(57)【要約】【課題】充填層の未反応部分を縮小でき、充填層内部での熱的な分布を緩和できる蓄熱装置を提供する。【解決手段】気体を反応媒体とする蓄熱剤粒子４３が充填された充填層４０と、充填層４０の表面から充填層４０の内部に向かって形成され、外部から供給される反応媒体を充填層４０の内部に導入し、充填層４０の内部から導出される反応媒体を外部に放出する内部流通路４１、４２と、充填層４０及び内部流通路４１、４２からは空間的に隔離され、熱交換流体を流通させる流体流路３１と、充填層４０と熱交換が行われる外壁面３０ｃと、熱交換流体と熱交換が行われる内壁面３０ｄとを備え、外壁面３０ｃ及び内壁面３０ｄを介して充填層４０と熱交換流体との間で熱を伝達させる扁平チューブ３０とを有し、内部流通路４１、４２は、充填層４０の表面から奥に向かって次第に狭くなるように形成されるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を反応媒体とし、前記反応媒体と可逆反応可能な金属酸化物で構成される蓄熱剤粒子（４３）が充填された充填層（４０）と、
前記充填層（４０）の表面から前記充填層（４０）の内部に向かって形成され、外部から供給される前記反応媒体を前記充填層（４０）の内部に導入し、前記充填層（４０）の内部から導出される前記反応媒体を外部に放出する内部流通路（４１、４２）と、
前記充填層（４０）及び前記内部流通路（４１、４２）からは空間的に隔離され、熱交換流体を流通させる流体流路（３１）と、
前記充填層（４０）と熱交換が行われる第１熱交換面（３０ｃ）と、前記熱交換流体と熱交換が行われる第２熱交換面（３０ｄ）とを備え、前記第１及び第２熱交換面（３０ｃ、３０ｄ）を介して前記充填層（４０）と前記熱交換流体との間で熱を伝達させる熱交換部（３０）とを有し、
前記内部流通路（４１、４２）は、前記充填層（４０）の表面から奥に向かって次第に狭くなるように形成されていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記充填層（４０）は、互いに焼結結合されているとともに前記第１熱交換面（３０ｃ）と焼結結合され、前記蓄熱剤粒子（４３）を保持する金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記充填層（４０）は、前記第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、前記蓄熱剤粒子（４３）の重量に対する前記金属粒子（４４）又は前記金属繊維（４５）の重量の割合がより低くなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記充填層（４０）は、前記第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、前記金属粒子（４４）のアスペクト比がより大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記充填層（４０）は、前記第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、前記金属粒子（４４）の粒子間距離がより大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記充填層（４０）は、前記第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、前記蓄熱剤粒子（４３）の粒子径がより大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応媒体との可逆反応により蓄放熱を行う蓄熱剤を備えた蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｃａ（ＯＨ）２脱水／ＣａＯ加水反応等の固気反応を用いた化学蓄熱システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この化学蓄熱システムは、反応媒体（Ｈ２Ｏ）を貯蔵しておくための媒体容器と、反応媒体との可逆反応により蓄放熱を行う蓄熱剤（ＣａＯ）を備えた反応器とを有している。媒体容器と反応器との間は、媒体容器から反応器に反応媒体を供給する供給管と、反応器から媒体容器に反応媒体を還流させる還流管とを介して接続されている。反応器は、円管状の熱交換壁を備えた円管型熱交換器を有している。円管型熱交換器の熱交換壁の内側には、内壁面に接するように蓄熱剤が充填されており、熱交換壁の外側には、外側を流通する熱交換流体（排ガス）との伝熱面積を拡大させるフィンが設けられている。これらの構成により、ＣａＯが加水反応して発生する熱が排ガスに供給され得る（ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２、放熱プロセス）。また、排ガスからの熱がＣａ（ＯＨ）２に供給されて蓄熱剤が再生し得る（Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ、蓄熱プロセス）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８０５３９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、上記のような反応器においては、熱交換壁に囲まれた空間に蓄熱剤粒子が充填されて充填層が形成されている場合が多い。この場合、反応媒体として水蒸気が用いられるとき、水蒸気が充填層内を移動する際の抵抗が大きくなる。また、蓄熱剤粒子と熱交換壁との間の伝熱抵抗も大きくなる。このため、充填層において反応が十分に進行しない部分が発生したり、充填層内部で熱的な分布が発生したりするという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、充填層の未反応部分を縮小でき、充填層内部での熱的な分布を緩和できる蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、気体を反応媒体とし、当該反応媒体と可逆反応可能な金属酸化物で構成される蓄熱剤粒子（４３）が充填された充填層（４０）と、充填層（４０）の表面から充填層（４０）の内部に向かって形成され、外部から供給される反応媒体を充填層（４０）の内部に導入し、充填層（４０）の内部から導出される反応媒体を外部に放出する内部流通路（４１、４２）と、充填層（４０）及び内部流通路（４１、４２）からは空間的に隔離され、熱交換流体を流通させる流体流路（３１）と、充填層（４０）と熱交換が行われる第１熱交換面（３０ｃ）と、熱交換流体と熱交換が行われる第２熱交換面（３０ｄ）とを備え、第１及び第２熱交換面（３０ｃ、３０ｄ）を介して充填層（４０）と熱交換流体との間で熱を伝達させる熱交換部（３０）とを有し、内部流通路（４１、４２）は、充填層（４０）の表面から奥に向かって次第に狭くなるように形成されていることを特徴とする蓄熱装置である。
【０００８】
この発明によると、外部から供給される反応媒体は、主に内部流通路（４１、４２）を介して充填層（４０）内部に導かれ、充填層（４０）の全体に拡散する。内部流通路（４１、４２）は、充填層（４０）の表面から奥に向かって次第に狭くなるように形成されているため、内部流通路（４１、４２）内を流通する反応媒体の流速は奥に向かうほど大きくなる。これにより、反応媒体の拡散律速が緩和されるので、充填層（４０）において反応媒体をより効果的に拡散させることができる。したがって、充填層（４０）の未反応部分を縮小できるため、充填層（４０）内部での熱的な分布を緩和できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、充填層（４０）は、互いに焼結結合されているとともに第１熱交換面（３０ｃ）と焼結結合され、蓄熱剤粒子（４３）を保持する金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）をさらに有していることを特徴としている。
【００１０】
金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）が充填層（４０）内に混在することによって、充填層（４０）の隅々に亘って熱的なネットワークが形成され得る。したがって、充填層（４０）内部での熱的な分布をさらに緩和でき、充填層（４０）の未反応部分をさらに縮小できる。また、蓄熱剤粒子（４３）が金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）によって保持されるため、内部流通路（４１、４２）を精度良く形成することができるとともに、形成された内部流通路（４１、４２）の形状を維持することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、充填層（４０）は、第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、蓄熱剤粒子（４３）の重量に対する金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）の重量の割合がより低くなるように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
これにより、充填層（４０）における金属粒子（４４）又は金属繊維（４５）の重量の割合を第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が近くなるほど高くすることができる。したがって、充填層（４０）と第１熱交換面（３０ｃ）とを確実に接合することができるとともに、充填層（４０）と第１熱交換面（３０ｃ）との間の伝熱抵抗を低減できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、充填層（４０）は、第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、金属粒子（４４）のアスペクト比がより大きくなるように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
充填される金属粒子（４４）のアスペクト比が大きくなるほど空隙を大きくとることができるため、充填層（４０）の空隙率を第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど高くすることができる。これにより、反応媒体が内部流通路（４１、４２）から充填層（４０）内に浸透するときの移動抵抗を、反応媒体の流量が多い内部流通路（４１、４２）側ほど低くすることができる。したがって、反応媒体を充填層（４０）全体に効果的に拡散させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、充填層（４０）は、第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、金属粒子（４４）の粒子間距離がより大きくなるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
充填される金属粒子（４４）の粒子間距離が大きくなるほど空隙を大きくとることができるため、充填層（４０）の空隙率を第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど高くすることができる。これにより、反応媒体が内部流通路（４１、４２）から充填層（４０）内に浸透するときの移動抵抗を、反応媒体の流量が多い内部流通路（４１、４２）側ほど低くすることができる。したがって、反応媒体を充填層（４０）全体に効果的に拡散させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、充填層（４０）は、第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど、蓄熱剤粒子（４３）の粒子径がより大きくなるように構成されていることを特徴としている。
【００１８】
充填される蓄熱剤粒子（４３）の粒子径が大きくなるほど空隙を大きくとることができるため、充填層（４０）の空隙率を第１熱交換面（３０ｃ）からの距離が遠くなるほど高くすることができる。これにより、反応媒体が内部流通路（４１、４２）から充填層（４０）内に浸透するときの移動抵抗を、反応媒体の流量が多い内部流通路（４１、４２）側ほど低くすることができる。したがって、反応媒体を充填層（４０）全体に効果的に拡散させることができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態における蓄熱装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】第１実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の模式的な拡大断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の模式的な拡大断面図である。
【図５】第２実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示す図である。
【図６】第３実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示す図である。
【図７】第４実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示す図である。
【図８】第５実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態における蓄熱装置１の構成を示す模式図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。図１及び図２に示すように、蓄熱装置１は、容器体を構成する外側ケース１０と、外側ケース１０内に格納された平板状の蓄熱コア２０とを有している。
【００２２】
外側ケース１０には、反応媒体を流出入させる流出入口１１が設けられている。外側ケース１０の内部には、流出入口１１を介して不図示の反応媒体容器から反応媒体が流入し、また、流出入口１１を介して反応媒体容器に反応媒体が流出するようになっている。
【００２３】
蓄熱コア２０は、一対のヘッダタンク２１、２２と、両ヘッダタンク２１、２２に挟まれたコア部２３とを有している。一方のヘッダタンク２１の内部空間は、長手方向中央部に設けられたセパレータ２４によって分離されている。これによりヘッダタンク２１は、入口タンク部２５と出口タンク部２６とに分けられている。入口タンク部２５には、蓄熱剤との熱交換対象となる熱交換流体を外部から流入させる流入口２７が設けられている。出口タンク部２６には、熱交換流体を外部に流出させる流出口２８が設けられている。流入口２７及び流出口２８は、いずれも外側ケース１０を貫通して外側に延びている。
【００２４】
コア部２３は、両ヘッダタンク２１、２２に両端が接続された複数の扁平チューブ３０を有している（図１及び図２では６本の扁平チューブ３０を示している）。扁平チューブ３０は金属製であり、例えばＣｕ製である。扁平チューブ３０の内部には、熱交換流体を流通させる流体流路３１が形成されている。ほぼ半数（図１及び図２では３本）の扁平チューブ３０ａの流体流路３１は、ヘッダタンク２１の入口タンク部２５とヘッダタンク２２との間を連通させている。残りの扁平チューブ３０ｂの流体流路３１は、ヘッダタンク２１の出口タンク部２６とヘッダタンク２２との間を連通させている。これにより、熱交換流体は、外部から流入口２７を介して入口タンク部２５に流入し、扁平チューブ３０ａの流体流路３１を流通してヘッダタンク２２に流入する。ヘッダタンク２２に流入した熱交換流体は、扁平チューブ３０ｂの流体流路３１を流通して出口ヘッダ部２６に流入し、流出口２８を介して外部に流出するようになっている。
【００２５】
隣り合う扁平チューブ３０において互いに対向する扁平面間の間隙には、それぞれ充填層４０が形成されている。これによりコア部２３は、扁平チューブ３０と充填層４０とが交互に積層された構成となっている。充填層４０は、蓄熱剤粒子と金属粒子とを混合した混合粒子が充填されることにより形成されている。金属粒子は、扁平チューブ３０と同じ又は同等の金属により構成されることが望ましい。ここで、同等の金属とは、単一金属とその金属を成分として含む合金との関係にあるか、又は主成分が同一の合金同士の関係にあることをいう。各充填層４０は、両側に隣接する扁平チューブ３０の管壁（熱交換壁）に対して熱的に接続されている。また各充填層４０は、扁平チューブ３０の管壁によって流体流路３１から空間的に隔離されている。
【００２６】
蓄熱剤粒子は、気体（例えばＨ２Ｏ）を反応媒体とし、当該反応媒体との可逆反応によって蓄放熱を行う金属酸化物により構成されている。この金属酸化物では、比較的低温時においては化学反応式（１）で表される発熱反応が進行し、比較的高温時においては化学反応式（２）で表される吸熱反応が進行する。なお、式中の（ｓ）は固相を表し、（ｇ）は気相を表す。
ＸＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｘ（ＯＨ）２（ｓ）＋Ｑ（発熱）    ・・・（１）
Ｘ（ＯＨ）２（ｓ）→ＸＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）−Ｑ（吸熱）    ・・・（２）
充填層４０には、コア部２３の一方の表面２３ａ側から内部に向かって延びる内部流通路４１と、他方の表面２３ｂ側から内部流通路４１と向き合って内部に向かって延びる内部流通路４２とが形成されている。内部流通路４１、４２はいずれも、隣り合う扁平チューブ３０の互いに対向する扁平面間のほぼ中心であって各扁平面とほぼ平行な面内に位置している。内部流通路４１、４２は、充填層４０表面の入口から奥（末端）に向かって次第に狭くなるように、断面Ｖ字状に形成されている。内部流通路４１、４２の末端同士は互いに対向している。発熱反応時には、外部から供給される反応媒体が主に内部流通路４１、４２を介して充填層４０内部に導入され、吸熱反応時には、充填層４０内部から導出される反応媒体が主に内部流通路４１、４２を介して外部に放出されるようになっている。
【００２７】
ここで、内部流通路４１、４２は、図１の上下方向において連続して形成されていてもよい。この場合、内部流通路４１、４２は、図１の上下方向に延びる断面Ｖ字状の溝形状（くさび状）に形成される。また内部流通路４１、４２は、図１の上下方向において所定間隔で配列する複数の穴であってもよい。この場合、複数の内部流通路４１、４２のそれぞれは、例えば円錐状又は角錐状の形状を有する。
【００２８】
充填層４０及び内部流通路４１、４２の形成手順の一例としては、まず、蓄熱剤粒子４３と金属粒子４４を混合した混合粒子を扁平チューブ３０間の間隙に充填し、金属粒子４４同士及び金属粒子４４と扁平チューブ３０との間を焼結結合させて充填層４０を形成し、その後、充填層４０に削り出し加工を施して、先細り形状の内部流通路４１、４２を形成する。
【００２９】
図３は、蓄熱コア２０の扁平チューブ３０管壁付近の模式的な拡大断面図である。充填層４０に熱的に接続される扁平チューブ３０の外壁面３０ｃは、充填層４０と熱交換が行われる第１熱交換面となっている。一方、扁平チューブ３０の流体流路３１に面する内壁面３０ｄは、熱交換流体と熱交換が行われる第２熱交換面となっている。扁平チューブ３０は、外壁面３０ｃ及び内壁面３０ｄを介して充填層４０と熱交換流体との間で熱を伝達させる熱交換部として機能する。
【００３０】
充填層４０は、複数の蓄熱剤粒子４３と複数の金属粒子４４とにより構成されている。互いに隣接する金属粒子４４同士は、焼結により比較的強固に結合されている。また、扁平チューブ３０の外壁面３０ｃ近傍の金属粒子４４は、外壁面３０ｃに対して焼結により比較的強固に結合されている。これにより、充填層４０の隅々に亘って熱的ネットワークが形成される。蓄熱剤粒子４３は、周囲の金属粒子４４に囲まれて保持されている。
【００３１】
外部から供給される反応媒体は、主に、移動抵抗の比較的低い内部流通路４１、４２を介して充填層４０内に導入され、その後、移動抵抗がそれより高い粒子間の空隙を通って充填層４０全体に拡散する。本実施形態では、内部流通路４１、４２が扁平チューブ３０の外壁面３０ｃに平行な面内に形成されているため、粒子間の空隙を通って拡散する反応媒体は、図３に示すように概ね外壁面３０ｃに交差する方向に流通することになる。
【００３２】
次に、本実施形態における蓄熱装置の動作について説明する。まず、比較的低温の熱交換流体を加熱するために行われる放熱プロセスについて説明する。放熱プロセスでは、反応媒体容器から外側ケース１０内に反応媒体が供給される。外側ケース１０内に供給された反応媒体は、まず、移動抵抗の比較的低い内部流通路４１、４２を主に通って充填層４０の内部に導入される。その後、内部流通路４１、４２内の反応媒体は、蓄熱剤粒子４３や金属粒子４４の粒子間の空隙を通り、主に内部流通路４１、４２から扁平チューブ３０の外壁面３０ｃに向かう方向に拡散する。これにより、反応媒体が充填層４０の全体に浸透する。
【００３３】
充填層４０内の各蓄熱剤粒子４３では、反応媒体が供給されることによって化学反応式（１）に示した発熱反応が進行する。各蓄熱剤粒子４３で発生した反応熱は、金属粒子４４により形成される熱的ネットワークを介して、扁平チューブ３０に伝達される。扁平チューブ３０に伝達された熱は、扁平チューブ３０内の流体流路３１を流通する熱交換流体に伝達される。これにより、扁平チューブ３０を介して充填層４０と熱交換流体との熱交換が行われ、蓄熱剤の反応熱によって熱交換流体が加熱される。
【００３４】
次に、蓄熱剤を再生するために行われる蓄熱プロセスについて説明する。蓄熱プロセスでは、比較的高温の熱交換流体からの熱が扁平チューブ３０に伝達され、金属粒子４４により形成される熱的ネットワークを介して充填層４０全体に供給される。蓄熱剤粒子４３では、供給された熱を用いて化学反応式（２）に示した吸熱反応が進行する。これにより、蓄熱剤の再生が行われる。吸熱反応により蓄熱剤粒子４３から放出された反応媒体は、充填層４０内の粒子間の空隙及び内部流通路４１、４２を通って蓄熱コア２０から放出される。
【００３５】
本実施形態では、充填層４０の表面から内部に向かって内部流通路４１、４２が形成されている。例えば放熱プロセスにおいて、外部から供給される反応媒体は、主に内部流通路４１、４２を通って充填層４０内部に導かれ、その後、粒子間の空隙を通って内部流通路４１、４２から扁平チューブ３０の外壁面３０ｃに向かう方向に拡散する。充填層４０内に充填されている蓄熱剤粒子４３は、反応媒体の拡散に伴い、充填層４０の表面側から内部に向かって、また内部流通路４１、４２側から外壁面３０ｃに向かって逐次反応していく。内部流通路４１、４２は、充填層４０表面の入口から奥に向かって次第に狭くなるように形成されているため、内部流通路４１、４２内を流通する反応媒体の流速を奥に向かうほど大きくすることができる。これにより、反応媒体の拡散律速が緩和されるので、充填層４０において反応媒体をより効果的に拡散させることができる。したがって、充填層４０の未反応部分を縮小できるため、充填層４０内部での熱的な分布を緩和できる。
【００３６】
また本実施形態では、金属粒子４４の存在により、扁平チューブ３０から充填層４０の隅々に亘って熱的なネットワークが形成される。これにより、充填層４０内の熱移動が促進されるため、放熱プロセスにおいては充填層４０から速やかに熱を除熱することができ、蓄熱プロセスにおいては充填層４０全体に速やかに熱を行き渡らせることができる。この結果、充填層４０全体の熱的な分布をさらに緩和でき、充填層４０の未反応部分をさらに縮小できる。
【００３７】
さらに本実施形態では、互いに焼結結合された金属粒子４４の存在により、蓄熱剤粒子４３が良好に固定され得る。したがって、金属粒子４４が混合されず蓄熱剤粒子４３のみが充填された充填層と比較して、充填層４０の形状をより容易に加工できる。したがって、内部流通路４１、４２の先細り形状を精度良く形成することができるとともに、形成された内部流通路４１、４２の形状を維持することができる。また、金属粒子４４により蓄熱剤粒子４３が良好に固定されるため、発熱／吸熱反応に伴って蓄熱剤粒子４３に体積変化が生じても、充填層４０の機械的崩壊を抑制できる。
【００３８】
また本実施形態では、扁平チューブ３０の少なくとも外壁面３０ｃと金属粒子４４とが同じ又は同等の金属により構成されている。したがって、外壁面３０ｃと金属粒子４４との間を焼結により容易に結合させることができる。また、外壁面３０ｃと金属粒子４４との間に生じ得る熱歪みを低減することができる。
【００３９】
さらに本実施形態では、充填層４０の内部流通路４１、４２が入口から奥に向かって次第に狭くなるように形成されている。このため、内部流通路４１、４２の入口付近の幅が奥まで維持される構成と比較すると、蓄熱剤粒子４３及び金属粒子４４を効率良く充填することができる。
【００４０】
ここで、本実施形態では、内部流通路４１、４２がコア部２３の両表面２３ａ、２３ｂから形成されているため、両表面２３ａ、２３ｂ間の中心部付近が内部流通路４１、４２の奥となっている。例えば、内部流通路がコア部２３の一方の表面２３ａからのみ形成され、当該内部流通路が他方の表面２３ｂ付近にまで延伸している場合には、表面２３ｂ付近が内部流通路の奥となり得る。
【００４１】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図４は、本変形例における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の模式的な拡大断面図である。図４に示すように、本変形例では、金属粒子４４に代えて、あるいは金属粒子４４に加えて、金属繊維４５が充填層４０に充填されている。金属繊維４５同士の接点や、金属繊維４５と扁平チューブ３０の外壁面との間は、焼結により結合されている。充填層４０内の蓄熱剤粒子４３は、金属繊維４５により保持されている。
【００４２】
本変形例のように金属繊維４５を用いた場合には、繊維としての熱的ネットワークが予め形成されているため、金属繊維４５と扁平チューブ３０の外壁面３０ｃとの間のみを接合できればよい。したがって本変形例によれば、充填層４０内の熱的ネットワークをより確実に形成できるとともに、接合工程を簡略化できる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。本実施形態は、充填層４０における蓄熱剤粒子４３の重量に対する金属粒子４４（又は金属繊維４５）の重量の割合（以下、「金属粒子４４の濃度」という）が、熱交換面となる扁平チューブ３０の外壁面３０ｃからの距離によって異なる点に特徴を有している。本実施形態では、蓄熱剤粒子４３、金属粒子４４、反応媒体として、それぞれＣａＯ、Ｃｕ、水蒸気が用いられている。また扁平チューブ３０は、金属粒子４４と同じＣｕで構成されている。放熱プロセスでは、化学反応式（３）で表される発熱反応が進行し、蓄熱プロセスでは、化学反応式（４）で表される吸熱反応が進行する。
ＣａＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｃａ（ＯＨ）２（ｓ）＋Ｑ（発熱）    ・・・（３）
Ｃａ（ＯＨ）２（ｓ）→ＣａＯ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）−Ｑ（吸熱）    ・・・（４）
図５は、本実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示している。図５（ａ）は、扁平チューブ管壁付近の模式的な拡大断面図であり、図５（ｂ）は、扁平チューブの外壁面からの距離と金属粒子の濃度との関係を示すグラフである。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、充填層４０において扁平チューブ３０の外壁面３０ｃからの距離をＸとすると、充填層４０中の金属粒子４４の濃度は、距離Ｘが大きくなるほど低くなっている。すなわち、外壁面３０ｃの近傍では充填層４０中の金属粒子４４の濃度が高くなっており、外壁面３０ｃから離れて内部流通路４１、４２（図５では図示せず）に近づくほど金属粒子４４の濃度が低くなっている。金属粒子４４の濃度は、図５（ｂ）の実線で示すように、距離Ｘの増加に伴い連続的に単調減少していてもよいし、図５（ｂ）の破線で示すように、距離Ｘの増加に伴い段階的に減少していてもよい。
【００４４】
本実施形態では、充填層４０中の金属粒子４４の濃度を扁平チューブ３０の外壁面３０ｃからの距離が近くなるほど高くすることができる。したがって、充填層４０全体としての蓄熱剤粒子４３の量を確保しつつ、充填層４０と外壁面３０ｃとを焼結により確実に接合することができ、また充填層４０と扁平チューブ３０との間の伝熱抵抗をより低くすることができる。
【００４５】
ところで、内部流通路４１、４２の近傍は、放熱プロセスにおいて外部から供給される反応媒体が他の領域より早く到達するため、より早期に発熱反応が進行し得る。充填層４０内の一部で発熱反応が開始されると、反応熱が伝達することにより周囲の蓄熱剤粒子４３での発熱反応が促進される。したがって、充填層４０全体の反応速度を高めるためには、早期に発熱反応が進行し得る内部流通路４１、４２近傍において、反応に寄与しない金属粒子４４の濃度を低くすることが効果的である。本実施形態では、外壁面３０ｃから離れた内部流通路４１、４２近傍において、充填層４０中の金属粒子４４の濃度を低くすることができるため、充填層４０全体の反応速度をより高めることができる。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示している。図６に示すように、本実施形態は、充填層４０における金属粒子４４ａ、４４ｂ、４４ｃのアスペクト比が、外壁面３０ｃからの距離によって段階的に異なる点に特徴を有している。充填層４０のうち外壁面３０ｃに隣接する第１層４０ａでは、アスペクト比が比較的小さい例えば球状の金属粒子４４ａが充填されている。第１層４０ａよりも外壁面３０ｃから離れた第２層４０ｂでは、金属粒子４４ａよりもアスペクト比の大きい例えば円柱状の金属粒子４４ｂが充填されている。第２層４０ｂよりも外壁面３０ｃからさらに離れた第３層４０ｃでは、金属粒子４４ｂよりもアスペクト比がさらに大きい例えば棒状の金属粒子４４ｃが充填されている。
【００４７】
充填される金属粒子４４ａ、４４ｂ、４４ｃのアスペクト比が大きくなるほど粒子間の空隙を大きくとることができるため、第１層４０ａの空隙率は比較的低くなり、第２層４０ｂの空隙率は第１層４０ａよりも高くなり、第３層４０ｃの空隙率は第２層４０ｂよりもさらに高くなる。すなわち本実施形態では、外壁面３０ｃから離れて内部流通路４１、４２（図６では図示せず）に近づくほど充填層４０の空隙率を高くすることができる。これにより、反応媒体が内部流通路４１、４２から充填層４０内に浸透するときの移動抵抗を、反応媒体の流量が多い内部流通路４１、４２側ほど低くすることができ、反応媒体の流れの末端となり流量が減少する外壁面３０ｃ側ほど高くすることができる。したがって本実施形態によれば、反応媒体を充填層４０全体に効果的に拡散させることができるため、充填層４０の未反応部分を縮小でき、充填層４０内部での熱的な分布を緩和できる。
【００４８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示している。図７に示すように、本実施形態は、充填層４０における金属粒子４４ｄ、４４ｅ、４４ｆの粒子径が、外壁面３０ｃからの距離によって段階的に異なる点に特徴を有している。充填層４０のうち外壁面３０ｃに隣接する第１層４０ａでは、例えば球状で粒子径の比較的小さい金属粒子４４ｄが充填されている。第１層４０ａよりも外壁面３０ｃから離れた第２層４０ｂでは、金属粒子４４ｄよりも粒子径の大きい金属粒子４４ｅが充填されている。第２層４０ｂよりも外壁面３０ｃからさらに離れた第３層４０ｃでは、金属粒子４４ｅよりも粒子径がさらに大きい金属粒子４４ｆが充填されている。隣接する金属粒子同士の中心間の距離（粒子間距離）は、第１層４０ａでは比較的小さく、第２層４０ｂでは第１層４０ａよりも大きく、第３層４０ｃでは第２層４０ｂよりもさらに大きくなっている。
【００４９】
充填される金属粒子４４ｄ、４４ｅ、４４ｆの粒子径や粒子間距離が大きくなるほど粒子間の空隙を大きくとることができるため、第１層４０ａの空隙率は比較的低くなり、第２層４０ｂの空隙率は第１層４０ａよりも高くなり、第３層４０ｃの空隙率は第２層４０ｂよりもさらに高くなる。すなわち本実施形態では、第３実施形態と同様に、外壁面３０ｃから離れて内部流通路４１、４２に近づくほど空隙率を高くすることができる。したがって本実施形態によれば、第３実施形態と同様に、充填層４０の未反応部分を縮小でき、充填層４０内部での熱的な分布を緩和できる。
【００５０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態における蓄熱装置の扁平チューブ管壁付近の構成を示している。図８に示すように、本実施形態は、充填層４０における蓄熱剤粒子４３ａ、４３ｂ、４３ｃの粒子径が、外壁面３０ｃからの距離によって段階的に異なる点に特徴を有している。充填層４０のうち外壁面３０ｃに隣接する第１層４０ａでは、粒子径の比較的小さい蓄熱剤粒子４３ａが充填されている。第１層４０ａよりも外壁面３０ｃから離れた第２層４０ｂでは、蓄熱剤粒子４３ａよりも粒子径の大きい蓄熱剤粒子４３ｂが充填されている。第２層４０ｂよりも外壁面３０ｃからさらに離れた第３層４０ｃでは、蓄熱剤粒子４３ｂよりも粒子径がさらに大きい蓄熱剤粒子４３ｃが充填されている。
【００５１】
充填される蓄熱剤粒子４３ａ、４３ｂ、４３ｃの粒子径が大きくなるほど粒子間の空隙を大きくとることができるため、第１層４０ａの空隙率は比較的低くなり、第２層４０ｂの空隙率は第１層４０ａよりも高くなり、第３層４０ｃの空隙率は第２層４０ｂよりもさらに高くなる。すなわち本実施形態では、第３実施形態と同様に、外壁面３０ｃから離れて内部流通路４１、４２に近づくほど空隙率を高くすることができる。したがって本実施形態によれば、第３実施形態と同様に、充填層４０の未反応部分を縮小でき、充填層４０内部での熱的な分布を緩和できる。
【００５２】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、末端同士が互いに対向する内部流通路４１、４２を例に挙げたが、内部流通路４１、４２は一方から他方に貫通して形成されていてもよい。この場合、内部流通路４１、４２は、内部流通路４１、４２のそれぞれの奥となる中心部で括れた貫通孔を構成する。
【００５３】
また上記実施形態では、金属粒子４４同士あるいは金属粒子４４と扁平チューブ３０の外壁面３０ｃとが焼結により結合された例を挙げたが、金属粒子４４同士あるいは金属粒子４４と外壁面３０ｃとの間を接着により結合してもよい。
【００５４】
さらに上記実施形態では、扁平チューブ３０及び金属粒子４４の構成材料としてＣｕを例に挙げたが、これらの構成材料としてＳＵＳ、Ｆｅ、Ａｌ等の他の金属を用いることもできる。
【００５５】
また上記実施形態では、蓄熱剤粒子４３の構成材料としてＣａＯを例に挙げたが、ＭｇＯ、ＢａＯ等の他の金属酸化物を構成材料として用いることもできる。
【００５６】
さらに上記実施形態では、蓄熱剤が反応媒体とする気体としてＨ２Ｏを例に挙げたが、ＣＯ２等の他の気体を用いることもできる。
【００５７】
また上記実施形態では、蓄熱剤粒子４３と金属粒子４４とが充填された充填層４０を例に挙げたが、金属粒子４４を混合せず、蓄熱剤粒子４３のみを充填して充填層４０を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１  蓄熱装置
１０  外側ケース
２０  蓄熱コア
２３  コア部
３０、３０ａ、３０ｂ  扁平チューブ（熱交換部）
３０ｃ  外壁面（第１熱交換面）
３０ｄ  内壁面（第２熱交換面）
３１  流体流路
４０  充填層
４１、４２  内部流通路
４３  蓄熱剤粒子
４４  金属粒子
４５  金属繊維
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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