JPS62213689A

JPS62213689A - 化学蓄熱カプセル

Info

Publication number: JPS62213689A
Application number: JP61057669A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kanzawa; 神沢　淳; Yuji Yano; 矢野　祐治; Takuya Honda; 本多　卓也; Isao Ishizaki; 石崎　功
Original assignee: MITSUI KENSAKU TOISHI KK
Current assignee: MITSUI KENSAKU TOISHI KK
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-19
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0680394B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、新規な化学蓄熱カプセルに関する。

更に詳しくは、この発明は、可逆反応を行う化学蓄熱材
の発熱反応により生成した熱を流体の加熱等に使用し、
そして反応終了後の化学蓄熱材を加熱により蓄熱させ、
くり返し使用することが可能な新規な化学蓄熱カプセル
に関する。

（従来の技術）従来、蓄熱方法としては種々検討されており、例えば太
陽熱の熱エネルギーを貯蔵するために水を蓄熱媒体とし
て用いる顕熱を利用する蓄熱方法がある。ところが、こ
のように顕然の形で蓄熱されたものは、エネルギー密度
が相対的に高くないため、多量の蓄熱媒体を必要とし、
大容量の容器及び該容器の断熱効果の優れた材料等への
初期投資が大きくなり、さらに使用するまでにかなりの
エネルギーが放出され、必まり良い蓄熱効率を期待でき
なかった。

また、潜熱を利用して蓄熱する方法もあるが、この場合
は顕然利用に比べ蓄熱量が大きく、放熱温度が融点一定
という特徴がおるが、長門的な蓄熱には不向きである。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記のような欠点を有しない蓄熱方法として
、化学蓄熱を利用しようとする研究も行なわれている。

この場合、体積当りの蓄熱量が大きく、保温の必要もな
いため、長期間の蓄熱が可能でおる。

さらに、可逆的反応を行なう粉体もしくは固体蓄熱物質
の発熱化学反応による発生熱を利用し、吸熱化学反応に
よる脱水を行なう蓄熱ユニット装置が提案されている（
特開昭５４−１４２４０１　＞。この方法によれば、蓄
熱物質が繰り返しにより変質せず、再生利用が可能であ
るという利点がある。しかし、これまで有望視されてい
る微粉体蓄熱材を使う方法においては、繰り返し使用し
ていると、網目状物が適当な網目サイズでないせいか目
詰りを起こしてしまい、また充填量が適当でないためか
堆積した蓄熱材による自重のため、蓄熱材自身の同化等
が進行し、そのために反応速度の遅れが生じてしまい、
結局繰り返し再生使用ができないという欠点があった。

この発明は上記事情に鑑みて創作されたもので、微細な
化学蓄熱剤が粉末化して気体とともに搬出されることな
く、耐熱性多孔質体の目詰りを起こさずかつそれ自体が
固化することなく、繰り返し再生使用に十分耐え得る化
学蓄熱カプセルを提供することにある。

（問題点を解決するための手段）前記開目的は、この発明の粉体化学蓄熱材を耐熱性多孔
質体の筒状体内に充填することを特徴とする化学蓄熱カ
プセルにより達成される。

また、この発明は耐熱性多孔質体が多孔質セラミックま
たは多孔質粉末焼結体から成ることを特徴とするカプセ
ルに関る。

ＭＯＯＨ２ＯＨＭ　（ＯＨ）２　十〇ＫＣａｌ（ただし
式中Ｍ＝Ｃａ、　）ｔｇ、　Ｓｒ、　ＢａＱ＝正の値（
発熱））次に図面を用いて、この発明の化学蓄熱カプセルについ
て具体的に説明する。

第１図は、この発明に係る化学蓄熱カプセル１の一部破
断斜視図であり、化学蓄熱材２が耐熱性多孔質体の筒状
体３内に充填されている。水蒸気を含む気体または水蒸
気の流れの中にさらすと該カプセル中の化学蓄熱材と水
蒸気とが反応しくＭＯ＋Ｈ２０’；’！Ｍ　（ＯＨ）　
２　＋ＱＫｃａｌ）、その発熱量により該流体を加熱を
することができる。また、発熱反応終了後、該化学蓄熱
カプセルを加熱することにより加熱（Ｍ（ＯＨ）２→ＭＯ＋Ｈ２０）蓄熱し、これらの操作を繰り返すことが可能である。

この発明に使用される化学蓄熱材２は可逆反応［ＭＯ＋
Ｈ２０ヰＭ　（ＯＨ）２コを行なう物質でおり、酸化カ
ルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸
化マグネシウム、酸化ストロンチウム、水酸化ストロン
チウム、酸化バリウム、水酸化バリウムから成る群から
選ばれた少なくとも１種のものである。またこの化学蓄
熱材に、炭酸塩等が該化学蓄熱材に対して０〜１０重量
％混入してもにい。また、化学蓄熱材２の粒径は水酸化
物状態で１〜５９０μｍ、さらに好ましくは５〜３０μ
ｍである。

化学蓄熱材２の筒状体内部空間に対する充填割合は６０
〜１０容量％、好ましくは４０〜．ＺＯ容量％である。

もし６０容量％より多い場合には、化学蓄熱材２の粉体
の自重により繰り返し使用後固化し発熱および再生効率
が著しく低下し、１０容量％未満では発熱等所定の効果
が得られない。

さらに化学蓄熱材２は、発熱反応終了後、加熱により蓄
熱し、例えば、水酸化カルシウムの場合再使用するため
に、４００〜８００℃、好ましくは４５０〜５５０℃の
温度で加熱処理する。もし８００℃以上の温度で加熱処
理すると化学蓄熱材２が可逆反応を起こさなくなり、４
００℃以下の温度で加熱処理しても蓄熱のための反応を
起こさない。水酸化マグネシウムの場合は２００〜４０
０℃、水酸化カルシウムの場合は４００〜６００℃、水
酸化ストロンチウムの場合は６００〜８００°Ｃ１およ
び水酸化バリウムの場合は８００〜１０００℃のもとで
蓄熱する。

この発明に使用される耐熱性多孔質体は、細長い筒状体
であり、その管内に化学蓄熱材２を充填し得るものであ
り、その長手方向に対する垂直方向の断面形状は、四角
形、だ円形、円形、三角形などいずれであっても良い。

この場合管の肉厚を適宜薄くすることで、また管径を細
くすることで反応速度を調節できる。管の肉厚は０．３
〜３ｍｍ、好ましくは０．７〜１．２ｍｍ、管の内径は
２〜５０ｍｍ、好ましくは４〜２５ＩＩ１ｍである。ま
た、その細孔の大きさは、充填された化学蓄熱材２が目
詰りすることなくかつ細孔を通り扱けない大きざであり
、好ましくは１〜１０μｍ１より好ましくは３〜１０μ
ｍである。ここで細孔径とは平均細孔直径のことである
。その細孔は、筒状体内壁から外壁へまたはその逆に多
孔質体内を直接または多孔質体内部で絡み合って通じて
いてもよい。また、その気孔率は多い方が望ましい。そ
の気孔率は、通常３０〜８５％、好ましくは４０〜８５
％でおる。８５％より多い場合には材料強度維持が難か
しく、３０％以下の場合には反応の立上りが遅くなり実
用的でない。

ざらに、その材質は、ＳｉＣ、カーボン、アルミナ、活
性アルミナ、ガラス、コージェライト、ムライト、リチ
ウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム等
耐熱性多孔質セラミックまたはＮｉ、Ｑｕ、△Ω、Ｔ　
ｉ、　Ｆｅ、Ｃｏおよびその合金等の耐熱性多孔質粉末
焼結体からなる群から選ばれた少なくとも１種のものが
好ましい。

また、耐熱性多孔質体３は化学蓄熱材２を充填したまま
で加熱されるために、前記化学蓄熱材２処理温度におい
ても変質せず、ざらに同温度の繰り返しの処理によって
変質しない材料から成る。尚耐熱性多孔質セラミックは
、耐熱性多孔質粉末焼結体にくらべ細孔の均質性がより
優れているため化学蓄熱カプセル化により適している。

このような化学蓄熱材２および耐熱性多孔質体の筒状体
３から成る化学蓄熱カプセルは、化学蓄熱材２を耐熱性
多孔質体の筒状体３内に充填後、耐熱性多孔質体の筒状
体３と同程度以下の細孔径を有する耐熱性多孔質体の筒
状体の栓を使用し、粘土、陶土、セラミックセメント等
の無機結合剤を使用し、両端を封入する。この操作はあ
らかじめ一方を封じた管またはあらかじめ一端のみ開い
た筒状体を形成し、その内部に化学蓄熱材２を充填した
後、残りの一端を封じてもよい。このようにして得られ
た化学蓄熱カプセルにおいては化学蓄熱材２が筒状体の
系外に出ることはなく、以後直接粉体を取扱う操作がな
く容易に操作できる。

この化学蓄熱カプセルを、水蒸気を含む気体の流通路中
に投入し該化学蓄熱材を水蒸気との反応により発熱させ
るためには、該化学蓄熱材がＭＯ型の酸化物の形態であ
ることが必要である。Ｍ（ＯＨ）２型の水酸化物を加熱
処理して直ちに発熱反応に供する場合には、そのままで
よいが、長期間放置後便用する場合又は水分、水蒸気の
多い状態で保存せざるを得ない場合には該カプセル中に
除湿した空気、Ｈｅ、Ｎ２またはＡｒガス等の反応不活
性な安定ガスを投入し、または除湿状態で水蒸気不透過
性のプラスチック、またはプラスチックフィルムで覆っ
て保存することが好ましい。

また発熱に際しては通常常圧であるが加圧させることに
よりより高温発生も実現し得る。また減圧によって低温
再生処理も実現しうる。

（作用）第１図に示す化学蓄熱カプセル１を水蒸気を含む気体中
に投入すると、化学蓄熱材がＭＯ＋Ｈ２０ＨＭ　（ＯＨ
）　２　＋　ＱＫＣａｌの如く反応し、発熱する。この
熱により、この流体を加熱し、スチームをさらに高温に
加熱したりしてタービン、エンジン、ラジェータ等を作
動するのに利用できる。この場合、化学蓄熱カプセルの
長手方向を流体の流れに対して垂直または概垂直方向が
好ましい。

これに対して、化学蓄熱カプセルを再生する場合には、
そのままの状態でまたは水蒸気を含む気体中から取り出
して太陽光集熱、排ガス熱交換による熱等により加熱再
生できる。

これらの操作を繰り返すことにより再生使用が可能とな
る。

（実施例）以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

実施例１この発明の化学蓄熱カプセルを用いた装置の概略図を第
２図に示す。容量１ｍ３の恒温槽１５に熱交換器４、ロ
ータメータ５、反応部６をセットする。図中１２はガス
バーナー、１３はスチーム発生器、１４は電源、９は熱
電対、１０はヒータ、１６はファンを示す。槽内温度を
１２０℃一定温度に保ち、過熱水蒸気を銅パイプ製熱交
換器４に流し、槽内温度まで上昇させた俊、反応部下部
より導入する。

反応部の詳細図を第３図（Ａ）（Ｂ）に示す。

第３図（Ａ＞は、第２図における反応部の概略断面図、
第３図（Ｂ）は第２図における反応部の要部斜視図であ
る。図中、耐熱性多孔質管３として直径１０ｍｍφ長さ
５Ｑｍｍ厚さ”＋ｍｍのアルミナパイプ（細孔３〜４μ
ｍ、気孔率４２％）の両端をふさいだパイプを使用し、
化学蓄熱材として粉末化した酸化カルシウムＣａＯ（生
石灰＞０．６Ｑを使用した。（粒径は酸化カルシウムと
して０．５９ｍｍまたは粒径は水酸化カルシウムとして
約１０μｍ）下部から入った水蒸気が多孔質管内のＣａＯと反応し温
度上昇する。この温度を熱電対７，８で測定し、温度上
昇ΔＴを求めた。

反応部にＮ２を流して試料を設定温度にしたのち、水蒸
気を流して反応を開始させる。この１界、転化率の経時
変化を調べるため、おる時間反応させたのち水蒸気を止
めてＮ２を流し反応を停止させる。数分間Ｎ２を流した
のち、試料を秤量し、次にその電気炉（約７００℃、１
時間）でＣａ。

に加熱分解した後秤量する。

ＣａＯ質量を０．６９として、水蒸気流＠由を２゜０〜
９．０ｇ／１ＩＩｉｎ変化させ転化率ｍ１は反応後の質
量、〜２は加熱後の質量を示す）と時間との関係を求め
、第４図に示す。

マｔｃ水蒸気流ｌｍ＝６．２ｃｌ／ｍｉｎとし、ＣａＯ
質ｆｆ１ｏ、　６ｃ＋および０．３Ｃ７について転化率
と時間との関係を求め第５図に示す。

さらに、試験結果と実測値（市＝５．２ｇ／ｍｉｎ　。

ｍ＝０．６ｇ）の−例を第６図に示す。

以上の結果から、転化率は水蒸気流置市に依存しさらに
、化学蓄熱材カプセルあたり時間の経過とともに約５℃
の温度上昇が得られた（ｍ−５゜２ｏ／ｍｉｎ　、ｍ＝
０．６ｇ＞。

（Ａ：ポーラス管伝熱面積、ｈ：伝熱係数、Ｔｏ：出口
水蒸気温度、Ｔ；　：入口水蒸気温度、Ｃ：試実施例２０．１０５〜０．２５０ｍｍの酸化カルシウム（０，５
ｇ＞及び１，２．３〜４μ雇の細孔の各アルミナ多孔質
体を使用し、実施例１と同一方法により多孔質体の細孔
の影響を調べ、その結果を第７図に示す。

図からΔＴが最高になる時間θ、すなわちθ鮎Ｘはほぼ
一定でおり、この範囲では多孔質体の細孔の影響はあま
り見られなかった。

実施例３実施例１で使用した化学蓄熱材カプセル（酸化カルシウ
ム０．６０）で、反応の終了した該カプセルを反応装置
内から取り出し、６００’Ｃｘ０゜２時間で加熱再生処
理した後、再び実施例１と同様の方法（出＝６．２０／
ｍｉｎ　、ｍ＝ｏ、６ｑ）で実施したところ化学蓄熱カ
プセル必たり約５°Ｃの温度上昇が得られた。

上記、加熱再生処理を１０回後、実施例１と同様の方法
で実施したところ化学蓄熱カプセルあたり同様に約５℃
の温度上昇が得られた。

比較例この発明に使用する酸化カルシウム（０，１０５〜０．
２５０ｍｍ、０．６ｇ＞を細孔直径２０μｍの耐熱性ガ
ラスの網状の布に包み込み、実施例１の装置と同一方法
により反応したところ、いずれも発熱反応柊了債ガラス
の網目が目詰りを生じ、再生使用できなかった。

これら実施例は、単にこの発明を理解するものであって
、この発明の精神と範囲に反することなく種々の変更態
様のものを行うことができる。

（発明の効果）以上述べたごとくこの発明は、粉体の化学蓄熱材を耐熱
性多孔質体の筒状体内に充填した化学蓄熱カプセルであ
るから、発熱（又は吸熱）反応時に粉体が粉末化して気
体とともに多孔質体外へ搬出されることがなく、また粉
体が反応により粉末化した場合の粒子径よりも多孔質体
の細孔が相対的に小さく設定されているので、多孔黄体
目詰りを起こすことなく、また粉体の適度な充填量のた
めそれ自体が固化することなく繰り返し再生使用ができ
る。さらに発生した熱はスチームをさらに高温に加熱し
たりしてさらにタービン、エンジン、ラジェーター等の
作動用に使用できる。また、化学蓄熱材のカプセルの再
生熱源として廃熱、太陽集熱器により集熱された熱、電
気炉の熱、高周波加熱（電子レンジ）、赤外線発熱ラン
プを利用して再生蓄熱が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す化学蓄熱カプセルの
一部破断した斜視図、第２図はこの発明の化学蓄熱カプ
セル（の一実施態様を示す概略装置図、第３図（Ａ＞は
第２図における反応部の概略断面図、第３図（Ｂ）は第
２図における反応部の要部斜視図、第４，５図はこの発
明の化学蓄熱カプセルの一実施態様における反応時間と
変化率との関係を示す図、第６図はこの発明の化学蓄熱
カプセルの一実施態様における反応時間と温度差（Δ丁
）との関係を示す図、第７図はこの発明の化学蓄熱カプ
セルの一実施態様における多孔質体の細孔径と最高温度
に達するまでの時間（θｍａｘ　）との関係を示す図で
ある。１・・・化学蓄熱カプセル、　２・・・化学蓄熱材、３
・・・耐熱性多孔質体の筒状体、　４・・・熱交換器、
５・・・ロータルータ、　　　　６・・・反応部、７．
８，９・・・熱電対（温度計）、１０・・・ヒーター、
１１・・・ファン、　　　　　　１２・・・ガスバーナ
ー、１３・・・スチーム発生器、　　１４・・・電源、
１５・・・恒温槽、　　　　　　　１６・・・ファン、
１７・・・シリコーンゴム。特許出願人　　　　　三井研削砥石株式会社（ほか１名
）図面の浄書（内容に変更なし）第１図工第２図＠３図（Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（８ン＠４図　　　笥５図１１　Ｍ　（？ｆｉ　　　　　　　　　時間ゆ第　６　
図＠　７　図徊υ！：Ｐ〕手続ネ市正伊Ｈ（方式）１、事件の表示昭和６１年　特ム′［願第５７，６６９号２、発明の名
称化学蓄熱カプセル４、代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粉体化学蓄熱材を耐熱性多孔質体の筒状体内に充
填したことを特徴とする化学蓄熱カプセル。
（２）耐熱性多孔質体が多孔質セラミックまたは多孔質
粉末焼結体から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のカプセル。
（３）粉体化学蓄熱材が下記反応を行う少なくとも１種
の材料であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載のカプセル。ＭＯ＋Ｈ＿２Ｏ■Ｍ（ＯＨ）＿２＋ＱＫｃａｌ（ただし
式中Ｍ＝Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｑ＝正の値（発熱）
）