(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】P2023159638
(43)【公開日】2023-11-01
(54)【発明の名称】反応器、及びケミカルヒートポンプ
(51)【国際特許分類】
F25B 37/00 20060101AFI20231025BHJP
F25B 30/04 20060101ALI20231025BHJP
F28D 20/00 20060101ALI20231025BHJP
F25B 17/08 20060101ALI20231025BHJP
【ＦＩ】
F25B37/00
F25B30/04 510Z
F28D20/00 G
F25B17/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022069461
(22)【出願日】2022-04-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003942
【氏名又は名称】日新電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】新家 大地
【テーマコード（参考）】
3L093
【Ｆターム（参考）】
3L093NN03
3L093PP04
3L093PP07
3L093QQ03
3L093QQ05
(57)【要約】
【課題】ケミカルヒートポンプのサイズの小型化が可能となる反応器、及びケミカルヒートポンプを提供する。
【解決手段】反応器２１は、ケミカルヒートポンプに用いられる。反応器２１は、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部３１と、第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部４１とを備える。反応器２１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室とを有する容器５１と、蓄熱室と蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁Ｖ１とを備える。
【選択図】図３
【解決手段】反応器２１は、ケミカルヒートポンプに用いられる。反応器２１は、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部３１と、第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部４１とを備える。反応器２１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室とを有する容器５１と、蓄熱室と蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁Ｖ１とを備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケミカルヒートポンプに用いられる反応器であって、
第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、
第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、
前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、
前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える、反応器。
第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、
第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、
前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、
前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える、反応器。
【請求項2】
前記容器は、
外側容器と、
前記外側容器内に配置される内側容器と、を備え、
前記蓄熱室は、前記内側容器の内部の空間であり、
前記蒸気回収室は、前記外側容器と前記内側容器との間の空間である、請求項１に記載の反応器。
外側容器と、
前記外側容器内に配置される内側容器と、を備え、
前記蓄熱室は、前記内側容器の内部の空間であり、
前記蒸気回収室は、前記外側容器と前記内側容器との間の空間である、請求項１に記載の反応器。
【請求項3】
前記蒸気回収室は、真空断熱可能に構成されている、請求項２に記載の反応器。
【請求項4】
前記外側容器及び前記内側容器は、円筒形の容器である、請求項２又は請求項３に記載の反応器。
【請求項5】
反応器を備えるケミカルヒートポンプであって、
前記反応器は、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、
第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、
前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、
前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える、ケミカルヒートポンプ。
前記反応器は、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、
第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、
前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、
前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える、ケミカルヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、反応器、及びケミカルヒートポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に開示されるように、工場等で発生する排熱を再利用するための装置として、ケミカルヒートポンプが知られている。ケミカルヒートポンプは、反応器と蒸気回収器とを備えている。反応器は、脱水反応により蓄熱し、かつ水和反応により放熱する化学蓄熱材を収容する。蒸気回収器は、ケミカルヒートポンプの蓄熱動作時において、反応器内の化学蓄熱材の脱水反応により生じた水蒸気を回収する。蒸気回収器は、水蒸気を吸収する吸収材を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１５９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような反応器及び蒸気回収器を備えるケミカルヒートポンプのサイズは、大型化する傾向にある。このため、例えば、ケミカルヒートポンプの設置場所の確保が困難となるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決する反応器は、ケミカルヒートポンプに用いられる反応器であって、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える。この構成によれば、化学蓄熱材の反応と吸収材の反応を一つの反応器により行うことができる。
【0006】
上記反応器において、前記容器は、外側容器と、前記外側容器内に配置される内側容器と、を備え、前記蓄熱室は、前記内側容器の内部の空間であり、前記蒸気回収室は、前記外側容器と前記内側容器との間の空間であってもよい。この構成によれば、蓄熱室は、蒸気回収室により囲まれるように配置されるため、蓄熱室と外部との不要な伝熱を抑えることができる。
【0007】
上記反応器において、前記蒸気回収室は、真空断熱可能に構成されていてもよい。この構成によれば、蓄熱室と外部との不要な伝熱をより抑えることができる。
上記反応器において、前記外側容器及び前記内側容器は、円筒形の容器であってもよい。この構成によれば、例えば、反応器の容器の耐圧性を容易に高めることができる。
上記反応器において、前記外側容器及び前記内側容器は、円筒形の容器であってもよい。この構成によれば、例えば、反応器の容器の耐圧性を容易に高めることができる。
【0008】
ケミカルヒートポンプは、反応器を備えるケミカルヒートポンプであって、前記反応器は、第１熱交換器と化学蓄熱材とを有する蓄熱部と、第２熱交換器と水蒸気を吸収する吸収材とを有する蒸気回収部と、前記蓄熱部が配置される蓄熱室と前記蒸気回収部が配置される蒸気回収室とを有する容器と、前記蓄熱室と前記蒸気回収室との連通及び非連通を切り替える開閉弁と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、ケミカルヒートポンプのサイズの小型化が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、反応器、及びケミカルヒートポンプの一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のケミカルヒートポンプは、蒸気発生システム１１の蒸気発生装置１２に用いられる。蒸気発生装置１２は、ケミカルヒートポンプ１３と、水蒸気を供給先へ供給する蒸気供給部１４とを備えている。
図１に示すように、本実施形態のケミカルヒートポンプは、蒸気発生システム１１の蒸気発生装置１２に用いられる。蒸気発生装置１２は、ケミカルヒートポンプ１３と、水蒸気を供給先へ供給する蒸気供給部１４とを備えている。
【0012】
＜ケミカルヒートポンプの概要＞
ケミカルヒートポンプ１３は、排熱源ＨＳから供給される熱を蓄熱した後、排熱源ＨＳよりも高い温度の放熱を行う装置である。ケミカルヒートポンプ１３は、反応器２１を備えている。反応器２１は、化学蓄熱材の蓄熱反応及び脱水反応を行う。ケミカルヒートポンプ１３は、排熱を回収する排熱回収部６１と、排熱回収部６１から反応器２１に熱を輸送する熱輸送経路７１とを備えている。また、ケミカルヒートポンプ１３は、復水器８１を備えている。
ケミカルヒートポンプ１３は、排熱源ＨＳから供給される熱を蓄熱した後、排熱源ＨＳよりも高い温度の放熱を行う装置である。ケミカルヒートポンプ１３は、反応器２１を備えている。反応器２１は、化学蓄熱材の蓄熱反応及び脱水反応を行う。ケミカルヒートポンプ１３は、排熱を回収する排熱回収部６１と、排熱回収部６１から反応器２１に熱を輸送する熱輸送経路７１とを備えている。また、ケミカルヒートポンプ１３は、復水器８１を備えている。
【0013】
【0014】
（蓄熱部）
蓄熱部３１は、第１熱交換器３２と化学蓄熱材ＨＭとを有している。第１熱交換器３２は、化学蓄熱材ＨＭと熱交換する。第１熱交換器３２としては、例えば、フィンチューブ型の熱交換器、フィンレス熱交換器等が挙げられる。なお、以下で説明する熱交換器についても、同様の熱交換器を用いることができる。
蓄熱部３１は、第１熱交換器３２と化学蓄熱材ＨＭとを有している。第１熱交換器３２は、化学蓄熱材ＨＭと熱交換する。第１熱交換器３２としては、例えば、フィンチューブ型の熱交換器、フィンレス熱交換器等が挙げられる。なお、以下で説明する熱交換器についても、同様の熱交換器を用いることができる。
【0015】
反応器２１は、第１熱交換器３２に接続される第１供給管Ｐ１ａ及び第１排出管Ｐ１ｂとを備えている。第１供給管Ｐ１ａは、第１熱交換器３２に熱媒体を供給する。また、第１排出管Ｐ１ｂは、第１熱交換器３２から熱媒体を排出する。
【0016】
化学蓄熱材ＨＭは、ケミカルヒートポンプ１３の蓄熱動作時に脱水反応する。また、化学蓄熱材ＨＭは、ケミカルヒートポンプ１３の放熱動作時に水和反応する。化学蓄熱材ＨＭとしては、周知の固体材料を用いることができる。化学蓄熱材ＨＭは、化学蓄熱物質のみから構成してもよいし、粒子状の化学蓄熱物質を水蒸気透過性樹脂等の水蒸気透過性のバインダーで結合した材料であってもよい。化学蓄熱物質としては、例えば、アルカリ土類金属のハロゲン化物、硫酸カルシウム等が挙げられる。化学蓄熱材ＨＭは、一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【0017】
化学蓄熱物質の一種である塩化カルシウムの脱水反応及び水和反応は、例えば、下記式（Ａ）で表される。
ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ・・・（Ａ）
（蒸気回収部）
蒸気回収部４１は、第２熱交換器４２と、水蒸気を吸収する吸収材ＬＭとを有している。第２熱交換器４２は、吸収材ＬＭと熱交換する。反応器２１は、第２熱交換器４２に接続される第２供給管Ｐ２ａ及び第２排出管Ｐ２ｂとを備えている。第２供給管Ｐ２ａは、熱媒体を第２熱交換器４２に供給する。第２排出管Ｐ２ｂは、第２熱交換器４２から熱媒体を排出する。
ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ・・・（Ａ）
（蒸気回収部）
蒸気回収部４１は、第２熱交換器４２と、水蒸気を吸収する吸収材ＬＭとを有している。第２熱交換器４２は、吸収材ＬＭと熱交換する。反応器２１は、第２熱交換器４２に接続される第２供給管Ｐ２ａ及び第２排出管Ｐ２ｂとを備えている。第２供給管Ｐ２ａは、熱媒体を第２熱交換器４２に供給する。第２排出管Ｐ２ｂは、第２熱交換器４２から熱媒体を排出する。
【0018】
吸収材ＬＭは、蓄熱部３１の化学蓄熱材ＨＭから発生した水蒸気を回収する。このような吸収材ＬＭは、化学蓄熱材ＨＭを脱水反応させる温度を下げるために用いられる。すなわち、吸収材ＬＭを用いることで、より低い温度の排熱であっても、化学蓄熱材ＨＭの脱水反応を進行させることが可能となる。また、吸収材ＬＭは、排熱源ＨＳの加熱媒体の温度において、脱水反応可能な物質が用いられる。これにより、排熱源ＨＳを利用して吸収材ＬＭを再生することができる。
【0019】
冷却源ＣＳの温度における吸収材ＬＭの平衡蒸気圧ＶＰ２Ｃは、排熱源ＨＳの温度における化学蓄熱材ＨＭの平衡蒸気圧ＶＰ１Ｈよりも低いことで、化学蓄熱材ＨＭの脱水反応を好適に促進することができる。一方、排熱源ＨＳの温度における吸収材ＬＭの平衡蒸気圧ＶＰ２Ｈは、同じく排熱源ＨＳの温度における化学蓄熱材ＨＭの平衡蒸気圧ＶＰ１Ｈよりも高いことが好ましい。このような吸収材ＬＭは、化学蓄熱材ＨＭよりも脱水し易いため、排熱源ＨＳを用いて吸収材ＬＭを再生することで、次の蓄熱動作に効率的に使用することができる。また、排熱源ＨＳの温度における吸収材ＬＭの平衡蒸気圧ＶＰ２Ｈは、冷却源ＣＳの温度における水の平衡蒸気圧ＶＰ３Ｃよりも高いことが好ましい。これにより、排熱源ＨＳにより吸収材ＬＭを加熱して発生した水蒸気を冷却源ＣＳによる冷却で凝縮させることで、吸収材ＬＭの再生を効率的に行うことができる。
【0020】
吸収材ＬＭとしては、例えば、ゼオライト、水酸化リチウム、硫酸マグネシウム、シュウ化ストロンチウム、活性炭、多孔性金属錯体（ＭＯＦ）等が挙げられる。吸収材ＬＭは、一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。
【0021】
吸収材ＬＭの一種である臭化ストロンチウムの脱水反応及び水和反応は、例えば、下記式（Ｂ）で表される。
ＳｒＢｒ２・Ｈ２Ｏ＋５Ｈ２Ｏ⇔ＳｒＢｒ２・６Ｈ２Ｏ・・・（Ｂ）
（容器及び開閉弁）
反応器２１の容器５１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室５２と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室５３とを有している。開閉弁Ｖ１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３との連通及び非連通を切り替える。すなわち、開閉弁Ｖ１の開状態では、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とが連通された状態となる。一方、開閉弁Ｖ１の閉状態では、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とが非連通の状態となる。開閉弁Ｖ１の具体例としては、仕切弁、バタフライ弁等が挙げられる。
ＳｒＢｒ２・Ｈ２Ｏ＋５Ｈ２Ｏ⇔ＳｒＢｒ２・６Ｈ２Ｏ・・・（Ｂ）
（容器及び開閉弁）
反応器２１の容器５１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室５２と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室５３とを有している。開閉弁Ｖ１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３との連通及び非連通を切り替える。すなわち、開閉弁Ｖ１の開状態では、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とが連通された状態となる。一方、開閉弁Ｖ１の閉状態では、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とが非連通の状態となる。開閉弁Ｖ１の具体例としては、仕切弁、バタフライ弁等が挙げられる。
【0022】
図２～図４に示すように、本実施形態の容器５１は、外側容器５４と、外側容器５４内に配置される内側容器５５とを備えている。図４に示すように、蓄熱室５２は、内側容器５５の内部の空間により構成される。蒸気回収室５３は、外側容器５４と内側容器５５との間の空間により構成される。上記開閉弁Ｖ１は、図３に模式的に示すように、内側容器５５を構成する壁を開閉するように設けられている。外側容器５４及び内側容器５５は、円筒形の容器である。外側容器５４及び内側容器５５を構成する材料としては、例えば、金属材料、樹脂系材料等が挙げられる。
【0023】
図２～図４に示すように、反応器２１は、蓄熱室５２に接続される蓄熱室流路管Ｆ１を備えている。蓄熱室流路管Ｆ１は、蓄熱室５２の内部と反応器２１の外部との間に水蒸気を流通させる流路である。反応器２１は、蒸気回収室５３に接続される蒸気回収室流路管Ｆ２を備えている。蒸気回収室流路管Ｆ２は、蒸気回収室５３の内部と反応器２１の外部との間に水蒸気を流通させる流路である。
【0024】
蒸気回収室５３は、真空断熱可能に構成されている。すなわち、蒸気回収室５３は、真空に耐え得る耐圧性と、真空断熱効果が発揮される圧力まで減圧可能な気密性とを有している。蒸気回収室５３の真空断熱効果を高めるという観点から、蒸気回収室５３内の圧力は、１０－３［Ｐａ］以下に設定されることが好ましい。蒸気回収室５３の圧力は、図示を省略した減圧装置により低下させることができる。
【0025】
＜排熱回収部及び熱輸送経路＞
排熱回収部６１は、排熱源ＨＳから熱輸送される加熱媒体が供給される熱交換器を備えている。排熱回収部６１に供給される加熱媒体の形態は、液体（排水等）であってもよいし、気体であってもよい。
排熱回収部６１は、排熱源ＨＳから熱輸送される加熱媒体が供給される熱交換器を備えている。排熱回収部６１に供給される加熱媒体の形態は、液体（排水等）であってもよいし、気体であってもよい。
【0026】
熱輸送経路７１は、排熱回収部６１の熱交換器の一部として構成される第１熱輸送管７２と、反応器２１の蓄熱部３１における第１熱交換器３２の一部として構成される第２熱輸送管７３とを備えている。熱輸送経路７１は、第１熱輸送管７２と第２熱輸送管７３との間で熱輸送する中間熱輸送管７４をさらに備えている。
【0027】
第１熱輸送管７２、第２熱輸送管７３、及び中間熱輸送管７４としては、例えば、ヒートパイプを好適に用いることができる。例えば、第１熱輸送管７２の内部には、毛細管現象を利用して作動流体（水）を中間熱輸送管７４側に送るウィックが配置されている。周知のようにウィックは、毛細管構造を有する多孔質体であり、熱輸送経路７１において作動流体を一方向に送る役割を果たす。排熱回収部６１では、排熱源ＨＳから排熱回収部６１に供給される熱媒体と第１熱輸送管７２との間で熱交換が行われる。
【0028】
＜復水器＞
復水器８１は、熱交換器を備えている。復水器８１の熱交換器は、冷却源ＣＳから供給される冷却媒体と、復水器８１内に供給される水蒸気との熱交換を行う。復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３において、吸収材ＬＭを再生する再生動作時に発生した水蒸気を凝縮する。また、復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３の蓄熱動作時に第２熱輸送管７３の内部で凝縮した凝縮水を貯留する。また、復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３の放熱動作時に第２熱輸送管７３に送水する。詳述すると、ケミカルヒートポンプ１３は、復水器８１内の水を第２熱輸送管７３に送る送液ポンプ８２と、第２熱輸送管７３と復水器８１の容器との間で水を循環させる循環路８３とを備えている。なお、復水器８１は、外部から水を補充可能に構成されている。
復水器８１は、熱交換器を備えている。復水器８１の熱交換器は、冷却源ＣＳから供給される冷却媒体と、復水器８１内に供給される水蒸気との熱交換を行う。復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３において、吸収材ＬＭを再生する再生動作時に発生した水蒸気を凝縮する。また、復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３の蓄熱動作時に第２熱輸送管７３の内部で凝縮した凝縮水を貯留する。また、復水器８１は、ケミカルヒートポンプ１３の放熱動作時に第２熱輸送管７３に送水する。詳述すると、ケミカルヒートポンプ１３は、復水器８１内の水を第２熱輸送管７３に送る送液ポンプ８２と、第２熱輸送管７３と復水器８１の容器との間で水を循環させる循環路８３とを備えている。なお、復水器８１は、外部から水を補充可能に構成されている。
【0029】
＜蒸気供給部＞
図１に示すように、蒸気発生装置１２の蒸気供給部１４は、供給先としての蒸気ヘッダＳＨに連結される部分である。蒸気供給部１４は、蒸気移送パイプ部１５から送られる蒸気の圧力を検出する検出器１４ａと、供給先への蒸気の供給を制御する制御弁１４ｂとを備えている。制御弁１４ｂを制御する制御部は、例えば、検出器１４ａで検出された圧力と、予め決定した閾値との対比結果に基づいて制御弁１４ｂを開閉動作させる。
図１に示すように、蒸気発生装置１２の蒸気供給部１４は、供給先としての蒸気ヘッダＳＨに連結される部分である。蒸気供給部１４は、蒸気移送パイプ部１５から送られる蒸気の圧力を検出する検出器１４ａと、供給先への蒸気の供給を制御する制御弁１４ｂとを備えている。制御弁１４ｂを制御する制御部は、例えば、検出器１４ａで検出された圧力と、予め決定した閾値との対比結果に基づいて制御弁１４ｂを開閉動作させる。
【0030】
なお、制御部は、検出器１４ａで検出された圧力と、供給先の蒸気ヘッダＳＨ内の圧力との対比結果に基づいて制御弁１４ｂを開閉動作させるものであってもよい。蒸気ヘッダＳＨ内の水蒸気の圧力は、検出器ＳＨ１で検出することができる。例えば、蒸気ヘッダＳＨ内の水蒸気の圧力よりも、蒸気供給部１４内の蒸気の圧力が高くなったとき、制御弁１４ｂを開動作する供給開始の制御を行うように制御部を構成することができる。また、例えば、蒸気ヘッダＳＨ内の蒸気の圧力よりも、蒸気供給部１４内の蒸気の圧力が低くなったとき、制御弁１４ｂを閉動作する供給停止の制御を行うように制御部を構成することができる。
【0031】
蒸気移送パイプ部１５は、ケミカルヒートポンプ１３の放熱動作時に第２熱輸送管７３の内部で発生させた水蒸気を蒸気供給部１４へ送る。蒸気移送パイプ部１５は、ケミカルヒートポンプ１３の中間熱輸送管７４に接続されている。
【0032】
＜蒸気発生システム＞
蒸気発生システム１１は、化学蓄熱材ＨＭの水和反応を進行させる水蒸気を蓄熱室５２内に導入する導入経路Ｌ１を備えている。導入経路Ｌ１は、エゼクタＥＪ及びボイラＢを備えている。
蒸気発生システム１１は、化学蓄熱材ＨＭの水和反応を進行させる水蒸気を蓄熱室５２内に導入する導入経路Ｌ１を備えている。導入経路Ｌ１は、エゼクタＥＪ及びボイラＢを備えている。
【0033】
エゼクタＥＪに吸入させる水蒸気は、蒸気発生装置１２における排熱回収部６１を利用して発生させることが好ましい。なお、エゼクタＥＪに吸入させる水蒸気は、例えば、排熱を利用した蒸発器を別途設けることで発生させることもできる。
【0034】
エゼクタＥＪの駆動蒸気としては、ボイラＢで発生する蒸気の一部を用いることができる。ボイラＢとしては、工場等の施設において、別の用途で既設されているものを用いることができる。なお、エゼクタＥＪの駆動蒸気は、既設の蒸気配管から供給することもできる。
【0035】
蒸気発生システム１１における流体の流路には、開閉弁又は流量調整弁等の制御弁が設けられている。蒸気発生装置１２におけるケミカルヒートポンプ１３の蓄熱動作と放熱動作は、制御弁の開閉により切り替えることができる。また、蒸気発生システム１１では、配管や容器内の温度や圧力を計測するセンサの検出値に基づいて、流量調整弁の開度を調整してもよい。
【0036】
＜蒸気発生システムの動作＞
蒸気発生システム１１は、蓄熱動作、放熱動作、及び再生動作を繰り返すことで、排熱を利用して水蒸気を供給することができる。
蒸気発生システム１１は、蓄熱動作、放熱動作、及び再生動作を繰り返すことで、排熱を利用して水蒸気を供給することができる。
【0037】
（蓄熱動作）
図５には、蓄熱動作中の蒸気発生システム１１を示している。ケミカルヒートポンプ１３の熱輸送経路７１は、排熱回収部６１から反応器２１の蓄熱部３１に熱を輸送する。熱輸送経路７１の第１熱輸送管７２、第２熱輸送管７３、及び中間熱輸送管７４がヒートパイプの場合を一例として熱輸送経路７１について説明する。排熱回収部６１内の第１熱輸送管７２の内部で蒸発した作動流体（水）は、中間熱輸送管７４を通じて蓄熱部３１内の第２熱輸送管７３に流入する。第２熱輸送管７３内において、作動流体は、蓄熱部３１内の化学蓄熱材ＨＭと熱交換することで凝縮する。第２熱輸送管７３内で凝縮した作動流体は、復水器８１に貯留される。復水器８１に貯留された作動流体は、第１熱輸送管７２内に供給される。このように熱輸送経路７１を作動流体が一方向に還流するループ型ヒートパイプとして動作させることができる。
図５には、蓄熱動作中の蒸気発生システム１１を示している。ケミカルヒートポンプ１３の熱輸送経路７１は、排熱回収部６１から反応器２１の蓄熱部３１に熱を輸送する。熱輸送経路７１の第１熱輸送管７２、第２熱輸送管７３、及び中間熱輸送管７４がヒートパイプの場合を一例として熱輸送経路７１について説明する。排熱回収部６１内の第１熱輸送管７２の内部で蒸発した作動流体（水）は、中間熱輸送管７４を通じて蓄熱部３１内の第２熱輸送管７３に流入する。第２熱輸送管７３内において、作動流体は、蓄熱部３１内の化学蓄熱材ＨＭと熱交換することで凝縮する。第２熱輸送管７３内で凝縮した作動流体は、復水器８１に貯留される。復水器８１に貯留された作動流体は、第１熱輸送管７２内に供給される。このように熱輸送経路７１を作動流体が一方向に還流するループ型ヒートパイプとして動作させることができる。
【0038】
蓄熱部３１に輸送された熱は、化学蓄熱材ＨＭを加熱する。これにより、化学蓄熱材ＨＭの脱水反応が行われる。このとき、反応器２１の開閉弁Ｖ１が開状態とされることで、反応器２１の蓄熱室５２と蒸気回収室５３とは、連通した状態とされる。これにより、蓄熱室５２内において化学蓄熱材ＨＭの脱水反応で発生した水蒸気は、蒸気回収室５３内の蒸気回収部４１によって回収される。詳述すると、蒸気回収室５３内では、吸収材ＬＭの水和反応が行われる。このとき、蒸気回収部４１の第２熱交換器４２に冷却源ＣＳから冷却媒体を供給することで、吸収材ＬＭの水和反応を促進することができる。
【0039】
（放熱動作及び再生動作）
図６には、放熱動作及び再生動作中の蒸気発生システム１１を示している。放熱動作では、ケミカルヒートポンプ１３の蓄熱部３１において水蒸気を発生させることができる。水蒸気は、蒸気移送パイプ部１５を通じて蓄熱部３１から蒸気供給部１４へ送られる。
図６には、放熱動作及び再生動作中の蒸気発生システム１１を示している。放熱動作では、ケミカルヒートポンプ１３の蓄熱部３１において水蒸気を発生させることができる。水蒸気は、蒸気移送パイプ部１５を通じて蓄熱部３１から蒸気供給部１４へ送られる。
【0040】
放熱動作時では、排熱回収部６１内の第１熱輸送管７２の内部で水蒸気を発生させる。詳述すると、排熱回収部６１内の第１熱輸送管７２に復水器８１から水を供給する。第１熱輸送管７２内の水が熱交換器により加熱されることで、水蒸気となる。
【0041】
一方、ボイラＢは、水蒸気をエゼクタＥＪに駆動蒸気として供給する。エゼクタＥＪは、第１熱輸送管７２の内部で発生した水蒸気を吸引する。このようなエゼクタＥＪは、ボイラＢで発生する水蒸気よりも圧力が低く、第１熱輸送管７２の内部で発生する水蒸気よりも圧力の高い水蒸気を吐出する。エゼクタＥＪから吐出された水蒸気は、反応器２１の蓄熱室５２内に導入される。これにより、蓄熱室５２内では、化学蓄熱材ＨＭの水和反応が行われる。
【0042】
蓄熱部３１内の第２熱輸送管７３内の水は、化学蓄熱材ＨＭの水和反応の発熱によって加熱される。これにより、第２熱輸送管７３内の水は、水蒸気となる。蒸気供給部１４は、制御弁１４ｂの開動作により、供給先である蒸気ヘッダＳＨに蒸気を供給する。制御弁１４ｂの開動作は、蒸気供給部１４に供給された水蒸気が所定の圧力に達した後に行われる。
【0043】
第２熱輸送管７３内への水の供給は、復水器８１内の水を用いて行うことができる。第２熱輸送管７３内に水を供給する場合、第２熱輸送管７３から蒸気移送パイプ部１５への流路は、閉鎖されるとともに、循環路８３が開放される。この状態で、復水器８１内の水は、送液ポンプ８２を用いて第２熱輸送管７３に送液することができる。一方、第２熱輸送管７３内の水蒸気を蒸気供給部１４へ移送する場合、循環路８３が閉鎖されるとともに、第２熱輸送管７３から蒸気移送パイプ部１５への流路が開放される。このような流路の切替操作は、例えば、三方弁を用いることで容易に行うことができる。
【0044】
再生動作では、排熱源ＨＳから加熱媒体を蒸気回収部４１の第２熱交換器４２に供給することで、吸収材ＬＭを加熱する。これにより、吸収材ＬＭの脱水反応が行われる。吸収材ＬＭの脱水反応によって発生した水蒸気は、復水器８１に導入される。復水器８１に導入された水蒸気は、復水器８１の熱交換器により冷却されることで凝縮する。これにより、蒸気回収室５３内の圧力を低下させることができるため、吸収材ＬＭの脱水反応を進行させることができる。
【0045】
＜作用及び効果＞
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ケミカルヒートポンプ１３に用いられる反応器２１は、第１熱交換器３２と化学蓄熱材ＨＭとを有する蓄熱部３１と、第２熱交換器４２と水蒸気を吸収する吸収材ＬＭとを有する蒸気回収部４１とを備えている。反応器２１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室５２と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室５３とを有する容器５１を備えている。反応器２１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３との連通及び非連通を切り替える開閉弁Ｖ１を備えている。この構成によれば、化学蓄熱材ＨＭの反応と吸収材ＬＭの反応を一つの反応器２１により行うことができる。従って、ケミカルヒートポンプ１３のサイズの小型化が可能となる。
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）ケミカルヒートポンプ１３に用いられる反応器２１は、第１熱交換器３２と化学蓄熱材ＨＭとを有する蓄熱部３１と、第２熱交換器４２と水蒸気を吸収する吸収材ＬＭとを有する蒸気回収部４１とを備えている。反応器２１は、蓄熱部３１が配置される蓄熱室５２と蒸気回収部４１が配置される蒸気回収室５３とを有する容器５１を備えている。反応器２１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３との連通及び非連通を切り替える開閉弁Ｖ１を備えている。この構成によれば、化学蓄熱材ＨＭの反応と吸収材ＬＭの反応を一つの反応器２１により行うことができる。従って、ケミカルヒートポンプ１３のサイズの小型化が可能となる。
【0046】
（２）反応器２１の容器５１は、外側容器５４と、外側容器５４内に配置される内側容器５５とを備えている。反応器２１の蓄熱室５２は、内側容器５５の内部の空間であり、反応器２１の蒸気回収室５３は、外側容器５４と内側容器５５との間の空間である。この場合、蓄熱室５２は、蒸気回収室５３により囲まれるように配置されるため、蓄熱室５２と外部との不要な伝熱を抑えることができる。従って、蓄熱室５２の熱損失が抑えられることで、ケミカルヒートポンプ１３の効率を高めることが可能となる。
【0047】
（３）反応器２１の蒸気回収室５３は、真空断熱可能に構成されている。この場合、蓄熱室５２と外部との不要な伝熱をより抑えることができる。従って、蓄熱室５２の熱損失が抑えられることで、ケミカルヒートポンプ１３の効率をより高めることが可能となる。
【0048】
（４）反応器２１の外側容器５４及び内側容器５５は、円筒形の容器である。この場合、例えば、反応器２１の容器５１の耐圧性を容易に高めることができる。従って、反応器２１の耐久性を容易に高めることが可能となる。
【0049】
（５）反応器２１の開閉弁Ｖ１は、内側容器５５を構成する壁を開閉するように設けられている。この場合、例えば、反応器２１をより小型化することが可能となる。
＜変更例＞
上記実施形態を次のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
＜変更例＞
上記実施形態を次のように変更してもよい。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0050】
・蒸気発生システム１１のボイラＢ及びエゼクタＥＪを省略してもよい。すなわち、エゼクタＥＪ及びボイラＢを用いずに、排熱回収部６１で生成した水蒸気を蓄熱室５２に導入してもよい。この場合であっても、化学蓄熱材ＨＭを水和反応させることができる。
【0051】
・蓄熱動作時において、反応器２１の蓄熱部３１の第２熱輸送管７３中では、凝縮水が発生する。このように第２熱輸送管７３内で生じた凝縮水を蓄熱動作後の放熱動作において水蒸気の生成に用いてもよい。
【0052】
・再生動作時において、蒸気回収部４１を加熱する加熱媒体として、排熱回収部６１で生成した水蒸気を用いてもよい。
・蓄熱動作時において、蒸気回収部４１を冷却する冷却媒体として、復水器８１の水を用いてもよい。
・蓄熱動作時において、蒸気回収部４１を冷却する冷却媒体として、復水器８１の水を用いてもよい。
【0053】
・反応器２１の内側容器５５は、円筒形以外の形状であってもよい。反応器２１の外側容器５４は、円筒形以外の形状であってもよい。円筒形以外の形状としては、例えば、四角筒形等の多角筒形が挙げられる。
【0054】
・反応器２１の蒸気回収室５３は、真空断熱されない構成に変更することもできる。
・反応器２１の開閉弁Ｖ１は、外側容器５４の内側に配置されているが、外側容器５４の外方に配置することもできる。この場合、例えば、蓄熱室流路管Ｆ１と、蒸気回収室流路管Ｆ２とを外側容器５４の外方で連結する流路管を設けるとともに、その流路管に開閉弁を設ければよい。
・反応器２１の開閉弁Ｖ１は、外側容器５４の内側に配置されているが、外側容器５４の外方に配置することもできる。この場合、例えば、蓄熱室流路管Ｆ１と、蒸気回収室流路管Ｆ２とを外側容器５４の外方で連結する流路管を設けるとともに、その流路管に開閉弁を設ければよい。
【0055】
・反応器２１において、内側容器５５の内部の空間を蒸気回収室とし、外側容器５４と内側容器５５との間の空間を蓄熱室としてもよい。
・反応器２１の容器５１は、外側容器５４と内側容器５５とを備えているが、一つの容器と、その容器内を仕切る仕切壁を備える構成に変更することもできる。すなわち、容器５１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とは、一方の室で他方の室を取り囲む構成に限定されず、左右や上下に沿って並列された二室からなる構成であってもよい。
・反応器２１の容器５１は、外側容器５４と内側容器５５とを備えているが、一つの容器と、その容器内を仕切る仕切壁を備える構成に変更することもできる。すなわち、容器５１は、蓄熱室５２と蒸気回収室５３とは、一方の室で他方の室を取り囲む構成に限定されず、左右や上下に沿って並列された二室からなる構成であってもよい。
【0056】
・ケミカルヒートポンプ１３は、工場等の排熱源ＨＳから発生する排熱を利用する排熱利用システムに用いることができる。例えば、ケミカルヒートポンプ１３の用途は、蒸気を供給する用途に限定されず、加熱対象を加熱する用途等であってもよい。加熱対象は、例えば、熱を利用して発電を行う発電設備であってもよい。
【符号の説明】
【0057】
１３…ケミカルヒートポンプ
２１…反応器
３１…蓄熱部
３２…第１熱交換器
４１…蒸気回収部
４２…第２熱交換器
５１…容器
５２…蓄熱室
５３…蒸気回収室
５４…外側容器
５５…内側容器
ＨＭ…化学蓄熱材
ＬＭ…吸収材
Ｖ１…開閉弁
２１…反応器
３１…蓄熱部
３２…第１熱交換器
４１…蒸気回収部
４２…第２熱交換器
５１…容器
５２…蓄熱室
５３…蒸気回収室
５４…外側容器
５５…内側容器
ＨＭ…化学蓄熱材
ＬＭ…吸収材
Ｖ１…開閉弁
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】