熱反応を停止・終了させるタイミングについては特に限定されない。例えば、蓄熱反応が十分進行すると、化学蓄熱材２の反応による生成気体ｇ１の発生が停止する。したがって、反応器３や連通部６ａ上に流量計や圧力計を設け、生成気体ｇ１の流量や流速が低下あるいはゼロになった時点で蓄熱反応が終了したものとみなし、バルブＶ１を閉口し、反応器３の加熱を止めて蓄熱反応を終了させる操作を行うことが挙げられる。また、他の例としては、反応器３に温度計を設け、使用した熱媒体に由来する上限温度に達した時点で、蓄熱反応が終了したものとみなし、蓄熱反応を終了させる操作を行うことなどが挙げられる。
【0058】
次に、放熱に係る操作について説明する。
図３に示すように、放熱時には、液体保持工程により液体保持部４内に保持された反応液Ｗを蒸発部５２に供給し、蒸発部５２で反応液Ｗを気化させる手段（本実施態様では加熱装置）を作動させる。これにより、蒸発部５２内の反応液Ｗが気化して、反応気体ｇ２が生成し、蒸発工程が進行する。このとき、反応液Ｗは、配管Ｌ２を介して重力により液体保持部４から蒸発部５２に移動するため、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。また、蒸発部５２では、コンパクトな空間で加熱操作を行うことが可能であり、加熱効率（気化効率）を高めるとともに、エネルギー損失を抑制することができる。
そして、バルブＶ２を開口し、反応器３と蒸発部５２を連通する。これにより、反応気体ｇ２は、連通部６ｂ及びバルブＶ２を通過し、反応器３に移動する。このとき、蒸発部５２において反応液Ｗが蒸発して気化することで、反応器３の内圧よりも蒸発部５２内の圧力が上昇するため、反応気体ｇ２は圧力差により反応器３内へ容易に移動する。これにより、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
さらに、反応器３内に流入した反応気体ｇ２は、蓄熱生成物となった化学蓄熱材２と接触して、発熱反応が起こる。この発熱反応で得られた熱を、熱交換機構３２を介して熱回収用の熱媒体により熱回収を行い、外部に放熱することで、化学蓄熱装置１Ａを熱供給源として用いることができる。
このように、液体保持部４に保持した反応液Ｗを蒸発部５２に供給し、蒸発部５２で蒸発させて、気化することで反応気体ｇ２を得た後、連通部６ｂを介して反応気体ｇ２を反応器３に移動させることで、発熱反応が進行し、外部への放熱が可能となる。
図３に示すように、放熱時には、液体保持工程により液体保持部４内に保持された反応液Ｗを蒸発部５２に供給し、蒸発部５２で反応液Ｗを気化させる手段（本実施態様では加熱装置）を作動させる。これにより、蒸発部５２内の反応液Ｗが気化して、反応気体ｇ２が生成し、蒸発工程が進行する。このとき、反応液Ｗは、配管Ｌ２を介して重力により液体保持部４から蒸発部５２に移動するため、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。また、蒸発部５２では、コンパクトな空間で加熱操作を行うことが可能であり、加熱効率（気化効率）を高めるとともに、エネルギー損失を抑制することができる。
そして、バルブＶ２を開口し、反応器３と蒸発部５２を連通する。これにより、反応気体ｇ２は、連通部６ｂ及びバルブＶ２を通過し、反応器３に移動する。このとき、蒸発部５２において反応液Ｗが蒸発して気化することで、反応器３の内圧よりも蒸発部５２内の圧力が上昇するため、反応気体ｇ２は圧力差により反応器３内へ容易に移動する。これにより、移動に係るエネルギー消費を低減させることができる。
さらに、反応器３内に流入した反応気体ｇ２は、蓄熱生成物となった化学蓄熱材２と接触して、発熱反応が起こる。この発熱反応で得られた熱を、熱交換機構３２を介して熱回収用の熱媒体により熱回収を行い、外部に放熱することで、化学蓄熱装置１Ａを熱供給源として用いることができる。
このように、液体保持部４に保持した反応液Ｗを蒸発部５２に供給し、蒸発部５２で蒸発させて、気化することで反応気体ｇ２を得た後、連通部６ｂを介して反応気体ｇ２を反応器３に移動させることで、発熱反応が進行し、外部への放熱が可能となる。
【0059】
なお、発熱反応を停止・終了させるタイミングについては特に限定されない。例えば、発熱反応が十分進行すると、化学蓄熱材２の反応による熱の発生が停止する。したがって、反応器３に温度計を設け、使用した熱媒体に由来する下限温度に達した時点で、発熱反応が終了したものとみなし、バルブＶ２を閉口し、蒸発部５２における気化（加熱）を止めて、発熱反応を終了させる操作を行うことなどが挙げられる。
【0060】
以上のように、本実施態様における化学蓄熱装置１Ａ及び化学蓄熱材の蓄熱方法により、化学蓄熱材の反応に用いる反応液の保持に係る部分と、反応液に係る凝縮・蒸発を行う部分とを分離することで、反応液に係る凝縮・蒸発において、反応液全体を冷却・加熱する必要がなくなる。これにより、反応液の液化工程及び気化工程におけるエネルギー損失を低減させ、化学蓄熱の反応を有利に進めることが可能となる。
また、特に、化学蓄熱装置１Ａの熱交換部が、凝縮部及び蒸発部を独立して備えることで、冷却・加温操作を独立して行うことができ、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
また、特に、化学蓄熱装置１Ａの熱交換部が、凝縮部及び蒸発部を独立して備えることで、冷却・加温操作を独立して行うことができ、１カ所で冷却・加温操作を繰り返し行うよりも消費されるエネルギーを少なくすることができる。また、それぞれの操作に必要となる空間をコンパクトにすることが可能となるため、エネルギー損失をより一層抑制することが可能となる。
【0061】
［化学蓄熱装置のその他の態様］
以下に、本発明の化学蓄熱装置の別の態様について例示する。
〔第２の実施態様〕
図４は、本発明の第２の実施態様の化学蓄熱装置１Ｂの構造を示す概略説明図である。
この化学蓄熱装置１Ｂは、凝縮部５１と液体保持部４の境界構造として、第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける漏斗状構造５１ａ及び配管Ｌ１に代えて、容器Ｃ内に仕切り板５１ｂを設けるものである。なお、第１の実施態様における化学蓄熱装置１Ａと同様の構造については説明を省略する。
以下に、本発明の化学蓄熱装置の別の態様について例示する。
〔第２の実施態様〕
図４は、本発明の第２の実施態様の化学蓄熱装置１Ｂの構造を示す概略説明図である。
この化学蓄熱装置１Ｂは、凝縮部５１と液体保持部４の境界構造として、第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける漏斗状構造５１ａ及び配管Ｌ１に代えて、容器Ｃ内に仕切り板５１ｂを設けるものである。なお、第１の実施態様における化学蓄熱装置１Ａと同様の構造については説明を省略する。
【0062】
本実施態様における仕切り板５１ｂは、１つの容器Ｃ内を２つの空間に区画する仕切り部材として機能する。これにより、凝縮部５１と液体保持部４を１つの容器Ｃ内で分離して設けることが可能となり、装置構造が簡略化される。
【0063】
仕切り板５１ｂは、凝縮部５１と液体保持部４を分離するとともに、凝縮部５１で生成した反応液Ｗを液体保持部４に移動させる機構を有するものであればよい。
例えば、仕切り板５１ｂとしては、開閉可能な構造やスライド移動が可能な構造とし、凝縮部５１と液体保持部４を連通する開口部が定期あるいは不定期に形成されるようにすることが挙げられる。これにより、仕切り板５１ｂにより凝縮部５１と液体保持部４の間が区切られている間、凝縮部５１では凝縮工程を効率的に進行させることが可能となる。一方、仕切り板５１ｂが定期あるいは不定期に移動して開口部が形成されることで、生成した反応液Ｗは重力により液体保持部４に移動させることが可能となる。このとき、仕切り板５１ｂにより形成される開口部の大きさについては、容易に変更することが可能となる。したがって、凝縮部５１から液体保持部４への反応液Ｗの移動効率を高めることが容易となる。
例えば、仕切り板５１ｂとしては、開閉可能な構造やスライド移動が可能な構造とし、凝縮部５１と液体保持部４を連通する開口部が定期あるいは不定期に形成されるようにすることが挙げられる。これにより、仕切り板５１ｂにより凝縮部５１と液体保持部４の間が区切られている間、凝縮部５１では凝縮工程を効率的に進行させることが可能となる。一方、仕切り板５１ｂが定期あるいは不定期に移動して開口部が形成されることで、生成した反応液Ｗは重力により液体保持部４に移動させることが可能となる。このとき、仕切り板５１ｂにより形成される開口部の大きさについては、容易に変更することが可能となる。したがって、凝縮部５１から液体保持部４への反応液Ｗの移動効率を高めることが容易となる。
【0064】
また、仕切り板５１ｂの他の例としては、複数の孔を有する構造とすることが挙げられる。これにより、仕切り板５１ｂを移動させる機構を設けることなく、凝縮部５１と液体保持部４を１つの容器Ｃ内で分離することができるとともに、凝縮部５１で生成した反応液Ｗは仕切り板５１ｂの孔を介し、重力により液体保持部４に連続的に移動させることができる。
【0065】
この化学蓄熱装置１Ｂによれば、１つの容器Ｃ内において、凝縮部５１と液体保持部４を簡便な構造で分離させることができ、化学蓄熱装置の省スペース化や低コスト化を図ることが可能となる。
【0066】
〔第３の実施態様〕
図５は、本発明の第３の実施態様の化学蓄熱装置１Ｃの構造を示す概略説明図である。
この化学蓄熱装置１Ｃは、第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける連通部６ａ、６ｂに代えて、三方バルブＶ５を備えた連通部６ｃを設けるものである。なお、第１の実施態様における化学蓄熱装置１Ａと同様の構造については説明を省略する。
図５は、本発明の第３の実施態様の化学蓄熱装置１Ｃの構造を示す概略説明図である。
この化学蓄熱装置１Ｃは、第１の実施態様の化学蓄熱装置１Ａにおける連通部６ａ、６ｂに代えて、三方バルブＶ５を備えた連通部６ｃを設けるものである。なお、第１の実施態様における化学蓄熱装置１Ａと同様の構造については説明を省略する。
【0067】
本実施態様における化学蓄熱装置１Ｃは、反応器３の上部に設けた１つの開口部３１ｃと、凝縮部５１と、蒸発部５２とを三方バルブＶ５を備えた連通部６ｃにより接続するものである。これにより、蓄熱・放熱に係る操作の切り替えが容易になる。
【0068】
また、図５に示すように、開口部３１ｃと三方バルブＶ５の間に、バルブＶ６を設けることで、反応器３と、熱交換部５（及び液体保持部４）とを切り離すことが容易となり、反応器３は、化学蓄熱装置１Ｃから取り外し可能な構造物とすることができる。反応器３を取り外し可能な構造物とすることにより、化学蓄熱材２を保持する反応器３のみを、放熱が必要な熱需要地に移送することができる。
【0069】
この化学蓄熱装置１Ｃによれば、蓄熱・放熱に係る操作の切り替えが容易になる。また、反応器３を化学蓄熱装置１Ｃから取り外すことが容易となるため、反応器３の熱供給源としての利用価値を高めることが可能となる。
【0070】
なお、上述した実施態様は化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法の一例を示すものである。本発明に係る化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る化学蓄熱装置及び化学蓄熱材の蓄熱方法を変形してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0071】
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。
【符号の説明】
【0072】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…化学蓄熱装置、２…化学蓄熱材、３…反応器、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…開口部、３２…熱交換機構、４…液体保持部、４ａ…漏斗状構造、５…熱交換部、５１…凝縮部、５１ａ…漏斗状構造、５１ｂ…仕切り板、５２…蒸発部、６，６ａ，６ｂ，６ｃ…連通部、Ｃ…容器、ｇ１…生成気体、ｇ２…反応気体、Ｌ１，Ｌ２…配管、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６…バルブ、Ｗ…反応液
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
