(57)【要約】【課題】目標とする反応率を得るための時間を早くすることができ、ＣＯＰの低下を抑制可能な化学蓄熱装置を提供する。【解決手段】化学蓄熱装置１は、流体状態の反応媒体２０が器内に流入、器外に流出可能に構成され、反応媒体２０と可逆的な熱化学反応を生じさせる反応物２１と、器内外との間で熱を授受可能な熱交換部２２とを備えた反応器２を有する。化学蓄熱装置１は、反応器２内に流入した反応媒体２０と反応物２１との反応により化合物を生成させる発熱反応の反応熱を反応器２外に放出する放熱モードと、反応器２外から供給された熱にて化合物を反応媒体２０と反応物２１とに分解する吸熱反応による反応媒体２０を反応器２外に流出させる蓄熱モードとを動作可能である。化学蓄熱装置１は、放熱モードの発熱反応及び／又は蓄熱モードの吸熱反応の反応速度を制御するよう構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体状態の反応媒体（２０）が器内に流入可能かつ器外に流出可能に構成されており、上記反応媒体（２０）と可逆的な熱化学反応を生じさせる反応物（２１）と、上記器内と上記器外との間で熱を授受可能な熱交換部（２２）とを備えた反応器（２）を有しており、
上記反応器（２）内に流入した上記反応媒体（２０）と上記反応物（２１）との反応により化合物を生成させる発熱反応を生じさせ、該発熱反応に基づく反応熱を上記反応器（２）外に放出する放熱モードと、上記反応器（２）外から供給された熱にて上記化合物を上記反応媒体（２０）と上記反応物（２１）とに分解する吸熱反応を生じさせ、該吸熱反応によって生じた上記反応媒体（２０）を上記反応器（２）外に流出させる蓄熱モードとを動作可能に構成されており、
さらに、上記放熱モードにおける発熱反応および／または上記蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を制御するよう構成されていることを特徴とする化学蓄熱装置（１）。
【請求項２】
上記放熱モードにおいて、少なくとも上記発熱反応の途中から上記発熱反応の反応速度を大きくするよう上記発熱反応の反応速度を制御する、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、少なくとも上記吸熱反応の途中から上記吸熱反応の反応速度を大きくするよう上記吸熱反応の反応速度を制御する構成とされていることを特徴とする請求項１に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項３】
上記放熱モードにおいて、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させることにより、上記発熱反応の反応速度が大きくなるよう上記発熱反応の反応速度を制御する、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、上記反応器（２）外に流出する上記反応媒体（２０）の圧力を減少させることにより、上記吸熱反応の反応速度が大きくなるよう上記吸熱反応の反応速度を制御する構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項４】
上記放熱モードにおいて、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の温度を上昇させることにより、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させるよう構成されている、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、上記反応器（２）外に流出した上記反応媒体（２０）の温度を低下させることにより、上記反応器（２）外に流出する上記反応媒体（２０）の圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項５】
上記流体状態は、気体状態であり、
上記反応器（２）と連通可能に構成されるとともに、気体状態の上記反応媒体（２０）を生成させる蒸発器（４）と、上記反応器（２）と連通可能に構成されるとともに、気体状態の上記反応媒体（２０）を凝縮させる凝縮器（５）とをさらに有しており、
上記放熱モード時には、上記反応媒体（２０）が上記蒸発器（４）から上記反応器（２）内へ流入されるよう構成されているとともに、
上記蓄熱モード時には、上記反応媒体（２０）が上記反応器（２）内から上記凝縮器（５）へ流出するよう構成されており、
上記放熱モードにおいて、上記蒸発器（４）における上記反応媒体（２０）の温度を上昇させることにより、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させるよう構成されている、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、上記凝縮器（５）における上記反応媒体（２０）の温度を低下させることにより、上記反応器（２）外に流出する上記反応媒体（２０）の圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項６】
上記流体状態は、気体状態であり、
上記反応器（２）と連通可能に構成されるとともに、気体状態の上記反応媒体（２０）を生成させる蒸発器（４）と、上記反応器（２）と連通可能に構成されており、気体状態の上記反応媒体（２０）を凝縮させ、かつ凝縮により生じた液体状態の上記反応媒体（２０）を貯留する貯留部（５０）を備えた凝縮器（５）とをさらに有しており、
上記放熱モード時には、液体状態の上記反応媒体（２０）が上記貯留部（５０）から上記蒸発器（４）内へ流入して気体状態とされ、気体状態とされた該反応媒体（２０）が上記蒸発器（４）から上記反応器（２）内へ流入されるよう構成されているとともに、
上記蓄熱モード時には、気体状態の上記反応媒体（２０）が上記反応器（２）内から上記凝縮器（５）へ流出して液体状態とされ、液体状態とされた該反応媒体（２０）が上記貯留部（５０）に貯留されるよう構成されており、
上記放熱モードにおいて、上記蒸発器（４）における上記反応媒体（２０）の温度を上昇させることにより、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させるよう構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項７】
上記蒸発器（４）と上記凝縮器（５）とは互いに連通しており、
上記放熱モード時に、上記蒸発器（４）で生成した気体状態の上記反応媒体（２０）が、上記凝縮器（５）内を通って上記反応器（２）内へ流入されるよう構成されており、かつ、
上記発熱反応の途中から気体状態の上記反応媒体（２０）が上記凝縮器（５）で液体状態とされることにより、上記蒸発器（４）から上記凝縮器（５）へ上記反応媒体（２０）を熱媒体として熱移動が行われるよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項８】
上記蒸発器（４）における上記反応媒体（２０）の温度を、熱機関の排熱を用いて上昇させることにより、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させるよう構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項９】
上記蓄熱モード時に、上記反応器（２）内の上記化合物の温度を、熱機関の排熱を用いて上昇させるよう構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１０】
上記熱機関の排熱は、排気熱であることを特徴とする請求項８または９に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１１】
上記凝縮器（５）が有する熱交換部（５１）および上記反応器（２）の上記熱交換部（２２）の熱媒体として、熱機関の冷却水を用いることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１２】
上記貯留部（５０）と上記蒸発器（４）との間に液体状態の上記反応媒体（２０）を流すための液流路（５０４）を有しており、
該液流路（５０４）に、上記蒸発器（４）内における上記反応媒体（２０）の圧力がしきい値以下の場合に開状態となり、上記しきい値を超えた場合に閉状態となる内圧開閉バルブ（５０５）が配設されていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１３】
上記反応器（２）と上記凝縮器（５）とは、接続流路（６）を介して連通可能に構成されており、
上記接続流路（６）に、上記反応器（２）への反応媒体（２０）の流入、流出を制御するためのバルブ（６０２）が配設されていることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１４】
上記反応器（２）と連通可能に構成されるとともに、上記反応媒体（２０）を流体状態にて貯留可能な貯留器（７）をさらに有しており、
上記放熱モード時には、上記反応媒体（２０）が上記貯留器（７）から上記反応器（２）内へ流入されるよう構成されるとともに、上記蓄熱モード時には、上記反応媒体（２０）が上記反応器（２）内から上記貯留器（７）へ流出するよう構成されており、
上記放熱モードにおいて、上記貯留器（７）における上記反応媒体（２０）の温度を上昇させることにより、上記反応器（２）内に流入する上記反応媒体（２０）の圧力を増大させるよう構成されている、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、上記貯留器（７）における上記反応媒体（２０）の温度を低下させることにより、上記反応器（２）外に流出する反応媒体（２０）の圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の化学蓄熱装置（１）。
【請求項１５】
上記放熱モードにおいて、上記反応物（２１）の温度を上昇させることにより、上記発熱反応の反応速度が大きくなるよう上記発熱反応の反応速度を制御する、および／または、
上記蓄熱モードにおいて、上記反応物（２１）の温度を低下させることにより、上記吸熱反応の反応速度が大きくなるよう上記吸熱反応の反応速度を制御する構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の化学蓄熱装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学蓄熱装置としては、一般に、水蒸気と可逆的な熱化学反応を生じるＣａＯ等の反応物を充填した反応器と、反応器に供給する水蒸気を生成させる蒸発器と、上記反応器にて脱水された水蒸気を凝縮する凝縮器とを有する化学蓄熱装置が知られている。上記化学蓄熱装置は、水蒸気と反応物との水和反応による発熱と、水和反応により生成した化合物の脱水反応による吸熱とを利用し、放熱や蓄熱を行うことができる。
【０００３】
他にも例えば、特許文献１には、気体状態の反応媒体を生成させる蒸発器としての機能と上記反応媒体を凝縮させる凝縮器としての機能とを兼ね備えた第１反応容器と、上記反応媒体と可逆的な熱化学反応を生じる反応物を充填した第２反応容器と、第１反応容器と第２反応容器との間を連結する連結パイプとを有する化学蓄熱装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７０８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の化学蓄熱装置は、以下の点で改善の余地がある。すなわち、従来の化学蓄熱装置は、反応媒体と反応物との反応により化合物を生成させる発熱反応、および化合物を反応媒体と反応物とに分解する吸熱反応ともに、反応が進むにつれて反応速度が低下する。特に、反応終期になるほど反応速度の低下が顕著である。そのため、従来の化学蓄熱装置は、反応物を全量反応させるために時間がかかる傾向がある。
【０００６】
目標とする反応率を得るための時間を早くするため、一般的には、反応器内に反応物を余分に充填し、反応速度を高めるという設計、つまり、反応器の安全率を大きくする設計が採用されることが多い。
【０００７】
しかし、この種の設計による化学蓄熱装置は、反応器内に余分に充填した反応物の分だけ、顕熱等が増加し、投入されるエネルギーが無駄になりやすい。場合によっては、エネルギーが顕熱等に消費されて化学蓄熱ができない場合も生じ得る。そのため、上記化学蓄熱装置は、成績係数（Coefficient Of Performance、以下、「ＣＯＰ」という）が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができ、ＣＯＰの低下を抑制可能な化学蓄熱装置を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、流体状態の反応媒体が器内に流入可能かつ器外に流出可能に構成されており、上記反応媒体と可逆的な熱化学反応を生じさせる反応物と、上記器内と上記器外との間で熱を授受可能な熱交換部とを備えた反応器を有しており、
上記反応器内に流入した上記反応媒体と上記反応物との反応により化合物を生成させる発熱反応を生じさせ、該発熱反応に基づく反応熱を上記反応器外に放出する放熱モードと、上記反応器外から供給された熱にて上記化合物を上記反応媒体と上記反応物とに分解する吸熱反応を生じさせ、該吸熱反応によって生じた上記反応媒体を上記反応器外に流出させる蓄熱モードとを動作可能に構成されており、
さらに、上記放熱モードにおける発熱反応および／または上記蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を制御するよう構成されていることを特徴とする化学蓄熱装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
従来の化学蓄熱装置は、放熱モードにおける発熱反応および／または蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を何ら制御しておらず、反応を成り行き任せにしており、反応が進むにつれて（反応率が大きくなるにつれて）反応速度が低下する。そのため、従来の化学蓄熱装置は、目標とする反応率を得るための時間を早くするために、反応器内に反応物を余分に充填する安全率の大きな設計を必要とし、その結果、ＣＯＰが低下しやすい。
【００１１】
これに対し、上記化学蓄熱装置は、上述の構成を有しており、特に、上記放熱モードにおける発熱反応および／または上記蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を制御するよう構成されている。そのため、上記化学蓄熱装置は、各反応の反応速度の低下が大きくなる各反応の途中から反応速度が低下しないように反応速度を大きくするよう反応速度を制御するよう構成することが可能となる。それ故、上記化学蓄熱装置は、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、上述した投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００１２】
よって、本発明によれば、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができ、ＣＯＰの低下を抑制可能な化学蓄熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の化学蓄熱装置の基本的な構成を説明するための説明図である。
【図２】実施例１の化学蓄熱装置の説明図である。
【図３】実施例１の化学蓄熱装置において、反応媒体の圧力を積極的に増減させて反応速度を制御する理由を説明するための説明図である。
【図４】実施例１の化学蓄熱装置の作用効果を説明するための説明図である。
【図５】実施例２の化学蓄熱装置の説明図である。
【図６】実施例３の化学蓄熱装置の説明図である。
【図７】実施例４の化学蓄熱装置の説明図である。
【図８】実施例５の化学蓄熱装置の説明図である。
【図９】実施例６の化学蓄熱装置の説明図である。
【図１０】実施例７の化学蓄熱装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記化学蓄熱装置は、放熱モードにおいて、少なくとも発熱反応の途中から発熱反応の反応速度を大きくするよう発熱反応の反応速度を制御する、および／または、蓄熱モードにおいて、少なくとも吸熱反応の途中から吸熱反応の反応速度を大きくするよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とすることができる。
【００１５】
放熱モードにおける発熱反応、蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度は、下記式１に示す通りである。下記式１からわかるように、各反応における反応初期は、反応率Ｘが相対的に小さいため、（１−Ｘ）ｍの値は相対的に大きい。そのため、各反応における反応初期の時点で、反応速度の制御はそれほど必要ない。しかし、各反応における反応途中から反応終期にかけて、反応率Ｘが相対的に大きくなるため、（１−Ｘ）ｍの値が相対的に小さくなる。つまり、各反応ともに、反応の開始時点から経過時間が長くなるほど、各反応速度が低下する。そのため、上記のように各反応の反応速度を積極的に制御するよう構成した場合は、上記化学蓄熱装置の作用効果をより確実なものとすることができる。
反応速度  ∂Ｘ／∂ｔ＝κ（Ｔ）・（１−Ｘ）ｍ・（Ｐｅｑ−Ｐ）ｎ・・・（式１）
（Ｘ：反応率、ｔ：時間、Ｔ：温度、κ：Ｔの関数、Ｐｅｑ：系内の平衡圧力、Ｐ：系内の圧力）
【００１６】
上記化学蓄熱装置は、より具体的には、放熱モードにおいて、発熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する、および／または、蓄熱モードにおいて、吸熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とすることができる。この場合は、目標とする反応率を得るための時間をより早くするのに有利である。
【００１７】
上記化学蓄熱装置は、放熱モードにおいて、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する、および／または、蓄熱モードにおいて、反応器外に流出する反応媒体の圧力を減少させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とすることができる。
【００１８】
上記式１からわかるように、放熱モードにおいて、反応器内に流入する反応媒体の圧力を積極的に増大させる場合には、（Ｐｅｑ−Ｐ）ｎの値を相対的に大きくすることができ、発熱反応の反応速度を大きく維持しやすい。同様に、蓄熱モードにおいて、反応器外に流出する反応媒体の圧力を積極的に減少させる場合には、（Ｐｅｑ−Ｐ）ｎの値を相対的に大きくすることができ、吸熱反応の反応速度を大きく維持しやすい。したがって、この場合は、上記作用効果を奏する化学蓄熱装置を得やすくなる利点がある。
【００１９】
上記化学蓄熱装置は、放熱モードにおいて、反応器内に流入する反応媒体の温度を上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させるよう構成する、および／または、蓄熱モードにおいて、反応器外に流出した反応媒体の温度を低下させることにより、反応器外に流出する反応媒体の圧力を減少させるよう構成することができる。
【００２０】
反応媒体の温度調整は、比較的高い精度で行うことができる。そのため、この場合は、反応媒体の圧力の増減を比較的高い精度で行うことができる。なお、反応媒体の圧力の増大は、ポンプ等の加圧・減圧手段による加圧によって行うことも可能である。また、反応媒体の圧力の減少は、ポンプ等の加圧・減圧手段による減圧によって行うことも可能である。
【００２１】
上記化学蓄熱装置は、上記流体状態が気体状態であり、反応器と連通可能に構成されるとともに、気体状態の反応媒体を生成させる蒸発器と、反応器と連通可能に構成されるとともに、気体状態の反応媒体を凝縮させる凝縮器とをさらに有しており、放熱モード時には、反応媒体が蒸発器から反応器内へ流入されるよう構成されているとともに、蓄熱モード時には、反応媒体が反応器内から凝縮器へ流出するよう構成されており、放熱モードにおいて、蒸発器における反応媒体の温度を上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させるよう構成する、および／または、蓄熱モードにおいて、凝縮器における反応媒体の温度を低下させることにより、反応器外に流出する反応媒体の圧力を減少させるよう構成することができる。
【００２２】
この場合は、蒸発器と凝縮器とが別体であるので、車両等、化学蓄熱装置を設置する場所において、化学蓄熱装置のレイアウトの自由度を向上させることができる。また、この場合は、蒸発器と凝縮器とが別体であるので、蒸発器と凝縮器とが一体である場合に比べ、冷たいものを熱くしたり（凝縮機能から蒸発機能への切り替え）、熱いものを冷たくしたりする（蒸発機能から凝縮機能への切り替え）ことがなく、その分、エネルギーの無駄が少なくなる。
【００２３】
上記化学蓄熱装置は、上記流体状態が気体状態であり、反応器と連通可能に構成されるとともに、気体状態の反応媒体を生成させる蒸発器と、反応器と連通可能に構成されており、気体状態の反応媒体を凝縮させ、かつ凝縮により生じた液体状態の反応媒体を貯留する貯留部を備えた凝縮器とをさらに有しており、放熱モード時には、液体状態の反応媒体が貯留部から蒸発器内へ流入して気体状態とされ、気体状態とされた反応媒体が蒸発器から反応器内へ流入されるよう構成されているとともに、蓄熱モード時には、気体状態の反応媒体が反応器内から凝縮器へ流出して液体状態とされ、液体状態とされた反応媒体が貯留部に貯留されるよう構成されており、放熱モードにおいて、蒸発器における反応媒体の温度を上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させるよう構成することができる。
【００２４】
この場合は、凝縮器内に流入した気体状態の反応媒体を凝縮し、液体状態の反応媒体として貯留部に貯留することができる。そして、放熱モード時には、この貯留部に貯留された液体状態の反応媒体が蒸発器へ連続的に流入して気体状態となり、気体状態とされた反応媒体を蒸発器から反応器内へ流入させることができる。この場合、連続的に生成する気体状態の反応媒体の温度を上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させる。そのため、この場合は、反応媒体の圧力向上によって発熱反応の反応速度を向上させやすくなり、反応速度を大きくするよう制御するのに有利である。
【００２５】
上記化学蓄熱装置は、蒸発器と凝縮器とが互いに連通しており、上記放熱モード時に、蒸発器で生成した気体状態の反応媒体が、凝縮器内を通って反応器内へ流入されるよう構成されており、かつ、発熱反応の途中から気体状態の反応媒体が凝縮器で液体状態とされることにより、蒸発器から凝縮器へ反応媒体を熱媒体として熱移動が行われるよう構成することができる。
【００２６】
この場合は、放熱モードの途中から、蒸発器から凝縮器へ流入する気体状態の反応媒体を凝縮器で液体状態とすることによって熱回収する熱回収モードに連続的に移行させることができ、放熱モードの終了後に熱回収モードを動作可能となる。そのため、この場合は、熱の有効利用に有利である。また、反応器内の化合物の再生が不十分な場合でも、回収した熱を他の熱需要のある部分（例えば、エンジン等の熱機関における暖機など）に蒸発器で得た熱を凝縮器を介して受け渡すことにより有効利用することが可能になる。また他にも、装置構造を比較的簡易にしやすい等の利点もある。
【００２７】
上記化学蓄熱装置は、蒸発器における反応媒体の温度を、熱機関の排熱を用いて上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させるよう構成することができる。
【００２８】
この場合は、熱機関における排熱、つまり、捨てている熱を、蒸発器における反応媒体の温度を上昇させるエネルギーに用いるため、エネルギー利用効率を向上させるのに有利である。
【００２９】
上記化学蓄熱装置は、蓄熱モード時に、反応器内の化合物の温度を、熱機関の排熱を用いて上昇させるよう構成することができる。
【００３０】
この場合は、熱機関の排熱を蓄熱することで、熱機関の熱不足時に熱余剰時の熱エネルギーを充てることが可能となり、エネルギー利用効率を向上させるのに有利である。
【００３１】
上記熱機関の排熱には、排気熱を用いることができる。
【００３２】
この場合は、熱機関における排熱の中でも最も良質（高温）なエネルギーである排気熱を利用するため、熱機関効率の向上が可能になる。
【００３３】
上記化学蓄熱装置は、凝縮器が有する熱交換部および反応器の熱交換部の熱媒体として、熱機関の冷却水を用いる構成とすることができる。
【００３４】
この場合は、熱機関の始動時等、熱機関の熱不足時に冷却水を温めることができ、熱機関の運転効率を向上させるのに有利である。
【００３５】
上記化学蓄熱装置は、貯留部と蒸発器との間に液体状態の反応媒体を流すための液流路を有しており、この液流路に、蒸発器内における反応媒体の圧力がしきい値以下の場合に開状態となり、しきい値を超えた場合に閉状態となる内圧開閉バルブが配設されている構成とすることができる。
【００３６】
上記放熱モード時には、反応器において気体状態の反応媒体が積極的に吸収されるため、蒸発器内の圧力は上昇せず、後述のしきい値以下となる。また、上記放熱モード後に熱回収を行う場合における上記熱回収モード時には、蒸発器で生じた気体状態の反応媒体が凝縮器において凝縮されるため、凝縮器と接続する蒸発器内の反応媒体の温度における蒸気圧以上に反応媒体の圧力が増大することはなく、圧力は後述のしきい値以下となる。そのため、この場合は、上記放熱モード時や上記熱回収モード時に、内圧開閉バルブが開状態となり、液流路を通じて貯留部から蒸発器に液体状態の反応媒体を連続的に供給することが可能となる。一方、上記熱回収モードから上記蓄熱モードに移行する際は、凝縮器の温度上昇により、その凝縮器周辺の液体状態の反応媒体の温度に対応する飽和圧力まで圧力が増大する。そのため、その近辺の温度に対応する蒸気圧で閉状態となるように内圧開閉バルブのしきい値を予め設定しておくことができる。この場合は、上記蓄熱モード時や上記熱回収モードの終了後に、内圧開閉バルブが閉状態となり、液流路を通じた貯留部から蒸発器への液体状態の反応媒体の供給を停止して、貯留部に液体状態の反応媒体を貯留することが可能となる。
【００３７】
上記化学蓄熱装置は、反応器と凝縮器とが、接続流路を介して連通可能に構成されており、上記接続流路に、反応器への反応媒体の流入、流出を制御するためのバルブが配設されている構成とすることができる。
【００３８】
この場合は、上記蓄熱モードにおける吸熱反応の完了後に、反応器と凝縮器との間にあるバルブを閉じることにより、反応器内の反応物と凝縮器内の反応媒体とを隔離した状態で保存することが可能となり、蓄熱維持モードを動作させることが可能となる。なお、上記バルブを開けた場合には、上記放熱モードに移行させることが可能となる。
【００３９】
上記化学蓄熱装置は、反応器と連通可能に構成されるとともに、反応媒体を流体状態にて貯留可能な貯留器をさらに有しており、放熱モード時には、反応媒体が貯留器から反応器内へ流入されるよう構成されるとともに、蓄熱モード時には、反応媒体が反応器内から貯留器へ流出するよう構成されており、放熱モードにおいて、貯留器における反応媒体の温度を上昇させることにより、反応器内に流入する反応媒体の圧力を増大させるよう構成する、および／または、蓄熱モードにおいて、貯留器における反応媒体の温度を低下させることにより、反応器外に流出する反応媒体の圧力を減少させるよう構成することができる。
【００４０】
この場合は、気体状態の反応媒体を生成させる蒸発器としての機能と気体状態の反応媒体を凝縮させる凝縮器としての機能を貯留器に兼ね備えさせることができる。そのため、この場合は、化学蓄熱装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
上記化学蓄熱装置は、放熱モードにおいて、反応物の温度を上昇させることにより発熱反応の反応速度が大きくなるように発熱反応の反応速度を制御する、および／または、蓄熱モードにおいて、反応物の温度を低下させることにより吸熱反応の反応速度が大きくなるように吸熱反応の反応速度を制御する構成とすることができる。
【００４２】
上記式１からわかるように、放熱モードにおいて、反応物の温度を積極的に上昇させる場合には、κ（Ｔ）の値を相対的に大きくすることができ、発熱反応の反応速度を大きく維持しやすい。同様に、蓄熱モードにおいて、反応物の温度を積極的に低下させる場合には、κ（Ｔ）の値を相対的に大きくすることができ、吸熱反応の反応速度を大きく維持しやすい。したがって、この場合は、上記作用効果を奏する化学蓄熱装置を得やすくなる利点がある。
【００４３】
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例の化学蓄熱装置について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
（実施例１）
実施例１の化学蓄熱装置について、図１〜図４を用いて説明する。先ず、実施例１の化学蓄熱装置の基本的な構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、化学蓄熱装置１は、流体状態の反応媒体２０が器内に流入可能かつ器外に流出可能に構成された反応器２を有している。反応器２は、反応媒体２０と可逆的な熱化学反応を生じさせる反応物２１と、器内と器外との間で熱を授受可能な熱交換部２２とを備えている。なお、本例では、上記流体状態は、気体状態である。
【００４５】
化学蓄熱装置１は、放熱モードと蓄熱モードとを動作可能に構成されている。放熱モードは、反応器２内に流入した反応媒体２０と反応物２１との反応により化合物を生成させる発熱反応を生じさせ、発熱反応に基づく反応熱を熱交換部２２を介して反応器２外に放出するモードである。一方、蓄熱モードは、熱交換部２２を介して反応器２外から供給された熱にて化合物を反応媒体２０と反応物２１とに分解する吸熱反応を生じさせ、吸熱反応によって生じた反応媒体２０を反応器２外に流出させるモードである。
【００４６】
化学蓄熱装置１は、放熱モードにおける発熱反応および蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を制御するよう構成されている。以下、本例の化学蓄熱装置１を図２〜図４を用いて詳説する。なお、本例の化学蓄熱装置１は、車両の空調システムに適用される。
【００４７】
図２に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、上記反応器２を有している。本例では、具体的には、反応器２内の反応物２１は、ＣａＯであり、反応媒体２０は、Ｈ２Ｏである。また、反応物２１と反応媒体２０との反応により生じさせる化合物は、Ｃａ（ＯＨ）２である。したがって、本例における発熱反応は、ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２の水和反応である。また、本例における吸熱反応は、Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏの脱水反応である。反応器２の熱交換部２２は、具体的には、放熱モード時に、発熱反応に基づく反応熱を器外の空調ダクト内の熱媒空気に放出するよう構成されており、蓄熱モード時に、器外の内燃機関やバッテリー等から生じる排熱と熱交換し、器内の反応物２１に熱を与えるよう構成されている。
【００４８】
本例の化学蓄熱装置１は、上記反応器２に加え、さらに、反応器２と連通可能に構成されるとともに気体状態の反応媒体２０を生成させる蒸発器４と、反応器２と連通可能に構成されるとともに気体状態の反応媒体２０を凝縮させる凝縮器５とを有している。
【００４９】
反応器２と蒸発器４、反応器２と凝縮器５は、具体的には、接続流路６を介して連通可能とされている。接続流路６は、一端が反応器２と連通する共通流路６０と、一端が共通流路６０の他端と連通し、他端が蒸発器４と連通する蒸発器側流路６１と、一端が共通流路６０の他端と連通し、他端が凝縮器５と連通する凝縮器側流路６２とを有している。蒸発器側流路６１、凝縮器側流路６２の途中には、それぞれ、開閉により流路内を導通状態または非導通状態に切り替えるバルブ６１１、６２１が配設されている。なお、共通流路６０、蒸発器側流路６１、凝縮器側流路６２の合流部にバルブ（不図示）を配設し、このバルブによる切り替えにより、共通流路６０と蒸発器側流路６１との連通状態、共通流路６０と凝縮器側流路６２との連通状態を確保するように構成することもできる。
【００５０】
蒸発器４は、液体状態の反応媒体２０に熱を与え、気体状態の反応媒体２０を生成させるための熱交換部４１を備えている。本例では、液体状態の反応媒体２０は、外部にある供給源（不図示）より供給される。また、熱交換部４１は、具体的には、外部熱源（不図示）より供給される熱媒との熱交換により反応媒体２０に熱を与えるよう構成されている。なお、本例では、具体的には、上記供給源は、水タンクであり、外部熱源は、車両室内から空調ダクト内に戻される熱媒空気と熱交換を行うヒーターコアである。また、蒸発器４は、放熱モード時に、蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させるための加熱手段３１を備えている。なお、本例では、具体的には、加熱手段３１は、ヒーターである。
【００５１】
一方、凝縮器５は、気体状態の反応媒体２０を凝縮させるための熱交換部５１を備えている。本例では、熱交換部５１は、反応媒体２０と外気との間で熱交換を行うよう構成されている。なお、凝縮により生じた液体状態の反応媒体２０は、凝縮器５内に貯留されるとともに、上記供給源の水タンクに流入可能になっている。また、凝縮器５は、蓄熱モード時に、凝縮器５における反応媒体２０の温度を低下させるための冷却手段３２を備えている。なお、本例では、具体的には、冷却手段３２は、ペルチェ素子である。
【００５２】
化学蓄熱装置１は、上記構成により、放熱モード時に、接続流路６を介して、反応媒体２０が蒸発器４から反応器２内へ流入されるよう構成されている。また、蓄熱モード時に、接続流路６を介して、反応媒体２０が反応器２内から凝縮器５へ流出するよう構成されている。
【００５３】
本例において、化学蓄熱装置１は、具体的には、放熱モードにおいて、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。より具体的には、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、加熱手段３１によって蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させることにより、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させるよう構成されている。この際、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、発熱反応の途中から発熱反応の反応速度を大きくするよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００５４】
一方、化学蓄熱装置１は、具体的には、蓄熱モードにおいて、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。より具体的には、化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、冷却手段３２によって凝縮器５における反応媒体２０の温度を低下させることにより、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させるよう構成されている。この際、化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、吸熱反応の途中から吸熱反応の反応速度を大きくするよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００５５】
次に、本例の化学蓄熱装置１の動作の一例について説明する。
【００５６】
放熱モードでは、蒸発器側流路６１のバルブ６１１は開いており、凝縮器側流路６２のバルブ６２１は閉じている。蒸発器４にて気体状態の反応媒体２０を生成させる。生成した気体状態の反応媒体２０は、蒸発器側流路６１、共通流路６０を通って反応器２内に流入する。反応器２内に流入した反応媒体２０は、反応器２内の反応物２１と発熱反応し、化合物が生成する。発熱反応に基づく反応熱は、反応器２の熱交換部２２を介して反応器２外に放出される。一方、蓄熱モードでは、凝縮器側流路６２のバルブ６２１は開いており、蒸発器側流路６１のバルブ６１１は閉じている。反応器２の熱交換部２２を介して反応器２外から化合物に熱を供給する。化合物は、供給された熱によって熱分解する吸熱反応を生じ、反応物２１と気体状態の反応媒体２０とが生成する。生成した気体状態の反応媒体２０は、反応器２から流出し、共通流路６０、凝縮器側流路６２を通って凝縮器５に流入する。凝縮器５内に流入した反応媒体２０は、熱交換部５１により冷却されて凝縮し、凝縮器５に貯留される。
【００５７】
ここで、本例の化学蓄熱装置１は、上記放熱モード時に、加熱手段３１によって蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させ、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる構成とされている。この際、化学蓄熱装置１は、加熱手段３１による加熱状態を制御し、発熱反応の途中から発熱反応の反応速度を大きくするよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。具体的には、発熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど、発熱反応の反応速度が大きくなるように発熱反応の反応速度が制御される。一方、化学蓄熱装置１は、上記蓄熱モード時に、冷却手段３２によって凝縮器５における反応媒体２０の温度を低下させ、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させる構成とされている。この際、化学蓄熱装置１は、冷却手段３２による冷却状態を制御し、吸熱反応の途中から吸熱反応の反応速度を大きくするよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。具体的には、吸熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど吸熱反応の反応速度が大きくなるように吸熱反応の反応速度が制御される。
【００５８】
次に、化学蓄熱装置１において、各反応の反応速度の制御を反応媒体２０の圧力を増減させることにより行う理由について、図３を用いて簡単に説明する。図３において、横軸は１/Ｔ（温度の逆数）、縦軸はｌｎＰ（Ｐは系内の圧力）である。線Ｌ１は、反応物２１と、反応物２１と気体状態の反応媒体２０との反応により生成する化合物との平衡線（本例では、ＣａＯとＣａ（ＯＨ）２との平衡線）であり、線Ｌ２は、反応媒体２０の気液平衡線（本例では、Ｈ２Ｏの気液平衡線）である。矢印Ｓは、反応器２における発熱反応を意味し、矢印Ｓの始点が発熱反応の開始点、矢印Ｓの終点が発熱反応の終了点である。矢印Ｄは、反応器２における吸熱反応を意味し、矢印Ｄの始点が吸熱反応の開始点、矢印Ｄの終点が吸熱反応の終了点である。点ＢＳは、放熱モード時における発熱反応の反応速度の制御開始点の一例であり、点ＢＤは、蓄熱モード時における吸熱反応の反応速度の制御開始点の一例である。
【００５９】
図３に示すように、放熱モードにおいて、例えば、発熱反応の終期に、矢印Ｓ１分だけ反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる。また、蓄熱モードにおいて、例えば、吸熱反応の終期に、矢印Ｄ１分だけ反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させる。そうすると、各反応の終期において、反応率Ｘ（＝実際の反応量／理論反応量[ｍｏｌ／ｍｏｌ]）が大きくなっても反応速度を向上させることが可能である。つまり、反応の成り行き（上述した式１の反応速度の式に示される（１−Ｘ）ｍの項）によるのではなく、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を積極的に増大させる、あるいは、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を積極的に減少させることによって反応速度を向上させることが、ＣＯＰの低下を招かずに、目標とする反応率を得るための時間をより早くするのに有効であるといえる。
【００６０】
次に、本例の化学蓄熱装置１の効果について説明する。
【００６１】
図４において、横軸は、放熱モードにおける発熱反応の開始時点からの経過時間ｔ[ｓｅｃ]、蓄熱モードにおける吸熱反応の開始時点からの経過時間ｔ[ｓｅｃ]である。縦軸は、反応率Ｘ[ｍｏｌ／ｍｏｌ]である。図中、Ｈ１は、放熱モードにおける発熱反応の反応速度を制御しない化学蓄熱装置の放熱モードにおける挙動を模式的に示している。Ｈ２は、本例の化学蓄熱装置１の放熱モードにおける挙動を模式的に示している。Ｈ３は、反応器２内に反応物２１を余分に充填した化学蓄熱装置の放熱モードにおける挙動を模式的に示している。また、図中、Ｃ１は、蓄熱モードにおける吸熱反応の反応速度を制御しない化学蓄熱装置の蓄熱モードにおける挙動を模式的に示している。Ｃ２は、本例の化学蓄熱装置１の蓄熱モードにおける挙動を模式的に示している。Ｃ３は、反応器２内に反応物２１を余分に充填した化学蓄熱装置の蓄熱モードにおける挙動を模式的に示している。
【００６２】
図４に示すように、上記反応速度を制御しない化学蓄熱装置は、各反応の反応制御が行われないので、発熱反応および吸熱反応ともに反応が進むにつれて反応速度が低下し、Ｈ１、Ｃ１の挙動を示す。そのため、目標とする反応率Ｘ１を得るために時間がかかる（ｔ＝ｔ０、ｔ’０）。また、同じく上記反応速度を制御しないが、反応器２内に反応物２１を余分に充填した安全率の大きい化学蓄熱装置は、余分に充填した反応物２１によって、発熱反応および吸熱反応ともに反応速度が大きくなるため、Ｈ３、Ｃ３の挙動を示す。そのため、目標とする反応率Ｘ１を得るための時間を短くすることができる（ｔ＝ｔａ、ｔ’ａ）。しかしながら、この安全率の大きい化学蓄熱装置は、反応器２内に余分に充填した反応物２１の分だけ、顕熱等が増加し、投入されるエネルギーが無駄になり、ＣＯＰが低下する。
【００６３】
これらに対し、本例の化学蓄熱装置１は、上述の構成を有しており、特に、各反応の反応速度を積極的に制御するよう構成されている。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、各反応の反応速度の低下が大きくなる各反応の途中から反応速度が低下しないように反応速度を大きくするよう反応速度を制御することが可能となる（Ｈ２、Ｃ２の挙動）。それ故、本例の化学蓄熱装置１は、目標とする反応率Ｘ１を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００６４】
とりわけ、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードおよび蓄熱モードの両モードにおいて、各反応の反応速度を制御する構成とされているので、上記効果が大きくなる。また、本例の化学蓄熱装置１は、蒸発器４と凝縮器５とが別体であるので、車両の空調システムにおける装置レイアウトの自由度を向上させることができる。また、本例の化学蓄熱装置１は、加熱手段３１および冷却手段３２によって反応媒体２０の温度を上昇および低下させ、反応器２に流入する気体状態の反応媒体２０および反応器２から流出する気体状態の反応媒体２０の圧力を増減させ、これによって各反応の反応速度を大きくするよう制御する構成とされている。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、比較的高い精度で反応速度の制御を行うことができる。
【００６５】
（実施例２）
実施例２の化学蓄熱装置について、図５を用いて説明する。図５に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、加圧・減圧手段３３により、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させるよう構成されているとともに、蓄熱モードにおいて、加圧・減圧手段３３により、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させるよう構成されている。加圧・減圧手段３３は、具体的には、ポンプであり、接続流路６における共通流路６０の途中に配設してある。なお、本例では、蒸発器４に加熱手段３１、凝縮器５に冷却手段３２を設けていない。その他の構成は、実施例１と同様の構成であるので説明は省略する。
【００６６】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例１と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００６７】
また、本例の化学蓄熱装置１は、ポンプという比較的簡易な加圧・減圧手段３３を用いて上記制御を行うことができるので、比較的簡単な制御にて上記効果が得られる利点がある。
【００６８】
（実施例３）
実施例３の化学蓄熱装置１について、図６を用いて説明する。図６に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、反応物２１の温度を上昇させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御するよう構成されているとともに、蓄熱モードにおいて、反応物２１の温度を低下させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００６９】
本例では、実施例１のように蒸発器４に加熱手段３１、凝縮器５に冷却手段３２を設けておらず、これら加熱手段３１および冷却手段３２を、反応器２内に設けてある。つまり、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、反応器２内に設けた加熱手段３１によって反応物２１の温度を上昇させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。また、本例の化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、反応器２内に設けた冷却手段３２によって反応物２１の温度を低下させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。その他の構成は、実施例１と同様の構成であるので説明は省略する。
【００７０】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例１と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００７１】
（実施例４）
実施例４の化学蓄熱装置１について、図７を用いて説明する。図７に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、実施例１と同じ構成の反応器２と、この反応器２と連通可能に構成されるとともに、反応媒体２０を流体状態にて貯留可能な貯留器７を有している。
【００７２】
反応器２と貯留器７は、具体的には、接続流路６を介して連通可能とされている。接続流路６は、一端が反応器２と連通するとともに他端が貯留器７と連通している。接続流路６の途中には、開閉により流路内を導通状態または非導通状態に切り替えるバルブ６０１が配設されている。
【００７３】
貯留器７は、貯留する液体状態の反応媒体２０から気体状態の反応媒体２０を生成させる機能と、気体状態の反応媒体２０を凝縮し、液体状態の反応媒体２０として貯留する機能とを兼ね備えている。つまり、貯留器７は、蒸発器４と凝縮器５とが一体化されたものである。貯留器７は、貯留する液体状態の反応媒体２０に熱を与え、気体状態の反応媒体２０を生成させるための熱交換部７１を備えている。熱交換部７１は、具体的には、外部熱源（不図示）より供給される熱媒との熱交換により反応媒体２０に熱を与えるよう構成されている。なお、本例では、具体的には、外部熱源は、車両室内から空調ダクト内に戻される熱媒空気と熱交換を行うヒーターコアである。また、貯留器７は、放熱モード時に、貯留器７における反応媒体２０の温度を上昇させるための加熱手段３１を備えている。なお、本例では、具体的には、加熱手段３１は、ヒーターである。また、貯留器７は、気体状態の反応媒体２０を凝縮させるための熱交換部７２を備えている。本例では、熱交換部７２は、反応媒体２０と外気との間で熱交換を行うよう構成されている。また、貯留器７は、蓄熱モード時に、貯留器７における反応媒体２０の温度を低下させるための冷却手段３２を備えている。なお、本例では、具体的には、冷却手段３２は、ペルチェ素子である。
【００７４】
化学蓄熱装置１は、上記構成により、放熱モード時に、接続流路６を介して、反応媒体２０が貯留器７から反応器２内へ流入されるよう構成されている。また、蓄熱モード時に、接続流路６を介して、反応媒体２０が反応器２内から貯留器７へ流出するよう構成されている。
【００７５】
本例において、化学蓄熱装置１は、具体的には、放熱モードにおいて、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。より具体的には、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、加熱手段３１によって貯留器７における反応媒体２０の温度を上昇させることにより、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させるよう構成されている。この際、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、発熱反応の途中から発熱反応の反応速度を大きくするよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００７６】
一方、化学蓄熱装置１は、具体的には、蓄熱モードにおいて、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。より具体的には、化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、冷却手段３２によって貯留器７における反応媒体２０の温度を低下させることにより、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させるよう構成されている。この際、化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、吸熱反応の途中から吸熱反応の反応速度を大きくするよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００７７】
次に、本例の化学蓄熱装置の動作の一例について説明する。
【００７８】
放熱モードでは、接続流路６のバルブ６０１は開いている。貯留器７にて気体状態の反応媒体２０を生成させる。生成した気体状態の反応媒体２０は、接続流路６を通って反応器２内に流入する。反応器２内に流入した反応媒体２０は、反応器２内の反応物２１と発熱反応し、化合物が生成する。発熱反応に基づく反応熱は、反応器２の熱交換部２２を介して反応器２外に放出される。一方、蓄熱モードでは、接続流路６のバルブ６０１は開いている。反応器２の熱交換部２２を介して反応器２外から化合物に熱を供給する。化合物は、供給された熱によって熱分解する吸熱反応を生じ、反応物２１と気体状態の反応媒体２０とが生成する。生成した気体状態の反応媒体２０は、反応器２から流出し、接続流路６を通って貯留器７に流入する。貯留器７内に流入した反応媒体２０は、熱交換部７２により冷却されて凝縮し、貯留器７に貯留される。
【００７９】
ここで、本例の化学蓄熱装置１は、上記放熱モード時に、加熱手段３１によって貯留器７における反応媒体２０の温度を上昇させ、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる構成とされている。この際、化学蓄熱装置１は、加熱手段３１による加熱状態を制御し、発熱反応の途中から発熱反応の反応速度を大きくするよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。具体的には、発熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど、発熱反応の反応速度が大きくなるように発熱反応の反応速度が制御される。一方、化学蓄熱装置１は、上記蓄熱モード時に、冷却手段３２によって貯留器７における反応媒体２０の温度を低下させ、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させる構成とされている。この際、化学蓄熱装置１は、冷却手段３２による冷却状態を制御し、吸熱反応の途中から吸熱反応の反応速度を大きくするよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。具体的には、吸熱反応の開始時点からの経過時間が長くなるほど吸熱反応の反応速度が大きくなるように吸熱反応の反応速度が制御される。
【００８０】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例１と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００８１】
とりわけ、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードおよび蓄熱モードの両モードにおいて、各反応の反応速度を制御する構成とされているので、上記効果が大きくなる。また、本例の化学蓄熱装置１は、蒸発器４としての機能と凝縮器５としての機能を兼ね備えた貯留器７を用いているため、装置の小型化を図ることができる。それ故、車両空調システムの小型化に寄与することができる。その他の効果は、実施例１と同様であるので説明は省略する。
【００８２】
（実施例５）
実施例５の化学蓄熱装置について、図８を用いて説明する。図８に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、加圧・減圧手段３３により、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させるよう構成されているとともに、蓄熱モードにおいて、加圧・減圧手段３３により、反応器２外に流出する反応媒体２０の圧力を減少させるよう構成されている。加圧・減圧手段３３は、具体的にはポンプであり、接続流路６における反応器２の手前側に配設してある。なお、本例では、貯留器７に加熱手段３１、冷却手段３２を設けていない。その他の構成は、実施例４と同様の構成であるので説明は省略する。
【００８３】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例４と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００８４】
また、本例の化学蓄熱装置１は、ポンプという比較的簡易な加圧・減圧手段３３を用いて上記制御を行うことができるので、比較的簡単な制御にて上記効果が得られる利点がある。
【００８５】
（実施例６）
実施例６の化学蓄熱装置１について、図９を用いて説明する。図９に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、反応物２１の温度を上昇させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御するよう構成されているとともに、蓄熱モードにおいて、反応物２１の温度を低下させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。
【００８６】
本例では、実施例４のように貯留器４に加熱手段３１、冷却手段３２を設けておらず、これら加熱手段３１および冷却手段３２を、反応器２内に設けてある。つまり、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、反応器２内に設けた加熱手段３１によって反応物２１の温度を上昇させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。また、本例の化学蓄熱装置１は、蓄熱モードにおいて、反応器２内に設けた冷却手段３２によって反応物２１の温度を低下させることにより、吸熱反応の反応速度が大きくなるよう吸熱反応の反応速度を制御する構成とされている。その他の構成は、実施例４と同様の構成であるので説明は省略する。
【００８７】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例４と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００８８】
（実施例７）
実施例７の化学蓄熱装置について、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、化学蓄熱装置１は、気体状態の反応媒体２０が器内に流入可能かつ器外に流出可能に構成された反応器２を有している。反応器２は、反応媒体２０と可逆的な熱化学反応を生じさせる反応物２１と、器内と器外との間で熱を授受可能な熱交換部２２とを備えている。
【００８９】
化学蓄熱装置１は、放熱モードと蓄熱モードとを動作可能に構成されている。放熱モードは、反応器２内に流入した反応媒体２０と反応物２１との反応により化合物を生成させる発熱反応を生じさせ、発熱反応に基づく反応熱を反応器２外に放出するモードである。一方、蓄熱モードは、反応器２外から供給された熱にて化合物を反応媒体２０と反応物２１とに分解する吸熱反応を生じさせ、吸熱反応によって生じた反応媒体２０を反応器２外に流出させるモードである。化学蓄熱装置１は、さらに、放熱モードにおける発熱反応の反応速度を制御するよう構成されている。以下、本例の化学蓄熱装置１を詳説する。なお、本例の化学蓄熱装置１は、熱機関８０から排出される排気ガスＥの排気流路８１に設置されるものである。具体的には、上記設置の際には、後述する蒸発器４と反応器２とが排気流路８１内を流れる排気ガスＥと接するように配設される。また、排気流路８１の上流側に蒸発器４、排気流路８１の下流側に反応器２が配設される。熱機関８０は、具体的には、車両の内燃機関である。
【００９０】
図１０に示すように、本例の化学蓄熱装置１は、上記反応器２を有している。本例では、具体的には、反応器２内の反応物２１は、ＣａＯであり、反応媒体２０は、Ｈ２Ｏである。また、反応物２１と反応媒体２０との反応により生じさせる化合物は、Ｃａ（ＯＨ）２である。したがって、本例における発熱反応は、ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２の水和反応である。また、本例における吸熱反応は、Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏの脱水反応である。本例では、反応器２の熱交換部２２は、具体的には、反応器２外へ熱を放出する第１熱交換部２２１と、反応器２内へ熱を取り込む第２熱交換部２２２とから構成されている。第１熱交換部２２１は、より具体的には、放熱モード時に、発熱反応に基づく反応熱を、器外の熱機関８０を冷却するための冷却水Ｗに放出するよう構成されている。なお、第１熱交換部２２１は、放熱モード以外の時にはその熱交換機能が機能しないよう構成されている。また、第２熱交換部２２２は、より具体的には、蓄熱モード時に、熱機関８０から排出される排気ガスＥとの熱交換により、反応により生じた化合物に熱を与えるよう構成されている。なお、第２熱交換部２２２は、蓄熱モード以外の時にはその熱交換機能が機能しないよう構成されている。
【００９１】
本例の化学蓄熱装置１は、上記反応器２に加え、さらに、反応器２と連通可能に構成されるとともに、気体状態の反応媒体２０を生成させる蒸発器４と、反応器２と連通可能に構成されており、気体状態の反応媒体２０を凝縮させ、かつ凝縮により生じた液体状態の反応媒体２０を貯留する貯留部５０を備えた凝縮器５とを有している。
【００９２】
反応器２と凝縮器５は、具体的には、接続流路６を介して連通可能とされている。接続流路６は、一端が反応器２と連通するとともに他端が凝縮器５と連通している。接続流路６の途中には、開閉により流路内を導通状態または非導通状態に切り替えるバルブ６０２が配設されており、反応器２への反応媒体２０の流入、流出を制御することができるようになっている。
【００９３】
蒸発器４と凝縮器５は、互いに連通している。本例では、具体的には、蒸発器４の上部に接するように凝縮器５を配置し、蒸発器４と凝縮器５の間を隔てる隔壁４５に連通孔４５１を形成することにより、蒸発器４と凝縮器５とを連通させている。なお、本例では、隔壁４５は、凝縮器５側に傾斜させて設けてある。そして、凝縮器５側の隔壁４５の面と凝縮器５の内壁面との間の空間を、液体状態の反応媒体２０を貯留させる貯留部５０として用いている。
【００９４】
また、凝縮部５における貯留部５０と蒸発器４との間には、液体状態の反応媒体２０を流すための液流路５０４が設けられている。液流路５０４の途中には、蒸発器４内における反応媒体２０の圧力がしきい値以下の場合に開状態となり、しきい値を超えた場合に閉状態となるよう構成された内圧開閉バルブ５０５が配設されている。
【００９５】
蒸発器４は、貯留部５０より液流路５０４を通じて供給される液体状態の反応媒体２０に熱を与え、気体状態の反応媒体２０を生成させるための熱交換部４１を備えている。本例では、熱交換部４１は、具体的には、熱機関８０から排出される排気ガスＥとの熱交換により反応媒体２０に熱を与えるよう構成されている。
【００９６】
一方、凝縮器５は、気体状態の反応媒体２０を凝縮させるための熱交換部５１を備えている。本例では、熱交換部５１は、凝縮器５に流入した気体状態の反応媒体２０と、器外の熱機関８０を冷却するための冷却水Ｗとの間で熱交換を行うよう構成されている。但し、熱交換部５１は、蓄熱モード時に、その熱交換機能が機能しないよう構成されている。なお、熱交換部５１にて凝縮により生じた液体状態の反応媒体２０は、凝縮器５の貯留部５０に流入するようになっている。
【００９７】
化学蓄熱装置１は、上記構成により、放熱モード時に、液体状態の反応媒体２０が貯留部５０から蒸発器４内へ液流路５０４を介して流入して気体状態とされ、気体状態とされた反応媒体２０が蒸発器４から凝縮器５内を通り、接続回路６を介して反応器２内へ流入されるよう構成されている。本例では、放熱モード時に、さらに、発熱反応の途中から気体状態の反応媒体２０が凝縮器５で液体状態とされることにより、蒸発器４から凝縮器５へ反応媒体２０を熱媒体として熱移動が行われるよう構成されている。また、化学蓄熱装置１は、蓄熱モード時に、気体状態の反応媒体２０が反応器２内から接続回路６を介して凝縮器５へ流出して液体状態とされ、液体状態とされた反応媒体２０が貯留部５０に貯留されるよう構成されている。
【００９８】
本例において、化学蓄熱装置１は、具体的には、放熱モードにおいて、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させることにより、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度を制御する構成とされている。より具体的には、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、熱機関８０の排熱である排気熱を用いて蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させることにより、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させるよう構成されている。
【００９９】
次に、本例の化学蓄熱装置の動作の一例について説明する。
【０１００】
放熱モードから順に説明する。熱機関８０を始動させ、接続流路６のバルブ６０２を開ける。蒸発器４内の圧力が低下し、予め設定したしきい値以下となって内圧開閉バルブ５０５が開状態となる。化学蓄熱装置１の前回動作時に凝縮器５の貯留部５０に貯留された液体状態の反応媒体２０は、重力を利用して液流路５０４を通って蒸発器４内に流入する。一方、排気流路８１内には、熱機関８０から排出された排気ガスＥが流れ、蒸発器４の熱交換部４１を介して蒸発器４内に流入した液体状態の反応媒体２０に熱が供給される。そして、蒸発器４内に気体状態の反応媒体２０が生成する。生成した気体状態の反応媒体２０は、凝縮器５、接続流路６を通って反応器２内に流入する。反応器２内に流入した反応媒体２０は、反応器２内の反応物２１と発熱反応し、化合物が生成する。発熱反応に基づく反応熱は、反応器２の第１熱交換部２２１を介して器外の熱機関８０を冷却するための冷却水Ｗに放出される。本例の化学蓄熱装置１は、上記放熱モード時に、熱機関８０の排熱である排気熱を用いて蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させ、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる構成とされている。これにより、化学蓄熱装置１は、放熱モードにおいて、発熱反応の反応速度が大きくなるよう発熱反応の反応速度が制御される。
【０１０１】
上記放熱モードにおける発熱反応が進み、発熱反応が終了に近づく、あるいは、終了すると、反応器２内の反応物２１が気体状態の反応媒体２０との化学反応により化合物となっているので、液体状態の反応媒体が反応器２にて使用されなくなる。ここで、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モード時に、さらに、発熱反応の途中から気体状態の反応媒体２０が凝縮器５で液体状態とされることにより、蒸発器４から凝縮器５へ反応媒体２０を熱媒体として熱移動が行われるよう構成されている。そのため、化学蓄熱装置１は、放熱モードの途中から、蒸発器４から凝縮器５へ流入する気体状態の反応媒体２０を凝縮器５で液体状態とすることによって熱回収する熱回収モードに連続的に移行する。そして、放熱モードの終了後には、熱回収モードを動作させることが可能となる。
【０１０２】
上記熱回収モードでは、凝縮時の熱は、凝縮器５の熱交換部５１を介して器外の熱機関８０を冷却するための冷却水Ｗに放出される。凝縮により生じた液体状態の反応媒体２０は、貯留部５０に貯留される。貯留された液体状態の反応媒体２０は、液流路５０４内を流れ、蒸発器４内に流入する。蒸発器４内に流入した液体状態の反応媒体２０は、熱交換部４１を介して熱機関８０の排気ガスＥと熱交換し、再び、気体状態の反応媒体２０となる。生成した気体状態の反応媒体２０は、蒸発器４から凝縮器５へ流入し、凝縮器５にて液体状態の反応媒体２０に凝縮される。本例の化学蓄熱装置１は、このような熱回収を繰り返し実施することができる。
【０１０３】
本例では、上記熱回収モードは、凝縮器５における熱交換部５１の熱交換機能を停止させることにより終了させることができる。熱回収モードの終了時には、排気ガスＥとの熱交換により、蒸発器４における気体状態の反応媒体２０の温度が上昇し、反応媒体２０の圧力が高まってしきい値を超えるようになる。そのため、内圧開閉バルブ５０５は閉状態となり、貯留部５０には液体状態の反応媒体２０が貯留される。また、上記熱回収モードの終了後は、排気ガスＥとの熱交換によって蒸発器４内の温度を上昇させることにより、蒸発器４内に残った液体状態の反応媒体２０が気体状態となり、蒸発器４内に液体状態の反応媒体２０が残留するのを抑制することができる。
【０１０４】
本例では、上記熱回収モード後に、蓄熱モードを動作させることができる。蓄熱モードでは、排気ガスＥとの熱交換により、反応器２の第２熱交換部２２２を介して反応器２内の化合物に熱が供給される。化合物は、供給された熱によって熱分解する吸熱反応を生じ、反応物２１と気体状態の反応媒体２０とが生成する。生成した気体状態の反応媒体２０は、反応器２から流出し、接続流路６を通って凝縮器５に流入する。凝縮器５内に流入した反応媒体２０は、熱交換部５１により冷却されて凝縮する。凝縮により生じた液体状態の反応媒体２０は、貯留部５０に貯留される。また、凝縮時の熱は、凝縮器５の熱交換部５１を介して器外の熱機関８０を冷却するための冷却水Ｗに放出される。なお、上記蓄熱モードにおいて、反応器２の第１熱交換部２２１は、熱交換機能が機能していない。
【０１０５】
本例では、蓄熱モードにおける吸熱反応の完了後、熱機関８０を停止させ、反応器２と凝縮器５との間にあるバルブ６０２を閉じることができる。これにより、本例の化学蓄熱装置１は、反応器２内の反応物２１と凝縮器５内の反応媒体２０とを隔離した状態で保存することが可能となり、蓄熱維持モードを動作させることができる。なお、化学蓄熱装置１は、再度、熱機関８０を始動させ、接続流路６のバルブ６０２を開くことにより、上記放熱モードを動作させることができる。
【０１０６】
本例の化学蓄熱装置１によっても、実施例１と同様に、目標とする反応率を得るための時間を早くすることができる上、反応器２に余分に反応物２１を充填していないので投入エネルギーの無駄をなくすことができ、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【０１０７】
とりわけ、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モード時に、貯留部５０に貯留された液体状態の反応媒体２０が蒸発器４へ連続的に流入して気体状態となり、気体状態とされた反応媒体２０を蒸発器４から反応器２内へ流入させることができる。この際、連続的に生成する気体状態の反応媒体２０の温度を上昇させることにより、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、反応媒体２０の圧力向上によって発熱反応の反応速度を向上させやすくなり、反応速度を大きくするよう制御するのに有利である。
【０１０８】
また、本例の化学蓄熱装置１は、放熱モードの途中から熱回収モードに連続的に移行させることができ、放熱モードの終了後に熱回収モードを動作させることができる。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、熱の有効利用に有利である。
【０１０９】
また、本例の化学蓄熱装置１は、蒸発器４における反応媒体２０の温度を、熱機関８０の排熱を用いて上昇させることにより、反応器２内に流入する反応媒体２０の圧力を増大させる。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、熱機関８０で捨てている熱を、蒸発器４における反応媒体２０の温度を上昇させるエネルギーに用いるため、エネルギー利用効率を向上させるのに有利である。
【０１１０】
また、本例の化学蓄熱装置１は、蓄熱モード時に、反応器２内の化合物の温度を、熱機関８０の排熱を用いて上昇させる。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、熱機関８０の排熱を蓄熱することで、熱機関８０の熱不足時に熱余剰時の熱エネルギーを充てることが可能となり、エネルギー利用効率を向上させるのに有利である。
【０１１１】
また、本例の化学蓄熱装置１は、凝縮器５が有する熱交換部５１および反応器２の熱交換部２２を構成する第１熱交換部２２１の熱媒体として、熱機関８０の冷却水Ｗを用いる。そのため、本例の化学蓄熱装置１は、熱機関８０の始動時等、熱機関８０の熱不足時に冷却水Ｅを温めることができ、熱機関８０の運転効率を向上させるのに有利である。
【０１１２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【０１１３】
例えば、化学蓄熱装置１は、発熱反応の反応速度または吸熱反応の反応速度のいずれか一方だけの反応速度を制御するよう構成することが可能である。
【０１１４】
また例えば、実施例１の化学蓄熱装置の構成と、実施例２の化学蓄熱装置の構成と、実施例３の化学蓄熱装置の構成とを、任意に組み合わせることによって化学蓄熱装置を構成することができる。同様に、実施例３の化学蓄熱装置の構成と、実施例４の化学蓄熱装置の構成と、実施例５の化学蓄熱装置の構成とを、任意に組み合わせることによって化学蓄熱装置を構成することができる。
【０１１５】
また例えば、各実施例の化学蓄熱装置１は、装置の設置個所の外気温、反応器２が備える熱交換部２２にてエンジンやバッテリ等の冷却水などと熱交換を行わせる場合はその冷却水温、反応器２が備える熱交換部２２にてエンジンオイル等の潤滑油などと熱交換を行わせる場合はその油温等に応じて、各反応の反応速度の増加度合（ブースト度合）を異ならせることができる。化学蓄熱装置１は、これらの温度が低いほど反応速度の増加度合を高めるように制御する構成とすることができる。目標とする反応率を得るための時間を早くすることができ、ＣＯＰの低下を抑制するという効果をより一層確実なものとしやすくなるからである。
【符号の説明】
【０１１６】
１  化学蓄熱装置
２  反応器
２０  反応媒体
２１  反応物
２２  熱交換部
【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】
2014206363.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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