JP2022003304A - 化学蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、化学蓄熱の具体例として、400度を超える高温の廃熱を効率よく蓄熱するために、化学蓄熱材として水酸化カルシウム系蓄熱材を用いた系が記載されている。水酸化カルシウムに給熱流体として高温の廃熱を供給すると、脱水反応により酸化カルシウムが生成し、この反応が吸熱反応であるため蓄熱作用として発現する。一方、酸化カルシウムは、受熱流体として水(水蒸気)を供給すると、水和反応により水酸化カルシウムを生成し、この反応が発熱反応であるため放熱作用として発現するものである。
また、特許文献1には、収納容器内に複数の流体(給熱流体・受熱流体)流路が複数の化学蓄熱材と交互に配置され、化学蓄熱材と流体の熱交換の効率を上げるための受熱放熱板を流体流路に沿って配設する装置が開示されている。
そこで、本発明の課題は、化学蓄熱における熱交換時に、収納容器内に保持された化学蓄熱材からの輻射熱ロスを抑制し、より蓄熱効率を向上させることが可能な化学蓄熱装置を提供することにある。
すなわち、本発明は、以下の化学蓄熱装置である。
化学蓄熱材と生成・反応流体の結合・脱離を必要とする化学蓄熱においては、熱遮蔽と同時に反応後の気体の移動自由度を高くすることが望ましい。この特徴によれば、反応後の生成流体の移動経路が形成されるため、蓄熱媒体と生成気体の分離が可能となる。
この特徴によれば、簡易な構成で反応後の生成流体の移動経路を形成することができる。
この特徴によれば、第1の熱反射部材及び第1の通気部から放出される輻射熱を第2の熱反射部材によって蓄熱媒体側に戻すことが可能となるため、より熱遮蔽の効果を向上させることができる。
この特徴によれば、第1の通気部から放射された輻射熱が第2の通気部から通過することなく、第2の熱反射部材によって蓄熱媒体側に戻すことが可能となるため、より熱遮蔽の効果を向上させることができる。
本発明の化学蓄熱装置は、蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成流体に分離し、放熱時には、前記蓄熱生成物と反応流体を反応させて前記蓄熱媒体を生成する化学蓄熱装置であり、工場やごみ焼却場等から発生する廃熱を蓄熱媒体に貯蔵して、熱を必要とする熱需要地まで輸送が可能な装置である。
図1は、本発明の第一の実施態様の蓄熱装置1aの構造を示す概略説明図である。この蓄熱装置1aは、蓄熱媒体4と、蓄熱媒体4を保持する保持部材5を収納する収納容器2を備え、収納容器2の内部には蓄熱媒体4と熱交換を行う外部からの熱媒流体が通過する熱交換部3が設けられている。また、収納容器2には、熱媒流体を外部から供給する流体供給口8及び熱媒流体を外部に排出する流体排出口9が設けられている。更に、収納容器2と保持部材5の間には、収納容器2の内壁から離間して第1の熱反射部材6を配設している。
以下に、各構成について詳細に説明する。
蓄熱媒体4とは、加熱時に蓄熱生成物と生成流体に分離され、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、蓄熱生成物と生成流体として、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)が挙げられる。取り扱いが容易であるという観点から、蓄熱媒体4は、生成流体及び反応流体として水蒸気を利用するものであることが好ましい。
また、本発明における化学蓄熱装置は、高温での化学蓄熱時に特に効果を発揮する構成であるため、本発明における蓄熱媒体4としては、高温での化学蓄熱が可能な蓄熱生成物と生成流体として、酸化カルシウムと水蒸気の組み合わせ(400〜500度)や酸化マグネシウムと水蒸気の組み合わせ(300〜400度)を用いることが好ましい。
また、保持部材5の材質は、高温処理に耐えられるものであれば、特に限定されない。
収納容器2は、蓄熱媒体4を収納するための構成であり、密閉可能な構造物からなる。収納容器2には、内部に収納された蓄熱媒体4と外部との熱の伝達を行うための流体が通過する熱交換部3、該熱交換部3に熱交換を行う外部からの熱媒流体を供給するための流体供給口8、熱交換部3から該流体を排出するための流体排出口9を有する。
第1の熱反射部材6は、収納容器2と蓄熱媒体4の間に設けられ、かつ収納容器2の内壁から離間して配設されている。
また、材質の放射率は、材質の表面状態にも依存する。表面に凹凸が少ないほど低い放射率を示すため、特に金属材質において、酸化面、粗面よりは研磨面を有するものがより好ましい。
本発明における第1の熱反射部材6としては、蓄熱時の温度における材質の放射率が0.5以下、より好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下のものを用いる。
以下に、蓄熱装置の別の態様について例示する。
〔第二の実施態様〕
図2は、本発明の第二の実施態様の蓄熱装置1bの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置1bは、第一の実施態様の蓄熱装置1aにおいて、第1の熱反射部材6に、第1の通気部61を設ける構成としたものである。化学蓄熱材と生成・反応流体の結合・脱離を必要とする化学蓄熱においては、熱遮蔽と同時に気体の移動自由度を高くすることが望ましい。この蓄熱装置1bによれば、反応後の生成流体の移動経路が形成されるため、蓄熱媒体と生成流体の分離が効率的に行われ、熱交換効率を向上させることができる。
特に、本発明における第1の通気部61としては、板状部材に通気口を設ける構成とすることが好ましい。この構成とすることで、簡易な構成で蓄熱媒体から生成流体の分離を誘導することが可能となる。
図3は、本発明の第三の実施態様の蓄熱装置1cの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置1cは、第一の実施態様の蓄熱装置1bにおいて、第1の熱反射部材6の外側に、第2の熱反射部材7を設け、第2の熱反射部材7は、収納容器2の内壁及び第1の熱反射部材6と離間して配設される構成としたものである。この蓄熱装置1cによれば、第1の熱反射部材6を通過して放出される輻射熱、又は、第1の通気部61から放出される輻射熱についても蓄熱媒体4側へ反射させることができるため、蓄熱効果をより向上させることができる。
本発明における第2の熱反射部材7としては、蓄熱時の温度における材質の放射率が0.5以下、より好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下のものを用いる。
なお、第2の熱反射部材7と第1の熱反射部材6は、同じ材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。
図4は、本発明の第四の実施態様の蓄熱装置1dの構造を示す概略説明図である。
この蓄熱装置1dは、第三の実施態様の蓄熱装置1cにおいて、第2の熱反射部材7に、第2の通気部71を設ける構成としたものである。この蓄熱装置1dによれば、2つの熱反射部材両方に反応後の生成流体の移動経路が形成されるため、蓄熱媒体と生成流体の分離が効率的に行われ、熱交換効率を向上させることができる。
また、本発明における第2の通気部71の構成としては、図4に示すように、第1の通気部61と重なり合わない構造、配置とすることが特に好ましい。この構成とすることで、第1の通気部61から放射された輻射熱がそのまま第2の通気部71を通過することなく、第2の熱反射部材7によって蓄熱媒体4側に戻すことが可能となるため、より熱遮蔽の効果を向上させることができる。
Claims (5)
- 蓄熱時には、蓄熱媒体を加熱して蓄熱生成物と生成流体に分離し、放熱時には、前記蓄熱生成物と反応流体を反応させて前記蓄熱媒体を生成する化学蓄熱装置であって、
前記蓄熱媒体と、
熱媒流体が通過し、前記蓄熱媒体と前記熱媒流体との間で熱交換を行う熱交換部と、
前記蓄熱媒体と前記熱交換部を収納し、前記熱交換部に外部から熱媒流体を供給する供給口、及び、前記蓄熱媒体と熱交換した熱媒流体を外部へ排出する排出口を有する収納容器と、を備え、
前記蓄熱媒体と前記収納容器の間に第1の熱反射部材を設け、前記第1の熱反射部材は前記収納容器の内壁から離間して配設されることを特徴とする、化学蓄熱装置。 - 前記第1の熱反射部材は、第1の通気部を有することを特徴とする、請求項1に記載の化学蓄熱装置。
- 前記第1の通気部は、前記第1の熱反射部材に形成したスリット又は孔であることを特徴とする、請求項2に記載の化学蓄熱装置。
- 前記第1の熱反射部材と前記収納容器の間に、第2の熱反射部材を設け、第2の熱反射部材は前記第1の熱反射部材と前記収納容器の内壁の両方と離間して配設することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化学蓄熱装置。
- 前記第2の熱反射部材は、第2の通気部を備え、前記第2の通気部は前記第1の熱反射部材の第1の通気部と重なり合わないように配設することを特徴とする、請求項4に記載の化学蓄熱装置。
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