JP6422283B2 - 蓄熱容器及び蓄熱容器を備えた蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、反応ガスと化学蓄熱材との化学反応により反応熱を放出し、上記反応の逆反応により吸熱する可逆反応を利用して、発熱と蓄熱を繰り返すことができる化学蓄熱材を使用した蓄熱器、該蓄熱器を備えた蓄熱装置に関する。

化学蓄熱材は、体積あたりの蓄熱量が大きく、蓄熱された化学蓄熱材を長期貯蔵しても熱損失が極めて少ないことなどから、エンジンや工業プラント等からの排熱の貯蔵及び利用に、活用することが期待されている。

そこで、図８に示すように、化学蓄熱材複合体５３が内管５１と外管５２との間に収容され、化学蓄熱材複合体５３の蓄熱・放熱に伴う反応物・反応生成物としての水蒸気が流通する反応流路５４が、内管５１内に構成され、化学蓄熱材複合体５３との間で熱交換を行う熱交換媒体であるガス状の流体が流通する熱交換流路５６が、外管５２と外壁５５との間に設けられた蓄熱装置５０が、提案されている（特許文献１）。しかし、特許文献１の蓄熱装置５０では、水蒸気を供給する反応流路５４と熱交換媒体を供給する熱交換流路５６を別個に設ける必要があるため、配管構成が複雑になるという問題があった。また、配管構成の複雑化により、蓄熱装置５０に搭載できる化学蓄熱材複合体５３の量が少なくなってしまうので、蓄熱装置５０の単位体積当たりの利用熱量（蓄熱密度）が小さくなるという問題があった。

加えて、特許文献１の蓄熱装置５０では、熱交換媒体としてガス状の流体を使用すると、ガス状の流体に顕熱が供給できるのみとなるので、熱交換媒体の熱輸送量が制限されるという問題、さらに、ガス状の熱交換媒体を蓄熱装置５０に供給するためには、気化熱による熱交換媒体貯蔵容器の温度低下を防止するために、熱交換媒体貯蔵容器にエネルギーを投入する必要があるという問題があった。

また、反応ガスである水蒸気と、常温空気（熱輸送媒体に相当）を混合して、蓄熱材が収容された反応器に供給する蓄熱器が提案されている（特許文献２）。しかし、水蒸気が常温空気と混合された状態で蓄熱器に供給されると、空気が水蒸気の拡散を阻害して蓄熱材の反応速度が遅くなってしまうので、蓄熱材から供給される単位時間あたりの熱量が小さくなってしまうという問題があった。

一方で、アルカリ土類金属酸化物を充填した反応器、水を貯蔵する水タンク、上記水タンクの水を上記反応器に供給する水供給管、及び反応器から水を水タンクに戻す還流管からなる密閉サイクルを備え、アルカリ土類金属酸化物の水和反応に伴い発生する熱を利用するようにした化学発熱装置が提案されている（特許文献３）。しかし、蓄熱材であるアルカリ土類金属酸化物を水と反応させると、蓄熱材中に浸透した水が、蓄熱材の発熱により気化した際に、急激に膨張して蓄熱材を破壊するという問題があった。

特開２００９−２２８９５２号公報 特開昭６２−２１６６３３号公報 特開平７−１８０５３９号公報

本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成にて、吸熱及び発熱の効率と熱輸送量を向上でき、また、化学蓄熱材の破壊を防止できる蓄熱容器及び蓄熱容器を備えた蓄熱装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、一方の端部が閉塞された閉塞側端部と他方の端部が開口した開口側端部とを有する筒状体からなる外管と、該外管の閉塞側端部から一方の開口端部が突出し、他方の開口端部が前記外管の開口側端部よりも前記外管の閉塞側端部側に位置するように、前記外管内に挿入された内管と、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成された第１の空間部に収容された化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体と、前記蓄熱部構造体を前記第１の空間部の長手方向に貫通する第１の流路と、を備えた蓄熱容器である。

上記態様では、第１の流路は、化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の気化物の流路となっている。従って、第１の流路を流れる反応ガスと第１の空間部に収容された化学蓄熱材とが化学反応することで、化学蓄熱材に貯蔵されていた熱が反応熱として放出される。一方で、外管の閉塞側端部から突出した、内管の一方の開口端部から内管の内部へ、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が供給される。内管の内部へ供給された前記熱輸送流体の液化物は、内管の内部を一方の開口端部から他方の開口端部へ流れる間に、上記反応熱を受熱して気化する。内管の内部にて気化した前記熱輸送流体は、内管の他方の開口端部から第１の流路へ反応ガスとして供給される。第１の流路へ供給された反応ガスは、第１の流路を外管の開口側端部側から閉塞側端部側の方向へ流れていき、上記の通り、第１の空間部に収容された化学蓄熱材と化学反応して、化学蓄熱材から反応熱が放出される。

また、反応ガスとして使用されなかった、つまり、内管の他方の開口端部から第１の流路へ供給されなかった、余剰の気化した前記熱輸送流体は、上記反応熱を輸送する熱輸送媒体として、外管の開口側端部から熱利用先へ輸送される。

一方で、蓄熱容器の外管の壁面を介して、蓄熱容器の外部の熱が、外管内部の第１の空間部に収容された化学蓄熱材へ、移動可能となっている。この外管の内部へ熱移動した熱によって、反応ガスが、一旦化学反応により結合して反応熱を放出した化学蓄熱材から脱離する反応を起こし、化学蓄熱材が、外管の内部へ熱移動した熱を貯蔵する。化学蓄熱材から脱離した反応ガスは、第１の流路へ放出される。

本発明の態様は、前記内管の内部である第２の空間部に、ウィック構造体と前記ウィック構造体を前記第２の空間部の長手方向に貫通する第２の流路とが設けられている蓄熱容器である。

この態様では、ウィック構造体の毛細管力によって、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が、内管の内部へ供給される。内管の内部へ供給された前記熱輸送流体の液化物は、内管のウィック構造体内部にて上記反応熱を受熱することで気化してウィック構造体から第２の流路へ放出される。第２の流路へ放出された気体状の前記熱輸送流体は、第２の流路を内管の一方の開口端部側から他方の開口端部側の方向へ流れていく。

本発明の態様は、前記内管の壁面に、貫通孔が設けられた蓄熱容器である。本発明の態様は、前記内管の壁面に、貫通孔が設けられ、該貫通孔の部位には前記ウィック構造体が設けられていない蓄熱容器である。

本発明の態様は、前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部が、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と接続されている蓄熱容器である。

本発明の態様は、前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部が、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と接続され、前記熱輸送流体容器の底部が前記内管の一方の開口端部よりも上方にある蓄熱容器である。本明細書中、「下」とは、重力方向を意味し、「上」とは、重力方向と反対の方向を意味する。

本発明の態様は、前記化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体が、化学蓄熱材と、金属粉、粘土鉱物、有機物の炭化物及び金属製メッシュからなる群から選択された少なくとも１種との混合物の焼結体である蓄熱容器である。

本発明の態様は、一方の端部が閉塞された閉塞側端部と他方の端部が開口した開口側端部とを有する筒状体からなる外管と、該外管の閉塞側端部から一方の開口端部が突出し、他方の開口端部が前記外管の開口側端部よりも前記外管の閉塞側端部側に位置するように、前記外管内に挿入された内管と、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成された第１の空間部に収容された化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体と、前記蓄熱部構造体を前記第１の空間部の長手方向に貫通する第１の流路と、を備えた蓄熱容器と、前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部と接続された、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と、前記外管の開口側端部と接続された、前記外管の開口側端部から放出される気化した前記熱輸送流体を液化させる凝縮器と、前記熱輸送流体容器と前記凝縮器を接続し、前記凝縮器によって得られた前記熱輸送流体の液化物を前記熱輸送流体容器へ供給する配管系と、を備えた、前記熱輸送流体の循環系を有し、前記循環系が、気密状態であり、脱気されている蓄熱装置である。

本発明の態様は、前記外管の表面が、熱源と熱的に接続されている蓄熱装置である。

本発明の態様によれば、該外管の閉塞側端部から一方の開口端部が突出し、他方の開口端部が前記外管の開口側端部よりも前記外管の閉塞側端部側に位置するように、前記外管内に挿入された内管の内部に、化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能も有する熱輸送流体の液化物が供給されることで、反応ガスの流路と熱輸送流体の流路とを分けて設ける必要がないので、簡易な構成の蓄熱容器とすることができる。このように、蓄熱容器を簡易な構成にすることができるので、蓄熱容器の単位体積あたりの蓄熱部構造体の搭載量が多くなり、吸熱及び発熱の効率が向上して、蓄熱容器としての蓄熱密度を高めることができる。

また、液状の前記熱輸送流体が内管の内部に供給されることで、液状の前記熱輸送流体は、第１の流路を流れる反応ガスと第１の空間部に収容された化学蓄熱材とが化学反応することで放出される反応熱を、顕熱としてだけでなく潜熱としても受熱できるので、前記熱輸送流体の熱輸送量が向上する。また、内管の壁面を介して、第１の空間部と内管の内部空間が相互に分離されていることから、第１の空間部に収容された蓄熱部構造体が、内管の内部に供給された液状の前記熱輸送流体と接触することを防止できるので、蓄熱部構造体の劣化が抑制され、さらに、蓄熱部構造体に浸透した液状の前記熱輸送流体が、気化して膨張することによって蓄熱部構造体が破壊されることを防止できる。

本発明の態様によれば、内管内部の第２の空間部に、ウィック構造体が設けられているので、ウィック構造体の有する毛細管力によって、反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の液化物が内管の内部空間に円滑に供給され、該毛細管力によって前記熱輸送流体の液化物を内管の長手方向に沿って確実に流すことができる。また、ウィック構造体を第２の空間部の長手方向に貫通する第２の流路が設けられているので、上記反応熱によってウィック構造体内部にて気化した前記熱輸送流体は、第２の流路へ放出され、第２の流路へ放出された気化した前記熱輸送流体は、反応ガスとして第１の流路へ流れるにあたり、その供給量が不足するのを防止できる。

本発明の態様によれば、内管の壁面に貫通孔が設けられるので、気化した前記熱輸送流体の第２の流路への放出量、すなわち、第１の流路への反応ガスの供給量が不足するのを確実に防止できる。さらに、本発明の態様によれば、上記貫通孔の部位にはウィック構造体が設けられていないので、第１の流路への反応ガスの供給量が不足するのをより確実に防止できる。

本発明の態様によれば、熱輸送流体容器の底部が、熱輸送流体容器と接続された内管の一方の開口端部よりも上方にあるので、重力作用によって、反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の液化物を内管の内部空間に供給することができる。

本発明の態様によれば、蓄熱装置における反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の循環系が、密閉状態であり、さらに脱気されていることにより、前記熱輸送流体を循環させるための機器を使用しなくても、前記熱輸送流体は、蓄熱装置内を円滑に循環することができる。また、前記循環系が、密閉状態であり、さらに脱気されていることにより、第２の流路へ放出された気化した前記熱輸送流体を、反応ガスとして、第１の流路へ円滑に流すことができる。

また、化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器が、内管に接続されることにより、熱輸送流体の気化熱による熱輸送流体容器の温度低下が防止でき、熱輸送流体容器に温度維持のためのエネルギーを投入することを防止できる。

本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器の側面断面図である。 本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器の正面断面図である。 本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器の使用方法例の側面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器の側面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器の正面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器の使用方法例の側面断面図である。 本発明の実施形態例に係る蓄熱装置の説明図である。 従来の蓄熱装置の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係る蓄熱容器について図面を用いながら説明する。図１に示すように、第１実施形態例に係る蓄熱容器１は、一方の端部が閉塞された閉塞側端部３と他方の端部が開口した開口側端部４とを有する筒状体からなる外管２と、外管２の閉塞側端部３から一方の開口端部６が突出し、他方の開口端部７が外管２の開口側端部４よりも外管２の閉塞側端部３側に位置するように、外管２内に挿入された内管５と、を備えている。外管２の閉塞側端部３には、内管５の外形に対応する形状と寸法を有する貫通穴が形成されている。該貫通穴に内管５が嵌挿されることにより、外管２の内部に内管５が配置、固定され、外管２の閉塞側端部３に密閉性が付与されている。

図２に示すように、蓄熱容器１では、外管２は円形状の管材を扁平加工した扁平形状であり、内管５は円形状の管材からなる。蓄熱容器１では、外管２の中心軸と内管５の中心軸は、同軸状に配置されている。

図１、２に示すように、外管２の内面と内管５の外面との間に、第１の空間部８が形成され、第１の空間部８には、化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体９が収容されている。蓄熱部構造体９は、外管２の内面及び内管５の外面と接触することで、外管２及び内管５と熱的に接続されている。蓄熱部構造体９は、外管２及び内管５の長手方向に対して平行方向に、内管５の他方の開口端部７またはその近傍から外管２の閉塞側端部３まで伸びている。

また、蓄熱部構造体９の内部には、第１の空間部８の長手方向に対して平行方向に、蓄熱部構造体９の内部を貫通する第１の流路１０が設けられている。蓄熱容器１では、内管５の左右に、それぞれ、１つずつ、第１の流路１０が配置されている。第１の流路１０の形状は、特に限定されないが、蓄熱容器１では、第１の流路１０内に流れる反応ガスと蓄熱部構造体９との接触面積を増大させて蓄熱部構造体９の発熱効率を向上させるために、正面視く字状となっている。第１の空間部８における、蓄熱部構造体９の体積と第１の流路１０の体積の比率は、特に限定されないが、蓄熱密度と反応速度のバランスの点から２：１〜２０：１が好ましく、５：１〜１５：１が特に好ましい。

図１に示すように、内管５の内部である第２の空間部１１には、ウィック構造体１２が設けられている。ウィック構造体１２は、第２の空間部１１の長手方向に対して平行方向に、内管５の一方の開口端部６またはその近傍から他方の開口端部７またはその近傍まで伸びている。

図２に示すように、ウィック構造体１２は、内管５の内周面を覆うように設けられている。また、ウィック構造体１２は、内管５の内周面と接触しており、化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体９から放出された反応熱Ｈを、内管５を介して受熱できる。

さらに、内管５の内部では、内管５の他方の開口端部７またはその近傍から外管２の閉塞側端部３またはその近傍に相当する位置まで、第２の空間部１１の長手方向にウィック構造体１２を貫通する第２の流路１３が伸びている。蓄熱部構造体９から放出された反応熱Ｈを、内管５を介して蓄熱部構造体９と熱的に接続されたウィック構造体１２が受熱することで、ウィック構造体１２中に含まれた反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の液化物が気化する。気化した反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体（すなわち、反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の蒸気）Ｇは、ウィック構造体１２から第２の流路１３へ放出される。第２の流路１３は、内管５の他方の開口端部７側で開口している。第２の流路１３に放出された気化した前記熱輸送流体Ｇは、この第２の流路１３の開口部から、外管２内部の開口側端部４近傍へ放出される。

第２の空間部１１における、ウィック構造体１２の体積と第２の流路１３の体積の比率は、特に限定されないが、前記熱輸送流体Ｇの供給効率の点から２：１〜１：１０が好ましく、１：１〜１：５が特に好ましい。また、第１の空間部８の体積と第２の空間部１１の体積の比率は、特に限定されないが、蓄熱密度と前記熱輸送流体Ｇの供給効率とのバランスの点から３：１〜２０：１が好ましく、５：１〜１０：１が特に好ましい。

蓄熱部構造体９と反応ガスとが化学反応することで、反応熱Ｈを放出するとともに、第１の流路１０内の反応ガスの蒸気圧が低下する。第１の流路１０内における反応ガスの蒸気圧が低下すると、第２の流路１３の開口部から、外管２内部の開口側端部４近傍へ放出された気化した前記熱輸送流体Ｇは、反応ガスとして、第１の流路１０へ流れていく。また、内管５の他方の開口端部７が外管２の開口側端部４よりも外管２の閉塞側端部３側に位置する、すなわち、外管２の開口側端部４が内管５の他方の開口端部７よりも突出するように配置されることで、内管５の内部にて気化した前記熱輸送流体Ｇは、内管５の他方の開口端部７から第１の流路１０へ、反応ガスとして、円滑に供給される。

内管５の第２の空間部１１は、第２の流路１３の閉塞した端部である外管２の閉塞側端部３またはその近傍に相当する位置から内管５の一方の開口端部６まで、ウィック構造体１２によって充填されている。これにより、内管５の他方の開口端部７またはその近傍から外管２の閉塞側端部３またはその近傍に相当する位置まで存在するウィック構造体１２に、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物を十分に供給することができる。

次に、第１実施形態例に係る蓄熱容器１に、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体を供給する方法の具体例を説明する。

図３に示すように、外管２の閉塞側端部３から突出した内管５の一方の開口端部６が、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物Ｌが収容された熱輸送流体容器３０と接続されることで、蓄熱容器１に反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体を供給する。具体的には、内管５の一方の開口端部６には、第１の配管系３１の一方の端部が接続され、第１の配管系３１の他方の端部は、熱輸送流体容器３０に収容された反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物Ｌ中に埋入されている。第１の配管系３１の内部にはウィック構造体３２が充填されているので、ウィック構造体３２の毛細管力によって、熱輸送流体容器３０に収容された前記熱輸送流体の液化物Ｌが第１の配管系３１へ供給される。第１の配管系３１に供給された前記熱輸送流体の液化物Ｌは、ウィック構造体３２の毛細管力によって、第１の配管系３１のウィック構造体３２内を他方の端部側から一方の端部側へ輸送されていき、第１の配管系３１の一方の端部から内管５のウィック構造体１２へ輸送される。

第１の配管系３１には、前記熱輸送流体の液化物Ｌの供給量及び供給のタイミングを調節するために、バルブ３３が設けられている。なお、外管２の開口側端部４には第２の配管系３４が接続されており、第１の流路１０へは供給されなかった余剰の気化した前記熱輸送流体Ｇは、上記反応熱Ｈを輸送する熱輸送媒体として、第２の配管系３４を介して、外管２の開口側端部４から熱利用先（図示せず）へ輸送される。

次に、蓄熱容器１の作用について説明する。蓄熱容器１が、例えば、熱回収対象である流体の流れ中に設置されると、外管２の外面が、前記流体から熱を受け、回収する。外管２の外面が前記流体から回収した熱は、外管２と接触し熱的に接続されている蓄熱部構造体９へ伝えられ、蓄熱部構造体９に含まれる化学蓄熱材が、蓄熱部構造体９へ伝えられた前記熱を貯蔵する。化学蓄熱材は、熱を貯蔵する際に、反応ガスを第１の流路１０へ放出する。

一方、第１の流路１０に存在する反応ガスと蓄熱部構造体９（熱を貯蔵した化学蓄熱材）とが反応することで、蓄熱部構造体９に貯蔵されていた熱が反応熱Ｈとして蓄熱部構造体９から放出される。第１の流路１０の反応ガスと蓄熱部構造体９とが反応することで、第１の流路１０における反応ガスの蒸気圧は低下するが、反応ガスの蒸気圧の低下に応じて、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体が、新たな反応ガスとして、第２の流路１３から第１の流路１０へ供給されるので、反応ガスの供給不足によって反応熱Ｈの放出が阻害されることを防止できる。蓄熱部構造体９から放出された反応熱Ｈは、内管５を介してウィック構造体１２中の前記熱輸送流体の液化物Ｌへ伝えられ、前記熱輸送流体の液化物Ｌがウィック構造体１２内部で上記反応熱Ｈを受熱して気化する。このうち、反応ガスとして第１の流路１０へ供給されなかった余剰の気化した前記熱輸送流体Ｇが、該反応熱Ｈを輸送する熱媒体、すなわち、熱輸送流体として蓄熱容器１から熱利用先へ輸送される。

なお、熱回収対象である流体から受熱し、熱を回収する効率を向上させるために、外管２の外面に熱交換手段であるフィンを取り付けてもよい。

蓄熱部構造体９の成分は特に限定されず、例えば、化学蓄熱材と金属粉の混合物の焼結体、化学蓄熱材と粘土鉱物の混合物の焼結体、化学蓄熱材と金属製メッシュの混合物の焼結体、化学蓄熱材と有機物から生成した炭化物の混合の焼結体等を挙げることができる。化学蓄熱材と反応ガスは、特に限定されず、公知のものはいずれも使用でき、例えば、化学蓄熱材であるＣａＯ及び／またはＭｇＯと反応ガスであるＨ_２Ｏとの組み合わせ、ＣａＯ及び／またはＭｇＯと反応ガスであるＣＯ_２との組み合わせ等を挙げることができる。上記金属粉は、特に限定されず、例えば、銅粉、アルミニウム粉、鉄粉等を挙げることができる。また、金属製メッシュの材質は、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタン等を挙げることができる。化学蓄熱材と金属粉とを混合し焼結することで、蓄熱部構造体９中に多孔質の金属が得られる。多孔質の金属により、蓄熱部構造体９の伝熱性が向上しつつ、化学蓄熱材を蓄熱部構造体９中に効率よく分散、担持できるので、蓄熱部構造体９の熱貯蔵性と熱放出性が向上する。

外管２、内管５の材質は、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等を挙げることができる。また、熱交換手段であるフィンの材質も、特に限定されず、例えば、同じく、銅、アルミニウム、ステンレス等を挙げることができる。

ウィック構造体１２、３２は、毛細管構造を有する構成であれば特に限定されず、例えば、メッシュ、ワイヤ等を有する部材を挙げることができる。

次に、本発明の第２実施形態例に係る蓄熱容器２０について図面を用いながら説明する。なお、蓄熱容器１と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。図４、５に示すように、第２実施形態例に係る蓄熱容器２０では、内管５の壁面に、貫通孔２１が複数設けられている。貫通孔２１の位置及び数量は特に限定されないが、蓄熱容器２０では、内管５の周方向について等間隔に４カ所、内管５の長手方向について等間隔に６カ所、計２４個の貫通孔２１が内管５に設けられている。各貫通孔２１の位置に相当する部位にはウィック構造体１２が設けられていない。

また、図５に示すように、蓄熱部構造体９の内部には、第１の空間部８の長手方向に対して平行方向に蓄熱部構造体９の内部を貫通する第１の流路１０に代えて、外管２の内面と内管５の外面との間に形成された第１の空間部８の長手方向に対して平行方向に蓄熱部構造体９の内部を貫通する長手方向の流路と、それぞれの貫通孔２１と該長手方向の流路とを連通させる短手方向の流路と、からなる第３の流路２２が設けられている。

従って、内管５の内部にて気化した反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体Ｇは、内管５の他方の開口端部７から第３の流路２２へ、反応ガスとして供給されるだけでなく、貫通孔２１から蓄熱部構造体９の内部に設けられた第３の流路２２へ、気化した前記熱輸送流体Ｇが放出されるので、蓄熱部構造体９への気化した前記熱輸送流体Ｇの放出量、すなわち、蓄熱部構造体９への反応ガスの供給量が、不足するのを確実に防止できる。

第１の空間部８における、蓄熱部構造体９の体積と第３の流路２２の体積の比率は、特に限定されないが、蓄熱密度と反応速度のバランスの点から２：１〜２０：１が好ましく、５：１〜１５：１が特に好ましい。内管５の内部である第２の空間部１１における、ウィック構造体１２の体積と第２の流路１３の体積の比率は、特に限定されないが、前記熱輸送流体Ｇの供給効率の点から２：１〜１：１０が好ましく、１：１〜１：５が特に好ましい。また、第１の空間部８の体積と第２の空間部１１の体積の比率は、特に限定されないが、蓄熱密度と前記熱輸送流体Ｇの供給効率とのバランスの点から３：１〜２０：１が好ましく、５：１〜１０：１が特に好ましい。

第２実施形態例に係る蓄熱容器２０に、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体を供給する方法は、蓄熱容器１と同様の方法にて行うことができる。

すなわち、図６に示すように、外管２の閉塞側端部３から突出した内管５の一方の開口端部６が、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物Ｌが収容された熱輸送流体容器３０と接続されることで、蓄熱容器２０に反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体を供給する。具体的には、内管５の一方の開口端部６には、内部にウィック構造体３２が充填された第１の配管系３１の一方の端部が接続され、第１の配管系３１の他方の端部は、熱輸送流体容器３０に収容された反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物Ｌ中に埋入される。

次に、本発明の蓄熱容器の製造方法例を説明する。製造方法は特に限定されないが、例えば、外管の閉塞側端部に、内管の外形に対応する形状と寸法を有する貫通穴を形成し、該貫通穴に内管を嵌挿して外管の内部空間に内管を配置、固定する。次に、外管の内面と内管の外面との間に形成された第１の空間部に、該第１の空間部の形状と寸法に対応した形状と寸法を有し、第１の流路または第３の流路に相当する空隙部を有する蓄熱部構造体を挿入する。次に、内管の内部である第２の空間部に、外形が内管の内面に対応する形状と寸法を有し、第２の流路に相当する空隙部を有する（内管に貫通孔が形成されている場合には、各貫通孔の位置に相当する部位にも各貫通孔から第２の流路へ連通した空隙部がさらに形成されている）ウィック構造体を挿入することで、蓄熱容器を製造することができる。

次に、本発明の蓄熱容器を用いた蓄熱装置について、図面を用いながら説明する。

図７に示すように、本発明の実施形態例に係る蓄熱装置１００は、複数の蓄熱容器１、２０が並列に配置されている。それぞれの蓄熱容器１、２０は、蓄熱容器１、２０の外管２の閉塞側端部から突出した内管５の一方の開口端部が、ウィック構造体が充填された第１の配管系３１を介して、化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器３０と接続されている。前記熱輸送流体の液化物は、蓄熱容器１、２０のウィック構造体及び第１の配管系３１内のウィック構造体の毛細管力により、熱輸送流体容器３０から蓄熱容器１、２０の内管５の内部へ流入する。蓄熱容器１、２０の内管５内部へ流入した前記熱輸送流体の液化物は、該内管５内部において気化し、内管５と外管２の間に形成された第１の流路へ流入して蓄熱部構造体の化学蓄熱材と化学反応し、化学蓄熱材が反応熱を放出する。

放出された反応熱は、新たに熱輸送流体容器３０から蓄熱容器１、２０の内管５内部へ流入する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体中へ移動する。前記反応熱を受熱した前記熱輸送流体は、上記と同様に気化し、化学蓄熱材との上記化学反応に使用されなかった余剰の、反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体は、蒸気として、蓄熱容器１、２０から第２の配管系３４へ放出される。

それぞれの蓄熱容器１、２０は、外管２の開口側端部が、第２の配管系３４を介して、蓄熱容器１、２０から排出される反応ガスとしての機能を有する熱輸送流体の蒸気を液化する凝縮器３５と接続されている。第２の配管系３４へ放出された、上記化学反応に使用されなかった前記熱輸送流体の蒸気は、第２の配管系３４中を凝縮器３５の方向へ移動していき、凝縮器３５へ導入される。

凝縮器３５に導入された前記熱輸送流体の蒸気は、凝縮されて液化するとともに潜熱を放出する。凝縮器３５にて放出された潜熱は、凝縮器と熱的に接続された熱利用先（図示せず）へ輸送される。このように、蓄熱装置１００では、反応ガスを、熱利用先へ化学蓄熱材から放出された反応熱を輸送する熱輸送流体としても使用している。熱利用先としては、特に限定されず、例えば、内燃機関や暖房装置等を挙げることができる。

さらに、蓄熱装置１００は、凝縮器３５と熱輸送流体容器３０を接続し、凝縮器３５によって得られた反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物を熱輸送流体容器３０へ戻す第３の配管系３６を備えている。

蓄熱装置１００は、第１の配管系３１、第２の配管系３４及び第３の配管系３６によって、それぞれ、熱輸送流体容器３０から蓄熱容器１、２０へ、蓄熱容器１、２０から凝縮器３５へ、凝縮器３５から熱輸送流体容器３０へと、前記熱輸送流体が循環する循環系が形成されている。前記循環系は、気密状態であり、かつ脱気されている。

従って、前記熱輸送流体を循環させるための機器を使用しなくても、第１の配管系３１内部に設けられたウィック構造体の前記熱輸送流体を輸送する毛細管力と、相対的に高温である蓄熱容器１、２０内部と相対的に低温である凝縮器３５との温度差と、蓄熱容器１、２０内部と凝縮器３５における前記熱輸送流体の蒸気圧差を駆動力として、前記熱輸送流体は、蓄熱装置１００の循環系を循環することができる。

本発明の実施形態例に係る蓄熱装置１００の使用方法は、特に限定されないが、例えば、図７に示すように、車両に搭載された内燃機関に接続された排気管４０に蓄熱装置１００の蓄熱容器１、２０を搭載することで、排気管４０内を流れる排ガス４１中の熱を蓄熱容器１、２０に蓄熱することができる。蓄熱容器１、２０の外管２の外面が、排気管４０内を流れる排ガス４１と直接接触するように蓄熱容器１、２０を配置することで、蓄熱容器１、２０を熱源と熱的に接続することができる。

図７では、排気管４０内を流れる排ガス４１から熱を効率的に回収するために、それぞれの蓄熱容器１、２０について、外管２の外面に、熱交換手段であるフィン３７を、複数、取り付けている。また、蓄熱容器１、２０の外管２は扁平形状なので、扁平形状の平坦部が排ガス４１の流れ方向と平行となるように蓄熱容器１、２０を配置することで、排ガス４１の流れが、蓄熱容器１、２０によって阻害されるのを抑制できる。

次に、本発明の他の実施形態例について説明する。第１の実施形態例である蓄熱容器１では、内管５内部にウィック構造体１２が設けられていたが、これに代えて、ウィック構造体１２を設けなくてもよい。この場合、熱輸送流体容器の底部を蓄熱容器よりも上方に設置して、重力作用によって、熱輸送流体容器から蓄熱容器へ反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物を供給することが好ましい。また、第１の実施形態例である蓄熱容器１では、第１の流路１０の形状は、正面視く字状となっていたが、これに代えて、正面視円形状、正面視楕円形状、正面視矩形状でもよく、第１の流路１０内に流れる反応ガスと蓄熱部構造体９との接触面積をさらに増大させるために、正面視波状等としてもよい。

また、第１、２の実施形態例である蓄熱容器１、２０では、外管２は円形状の管材を扁平加工した扁平形状であり、内管５は円形状の管材であったが、外管及び内管の形状は特に限定されず、これに代えて、例えば、外管及び内管ともに、扁平形状または円形状でもよく、外管及び／または内管が、矩形状でもよい。また、第２実施形態例に係る蓄熱容器２０では、各貫通孔２１の位置に相当する部位にはウィック構造体１２が設けられていないが、これに代えて、必要に応じて、貫通孔２１の位置に相当する部位にもウィック構造体１２が設けられている態様としてもよい。

簡易な構成にて、吸熱及び発熱の効率と熱輸送量を向上でき、また、化学蓄熱材の破壊を防止できる蓄熱容器及び蓄熱容器を備えた蓄熱装置を得ることができるので、エンジンや工業プラント等からの排熱の回収・貯蔵及び利用の分野、例えば、車両に搭載して排熱を回収・貯蔵及び利用する分野で、利用価値が高い。

１、２０ 蓄熱容器
２ 外管
５ 内管
９ 蓄熱部構造体
１０ 第１の流路
１２ ウィック構造体
１３ 第２の流路
２１ 貫通孔
３０ 熱輸送流体容器
１００ 蓄熱装置

Claims (8)

1. 一方の端部が閉塞された閉塞側端部と他方の端部が開口した開口側端部とを有する筒状体からなる外管と、該外管の閉塞側端部から一方の開口端部が突出し、他方の開口端部が前記外管の開口側端部よりも前記外管の閉塞側端部側に位置するように、前記外管内に挿入された内管と、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成された第１の空間部に収容された化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体と、前記蓄熱部構造体を前記第１の空間部の長手方向に貫通する第１の流路と、を備え、
   前記内管の内部である第２の空間部に、ウィック構造体と前記ウィック構造体を前記第２の空間部の長手方向に貫通する第２の流路とが設けられている蓄熱容器。
2. 前記内管の壁面に、貫通孔が設けられた請求項１に記載の蓄熱容器。
3. 前記内管の壁面に、貫通孔が設けられ、該貫通孔の部位には前記ウィック構造体が設けられていない請求項１に記載の蓄熱容器。
4. 前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部が、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄熱容器。
5. 前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部が、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と接続され、前記熱輸送流体容器の底部が前記内管の一方の開口端部よりも上方にある請求項１に記載の蓄熱容器。
6. 前記化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体が、化学蓄熱材と、金属粉、粘土鉱物、有機物の炭化物及び金属製メッシュからなる群から選択された少なくとも１種との混合物の焼結体である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄熱容器。
7. 一方の端部が閉塞された閉塞側端部と他方の端部が開口した開口側端部とを有する筒状体からなる外管と、該外管の閉塞側端部から一方の開口端部が突出し、他方の開口端部が前記外管の開口側端部よりも前記外管の閉塞側端部側に位置するように、前記外管内に挿入された内管と、前記外管の内面と前記内管の外面との間に形成された第１の空間部に収容された化学蓄熱材を含有する蓄熱部構造体と、前記蓄熱部構造体を前記第１の空間部の長手方向に貫通する第１の流路と、を備え、
   前記内管の内部である第２の空間部に、ウィック構造体と前記ウィック構造体を前記第２の空間部の長手方向に貫通する第２の流路とが設けられている蓄熱容器と、
   前記外管の閉塞側端部から突出した前記内管の一方の開口端部と接続された、前記化学蓄熱材の吸熱反応及び発熱反応に寄与する反応ガスとしての機能を有した熱輸送流体の液化物が収容された熱輸送流体容器と、
   前記外管の開口側端部と接続された、前記外管の開口側端部から放出される気化した前記熱輸送流体を液化させる凝縮器と、
   前記熱輸送流体容器と前記凝縮器を接続し、前記凝縮器によって得られた前記熱輸送流体の液化物を前記熱輸送流体容器へ供給する配管系と、
   を備えた、前記熱輸送流体の循環系を有し、
   前記循環系が、気密状態であり、脱気されている蓄熱装置。
8. 前記外管の表面が、熱源と熱的に接続されている請求項７に記載の蓄熱装置。

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