特許 7456112 化学蓄熱反応器

(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】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】化学蓄熱反応器

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019186244

(22)【出願日】2019-10-09

(65)【公開番号】P2021060177

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-07-04

(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】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】望月 美代

(72)【発明者】

【氏名】福井 健二

(72)【発明者】

【氏名】山内 崇史

(72)【発明者】

【氏名】山下 真彦

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１６３６７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２０４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０５５２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ２０／００－２０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学蓄熱反応器であって、
反応媒体と結合することで発熱し、前記反応媒体が脱離することで蓄熱する複数の蓄熱材であって、それぞれが円柱形状を有する複数の蓄熱材と、
複数の前記蓄熱材のそれぞれを収容する複数の収容部が形成されている１つの多孔質部材からなる拘束部材と、
前記拘束部材を収容する反応容器と、を備え、
前記拘束部材は、
外壁面が前記反応容器の内壁面に沿うように形成されており、
前記収容部の内壁面が前記蓄熱材の外壁面に沿うように形成されており、
前記反応容器の内側は、
前記拘束部材の外形と略同形状に形成されており、
複数の前記蓄熱材と前記拘束部材とによって占有されている、
化学蓄熱反応器。

【請求項2】

請求項１に記載の化学蓄熱反応器であって、
前記収容部は、前記多孔質部材に形成された有底孔であり、
前記反応容器は、前記蓄熱材と反応する反応媒体が通る供給口を有しており、
前記供給口は、前記多孔質部材を介して、前記有底孔に収容されている前記蓄熱材の底面部と対向している、
化学蓄熱反応器。

【請求項3】

請求項１に記載の化学蓄熱反応器であって、
前記収容部は、前記多孔質部材に形成された貫通孔であり、
前記反応容器は、前記蓄熱材と反応する反応媒体が通る供給口を有しており、
前記供給口は、前記多孔質部材を介して、前記貫通孔に収容されている前記蓄熱材の側面部と対向している、
化学蓄熱反応器。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の化学蓄熱反応器であって、
前記拘束部材は、金属製の多孔質部材から形成されている、
化学蓄熱反応器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化学蓄熱反応器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄熱材と反応媒体との化学反応を利用して熱を出し入れする化学蓄熱反応器が知られている。化学蓄熱反応器では、一般的に、蓄熱材と反応媒体とが結合することで発熱し、蓄熱材から反応媒体が脱離することで蓄熱し、外部との熱交換を行う。例えば、特許文献１には、円柱形状の蓄熱材と、蓄熱材の外壁を覆う筒状の拘束カバーとを有する複数の蓄熱体を反応容器内に積層して配置し、隣り合う蓄熱体の間の隙間を反応媒体が通る流路とする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１２０３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のような先行技術によっても、外部との熱交換性を向上する技術については、なお、改善の余地があった。例えば、特許文献１に記載の化学蓄熱反応器では、円柱形状の蓄熱体がそれぞれの軸心が略平行となるように積層されているため、蓄熱体で発生した熱は、隣り合う蓄熱体の間の隙間や反応容器との間の空間にある流体を介して反応容器に伝わる。このため、蓄熱体で発生する熱が反応容器に伝わりにくく、外部との熱交換性が低下する。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、化学蓄熱反応器において、外部との熱交換性を向上する技術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】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、化学蓄熱反応器が提供される。この化学蓄熱反応器は、反応媒体と結合することで発熱し、前記反応媒体が脱離することで蓄熱する蓄熱材と、前記蓄熱材を収容する収容部が形成されている多孔質部材からなる拘束部材と、前記拘束部材を収容する反応容器と、を備える。

【0008】

この構成によれば、反応容器の外部から供給された反応媒体は、多孔質部材からなる拘束部材の孔を通って蓄熱材に到達し、蓄熱材と反応する。また、反応媒体と蓄熱材との反応によって発生する熱は、多孔質部材を介して反応容器に伝わり、外部に放出される。これにより、蓄熱材から反応容器までの熱伝導性は、蓄熱材を拘束する筒状の拘束部材が積層されて反応容器に収容される化学蓄熱反応器に比べ向上する。したがって、蓄熱材で発生した熱を効率的に外部に伝えることができるため、外部との熱交換性を向上することができる。

【0009】

（２）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記反応容器の内側は、前記拘束部材の外形と略同形状に形成されていてもよい。この構成によれば、反応容器の内側は、拘束部材の形状と略同形状に形成されているため、蓄熱材で発生した熱が拘束部材を介して反応容器に伝わりやすい。これにより、蓄熱材で発生した熱をさらに効率的に外部に伝えることができるため、外部との熱交換性をさらに向上することができる。

【0010】

（３）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記収容部は、前記多孔質部材に形成された有底孔であり、前記反応容器は、前記蓄熱材と反応する反応媒体が通る供給口を有しており、前記供給口は、前記多孔質部材を介して、前記有底孔に収容されている前記蓄熱材の底面部と対向していてもよい。この構成によれば、多孔質部材を介して蓄熱材の底面部と対向している供給口から供給される反応媒体は、多孔質部材からなる拘束部材を必ず通ることとなる。これにより、反応媒体は多孔質部材を通る過程で分散するため、供給口から供給された反応媒体が蓄熱材に直接かかることを抑制することができる。したがって、蓄熱材の急激な膨張による破損を抑制することができる。

【0011】

（４）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記収容部は、前記多孔質部材に形成された貫通孔であり、前記反応容器は、前記蓄熱材と反応する反応媒体が通る供給口を有しており、前記供給口は、前記多孔質部材を介して、前記貫通孔に収容されている前記蓄熱材の側面部と対向していてもよい。この構成によれば、多孔質部材を介して蓄熱材の側面部と対向している供給口から供給される反応媒体は、多孔質部材からなる拘束部材を必ず通ることとなる。これにより、反応媒体は多孔質部材を通る過程で分散するため、供給口から供給された反応媒体が蓄熱材に直接かかることを抑制することができる。したがって、蓄熱材の急激な膨張による破損を抑制することができる。

【0012】

（５）上記形態の化学蓄熱反応器において、前記拘束部材は、金属製の多孔質部材から形成されていてもよい。この構成によれば、蓄熱材で生成された熱は、熱伝導率が比較的高い金属製の多孔質部材から形成されている拘束部材によって、蓄熱材から反応容器に伝わる。これにより、外部との熱交換性をさらに向上することができる。

【0013】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、化学蓄熱反応器に反応媒体を供給する供給部を備える化学蓄熱反応システム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいて発熱および吸熱の少なくとも一方を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の化学蓄熱反応器の斜視図である。

【図2】第１実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。

【図3】第１実施形態の化学蓄熱反応器の製造方法を説明する第１の図である。

【図4】第１実施形態の化学蓄熱反応器の製造方法を説明する第２の図である。

【図5】第２実施形態の化学蓄熱反応器の斜視図である。

【図6】第２実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。

【図7】第３実施形態の化学蓄熱反応器の斜視図である。

【図8】第３実施形態の化学蓄熱反応器の断面図である。

【図9】第３実施形態の化学蓄熱反応器の製造方法を説明する第１の図である。

【図10】第３実施形態の化学蓄熱反応器の製造方法を説明する第２の図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の化学蓄熱反応器１の斜視図である。図２は、化学蓄熱反応器１の断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ－Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。化学蓄熱反応器１は、蓄熱材１０からの蒸気（反応媒体）の脱離によって外部の高熱を蓄熱したり、蓄熱材１０と蒸気との結合によって生成した熱を外部に放出したりする。化学蓄熱反応器１は、複数の蓄熱材１０と、拘束部材２０と、反応容器３０を備える。なお、図１、２に示すｘ軸方向は、蓄熱材１０の軸心に沿う方向を示し、ｙ軸方向は、蓄熱材１０の軸心に垂直な方向であって、複数の蓄熱材１０が多く並べられている方向を示す。また、ｚ軸方向は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向を示す。

【0016】

蓄熱材１０は、例えば、アルカリ土類金属の酸化物の一つである酸化カルシウムの成形体である。蓄熱材１０は、酸化カルシウムの粒状物を、例えば、粘土鉱物などのバインダと混練し焼成することで所定の形状となるように成形されている。本実施形態では、蓄熱材１０は、円柱状に形成されている。化学蓄熱反応器１は、１２個の蓄熱材１０を備えており、反応容器３０の内側において、それぞれの軸心が、ｘ軸方向に沿いつつ略平行となるように並べられて配置されている。蓄熱材１０は、式（１）に示す脱水反応によって蓄熱し、式（２）に示す水和反応によって発熱するものであり、蓄熱と発熱とを可逆的に繰り返すことが可能である。なお、式（１）のＱ₁は、脱水反応における蓄熱量を示し、式（２）のＱ₂は、水和反応における発熱量を示す。
Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋Ｑ₁ →ＣａＯ ＋ Ｈ₂Ｏ ・・・（１）
ＣａＯ ＋ Ｈ₂Ｏ →Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋Ｑ₂ ・・・（２）

【0017】

拘束部材２０は、反応容器３０の内側に配置されている多孔質部材であり、６つの矩形形状の外壁面から構成されるブロック状に形成されている多孔体である。拘束部材２０は、熱伝導性が高い金属から形成されている。なお、拘束部材２０を形成する材料は、金属材料に限らず、カーボン、アルミナやＳｉＣなどのセラミック、シリカ、樹脂などの非金属材料も含まれる。拘束部材２０は、金属粉末とバインダの混合物を射出成形または押出成形することによって作製されるが、多孔質部材の作製方法はこれに限定されない。金属粒子を凝集させる方法や、金属繊維を絡み合わせて作製する方法などであってもよい。拘束部材２０に形成されている孔は、蒸気は通すが、蓄熱材１０を形成する蓄熱材粒子を通さない大きさとなっている。

【0018】

拘束部材２０には、複数の収容部２１が形成されている。本実施形態では、収容部２１は、拘束部材２０のｘ軸方向のマイナス側の端部２０ａに開口２２が形成されている有底孔である。本実施形態では、収容部２１は、蓄熱材１０の数と同じ１２個形成されている。収容部２１は、図２に示すように、拘束部材２０において、ｙ軸方向に見て６個並ぶように形成され、ｚ軸方向に見て２個並ぶように形成されている。１２個の収容部２１は、１２本の蓄熱材１０のそれぞれを収容し、蒸気との反応による蓄熱材１０の膨張を拘束する。このように、本実施形態の拘束部材２０は、１つの部材で複数の蓄熱材を収容する。１つの拘束部材に１つの蓄熱材のみを収容する場合、蓄熱材どうしの相対位置が変化するが、本実施形態の拘束部材２０では、蓄熱材どうしの相対位置の変化を規制することができる。

【0019】

反応容器３０は、外形が略直方体形状の箱状の部材であり、反応部３１と、蓋部３２と、蒸気流通部３３を有する。反応部３１は、内側に直方体形状の空間を形成する部材であり、ｘ軸方向のプラス側の端部３１ａには、矩形状の開口３０ａが形成されている。反応部３１は、拘束部材２０を収容する。

【0020】

蓋部３２は、反応部３１の開口３０ａを塞ぐことが可能な大きさに形成されている平面状の板状部材である。化学蓄熱反応器１において、蓋部３２は、反応部３１のｘ軸方向のプラス側の端部３１ａに接合される。反応部３１と蓋部３２との接合によって形成される反応容器３０の内側３５の形状は、拘束部材２０の外形と略同形状となる。蓋部３２には、反応部３１の内側に連通する供給口３２ａが形成されている。供給口３２ａは、拘束部材２０の多孔質部材を介して、収容部２１に収容されている蓄熱材１０の底面部１１と対向している（図２参照）。

【0021】

蒸気流通部３３は、蓋部３２と一体に形成されており、蓋部３２のｘ軸方向のプラス側の端部３２ｂに配置されている。蒸気流通部３３には、蓋部３２の供給口３２ａと連通する蒸気流路３３ａが形成されている。蒸気流通部３３は、図示しない外部の蒸気供給装置が供給する蒸気を、反応部３１の内側３５に導入する。また、蒸気流通部３３は、反応容器３０内で発生する蒸気を外部に放出する。

【0022】

図３は、本実施形態の化学蓄熱反応器１の製造方法を説明する第１の図である。図４は、化学蓄熱反応器１の製造方法を説明する第２の図である。ここでは、化学蓄熱反応器１の製造方法について説明する。

【0023】

最初に、１２本の蓄熱材１０と、拘束部材２０と、反応容器３０を準備する。拘束部材２０には、１２個の収容部２１が形成されている。拘束部材２０が備える収容部２１の形成は、金属粉末とバインダの混合物の射出成形または押出成形時に行われるが、ブロック状の多孔質部材に対して有底孔を形成する穴あけ加工であってもよい。

【0024】

次に、拘束部材２０の１２個の収容部２１のそれぞれに、１２本の蓄熱材１０を挿入する（図３（ａ）の白抜き矢印Ｄ１１参照）。このとき、蓄熱材１０は、拘束部材２０の開口２２から収容部２１に挿入される。１２本の蓄熱材１０のそれぞれを収容部２１のそれぞれに挿入することで、図３（ｂ）に示す、１２本の蓄熱材１０が挿入されている拘束部材２０が作製される。

【0025】

次に、蓄熱材１０が収容部２１に収容されている拘束部材２０を反応部３１に挿入する。具体的には、図３（ｃ）に示すように、拘束部材２０の蓄熱材１０が露出している端部２０ａ側から、反応部３１の内側に挿入する（図３（ｃ）の白抜き矢印Ｄ１２参照）。反応部３１の内側の形状は、拘束部材２０の外形と略同形状に形成されており、拘束部材２０の側面部２０ｂ、２０ｃのそれぞれを、反応部３１の内面部３１ｂ、３１ｃのそれぞれに接触させつつ、拘束部材２０を反応部３１の内側に挿入する。反応部３１への拘束部材２０の挿入は、拘束部材２０の端部２０ａが反応部３１の底面部３１ｄに接触するまで行う。これにより、拘束部材２０は、反応部３１の内側に入り込み、拘束部材２０の端部２０ａとは反対側の端部２０ｄと、反応部３１の端部３１ａとは、略同一平面上に位置する（図４（ａ）参照）。

【0026】

次に、拘束部材２０が挿入された反応部３１と蓋部３２を接合する。具体的には、蓋部３２を反応部３１の端部３１ａに接触するように配置する（図４（ａ）の白抜き矢印Ｄ１３）。このとき、蓋部３２の蒸気流通部３３が配置されている側とは反対側の端部３２ｃと、拘束部材２０の端部２０ｄとが接触した状態で、反応部３１と蓋部３２とを、例えば、ろう付によって接合する。これにより、化学蓄熱反応器１が作製される（図４（ｂ）参照）。このように作製された化学蓄熱反応器１では、拘束部材２０の６つの外壁面は、反応部３１の内壁面および蓋部３２の内壁面のいずれかに接触している。

【0027】

次に、化学蓄熱反応器１の作用について説明する。化学蓄熱反応器１では、外部の高温熱源の高熱を蓄熱するとき、蓄熱材１０には、反応容器３０と拘束部材２０を介して熱が伝わる。蓄熱材１０に熱が伝わると、式（１）で示した脱水反応によって蓄熱されるとともに、蒸気が発生する。蓄熱材１０で発生した蒸気は、拘束部材２０に形成されている孔を通って、供給口３２ａから蒸気流路３３ａに流入する。蒸気流路３３ａに流入した蒸気は、化学蓄熱反応器１の外部に排出される。

【0028】

また、化学蓄熱反応器１では、放熱するとき、図示しない蒸気発生装置が供給する蒸気を、蒸気流路３３ａと供給口３２ａとを介して、反応部３１の内側に流入させる。反応部３１の内側に流入した蒸気は、多孔質部材の孔を通って蓄熱材１０と接触する。蒸気と接触した蓄熱材１０は、式（２）による水和反応によって発熱する。蓄熱材１０で発生した熱は、拘束部材２０と反応容器３０を介して、図示しない外部の受熱体に供給される。

【0029】

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器１によれば、反応容器３０の外部から供給された蒸気は、多孔質部材からなる拘束部材２０の孔を通って蓄熱材１０に到達し、蓄熱材１０と反応する。また、蒸気と蓄熱材１０との反応によって発生する熱は、多孔質部材を介して反応容器３０に伝わり、外部に放出される。これにより、蓄熱材１０から反応容器３０までの熱伝導性は、蓄熱材を拘束する筒状の拘束部材が積層されて反応容器に収容される化学蓄熱反応器に比べ向上する。したがって、蓄熱材１０で発生した熱を効率的に外部に伝えることができるため、外部との熱交換性を向上することができる。

【0030】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、外部との熱交換性が向上するため、蓄熱材の量を増やして化学蓄熱反応器を大きくしても、熱効率の低下が抑制される。これにより、化学蓄熱反応器を容易に大きくすることができる。

【0031】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、１つの拘束部材２０によって、複数の蓄熱材１０を拘束することができる。これにより、複数の蓄熱材のそれぞれを別々に拘束する拘束部材を備える場合に比べ、化学蓄熱反応器１を構成する部品点数を低減することができる。また、部品点数を増やすことなく、化学蓄熱反応器１を大きくすることができる。

【0032】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、反応容器３０の内側３５の形状は、拘束部材２０の外形と略同形状に形成されている。これにより、蓄熱材１０で発生した熱が拘束部材２０を介して反応容器３０に伝わりやすい。したがって、蓄熱材１０で発生した熱をさらに効率的に外部に伝えることができるため、外部との熱交換性をさらに向上することができる。

【0033】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、蒸気を反応容器３０の内側に供給する供給口３２ａは、多孔質部材を介して、収容部２１に収容されている蓄熱材１０の底面部１１と対向している。これにより、供給口３２ａから供給される蒸気は、多孔質部材からなる拘束部材２０を必ず通ることとなるため、蒸気は多孔質部材を通る過程で分散する。したがって、供給口３２ａから供給された蒸気が蓄熱材１０に直接かかることを抑制することができるため、蓄熱材１０の急激な膨張による破損を抑制することができる。

【0034】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、拘束部材２０は、金属製の多孔質部材から形成されている。これにより、蓄熱材１０で生成された熱は、熱伝導率が比較的高い金属製の多孔質部材から形成されている拘束部材２０によって、蓄熱材１０から反応容器３０に伝わる。したがって、蓄熱材１０で発生した熱をさらに効率的に外部に伝えることができるため、外部との熱交換性をさらに向上することができる。

【0035】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、反応容器３０の内側は、蓄熱材１０が配置される場所を除けば、多孔質部材からなる拘束部材２０によって占有されている。一方、蓄熱材を拘束する拘束部材が積層されて反応容器に収容される化学蓄熱反応器では、反応容器の内側において、積層される拘束部材の間や拘束部材と反応容器との間に隙間が形成されている。このことから、拘束部材が積層されている化学蓄熱反応器の物理的な強度は、主に反応容器の強度のみとなる一方、本実施形態の化学蓄熱反応器１の物理的な強度は、主に反応容器の強度に拘束部材の強度を足し合わせた強度となる。したがって、化学蓄熱反応器１は、強度を向上することができる。

【0036】

また、本実施形態の化学蓄熱反応器１では、拘束部材が積層されている化学蓄熱反応器などと比べると、拘束部材２０の肉厚が比較的厚いため、蒸気との反応による蓄熱材１０の膨張圧が高くなっても破損しにくい。これにより、蓄熱材１０の破損を抑制することができる。

【0037】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の化学蓄熱反応器２の斜視図である。図６は、化学蓄熱反応器２の断面図である。図６（ａ）は、図５のＣ－Ｃ線断面図であり、図６（ｂ）は、図５のＤ－Ｄ線断面図である。第２実施形態の化学蓄熱反応器２は、第１実施形態の化学蓄熱反応器１（図１）と比較すると、反応容器の形状が異なる。なお、図５、６に示すｘ軸方向は、蓄熱材１０の軸心に沿う方向を示し、ｙ軸方向は、蓄熱材１０の軸心に垂直な方向であって、蓄熱材１０が並べられている方向を示す。また、ｚ軸方向は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向を示す。

【0038】

本実施形態の化学蓄熱反応器２は、７本の蓄熱材１０と、拘束部材４０と、反応容器５０を備える。

【0039】

拘束部材４０は、反応容器５０の内側に収容されている金属製の多孔質部材であり、２つの円形状の端面および筒状の側面から構成される円柱形状のブロック状に形成されている多孔体である。拘束部材４０は、熱伝導性が高い金属から形成されている。拘束部材４０に形成されている孔は、蒸気は通すが、蓄熱材１０を形成する蓄熱材粒子を通さない大きさとなっている。拘束部材４０には、７個の収容部４１が形成されている。収容部４１は、拘束部材４０のｘ軸方向のマイナス側の端部４０ａに開口４２が形成される有底孔である。本実施形態では、図６に示すように、１個の収容部４１を中心として同心円上に６個の収容部４１が等間隔で配置されている。７個の収容部４１は、７本の蓄熱材１０のそれぞれを収容し、蒸気との反応による蓄熱材１０の膨張を拘束する。

【0040】

反応容器５０は、外形が円柱形状の箱状の部材であり、反応部５１と、蓋部５２と、蒸気流通部５３とを有する。反応部５１は、内側に円柱形状の空間を形成する部材であり、ｘ軸方向のプラス側の端部５１ａには、矩形状の開口５０ａが形成されている。反応部５１は、拘束部材２０を収容する。

【0041】

蓋部５２は、反応部５１の開口５０ａを塞ぐことが可能な大きさに形成されている平面状の板状部材である。化学蓄熱反応器２において、蓋部５２は、反応部５１のｘ軸方向のプラス側の端部５１ａに接合される。反応部５１と蓋部５２との接合によって形成される反応容器５０の内側５５の形状は、拘束部材４０の外形と略同形状となる。蓋部５２には、反応部５１の内側に連通する供給口５２ａが形成されている。供給口５２ａは、拘束部材４０の多孔質部材を介して、収容部４１に収容されている蓄熱材１０の底面部１１と対向している（図６参照）。蒸気流通部５３は、蓋部５２と一体に形成されており、蓋部５２の供給口５２ａと連通する蒸気流路５３ａを形成する。蒸気流通部５３は、図示しない外部の蒸気供給装置が供給する蒸気を、反応部５１の内側に導入する。また、蒸気流通部５３は、反応容器５０内で発生する蒸気を外部に放出する。化学蓄熱反応器２では、反応部５１の内壁面および蓋部５２の内壁面は、拘束部材４０の２つの円形状の端面および筒状の側面のいずれかに接触している。

【0042】

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器２によれば、反応容器５０の形状が円柱形状であっても、第１実施形態と同じように、蓄熱材１０と反応容器５０との間に拘束部材４０が配置されている。これにより、蓄熱材１０から反応容器５０の外部への熱伝導性を向上することができるため、外部との熱交換性を向上することができる。

【0043】

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の化学蓄熱反応器３の斜視図である。図８は、化学蓄熱反応器３の断面図である。図８（ａ）は、図７のＥ－Ｅ線断面図であり、図８（ｂ）は、図７のＦ－Ｆ線断面図である。第３実施形態の化学蓄熱反応器３は、第１実施形態の化学蓄熱反応器１（図１）と比較すると、蓄熱材に対して供給口が形成される位置が異なる。本実施形態の化学蓄熱反応器３は、１２本の蓄熱材１０と、拘束部材６０と、反応容器７０を備える。なお、図７、８に示すｘ軸方向、ｙ軸方向、および、ｚ軸方向は、第１実施形態と同様である。

【0044】

拘束部材２０は、反応容器３０の内側に配置されている多孔質部材であり、６つの矩形形状の外壁面から構成されるブロック状に形成されている多孔体である。拘束部材２０は、熱伝導性が高い金属から形成されている。拘束部材２０に形成されている孔は、蒸気は通すが、蓄熱材１０を形成する蓄熱材粒子を通さない大きさとなっている。拘束部材６０には、１２個の収容部６１が形成されている。本実施形態では、収容部６１は、拘束部材６０のｘ軸方向のマイナス側の端部６０ａと、ｘ軸方向のプラス側の端部６０ｂとのそれぞれに開口６２と開口６３が形成される貫通孔である。収容部６１は、図８に示すように、拘束部材６０において、ｙ軸方向に見て６個並ぶように形成され、ｚ軸方向に見て２個並ぶように形成されている。１２個の収容部６１は、１２本の蓄熱材１０のそれぞれを収容し、蒸気との反応による蓄熱材１０の膨張を拘束する。

【0045】

反応容器７０は、外形が直方体形状の箱状の部材であり、反応部７１と、蓋部７２と、蒸気流通部７３とを有する。反応部７１は、内側に直方体形状の空間を形成する部材であり、ｚ軸方向のプラス側の端部７１ａには、矩形状の開口７０ａが形成されている。反応部７１は、拘束部材６０を収容する。

【0046】

蓋部７２は、反応部７１の開口７０ａを塞ぐことが可能な大きさに形成されている平面状の板状部材である。化学蓄熱反応器３において、蓋部７２は、反応部７１のｚ軸方向のプラス側の端部７１ａに接合される。反応部７１と蓋部７２との接合によって形成される反応容器７０の内側７５の形状は、拘束部材６０の外形と略同形状となる。蓋部７２には、反応部７１の内側に連通する供給口７２ａが形成されている。供給口７２ａは、拘束部材６０の多孔質部材を介して、収容部６１に収容されている蓄熱材１０の側面部１２と対向している（図８参照）。

【0047】

蒸気流通部７３は、蓋部７２と一体に形成されており、蓋部７２のｚ軸方向のプラス側の端部７２ｂに配置されている。蒸気流通部７３は、蓋部７２の供給口７２ａと連通する蒸気流路７３ａを形成する。蒸気流通部７３は、図示しない外部の蒸気供給装置が供給する蒸気を、反応部７１の内側に導入する。また、蒸気流通部７３は、反応容器７０内で発生する蒸気を外部に放出する。

【0048】

図９は、本実施形態の化学蓄熱反応器３の製造方法を説明する第１の図である。図１０は、化学蓄熱反応器３の製造方法を説明する第２の図である。ここでは、化学蓄熱反応器３の製造方法について説明する。

【0049】

最初に、１２本の蓄熱材１０と、拘束部材６０と、反応容器７０を準備する。拘束部材６０には、１２個の収容部６１が形成されている。拘束部材６０が備える収容部６１の形成は、第１実施形態と同様である。

【0050】

次に、拘束部材６０の１２個の収容部６１のそれぞれに、１２本の蓄熱材１０を挿入する（図９（ａ）の白抜き矢印Ｄ２１参照）。このとき、蓄熱材１０は、拘束部材２０の開口６２または開口６３のいずれかから収容部６１に挿入される。１２本の蓄熱材１０のそれぞれを収容部６１のそれぞれに挿入することで、図９（ｂ）に示す、１２本の蓄熱材１０が挿入されている拘束部材６０が作製される。

【0051】

次に、蓄熱材１０が収容部６１に収容されている拘束部材６０を反応部７１に挿入する。具体的には、図９（ｃ）に示すように、拘束部材６０の蓄熱材１０が露出していないｚ軸方向のマイナス側の端部６０ｃ側から、反応部７１の内側に挿入する（図９（ｃ）の白抜き矢印Ｄ２２参照）。反応部７１の内側の形状は、拘束部材６０の外形と略同形状に形成されており、拘束部材６０の端部６０ａ、６０ｂのそれぞれを、反応部７１の内面部７１ｂ、７１ｃのそれぞれに接触させつつ、拘束部材６０を反応部７１の内側に挿入する。反応部７１への拘束部材６０の挿入は、拘束部材６０の端部６０ｃが反応部７１の底面部７１ｄに接触するまで行う。これにより、拘束部材６０の端部６０ｃとは反対側の端部６０ｄと、反応部７１の端部７１ａとは、略同一平面上に位置する（図１０（ａ）参照）。

【0052】

次に、拘束部材６０が挿入された反応部７１と蓋部７２を接合する。具体的には、蓋部７２を反応部７１の端部７１ａに接触するように配置する（図１０（ａ）の白抜き矢印Ｄ２３）。このとき、蓋部７２の蒸気流通部７３が配置されている側とは反対側の端部７２ｃと、拘束部材６０の端部６０ｄとが接触した状態で、反応部７１と蓋部７２とを、例えば、ろう付によって接合する。これにより、化学蓄熱反応器３が作製される（図１０（ｂ）参照）。このように作製された化学蓄熱反応器３では、拘束部材６０の６つの外壁面は、反応部７１の内壁面および蓋部７２の内壁面のいずれかに接触している。

【0053】

以上説明した、本実施形態の化学蓄熱反応器３によれば、収容部６１は、多孔質部材に形成された貫通孔であり、供給口７２ａは、多孔質部材を介して、収容部６１に収容されている蓄熱材１０の側面部１２と対向している。これにより、供給口７２ａから供給される蒸気は、多孔質部材からなる拘束部材６０を必ず通ることとなるため、蒸気は多孔質部材を通る過程で分散する。したがって、蓄熱材１０に蒸気が直接かかることを抑制することができるため、蒸気との直接の接触によって蓄熱材１０が破損することを抑制できる。

【0054】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0055】

［変形例１］
上述の実施形態では、拘束部材は、多孔体であるとした。拘束部材は、発泡体でもよく、熱伝導性が高い材料から形成されていることが望ましい。

【0056】

［変形例２］
第１実施形態および第３実施形態では、拘束部材は、矩形形状の６つの外壁面から構成されるブロック状に形成されている。第２実施形態では、拘束部材は、２つの円形状の端面および筒状の側面から構成される円柱状に形成されているとした。しかしながら、拘束部材の形状はこれに限定されない。

【0057】

［変形例３］
上述の実施形態では、反応容器の内側の形状は、拘束部材の外形と略同形状に形成されているとした。しかしながら、反応容器の内側の形状は、これに限定されない。反応容器の内側の形状は、拘束部材の形状に近い方が反応容器と拘束部材との接触面積が増えるため、反応容器と拘束部材との間での熱伝導性が向上し、好ましい。

【0058】

［変形例４］
上述の実施形態では、蒸気流通部は、蓄熱材１０が拘束部材から露出していない部位に配置されるとした。しかしながら、上記流通部の配置場所はこれに限定されない。蓄熱材１０が拘束部材から露出している部位であってもよいが、蓄熱材１０が拘束部材から露出していない部位の方が、蓄熱材１０の破損を抑制することができる点から望ましい。また、第３実施形態では、蒸気流通部７３は、蓄熱材１０の側面部１２に対向する蓋部７２のｚ軸方向のプラス側の端部７２ｂに配置されているとした。しかしながら、蒸気流通部７３の配置場所はこれに限定されない。蓄熱材１０から見てｚ軸方向のマイナス側に配置されてもよく、蓄熱材１０が拘束部材６０から露出していない部位が望ましい。

【0059】

［変形例５］
上述の実施形態では、拘束部材の外壁面は、反応容器の内壁面に接触しているとした。しかしながら、接触していなくてもよい。

【0060】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0061】

１，２，３…化学蓄熱反応器
１０…蓄熱材
１１…蓄熱材の底面部
１２…蓄熱材の側面部
２０，４０，６０…拘束部材
２０ａ，２０ｄ，４０ａ，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ…拘束部材の端部
２０ｂ，２０ｃ…拘束部材の側面部
２１，４１，６１…収容部
２２，４２，６２，６３…拘束部材の開口
３０，５０，７０…反応容器
３０ａ，５０ａ，７０ａ…反応容器の開口
３１，５１，７１…反応部
３１ａ，５１ａ，７１ａ…反応部の端部
３１ｂ，７１ｂ…内面部
３１ｄ，７１ｄ…反応部の底面部
３２，５２，７２…蓋部
３２ｂ，３２ｃ，７２ｂ，７２ｃ…蓋部の端部
３２ａ，５２ａ，７２ａ…供給口
３３，５３，７３…蒸気流通部
３３ａ，５３ａ，７３ａ…蒸気流路
３５，５５，７５…反応容器の内側

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】