(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】P2024144994
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】化学蓄熱装置
(51)【国際特許分類】
F28D 20/00 20060101AFI20241004BHJP
F28D 17/02 20060101ALI20241004BHJP
【FI】
F28D20/00 G
F28D17/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023057207
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000116655
【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115646
【弁理士】
【氏名又は名称】東口 倫昭
(74)【代理人】
【識別番号】100115657
【弁理士】
【氏名又は名称】進藤 素子
(74)【代理人】
【識別番号】100196759
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 雪
(72)【発明者】
【氏名】島井 基行
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 弘太
(72)【発明者】
【氏名】中井 淳也
(57)【要約】
【課題】収容部における蓄熱体の流動を抑制可能な化学蓄熱装置を提供することを課題とする。
【解決手段】化学蓄熱装置1は、収容部22を内部に区画する反応器2と、収容部22に配置される蓄熱体4と、収容部22の少なくとも一部220を複数の空間220aに仕切り、外面が蓄熱体4に当接する仕切り部材6と、を備える。仕切り部材6は、反応媒体が通過し外面に開口する反応媒体流路60を内部に区画する。
【選択図】
図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
収容部を内部に区画する反応器と、
前記収容部に配置される蓄熱体と、
前記収容部の少なくとも一部を複数の空間に仕切り、外面が前記蓄熱体に当接する仕切り部材と、
を備え、
前記仕切り部材は、反応媒体が通過し前記外面に開口する反応媒体流路を内部に区画する化学蓄熱装置。
【請求項2】
前記仕切り部材は、前記収容部に単一または複数配置される請求項1に記載の化学蓄熱装置。
【請求項3】
前記仕切り部材は、前記外面を各々有する一対の外層部材と、一対の前記外層部材間に介在する中間層部材と、を有し、
前記外層部材は、前記外面に開口する複数の開口部を有し、
前記中間層部材は、沿層方向に展開し、複数の前記開口部に連通する拡散路を区画し、
前記反応媒体流路は、前記拡散路と、複数の前記開口部と、を有する請求項1に記載の化学蓄熱装置。
【請求項4】
前記仕切り部材は、表層部材と、前記表層部材の裏側に積層される裏層部材と、を有し、
前記表層部材は、裏面に表側溝部を有し、
前記裏層部材は、表面に、前記表側溝部に連通する裏側溝部を有し、
前記反応媒体流路は、前記表側溝部と前記裏側溝部とが合体することにより、区画される請求項1に記載の化学蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、化学反応熱を利用して可逆的に蓄熱、放熱を行うことができる化学蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、化学蓄熱材と、反応器と、熱交換機構と、を有する化学蓄熱装置が開示されている。反応器の内部空間(収容部)は、直方体状を呈している。化学蓄熱材は、収容部に充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
化学蓄熱材の体積は、蓄放熱時に変化する。例えば、化学蓄熱材は、放熱時に膨張し、蓄熱時に収縮する。化学蓄熱材は、蓄放熱の繰り返しに伴い、体積変化を繰り返す。化学蓄熱材が体積変化を繰り返すと、化学蓄熱材の少なくとも一部が微粉化し、自重により、反応器の内部空間を流下してしまう。したがって、収容部における蓄熱体の密度(蓄熱密度)は、上側部分が疎に、下側部分が密に、なりやすい。よって、収容部の上側部分において、発熱量が低下してしまう。また、収容部の下側部分において、反応媒体の流動性が低下し、反応性が低下してしまう。そこで、本開示は、収容部における蓄熱体の流動を抑制可能な化学蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
(1)上記課題を解決するため、本開示の化学蓄熱装置は、収容部を内部に区画する反応器と、前記収容部に配置される蓄熱体と、前記収容部の少なくとも一部を複数の空間に仕切り、外面が前記蓄熱体に当接する仕切り部材と、を備え、前記仕切り部材は、反応媒体が通過し前記外面に開口する反応媒体流路を内部に区画することを特徴とする。
【0006】
収容部の少なくとも一部は、仕切り部材により、複数の空間に仕切られている。このため、蓄放熱時の体積変化(膨張、収縮)などにより、蓄熱体の少なくとも一部が崩れる場合であっても、蓄熱体が、複数の空間を跨いで流動するのを、抑制することができる。したがって、収容部における蓄熱密度の偏りを、抑制することができる。
【0007】
(1-1)上記(1)の構成において、前記仕切り部材は、水平方向成分を含む方向に延在する構成とする方がよい。ここで、「水平方向成分を含む方向」とは、例えば、水平方向、傾斜方向(水平方向および垂直方向(重力が作用する方向)に対して交差する方向)など、垂直方向以外の方向をいう。本構成によると、自重による蓄熱体の流下を抑制することができる。好ましくは、前記仕切り部材は、水平方向に延在する構成とする方がよい。本構成によると、より確実に、自重による蓄熱体の流下を抑制することができる。
【0008】
(1-2)上記(1-1)の構成において、前記収容部は、垂直方向に延在する垂直仕切り部材により、水平方向に並ぶ複数の部屋に仕切られ、前記仕切り部材は、水平方向に延在し、前記部屋を垂直方向に並ぶ複数の小部屋(空間)に仕切る構成とする方がよい。
【0009】
本構成によると、垂直仕切り部材により、収容部に、水平方向に複数の部屋を配置することができる。並びに、仕切り部材により、任意の単一の部屋に、垂直方向に並ぶ複数の小部屋を配置することができる。このため、蓄熱体が、複数の小部屋を跨いで、水平方向、垂直方向、傾斜方向に流動するのを、抑制することができる。したがって、収容部における蓄熱密度の偏りを、より確実に抑制することができる。
【0010】
(2)上記いずれかの構成において、前記仕切り部材は、前記収容部に単一または複数配置される構成とする方がよい。仕切り部材の配置数が単一の場合、収容部の容積を小さくすることができる。また、化学蓄熱装置の部品点数を削減し、構造を簡単にすることができる。仕切り部材の配置数が複数の場合、仕切り部材の配置数が単一の場合と比較して、収容部に、より多くの空間を区画することができる。このため、より確実に、収容部における蓄熱密度の偏りを、抑制することができる。
【0011】
(3)上記いずれかの構成において、前記仕切り部材は、前記外面を各々有する一対の外層部材と、一対の前記外層部材間に介在する中間層部材と、を有し、前記外層部材は、前記外面に開口する複数の開口部を有し、前記中間層部材は、沿層方向に展開し、複数の前記開口部に連通する拡散路を有し、前記反応媒体流路は、前記拡散路と、複数の前記開口部と、を有する構成とする方がよい。
【0012】
本構成によると、拡散路を介して、反応媒体を複数の開口部に拡散させることができる。また、拡散路を介して、反応媒体を複数の開口部から回収することができる。このため、反応媒体を蓄熱体の全体に拡散させやすい。また、反応媒体を蓄熱体の全体から回収しやすい。
【0013】
(3-1)上記(3)の構成において、前記外層部材は、前記開口部に配置され、前記収容部から前記拡散路への前記蓄熱体の流入を抑制するフィルタを有する構成とする方がよい。本構成によると、収容部の蓄熱体(例えば、粉化した蓄熱体)が中間層部材の拡散路に流れ込むのを、抑制することができる。
【0014】
(4)上記いずれかの構成において、前記仕切り部材は、表層部材と、前記表層部材の裏側に積層される裏層部材と、を有し、前記表層部材は、裏面に表側溝部を有し、前記裏層部材は、表面に、前記表側溝部に連通する裏側溝部を有し、前記反応媒体流路は、前記表側溝部と前記裏側溝部とが合体することにより、区画される構成とする方がよい。本構成によると、表層部材と裏層部材とを積層させることにより、簡単に、反応媒体流路を区画することができる。
【0015】
(4-1)上記(4)の構成において、表裏方向から見て、前記表側溝部と前記裏側溝部とは、互いに交差する方向に延在する構成とする方がよい。本構成によると、沿層方向(面方向)に、反応媒体を拡散させやすい。
【発明の効果】
【0016】
本開示の化学蓄熱装置によると、収容部における蓄熱体の流動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】
図1は、第一実施形態の化学蓄熱装置の斜視図である。
【
図2】
図2は、同化学蓄熱装置の分解斜視図である。
【
図3】
図3は、同化学蓄熱装置の部分透過斜視図である。
【
図4】
図4は、同化学蓄熱装置の複数の伝熱部材および複数の直接支持部材の合体斜視図である。
【
図5】
図5は、同化学蓄熱装置の複数の伝熱部材および複数の直接支持部材の分解斜視図である。
【
図6】
図6は、同化学蓄熱装置の前後方向断面図である。
【
図10】
図10は、同化学蓄熱装置の仕切り部材の分解斜視図である。
【
図12】
図12は、仕切り部材が配置されていない内側容器の軸直方向断面図である。
【
図13】
図13は、第二実施形態の化学蓄熱装置の前後方向部分断面図である。
【
図14】
図14は、同化学蓄熱装置の仕切り部材の上面図である。
【
図17】
図17は、第三実施形態の化学蓄熱装置の軸直方向断面図である。
【
図18】
図18(A)~
図18(G)は、その他の実施形態(その1~その7)の化学蓄熱装置の軸直方向部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本開示の化学蓄熱装置の実施の形態について説明する。
【0019】
<第一実施形態>
以下、本開示の化学蓄熱装置の実施の形態について説明する。以降の図において、前後方向は、内側容器、外側容器の軸方向に対応している。上下方向および左右方向のうち少なくとも一方は、内側容器、外側容器の軸直方向(軸方向に対して直交する方向。横断面方向。径方向)に対応している。
【0020】
図1に、本実施形態の化学蓄熱装置の斜視図を示す。
図2に、同化学蓄熱装置の分解斜視図を示す。
図3に、同化学蓄熱装置の部分透過斜視図を示す。
図4に、同化学蓄熱装置の複数の伝熱部材および複数の直接支持部材の合体斜視図を示す。
図5に、同化学蓄熱装置の複数の伝熱部材および複数の直接支持部材の分解斜視図を示す。
図6に、同化学蓄熱装置の前後方向(軸方向)断面図を示す。
図7に、
図6の枠VII内の拡大図を示す。
図8に、
図6のVIII-VIII方向(軸直方向)断面図を示す。
図9に、
図8の枠IX内の拡大図を示す。
図10に、同化学蓄熱装置の仕切り部材の分解斜視図を示す。
図11に、同仕切り部材の透過上面図を示す。なお、
図6は、
図8のVI-VI方向断面に対応する。
【0021】
図1においては、外側容器3の内部の内側容器2、伝熱部材取付板81、間接支持部材87を点線で示す。
図3においては、内側容器2、伝熱部材取付板81、間接支持部材87を透過して、内側容器2の内部(収容部22)の部材(伝熱部材5、仕切り部材6、直接支持部材7)を示す。また、蓄熱体4を省略する。
【0022】
[化学蓄熱装置の構成]
まず、本実施形態の化学蓄熱装置1の構成について説明する。
図1~
図11に示すように、本実施形態の化学蓄熱装置1は、内側容器2と、外側容器3と、蓄熱体4と、複数の伝熱部材5と、複数の仕切り部材6と、複数の直接支持部材7と、反応媒体給排管80と、伝熱部材取付板81と、熱媒体給排筒82と、隔壁83と、熱媒体供給管84と、熱媒体排出管85と、端板86と、複数の間接支持部材87と、二つの脚部88と、を備えている。
【0023】
(内側容器2)
図2、
図6、
図8に示すように、内側容器2は、金属製であって、前後方向(水平方向)に延在し、前側に開口する有底円筒状を呈している。内側容器2は、本開示の「反応器」の概念に含まれる。内側容器2の軸直方向断面の中心軸A1(
図6、
図8参照)は、前後方向に延在している。
【0024】
内側容器2は、側周壁部20と、端壁部21と、収容部22と、を備えている。側周壁部20は、前後方向に延在する円筒状を呈している。端壁部21は、側周壁部20の後端開口を封止している。収容部22は、内側容器2の内部に区画されている。
【0025】
図1~
図3、
図7~
図9に示すように、側周壁部20は、複数のスリット202を備えている。スリット202は、側周壁部20を左右方向に貫通している。複数のスリット202は、側周壁部20の左側部分と右側部分とに配置されている。左側部分、右側部分の各々において、複数のスリット202は、二列(延在方向は前後方向、並置方向は上下方向)に並んでいる。
【0026】
(外側容器3、脚部88)
図1、
図2、
図6、
図8に示すように、外側容器3は、金属製であって、前後方向に延在し、前側に開口する有底円筒状を呈している。すなわち、外側容器3の軸直方向断面の中心軸A2(
図6、
図8参照)は、前後方向に延在している。外側容器3は、内側容器2を、外側(中心軸A1、A2を中心とする径方向外側および後側(軸方向一方))から覆っている。中心軸A1と中心軸A2とは一致している。すなわち、外側容器3は、内側容器2と同軸上に配置されている。
【0027】
外側容器3は、側周壁部30と、端壁部31と、を備えている。側周壁部30は、前後方向に延在する円筒状を呈している。端壁部31は、側周壁部30の後端開口を封止している。端壁部31は、取付孔310を備えている。取付孔310は、端壁部31の径方向中心を、中心軸A2に沿って、前後方向に貫通している。
【0028】
外側容器3は、外側流路32を区画している。具体的には、外側流路32は、外側容器3の内面と、内側容器2の外面と、の間に区画されている。
図8に示すように、軸直方向断面において、外側流路32は、中心軸A2を中心とする円環状を呈している。
【0029】
図1に示すように、二つの脚部88は、外側容器3の前後両端部に配置されている。二つの脚部88は、工場の床面(図略)に立設されている。二つの脚部88は、外側容器3つまり化学蓄熱装置1を下側から支持している。
【0030】
(蓄熱体4)
図6、
図8、
図9に示すように、蓄熱体4は、収容部22に充填されている。蓄熱体4は、化学蓄熱材(脱水後は酸化カルシウム、水和後は水酸化カルシウム)製の蓄熱材粒子と、粘土鉱物と、を含んでいる。蓄熱体4は、水蒸気(H
2O)との化学反応(水和反応、脱水反応)により膨張、収縮可能である。水蒸気は、本開示の「反応媒体」の概念に含まれる。
【0031】
収容部22(詳しくは、収容部22のうち、部材(複数の伝熱部材5、複数の仕切り部材6、複数の直接支持部材7)が配置されていない部分)の容積は、水和反応による膨張後の蓄熱体4の体積よりも、小さい。このため、膨張後(水和反応後)において、蓄熱体4は、内側容器2の内面(収容部22を区画する面)、後述する複数の伝熱部材5の外面、複数の仕切り部材6の外面に圧接している。言い換えると、蓄熱体4は、これらの部材により拘束されている。
【0032】
(伝熱部材5)
図3~
図9に示すように、伝熱部材5は、金属製であって、U字の円管状を呈している。すなわち、伝熱部材5は、二つの直管部50と、曲管部51と、を備えている。直管部50は、前後方向に延在している。二つの直管部50は、上下方向に対向して配置されている。曲管部51は、後側に膨らむC字状に延在している。曲管部51は、二つの直管部50の後端部同士を連結している。
【0033】
伝熱部材5は、前端部(後述する伝熱部材取付板81の取付孔810に固定されている部分)を除いて、収容部22に収容されている。伝熱部材5は、蓄熱体4の内部に配置されている。伝熱部材5の外面は、蓄熱体4に当接している。伝熱部材5は、内部に熱媒体流路52を区画している。熱媒体は、熱媒体流路52を流動可能である。熱媒体は、伝熱部材5の壁部を介して、蓄熱体4と熱の授受を行う。
図8に示すように、収容部22において、複数の伝熱部材5の直管部50は、上下左右方向に並んでいる。
図6に示すように、複数の伝熱部材5は、収容部22(つまり蓄熱体4)の全体に配置されている。
【0034】
(直接支持部材7)
図3~
図6に示すように、直接支持部材7は、金属製であって、上下左右方向(垂直方向)に延在する円板状を呈している。直接支持部材7は、収容部22に配置されている。直接支持部材7の外周面は、内側容器2の側周壁部20の内面(収容部22を区画する面)に当接している。
【0035】
図6に示すように、複数の直接支持部材7は、所定間隔ずつ離間して、前後方向に並置されている。複数の直接支持部材7は、収容部22を、前後方向(水平方向)に並ぶ複数の部屋220に仕切っている。すなわち、直接支持部材7は、「収容部22を、水平方向に並ぶ複数の部屋220に仕切る垂直仕切り部材」としての機能を有している。
【0036】
直接支持部材7は、複数の支持孔70を備えている。支持孔70は、直接支持部材7を前後方向に貫通している。支持孔70には、伝熱部材5の直管部50が挿通されている。支持孔70つまり直接支持部材7は、伝熱部材5を、直接支持している。また、直接支持部材7は、伝熱部材5を、直接位置決めしている。
【0037】
(仕切り部材6)
図3、
図6~
図11に示すように、仕切り部材6は、金属製であって、前後左右方向(水平方向)に延在する中空平板状を呈している。仕切り部材6は、後述のスリット収容部65(スリット202に固定されている部分)を除いて、収容部22に収容されている。仕切り部材6は、蓄熱体4の内部に配置されている。仕切り部材6の外面(上面、下面)は、蓄熱体4に当接している。
【0038】
図8、
図9に示すように、任意の単一の部屋220には、上下二段に、二つの仕切り部材6が配置されている。上下二段の仕切り部材6は、部屋220を上下三つの小部屋220aに区画している。小部屋220aは、本開示の「空間」の概念に含まれる。このように、仕切り部材6は、任意の単一の部屋(収容部22の一部)220に、上下方向(垂直方向)に並ぶ複数の小部屋220aを配置している。複数の直接支持部材7および複数の仕切り部材6により、収容部22には、上下方向および前後方向に並ぶ、複数の小部屋220aが区画されている。
【0039】
図3、
図8、
図9に示すように、仕切り部材6の左右両縁には、一対のスリット収容部65が配置されている。スリット収容部65は、前後方向に延在する帯状を呈している。スリット収容部65のサイズは、スリット202のサイズと、一致している。一対のスリット収容部65は、内側容器2の一対のスリット202(
図8に示すように、左右方向に対向する一対のスリット202)に、収容されている。
【0040】
図8~
図10に示すように、仕切り部材6は、二層構造を呈している。仕切り部材6は、表層部材6Uと、裏層部材6Dと、を備えている。表層部材6Uは、平板状を呈している。表層部材6Uの下面(裏面)には、複数の表側溝部60Uが凹設されている。表側溝部60Uは、前後方向に延在している。複数の表側溝部60Uは、所定間隔ずつ離間して、左右方向に並んでいる。
【0041】
裏層部材6Dは、表層部材6Uの下側(裏側)に積層されている。裏層部材6Dは、平板状を呈している。上下方向(表裏方向)から見て、裏層部材6Dは、表層部材6Uと同一の形状を呈している。裏層部材6Dの上面(表面)には、複数の裏側溝部60Dが凹設されている。裏側溝部60Dは、左右方向に延在している。複数の裏側溝部60Dは、所定間隔ずつ離間して、前後方向に並んでいる。
【0042】
図11に示すように、上下方向から見て、表側溝部60Uと裏側溝部60D(点線で示す)とは互いに直交している。表側溝部60Uと裏側溝部60Dとの交差点Cは、仕切り部材6の全体に分布している。表側溝部60Uと裏側溝部60Dとは、複数の交差点Cを介して、互いに連通している。
【0043】
図8、
図9に示すように、仕切り部材6は、内部に内側流路60を区画している。内側流路60は、本開示の「反応媒体流路」の概念に含まれる。具体的には、内側流路60は、表層部材6Uと裏層部材6Dとの境界に区画されている。内側流路60は、表側溝部60Uと裏側溝部60Dとが合体することにより、区画されている。
【0044】
内側流路60は、二つの外側開口部600と、複数の内側開口部601と、を備えている。二つの外側開口部600は、一対のスリット収容部65の左右両端部に開設されている。すなわち、二つの外側開口部600は、内側容器2のスリット202を介して、内側容器2の外部(外側流路32)に開口している。
【0045】
図3に示すように、複数の内側開口部601は、仕切り部材6の壁部(収容部22に配置されている部分)に開設されている。具体的には、
図10に示すように、複数の内側開口部601は、表側溝部60U、裏側溝部60Dに開設されている。すなわち、左側から数えて偶数番目の表側溝部60Uの溝底部には、内側開口部601が開設されている。内側開口部601は、表層部材6Uを上下方向に貫通している。前側から数えて奇数番目の裏側溝部60Dの溝底部には、内側開口部601が開設されている。内側開口部601は、裏層部材6Dを上下方向に貫通している。
【0046】
図9に示すように、内側開口部601は、蓄熱体4に向かって開口している。内側開口部601の大きさ(口径)は、水蒸気が通過可能であって、蓄熱体4の蓄熱材粒子が通過しにくい大きさに設定されている。
【0047】
図9、
図11に示すように、複数の交差点Cには、一つおきに、一対の内側開口部601(表層部材6Uの内側開口部601、裏層部材6Dの内側開口部601)が配置されている。一対の内側開口部601は、上下方向に並んでいる。
【0048】
(反応媒体給排管80)
図1、
図2、
図6に示すように、反応媒体給排管80は、金属製であって、短軸円管状を呈している。反応媒体給排管80は、外側容器3の端壁部31の取付孔310に取り付けられている。反応媒体給排管80を介して、外側容器3の外部から外側流路32に、水蒸気が供給される。また、反応媒体給排管80を介して、外側流路32から外側容器3の外部に、水蒸気が排出される。
【0049】
(伝熱部材取付板81)
図1~
図3、
図6に示すように、伝熱部材取付板81は、金属製であって、上下左右方向に延在する円板状を呈している。伝熱部材取付板81は、内側容器2および外側容器3の前側に配置されている。伝熱部材取付板81は、内側容器2および外側容器3の前側開口を封止している。伝熱部材取付板81は、複数の取付孔810を備えている。取付孔810は、伝熱部材取付板81を前後方向に貫通している。取付孔810には、伝熱部材5の直管部50の前端部が取り付けられている。取付孔810つまり伝熱部材取付板81は、伝熱部材5を支持している。また、伝熱部材取付板81は、伝熱部材5を固定している。
【0050】
(熱媒体給排筒82)
図1、
図2、
図6に示すように、熱媒体給排筒82は、金属製であって、前後方向に延在する短軸円筒状を呈している。熱媒体給排筒82は、伝熱部材取付板81の前側に配置されている。伝熱部材取付板81は、熱媒体給排筒82の後端開口を封止している。熱媒体給排筒82は、中心軸A1、A2上に配置されている。熱媒体給排筒82は、二つの取付孔820を備えている。取付孔820は、熱媒体給排筒82の壁部を上下方向に貫通している。二つの取付孔820は、上下方向に対向して配置されている。
【0051】
(隔壁83)
図2、
図6に示すように、隔壁83は、金属製であって、前後左右方向(水平方向)に延在する平板状を呈している。隔壁83は、熱媒体給排筒82の内部空間を、下側の供給室830と、上側の排出室831と、に仕切っている。供給室830は下側の取付孔820に、排出室831は上側の取付孔820に、各々連通している。伝熱部材5の熱媒体流路52の一端(上流端)は、供給室830に連通している。伝熱部材5の熱媒体流路52の他端(下流端)は、排出室831に連通している。
【0052】
(熱媒体供給管84、熱媒体排出管85、端板86)
図1、
図2、
図6に示すように、熱媒体供給管84は、金属製であって、短軸円管状を呈している。熱媒体供給管84は、熱媒体給排筒82の下側の取付孔820に取り付けられている。熱媒体供給管84を介して、熱媒体給排筒82の外部から供給室830に、熱媒体が供給される。熱媒体排出管85は、金属製であって、短軸円管状を呈している。熱媒体排出管85は、熱媒体給排筒82の上側の取付孔820に取り付けられている。熱媒体排出管85を介して、排出室831から熱媒体給排筒82の外部に、熱媒体が排出される。端板86は、金属製であって、上下左右方向に延在する円板状を呈している。端板86は、熱媒体給排筒82の前端開口を封止している。
【0053】
(間接支持部材87)
図1~
図3、
図6~
図8に示すように、間接支持部材87は、金属製であって上下左右方向に延在する歯車円環状を呈している。間接支持部材87は、内側容器2の側周壁部20の外面と、外側容器3の側周壁部30の内面と、の間に配置されている。間接支持部材87により、内側容器2の側周壁部20の外面と、外側容器3の側周壁部30の内面と、の間に外側流路32が確保されている。複数の間接支持部材87は、前後方向に、所定間隔ずつ離間して配置されている。間接支持部材87の外周面には、径方向内側に凹む複数の開口部870が配置されている。複数の開口部870は、周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。開口部870を介して、外側流路32の各部は、前後方向に互いに連通している。間接支持部材87は、内側容器2を支持している。また、間接支持部材87は、内側容器2を位置決めしている。また、間接支持部材87は、内側容器2、直接支持部材7を介して、伝熱部材5を間接的に支持している。また、間接支持部材87は、内側容器2、直接支持部材7を介して、伝熱部材5を間接的に位置決めしている。
【0054】
(反応媒体ルートR1、熱媒体ルートR2)
図6~
図9に示すように、化学蓄熱装置1の外部と、収容部22の蓄熱体4と、の間には、外部から蓄熱体4に向かって、反応媒体給排管80、外側流路32、内側流路60を経由する、水蒸気用の反応媒体ルートR1が設定されている。
【0055】
図6に示すように、熱媒体供給管84と熱媒体排出管85との間には、熱媒体供給管84から熱媒体排出管85に向かって、供給室830、熱媒体流路52、排出室831を経由する、熱媒体用の熱媒体ルートR2が設定されている。
【0056】
[化学蓄熱装置の動き]
次に、本実施形態の化学蓄熱装置1の動きについて説明する。前述したように、蓄熱体4は、化学蓄熱材(脱水後は酸化カルシウム、水和後は水酸化カルシウム)製の蓄熱材粒子と、粘土鉱物と、を含んでいる。ここで、複数の蓄熱材粒子を含む造粒体を「蓄熱材顆粒」とする。また、収容部22に収容された蓄熱体4が未だ一度も水和反応していない状態を「初期状態」とする。
【0057】
(放熱時、水和反応時)
初期状態における蓄熱体4の蓄熱材顆粒中の蓄熱材粒子は、酸化カルシウム製である。放熱時においては、
図6~
図9に示す反応媒体ルートR1を介して、蓄熱体4の全体に水蒸気を供給する。水蒸気の供給により、蓄熱体4の化学蓄熱材(酸化カルシウム)は、以下の水和反応により、放熱し、水酸化カルシウムとなる。なお、Q1は放熱量である。
CaO+H
2O→Ca(OH)
2+Q1
水和反応により、蓄熱体4は膨張し、内側容器2の内面(収容部22を区画する面)、伝熱部材5の外面、仕切り部材6の外面に圧接する。すなわち、蓄熱体4は、これらの部材により拘束される。
【0058】
水和反応により発生した熱Q1は、蓄熱体4、直接支持部材7、伝熱部材5の壁部を介して、熱媒体流路52の熱媒体に移動する。熱Q1により加熱された熱媒体は、熱媒体ルートR2を介して、外部に流出する。
【0059】
(蓄熱時、脱水反応時)
蓄熱時においては、
図6~
図9に示す熱媒体ルートR2に高温の熱媒体を流動させる。熱媒体の熱は、伝熱部材5の壁部、直接支持部材7を介して、蓄熱体4に移動する。当該熱により加熱された蓄熱体4の化学蓄熱材(水酸化カルシウム)は、以下の脱水反応により、蓄熱し、酸化カルシウムとなる。なお、Q2は蓄熱量である。
Ca(OH)
2+Q2→CaO+H
2O
脱水反応により発生した水蒸気(H
2O)は、反応媒体ルートR1(
図6、
図7に示す矢印方向と反対方向)を介して、化学蓄熱装置1の外部に排出される。
【0060】
[作用効果]
次に、本実施形態の化学蓄熱装置1の作用効果について説明する。
図12に、仕切り部材が配置されていない内側容器の軸直方向断面図を示す。なお、
図8と対応する部位については、同じ符号で示す。
図12に示すように、収容部22には、
図8に示す仕切り部材6が配置されていない。このため、部屋220は、分断されておらず、単一の空間である。したがって、蓄放熱時の体積変化(膨張、収縮)などにより、蓄熱体4の少なくとも一部が崩れると、部屋220における蓄熱体4の密度(蓄熱密度)は、上側部分が疎に、下側部分が密に、なりやすい。よって、収容部22の上側部分において、発熱量が低下してしまう。また、部屋220の下側部分において、水蒸気の流動性が低下し、反応性が低下してしまう。この点、
図6~
図8に示すように、部屋220(収容部22の一部)は、仕切り部材6により、複数の小部屋220aに仕切られている。このため、蓄放熱時の体積変化などにより、蓄熱体4の少なくとも一部が崩れる場合であっても、蓄熱体4が、複数の小部屋220aを跨いで流動するのを、抑制することができる。したがって、収容部22における蓄熱密度の偏りを、抑制することができる。
【0061】
また、
図12に強調して示すように、蓄熱体4の少なくとも一部が崩れると、伝熱部材5の直管部50の下側部分と蓄熱体4との間に、隙間Dが発生しやすい。このため、伝熱効率が低い。この点、
図6~
図8に示すように、部屋220は、仕切り部材6により、複数の小部屋220aに仕切られている。このため、蓄熱体4の少なくとも一部が崩れる場合であっても、蓄熱体4が、複数の小部屋220aを跨いで流動するのを、抑制することができる。したがって、
図12に示す隙間Dの発生を、抑制することができる。このように、本実施形態の化学蓄熱装置1によると、蓄放熱時における伝熱効率を高くすることができる。
【0062】
図3、
図6~
図8に示すように、仕切り部材6は、仕切り機能(部屋220(収容部22の一部)を仕切る機能)と、反応媒体供給機能(蓄熱体4に水蒸気を供給する機能、および蓄熱体4から水蒸気を回収する機能)と、を併有している。このため、仕切り機能のみを有する部材と、反応媒体供給機能のみを有する部材と、を別々に収容部22に配置する場合と比較して、収容部22の容積を小さくすることができる。また、化学蓄熱装置1の部品点数を削減し、構造を簡単にすることができる。
【0063】
図3、
図6~
図8に示すように、仕切り部材6は、水平方向に延在している。このため、自重による蓄熱体4の流下を抑制することができる。また、収容部22は、上下左右方向(垂直方向)に延在する直接支持部材7により、前後方向(水平方向)に並ぶ複数の部屋220に仕切られている。並びに、複数の部屋220は、各々、前後左右方向(水平方向)に延在する仕切り部材6により、上下方向(垂直方向)に並ぶ複数の小部屋220aに仕切られている。すなわち、収容部22は、水平方向および垂直方向に並ぶ複数の小部屋220aに仕切られている。このため、蓄熱体4が、複数の小部屋220aを跨いで、水平方向、垂直方向、傾斜方向(水平方向および垂直方向(重力が作用する方向)に対して交差する方向)に流動するのを、抑制することができる。したがって、収容部22における蓄熱密度の偏りを、より確実に抑制することができる。
【0064】
図3、
図6~
図8に示すように、収容部22には、複数の仕切り部材6が配置されている。このため、収容部22に、単一の仕切り部材6が配置されている場合と比較して、より多くの小部屋220aを区画することができる。このため、より確実に、収容部22における蓄熱密度の偏りを、抑制することができる。
【0065】
図8~
図11に示すように、内側流路60は、表側溝部60Uと裏側溝部60Dとが合体することにより、区画されている。このため、表層部材6Uと裏層部材6Dとを積層させることにより、簡単に、内側流路60を区画することができる。
【0066】
図6~
図9に示すように、仕切り部材6は、蓄熱体4の内部に配置されている。仕切り部材6の内部には、内側流路60が区画されている。内側流路60の内側開口部601は、蓄熱体4に向かって開口している。このため、内側流路60を介して、蓄熱体4の内部に水蒸気を供給することができる。したがって、蓄熱体4の全体に水蒸気が拡散しやすい。また、内側流路60を介して、蓄熱体4の内部から水蒸気を回収することができる。したがって、蓄熱体4の全体から水蒸気を回収しやすい。このように、本実施形態の化学蓄熱装置1によると、蓄放熱時における反応効率を高くすることができる。
【0067】
図3~
図7に示すように、本実施形態の化学蓄熱装置1は、蓄熱体4の内部に、直接支持部材7を備えている。直接支持部材7は、伝熱部材5を直接支持している。このため、伝熱部材5が変形しにくい。具体的には、伝熱部材5が、前端部(伝熱部材取付板81に固定されている部分)を支点に、片持ち梁状に下側に湾曲しにくい。したがって、蓄熱体4に対する伝熱部材5の位置が変化しにくく、蓄熱体4と伝熱部材5との間に隙間が発生しにくい。よって、放熱時において、蓄熱体4の全体から伝熱部材5に、熱を回収しやすい。また、蓄熱時において、伝熱部材5から蓄熱体4の全体に、熱を供給しやすい。このように、本実施形態の化学蓄熱装置1によると、蓄放熱時における伝熱効率を高くすることができる。
【0068】
図1~
図3、
図6~
図8に示すように、本実施形態の化学蓄熱装置1は、内側容器2と外側容器3との間に、間接支持部材87を備えている。間接支持部材87は、内側容器2を支持している。このため、内側容器2が変形しにくい。具体的には、内側容器2が、前端部(伝熱部材取付板81に固定されている部分)を支点に、片持ち梁状に下側に湾曲しにくい。したがって、
図8に示す環状の外側流路32の流路面積がばらつく(上側部分が広くなり、下側部分が狭くなる)のを、抑制することができる。
【0069】
また、内側容器2を片持ち梁状に支持する場合、内側容器2の湾曲を抑制するために、内側容器2自体の構造を重厚化する必要がある。このため、熱ロスが増加する。これに対して、間接支持部材87を配置すると、内側容器2自体の構造を重厚化する必要がない。このため、熱ロスを削減することができる。
【0070】
図6、
図7に示すように、間接支持部材87は、内側容器2、直接支持部材7を介して、伝熱部材5を間接的に支持している。このため、蓄熱体4に対する伝熱部材5の位置が変化しにくい。よって、放熱時において、蓄熱体4の全体から伝熱部材5に、熱を回収しやすい。また、蓄熱時において、伝熱部材5から蓄熱体4の全体に、熱を供給しやすい。よって、蓄放熱時における伝熱効率を高くすることができる。また、間接支持部材87と直接支持部材7とは、側周壁部20を介して、径方向に並んでいる。このため、伝熱部材5の位置決め精度が高い。
【0071】
図3、
図6~
図9に示すように、仕切り部材6の内側流路60は、複数の内側開口部601を備えている。すなわち、内側流路60は、蓄熱体4に対して複数の箇所で開口している。このため、水蒸気を蓄熱体4の全体に拡散させやすい。また、蓄熱体4の全体から水蒸気を回収しやすい。
【0072】
また、複数の内側開口部601は、仕切り部材6の壁部(収容部22に配置されている部分)の全体に亘って、所定間隔ずつ離間して、分布している。また、複数の内側開口部601は、蓄熱体4の前後方向全長に亘って、所定間隔ずつ離間して、分布している。このため、水蒸気を蓄熱体4の全体に拡散させやすい。また、蓄熱体4の全体から水蒸気を回収しやすい。
【0073】
図1、
図2、
図6~
図9に示すように、本実施形態の化学蓄熱装置1は外側容器3を備えている。このため、内側容器2の外面を利用して、外側流路32を区画することができる。すなわち、内側容器2の壁部(側周壁部20、端壁部21)を隔てて、内側に収容部22を、外側に外側流路32を区画することができる。このため、省スペース性に優れている。
【0074】
図6~
図8に示すように、収容部22には、複数の伝熱部材5が配置されている。このため、伝熱部材5の表面積を広くすることができる。したがって、熱媒体と蓄熱体4との間の伝熱性を高くすることができる。
【0075】
図6~
図8に示す収容部22の容積は、水和反応による膨張後の蓄熱体4の体積よりも、小さい。このため、収容部22にデッドスペースが発生するのを、抑制することができる。また、蓄熱体4の膨張時において、蓄熱体4を伝熱部材5に押し付けることができる。このため、熱媒体と蓄熱体4との間の伝熱性を高くすることができる。また、蓄熱体4の膨張時において、蓄熱体4を内側流路60の内側開口部601に押し付けることができる。このため、反応効率を高くすることができる。
【0076】
図3に示すように、内側容器2の内部(収容部22)には、複数の伝熱部材5、複数の仕切り部材6、複数の直接支持部材7が、入り組んで配置されている。このため、収容部22の形状は複雑である。この点、初期状態における蓄熱体4は、蓄熱材顆粒の集合体(粉状体)である。このため、初期状態から初回の放熱時(水和反応時)において蓄熱体4が膨張する際、蓄熱材顆粒は、適度に解砕しながら(例えば、蓄熱材顆粒は、塊状体(複数の蓄熱材粒子の結合体)や蓄熱材粒子などに、崩壊しながら)、収容部22の形状に沿って、収容部22の隅々にまで行き渡ることができる。したがって、収容部22の形状が複雑であるにもかかわらず、収容部22にデッドスペースが発生するのを、抑制することができる。
【0077】
また、蓄熱体4が適度に解砕しながら膨張するため、蓄熱体4が成形体(蓄熱材粒子や蓄熱材顆粒のプレス成形体を焼成したもの。本開示の「蓄熱体」の概念には、当該成形体も含まれる。)である場合と比較して、膨張圧を小さくすることができる。したがって、内側容器2や収容部22に配置されている各部材(伝熱部材5、仕切り部材6、直接支持部材7)に過度な耐圧構造(例えば、壁部の壁厚増加、補強、材料変更など)を付与する必要がない。
【0078】
また、蓄熱体4は蓄熱材顆粒の集合体である。このため、蓄熱体4が成形体である場合と比較して、体積変化の繰り返しにより、蓄熱体4が微粉化しやすい。したがって、蓄熱体4は収容部22を流下しやすい(
図12参照)。この点、
図6~
図8に示すように、部屋220は、仕切り部材6により、複数の小部屋220aに仕切られている。このため、蓄熱体4が、蓄熱材顆粒の集合体であるにもかかわらず、部屋220を流下するのを抑制することができる。また、
図12に示す隙間Dの発生を、抑制することができる。このように、仕切り部材6は、蓄熱体4が蓄熱材顆粒の集合体である場合のデメリット(流動性が高いこと)を、補うことができる。
【0079】
<第二実施形態>
本実施形態の化学蓄熱装置と、第一実施形態の化学蓄熱装置との相違点は、主に、仕切り部材が、二層構造ではなく、三層構造を呈している点である。ここでは、主に相違点について説明する。
【0080】
図13に、本実施形態の化学蓄熱装置の前後方向部分断面図を示す。
図14に、同化学蓄熱装置の仕切り部材の上面図を示す。
図15に、
図13の枠XV内の拡大図を示す。
図16に、
図14の枠XVI内の拡大図を示す。
【0081】
なお、これらの図において、
図7、
図11と対応する部位については、同じ符号で示す。また、
図13は、
図6、
図7の枠VIIに対応する。また、
図14においては、中心軸A1より右側の部分を、第一外層部材6Aを削除した上面図で示す。
【0082】
図13~
図15に示すように、仕切り部材6は、三層構造を有している。仕切り部材6は、上側から下側に向かって、第一外層部材6Aと、中間層部材6Bと、第二外層部材6Cと、を備えている。第一外層部材6A、第二外層部材6Cは、本開示の「外層部材」の概念に含まれる。
【0083】
第一外層部材6A、第二外層部材6Cは、いわゆるパンチングメタルである。すなわち、第一外層部材6A、第二外層部材6Cは、各々、金属製であって、平板状を呈している。第二外層部材6Cは、第一外層部材6Aの下側に配置されている。上下方向(表裏方向)から見て、第二外層部材6Cは、第一外層部材6Aと同一の形状を呈している。
【0084】
中間層部材6Bは、いわゆるエキスパンドメタルである。すなわち、中間層部材6Bは、金属製であって、メッシュ板状を呈している。具体的には、中間層部材6Bは、複数の波状(左右方向が波長方向。前後方向が振幅方向)の延在部60Bを備えている。複数の延在部60Bは、前後方向に並んでいる。複数の延在部60Bは、前端部600F、後端部600R(振幅の絶対値が最大になる部分)で、互いに連なっている。具体的には、
図15に示すように、任意の延在部60Bの後端部600Rは、当該延在部60Bの後側に連なる延在部60Bの前端部600Fに、上側から連なっている。
図15、
図16(点線ハッチング部分)に示すように、後端部600Rの上面は、第一外層部材6Aの下面(内面)に、接合されている。前端部600Fの下面は、第二外層部材6Cの上面(内面)に、接合されている。
【0085】
図15に示すように、中間層部材6Bは、全体的に上下方向に波打っている。このため、第一外層部材6Aと第二外層部材6Cとの間には、水平方向(沿層方向。中間層部材6Bの層展開方向)に展開される拡散路600Bが区画されている。このように、中間層部材6Bは、拡散路600Bを確保するスペーサーとしての機能を有している。
【0086】
図14に示すように、内側流路60は、仕切り部材6の内部に区画されている。内側流路60は、二つの外側開口部600と、複数の内側開口部601と、拡散路600Bと、を備えている。内側開口部601は、本開示の「開口部」の概念に含まれる。二つの外側開口部600は、一対のスリット収容部65の左右両端部に開設されている。すなわち、二つの外側開口部600は、内側容器2のスリット202を介して、内側容器2の外部(前出の
図8に示す外側流路32)に開口している。
【0087】
図14、
図15に示すように、複数の内側開口部601は、第一外層部材6A、第二外層部材6Cに開設されている。内側開口部601は、第一外層部材6Aの上面(外面)、第二外層部材6Cの下面(外面)に開口している。複数の内側開口部601は、第一外層部材6A、第二外層部材6Cの全体に亘って、所定間隔ずつ離間して、分布している。内側開口部601は、蓄熱体4に向かって開口している。内側開口部601の大きさ(口径)は、水蒸気が通過可能であって、蓄熱体4の蓄熱材粒子が通過しにくい大きさに設定されている。拡散路600Bは、二つの外側開口部600と、複数の内側開口部601と、を連結している。
【0088】
本実施形態の化学蓄熱装置と、第一実施形態の化学蓄熱装置とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の化学蓄熱装置によると、拡散路600Bを介して、水蒸気を複数の内側開口部601に拡散させることができる。また、拡散路600Bを介して、水蒸気を複数の内側開口部601から回収することができる。このため、水蒸気を蓄熱体4の全体に拡散させやすい。また、水蒸気を蓄熱体4の全体から回収しやすい。
【0089】
また、第一外層部材6A、第二外層部材6Cは、汎用のパンチングメタルである。同様に、中間層部材6Bは、汎用のエキスパンドメタルである。このため、第一のパンチングメタルと、エキスパンドメタルと、第二のパンチングメタルと、を積層し、接合することにより、簡単に、仕切り部材6を作製することができる。
【0090】
<第三実施形態>
本実施形態の化学蓄熱装置と、第一実施形態の化学蓄熱装置との相違点は、主に、収容部に、複数ではなく、単一の仕切り部材が配置されている点である。ここでは、主に相違点について説明する。
【0091】
図17に、本実施形態の化学蓄熱装置の軸直方向断面図を示す。なお、
図8と対応する部位については、同じ符号で示す。
図17に示すように、内側容器2の内部には、単一の収容部22が区画されている。収容部22には、前出の
図3~
図6に示す直接支持部材7が配置されていない。収容部22の上下方向中央には、単一の仕切り部材6が配置されている。仕切り部材6は、収容部22を、上下方向(垂直方向)に並ぶ二つの部屋220に仕切っている。部屋220は、本開示の「空間」の概念に含まれる。
【0092】
本実施形態の化学蓄熱装置と、第一実施形態の化学蓄熱装置とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の化学蓄熱装置によると、単一の仕切り部材6により、収容部22に、上下二つの部屋220が区画されている。このように、収容部22における仕切り部材6の配置数は単一でもよい。
【0093】
<その他>
以上、本開示の化学蓄熱装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【0094】
[構造]
上述の実施形態の化学蓄熱装置1のうち、任意の実施形態の化学蓄熱装置1の部材は、他の実施形態の化学蓄熱装置1に、組み込むことができる。例えば、
図17に示す化学蓄熱装置1に、
図14に示す仕切り部材6を組み込んでもよい。
【0095】
(内側容器2、外側容器3)
内側容器2の形状は特に限定しない。直筒状(I字筒状)、曲筒状(C字筒状、S字筒状など)、直筒部と曲筒部とを適宜組み合わせた形状(J字筒状、U字筒状など)であってもよい。円(真円形、楕円形など)筒状、多角形(三角形、四角形、五角形、六角形など)筒状であってもよい。内側容器2が直筒状の場合、内側容器2の軸方向は特に限定しない。水平方向、垂直方向、水平方向および垂直方向に対して傾斜する方向であってもよい。内側容器2に関する上述の事項は、外側容器3についても同様である。
【0096】
外側容器3の形状と内側容器2の形状とは、同一であっても異なっていてもよい。例えば、外側容器3が多角形筒状、内側容器2が円筒状であってもよい。あるいは、その逆であってもよい。また、外側容器3と内側容器2とは、同軸上に配置されていても、配置されていなくてもよい。すなわち、外側容器3の中心軸A2と内側容器の中心軸A1とは、一致していても異なっていてもよい。互いの中心軸A1、A2が異なる場合、二つの中心軸A1、A2は、平行に配置されていても、互いに交差する方向に配置されていてもよい。外側容器3に対する内側容器2の配置数は特に限定しない。単一の外側容器3に対して、単一または複数の内側容器2を配置してもよい。外側容器3の代わりに、内側容器2から独立して、仕切り部材6に反応媒体(水蒸気)を供給するヘッダー、マニホールドなどを配置してもよい。
【0097】
(伝熱部材5)
伝熱部材5の形状は特に限定しない。伝熱部材5が管状である場合、直管状(I字管状)、曲管状(C字管状、S字管状など)、直管部と曲管部とを適宜組み合わせた形状(J字管状、U字管状など)であってもよい。円形管状、多角形管状であってもよい。伝熱部材5は、内部に熱媒体流路52を区画し、外面が蓄熱体4に当接する中空板状であってもよい。また、伝熱部材5は、内部に環状の熱媒体流路52を区画し、外面および内面が蓄熱体4に当接する二重管状(外周壁部の形状と内周壁部の形状とは、同一でも異なっていてもよい)であってもよい。伝熱部材5が直管状、平板状の場合、伝熱部材5の軸方向は特に限定しない。水平方向、垂直方向、水平方向および垂直方向に対して傾斜する方向であってもよい。また、蓄熱体4の内部における伝熱部材5の配置数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。蓄熱体4の内部に伝熱部材5を配置しなくてもよい。この場合、側周壁部20や端壁部21を介して、伝熱を行えばよい。また、蓄熱体4の内部に対する伝熱部材5のパス数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。また、蓄熱体4の内部における伝熱部材5の位置は特に限定しない。また、伝熱部材5の外面(蓄熱体4に当接する面)および内面(熱媒体に当接する面)のうち少なくとも一方に、伝熱面積拡張部材(フィンなど)を配置してもよい。
【0098】
(仕切り部材6)
仕切り部材6の形状は特に限定しない。中空平板状、中空曲板状などであってもよい。仕切り部材6の延在方向は特に限定しない。水平方向、垂直方向、傾斜方向であってもよい。また、蓄熱体4の内部における仕切り部材6の配置数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。
図6に示す複数の部屋220における、部屋220ごとの仕切り部材6の配置数は、同一でも異なっていてもよい。すなわち、
図8に示す複数の小部屋220aの上下方向幅は、同一でも異なっていてもよい。例えば、仕切り部材6を、蓄熱体4が崩壊しにくい部屋220に疎に、蓄熱体4が崩壊しやすい部屋220に密に、配置してもよい。
【0099】
図11、
図14に示す外側開口部600、内側開口部601の形状、大きさ、位置、配置数などは特に限定しない。
図10に示す表層部材6U、裏層部材6Dのうち、一方に、格子状の溝部(
図11に示す複数の表側溝部60Uおよび複数の裏側溝部60D)を凹設してもよい。この場合、他方は、格子状の溝部を覆う平面状の内面を有する平板状であってもよい。
【0100】
また、仕切り部材6の内側流路60の少なくとも一部に、水蒸気が通過可能であって、蓄熱体4の蓄熱材粒子が通過しにくいフィルタを配置してもよい。
図18(A)~
図18(G)に、その他の実施形態(その1~その7)の化学蓄熱装置の軸直方向部分断面図を示す。なお、
図18(A)~
図18(G)に示す部分は、
図9の枠XVIIIに対応している。
図18(A)に示すように、表層部材6U、裏層部材6D各々の内側開口部601に、フィルタ(多孔質体)90aを埋設してもよい。
図18(B)に示すように、
図18(A)のフィルタ90aに加えて、内側開口部601の孔軸方向一方(仕切り部材6の外側)の開口を、フィルタ(多孔質シート)90bで覆ってもよい。
図18(C)に示すように、
図18(A)のフィルタ90aに加えて、内側開口部601の孔軸方向他方(仕切り部材6の内側)の開口を、フィルタ90bで覆ってもよい。
図18(D)に示すように、
図18(A)のフィルタ90aに加えて、内側開口部601の孔軸方向両外側の開口を、各々、フィルタ90bで覆ってもよい。
図18(E)に示すように、内側開口部601の孔軸方向一方の開口を、フィルタ90bで覆ってもよい。
図18(F)に示すように、内側開口部601の孔軸方向他方の開口を、フィルタ90bで覆ってもよい。
図18(G)に示すように、内側開口部601の孔軸方向両外側の開口を、各々、フィルタ90bで覆ってもよい。
図18(A)~
図18(G)によると、反応媒体流路60にフィルタ90a、90bが配置されていない場合と比較して、より確実に、水蒸気の通過許容と、蓄熱体4の漏出抑制と、を両立させることができる。
【0101】
また、
図18(A)~
図18(D)によると、蓄熱体4が内側開口部601に入り込むのを、抑制することができる。また、仕切り部材6の壁部自体がフィルタ(多孔質体)90aである場合と比較して、内側開口部601ごとにフィルタ90aが配置されているため、任意のフィルタ90aに入ったクラックが、他のフィルタ90aに伝播しにくい。
【0102】
また、
図18(B)、
図18(D)、
図18(E)、
図18(G)によると、内側開口部601の孔軸方向一方(仕切り部材6の外側)の開口を、フィルタ(多孔質シート)90bで覆っているため、蓄熱体4が内側開口部601に入り込むのを、抑制することができる。
【0103】
また、
図18(C)、
図18(D)、
図18(F)、
図18(G)によると、内側開口部601の孔軸方向他方(仕切り部材6の内側)の開口を、フィルタ(多孔質シート)90bで覆っているため、蓄熱体4が仕切り部材6に入り込むのを、抑制することができる。
【0104】
なお、表層部材6Uの内側開口部601だけに、フィルタ90a、90bを配置してもよい。同様に、裏層部材6Dの内側開口部601だけに、フィルタ90a、90bを配置してもよい。また、
図14、
図15に示す仕切り部材6の外層部材(第一外層部材6Aおよび第二外層部材6Cのうち、少なくとも一方)の内側開口部601に、
図18(A)~
図18(G)に示すフィルタ90a、90bを配置してもよい。以上まとめると、フィルタは、表層部材6U、裏層部材6D、第一外層部材6A、第二外層部材6Cのうち、少なくとも一つの部材の、内側開口部601の孔内、孔外(孔軸方向両外側のうち、少なくとも一方)のうち、少なくとも一方に、配置すればよい。
【0105】
図10に示す表層部材6Uの下面(内面)および裏層部材6Dの上面(内面)のうち、少なくとも一方に複数の凸部を配置してもよい。こうすると、複数の凸部により、表層部材6Uの下面と裏層部材6Dとの間に、空間つまり内側流路60を区画することができる。
【0106】
図14に示す中間層部材6Bの構成は特に限定しない。例えば、第一外層部材6Aと第二外層部材6Cとの間に、複数のスペーサーを介在させてもよい。第一外層部材6Aと第二外層部材6Cとの間に、拡散路600Bを確保できればよい。
【0107】
(支持部材)
直接支持部材7の形状は特に限定しない。板状、棒状などであってもよい。収容部22における直接支持部材7の配置数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。直接支持部材7は、内側容器2と別部材であってもよい。また、直接支持部材7は、内側容器2と一体化されていてもよい。伝熱部材5の配置数と、直接支持部材7の配置数と、は同一でも異なっていてもよい。単一の伝熱部材5を複数の直接支持部材7で支持してもよい。複数の伝熱部材5を単一の直接支持部材7で支持してもよい。複数の伝熱部材5を複数の直接支持部材7で支持してもよい。収容部22における直接支持部材7の位置は特に限定しない。伝熱部材5の軸方向長さ、強度、複数の部屋220の容積などを考慮して、直接支持部材7の位置を決めればよい。化学蓄熱装置1に、直接支持部材7が配置されていなくてもよい。
【0108】
間接支持部材87の形状は特に限定しない。板状、棒状などであってもよい。外側流路32における間接支持部材87の配置数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。間接支持部材87は、内側容器2、外側容器3と別部材であってもよい。間接支持部材87は、内側容器2または外側容器3と一体化されていてもよい。内側容器2の配置数と、間接支持部材87の配置数と、は同一でも異なっていてもよい。単一の内側容器2を複数の間接支持部材87で支持してもよい。複数の内側容器2を単一の間接支持部材87で支持してもよい。複数の内側容器2を複数の間接支持部材87で支持してもよい。外側流路32における間接支持部材87の位置は特に限定しない。内側容器2の軸方向長さ、強度などを考慮して、間接支持部材87の位置を決めればよい。化学蓄熱装置1に、間接支持部材87が配置されていなくてもよい。開口部870の形状、配置数、位置などは特に限定しない。外側流路32の全体が、開口部870を介して、連通すればよい。
【0109】
[材料]
化学蓄熱装置1を構成する各部材(内側容器2、外側容器3、伝熱部材5、仕切り部材6、直接支持部材7、間接支持部材87、反応媒体給排管80、伝熱部材取付板81、熱媒体給排筒82、隔壁83、熱媒体供給管84、熱媒体排出管85、端板86)の材質は特に限定しない。強度、比熱、作動温度などを考慮して、金属(例えば、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、鉄など)、セラミック、樹脂などを用いればよい。
【0110】
反応媒体の流動性を確保するために、内側容器2、仕切り部材6、間接支持部材87は、多孔性を有するメッシュ部材(パンチングメタル、メッシュフィルタ、樹脂製の不織布など)製であってもよい。
図14に示す中間層部材6Bの材質は特に限定しない。エキスパンドメタル、金網(織金網、クリンプ金網、溶接金網、焼結金網など)、メッシュなどであってもよい。中間層部材6Bの内部に拡散路600Bを確保できればよい。
図18(A)~
図18(G)に示すフィルタ(多孔質体)90a、フィルタ(多孔質シート)90bの材質は特に限定しない。例えば、セラミック、焼結金属、樹脂、金網(織金網、クリンプ金網、溶接金網、焼結金網など)、メッシュなどが含まれる。
【0111】
蓄熱体4の蓄熱材粒子に用いられる化学蓄熱材の種類は特に限定しない。例えば、アルカリ土類金属(Mg、Ca、Sr、Baなど)の化合物(酸化物、水酸化物、炭酸化物、塩化物、硫酸化物など)であってもよい。化合物は、アルカリ土類金属を一種以上含んでいればよい。具体的には、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化バリウム(Ba(OH)2)、マグネシウムとカルシウムの複合水酸化物、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、マグネシウムとカルシウムの複合酸化物などであってもよい。
【0112】
蓄熱材粒子の平均一次粒子径は特に限定しない。例えば、0.1μm以上10μm以下であればよい。平均一次粒子径は、例えば、レーザー回折法により求められる蓄熱材粒子の粒度分布(粒径分布)のメディアン径である。
【0113】
蓄熱体4に含まれる粘土鉱物の種類は特に限定しない。例えば、セピオライト、アタパルジャイト、カオリナイト、ベントナイトなどであってもよい。これらの粘土鉱物は、単体で、あるいは二種以上混合して、用いることができる。粘土鉱物の繊維径は特に限定しない。
【0114】
蓄熱体4の形態は特に限定しない。粉体状であっても、塊状であってもよい。塊状の場合、成形体(蓄熱材粒子や蓄熱材顆粒のプレス成形体を焼成したもの)であってもよい。反応媒体の種類は特に限定しない。化学蓄熱材の種類に応じて、例えば、水蒸気(水)、アンモニアなどを用いることができる。熱媒体の種類は特に限定しない。例えば、水蒸気(水)、オイル(シリコンオイルなど)、空気などを用いることができる。反応媒体、熱媒体は、気体でも液体でもよい。流動性を有していればよい。
【符号の説明】
【0115】
1:化学蓄熱装置、2:内側容器(反応器)、20:側周壁部、21:端壁部、22:収容部、202:スリット、220:部屋(空間)、220a:小部屋(空間)、3:外側容器、30:側周壁部、31:端壁部、310:取付孔、32:外側流路、4:蓄熱体、5:伝熱部材、50:直管部、51:曲管部、52:熱媒体流路、6:仕切り部材、6A:第一外層部材(外層部材)、6B:中間層部材、6C:第二外層部材(外層部材)、6D:裏層部材、6U:表層部材、60:内側流路(反応媒体流路)、600:外側開口部、601:内側開口部(開口部)、60B:延在部、60D:裏側溝部、60U:表側溝部、65:スリット収容部、600B:拡散路、600F:前端部、600R:後端部、7:直接支持部材、70:支持孔、80:反応媒体給排管、81:伝熱部材取付板、810:取付孔、82:熱媒体給排筒、820:取付孔、83:隔壁、830:供給室、831:排出室、84:熱媒体供給管、85:熱媒体排出管、86:端板、87:間接支持部材、870:開口部、88:脚部、A1:中心軸、A2:中心軸、C:交差点、R1:反応媒体ルート、R2:熱媒体ルート。