(57)【要約】【課題】化学蓄熱材に全体として発熱反応を行わせることができ、熱利用効率の高い化学蓄熱反応器、及び該化学蓄熱反応器を備えた化学蓄熱システムを得る。【解決手段】化学蓄熱反応器１０は、脱水反応に伴い吸熱し水和反応に伴い放熱する化学蓄熱材の成形体である化学蓄熱材複合物成形体４０と、内部を流通する流体と化学蓄熱材複合物成形体４０との熱交換可能に設けられたＵターンダクト４２とを備えている。Ｕターンダクト４２は、内部流体と化学蓄熱材複合物成形体４０との熱交換によって得た熱によって該化学蓄熱材複合物成形体４０における低温部分を加熱するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水反応に伴い吸熱し水和反応に伴い放熱する化学蓄熱材と、
内部を流通する流体と前記化学蓄熱材との熱交換可能で、かつ前記化学蓄熱材と前記流体との熱交換によって得た熱によって該化学蓄熱材における低温部分が加熱されるように設けられた流路構造体と、
を備えた化学蓄熱反応器。
【請求項２】
前記流路構造体は、前記化学蓄熱材における該流路構造体の流体入口部が接する部分を、該流路構造体の流体出口部で加熱するように配置されている請求項１記載の化学蓄熱反応器。
【請求項３】
前記流路構造体は、往路と復路との間に前記化学蓄熱材を挟み込んだ折り返し構造体を含んで構成されている請求項１又は請求項２記載の化学蓄熱反応器。
【請求項４】
前記流路構造体は、複数の前記折り返し構造体を含み、かつ少なくとも一つの前記折り返し構造体の往路と他の前記折り返し構造体の復路との間に前記化学蓄熱材を挟み込んで構成されている請求項３記載の化学蓄熱反応器。
【請求項５】
前記流路構造体は、独立して前記流体を流通可能な複数の単位流路構造体が前記化学蓄熱材と交互に積層されて構成され、前記化学蓄熱材に放熱させる場合には前記積層方向に隣り合う前記単位流路構造体内の流体の流れ方向が逆向きとされ、前記化学蓄熱材に蓄熱させる場合には前記積層方向に隣り合う前記単位流路構造体内の流体の流れ方向が同じ向きとされるように構成されている請求項１又は請求項２記載の化学蓄熱反応器。
【請求項６】
前記単位流路構造体は、前記積層方向に隣り合う前記化学蓄熱材間に往路と復路とが配置された折り返し構造体とされている請求項５記載の化学蓄熱反応器。
【請求項７】
前記化学蓄熱材は、所定の形状に形成された成形体であり、
前記成形体は、水蒸気を流通させるための流路を複数有する構造とするか、又は水蒸気の流通が許容される多孔構造とされている請求項１〜請求項６の何れか１項記載の化学蓄熱反応器。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項記載の化学蓄熱反応器と、
化学蓄熱反応器の水蒸気系統に連通され、前記化学蓄熱材部の前記脱水反応に伴って生じた水蒸気を凝縮させて貯留する凝縮部と、
化学蓄熱反応器の水蒸気系統に連通され、前記凝縮部で貯留された水を蒸発させて前記化学蓄熱材に供給する水蒸気を発生する蒸発部と、
を備えた化学蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応によって蓄熱、放熱する化学蓄熱反応器、及び該化学蓄熱反応器を備えた化学蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２系のケミカルヒートポンプの熱交換器として、ＣａＯが充填された反応器内に、ＣａＯの脱水反応によって生じた熱を回収するための螺旋状の熱交換パイプを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２系のケミカルヒートポンプの熱交換器として、ＣａＯが充填された多段トレーの中央部を熱交換用パイプで貫いたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８９７９９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本出願人は、ＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）２系の如き水和脱水反応を行う化学蓄熱材は低温環境下では高温環境下に対し発熱反応の反応速度が低いとの知見を得た。
【０００５】
この知見に基づくと、上記の如き熱媒が反応器又は多段トレーの一端側から他端側に向けて流れる構成である従来の技術では、例えば低温の熱媒を熱交換パイプに流した場合等に、化学蓄熱材が比較的高温になる下流側部分で主に発熱反応が行われることと成る。すなわち、熱媒の流れ方向上流側では限られた時間内では発熱反応を生じない未反応部分が生じることとなり、全体としての熱利用効率の観点から改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、化学蓄熱材に全体として発熱反応を行わせることができ、熱利用効率の高い化学蓄熱反応器、及び該化学蓄熱反応器を備えた化学蓄熱システムを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、脱水反応に伴い吸熱し水和反応に伴い放熱する化学蓄熱材と、内部を流通する流体と前記化学蓄熱材との熱交換可能で、かつ前記化学蓄熱材と前記流体との熱交換によって得た熱によって該化学蓄熱材における低温部分を加熱されるように設けられた流路構造体と、を備えている。
【０００８】
請求項１記載の化学蓄熱反応器では、化学蓄熱材は、加熱されると脱水反応を生じ、該化学蓄熱材に蓄熱される。一方、蓄熱状態の化学蓄熱材は、水蒸気が供給されると水和反応を生じ、放熱する。この熱は、流路構造体を流れる流体との熱交換によって該流体に回収される。
【０００９】
ここで、本化学蓄熱反応器は、流路構造体を流れる流体が回収した熱によって化学蓄熱材における低温部分が加熱されるため、化学蓄熱材は、反応速度が遅い低温部分が生じることが抑制される。このため、例えば、流路構造体に低温の流体を流した場合でも、化学蓄熱材自体の発熱を利用して該化学蓄熱材の低温部分が解消され、化学蓄熱材が全体として略均一に発熱（水和）反応を生じる。すなわち、化学蓄熱材に蓄えられた熱を効率良く回収することができる。
【００１０】
このように、請求項１記載の化学蓄熱反応器では、化学蓄熱材に全体として発熱反応を行わせることができ、熱利用効率が高い。これにより、本化学蓄熱反応器では、限られた時間で化学蓄熱材に蓄えられた熱を効率良く回収することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項１記載の化学蓄熱反応器において、前記流路構造体は、前記化学蓄熱材における該流路構造体の流体入口部が接する部分を、該流路構造体の流体出口部で加熱するように配置されている。
【００１２】
請求項２記載の化学蓄熱反応器では、化学蓄熱材における低温流体との熱交換によって低温になりやすい部分である流路構造体の流体入口部の近傍と接する部分が、該流路構造体の流体出口部の近傍を流れる流体（化学蓄熱材の熱を回収し、最も高温とされた流体）によって効果的に加熱される。
【００１３】
請求項３記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項１又は請求項２記載の化学蓄熱反応器において、前記流路構造体は、往路と復路との間に前記化学蓄熱材を挟み込んだ折り返し構造体を含んで構成されている。
【００１４】
請求項３記載の化学蓄熱反応器では、折り返し構造体（Ｕターン流路）の往路と復路との間に化学蓄熱材が挟まれている。このため、化学蓄熱材における低温流体との熱交換によって低温になりやすい部分である往路の流体入口部の近傍と接する部分が、復路の流体出口部の近傍を流れる流体（化学蓄熱材の熱を回収し、最も高温とされた流体）によって効果的に加熱される。
【００１５】
請求項４記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項３記載の化学蓄熱反応器において、前記流路構造体は、複数の前記折り返し構造体を含み、かつ少なくとも一つの前記折り返し構造体の往路と他の前記折り返し構造体の復路との間に前記化学蓄熱材を挟み込んで構成されている。
【００１６】
請求項４記載の化学蓄熱反応器では、３つ以上の化学蓄熱材を積層する構造において、各化学蓄熱材が折り返し構造体の往路と復路とで挟まれた構成とすることができる。これにより、上記の通り化学蓄熱材における往路の流体入口部の近傍と接する部分が、復路の流体出口部の近傍を流れる流体によって効果的に加熱される。しかも、本化学蓄熱反応器では、異なる折り返し流路間に化学蓄熱材を配置することができるので、全体としてコンパクト（積層方向にコンパクト）に構成することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項１又は請求項２記載の化学蓄熱反応器において、前記流路構造体は、独立して前記流体を流通可能な複数の単位流路構造体が前記化学蓄熱材と交互に積層されて構成され、前記化学蓄熱材に放熱させる場合には前記積層方向に隣り合う前記単位流路構造体内の流体の流れ方向が逆向きとされ、前記化学蓄熱材に蓄熱させる場合には前記積層方向に隣り合う前記単位流路構造体内の流体の流れ方向が同じ向きとされるように構成されている。
【００１８】
請求項５記載の化学蓄熱反応器では、化学蓄熱材が蓄えた熱を利用する際には、積層方向に隣り合う単位流路構造体の流体流れ方向が逆向きとされる。このため、化学蓄熱材における低温流体との熱交換によって低温になりやすい部分である流体入口部の近傍と接する部分が、流体出口部の近傍を流れる流体（化学蓄熱材の熱を回収し、最も高温とされた流体）によって効果的に加熱される。一方、化学蓄熱材に熱を蓄える際には、各単位流路構造体の流れ方向が同方向とされる。このため、流体から化学蓄熱材に効率的に伝熱することができる（熱交換器としての性能が確保される）。
【００１９】
請求項６記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項５記載の化学蓄熱反応器において、前記単位流路構造体は、前記積層方向に隣り合う前記化学蓄熱材間に往路と復路とが配置された折り返し構造体とされている。
【００２０】
請求項６記載の化学蓄熱反応器では、各単位流路構造体が折り返し構造体とされている。このため、化学蓄熱材が蓄えた熱を利用する際には、千鳥状に入口部、出口部が配置され、積層された化学蓄熱材が全体として均一に発熱反応を生じることに寄与する。また、熱を供給、回収する流体の入口部と出口部とが化学蓄熱反応器に対する同一側に配置されるため、該流体の入口部と出口部とを化学蓄熱反応器の片側に集約することができる。このため、化学蓄熱反応器をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
請求項７記載の発明に係る化学蓄熱反応器は、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の化学蓄熱反応器において、前記化学蓄熱材は、所定の形状に形成された成形体であり、前記成形体は、水蒸気を流通させるための流路を複数有する構造とするか、又は水蒸気の流通が許容される多孔構造とされている。
【００２２】
請求項７記載の化学蓄熱反応器では、成形体である化学蓄熱材の水蒸気用の流路間の構造部分が伝熱経路として機能する。このため、流路構造体における高温の流体が流れる部分から伝わった熱が化学蓄熱材内部で良好に伝導されて該化学蓄熱材の各部の温度が均一され、化学蓄熱材が全体として均一に発熱反応を生じることに寄与する。
【００２３】
請求項８記載の発明に係る化学蓄熱システムは、請求項１〜請求項７の何れか１項記載の化学蓄熱反応器と、化学蓄熱反応器の水蒸気系統に連通され、前記化学蓄熱材部の前記脱水反応に伴って生じた水蒸気を凝縮させて貯留する凝縮部と、化学蓄熱反応器の水蒸気系統に連通され、前記凝縮部で貯留された水を蒸発させて前記化学蓄熱材に供給する水蒸気を発生する蒸発部と、を備えている。
【００２４】
請求項８記載の化学蓄熱システムでは、化学蓄熱反応器が加熱されると、化学蓄熱材が脱水反応を生じることで蓄熱される。この脱水反応に伴って生じた水蒸気は、凝縮部にて凝縮され水として貯留される。凝縮部化学蓄熱材に放熱させる場合には、凝縮部の水を蒸発部において蒸発させ、この水蒸気を化学蓄熱反応器に導入する。すると、化学蓄熱反応器の化学蓄熱材は水和反応を生じて放熱する。この熱にて、例えば加熱対象を加熱することができる。
【００２５】
そして、本化学蓄熱システムは、上記した請求項１〜請求７の何れか１項記載の化学蓄熱反応器を備えるため、化学蓄熱材に全体として発熱反応を行わせることができ、熱利用効率が高い。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明に係る化学蓄熱反応器及び該化学蓄熱反応器を備えた化学蓄熱システムは、化学蓄熱材に全体として発熱反応を行わせることができ、熱利用効率が高いという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器の概略全体構成を模式的に示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムが自動車Ａに適用された適用例を概念的に示す図であって、（Ａ）蓄熱モードの概念図、（Ｂ）は、放熱モードの概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱システムの動作モードを説明するための図であって、（Ａ）は蓄熱モードのシステム構成図、（Ｂ）は、放熱モードのシステム構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る車両用化学蓄熱システムの蓄熱、放熱サイクルを示すＰＴ線図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器の概略全体構成を模式的に示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器の概略全体構成を模式的に示す図であって、（Ａ）は放熱モードの流れ状態を示す斜視図、（Ｂ）は蓄熱モードの流れ状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器の分解斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器を構成する切り替え機構を模式的に説明する模式図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器の概略全体構成を模式的に示す図であって、（Ａ）は放熱モードの流れ状態を示す斜視図、（Ｂ）は蓄熱モードの流れ状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０及び該化学蓄熱反応器１０が適用された化学蓄熱システム１１について、図１〜図５に基づいて説明する。先ず、化学蓄熱システム１１の概略全体構成を説明し、次いで、化学蓄熱反応器１０の詳細構成を説明することとする。
【００２９】
図２には、化学蓄熱システム１１の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、化学蓄熱システム１１は、容器１２内に化学蓄熱材１４が充填されて構成された化学蓄熱反応器１０を備えている。化学蓄熱反応器１０を構成する化学蓄熱材１４は、脱水に伴って蓄熱（吸熱）し、水和（水酸化カルシウムへの復原）に伴って放熱（発熱）する構成とされている。
【００３０】
この実施形態では、化学蓄熱材として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が採用されている。したがって、化学蓄熱反応器１０内では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
Ｃａ（ＯＨ）２  ⇔  ＣａＯ  ＋  Ｈ２Ｏ
【００３１】
この式に蓄熱量、発熱量Ｑを併せて示すと、
Ｃａ（ＯＨ）２  ＋  Ｑ  →  ＣａＯ  ＋  Ｈ２Ｏ
ＣａＯ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｃａ（ＯＨ）２  ＋  Ｑ
となる。この化学蓄熱材１４（Ｃａ（ＯＨ）２）の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、略１．８６［ＭＪ／ｋｇ−Ｃａ（ＯＨ）２］とされている。
【００３２】
さらに、この実施形態では、化学蓄熱反応器１０には、化学蓄熱材１４に熱を供給するための加熱流路１８と、化学蓄熱材１４からの熱を加熱対象に輸送するための放熱流路２０とが設けられている。加熱流路１８は、加熱源（熱媒）と化学蓄熱材１４と熱交換部とされ、放熱流路２０は、熱輸送媒体と化学蓄熱材１４との熱交換部とされている。なお、容器１２の壁面を加熱源及び熱輸送媒体の少なくとも一方との熱交換部として構成しても良い。
【００３３】
また、化学蓄熱システム１１は、化学蓄熱反応器１０から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、水蒸気が凝縮された水（液相の水、以下同じ）を貯留する貯留部、及び貯留した水を蒸発させて化学蓄熱反応器１０に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての各機能を兼ね備える蒸発・凝縮器２２を備えている。蒸発・凝縮器２２は、容器２４内に、水蒸気凝縮用の冷媒流路２６及び蒸発用の熱媒流路２８が設けられて構成されている。この実施形態では、冷媒流路２６は、容器２４内における少なくとも気相部２４Ａを含む部分で熱交換を行うように設けられており、熱媒流路２８は、容器２４内における少なくとも液相部（貯留部）２４Ｂを含む部分で熱交換を行うように設けられている。
【００３４】
この蒸発・凝縮器２２の容器２４は、水蒸気循環系を構成する水蒸気循環路３０を介して化学蓄熱反応器１０の容器１２に連通されている。水蒸気循環路３０には、容器２４と容器１２との連通、非連通を切り替えるための開閉弁３２が設けられている。この実施形態では、容器１２、容器２４、水蒸気循環路３０、開閉弁３２は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間は真空脱気されている。
【００３５】
以上説明した化学蓄熱システム１１は、例えば図３に示される如く自動車Ａに適用される。自動車Ａは、内燃機関としてのエンジンＥ、電気モータであるモータＭとを備えている。すなわち、自動車Ａは、動力源としてエンジンＥとモータＭとを備えたハイブリッド車とされており、モータＭに電力を供給するためのインバータ（パワーコントロールユニット）Ｉ、バッテリＢをさらに備える。この実施形態では、エンジンＥ及びモータＭの双方に車両走行のための駆動力を生じさせ得るパラレル式のハイブリッド車とされている。また、自動車Ａは、エンジンＥからの排気ガスを浄化して大気放出する排気系Ｅｘを備えている。排気系Ｅｘでは、一端がエンジンＥに接続されると共に他端が大気開放端とされた排気ライン（排気管）に触媒コンバータＣが設けられている。
【００３６】
この自動車Ａへの適用例に係る化学蓄熱システム１１は、図３（Ａ）に模式的に示される如く自動車ＡのエンジンＥの排気ガスを排出するための排気系Ｅｘの排気熱を化学蓄熱反応器１０（化学蓄熱材１４）に蓄熱し、図３（Ｂ）に模式的に示される如く所要の場合に蓄熱した熱を化学蓄熱反応器１０から放熱させることで、自動車Ａを構成する加熱対象（例えばバッテリＢや触媒コンバータＣ等）を加熱するようになっている。
【００３７】
（化学蓄熱反応器の詳細構成）
図１（Ａ）には、化学蓄熱反応器１０の概略全体構成が斜視図にて示されており、図１（Ｂ）には、化学蓄熱反応器１０の分解斜視図が示されている。これらの図に示される如く、化学蓄熱反応器１０は、化学蓄熱材複合物成形体４０と、流路構造体、折り返し構造体としてのＵターンダクト４２と、図示を省略した容器１２とを主要部として構成されている。
【００３８】
化学蓄熱材複合物成形体４０は、例えば粉体の化学蓄熱材１４をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、内部に水蒸気が流通するための複数の水蒸気流路４４が形成された略矩形板状に形成されている。この実施形態では、複数の水蒸気流路４４は、それぞれ化学蓄熱材複合物成形体４０の側面（厚み部分）に開口されると共に、該側面の長手方向に沿って配置されている。したがって、化学蓄熱材複合物成形体４０における複数の水蒸気流路４４間には、厚み方向の両側を連結する連結部４５が形成されているものと捉えることができる。なお、化学蓄熱材複合物成形体４０は、複数の水蒸気流路４４を有する構成に代えて内部に水蒸気を流通させ得る多孔体構造とされても良く、多孔体構造において複数の水蒸気流路４４を有する構成としても良い。
【００３９】
Ｕターンダクト４２は、往路４６と復路４８とがＵターン部５０にて連結された側面視で略Ｕ字状を成す偏平矩形断面の折り返し筒体として構成されている。図１（Ａ）に示される如く、Ｕターンダクト４２は、往路４６と復路４８との間に化学蓄熱材複合物成形体４０を厚み方向に挟んで、該化学蓄熱材複合物成形体４０の表面に接触（密着）されている。この実施形態では、Ｕターンダクト４２は、その内部での流体の流れ方向が化学蓄熱材複合物成形体４０に対する水蒸気の出入り方向と略直交する方向となるように配置されている。
【００４０】
容器１２は、水蒸気循環路３０との連通部（複数の水蒸気流路４４の共通ヘッダ）を形成すると共に、Ｕターンダクト４２の内部（流体入口４６Ａ及び流体出口４８Ａ）とは非連通と成るように、化学蓄熱材複合物成形体４０及びＵターンダクト４２を覆っている。
【００４１】
以上説明した化学蓄熱反応器１０では、Ｕターンダクト４２は、加熱流路１８と放熱流路２０とを兼ねた流路とされている。このため、例えば図３に示す適用例の場合には、図示しない流体切替装置（切換弁等）によって、蓄熱モード実行時には排気系Ｅｘの排気ガスがＵターンダクト４２に導入され、放熱モード実行時にはバッテリＢ等の加熱のための加熱用空気がＵターンダクト４２に導入されるようになっている。
【００４２】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００４３】
上記構成の化学蓄熱システム１１では、化学蓄熱反応器１０の化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体４０）に蓄熱する蓄熱モードでは、図４（Ａ）に示される如く、開閉弁３２を開放した状態で、加熱流路１８として機能するＵターンダクト４２に熱源からの熱媒（図３の適用例では排気ガス）を流通させる。すると、加熱流路１８からの熱によって化学蓄熱材１４が脱水反応を生じ、この熱が化学蓄熱材１４に蓄熱される。この際、化学蓄熱材１４から脱水された水蒸気は、水蒸気循環路３０を介して蒸発・凝縮器２２に導入される。蒸発・凝縮器２２では、冷媒流路２６を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が容器２４の液相部２４Ｂに貯留される。
【００４４】
一方、化学蓄熱反応器１０に蓄熱された熱を放熱する放熱モードでは、図４（Ｂ）に示される如く、化学蓄熱システム１１は、開閉弁３２を開放した状態で、蒸発・凝縮器２２の熱媒流路２８に熱媒を流通させる。すると、熱媒流路２８の熱媒との熱交換によって液相部２４Ｂの水が蒸発され、水蒸気が水蒸気循環路３０を介して化学蓄熱反応器１０内の化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体４０）に供給される。これにより、化学蓄熱材１４は、水和反応を生じつつ放熱する。この熱は、放熱流路２０として機能するＵターンダクト４２を流通する熱輸送媒体（図３の適用例では加熱用空気）によって回収され加熱対象の加熱に供される。
【００４５】
以上説明した化学蓄熱材１４の蓄熱・放熱について、図５に示す化学蓄熱システム１１のサイクルを参照しつつ補足する。図５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１１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。このサイクルに示されるように、化学蓄熱材の温度が略４２４℃で蓄熱された場合、水蒸気は略５０℃が平衡温度となる。化学蓄熱システム１１では、水蒸気は蒸発・凝縮器２２において冷媒流路２６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。
【００４６】
また、化学蓄熱システム１１では、熱媒流路２８に熱媒を供給することで、該熱媒の温度に応じた蒸気圧の水蒸気が発生する。図５に示される如く、熱媒流路２８の熱媒によって０℃で水蒸気を発生させる場合、その平衡圧力は、略０．６５［ｋＰａ］となり、化学蓄熱材１４は略３３０℃で放熱することが解る。このように、水蒸気循環系内が真空脱気されている化学蓄熱システム１１では、０℃付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３３０℃もの高温を得ることができる。
【００４７】
ところで、水酸化カルシウムのように水和、脱水反応により放熱、蓄熱する水和脱水系の化学蓄熱材１４（化学蓄熱材複合物成形体４０）は、略５０℃以下の低温では、５０℃を超える（相対的に高温の）場合と比較して、発熱反応の反応速度が著しく小さくなるとの知見を得た。そして、放熱モードにおいて化学蓄熱材複合物成形体４０から放熱流路２０を流れる熱輸送媒体によって熱を回収する場合、化学蓄熱材１４における相対的に低温である上流側の熱輸送媒体と熱交換する部分は、該熱輸送媒体との熱交換によって冷却されるので、特に初期反応時間（反応率Ｘ＜＜１）において温度が上がり難い。このようにして温度分布が生じた化学蓄熱材複合物成形体４０は、高温側部分で主に発熱反応が生じ、反応速度が低い低温側部分は、限られた時間内では反応が完了しない未反応領域となってしまい、該未反応領域に蓄熱されている熱を有効利用できないこととなる。
【００４８】
ここで、化学蓄熱反応器１０では、化学蓄熱材複合物成形体４０におけるＵターンダクト４２の流体入口４６Ａの近傍に接触している部分（の裏面）が、該Ｕターンダクト４２の流体出口４８Ａの近傍に接触している。このため、化学蓄熱材複合物成形体４０における放熱モード実行時（熱回収時）にＵターンダクト４２に導入される熱輸送媒体によって冷却されることで低温になりやすい部分が、該化学蓄熱材複合物成形体４０との熱交換によって加熱された下流側の（高温の）熱輸送媒体にて加熱される。これにより、化学蓄熱反応器１０では、放熱モード実行時（特に放熱開始の初期）に化学蓄熱材複合物成形体４０に低温部分が生じることが抑制される。
【００４９】
このように、化学蓄熱反応器１０では、化学蓄熱材複合物成形体４０の発熱を利用して該化学蓄熱材複合物成形体４０に部分的な低温部が生じることが効果的に抑制されるため、化学蓄熱材複合物成形体４０は全体として略均一に発熱（水和）反応を生じる。このため、図３の適用例における化学蓄熱反応器１０では、例えば冬場等に低温の加熱用空気をＵターンダクト４２に導入した場合でも、反応開始から短時間で化学蓄熱材複合物成形体４０各部の温度を反応が促進される温度にすることができ、該化学蓄熱材複合物成形体４０に蓄えられた熱を限られた時間でバッテリＢの暖機等に有効に利用することができる。
【００５０】
また、化学蓄熱反応器１０では、Ｕターンダクト４２内で熱輸送媒体の流れを反転させる（折り返させる）簡単な構造で、上記の如く化学蓄熱材複合物成形体４０における放熱モード実行時（熱回収時）に低温になりやすい部分を効果的に加熱することができる。
【００５１】
さらに、化学蓄熱反応器１０では、化学蓄熱材複合物成形体４０における複数の水蒸気流路４４間に連結部４５が形成されているため、化学蓄熱材複合物成形体４０では、流体出口４８Ａ側からの熱が連結部４５を経由して流体入口４６Ａ側（低温側）に効率的に伝達される。すなわち、化学蓄熱反応器１０では、化学蓄熱材複合物成形体４０に複数の水蒸気流路４４を設けることで、伝熱経路としての連結部４５が形成されている。
【００５２】
そして、上記構成の化学蓄熱反応器１０を備えた化学蓄熱システム１１では、化学蓄熱材複合物成形体４０に蓄熱された熱を短時間で効率的に回収することができ、熱利用効率が高い。
【００５３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については、上記第１の実施形態又は前出の構成同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。
【００５４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器６０について、図６に基づいて説明する。図６（Ａ）には、化学蓄熱反応器６０の概略全体構成が斜視図にて示されており、図６（Ｂ）には、化学蓄熱反応器６０の分解斜視図が示されている。これらの図に示される如く、化学蓄熱反応器６０は、それぞれ複数の化学蓄熱材複合物成形体４０、Ｕターンダクト４２を備えて構成されている点で、第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０とは異なる。
【００５５】
具体的には、化学蓄熱反応器６０では、往路４６と復路４８との間に化学蓄熱材複合物成形体４０（以下、化学蓄熱材複合物成形体４０Ａという場合がある）を挟んだ複数のＵターンダクト４２が該化学蓄熱材複合物成形体４０の厚み方向に複数積層されている。そして、化学蓄熱反応器６０では、積層方向に隣り合うＵターンダクト４２間にさらに化学蓄熱材複合物成形体４０（以下、化学蓄熱材複合物成形体４０Ｂという場合がある）が挟まれて構成されている。より具体的には、化学蓄熱材複合物成形体４０Ｂは、一方のＵターンダクト４２の往路４６と、他方のＵターンダクト４２の復路４８との間に挟まれている。
【００５６】
これにより、化学蓄熱反応器６０では、図６（Ａ）に示される如く、流体入口４６Ａと流体出口４８Ａとが化学蓄熱材複合物成形体４０を挟んで積層方向に交互に配置された構成とされている。この化学蓄熱反応器６０では、複数の流体入口４６Ａ同士、流体出口４８Ａ同士が図示しないヘッダ構造を介して互いに連通されている。化学蓄熱反応器６０における他の構成は、化学蓄熱反応器１０の対応する構成と同じである。
【００５７】
したがって、第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器６０によっても、基本的に第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、化学蓄熱反応器６０では、流体入口４６Ａと流体出口４８Ａとが化学蓄熱材複合物成形体４０を挟んで積層方向に交互に配置されているため、積層された化学蓄熱材複合物成形体４０全体として放熱モード実行時（熱回収時）に低温部分が生じることを効果的に抑制することができる（複数の化学蓄熱材複合物成形体４０全体としての温度分布を小さく抑えることができる）。これにより、化学蓄熱反応器１０では、蓄熱密度の高い構成において、上記の通り化学蓄熱材複合物成形体４０に蓄熱された熱を短時間で効率的に回収することができ、熱利用効率が高い。
【００５９】
しかも、化学蓄熱反応器６０では、積層方向に隣り合うＵターンダクト４２間に化学蓄熱材複合物成形体４０Ｂを挟んでいるため、化学蓄熱材複合物成形体４０Ｂに対しては専用のＵターンダクト４２を設ける必要がない（化学蓄熱材複合物成形体４０間に往路４６、復路４８の両者が位置することがない）。このため、化学蓄熱材複合物成形体４０の積層構造体をコンパクトに構成することができる。すなわち、化学蓄熱反応器６０のサイズ（蓄熱容量に対するサイズ）を小さく設定することができる。
【００６０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器７０について、図７〜図９に基づいて説明する。図７（Ａ）には、放熱モード実行時の化学蓄熱反応器７０の概略全体構成が斜視図にて示されており、図７（Ｂ）には、蓄熱モード実行時の化学蓄熱反応器７０が斜視図にて示されている。また、図８には、化学蓄熱反応器７０の分解斜視図が示されている。これらの図に示される如く、化学蓄熱反応器７０は、側面視で略Ｕ字状を成すＵターンダクト４２に代えて、平面視で略Ｕ字状を成す複数のＵターンダクト７２が化学蓄熱材複合物成形体４０と交互に積層されている点で、第１及び第２の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０、６０とは異なる。
【００６１】
それぞれ本発明における単位流路構造体としてのＵターンダクト７２は、幅方向に並列された往路及び復路の何れか一方としての第１路７４と、復路及び往路の他方としての第２路７６とがＵターン部７８を介して連結されて構成されている。各Ｕターンダクト７２は、第１路７４と第２路７６の開口端が同じ側を向くように配置されている。
【００６２】
そして、化学蓄熱反応器７０は、図７（Ａ）に示される如く、放熱モード実行時（熱回収時）に積層方向に隣り合うＵターンダクト７２の熱輸送媒体の流れ方向を逆方向にする状態と、図７（Ｂ）に示される如く、蓄熱モード実行時に積層方向に隣り合うＵターンダクト７２の加熱源の流れ方向を同じ方向にする状態とを切り替えるための切替構造８０を備えている。
【００６３】
切替構造８０は、図９に示される如く、排気ガス等の加熱源を各Ｕターンダクト７２の第１路７４に導入するための加熱源入口ヘッダ８２と、加熱源を各Ｕターンダクト７２の第２路７６から導出するための加熱源出口ヘッダ８４とを備える。また、切替構造８０は、加熱用空気等の熱輸送媒体を第１路７４、第２路７６の順に積層方向に交互に導入するための熱輸送媒体入口ヘッダ８６と、熱輸送媒体を第２路７６、第１路７４の順に積層方向に交互に導出するための熱輸送媒体出口ヘッダ８８とを備える。
【００６４】
また、切替構造８０は、加熱源入口ヘッダ８２への加熱源導入路８２Ａに設けられた開閉弁８２Ｂ、加熱源出口ヘッダ８４からの加熱源導出路８４Ａに設けられた開閉弁８４Ｂ、熱輸送媒体入口ヘッダ８６への熱輸送媒体導入路８６Ａに設けられた開閉弁８６Ｂ、及び熱輸送媒体出口ヘッダ８８からの熱輸送媒体導出路８８Ａに設けられた開閉弁８８Ｂを備えている。切替構造８０は、図示しない制御装置としてのコントローラによって開閉弁８２Ｂ〜８８Ｂの開閉を制御することで、上記の通り図７（Ａ）の流れ状態と図７（Ｂ）の流れ状態とに切り替え得る構成とされている。
【００６５】
具体的には、化学蓄熱反応器７０では、開閉弁８２Ｂ、８４Ｂを開放すると共に開閉弁８６Ｂ、８８Ｂを閉止することで、図７（Ｂ）に示される如く各Ｕターンダクト７２の第１路７４から加熱源を導入して各第２路７６から加熱源を導出する（Ｕターンダクト７２を加熱流路１８として用いる）蓄熱モードが実行されるようになっている。また、化学蓄熱反応器７０では、開閉弁８２Ｂ、８４Ｂを閉止すると共に開閉弁８６Ｂ、８８Ｂを開放することで、図７（Ａ）に示される如く積層方向に隣り合うＵターンダクト７２で熱輸送媒体に流れ方向が逆向きとなるように（Ｕターンダクト７２を放熱流路２０として用いる）放熱モードが実行されるようになっている。化学蓄熱反応器７０における他の構成は、化学蓄熱反応器１０の対応する構成と同じである。
【００６６】
したがって、第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器７０によっても、基本的に第１の実施形態に係る化学蓄熱反応器１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。
【００６７】
すなわち、化学蓄熱反応器７０では、放熱モードの実行時には、図７（Ａ）に示される如く、化学蓄熱材複合物成形体４０におけるＵターンダクト７２の流体入口の近傍に接触している部分（の裏面）が、積層方向に隣り合うＵターンダクト７２の流体出口の近傍に接触する構成である。このため、化学蓄熱材複合物成形体４０における放熱モード実行時（熱回収時）にＵターンダクト４２に導入される流体によって冷却されることで低温になりやすい部分が、化学蓄熱材複合物成形体４０から顕熱として熱を回収した高温の流体にて加熱される。これにより、化学蓄熱反応器１０では、放熱モード実行時（熱回収時）（特に放熱開始の初期）に化学蓄熱材複合物成形体４０に低温部分が生じることが抑制される。
【００６８】
このように、化学蓄熱反応器７０では、化学蓄熱材複合物成形体４０の発熱を利用して該化学蓄熱材複合物成形体４０に部分的な低温部が生じることが効果的に抑制されるため、化学蓄熱材複合物成形体４０は全体として略均一に発熱（水和）反応を生じる。そして、上記構成の化学蓄熱反応器７０を備えた化学蓄熱システム１１では、化学蓄熱材複合物成形体４０に蓄熱された熱を短時間で効率的に回収することができ、熱利用効率が高い。
【００６９】
一方、蓄熱モードでは、化学蓄熱材複合物成形体４０は、高温の加熱源が接する該加熱源の流れ方向上流側（第１路７４の入口側）から順次反応が進行するため、出口側で降温された加熱源によって化学蓄熱材複合物成形体４０が冷却されても該化学蓄熱材複合物成形体４０に未反応領域が生じることがない。そして、化学蓄熱反応器７０では、蓄熱モード実行時には、図７（Ｂ）に示される如く、各Ｕターンダクト７２で加熱源の流れ方向が同じになる。このため、化学蓄熱反応器７０では、図７（Ａ）の如き流れ状態で蓄熱モードを実行する場合のように出口側の低温加熱源によって入口側の高温加熱源が冷却されてしまうことが抑制され、熱損失が少ない。すなわち、化学蓄熱反応器７０は、熱交換器として効率が良好であり、加熱源からの熱を効率的に蓄熱することができる。
【００７０】
さらに、化学蓄熱反応器７０では、複数のＵターンダクト７２を化学蓄熱材複合物成形体４０と交互に積層する積層構造を採ることで、加熱源、熱輸送媒体の流路をコンパクトに配置（構成）することができる。また、複数のＵターンダクト７２を用いることで、加熱源、熱輸送媒体の入口部と出口部となる第１路７４、第２路７６の開口端が化学蓄熱材複合物成形体４０に対する同一側に配置され、該流体の入口部と出口部とを化学蓄熱反応器７０の片側に集約することができる。このため、化学蓄熱反応器７０は、全体としてコンパクトに構成することができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器９０について、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０（Ａ）には、放熱モード実行時の化学蓄熱反応器９０の概略全体構成が斜視図にて示されており、図１０（Ｂ）には、蓄熱モード実行時の化学蓄熱反応器９０が斜視図にて示されている。また、図１１には、化学蓄熱反応器９０の分解斜視図が示されている。これらの図に示される如く、化学蓄熱反応器９０は、平面視で略Ｕ字状を成す複数のＵターンダクト７２に代えて、ストレート状に形成された単位流路構造体としてのダクト９２が化学蓄熱材複合物成形体４０と交互に積層されている点で、第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器７０とは異なる。
【００７２】
そして、化学蓄熱反応器９０は、図１０（Ａ）に示される如く、放熱モード実行時（熱回収時）に積層方向に隣り合うダクト９２の流体の流れ方向を互いに逆方向にする状態と、図１０（Ｂ）に示される如く、蓄熱モード実行時に積層方向に隣り合うダクト９２の流体の流れ方向を同じ方向にする状態とを切り替えるための図示しない切替構造を備えている。この切り替え機構は、ダクト９２の一端側を第１路７４、他端側を第２路７６として捉えて適用した切替構造８０と同様に構成することができる。
【００７３】
すなわち、化学蓄熱反応器９０は、化学蓄熱反応器７０（化学蓄熱材複合物成形体４０を含めてＵターンダクト７２）を、平面視折り返し形状から直線状に展開した如く構成されている。化学蓄熱反応器７０における他の構成は、化学蓄熱反応器１０の対応する構成と同じである。
【００７４】
したがって、第４の実施形態に係る化学蓄熱反応器９０によっても、基本的に第３の実施形態に係る化学蓄熱反応器７０（化学蓄熱反応器１０）と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。
【００７５】
なお、上記した実施形態では、化学蓄熱材として水酸化カルシウムを用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、水和・脱水による各種の放熱・蓄熱する各種の化学蓄熱材を用いて実施することができる。
【００７６】
また、上記した各実施形態では、化学蓄熱反応器１０、６０、７０、９０が自動車Ａに適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種用途に適用可能であることが言うまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１０    化学蓄熱反応器
１１    化学蓄熱システム
１４    化学蓄熱材
２２    蒸発・凝縮器（蒸発部、凝縮部）
４０    化学蓄熱材複合物成形体（化学蓄熱材）
４２    Ｕターンダクト（流路構造体）
４４    水蒸気流路
４６    往路
４６Ａ  流体入口
４８    復路
４８Ａ  流体出口
６０・７０・９０    化学蓄熱反応器
７２    Ｕターンダクト（単位流路構造体）
７４    第１路（往路、復路）
７６    第２路（復路、往路）
９２    ダクト（単位流路構造体）
【図１】
2010216772.tif 000003
【図２】
2010216772.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010216772.tif 000006
【図５】
2010216772.tif 000007
【図６】
2010216772.tif 000008
【図７】
2010216772.tif 000009
【図８】
2010216772.tif 000010
【図９】
2010216772.tif 000011
【図１０】
2010216772.tif 000012
【図１１】
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