(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可とう性を有する型に、気体と可逆的に反応することが可能な物質を溶媒中に溶解又は分散させた塗布液を塗布する工程と、
該塗布液が塗布された型を襞状に変形させる工程と、
該襞状に変形した型の前記塗布液が塗布された面を容器の内面に接触させる工程と、
該容器の内面に接触した前記襞状に変形した型を焼成することにより前記型を除去する工程を有し、
前記型は、前記塗布液が塗布される側の表面に、円柱状の孔状部又は長手方向に延在している溝状部が形成されていることを特徴とする熱交換型反応器の製造方法。
【請求項２】
前記気体は、水蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換型反応器の製造方法。
【請求項３】
前記型に潮解性物質を溶媒中に溶解させた溶液を塗布する工程をさらに有し、
該型の該溶液が塗布された面に前記塗布液を塗布することを特徴とする請求項２に記載の熱交換型反応器の製造方法。
【請求項４】
前記型の前記塗布液が塗布された面に、熱伝導性材料を散布する、又は、熱伝導性材料を溶媒中に分散させた分散液を塗布する工程をさらに有し、
該熱伝導性材料が散布された、又は、該分散液が塗布された型を前記襞状に変形させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換型反応器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換型反応器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケミカルヒートポンプは、一般に、気体と可逆的に反応して発熱する粒子が容器内に充填されている熱交換型反応器と、粒子と反応する気体を凝縮させる、又は、粒子と反応する気体が凝縮することにより生成した液体を蒸発させる蒸発凝縮器が、開閉弁を介して、配管で接続されている。このとき、熱交換器には、粒子と気体が反応することにより発生する熱を外部に移動させる熱媒体が流れる配管と、粒子と気体が反応することにより生成した物質を加熱して気体を発生させる加熱源が設置されている。一方、蒸発凝縮器には、粒子と反応する気体が凝縮した液体を加熱して蒸発させる加熱源が設置されている。加熱源としては、ヒーター、高温スチームが流れる配管等が用いられている。
【０００３】
ケミカルヒートポンプは、以下のような放熱工程と蓄熱工程を交互に行うことにより、繰り返し動作させることができる。
【０００４】
放熱工程においては、粒子と反応する気体が凝縮することにより生成した液体を加熱源により加熱して蒸発させた後、開閉弁を開くと、熱交換器と凝縮器の間の蒸気圧差により配管を経由して熱交換器に供給された気体と熱交換器に充填されている粒子が反応することにより発生した熱が熱媒体により外部に移動する。
【０００５】
一方、蓄熱工程においては、粒子と気体の反応により生成した生成物を加熱源により加熱して発生した気体が配管を経由して凝縮器に供給されて、凝縮した後、バルブを閉じる。
【０００６】
しかしながら、伝熱効率に優れる熱交換器は、反応器内に気体が供給される際の圧力損失が大きいという問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献１には、熱交換媒体との間での熱の授受に伴って化学的な気固系可逆反応を起こす反応材を備え、前記熱交換媒体が流れる熱交換媒体流路と、前記気固系可逆反応により前記反応材から分離若しくは前記反応材に吸収される反応ガスが流れる反応ガス流路とを備えた熱交換型反応器の製造方法が開示されている。このとき、無機化合物系反応材である前記反応材を溶媒に溶解させた反応材溶液を前記反応ガス流路内に充填する充填工程と、充填状態にある前記反応材溶液から前記溶媒を脱離する溶媒脱離工程とを経て、前記反応ガス流路側の反応器構造体表面に、前記反応材の析出相を形成する。
【０００８】
しかしながら、反応材の析出相内に気体が供給される際の圧力損失が大きいという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、伝熱効率に優れ、気体が供給される際の圧力損失が小さい熱交換型反応器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の熱交換型反応器の製造方法は、可とう性を有する型に、気体と可逆的に反応することが可能な物質を溶媒中に溶解又は分散させた塗布液を塗布する工程と、該塗布液が塗布された型を襞状に変形させる工程と、該襞状に変形した型の前記塗布液が塗布された面を容器の内面に接触させる工程と、該容器の内面に接触した前記襞状に変形した型を焼成することにより前記型を除去する工程を有し、前記型は、前記塗布液が塗布される側の表面に、円柱状の孔状部又は長手方向に延在している溝状部が形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伝熱効率に優れ、気体が供給される際の圧力損失が小さい熱交換型反応器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のケミカルヒートポンプの一例を示す図である。
【図２】図１の熱交換型反応器の本体の一例を示す斜視図である。
【図３】図２の熱交換型反応器の本体の製造方法の一例を示す断面図である。
【図４】図３の型の構造を示す斜視図である。
【図５】図３の熱交換型反応器の本体の構造を示す斜視図である。
【図６】図４の型の構造の変形例を示す斜視図である。
【図７】図５の熱交換型反応器の本体の構造の変形例を示す斜視図である。
【図８】図２の熱交換型反応器の本体の製造方法の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
【００１７】
図１に、本発明のケミカルヒートポンプの一例を示す。ケミカルヒートポンプ１００は、熱交換型反応器１１０と蒸発凝縮器１２０が、開閉弁１３０を介して、配管１４０で接続されている。このとき、熱交換型反応器１１０には、熱交換型反応器の本体１０と、熱交換型反応器の本体１０で水蒸気と酸化カルシウムが反応することにより発生する熱を移動させる熱媒体が流れる配管２０と、熱交換構造体１１で水蒸気と酸化カルシウムが反応することにより生成した水酸化カルシウムを加熱することにより水蒸気を発生させるヒーター３０が設置されている。一方、蒸発凝縮器１２０には、水を加熱して蒸発させるヒーター４０が設置されている。また、蒸発凝縮器１２０では、熱交換構造体１１で水酸化カルシウムを加熱することにより発生した水蒸気が凝縮する。
【００１８】
なお、熱媒体が流れる配管の形状及び熱媒体が流れる配管を設置する位置は、水蒸気と酸化カルシウムが反応することにより発生する熱を外部に移動させることが可能であれば、特に限定されない。
【００１９】
図２に、熱交換型反応器の本体１０の一例を示す。熱交換型反応器の本体１０は、酸化カルシウムを含む熱交換構造体１１が円筒状の容器１２の内面に形成されている。このとき、熱交換構造体１１は、凸状部１１ａが表面に形成されており、凸状部１１ａは、熱交換構造体１１の長手方向に延在している。このため、熱交換型反応器の本体１０内に水蒸気Ｇが供給される際に圧力損失が生じにくく、水蒸気Ｇが熱交換型反応器の本体１０の奥部に供給されやすくなる。その結果、熱交換型反応器１１０と蒸発凝縮器１２０の飽和蒸気圧差が水蒸気Ｇの供給に効果的に使用され、水蒸気Ｇと酸化カルシウムの反応の反応速度を上昇させることができる。また、水蒸気Ｇと酸化カルシウムの反応の収率が上昇し、発熱量が増大する。さらに、熱交換型反応器の本体１０内に水蒸気Ｇが供給される際に圧力損失が生じにくいことから、水蒸気と酸化カルシウムが反応することにより生成した水酸化カルシウムを加熱して水蒸気を発生させるのに必要な温度を結果的に低下させることができる。また、熱交換構造体１１の表面に凸状部１１ａが形成されているため、熱交換構造体１１の表面積が大きくなり、酸化カルシウムと水蒸気Ｇの可逆反応を促進することができる。さらに、容器１２の内面に熱交換構造体１１が形成されているため、熱交換型反応器の本体１０は伝熱効率に優れる。
【００２０】
なお、熱交換構造体１１は、潮解性物質を含む層が表面に形成されていてもよい。これにより、酸化カルシウムと水蒸気の反応速度を上昇させると共に、酸化カルシウムが反応することにより生成した水酸化カルシウムを加熱して水蒸気を発生させる温度を低下させることができる。
【００２１】
潮解性物質としては、特に限定されないが、塩化マグネシウム、塩化コバルト（ＩＩ）、塩化カルシウム、塩化リチウム、硫化ナトリウム等が挙げられる。
【００２２】
また、熱交換構造体１１は、熱伝導性材料をさらに含んでいることが好ましく、容器１２との界面に熱伝導性材料を含む層が形成されていることがさらに好ましい。これにより、熱交換型反応器の本体１０の伝熱効率を向上させることができる。
【００２３】
熱伝導性材料としては、特に限定されないが、炭素繊維、金属糸、グラファイト粒子、金属粒子等が挙げられる。
【００２４】
さらに、熱交換構造体１１の表面に、微細な凹凸が形成されていることが好ましく、熱交換構造体１１の長手方向に延在する微細な溝状部が形成されていることがさらに好ましい。これにより、熱交換構造体１１の表面積をさらに大きくすることができる。
【００２５】
ケミカルヒートポンプ１００は、以下のような放熱工程と蓄熱工程を交互に行うことにより、繰り返し動作させることができる。
【００２６】
放熱工程においては、水蒸気が凝縮することにより生成した水をヒーター３０により加熱して蒸発させた後、開閉弁１３０を開放すると、熱交換型反応器１１０と蒸発凝縮器２０の間の蒸気圧差により配管１４０を経由して熱交換型反応器１１０に供給された水蒸気と、熱交換構造体１１に含まれる酸化カルシウムが反応して発生した熱が熱媒体により外部に移動する。
【００２７】
一方、蓄熱工程においては、酸化カルシウムと水蒸気が反応することにより生成した酸化カルシウムを加熱することにより発生した水蒸気が配管１４０を経由して蒸発凝縮器１２０に供給されて、凝縮した後、開閉弁１３０を閉じる。
【００２８】
なお、熱交換構造体１１に含まれる物質としては、水蒸気と可逆的に反応することが可能であれば、酸化カルシウムに限定されず、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
【００２９】
また、水蒸気の代わりに、アンモニア等を用いてもよい。
【００３０】
アンモニアと可逆的に反応することが可能な物質としては、特に限定されないが、塩化バリウム、塩化カルシウム等が挙げられる。
【００３１】
図３に、熱交換型反応器の本体１０の製造方法の一例を示す。まず、溝状部５１ａが形成されている型５１（図４参照）に、酸化カルシウムを溶媒中に分散させた塗布液５２を、スキージ５３を用いて塗布し、溝状部５１ａ内に塗布液５２を充填する（図３（ａ）参照）。このとき、型５１は、焼却又は溶解により除去することが可能な樹脂等の材料を用いて作製されている。また、必要に応じて、型５１に塗布された塗布液５２に含まれる溶媒を除去してもよい。次に、型５１の塗布液５２が塗布された面を容器１２の内面に接触させる（図３（ｂ）参照）。さらに、加熱及び／又は減圧により塗布液５２に含まれる溶媒を除去した後、型５１を焼却又は溶解により除去する。これにより、容器１２の内面に、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されている熱交換構造体１１が形成されている熱交換型反応器の本体１０（図５参照）が得られる（図３（ｃ）参照）。このとき、型５１を除去しても塗布液５２の形状が保たれる程度に溶媒の含有量を調整した場合は、型５１を除去した後、塗布液５２に含まれる溶媒を除去してもよい。また、焼成により型５１及び塗布液５２に含まれる溶媒を同時に除去してもよい。
【００３２】
なお、塗布液５２を塗布する前の型５１に、潮解性物質を溶媒中に溶解させた溶液を塗布してもよい。このとき、必要に応じて、型５１に塗布された溶液に含まれる溶媒を除去してもよい。
【００３３】
また、型５１の塗布液５２が塗布された面に、熱伝導性材料を散布してもよいし、熱伝導性材料を溶媒中に分散させた分散液を塗布してもよい。このとき、必要に応じて、型５１に塗布された分散液に含まれる溶媒を除去してもよい。
【００３４】
一方、溝状部５１ａの代わりに、円柱状の孔状部５１ａ'が形成されている型５１'（図６参照）を用いると、熱交換型反応器の本体１０'（図７参照）が得られる。熱交換型反応器の本体１０'は、容器１２の内面に、円柱状の凸状部１１ａ'が表面に形成されている熱交換構造体１１'が形成されている。
【００３５】
型５１'としては、特に限定されないが、特開２００７−９８９３０号公報に開示されているハニカム構造体を用いることができる。
【００３６】
図８に、熱交換型反応器の本体１０の製造方法の変形例を示す。まず、表面に微細な溝状部６１ａが形成されているフィルム状の型６１に、酸化カルシウムを溶媒中に分散させた塗布液６２を、スキージ６３を用いて塗布し、溝状部６１ａ内に塗布液６２を充填する（図８（ａ）参照）。このとき、型６１は、焼却又は溶解により除去することが可能な樹脂等の材料を用いて作製されている。また、必要に応じて、型６１に塗布された塗布液６２に含まれる溶媒を除去してもよい。次に、塗布液６２が塗布された型６１を襞状に変形させた後、型６１の塗布液６２が塗布された面を容器１２の内面に接触させる（図８（ｂ）参照）。さらに、加熱及び／又は減圧により塗布液６２に含まれる溶媒を除去した後、型６１を焼却又は溶解により除去する。これにより、容器１２の内面に、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されていると共に、長手方向に延在している微細な溝状部１１ｂが表面に形成されている熱交換構造体１１が形成されている熱交換型反応器の本体１０が得られる（図８（ｃ）参照）。このとき、型６１を除去しても塗布液６２の形状が保たれる程度に溶媒の含有量を調整した場合は、型６１を除去した後、塗布液６２に含まれる溶媒を除去してもよい。また、焼成により型６１及び塗布液６２に含まれる溶媒を同時に除去してもよい。
【００３７】
なお、塗布液６２を塗布する前の型６１に、潮解性物質を溶媒中に溶解させた溶液を塗布してもよい。このとき、必要に応じて、型６１に塗布された溶液に含まれる溶媒を除去してもよい。
【００３８】
また、型６１の塗布液６２が塗布された面に、熱伝導性材料を散布してもよいし、熱伝導性材料を溶媒中に分散させた分散液を塗布してもよい。このとき、必要に応じて、型６１に塗布された分散液に含まれる溶媒を除去してもよい。
【００３９】
さらに、微細な溝状部６１ａの代わりに、微細な円柱状の孔状部等の微細な凹凸が形成されているフィルム状の型を用いてもよいし、微細な溝状部６１ａが形成されていないフィルム状の支持体を用いてもよい。
【実施例】
【００４０】
［参考例１］
特開２００７−９８９３０号公報の光ファイバープレートの製造方法の実施例１に準拠して、ゼラチン製の型５１'（図６参照）を作製した。型５１'は、直径が１．２ｍｍ、深さが３．０ｍｍの円柱状の孔状部５１ａ'が２ｍｍ間隔でヘキサゴナル状に形成されていた。
【００４１】
型５１'に、酸化カルシウム粒子を水中に分散させた塗布液５２を、スキージ５３を用いて塗布し、孔状部５１ａ'内に塗布液５２を充填した後、塗布液５２に含まれる水をある程度除去した。次に、型５１'の塗布液５２が塗布された面を容器１２の内面に接触させた。さらに、乾燥機により塗布液５２に含まれる水を除去した後、型５１'を焼成により除去する。これにより、容器１２の内面に、円柱状の凸状部１１ａ'が表面に形成されている熱交換構造体１１'が形成されている熱交換型反応器の本体１０'（図７参照）を得た。
【００４２】
［参考例２］
表面に微細な溝状部６１ａが形成されていないゼラチン製のフィルム状の型（図８参照）に、酸化カルシウムを水中に分散させた塗布液６２を、スキージ６３を用いて、厚さが４ｍｍとなるように塗布した後、塗布液６２に含まれる水をある程度除去した。次に、型６１の塗布液６２が塗布された面に、酸化カルシウム粒子及びスレンレス鋼粒子を水中に分散させた分散液を、スキージを用いて、厚さが１ｍｍとなるように塗布した後、分散液に含まれる水をある程度除去した。さらに、分散液が塗布された型６１を襞状に変形させた後、型６１の分散液が塗布された面を容器１２の内面に接触させた。このとき、高さが６０ｍｍの山が４０ｍｍ間隔で形成されるように、襞状に変形させた。次に、乾燥機により塗布液６２及び分散液に含まれる水を除去した後、型６１を焼成により除去する。これにより、容器１２の内面に、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されている熱交換構造体１１が形成されている熱交換型反応器の本体１０を得た。
【００４３】
［実施例３］
特開２００７−９８９３０号公報の光ファイバープレートの製造方法の実施例１に準拠して、ゼラチン製のフィルム状の型５１'（図６参照）を作製した。型５１'は、直径が０．８ｍｍ、深さが１．５ｍｍの円柱状の孔状部が２ｍｍ毎にヘキサゴナル状に形成されていた。
【００４４】
型５１'に、塩化リチウムを水中に溶解させた溶液を、スプレー塗布機を用いて、厚さがおよそ１〜２ｍｍとなるように塗布した後、溶液に含まれる水をある程度除去した。次に、酸化カルシウム粒子を水中に分散させた塗布液６２を、スキージ６３を用いて、厚さが１０ｍｍとなるように塗布した後、塗布液６２に含まれる水をある程度除去した。さらに、型６１の塗布液６２が塗布された面に、酸化カルシウム粒子及びステンレス鋼粒子を水中に分散させた塗布液を、スキージを用いて、厚さが５ｍｍとなるように塗布した後、塗布液に含まれる水をある程度除去した。次に、塗布液が塗布された型６１を襞状に変形させた後、型６１の塗布液が塗布された面を容器１２の内面に接触させた。このとき、高さが６０ｍｍの山が４０ｍｍ間隔で形成されるように、襞状に変形させた。次に、乾燥機により塗布液に含まれる水分を除去した後、型６１を焼成により除去する。これにより、容器１２の内面に、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されていると共に、微細な円柱状の凸部が表面に形成されている熱交換構造体１１が形成されている熱交換型反応器の本体１０を得た。
【００４５】
［比較例１］
型５１'の代わりに、孔状部５１ａ'が形成されていないゼラチン製の型を用いた以外は、参考例１と同様にして、熱交換型反応器の本体を得た。
【００４６】
［評価結果］
表１に、参考例１、２、実施例３及び比較例１の熱交換構造体の表面積を示す。
【００４７】
【表１】
0005622147.tif 000002
なお、比較例１の熱交換構造体の表面積を１００とした。
【００４８】
参考例１の熱交換構造体１１'は、比較例１の熱交換構造体と比較して、表面積が４倍であるため、酸化カルシウムと水蒸気の可逆反応を促進することができる。このとき、型５１'の孔状部５１ａ'のパラメータを変更することにより、熱交換構造体の表面積を比較例１の熱交換構造体の表面積の１０倍以上にすることができる。
【００４９】
また、参考例１の熱交換構造体１１'は、円柱状の凸状部１１ａ'が表面に形成されているため、熱交換型反応器の本体１０'内に水蒸気が供給される際に圧力損失が生じにくく、熱交換型反応器の本体１０'の奥部に水蒸気が供給されやすくなる。
【００５０】
さらに、容器１２の内面に熱交換構造体１１'が形成されているため、熱交換型反応器の本体１０'は伝熱効率に優れる。
【００５１】
参考例２の熱交換構造体１１は、比較例１の熱交換構造体と比較して、表面積が３倍であるため、酸化カルシウムと水蒸気の可逆反応を促進することができる。
【００５２】
また、参考例２の熱交換構造体１１は、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されているため、熱交換型反応器の本体１０内に水蒸気が供給される際に圧力損失が生じにくく、熱交換型反応器の本体１０の奥部に水蒸気が供給されやすくなる。
【００５３】
さらに、容器１２の内面に熱交換構造体１１が形成されていることに加え、酸化カルシウム及びスレンレス鋼を含む層が形成されているため、熱交換型反応器の本体１０は伝熱効率に優れる。
【００５４】
実施例３の熱交換構造体１１は、比較例１の熱交換構造体と比較して、表面積が６倍であるため、酸化カルシウムと水蒸気の可逆反応を促進することができる。また、塩化リチウムを含む層が形成されているため、酸化カルシウムと水蒸気の反応速度を上昇させると共に、酸化カルシウムが反応することにより生成した水酸化カルシウムを加熱して水蒸気を発生させる温度を低下させることができる。
【００５５】
また、実施例３の熱交換構造体１１は、長手方向に延在している凸状部１１ａが表面に形成されていると共に、微細な円柱状の凸部が表面に形成されているため、熱交換型反応器の本体１０内に水蒸気が供給される際に圧力損失が生じにくく、熱交換型反応器の本体１０の奥部に水蒸気が供給されやすくなる。
【００５６】
さらに、容器１２の内面に熱交換構造体１１が形成されていることに加え、酸化カルシウム及びスレンレス鋼を含む層が形成されているため、熱交換型反応器の本体１０は伝熱効率に優れる。
【符号の説明】
【００５７】
１０、１０'    熱交換型反応器の本体
１１、１１'    熱交換構造体
１１ａ、１１ａ'    凸状部
１１ｂ    微細な溝状部
１２    容器
２０    配管
３０、４０    ヒーター
５１、５１'、６１    型
５１ａ、６１ａ    溝状部
５１ａ'    孔状部
５２、６２    塗布液
５３、６３    スキージ
１００    ケミカルヒートポンプ
１１０    熱交換型反応器
１２０    蒸発凝縮器
１３０    開閉弁
１４０    配管
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開２００７−２４７９２８号公報
【図１】
0005622147.tif 000003
【図２】
0005622147.tif 000004
【図３】
0005622147.tif 000005
【図４】
0005622147.tif 000006
【図５】
0005622147.tif 000007
【図６】
0005622147.tif 000008
【図７】
0005622147.tif 000009
【図８】
0005622147.tif 000010