JP6148885B2 - Filter, chemical heat storage reactor, and chemical heat storage system - Google Patents
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Description
本発明は、水蒸気を透過させるフィルタ、化学反応によって蓄熱する化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱反応器を用いた化学蓄熱システムに関する。 The present invention relates to a filter that transmits water vapor, a chemical heat storage reactor that stores heat by a chemical reaction, and a chemical heat storage system that uses the chemical heat storage reactor.
特許文献１には、熱媒が流れる熱媒流路と、熱媒流路で挟まれた水蒸気流路となる反応容器と、反応容器内の中央に設けられた主管部及び支管部と、反応容器内で支管部の両外側に設けられた蓄熱材とを有する化学蓄熱反応器が記載されている。特許文献１の化学蓄熱反応器では、水和反応により蓄熱材が膨張するとき、主管部が蓄熱材の膨張を抑制すると共に支管部が水蒸気を通過させることで、水蒸気の流路を確保している。 In Patent Document 1, a heat medium flow path through which a heat medium flows, a reaction vessel serving as a water vapor flow channel sandwiched between the heat medium flow channels, a main pipe portion and a branch pipe portion provided in the center of the reaction vessel, and a reaction A chemical heat storage reactor having a heat storage material provided on both outer sides of a branch pipe portion in a container is described. In the chemical heat storage reactor of Patent Document 1, when the heat storage material expands due to the hydration reaction, the main pipe part suppresses the expansion of the heat storage material and the branch pipe part allows the water vapor to pass therethrough, thereby ensuring a water vapor flow path. Yes.
ここで、特許文献１の化学蓄熱反応器において、蓄熱材の水和膨張圧は数[ＭＰａ]程度と大きいので、蓄熱材の水和による膨張で支管部の周縁が撓む可能性がある。この場合、膨張により粉体化した蓄熱材の一部が、支管部の周縁と反応容器との隙間から水蒸気流路内に侵入する可能性が高い。 Here, in the chemical heat storage reactor of Patent Document 1, since the hydration expansion pressure of the heat storage material is as large as several [MPa], there is a possibility that the peripheral edge of the branch pipe portion is bent due to expansion due to hydration of the heat storage material. In this case, there is a high possibility that a part of the heat storage material pulverized by expansion enters the water vapor flow path from the gap between the peripheral edge of the branch pipe portion and the reaction vessel.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができるフィルタ、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a filter, a chemical heat storage reactor, and a chemical heat storage system that can suppress the penetration of powder into the flow path of water vapor. And
本発明の請求項１に係るフィルタは、多孔質体である金属繊維焼結体からなり水蒸気の流路と粉体の集合体との間に配置される底部と、前記金属繊維焼結体からなり前記底部の周縁で前記集合体を囲む周壁部とが一体に形成され、前記流路内への前記粉体の侵入を規制すると共に前記流路と前記集合体との間での水蒸気の移動を許容する。 Filter according to claim 1 of the present invention includes a bottom portion disposed between the flow channel and the powder aggregate of Rimizu vapors such a metal fiber sintered body is a porous body, said sintered metal fiber And a peripheral wall that surrounds the aggregate at the periphery of the bottom, and regulates the penetration of the powder into the flow path, and water vapor between the flow path and the aggregate Is allowed to move.
上記構成によれば、集合体が膨張するなどして集合体の一部が粉体化した場合、フィルタの底部の周縁では、周壁部が流路内への粉体の回り込みを抑制する。これにより、フィルタに周壁部を設けていない構成に比べて、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができる。 According to the above configuration, when a part of the aggregate is pulverized due to expansion of the aggregate or the like, the peripheral wall portion suppresses the powder from entering the flow path at the periphery of the bottom of the filter. Thereby, the penetration | invasion of the powder into the flow path of water vapor | steam can be suppressed compared with the structure which does not provide the surrounding wall part in a filter.
本発明の請求項２に係るフィルタは、前記金属繊維焼結体を形成する金属繊維は、針状又は紡錘状に形成されている。 In the filter according to claim 2 of the present invention, the metal fiber forming the metal fiber sintered body is formed in a needle shape or a spindle shape.
上記構成によれば、針状又は紡錘状の金属粒子を焼結して出来上がった金属繊維焼結体は、粒状の金属粒子を焼結した金属焼結体に比べて最少空隙寸法が小さい。これにより、水蒸気の流路内に侵入しようとする粉体をさらに低減することができる。 According to the above configuration, the metal fiber sintered body obtained by sintering the needle-shaped or spindle-shaped metal particles has a minimum gap size smaller than that of the metal sintered body obtained by sintering the granular metal particles. Thereby, the powder which is going to enter into the flow path of water vapor can be further reduced.
本発明の請求項３に係るフィルタは、請求項１又は請求項２に記載のフィルタを単位フィルタとして、複数の該単位フィルタの前記周壁部を接合して構成されている。 A filter according to claim 3 of the present invention is configured by joining the peripheral wall portions of a plurality of unit filters using the filter according to claim 1 or 2 as a unit filter.
上記構成によれば、隣接する周壁部が接合されて仕切壁となるので、一方のフィルタ内で生じた集合体の粉体が他方のフィルタ内へ移動しようとしても、この粉体の移動が周壁部で規制される。これにより、容器内各部で蓄熱材の存在比率が異なること（偏り）を抑制することができる。 According to the above configuration, the adjacent peripheral wall portions are joined to form a partition wall. Therefore, even if the powder of the aggregate generated in one filter attempts to move into the other filter, the movement of this powder is the peripheral wall. Regulated by the department. Thereby, it can suppress that the existence ratio of a thermal storage material differs in each part in a container (bias).
本発明の請求項４に係る化学蓄熱反応器は、水蒸気の流路を備えた容器と、前記容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する前記粉体の集合体としての蓄熱材と、前記容器内で前記蓄熱材を収納し、前記底部が前記流路に面する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィルタと、を有する。 A chemical heat storage reactor according to claim 4 of the present invention is a container having a steam flow path, and a powder provided in the container, which generates heat by a hydration reaction by steam and stores heat by a dehydration reaction by heating. The heat storage material as an aggregate, and the filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat storage material is stored in the container, and the bottom portion faces the flow path.
上記構成によれば、水蒸気が流路を流れ、フィルタを通って蓄熱材に到達する。そして、蓄熱材と水蒸気との水和反応により蓄熱材が発熱し、この発熱による熱量によって加熱対象（例えば、媒体流路内の熱媒体）が加熱される。 According to the said structure, water vapor | steam flows through a flow path and reaches | attains a thermal storage material through a filter. The heat storage material generates heat by the hydration reaction between the heat storage material and water vapor, and the heating target (for example, the heat medium in the medium flow path) is heated by the amount of heat generated by the heat generation.
ここで、蓄熱材が水和反応により膨張するが、この膨張によって蓄熱材の一部が崩壊して粉体化することがあっても、フィルタの底部及び周壁部において、水蒸気の流路への粉体の侵入が抑制される。これにより、水蒸気の流路が蓄熱材で詰まることが抑制されるので、蓄熱材に供給される水蒸気の量が低下するのを抑制することができる。 Here, the heat storage material expands due to the hydration reaction, but even if a part of the heat storage material collapses and is pulverized due to this expansion, the bottom of the filter and the peripheral wall portion are connected to the steam flow path. Intrusion of powder is suppressed. Thereby, since it is suppressed that the flow path of water vapor | steam is clogged with a thermal storage material, it can suppress that the quantity of the water vapor | steam supplied to a thermal storage material falls.
本発明の請求項５に係る化学蓄熱反応器は、前記蓄熱材が水和したとき、前記周壁部が前記容器と前記蓄熱材とで挟まれる。 In the chemical heat storage reactor according to claim 5 of the present invention, when the heat storage material is hydrated, the peripheral wall portion is sandwiched between the container and the heat storage material.
上記構成によれば、蓄熱材が水和反応により膨張したとき、この膨張力によってフィルタの周壁部が容器に押し付けられる。これにより、周壁部と容器との隙間を減らすことができる。 According to the said structure, when a thermal storage material expand | swells by a hydration reaction, the surrounding wall part of a filter is pressed against a container with this expansion force. Thereby, the clearance gap between a surrounding wall part and a container can be reduced.
本発明の請求項６に係る化学蓄熱システムは、請求項４又は請求項５に記載の化学蓄熱反応器と、前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、を有する。 A chemical heat storage system according to claim 6 of the present invention includes the chemical heat storage reactor according to claim 4 or claim 5 and an evaporation unit that is communicated with the container in an airtight state and supplies water vapor to the container. Have.
上記構成によれば、蓄熱材に供給される水蒸気の量の低下が抑制されることで、化学蓄熱反応器における蓄熱材の反応性の低下が抑制されるので、化学蓄熱システムにおける加熱対象（熱媒体を含む）の加熱効率の低下を抑制することができる。 According to the said structure, since the fall of the reactivity of the thermal storage material in a chemical thermal storage reactor is suppressed by suppressing the fall of the quantity of the water vapor | steam supplied to a thermal storage material, the heating object (heat | fever in a chemical thermal storage system) A decrease in heating efficiency (including the medium) can be suppressed.
本発明は、上記構成としたので、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができる。 Since this invention was set as the said structure, the penetration | invasion of the powder into the flow path of water vapor | steam can be suppressed.
本発明の実施形態に係るフィルタ、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムの一例について説明する。 An example of a filter, a chemical heat storage reactor, and a chemical heat storage system according to an embodiment of the present invention will be described.
（全体構成）
図１には、実施形態の一例としての化学蓄熱システム１０の概略構成が示されている。化学蓄熱システム１０は、水（Ｈ２Ｏ）の蒸発、凝縮が行われる蒸発部の一例としての蒸発凝縮器１２と、後述する蓄熱材３０、３２の水和反応又は脱水反応が行われる化学蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、を有している。さらに、化学蓄熱システム１０は、蒸発凝縮器１２及び反応器２０に接続され、これらの内部を連通させる水蒸気流路１４を有している。なお、本実施形態では一例として、化学蓄熱システム１０を自動車（図示省略）に適用している。
(overall structure)
The schematic structure of the chemical heat storage system 10 as an example of embodiment is shown by FIG. The chemical heat storage system 10 is a chemical heat storage in which a hydration reaction or a dehydration reaction is performed on an evaporation condenser 12 as an example of an evaporation section where water (H 2 O) is evaporated and condensed, and heat storage materials 30 and 32 described later. And a reactor 20 as an example of the reactor. Furthermore, the chemical heat storage system 10 includes a water vapor channel 14 that is connected to the evaporative condenser 12 and the reactor 20 and communicates the inside thereof. In this embodiment, as an example, the chemical heat storage system 10 is applied to an automobile (not shown).
蒸発凝縮器１２は、貯留した水を蒸発させて反応器２０に供給する（水蒸気を生成する）蒸発部、反応器２０から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮された水を貯留する貯留部としての各機能を兼ね備えている。また、蒸発凝縮器１２は、内部に水を貯留した貯留容器１６を有している。貯留容器１６内には、水蒸気の凝縮用の冷媒が流れる冷媒流路１７及び水の蒸発用のヒータ１８が設けられている。冷媒流路１７は、貯留容器１６内における少なくとも気相部１６Ａを含む部分で熱交換を行うように設けられている。ヒータ１８は、貯留容器１６内における少なくとも液相部（貯留部）１６Ｂを含む部分で通電により加熱を行うように設けられている。 The evaporative condenser 12 evaporates the stored water and supplies it to the reactor 20 (generates water vapor), a condensing unit that condenses the water vapor introduced from the reactor 20, and water condensed with water vapor. It has each function as a storage part to store. The evaporative condenser 12 has a storage container 16 in which water is stored. In the storage container 16, there are provided a refrigerant flow path 17 through which a refrigerant for condensing water vapor flows and a heater 18 for evaporating water. The refrigerant channel 17 is provided so as to perform heat exchange in a portion including at least the gas phase portion 16 </ b> A in the storage container 16. The heater 18 is provided so as to heat by energization in a portion including at least the liquid phase portion (reservoir) 16B in the storage container 16.
水蒸気流路１４には、蒸発凝縮器１２（貯留容器１６）と反応器２０（後述する反応容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９が設けられている。貯留容器１６、反応容器２２、水蒸気流路１４、及び開閉弁１９は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間が予め真空脱気されている。 The water vapor channel 14 is provided with an on-off valve 19 for switching between communication and non-communication between the evaporation condenser 12 (storage container 16) and the reactor 20 (reaction container 22 described later). The storage container 16, the reaction container 22, the water vapor flow path 14, and the on-off valve 19 are configured such that their connecting portions are airtight, and their internal spaces are pre-evacuated in advance.
次に、反応器２０について説明する。 Next, the reactor 20 will be described.
図２に示すように、反応器２０は、内部を熱媒体（以後、熱媒といい、図示は省略する）が流れる媒体流路の一例としての熱媒流路２４、２５に隣接し、水蒸気流路１４から水蒸気が流れる流路２３を備えた容器の一例としての反応容器２２を有している。さらに、反応器２０は、反応容器２２内の流路２３の熱媒流路２４、２５側に設けられた集合体としての蓄熱材３０、３２と、流路２３と蓄熱材３０、３２との間に配置されたフィルタの一例としてのフィルタアレイ４０、４２とを有している。 As shown in FIG. 2, the reactor 20 is adjacent to heat medium channels 24 and 25 as an example of a medium channel through which a heat medium (hereinafter referred to as a heat medium, not shown) flows. A reaction vessel 22 is provided as an example of a vessel provided with a flow channel 23 through which water vapor flows from the flow channel 14. Further, the reactor 20 includes a heat storage material 30, 32 as an assembly provided on the heat medium flow channels 24, 25 side of the flow channel 23 in the reaction vessel 22, and the flow path 23 and the heat storage materials 30, 32. It has filter arrays 40 and 42 as an example of filters arranged between them.
なお、以後の説明では、反応器２０において、流路２３から水蒸気流路１４への水蒸気の流出方向を＋Ｘ方向、水蒸気流路１４から流路２３への水蒸気の流入方向を−Ｘ方向と記載する。また、反応器２０の上方向を＋Ｙ方向、下方向を−Ｙ方向と記載する。さらに、反応器２０の手前側から奥側へ向かう方向を＋Ｚ方向、反応器２０の奥側から手前側へ向かう方向を−Ｚ方向と記載する。そして、各方向において＋、−の区別をしない場合は、単にＸ、Ｙ、Ｚ方向と記載する。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ直交している。 In the following description, in the reactor 20, the outflow direction of water vapor from the flow path 23 to the water flow path 14 is described as + X direction, and the inflow direction of water vapor from the water flow path 14 to the flow path 23 is described as −X direction. To do. Moreover, the upper direction of the reactor 20 is described as + Y direction, and the lower direction is described as -Y direction. Furthermore, the direction from the near side to the far side of the reactor 20 is described as + Z direction, and the direction from the far side to the near side of the reactor 20 is described as -Z direction. And when not distinguishing + and-in each direction, they are simply described as X, Y, and Z directions. The X, Y, and Z directions are orthogonal to each other.
流路２３は、反応容器２２内のＹ方向中央でＸ方向に沿って延びている。反応容器２２内では、流路２３から＋Ｙ方向に向けて、フィルタアレイ４０、蓄熱材３０の順で積層されており、反応容器２２の＋Ｙ方向側に隣接して熱媒流路２４が配置されている。また、反応容器２２内では、流路２３から−Ｙ方向に向けて、フィルタアレイ４２、蓄熱材３２の順で積層されており、反応容器２２の−Ｙ方向側に隣接して熱媒流路２５が配置されている。なお、本実施形態では一例として、Ｘ−Ｙ面が鉛直面となるように反応器２０が配置されているが、これに限らず、Ｘ−Ｙ面が水平面となるように反応器２０を配置してもよい。 The flow path 23 extends along the X direction at the center of the reaction container 22 in the Y direction. In the reaction vessel 22, the filter array 40 and the heat storage material 30 are stacked in this order from the flow channel 23 toward the + Y direction, and the heat medium flow channel 24 is disposed adjacent to the + Y direction side of the reaction vessel 22. ing. In the reaction container 22, the filter array 42 and the heat storage material 32 are stacked in this order from the flow path 23 toward the −Y direction, and the heat medium flow path is adjacent to the −Y direction side of the reaction container 22. 25 is arranged. In this embodiment, as an example, the reactor 20 is arranged so that the XY plane is a vertical plane. However, the present invention is not limited to this, and the reactor 20 is arranged so that the XY plane is a horizontal plane. May be.
熱媒流路２４、２５は、一例として、角筒状のステンレス鋼で構成されており、＋Ｘ方向側に形成され熱媒が流入する扁平矩形状の流入口２４Ａ、２５Ａと、−Ｘ方向側に形成され熱媒が流出する扁平矩形状の流出口２４Ｂ、２５Ｂとを有している。なお、流入口２４Ａ、２５Ａから熱媒流路２４、２５内への熱媒の流入を矢印Ａで示しており、熱媒流路２４、２５内から流出口２４Ｂ、２５Ｂへの熱媒の流出を矢印Ｂで示している。矢印Ａ、Ｂの方向は、一例として、Ｘ方向に沿っている。 The heat medium passages 24 and 25 are made of, for example, rectangular tube-shaped stainless steel, and are formed in the + X direction side and have flat rectangular inlets 24A and 25A into which the heat medium flows, and the −X direction side. The flat rectangular outlets 24B and 25B from which the heat medium flows out are formed. The inflow of the heat medium from the inflow ports 24A, 25A into the heat medium flow paths 24, 25 is indicated by an arrow A, and the outflow of the heat medium from the heat medium flow paths 24, 25 to the outflow ports 24B, 25B. Is indicated by an arrow B. The directions of arrows A and B are along the X direction as an example.
熱媒は、蓄熱材３０、３２から得た熱を加熱対象に輸送するためのものであり、本実施形態では、熱媒の一例として、自動車（図示省略）のエンジンオイルを用いている。なお、熱媒の他の例として、水等の流体を用いてもよい。また、熱媒としての流体ではなく触媒を用いて、この触媒を温めるようにしてもよい。 The heat medium is for transporting heat obtained from the heat storage materials 30 and 32 to the object to be heated. In the present embodiment, engine oil of an automobile (not shown) is used as an example of the heat medium. A fluid such as water may be used as another example of the heat medium. Further, this catalyst may be warmed using a catalyst instead of a fluid as a heat medium.
反応容器２２は、一例として、直方体状の容器で構成されている。そして、反応容器２２は、蓄熱材３２の−Ｙ方向側でＸ−Ｚ面に沿った底壁２２Ａと、底壁２２Ａの＋Ｘ方向側、−Ｘ方向側で＋Ｙ方向に直立する側壁２２Ｂ、２２Ｃと、側壁２２Ｂ及び側壁２２Ｃの上端を繋ぎ底壁２２Ａと対向する天井壁２２Ｄとを有している。また、反応容器２２は、−Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する前壁（図示省略）と、＋Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する後壁（図示省略）とを有している。さらに、側壁２２ＢのＹ方向中央部には、＋Ｘ方向側に開口した開口部２２Ｅが形成されている。開口部２２Ｅは、流路２３における水蒸気の入口及び出口となっており、開口部２２Ｅには、水蒸気流路１４の−Ｘ方向側の一端が接続されている。 As an example, the reaction vessel 22 is a rectangular parallelepiped vessel. The reaction vessel 22 includes a bottom wall 22A along the XZ plane on the −Y direction side of the heat storage material 32, and side walls 22B and 22C that stand upright in the + Y direction on the + X direction side and the −X direction side of the bottom wall 22A. And a ceiling wall 22D that connects the upper ends of the side walls 22B and 22C and faces the bottom wall 22A. The reaction vessel 22 has a front wall (not shown) standing upright in the + Y direction on the −Z direction side, and a rear wall (not shown) standing up in the + Y direction on the + Z direction side. Furthermore, an opening 22E that opens to the + X direction side is formed at the center of the side wall 22B in the Y direction. The opening 22E serves as an inlet and an outlet for water vapor in the flow path 23, and one end on the −X direction side of the water vapor flow path 14 is connected to the opening 22E.
蓄熱材３０、３２は、一例として、アルカリ土類金属の酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム粉体をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、略矩形ブロック状に形成されている。また、蓄熱材３０は、一例として、反応容器２２の天井壁２２Ｄの下面に密着した状態で配置（挿入）されており、蓄熱材３２は、一例として、反応容器２２の底壁２２Ａの上面に密着した状態で配置（挿入）されている。 As the heat storage materials 30 and 32, for example, a molded body of calcium oxide (CaO), which is one of alkaline earth metal oxides, is used. This molded body is formed into a substantially rectangular block shape by, for example, kneading calcium oxide powder with a binder (for example, clay mineral) and firing. Moreover, the heat storage material 30 is arrange | positioned (inserted) in the state closely_contact | adhered to the lower surface of ceiling wall 22D of the reaction container 22 as an example, and the heat storage material 32 is formed on the upper surface of the bottom wall 22A of the reaction container 22 as an example. Arranged (inserted) in close contact.
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、後述するフィルタアレイ４０、４２（図４（Ａ）参照）の一部を構成する単位フィルタ４０Ａ、４２Ａは、後述する蓄熱材３０Ａ、３２Ａの大きさに合わせて形成されている。そして、単位フィルタ４０Ａは、蓄熱材３０Ａを収納した状態において、後述する周壁部４５Ａ（図５（Ａ）参照）の内面に蓄熱材３０Ａの側面が接触すると共に、周壁部４５Ａの上面と蓄熱材３０Ａの上面との高さが揃う大きさとなっている。同様に、単位フィルタ４２Ａは、蓄熱材３２Ａを収納した状態において、周壁部４５Ａ（図５（Ａ）参照）の内面に蓄熱材３２Ａの側面が接触すると共に、周壁部４５Ａの上面と蓄熱材３２Ａの上面との高さが揃う大きさとなっている。 As shown in FIGS. 3A and 3B, unit filters 40A and 42A constituting part of filter arrays 40 and 42 (see FIG. 4A), which will be described later, are made up of heat storage materials 30A and 32A described later. It is formed according to the size. The unit filter 40A, in a state in which the heat storage material 30A is housed, comes into contact with the inner surface of a later-described peripheral wall portion 45A (see FIG. 5A) and the side surface of the heat storage material 30A, and the upper surface of the peripheral wall portion 45A and the heat storage material The height is equal to the height of the upper surface of 30A. Similarly, in a state where the heat storage material 32A is housed, the unit filter 42A has the side surface of the heat storage material 32A in contact with the inner surface of the peripheral wall portion 45A (see FIG. 5A), and the upper surface of the peripheral wall portion 45A and the heat storage material 32A. The height is the same as the height of the top surface.
図４（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０は、一例として、後述する４つの単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに収納される４つの蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄで構成されている。同様に、蓄熱材３２は、一例として、後述する４つの単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄに収納される４つの蓄熱材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄで構成されている。なお、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ及び蓄熱材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、一例として、同じ形状、同じ大きさとなっており、流路２３（図２参照）を中心として＋Ｙ方向側、−Ｙ方向側に対称配置されている。このため、以後の説明では、蓄熱材３０について説明し、蓄熱材３２の説明を省略する。 As shown in FIG. 4B, the heat storage material 30 includes, as an example, four heat storage materials 30A, 30B, 30C, and 30D housed in four unit filters 40A, 40B, 40C, and 40D described later. Yes. Similarly, the heat storage material 32 is comprised by four heat storage material 32A, 32B, 32C, 32D accommodated in four unit filters 42A, 42B, 42C, 42D mentioned later as an example. The heat storage materials 30A, 30B, 30C, and 30D and the heat storage materials 32A, 32B, 32C, and 32D have, for example, the same shape and the same size, and the + Y direction side with the flow path 23 (see FIG. 2) as the center. , Are arranged symmetrically on the −Y direction side. For this reason, in the following description, the heat storage material 30 is demonstrated and description of the heat storage material 32 is abbreviate | omitted.
図２に示す反応器２０において、蓄熱材３０は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものであり、反応器２０内では、以下に示す反応で放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
この式に蓄熱量Ｑ、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
となる。なお、蓄熱材３０の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、一例として、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。
In the reactor 20 shown in FIG. 2, the heat storage material 30 dissipates heat (heat generation) with hydration and stores heat (heat absorption) with dehydration. The heat storage can be repeated reversibly.
CaO + H 2 O Ｃａ Ca (OH) 2
When the heat storage amount Q and the heat generation amount Q are shown together in this equation,
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q
Ca (OH) 2 + Q → CaO + H 2 O
It becomes. In addition, the heat storage capacity per kg of the heat storage material 30 is set to 1.86 [MJ / kg] as an example.
ここで、本実施形態において、蓄熱材３０の粒径とは、蓄熱材３０を構成するＣａＯ粒子が粉体の場合はその平均粒径、粒状の場合は造粒前の粉体の平均粒径、成形体の場合は成形前の造粒粉の平均粒径とする。これは、粒や成形体が崩壊する場合、前工程の状態に戻ると推定されるためである。 Here, in this embodiment, the particle size of the heat storage material 30 is the average particle size when the CaO particles constituting the heat storage material 30 are powder, and the average particle size of the powder before granulation when it is granular. In the case of a molded body, the average particle diameter of the granulated powder before molding is set. This is because it is presumed that the state returns to the state of the previous step when the grains or the molded body collapses.
（要部構成）
次に、フィルタアレイ４０、４２について説明する。
(Main part configuration)
Next, the filter arrays 40 and 42 will be described.
図４（Ａ）に示すように、フィルタアレイ４０、４２は、金属繊維焼結体の一例として、ステンレス鋼繊維焼結体が用いられている。ステンレス鋼製繊維焼結体は、図５（Ａ）に示すように、一例として、針状の複数の金属繊維Ｓ１が焼結された多孔質体となっている。なお、図５（Ｂ）に示すように、金属繊維焼結体として、紡錘状の複数の金属繊維Ｓ２を焼結した多孔質体を用いてもよい。また、金属繊維であれば、針状、紡錘状以外の他の形状のものが使用可能である。 As shown in FIG. 4A, the filter arrays 40 and 42 use stainless steel fiber sintered bodies as an example of metal fiber sintered bodies. As shown in FIG. 5A, the stainless steel fiber sintered body is, for example, a porous body in which a plurality of needle-like metal fibers S1 are sintered. As shown in FIG. 5B, a porous body obtained by sintering a plurality of spindle-shaped metal fibers S2 may be used as the metal fiber sintered body. Moreover, as long as it is a metal fiber, the thing of shapes other than needle shape and spindle shape can be used.
ただし、図５（Ｃ）に示すように、複数の粒状の金属粒子Ｓ３からなる焼結体については、針状の金属繊維Ｓ１（図５（Ａ）参照）及び紡錘状の金属繊維Ｓ２（図５（Ｂ）参照）に比べて結着力が小さいため、本実施形態では使用していない。なお、蓄熱材３０、３２の選択によっては、金属粒子Ｓ３からなる焼結体を用いることが可能な場合もある。 However, as shown in FIG. 5C, for the sintered body composed of a plurality of granular metal particles S3, needle-like metal fibers S1 (see FIG. 5A) and spindle-like metal fibers S2 (see FIG. 5). Since the binding force is smaller than that of 5 (B), it is not used in this embodiment. Depending on the selection of the heat storage materials 30 and 32, it may be possible to use a sintered body made of the metal particles S3.
また、フィルタアレイ４０、４２は、蓄熱材３０、３２の平均粒径より小さいろ過精度を有している。これにより、フィルタアレイ４０、４２では、蓄熱材３０、３２の平均粒径より狭い流路における水蒸気Ｗの移動を許容する一方、平均粒径よりも大きい蓄熱材３０、３２を通過させない（流路２３への侵入を規制する）ようになっている。なお、ろ過精度とは、ろ過効率が５０[％]〜９８[％]となる粒子径のことであり、ろ過効率とは、ある粒子径の粒子に対する除去効率である。 The filter arrays 40 and 42 have a filtration accuracy smaller than the average particle diameter of the heat storage materials 30 and 32. Thereby, in the filter arrays 40 and 42, the movement of the water vapor W in the flow path narrower than the average particle diameter of the heat storage materials 30 and 32 is allowed, but the heat storage materials 30 and 32 larger than the average particle diameter are not allowed to pass (flow path). 23). The filtration accuracy is a particle size with a filtration efficiency of 50% to 98%, and the filtration efficiency is a removal efficiency for particles having a certain particle size.
図４（Ａ）に示すように、フィルタアレイ４０は、一例として、上部が開放された４つの単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄで構成されている。同様に、フィルタアレイ４２は、上部が開放された４つの単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄで構成されている。なお、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ及び単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄは、一例として、同じ形状、同じ大きさとなっており、流路２３（図２参照）を中心として＋Ｙ方向側、−Ｙ方向側に対称配置されている。このため、以後の説明では、フィルタアレイ４０について説明し、フィルタアレイ４２の説明を省略する。 As shown in FIG. 4A, the filter array 40 includes, as an example, four unit filters 40A, 40B, 40C, and 40D that are open at the top. Similarly, the filter array 42 includes four unit filters 42A, 42B, 42C, and 42D that are open at the top. The unit filters 40A, 40B, 40C, 40D and the unit filters 42A, 42B, 42C, 42D have, for example, the same shape and the same size, and the + Y direction side with the flow path 23 (see FIG. 2) as the center. , Are arranged symmetrically on the −Y direction side. Therefore, in the following description, the filter array 40 will be described, and the description of the filter array 42 will be omitted.
単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、それぞれ板状のステンレス鋼繊維焼結体を直方体状の金型を用いてプレス機（図示省略）により絞り加工することで、上部が開放されたトレイ状に形成されている。板状のステンレス鋼繊維焼結体を絞り加工した後では、図１０（Ｃ）に示すように、周壁部の高さが不揃いとなるため、二次加工により同じ高さとしている。 The unit filters 40A, 40B, 40C, and 40D each have a plate-like stainless steel fiber sintered body drawn by a press machine (not shown) using a rectangular parallelepiped mold so that the upper part is opened in a tray shape. Is formed. After the plate-like stainless steel fiber sintered body is drawn, as shown in FIG. 10 (C), the height of the peripheral wall portion is not uniform.
また、図４（Ａ）に示すように、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、Ｘ−Ｚ面に沿って広がる四角形状の底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄを有している。さらに、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの周縁（＋Ｘ方向側、−Ｘ方向側、＋Ｚ方向側、及び−Ｚ方向側）で＋Ｙ方向に直立した周壁部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄを有している。そして、底部４４Ａと周壁部４５Ａ、底部４４Ｂと周壁部４５Ｂ、底部４４Ｃと周壁部４５Ｃ、及び底部４４Ｄと周壁部４５Ｄは、それぞれ一体化されている。 Further, as shown in FIG. 4A, the unit filters 40A, 40B, 40C, and 40D have quadrangular bottom portions 44A, 44B, 44C, and 44D that extend along the XZ plane. Furthermore, the unit filters 40A, 40B, 40C, and 40D are peripheral walls that stand upright in the + Y direction at the peripheral edges (+ X direction side, -X direction side, + Z direction side, and -Z direction side) of the bottom portions 44A, 44B, 44C, and 44D. It has parts 45A, 45B, 45C, 45D. The bottom 44A and the peripheral wall 45A, the bottom 44B and the peripheral wall 45B, the bottom 44C and the peripheral wall 45C, and the bottom 44D and the peripheral wall 45D are integrated.
底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、Ｙ方向の厚み及び空隙率が、該底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの面内方向（Ｘ−Ｚ面に沿った面内方向）で揃えられている。空隙率とは、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの体積に対する空隙の容積の比率である。そして、空隙率は、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの厚みが面内方向でほぼ一定となるように単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄを製作することで、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ内でほぼ均等な比率に制御されている。 The bottom portions 44A, 44B, 44C, 44D have the same thickness and void ratio in the Y direction in the in-plane direction (in-plane direction along the XZ plane) of the bottom portions 44A, 44B, 44C, 44D. The porosity is a ratio of the volume of the void to the volume of the bottom portions 44A, 44B, 44C, 44D. Then, the unit filters 40A, 40B, 40C, 40D are manufactured by making the unit filters 40A, 40B, 40C, 40D so that the thicknesses of the bottom portions 44A, 44B, 44C, 44D are substantially constant in the in-plane direction. It is controlled to a substantially uniform ratio within 40D.
ここで、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、同一面に沿って隣接して配置されている。そして、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｂ、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｃ、周壁部４５Ｂと周壁部４５Ｄ、及び周壁部４５Ｃと周壁部４５Ｄが、それぞれ少なくとも１箇所の溶接により接合され、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄがアレイ化されている（フィルタアレイ４０とされている）。 Here, the bottom portions 44A, 44B, 44C, and 44D are adjacently disposed along the same plane. The peripheral wall portion 45A and the peripheral wall portion 45B, the peripheral wall portion 45A and the peripheral wall portion 45C, the peripheral wall portion 45B and the peripheral wall portion 45D, and the peripheral wall portion 45C and the peripheral wall portion 45D are joined by welding at least one place, respectively, and the unit filter 40A, 40B, 40C, and 40D are arrayed (referred to as filter array 40).
図２に示すように、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、流路２３と蓄熱材３０との間にＸ−Ｚ面に沿って（流路２３に面して）配置されている。また、−Ｘ方向側の周壁部４５Ａの外面は、側壁２２Ｃの内面と接触しており、＋Ｘ方向側の周壁部４５Ｂの外面は、側壁２２Ｂの内面と接触している。 As shown in FIG. 2, the bottom portions 44 </ b> A, 44 </ b> B, 44 </ b> C, 44 </ b> D are disposed along the XZ plane (facing the flow channel 23) between the flow channel 23 and the heat storage material 30. The outer surface of the peripheral wall portion 45A on the −X direction side is in contact with the inner surface of the side wall 22C, and the outer surface of the peripheral wall portion 45B on the + X direction side is in contact with the inner surface of the side wall 22B.
既述のように、単位フィルタ４０Ａ内には、蓄熱材３０Ａが、周壁部４５ＡにＸ方向及びＺ方向で囲まれると共に単位フィルタ４０Ａと接触して収納されている。同様に、単位フィルタ４０Ｂ内には、蓄熱材３０Ｂが、周壁部４５ＢにＸ方向及びＺ方向で囲まれると共に単位フィルタ４０Ｂと接触して収納されている。 As described above, in the unit filter 40A, the heat storage material 30A is enclosed by the peripheral wall 45A in the X direction and the Z direction and is in contact with the unit filter 40A. Similarly, in the unit filter 40B, the heat storage material 30B is enclosed by the peripheral wall 45B in the X direction and the Z direction and is in contact with the unit filter 40B.
（比較例）
次に、比較例の反応器２００について説明する。
(Comparative example)
Next, the reactor 200 of the comparative example will be described.
図８（Ｂ）に示すように、比較例の反応器２００は、本実施形態の反応器２０（図２参照）において、フィルタアレイ４０に換えてフィルタ２１０が設けられた構成となっており、フィルタ２１０を除く他の構成は本実施形態の反応器２０と同様の構成となっている。また、図８（Ｂ）では、蓄熱材３０Ｂ側のみ示しており、同様の構成の蓄熱材３０Ａ側の図示を省略している。 As shown in FIG. 8B, the reactor 200 of the comparative example has a configuration in which a filter 210 is provided instead of the filter array 40 in the reactor 20 of the present embodiment (see FIG. 2). Other configurations except the filter 210 are the same as those of the reactor 20 of the present embodiment. Moreover, in FIG.8 (B), only the thermal storage material 30B side is shown and illustration of the thermal storage material 30A side of the same structure is abbreviate | omitted.
フィルタ２１０は、金属製、多孔質で、Ｙ方向に見て蓄熱材３０Ｂと同形状の板状体に形成されている。そして、フィルタ２１０は、流路２３と蓄熱材３０との間に配置されており、フィルタ２１０の周縁（端部）は、反応容器２２の側壁２２Ｂには接着されていない。なお、蓄熱材３０における水和反応が生じる前の段階では、フィルタ２１０の周縁（端部）と側壁２２Ｂの内面とが接触するように配置されている。 The filter 210 is made of metal and porous, and is formed in a plate-like body having the same shape as the heat storage material 30B when viewed in the Y direction. The filter 210 is disposed between the flow path 23 and the heat storage material 30, and the periphery (end) of the filter 210 is not bonded to the side wall 22 </ b> B of the reaction vessel 22. In addition, in the stage before the hydration reaction in the heat storage material 30 occurs, the peripheral edge (end portion) of the filter 210 and the inner surface of the side wall 22B are arranged to contact each other.
ここで、比較例の反応器２００では、蓄熱材３０Ｂが水和反応により膨張したとき、フィルタ２１０の周縁と側壁２２Ｂとが接着されていないため、フィルタ２１０の周縁と側壁２２Ｂとの間に隙間Ｃが生じる。そして、比較例の反応器２００では、膨張に伴い蓄熱材３０Ｂの一部が崩れて粉体Ｐとなったとき、この粉体Ｐが隙間Ｃを通って流路２３内に流入することになる。流路２３内に流入した粉体Ｐは、堆積して流路２３を塞ぎ水蒸気Ｗの流量を減少させてしまう問題点がある。 Here, in the reactor 200 of the comparative example, when the heat storage material 30B expands due to the hydration reaction, the peripheral edge of the filter 210 and the side wall 22B are not adhered, and therefore there is a gap between the peripheral edge of the filter 210 and the side wall 22B. C is generated. In the reactor 200 of the comparative example, when a part of the heat storage material 30B collapses to become the powder P with expansion, the powder P flows into the flow path 23 through the gap C. . The powder P that has flowed into the flow path 23 accumulates, blocks the flow path 23, and reduces the flow rate of the water vapor W.
（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
(Function)
Next, the operation of this embodiment will be described.
（化学蓄熱システムの作用）
図６（Ａ）に示すように、本実施形態の化学蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を放熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、蒸発凝縮器１２のヒータ１８により液相部１６Ｂの水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気Ｗが、水蒸気流路１４内を矢印−Ｘ方向に移動して、反応器２０内に供給される。
(Operation of chemical heat storage system)
As shown in FIG. 6 (A), when the heat stored in the reactor 20 is dissipated in the chemical heat storage system 10 of the present embodiment, the heater 18 of the evaporation condenser 12 is opened with the on-off valve 19 opened. To evaporate the water in the liquid phase portion 16B. Then, the generated water vapor W moves in the water vapor channel 14 in the direction of the arrow −X and is supplied into the reactor 20.
続いて、反応器２０内では、供給された水蒸気Ｗが流路２３内を流れる。そして、流路２３内の水蒸気Ｗが単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂを通過して蓄熱材３０Ａ、３０Ｂと接触することにより、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂは、水和反応を生じつつ放熱する。 Subsequently, in the reactor 20, the supplied water vapor W flows through the flow path 23. And when the water vapor | steam W in the flow path 23 passes unit filter 40A, 40B and contacts thermal storage material 30A, 30B, thermal storage material 30A, 30B radiates heat, producing hydration reaction.
続いて、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂにおいて水和反応により生じた熱は、反応容器２２を介して熱媒流路２４へ伝導し、熱媒流路２４内を流れる熱媒（図示省略）によって加熱対象に輸送される。このようにして、反応器２０に蓄熱された熱の放熱が行われる。 Subsequently, heat generated by the hydration reaction in the heat storage materials 30 </ b> A and 30 </ b> B is conducted to the heat medium passage 24 through the reaction container 22, and is heated by the heat medium (not shown) flowing in the heat medium passage 24. Be transported to. In this way, the heat stored in the reactor 20 is released.
一方、図６（Ｂ）に示すように、化学蓄熱システム１０において反応器２０の蓄熱材３０Ａ、３０Ｂに蓄熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、熱媒流路２４、２５内に熱源（図示省略）によって加熱された熱媒（図示省略）を流通させる。この熱媒によって加熱されることで、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂが脱水反応を生じ、この脱水反応で生じた熱が蓄熱材３０Ａ、３０Ｂに蓄熱される。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, when heat is stored in the heat storage materials 30A and 30B of the reactor 20 in the chemical heat storage system 10, the open / close valve 19 is opened and the heat medium channels 24 and 25 are opened. A heat medium (not shown) heated by a heat source (not shown) is circulated in the air. Heat storage materials 30A and 30B undergo a dehydration reaction by being heated by the heat medium, and heat generated by the dehydration reaction is stored in the heat storage materials 30A and 30B.
このとき、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂから脱水された水蒸気Ｗは、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂを通り、流路２３及び水蒸気流路１４を流れ、蒸発凝縮器１２内に導入される。そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、冷媒流路１７を流通する冷媒によって水蒸気Ｗが冷却され、凝縮された水が貯留容器１６の液相部１６Ｂに貯留される。このようにして、反応器２０における蓄熱が行われる。 At this time, the water vapor W dehydrated from the heat storage materials 30A and 30B passes through the unit filters 40A and 40B, flows through the flow path 23 and the water vapor flow path 14, and is introduced into the evaporative condenser 12. Then, in the gas phase part 16 </ b> A of the evaporation condenser 12, the water vapor W is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 17, and the condensed water is stored in the liquid phase part 16 </ b> B of the storage container 16. In this way, heat storage in the reactor 20 is performed.
蓄熱材３０Ａ、３０Ｂの蓄熱、放熱について、図７に示す化学蓄熱システム１０のサイクル（一例）を参照しつつ補足する。図７には、ＰＴ線図に示された圧力平衡点における化学蓄熱システム１０（図１参照）のサイクルが示されている。この図において、上側の等圧線が脱水（吸熱）反応を示し、下側の等圧線が水和（発熱）反応を示している。 It supplements, referring the cycle (an example) of the chemical heat storage system 10 shown in FIG. FIG. 7 shows a cycle of the chemical heat storage system 10 (see FIG. 1) at the pressure equilibrium point shown in the PT diagram. In this figure, the upper isobaric line represents a dehydration (endothermic) reaction, and the lower isobaric line represents a hydration (exothermic) reaction.
このサイクルでは、例えば、蓄熱材の温度が４１０℃で蓄熱された場合、水蒸気は５０℃が平衡温度となる。そして、化学蓄熱システム１０では、水蒸気は蒸発凝縮器１２（図１参照）において冷媒流路１７の冷媒との熱交換によって５０℃以下に冷却され、凝縮されて水になる。 In this cycle, for example, when the temperature of the heat storage material is stored at 410 ° C., 50 ° C. is the equilibrium temperature of water vapor. And in the chemical thermal storage system 10, water vapor | steam is cooled to 50 degrees C or less by heat exchange with the refrigerant | coolant of the refrigerant | coolant flow path 17 in the evaporative condenser 12 (refer FIG. 1), and is condensed and becomes water.
一方、ヒータ１８（図１参照）により加熱を行うことで、該ヒータ１８の温度に応じた蒸気圧の水蒸気が発生する。例えば、図７のサイクルにおいて、５℃で水蒸気を発生させる場合、蓄熱材は３１５℃で放熱することが解る。このように、内部が真空脱気されている化学蓄熱システム１０では、５℃付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３１５℃もの高温を得ることができる。 On the other hand, when heating is performed by the heater 18 (see FIG. 1), water vapor having a vapor pressure corresponding to the temperature of the heater 18 is generated. For example, in the cycle of FIG. 7, it is understood that the heat storage material radiates heat at 315 ° C. when water vapor is generated at 5 ° C. Thus, in the chemical heat storage system 10 in which the inside is vacuum degassed, heat can be pumped from a low-temperature heat source near 5 ° C. to obtain a high temperature of 315 ° C.
ここで、図１に示すように、本実施形態の化学蓄熱システム１０では、後述するフィルタアレイ４０、４２の作用により、流路２３が蓄熱材３０、３２の粉体Ｐの堆積で詰まることが抑制され、蓄熱材３０、３２に供給される水蒸気Ｗの量の低下が抑制される。これにより、反応器２０における蓄熱材３０、３２の反応性の低下が抑制されるので、化学蓄熱システム１０における加熱対象（熱媒体を含む）の加熱効率の低下を抑制することができる。 Here, as shown in FIG. 1, in the chemical heat storage system 10 of the present embodiment, the flow path 23 may be clogged with the accumulation of the powder P of the heat storage materials 30 and 32 due to the action of the filter arrays 40 and 42 described later. It is suppressed and the fall of the quantity of the water vapor | steam W supplied to the thermal storage material 30 and 32 is suppressed. Thereby, since the fall of the reactivity of the thermal storage material 30 and 32 in the reactor 20 is suppressed, the fall of the heating efficiency of the heating object (a heat medium is included) in the chemical thermal storage system 10 can be suppressed.
（フィルタの作用）
図８（Ａ）に示すように、本実施形態の反応器２０では、蓄熱材３０Ｂの水和反応による膨張で蓄熱材３０Ｂの一部が崩れて粉体Ｐとなっても、単位フィルタ４０Ｂの周壁部４５Ｂが、流路２３内への粉体Ｐの回り込みを抑制する。これにより、反応器２０では、既述の比較例に比べて、流路２３内への粉体Ｐの侵入を抑制することができる。
(Function of filter)
As shown in FIG. 8A, in the reactor 20 of the present embodiment, even if a part of the heat storage material 30B collapses due to expansion due to the hydration reaction of the heat storage material 30B and becomes a powder P, the unit filter 40B The peripheral wall 45 </ b> B suppresses the powder P from entering the flow path 23. Thereby, in the reactor 20, the penetration | invasion of the powder P in the flow path 23 can be suppressed compared with the above-mentioned comparative example.
さらに、反応器２０では、膨張した蓄熱材３０Ｂが、単位フィルタ４０Ｂの周壁部４５Ｂを側壁２２Ｂの内面に押し付ける（図の矢印Ｆ）ので、周壁部４５Ｂが、蓄熱材３０Ｂと反応容器２２の側壁２２Ｂとで挟まれる。そして、周壁部４５Ｂは、変形が側壁２２Ｂによって抑制される。このため、反応器２０では、周壁部４５Ｂと側壁２２Ｂとの隙間がほとんど無くなり、即ち、蓄熱材３０Ｂと側壁２２Ｂの内面との間に隙間が形成されるのを抑制することができる。これにより、反応器２０では、既述の比較例に比べて、流路２３内への粉体Ｐの侵入をさらに抑制することができる。なお、単位フィルタ４０Ｂの底部４４Ｂでは、平均粒径よりも大きい粉体Ｐが流路２３へ移動することが抑制（規制）されている。 Furthermore, in the reactor 20, the expanded heat storage material 30B presses the peripheral wall portion 45B of the unit filter 40B against the inner surface of the side wall 22B (arrow F in the figure), so the peripheral wall portion 45B becomes the side wall of the heat storage material 30B and the reaction vessel 22. It is sandwiched between 22B. The deformation of the peripheral wall portion 45B is suppressed by the side wall 22B. For this reason, in the reactor 20, there is almost no gap between the peripheral wall portion 45B and the side wall 22B, that is, the formation of a gap between the heat storage material 30B and the inner surface of the side wall 22B can be suppressed. Thereby, in the reactor 20, the penetration | invasion of the powder P in the flow path 23 can further be suppressed compared with the above-mentioned comparative example. In addition, at the bottom 44B of the unit filter 40B, the movement of the powder P larger than the average particle diameter to the flow path 23 is suppressed (restricted).
また、反応器２０では、フィルタアレイ４０、４２（図２参照）として、針状の金属繊維Ｓ１（図５（Ａ）参照）又は紡錘状の金属繊維Ｓ２（図５（Ｂ）参照）を焼結して出来上がった金属繊維焼結体を用いている。このため、粒状の金属粒子Ｓ３（図５（Ｃ）参照）を焼結した金属焼結体に比べて、最少空隙寸法を小さくすることが可能となる。これにより、流路２３内への粉体Ｐの侵入をさらに抑制することができる。なお、フィルタアレイ４０、４２として金属繊維焼結体を用いることで、粒状の焼結体を用いる場合に比べて、深絞りを行ったときに金属繊維間の広がり（空隙の広がり）を抑制することができる。 Further, in the reactor 20, as the filter arrays 40 and 42 (see FIG. 2), the needle-like metal fibers S1 (see FIG. 5A) or the spindle-like metal fibers S2 (see FIG. 5B) are baked. The resulting sintered metal fiber is used. For this reason, it becomes possible to make a minimum space | gap dimension small compared with the metal sintered compact which sintered the granular metal particle S3 (refer FIG.5 (C)). Thereby, the penetration of the powder P into the flow path 23 can be further suppressed. In addition, by using a metal fiber sintered body as the filter arrays 40 and 42, compared to the case of using a granular sintered body, the spread between metal fibers (expansion of voids) is suppressed when deep drawing is performed. be able to.
さらに、フィルタアレイ４０、４２は、既述のように、針状の金属繊維Ｓ１又は紡錘状の金属繊維Ｓ２を用いているので、粒状の金属粒子Ｓ３（図５（Ｃ）参照）を焼結した金属焼結体に比べて、各金属繊維Ｓ１同士又は各金属繊維Ｓ２同士の結着力が大きい。これにより、フィルタアレイ４０、４２は、金属繊維焼結体を深絞り加工する際、折り曲げ部位（Ｒ部位）で金属繊維焼結体に亀裂が生じるのを抑制することができる。 Furthermore, since the filter arrays 40 and 42 use the needle-like metal fiber S1 or the spindle-like metal fiber S2 as described above, the granular metal particles S3 (see FIG. 5C) are sintered. Compared with the sintered metal body, the binding force between the metal fibers S1 or between the metal fibers S2 is large. Thereby, when deep-drawing the metal fiber sintered body, the filter arrays 40 and 42 can suppress the occurrence of cracks in the metal fiber sintered body at the bent portion (R portion).
加えて、本実施形態の反応器２０では、図４（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０を既述のように複数の蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄで構成しているので、蓄熱材３０で必要とされる蓄熱量に合わせて大型のフィルタを製作しなくて済む。そして、周壁部４５Ａ、４５Ｂが溶接により接合されているので、これらを接合しない場合に比べて、フィルタアレイ４０の強度を高めることができる。 In addition, in the reactor 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 4 (B), the heat storage material 30 is composed of a plurality of heat storage materials 30A, 30B, 30C, and 30D as described above. It is not necessary to manufacture a large filter according to the heat storage amount required for the material 30. And since surrounding wall part 45A, 45B is joined by welding, the intensity | strength of the filter array 40 can be raised compared with the case where these are not joined.
なお、図２に示すように、フィルタアレイ４０、４２は、＋Ｙ方向側又は−Ｙ方向側が開放されて蓄熱材３０Ａ、３０Ｂが露出しているので、反応容器２２と蓄熱材３０Ａ、３０Ｂとが接触する。これにより、反応容器２２と蓄熱材３０Ａ、３０Ｂとの間に隙間が形成される構成に比べて、熱抵抗を抑制することができる。 As shown in FIG. 2, the filter arrays 40 and 42 are open on the + Y direction side or the −Y direction side and the heat storage materials 30A and 30B are exposed, so that the reaction vessel 22 and the heat storage materials 30A and 30B are exposed. Contact. Thereby, compared with the structure by which a clearance gap is formed between reaction container 22 and thermal storage material 30A, 30B, thermal resistance can be suppressed.
また、本実施形態の反応器２０では、図９に示すように、隣接する周壁部４５Ａ、４５Ｂが接合されて仕切壁となる。このため、例えば、単位フィルタ４０Ａ内で生じた蓄熱材３０Ａの粉体Ｐが単位フィルタ４０Ｂ内へ移動しようとしても、この粉体Ｐの移動が周壁部４５Ａ、４５Ｂで規制される。これにより、反応容器２２（図２参照）内の各部で蓄熱材３０の存在比率が異なること、即ち、蓄熱材３０の偏りを抑制することができる。 Moreover, in the reactor 20 of this embodiment, as shown in FIG. 9, adjacent surrounding wall part 45A, 45B joins and becomes a partition wall. For this reason, for example, even if the powder P of the heat storage material 30A generated in the unit filter 40A attempts to move into the unit filter 40B, the movement of the powder P is restricted by the peripheral wall portions 45A and 45B. Thereby, it can suppress that the existence ratio of the thermal storage material 30 differs in each part in the reaction container 22 (refer FIG. 2), ie, the bias | inclination of the thermal storage material 30. FIG.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to said embodiment.
反応器２０は、反応容器２２における水蒸気の流れる方向（矢印Ｘ方向）と、熱媒流路２４、２５の熱媒が流れる方向とが、側面視で直交する配置となっていてもよい。また、ヒータ１８に換えて、熱媒が流れる熱媒流路を液相部１６Ｂに配置して水蒸気を発生させるようにしてもよい。さらに、蓄熱材３０、３２に隣接してヒータ又は熱媒流路を配置し、蓄熱材３０、３２を加熱して脱水反応を生じさせるようにしてもよい。 In the reactor 20, the direction in which the water vapor flows in the reaction vessel 22 (the direction indicated by the arrow X) and the direction in which the heat medium in the heat medium flow paths 24 and 25 flow may be orthogonal to each other in a side view. Further, instead of the heater 18, a heat medium flow path through which the heat medium flows may be disposed in the liquid phase portion 16B to generate water vapor. Furthermore, a heater or a heat medium flow path may be disposed adjacent to the heat storage materials 30 and 32, and the heat storage materials 30 and 32 may be heated to cause a dehydration reaction.
蓄熱材３０、３２の一例として酸化カルシウムを用いたが、水和、脱水による放熱、蓄熱を行う他の化学蓄熱材（例えば、アルカリ土類金属の酸化物）を用いてもよい。さらに、上記実施形態では、蓄熱材３０、３２として成形体を用いた例を示したが、これに限定されず、例えば、粒状に形成された蓄熱材を反応容器２２内に充填することで反応器２０を構成しても良い。 Calcium oxide is used as an example of the heat storage materials 30 and 32, but other chemical heat storage materials (for example, alkaline earth metal oxides) that perform heat dissipation and heat storage by hydration and dehydration may be used. Furthermore, in the said embodiment, although the example which used the molded object was shown as the thermal storage material 30 and 32, it is not limited to this, For example, it reacts by filling the reaction container 22 with the thermal storage material formed in the shape of a particle | grain. The vessel 20 may be configured.
蓄熱材３０の変形例として、図１０（Ａ）に示すように、蓄熱材３０の上面の高さが、フィルタアレイ４０の周壁部４５Ａの上面の高さよりも低くなっていてもよい。ただし、蓄熱材３０が膨張したときに天井壁２２Ｄと接触しないと熱抵抗が大きくなる（熱伝導の効率が悪くなる）ため、蓄熱材３０が膨張したときに該蓄熱材３０の上面の高さが周壁部４５Ａの上面の高さ以上となることが必要である。 As a modification of the heat storage material 30, as shown in FIG. 10A, the height of the upper surface of the heat storage material 30 may be lower than the height of the upper surface of the peripheral wall portion 45A of the filter array 40. However, when the heat storage material 30 expands, if it does not come into contact with the ceiling wall 22D, the thermal resistance increases (the heat conduction efficiency deteriorates). Therefore, the height of the upper surface of the heat storage material 30 when the heat storage material 30 expands. Needs to be equal to or greater than the height of the upper surface of the peripheral wall 45A.
また、図１０（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上面の高さが、周壁部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄの上面の高さよりも高くなっていてもよい。さらに、フィルタアレイ４０、４２では、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｂ、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｃ、周壁部４５Ｂと周壁部４５Ｄ、及び周壁部４５Ｃと周壁部４５Ｄの４組が全て接合されていなくてもよく、少なくとも１組が接合されていればよい。 Moreover, as shown to FIG. 10 (B), the height of the upper surface of heat storage material 30A, 30B, 30C, 30D may be higher than the height of the upper surface of surrounding wall part 45A, 45B, 45C, 45D. Further, in the filter arrays 40 and 42, all the four sets of the peripheral wall portion 45A and the peripheral wall portion 45B, the peripheral wall portion 45A and the peripheral wall portion 45C, the peripheral wall portion 45B and the peripheral wall portion 45D, and the peripheral wall portion 45C and the peripheral wall portion 45D are not joined. It is sufficient that at least one set is joined.
図１０（Ｃ）に示すように、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂにおいて、深絞り後の周壁部の高さを揃える二次加工をせず、四隅に他の部位よりも上方へ突出した突出部４９が形成されたままで用いてもよい。 As shown in FIG. 10 (C), in the unit filters 40A and 40B, there is no secondary processing for aligning the height of the peripheral wall portion after deep drawing, and the protruding portions 49 that protrude upward from other portions are formed at the four corners. It may be used as formed.
図１０（Ｄ）に示すように、＋Ｘ方向側の周壁部が無い単位フィルタ６０Ａと、−Ｘ方向側の周壁部が無い単位フィルタ６０Ｂとを接合した後に、この接合部位に仕切壁６２を溶接して、フィルタアレイ６０を形成してもよい。また、１つの単位フィルタにおいて、内部に仕切壁を溶接して、１つの単位フィルタ内を複数の空間に仕切ってもよい。さらに、フィルタの接合は溶接に限らず、接着剤を用いた接着であってもよい。 As shown in FIG. 10D, after joining the unit filter 60A having no peripheral wall portion on the + X direction side and the unit filter 60B having no peripheral wall portion on the −X direction side, the partition wall 62 is welded to this joining portion. Thus, the filter array 60 may be formed. Further, in one unit filter, a partition wall may be welded to partition the inside of one unit filter into a plurality of spaces. Furthermore, the bonding of the filter is not limited to welding, but may be bonding using an adhesive.
１０ 化学蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器（蒸発部の一例）
２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器（容器の一例）
２３ 流路
３０ 蓄熱材（粉体の集合体の一例）
３２ 蓄熱材（粉体の集合体の一例）
４０ フィルタアレイ（フィルタの一例）
４０Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｂ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｃ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｄ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２ フィルタアレイ（フィルタの一例）
４２Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｂ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｃ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｄ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４４Ａ 底部
４４Ｂ 底部
４４Ｃ 底部
４４Ｄ 底部
４５Ａ 周壁部
４５Ｂ 周壁部
４５Ｃ 周壁部
４５Ｄ 周壁部
Ｐ 粉体
Ｗ 水蒸気
10 Chemical Heat Storage System 12 Evaporation Condenser (Example of Evaporator)
20 reactor (an example of a chemical heat storage reactor)
22 reaction vessel (example of vessel)
23 channel 30 heat storage material (an example of an aggregate of powder)
32 Heat storage material (example of powder aggregate)
40 Filter array (an example of a filter)
40A unit filter (example of filter)
40B unit filter (example of filter)
40C unit filter (example of filter)
40D unit filter (example of filter)
42 Filter array (an example of a filter)
42A unit filter (example of filter)
42A unit filter (example of filter)
42B unit filter (example of filter)
42C unit filter (example of filter)
42D unit filter (example of filter)
44A bottom 44B bottom 44C bottom 44D bottom 45A peripheral wall 45B peripheral wall 45C peripheral wall 45D peripheral wall P powder W water vapor
Claims (6)
前記容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する前記粉体の集合体としての蓄熱材と、
前記容器内で前記蓄熱材を収納し、前記底部が前記流路に面する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィルタと、
を有する化学蓄熱反応器。 A container with a water vapor channel;
A heat storage material as an aggregate of the powder provided in the container and generating heat by a hydration reaction by steam and storing heat by a dehydration reaction by heating;
The filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat storage material is stored in the container, and the bottom portion faces the flow path.
A chemical heat storage reactor.
前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、
を有する化学蓄熱システム。 The chemical heat storage reactor according to claim 4 or 5,
An evaporating section which is communicated in an airtight state with the container and supplies water vapor to the container;
Having a chemical heat storage system.
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