(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、
アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する物理吸着材又は化学吸着材を含む蓄熱材が収納された圧力制御用反応器と、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力制御用反応器とを接続し前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力制御用反応器との間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、
を備え、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項２】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、
アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、
アンモニアの吸蔵及び放出が可能な圧力ボンベと、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力ボンベとを接続し前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力ボンベとの間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、
を備え、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項３】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、
アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、
アンモニアの吸蔵及び放出が可能なピストンと、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記ピストンとを接続し前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記ピストンとの間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、
を備え、
前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項４】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときに、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の熱輸送装置。
【請求項５】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の脱離反応が遅くなる予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する請求項４記載の熱輸送装置。
【請求項６】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の脱離反応を開始する時点から予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する請求項５記載の熱輸送装置。
【請求項７】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときに、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する請求項１〜請求項６の何れか１項記載の熱輸送装置。
【請求項８】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の固定化反応が遅くなる予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する請求項７記載の熱輸送装置。
【請求項９】
前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の配位反応を開始する時点から予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する請求項８記載の熱輸送装置。
【請求項１０】
前記アンモニアバッファ容器を、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器、又はアンモニアの吸蔵及び放出が可能な圧力ボンベとした請求項１〜請求項９の何れか１項記載の熱輸送装置。
【請求項１１】
前記圧力制御装置は、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧を行うように制御し、
前記圧力制御用反応器は、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように構成された請求項１記載の熱輸送装置。
【請求項１２】
前記圧力制御装置は、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧を行うように制御し、
前記圧力ボンベは、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように構成された請求項２記載の熱輸送装置。
【請求項１３】
前記圧力制御装置は、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧を行うように制御し、
前記ピストンは、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように構成された請求項３記載の熱輸送装置。
【請求項１４】
前記圧力制御用反応器の温度調整を行う温度調整部を更に含む請求項１又は１１記載の熱輸送装置。
【請求項１５】
前記圧力ボンベの温度調整を行う温度調整部を更に含む請求項２又は１２記載の熱輸送装置。
【請求項１６】
前記ピストンは、前記アンモニア配管の管内容積に対し、１倍以上のピストン容積を有する請求項３又は１３記載の熱輸送装置。
【請求項１７】
前記熱交換型反応器の前記化学吸着材を金属ハロゲン化物とした請求項１〜請求項１６の何れか１項記載の熱輸送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置が知られている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７２９００号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２に記載の熱輸送装置では、一方の反応器に収納されたアンモニア蓄熱材の平衡圧力と他方の反応器の圧力差が小さくなる条件において、アンモニア吸蔵／放出反応速度が低下するという問題点がある。このような場合、反応材とアンモニアガス圧力との差を制御するためには反応器の温度を制御する必要があるが、反応器の温度を制御するためのエネルギーが確保できない場合がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
【０００６】
即ち、本発明は、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの脱離又は固定化の反応速度を加速することができる熱輸送装置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】
【０００７】
本発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する物理吸着材又は化学吸着材を含む蓄熱材が収納された圧力制御用反応器と、前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力制御用反応器とを接続し前記反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力制御用反応器との間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、を備え、前記反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
【０００８】
本発明に係る熱輸送装置では、熱交換型反応器とアンモニアバッファ容器との間で、蒸気圧が高いアンモニア蒸気の輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失が抑制され、その結果、熱輸送性が向上する。
【０００９】
また、本発明の熱輸送装置では、圧力制御装置により、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を制御するため、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの脱離又は固定化の反応速度を加速することができる。
【００１０】
このように、本発明の熱輸送装置によれば、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの脱離又は固定化の反応速度を促進することができる熱輸送装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の熱輸送装置において、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときに、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する。これにより、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの脱離の反応速度を促進することができる。
【００１２】
また、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の脱離反応が遅くなる予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する。また、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の脱離反応を開始する時点から予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を降圧するように制御する。
【００１３】
本発明の熱輸送装置において、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときに、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する。これにより、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの固定化の反応速度を促進することができる。
【００１４】
また、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の固定化反応が遅くなる予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する。また、前記圧力制御装置は、前記熱交換型反応器がアンモニアを配位反応により固定化するときであって、かつ、前記熱交換型反応器の配位反応を開始する時点から予め定められた期間において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧するように制御する。
【００１５】
本発明に係るアンモニアバッファ容器を、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器、又はアンモニアの吸蔵及び放出が可能な圧力ボンベとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る圧力制御装置は、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、前記アンモニアバッファ容器の昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように構成されるようにすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る熱輸送装置は、前記圧力制御用反応器の温度調整を行う温度調整部を更に含むようにすることができる。
【００１８】
他の発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能な圧力ボンベと、前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力ボンベとを接続し前記反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記圧力ボンベとの間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、を備え、前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
また、他の発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学吸着材を含む蓄熱材が収納された熱交換型反応器と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能なアンモニアバッファ容器と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能なピストンと、前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記ピストンとを接続し前記反応器と前記アンモニアバッファ容器と前記ピストンとの間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、前記熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及び前記熱交換型反応器がアンモニアを固定化するときの少なくとも一方において、前記熱交換型反応器のアンモニア圧力を昇圧又は降圧するように制御する圧力制御装置と、を備え、前記熱交換型反応器と前記アンモニアバッファ容器との間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
また、ピストンは、前記アンモニア配管の管内容積に対し、１倍以上のピストン容積を有するようにすることができる。
【００１９】
本発明に係る熱交換型反応器の化学蓄熱材を金属ハロゲン化物とすることができる。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２０】
上記の熱輸送装置において、前記金属ハロゲン化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２１】
上記の熱輸送装置において、前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である圧力制御部において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、圧力制御部の制御性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小さな投入エネルギーで、反応器におけるアンモニアの脱離又は固定化の反応速度を加速することができる熱輸送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る化学蓄熱システムを模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第１の熱交換型反応器及び第２の熱交換型反応器を模式的に示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態の放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る化学蓄熱システムを模式的に示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態の放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。
【図８】反応率の時間変化を示すグラフである。
【図９】アンモニア圧力の時間変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る化学蓄熱システムを模式的に示した図である。
【図１１】本発明の第３実施形態の放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態では、化学蓄熱システムに本発明の熱輸送装置を適用した場合を例に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
本発明の化学蓄熱システムの第１実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態では、第１の熱交換型反応器の物理吸着材として活性炭を、第２の熱交換型反応器の化学蓄熱材として塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）を、圧力制御用反応器の物理吸着材として活性炭を用い、第１の熱交換型反応器、第２の熱交換型反応器、及び圧力制御用反応器の熱媒体流路に供給される熱媒体として、各反応器で相変化しない熱媒を用いた化学蓄熱システムを一例に詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態の化学蓄熱システム１００は、図１に示すように、物理吸着材を有する第１の熱交換型反応器２０と、化学蓄熱材を有する第２の熱交換型反応器３０と、物理吸着材を有する圧力制御用反応器５０と、を備えている。なお、第１の熱交換型反応器２０が、本発明のアンモニアバッファ容器の一例であり、第２の熱交換型反応器３０が、本発明の反応器の一例であり、圧力制御用反応器５０が、本発明の圧力制御部の一例である。
【００２７】
流通配管１２、４５が、熱媒を循環させて供給可能に、第１の熱交換型反応器２０と接続されている。流通配管１４、３７Ｂが、熱媒を循環させて供給可能に、第２の熱交換型反応器３０と接続されている。流通配管１６、１７が、熱媒を循環させて供給可能に、圧力制御用反応器５０と接続されている。具体的には、バルブＶ１を有する流通配管１２とバルブＶ２を有する流通配管４５とが第１の熱交換型反応器２０に連通されており、バルブＶ５を有する流通配管１４とバルブＶ８を有する流通配管３７Ｂとが第２の熱交換型反応器３０に連通されており、バルブＶ７を有する流通配管１６とバルブＶ９を有する流通配管１７とが圧力制御用反応器５０に連通されている。
【００２８】
第１の熱交換型反応器２０は、バルブＶ３、Ｖ４を有するアンモニア配管４２を介して、第２の熱交換型反応器３０と接続されている。アンモニア配管４２は、バルブＶ３、Ｖ４の間で、バルブＶ６を有する流通配管４６の一端と接続されており、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０は、アンモニア配管４２及び流通配管４６を介して圧力制御用反応器５０と連通されている。
【００２９】
図２は、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０の構成を模式的に示した図である。また、図３は、図２における第１の熱交換型反応器２０を模式的に示した図である。
【００３０】
図３に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、筐体２２と、筐体２２に設けられた複数の熱媒体流路２６と、筐体２２に設けられた複数の反応室２４と、各反応室２４内に収納され、蓄熱材を含む積層体２５と、を有して構成されている。
【００３１】
筐体２２内では、反応室２４と熱媒体流路２６とが交互に配置され、かつ、２つの熱媒体流路２６が最も外側となるように配置されている。反応室２４と熱媒体流路２６とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給される熱媒体Ｍ１と反応室２４内の蓄熱材成形体との間で熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室２４、熱媒体流路２６は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、第１の熱交換型反応器２０は、反応室２４の開口方向（アンモニアの流れ方向）と熱媒体流路２６の開口方向（熱媒体の流れ方向）とが側面視で直交する、直交流型の熱交換型反応器として構成されている。
【００３２】
本発明における反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、前記蓄熱材が収納された反応室を２つ以上有し、前記熱媒体流路が少なくとも前記反応室間に配置された構成であることが好ましく、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
【００３３】
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４や熱媒体流路２６の個数には特に限定はなく、第１の熱交換型反応器２０に対し入出力する熱量や、蓄熱材成形体の伝熱面の面積（反応室内壁との接触面積）を考慮して適宜設定できる。
【００３４】
また、筐体２２の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の熱伝導性の高く、アンモニア耐食性のある材質が好適である。
【００３５】
図３に示すように、積層体２５は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する２枚の蓄熱材成形体（蓄熱材成形体２１Ａ及び蓄熱材成形体２１Ｂ；以下、これらをまとめて「蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂ」ともいう）と、蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂに挟持された支持体２３と、から構成されている。図３では、積層体２５の構成を見やすくするために、蓄熱材成形体２１Ａと、支持体２３と、蓄熱材成形体２１Ｂと、を分離して図示している。
【００３６】
但し、積層体の構成としては、このような蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の３層構成を少なくとも有する構成であればよく、３層構成以外にも、例えば、蓄熱材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が蓄熱材成形体であるその他の構成（例えば、蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の５層構成、等）であってもよい。
【００３７】
蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ、吸熱反応によりアンモニアが脱離するときに蓄熱し、発熱反応によってアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む。
【００３８】
なお、本発明において反応器に収納される蓄熱材としては、蓄熱材成形体（例えば、蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂ）に限定されるものではなく粉末の蓄熱材を用いることもできるが、反応器における熱交換の効率をより向上させる観点からは、蓄熱材成形体であることが好ましい。
【００３９】
第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材は、物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材である。一方、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材である。なお、第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材であってもよい。
【００４０】
本発明における蓄熱材の好ましい形態の詳細については後述する。
【００４１】
支持体２３としては、支持体２３の面に沿った方向（例えば、図３中の白抜き矢印の方向）にアンモニアガスを流通させることができる支持体を用いることが好ましい。これにより、２枚の蓄熱材成形体間にアンモニア蒸気の流路を確保することができるので、アンモニア配管４２から供給されたアンモニアガス（ＮＨ３）を、蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂの広い範囲に供給できる。更に、蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂの広い範囲に吸着したアンモニアを支持体２３を介してアンモニア配管４２に向けて放出することができる。
【００４２】
このような支持体２３として、具体的には、波型プレート又は多孔体プレートを用いることが好ましい。
【００４３】
支持体２３として多孔体プレートを用いた場合には、多孔体プレート内をアンモニアが通過する。
【００４４】
支持体２３として波型プレートを用いた場合には、波型プレートとの蓄熱材成形体との間に生じる隙間をアンモニアガスが通過する。
【００４５】
図４は、特に、支持体２３として波型プレートを用いた場合における第１の熱交換型反応器２０及び第１の熱交換型反応器２０内に収納される積層体２５を概念的に示した図である。支持体２３である波型プレート以外の構成は図３と同様である。
【００４６】
支持体２３として波型プレートを用いた場合は、積層体２５における波型プレートと蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂとの間に生じる隙間をアンモニアが通過する（図４中の白抜き矢印の方向）。
【００４７】
また、図２に示すように、第１の熱交換型反応器２０とアンモニア配管４２とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４とアンモニア配管４２とを気密状態で連通するヘッダ部材２８（例えば、マニホールド等）を介して接続されている。これにより、複数の反応室２４とアンモニア配管４２との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。
【００４８】
なお、図２では、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材２８、下記ヘッダ部材２９Ａ、下記ヘッダ部材２９Ｂ、下記ヘッダ部材３８、下記ヘッダ部材３９Ａ、下記ヘッダ部材３９Ｂ、下記流通配管１２、下記流通配管４５、下記流通配管１４、及び下記熱媒体配管３７Ｂを、二点鎖線で表している。
【００４９】
また、図２に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、ヘッダ部材２９Ａ（例えば、マニホールド等）を介して流通配管１２に接続されるとともに、ヘッダ部材２９Ｂ（例えば、マニホールド等）を介して流通配管４５に接続されている。第１の熱交換型反応器２０内の複数の熱媒体流路２６は、該ヘッダ部材２９Ａにより気密状態で流通配管１２に連通されるとともに、該ヘッダ部材２９Ｂにより気密状態で流通配管４５に連通されている。これにより、流通配管１２及び流通配管４５を通じ、第１の熱交換型反応器２０内の熱媒体流路２６に熱媒体Ｍ１を流通させることができるようになっている。
【００５０】
熱媒体Ｍ１としては、エタノール、メタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。本実施の形態では、熱媒体Ｍ１として、排熱源からの排熱により加熱された水を用いる場合を例に説明する。
【００５１】
図２に示すように、アンモニア配管４２にはバルブＶ３、Ｖ４（弁）が設けられており、バルブＶ３、Ｖ４の開閉によりアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧と第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。即ち、バルブＶ３、Ｖ４を閉じた状態を維持することによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後バルブＶ３、Ｖ４を開くことにより一方の熱交換型反応器側から他方の熱交換型反応器側にアンモニアを輸送できる。このようにして、一方の熱交換型反応器側に蓄熱された熱を、他方の熱交換型反応器側で効率よく利用することができる。
【００５２】
図２に示すように、第２の熱交換型反応器３０も第１の熱交換型反応器２０と同様に、筐体３２に、複数の反応室３４と、各反応室３４内に収納された積層体３５と、複数の熱媒体流路３６と、が設けられた熱交換型反応器となっている。積層体３５の構成及び第２の熱交換型反応器３０内の構成については、それぞれ、積層体２５の構成及び第１の熱交換型反応器２０内の構成と同様である。
【００５３】
また、第２の熱交換型反応器３０は、ヘッダ部材３９Ａを介して流通配管１４に接続されるとともに、ヘッダ部材３９Ｂを介して熱媒体配管３７Ｂに接続されている。第２の熱交換型反応器３０内の複数の熱媒体流路３６は、該ヘッダ部材３９Ａにより気密状態で流通配管１４に連通されるとともに、該ヘッダ部材３９Ｂにより気密状態で熱媒体配管３７Ｂに連通されている。これにより、流通配管１４及び熱媒体配管３７Ｂを通じ、第２の熱交換型反応器３０内の熱媒体流路３６に熱媒体Ｍ２を流通させることができるようになっている。
【００５４】
熱媒体Ｍ２としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。本実施の形態では、熱媒体Ｍ２として、排熱源からの排熱により加熱された水を用いる場合を例に説明する。また、熱媒体Ｍ１の流通経路と熱媒体Ｍ２の流通経路とは、互いに独立している。
【００５５】
圧力制御用反応器５０も第１の熱交換型反応器２０と同様に、筐体に、複数の反応室と、各反応室内に収納された積層体と、複数の熱媒体流路と、が設けられた反応器となっている。積層体の構成及び圧力制御用反応器５０内の構成については、それぞれ、積層体２５の構成及び第１の熱交換型反応器２０内の構成と同様であり、圧力制御用反応器５０中の複数の反応室と流通配管４６とが、気密状態で連通するヘッダ部材（例えば、マニホールド等）を介して接続されている。
【００５６】
また、圧力制御用反応器５０は、ヘッダ部材を介して流通配管１６に接続されている。圧力制御用反応器５０内の複数の熱媒体流路は、該ヘッダ部材により気密状態で流通配管１６に連通されている。これにより、流通配管１６を通じ、圧力制御用反応器５０内に熱媒体を流通させることができるようになっている。本実施の形態では、熱媒体として、排熱源からの排熱により加熱された水を用いる場合を例に説明する。
【００５７】
また、圧力制御用反応器５０は、第２の熱交換型反応器３０におけるアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、第１の熱交換型反応器２０によるアンモニアの昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように、第１の熱交換型反応器２０より小型及び低熱容量に構成されている。
【００５８】
また、化学蓄熱システム１００には、装置内にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段（不図示）や、装置内を排気するための排気手段（不図示）、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段（不図示）等が接続されていてもよい。
【００５９】
次に、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０との間で行われる熱輸送の例について説明する。
【００６０】
（放熱モード）
まず、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱を第２の熱交換型反応器３０に輸送し、輸送された熱を第２の熱交換型反応器３０から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第１の熱交換型反応器２０を熱入力側の反応器とし、第２の熱交換型反応器３０を熱出力側の反応器としている。
【００６１】
この一例では、まず初期状態として、アンモニアを第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ３を閉じる。初期状態とする具体的な方法の例は、後述する「再生」の方法と同様である。
【００６２】
そして、バルブＶ３、Ｖ６を開き、アンモニアを圧力制御用反応器５０側に吸蔵させて、圧力制御用反応器５０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ３、Ｖ６を閉じる。
【００６３】
そして、バルブＶ７、Ｖ９を開き、圧力制御用反応器５０に、高温の熱媒体を流通させることにより、熱を供給する。その後、バルブＶ４、Ｖ６を開く。
【００６４】
この状態では、圧力制御用反応器５０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなり、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を昇圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を開始する時点から予め定められた期間において、吸着反応を加速させる。
【００６５】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、バルブＶ１を開き、第１の熱交換型反応器２０に、高温の熱媒体Ｍ１を流通させることにより、熱を供給する。
【００６６】
第２の熱交換型反応器３０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
【００６７】
この状態では、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなっており、アンモニア圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器３０に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第１の熱交換型反応器２０では、吸熱反応によって第１の熱交換型反応器２０中の蓄熱材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第１の熱交換型反応器２０への上記高温の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより（即ち、第１の熱交換型反応器２０への熱の供給を維持することにより）行われる。
【００６８】
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器３０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器３０における反応室３４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【００６９】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア吸着反応の開始時点から予め定められた期間に、圧力制御用反応器５０からのアンモニアを第２の熱交換型反応器３０へ供給し、吸着反応を加速させる。その後、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器３０へのアンモニアの輸送に伴い、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱が、第２の熱交換型反応器３０側に輸送され、第２の熱交換型反応器３０から放熱される。
【００７０】
（蓄熱モード）
上記の放熱が継続されて第１の熱交換型反応器２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂにアンモニアを固定化させることにより、初期状態に再生させる。
【００７１】
再生の具体的な方法の例としては、まず、バルブＶ３を閉じた状態で、バルブＶ４、Ｖ６を開き、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。
【００７２】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０から供給されるアンモニアが、圧力制御用反応器５０の蓄熱材に吸着されることにより、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を降圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を開始する時点から予め定められた期間において、脱離反応を加速させる。
【００７３】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。
【００７４】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０側から第１の熱交換型反応器２０側にアンモニアが輸送される。
【００７５】
第１の熱交換型反応器２０に到達したアンモニアは、第１の熱交換型反応器２０における反応室２４内の蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂに発熱反応により固定化される。
【００７６】
この発熱反応の維持は、例えば、第１の熱交換型反応器２０への外気の供給を維持することにより行われる。
【００７７】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア脱離反応の開始時点から予め定められた期間に、圧力制御用反応器５０がアンモニアを第２の熱交換型反応器３０から吸蔵し、脱離反応を加速させる。その後、第２の熱交換型反応器３０から第１の熱交換型反応器２０へのアンモニアの輸送に伴い、第２の熱交換型反応器３０が蓄熱される。
【００７８】
化学蓄熱システム１００では、上記の放熱モード及び蓄熱モードを繰り返し行うことができる。
【００７９】
以上の実施形態の例で説明したように、本発明の化学蓄熱システム１００は、２つの反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
【００８０】
（蓄熱材）
次に、第１、第２の熱交換型反応器に収納される蓄熱材の好ましい範囲について説明する。
【００８１】
第２の熱交換型反応器に収納される蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材含むことが好ましい。
【００８２】
前記化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、第２の熱交換型反応器における蓄熱密度をより高くすることができるので、熱輸送装置全体としての蓄熱密度をより高くすることができる。また、化学蓄熱材は物理吸着材と比較して種類による蓄熱温度の差が大きいことから、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された第２の熱交換型反応器を用いることで、化学蓄熱材の種類の選定により熱輸送装置の作動温度や作動アンモニア圧等の動作条件の選択の幅を広げることができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を広い範囲から選定できる。
【００８３】
一方、第１の熱交換型反応器では、物理吸着材を含む蓄熱材を用いることで、反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体としての熱輸送の制御性がより向上する。
【００８４】
このように、第１の熱交換型反応器及び第２の熱交換型反応器における蓄熱材の組み合わせの選択により、反応器間での反応熱量の差により、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００８５】
物理吸着材を含む第１の熱交換型反応器と、化学吸着材を含む第２の熱交換型反応器とを組み合わせた構成では、装置全体としては、化学蓄熱材を含む第２の熱交換型反応器によってより高い蓄熱密度が得られるとともに、物理吸着材を含む第１の熱交換型反応器によってアンモニアの固定化及び脱離の制御をより容易とすることができる。
【００８６】
更に、上記の組み合わせた構成では、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、反応器間での反応熱量の差を利用して、物理吸着材を含む第１の熱交換型反応器側に小さい熱量の熱を供給する場合においても、化学蓄熱材を含む第２の熱交換型反応器側でより大きな熱量を放熱することができる。
【００８７】
例えば、アンモニア１ｍｏｌの固定化及び脱離に要する熱量は、化学蓄熱材（例えば、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２、等）では４０ｋＪ／ｍｏｌ〜６０ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、物理吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、等）では、２０ｋＪ／ｍｏｌ〜３０ｋＪ／ｍｏｌである。
【００８８】
−化学蓄熱材−
次に、前記化学蓄熱材の好ましい形態について更に詳細に説明する。
【００８９】
前記化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高くする観点からは、金属ハロゲン化物が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、又はＮｉＣｌ２が特に好ましい。
【００９０】
前記金属ハロゲン化物は、一種単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。
【００９１】
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該化学蓄熱材は蓄熱材中に、一種含まれていてもよいし二種以上含まれていてもよい。
【００９２】
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は前記化学蓄熱材以外のその他の成分を含んでいてもよい。
【００９３】
その他の成分としては、アルミナ、シリカ等のバインダー成分、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
【００９４】
但し、本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合において、蓄熱密度をより向上させる観点からは、蓄熱材中における前記化学蓄熱材の含有量は、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。
【００９５】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
【００９６】
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【００９７】
−物理吸着材−
次に、前記物理吸着材の好ましい形態について更に詳しく説明する。
【００９８】
前記物理吸着材としては、多孔体を用いることができる。
【００９９】
前記多孔体としては、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、１０ｎｍ以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。
【０１００】
前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、０．５ｎｍが好ましい。
【０１０１】
前記多孔体としては、同様の観点より、平均１次粒子径５０μｍ以下の１次粒子が凝集して得られた１次粒子凝集体である多孔体が好ましい。
【０１０２】
前記平均１次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、１μｍが好ましい。
【０１０３】
前記多孔体の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
【０１０４】
前記活性炭としては、ＢＥＴ法による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは１８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
【０１０５】
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記粘土鉱物としてはセピオライト等が挙げられる。
【０１０６】
本発明における蓄熱材が物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を含む場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。
【０１０７】
本発明においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、物理吸着材（好ましくは前記多孔体）の種類を適宜選定することができる。
【０１０８】
物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、前記物理吸着材は活性炭を少なくとも含むことが好ましい。
【０１０９】
本発明における蓄熱材が物理吸着材を含む場合において、前記蓄熱材中における物理吸着材の含有量は、アンモニアの固定化及び脱離の反応性をより高く維持する観点より、８０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましい。
【０１１０】
また、本発明における物理吸着材を含む蓄熱材を成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材に加えてバインダーを含むことが好ましい。前記蓄熱材がバインダーを含むことにより、前記蓄熱材成形体の形状がより効果的に維持されるので、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【０１１１】
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも１種であることが好ましい。
【０１１２】
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、等が挙げられる。
【０１１３】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、該蓄熱材中におけるバインダーの含有量は、前記蓄熱材成形体の形状をより効果的に維持する観点より、５体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましい。
【０１１４】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、必要に応じ、前記物理吸着材及び前記バインダー以外のその他の成分を含んでいてもよい。
【０１１５】
その他の成分としては、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
【０１１６】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、物理吸着材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
【０１１７】
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【０１１８】
（反応室の好ましい形態）
次に、第１、第２の熱交換型反応器における反応室（例えば、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４、及び、前記第２の熱交換型反応器３０における反応室３４）の好ましい形態について、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４を例として説明する。
【０１１９】
前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４は、内壁が前記蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂとの接触部分を有していることが好ましい。より好ましくは、反応室２４の内壁と、前記蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂにおける一方の主面と、が接触している形態（即ち、蓄熱材成形体が、反応室の内壁と、支持体表面と、によって挟持されている形態）である。
【０１２０】
即ち、蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂが、それぞれ、反応室２４の内壁及び支持体２３の表面との接触を保った状態となっていることが好ましい。
【０１２１】
反応室２４の内壁が前記蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂとの接触部分を有する構成によれば、反応室２４の内壁を通じ、第１の熱交換型反応器と蓄熱材成形体との間での熱交換をより効果的に行うことができる。また、一般に、蓄熱材成形体を繰り返し使用すると、アンモニアの固定化及び脱離により蓄熱材成形体が体積膨張収縮を繰り返し、蓄熱材成形体に割れ（クラックを含む）や微粉化が生じる場合があるが、上記構成によれば、この繰り返し使用時における蓄熱材成形体の割れ（クラックを含む）や微粉化をより効果的に抑制できる。
【０１２２】
前記第２の熱交換型反応器３０における反応室３４の好ましい形態についても、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４と同様である。
【０１２３】
制御装置９０は、化学蓄熱システム１００の全制御を担う制御部であり、バルブＶ１〜Ｖ９、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。
【０１２４】
次に、本実施形態の化学蓄熱システムを制御する制御部である制御装置９０による制御ルーチンのうち、第１の熱交換型反応器２０に高温の水を供給して第２の熱交換型反応器３０から放熱した後に蓄熱する放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを中心に図５を参照して説明する。
【０１２５】
本実施形態の化学蓄熱システムの起動スイッチのオンにより制御装置９０の電源がオンされると、システムが起動され、第２の熱交換型反応器３０からの放熱が要求されると、ポンプＰの稼動が開始されると共に、放熱蓄熱サイクル制御ルーチンが実行される。
【０１２６】
本ルーチンが実行されると、まず、ステップ１００において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材から、圧力制御用反応器５０へアンモニアが輸送され、圧力制御用反応器５０の蓄熱材に固定化される。そして、ステップ１０２において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じる。
【０１２７】
そして、ステップ１０４において、流通配管１６に取り付けられたバルブＶ７及び流通配管１７に取り付けられたバルブＶ９を開き、圧力制御用反応器５０の加熱を開始する。ステップ１０６では、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ４及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、圧力制御用反応器５０から、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材へアンモニアが輸送され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に固定化される反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材にアンモニアが固定化される反応が加速される。そして、ステップ１０８において、上記ステップ１０６へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６、流通配管１６に取り付けられたバルブＶ７、及び流通配管１７に取り付けられたバルブＶ９を閉じ、圧力制御用反応器５０の加熱を停止すると共に、加速モードを終了し、放熱モードに切り換えるため、ステップ１１０に移行する。
【０１２８】
そして、ステップ１１０において、流通配管１２、４５に取り付けられたバルブＶ１、Ｖ２を開き、第１の熱交換型反応器２０の加熱を開始する。そして、ステップ１１２において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第１の熱交換型反応器２０から、第２の熱交換型反応器３０へアンモニアを輸送させる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に、アンモニアが固定化され、生じた吸着熱が、熱媒体Ｍ２を介して放熱される。
【０１２９】
次のステップ１１４において、ステップ１１０へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ１に満たない状況にあるか否かが判定され、未だ時間Ｑ１が経過していないと判定されたときは、第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材がアンモニアを脱離できる状態にあるため、ステップ１１０〜１１２を継続する。一方、時間Ｑ１が経過したと判定されたときには、蓄熱モードに切り換えるため、ステップ１１６に移行する。
【０１３０】
ステップ１１６において、流通配管１２、４５に取り付けられたバルブＶ１、Ｖ２を閉じて、第１の熱交換型反応器２０の加熱を停止する。
【０１３１】
そして、ステップ１１８において、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開き、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を閉じる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材から、圧力制御用反応器５０へアンモニアが輸送され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が加速される。そして、ステップ１２０において、上記ステップ１１８へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じ、加速モードを終了する。
【０１３２】
そして、ステップ１２２において、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３７Ｂに取り付けられたバルブＶ８を開き、第２の熱交換型反応器３０の加熱を開始する。そして、ステップ１２４において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第２の熱交換型反応器３０から、第１の熱交換型反応器２０へアンモニアを輸送させる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離し、熱媒体Ｍ２の熱が蓄熱される。
【０１３３】
次のステップ１２６において、ステップ１２２へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ２に満たない状況であるか否かが判定され、未だ時間Ｑ２が経過していないと判定されたときは、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に吸着したアンモニアをさらに脱離させて蓄熱材を再生するため、ステップ１２２、１２４を継続する。一方、時間Ｑ２が経過したと判定されたときには、次のステップ１２８に移行して、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３、Ｖ４を閉じ、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３７Ｂに取り付けられたバルブＶ８を閉じて、本ルーチンを終了する。これにより、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器３０との圧力差が維持される。
【０１３４】
以上説明したように、第１実施形態の化学蓄熱システムによれば、第２の熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及びアンモニアを固定化するときに、圧力制御用反応器によって、第２の熱交換型反応器のアンモニア圧力を制御することにより、小さな投入エネルギーで、第２の熱交換型反応器におけるアンモニアの脱離又は固定化の反応速度を加速することができる。
【０１３５】
また、第２の熱交換型反応器の蓄熱材（塩化金属）のアンモニア吸蔵／放出において、材料のマクロな伝熱／拡散が制御されている場合、平衡圧とアンモニアガス圧力の差が吸蔵／放出速度に対し、支配的となるため、差圧を大きくすることで、アンモニア脱離又は固定化の反応速度を加速することができる。また、第２の熱交換型反応器の蓄熱材（塩化金属）がアンモニア吸蔵／放出を開始する初期に、反応が遅くなる現象があり、その期間に、大きな差圧で、アンモニア脱離又は固定化の反応速度を加速させることができる。
【０１３６】
また、第２の熱交換型反応器の蓄熱材のアンモニア吸蔵／放出の促進に必要なアンモニアガス量は、全吸蔵量、放出量に対して、少なくてもよいため、圧力制御用反応器を第１の熱交換型反応器に対して、小型、低熱容量に設計できるため、その温調に必要な熱エネルギーを抑えることができる。
【０１３７】
また、大きな圧力差を与えるための圧力制御用反応器を第１の熱交換型反応器に対し、小さく設計することで、小さな投入エネルギーで圧力制御が可能である。
【０１３８】
なお、上記の実施の形態では、圧力制御部として、圧力制御用反応器を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、後述する第２の実施の形態と同様に、圧力制御部として、圧力ボンベを用いてもよい。この場合には、第２の実施の形態と同様に、温度調整部によって、圧力ボンベを加熱又は冷却するようにすればよい。
【０１３９】
（第２実施形態）
本発明の化学蓄熱システムの第２実施形態について図６〜９を参照して説明する。本実施形態は、本実施形態では、第１の圧力ボンベと第２の熱交換型反応器との間でアンモニアの輸送を行い、第２の圧力ボンベによる圧力制御で、第２の熱交換型反応器の蓄熱材の反応を加速するシステム構成となっている。
【０１４０】
なお、化学蓄熱システムの第２実施形態において、上記の第１実施形態と同様の構成要素となる部分については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態の化学蓄熱システム２００は、図６に示すように、アンモニアの吸蔵及び放出が可能な第１の圧力ボンベ２２０と、第２の熱交換型反応器３０と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能な第２の圧力ボンベ２５０と、を備えている。なお、第１の圧力ボンベ２２０が、本発明のアンモニアバッファ容器の一例であり、第２の熱交換型反応器３０が、本発明の反応器の一例であり、第２の圧力ボンベ２５０が、本発明の圧力制御部の一例である。
【０１４２】
バルブＶ５を有する流通配管１４とバルブＶ８を有する流通配管３７Ｂとが第２の熱交換型反応器３０に連通されている。
【０１４３】
第１の圧力ボンベ２２０は、バルブＶ３、Ｖ４を有するアンモニア配管４２を介して、第２の熱交換型反応器３０と接続されている。アンモニア配管４２は、バルブＶ３、Ｖ４の間で、バルブＶ６を有する流通配管４６の一端と接続されており、第１の圧力ボンベ２２０及び第２の熱交換型反応器３０は、アンモニア配管４２及び流通配管４６を介して第２の圧力ボンベ２５０と連通されている。
【０１４４】
第１の圧力ボンベ２２０には、温度調整部２２２が取り付けられており、温度調整部２２２は、第１の圧力ボンベ２２０を加熱したり、冷却したりする。温度調整部２２２は、例えば、ヒータとペルチェ素子とで構成されている。
【０１４５】
第２の圧力ボンベ２５０は、第１の圧力ボンベ２２０と同様に、温度調整部２５２が取り付けられており、温度調整部２５２は、第２の圧力ボンベ２５０を加熱したり、冷却したりする。
【０１４６】
また、第２の圧力ボンベ２５０は、第２の熱交換型反応器３０におけるアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、第１の圧力ボンベ２２０によるアンモニアの昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように、第１の圧力ボンベ２２０より小型及び低熱容量に構成されている。
【０１４７】
次に、第１の圧力ボンベ２２０及び第２の熱交換型反応器３０との間で行われる熱輸送の例について説明する。
【０１４８】
（放熱モード）
まず、初期状態として、アンモニアを第１の圧力ボンベ２２０側に集め、第１の圧力ボンベ２２０にアンモニアが吸蔵された状態にし、その後バルブＶ３を閉じる。
【０１４９】
そして、バルブＶ３、Ｖ６を開き、アンモニアを第２の圧力ボンベ２５０側に吸蔵させて、その後バルブＶ３、Ｖ６を閉じる。
【０１５０】
そして、温度調整部２５２により、第２の圧力ボンベ２５０を加熱する。その後、バルブＶ４、Ｖ６を開く。
【０１５１】
この状態では、第２の圧力ボンベ２５０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなり、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を昇圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を開始する時点から予め定められた期間において、吸着反応を加速させる。
【０１５２】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、温度調整部２２２によって、第１の熱交換型反応器２０を加熱する。
【０１５３】
第２の熱交換型反応器３０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
【０１５４】
この状態では、第１の圧力ボンベ２２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなっており、アンモニア圧が高い第１の圧力ボンベ２２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器３０に向けてアンモニアの輸送が行われる。
【０１５５】
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器３０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器３０における反応室３４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【０１５６】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア吸着反応の開始時点から予め定められた期間に、第２の圧力ボンベ２５０からのアンモニアを第２の熱交換型反応器３０へ供給し、吸着反応を加速させる。その後、第１の圧力ボンベ２２０から第２の熱交換型反応器３０へのアンモニアの輸送に伴い、第２の熱交換型反応器３０から放熱される。
【０１５７】
（蓄熱モード）
上記の放熱が継続されて第１の圧力ボンベ２２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の圧力ボンベ２２０側に集め、第１の圧力ボンベ２２０にアンモニアを吸蔵させることにより、初期状態に再生させる。
【０１５８】
再生の具体的な方法の例としては、まず、バルブＶ３を閉じた状態で、バルブＶ４、Ｖ６を開き、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。また、温度調整部２５２により、第２の圧力ボンベ２５０を冷却する。
【０１５９】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０から供給されるアンモニアが、第２の圧力ボンベ２５０に吸蔵されることにより、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を降圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を開始する時点から予め定められた期間において、脱離反応を加速させる。
【０１６０】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。また、温度調整部２２２により、第１の圧力ボンベ２２０を冷却する。
【０１６１】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０側から第１の圧力ボンベ２２０側にアンモニアが輸送される。
【０１６２】
第１の圧力ボンベ２２０に到達したアンモニアは、第１の圧力ボンベ２２０に吸蔵される。
【０１６３】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア脱離反応の開始時点から予め定められた期間に、第２の圧力ボンベ２５０がアンモニアを第２の熱交換型反応器３０から吸蔵し、脱離反応を加速させる。その後、第２の熱交換型反応器３０から第１の圧力ボンベ２２０へのアンモニアの輸送に伴い、第２の熱交換型反応器３０が蓄熱される。
【０１６４】
化学蓄熱システム２００では、上記の放熱モード及び蓄熱モードを繰り返し行うことができる。
【０１６５】
以上の実施形態の例で説明したように、本実施形態の化学蓄熱システム２００は、反応器と第１の圧力ボンベとの間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
【０１６６】
制御装置９０は、化学蓄熱システム２００の全制御を担う制御部であり、バルブＶ３〜Ｖ６、Ｖ８、温度調整部２２２、２５２、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブやポンプ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。
【０１６７】
なお、第２実施形態に係る化学蓄熱システム２００の他の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１６８】
次に、本実施形態の化学蓄熱システム２００を制御する制御部である制御装置９０による制御ルーチンのうち、第１の圧力ボンベ２２０からアンモニアを供給して第２の熱交換型反応器３０から放熱した後に蓄熱する放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを中心に図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１６９】
本実施形態の化学蓄熱システム２００の起動スイッチのオンにより制御装置９０の電源がオンされると、システムが起動され、第２の熱交換型反応器３０からの放熱が要求されると、ポンプＰの稼動が開始されると共に、放熱蓄熱サイクル制御ルーチンが実行される。
【０１７０】
本ルーチンが実行されると、まず、ステップ１００において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、第１の圧力ボンベ２２０から、第２の圧力ボンベ２５０へアンモニアが輸送され、第２の圧力ボンベ２５０にアンモニアが吸蔵される。そして、ステップ１０２において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じる。
【０１７１】
そして、ステップ２１０において、温度調整部２５２により、第２の圧力ボンベ２５０の加熱を開始する。ステップ１０６では、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ４及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、第２の圧力ボンベ２５０から、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材へアンモニアが輸送され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に固定化される反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材にアンモニアが固定化される反応が加速される。そして、ステップ２１２において、上記ステップ１０６へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じると共に、温度調整部２５２による第２の圧力ボンベ２５０の加熱を停止し、加速モードを終了する。そして、放熱モードに切り換えるため、ステップ２１４へ移行する。
【０１７２】
そして、ステップ２１４において、温度調整部２２２により、第１の圧力ボンベ２２０の加熱を開始する。そして、ステップ１１２において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第１の圧力ボンベ２２０から、第２の熱交換型反応器３０へアンモニアを輸送させる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に、アンモニアが固定化され、生じた吸着熱が、熱媒体Ｍ２を介して放熱される。
【０１７３】
次のステップ１１４において、ステップ１１０へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ１に満たない状況にあるか否かが判定され、未だ時間Ｑ１が経過していないと判定されたときは、第１の圧力ボンベ２２０がアンモニアを放出できる状態にあるため、ステップ２１４、１１２を継続する。一方、時間Ｑ１が経過したと判定されたときには、蓄熱モードに切り換えるため、ステップ１１６に移行する。
【０１７４】
ステップ２１６において、温度調整部２２２による第１の圧力ボンベ２２０の加熱を停止する。
【０１７５】
そして、ステップ２１８において、温度調整部２５２による第２の圧力ボンベ２５０の冷却を開始する。そして、ステップ１１８において、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開き、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を閉じる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材から、第２の圧力ボンベ２５０へアンモニアが輸送され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が加速される。そして、ステップ２２０において、上記ステップ１１８へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じると共に、温度調整部２５２による第２の圧力ボンベ２５０の冷却を停止し、加速モードを終了する。
【０１７６】
そして、ステップ２２２において、温度調整部２２２による第１の圧力ボンベ２２０の冷却を開始する。そして、ステップ１２２において、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３８Ｂに取り付けられたバルブＶ８を開き、第２の熱交換型反応器３０の加熱を開始する。そして、ステップ１２４において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第２の熱交換型反応器３０から、第１の圧力ボンベ２２０へアンモニアを輸送させる。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離し、熱媒体Ｍ２の熱が蓄熱される。
【０１７７】
次のステップ１２６において、ステップ２２２へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ２に満たない状況であるか否かが判定され、未だ時間Ｑ２が経過していないと判定されたときは、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に吸着したアンモニアをさらに脱離させて蓄熱材を再生するため、ステップ２２２、１２２、１２４を継続する。一方、時間Ｑ２が経過したと判定されたときには、次のステップ１２８に移行して、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３、Ｖ４を閉じ、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３８Ｂに取り付けられたバルブＶ８を閉じる。そして、ステップ２２４において、温度調整部２２２による第１の圧力ボンベ２５０の冷却を停止し、本ルーチンを終了する。
【０１７８】
（実施例）
上記の第２実施形態の化学蓄熱システム２００で、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応及び脱離反応を加速した実施例について説明する。
【０１７９】
本実施例では、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材を、塩化マグネシウム錯体とし、１３０℃に温調した。その際の平衡圧は７５ｋＰａである。
【０１８０】
反応開始前、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材はＭｇ（ＮＨ３）２Ｃｌ２の状態であり、第１の圧力ボンベ２２０は、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の全てをＭｇ（ＮＨ３）６ＣＩ２にすることができる量のアンモニアを１１０ｋＰａ以上の圧力で供給できるようにした。また、第２の圧方ボンベ２５０は、３１５ｋＰａのアンモニアガスを貯蔵しているが、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の全てをＭｇ（ＮＨ３）６ＣＩ２にすることができる量のアンモニアガスを貯蔵していないものとした。
【０１８１】
また、反応開始前、バルブＶ３、Ｖ６を閉じるようにした。
【０１８２】
運転手順として、第２の熱交換型反応器３０と第２の圧力ボンベ２５０の間のバルブＶ４、Ｖ６を３秒開放し、３１５ｋＰａの圧力を、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材である塩化マグネシウム錯体に加え、吸着反応を加速させる。
【０１８３】
そして、バルブＶ６を閉鎖すると同時にバルブＶ３を開放し、第１の圧力ボンベ２２０から第２の熱交換型反応器３０へ１１０〜１２０ｋＰａのアンモニアガスを供給した。
【０１８４】
このときの反応率と圧力の時間変化を図８に示す。圧力制御部を用いず、１１０〜１２０ｋＰａのアンモニアガスを塩化マグネシウム錯体に吸着させた場合は吸着反応初期の反応速度が遅いが、圧力制御部としての第２の圧力ボンベ２５０による昇圧を行った場合（図９参照）は吸着反応初期の反応を加速することができており、吸着に必要な時間を短縮できることが分かった。
【０１８５】
以上説明したように、第２実施形態の化学蓄熱システムによれば、第２の熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及びアンモニアを固定化するときに、第２の圧力ボンベによって、第２の熱交換型反応器のアンモニア圧力を制御することにより、小さな投入エネルギーで、第２の熱交換型反応器におけるアンモニアの脱離及び固定化の反応速度を加速することができる。
【０１８６】
また、第２の熱交換型反応器の蓄熱材（塩化金属）のアンモニア吸蔵／放出の促進に必要なアンモニアガス量は、全吸蔵量、放出量に対して、少なくてもよいため、第２の圧力ボンベを第１の圧力ボンベに対して、小型、低熱容量に設計できるため、その温調に必要な熱エネルギーを抑えることができる。
【０１８７】
また、大きな圧力差を与えるための第２の圧力ボンベを第１の圧力ボンベに対し、小さく設計することで、小さな投入エネルギーで圧力制御が可能である。
【０１８８】
なお、上記の実施の形態では、圧力制御部として、第２の圧力ボンベを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記の第１の実施の形態と同様に、圧力制御部として、圧力制御用反応器を用いてもよい。この場合には、第１の実施の形態と同様に、高温の水によって、圧力制御用圧力器を加熱するようにすればよい。また、後述する第３の実施の形態と同様に、圧力制御部として、ピストン及び駆動部を用いてもよい。
【０１８９】
（第３実施形態）
本発明の化学蓄熱システムの第３実施形態について図１０〜１１を参照して説明する。本実施形態は、第１の熱交換型反応器と第２の熱交換型反応器との間でアンモニアの輸送を行い、ピストンによる圧力制御で、第２の熱交換型反応器の蓄熱材の反応を加速するシステム構成となっている。
【０１９０】
なお、化学蓄熱システムの第３実施形態において、上記の第１実施形態と同様の構成要素となる部分については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１９１】
本実施形態の化学蓄熱システム３００は、図１０に示すように、第１の熱交換型反応器２０と、第２の熱交換型反応器３０と、アンモニアの吸蔵及び放出が可能なピストン３５０と、を備えている。なお、第１の熱交換型反応器２０が、本発明のアンモニアバッファ容器の一例であり、第２の熱交換型反応器３０が、本発明の反応器の一例であり、ピストン３５０が、本発明の圧力制御部の一例である。
【０１９２】
第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０は、アンモニア配管４２及び流通配管４６を介してピストン３５０と連通されている。
【０１９３】
ピストン３５０には、ピストン３５０を駆動するための駆動部３５２が取り付けられており、駆動部３５２は、ピストン３５０がアンモニアを放出及び吸蔵するように駆動させる。
【０１９４】
また、ピストン３５０は、第２の熱交換型反応器３０におけるアンモニア圧力の制御に必要な投入エネルギーが、第１の熱交換型反応器２０によるアンモニアの昇圧又は降圧に必要な投入エネルギーより小さくなるように、第１の熱交換型反応器２０より小型及び低熱容量に構成されている。
【０１９５】
また、ピストン３５０は、アンモニア配管４２の管内容積に対し、１倍以上のピストン容積を有するように構成されている。
【０１９６】
次に、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０との間で行われる熱輸送の例について説明する。
【０１９７】
（放熱モード）
まず、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱を第２の熱交換型反応器３０に輸送し、輸送された熱を第２の熱交換型反応器３０から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第１の熱交換型反応器２０を熱入力側の反応器とし、第２の熱交換型反応器３０を熱出力側の反応器としている。
【０１９８】
この一例では、まず初期状態として、アンモニアを第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ３を閉じる。
【０１９９】
そして、バルブＶ３、Ｖ６を開き、ピストン３５０を駆動させて、ピストン３５０にアンモニアが吸蔵された状態にし、その後バルブＶ３、Ｖ６を閉じる。
【０２００】
そして、バルブＶ４、Ｖ６を開き、ピストン３５０からアンモニアを放出するように駆動させる。
【０２０１】
この状態では、ピストン３５０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなり、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を昇圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の吸着反応を開始する時点から予め定められた期間において、吸着反応を加速させる。
【０２０２】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、バルブＶ１を開き、第１の熱交換型反応器２０に、高温の熱媒体Ｍ１を流通させることにより、熱を供給する。
【０２０３】
第２の熱交換型反応器３０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
【０２０４】
この状態では、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器３０側のアンモニア圧よりも高くなっており、アンモニア圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器３０に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第１の熱交換型反応器２０では、吸熱反応によって第１の熱交換型反応器２０中の蓄熱材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第１の熱交換型反応器２０への上記高温の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより（即ち、第１の熱交換型反応器２０への熱の供給を維持することにより）行われる。
【０２０５】
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器３０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器３０における反応室３４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【０２０６】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア吸着反応の開始時点から予め定められた期間に、ピストン３５０からのアンモニアを第２の熱交換型反応器３０へ供給し、吸着反応を加速させる。その後、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器３０へのアンモニアの輸送に伴い、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱が、第２の熱交換型反応器３０側に輸送され、第２の熱交換型反応器３０から放熱される。
【０２０７】
（蓄熱モード）
上記の放熱が継続されて第１の熱交換型反応器２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂにアンモニアを固定化させることにより、初期状態に再生させる。
【０２０８】
再生の具体的な方法の例としては、まず、バルブＶ３を閉じた状態で、バルブＶ４、Ｖ６を開き、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。
【０２０９】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０から供給されるアンモニアを、ピストン３５０が吸蔵するように駆動することにより、第２の熱交換型反応器３０のアンモニア圧力を降圧するため、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を加速させる。このように、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応が遅くなる期間、すなわち、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材の脱離反応を開始する時点から予め定められた期間において、脱離反応を加速させる
【０２１０】
そして、バルブＶ６を閉じると共に、バルブＶ３を開く。このときに、第２の熱交換型反応器３０における熱媒体流路３６に高温（例えば、１６０℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる。
【０２１１】
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器３０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器３０側から第１の熱交換型反応器２０側にアンモニアが輸送される。
【０２１２】
第１の熱交換型反応器２０に到達したアンモニアは、第１の熱交換型反応器２０における反応室２４内の蓄熱材成形体２１Ａ及び２１Ｂに発熱反応により固定化される。
【０２１３】
この発熱反応の維持は、例えば、第１の熱交換型反応器２０への外気の供給を維持することにより行われる。
【０２１４】
以上のようにして、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材のアンモニア脱離反応の開始時点から予め定められた期間に、ピストン３５０がアンモニアを第２の熱交換型反応器３０から吸蔵し、脱離反応を加速させる。その後、第２の熱交換型反応器３０から第１の熱交換型反応器２０へのアンモニアの輸送に伴い、第２の熱交換型反応器３０が蓄熱される。
【０２１５】
化学蓄熱システム１００では、上記の放熱モード及び蓄熱モードを繰り返し行うことができる。
【０２１６】
以上の実施形態の例で説明したように、本実施形態の化学蓄熱システム３００は、２つの反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
【０２１７】
制御装置９０は、化学蓄熱システム３００の全制御を担う制御部であり、バルブＶ１〜Ｖ６、Ｖ８、駆動部３５２、及び外部熱源などと電気的に接続されており、バルブやポンプ、熱源、熱交換を制御して熱利用をコントロールできるように構成されている。
【０２１８】
次に、本実施形態の化学蓄熱システム３００を制御する制御部である制御装置９０による制御ルーチンのうち、第１の熱交換型反応器２０に高温の水を供給して第２の熱交換型反応器３０から放熱した後に蓄熱する放熱蓄熱サイクル制御ルーチンを中心に図１１を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０２１９】
本実施形態の化学蓄熱システムの起動スイッチのオンにより制御装置９０の電源がオンされると、システムが起動され、第２の熱交換型反応器３０からの放熱が要求されると、ポンプＰの稼動が開始されると共に、放熱蓄熱サイクル制御ルーチンが実行される。
【０２２０】
本ルーチンが実行されると、まず、ステップ３０６において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、ピストン３５０を駆動し、第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材から、ピストン３５０にアンモニアを吸蔵させる。そして、ステップ３０８において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じると共に、ピストン３５０の駆動を停止させる。
【０２２１】
そして、ステップ３１０において、アンモニアを放出するようにピストン３５０の駆動を開始する。ステップ１０６では、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ４及び流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開く。このとき、ピストン３５０から、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材へアンモニアが輸送され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に固定化される反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材にアンモニアが固定化される反応が加速される。そして、ステップ３１２において、上記ステップ１０６へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じ、ピストン３５０の駆動を停止すると共に、加速モードを終了する。そして、放熱モードに切り換えるため、ステップ１１０へ移行する。
【０２２２】
そして、ステップ１１０において、流通配管１２、４５に取り付けられたバルブＶ１、Ｖ２を開き、第１の熱交換型反応器２０の加熱を開始する。そして、ステップ１１２において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第１の熱交換型反応器２０から、第２の熱交換型反応器３０へアンモニアを輸送させる。
【０２２３】
次のステップ１１４において、ステップ１１０へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ１に満たない状況にあるか否かが判定され、未だ時間Ｑ１が経過していないと判定されたときは、第１の熱交換型反応器２０の蓄熱材がアンモニアを脱離できる状態にあるため、ステップ１１０〜１１２を継続する。一方、時間Ｑ１が経過したと判定されたときには、蓄熱モードに切り換えるため、ステップ１１６に移行する。
【０２２４】
ステップ１１６において、流通配管１２、４５に取り付けられたバルブＶ１、Ｖ２を閉じて、第１の熱交換型反応器２０の加熱を停止する。
【０２２５】
そして、ステップ１１８において、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を開き、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を閉じる。そして、ステップ３１４において、アンモニアを吸蔵するようにピストン３５０の駆動を開始する。このとき、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材から、ピストン３５０にアンモニアが吸蔵され、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が開始されると共に、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材からアンモニアが脱離する反応が加速される。そして、ステップ３１６において、上記ステップ３１４へ移行してから予め定められた期間経過すると、流通配管４６に取り付けられたバルブＶ６を閉じると共に、ピストン３５０の駆動を停止し、加速モードを終了する。
【０２２６】
そして、ステップ１２２において、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３８Ｂに取り付けられたバルブＶ８を開き、第２の熱交換型反応器３０の加熱を開始する。そして、ステップ１２４において、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３を開き、第２の熱交換型反応器３０から、第１の熱交換型反応器２０へアンモニアを輸送させる。
【０２２７】
次のステップ１２６において、ステップ１２２へ移行後の経過時間が所定時間（タイマ）Ｑ２に満たない状況であるか否かが判定され、未だ時間Ｑ２が経過していないと判定されたときは、第２の熱交換型反応器３０の蓄熱材に吸着したアンモニアをさらに脱離させて蓄熱材を再生するため、ステップ１２２、１２４を継続する。一方、時間Ｑ２が経過したと判定されたときには、次のステップ１２８に移行して、アンモニア配管４２に取り付けられたバルブＶ３、Ｖ４を閉じ、流通配管１４に取り付けられたバルブＶ５及び流通配管３８Ｂに取り付けられたバルブＶ８を閉じて、本ルーチンを終了する。
【０２２８】
以上説明したように、第３実施形態の化学蓄熱システムによれば、第２の熱交換型反応器がアンモニアを脱離するとき及びアンモニアを固定化するときに、ピストンによって、第２の熱交換型反応器のアンモニア圧力を制御することにより、小さな投入エネルギーで、第２の熱交換型反応器におけるアンモニアの脱離及び固定化の反応速度を促進することができる。
【０２２９】
また、圧力制御部として、ピストンを用いることで、熱エネルギー以外のエネルギー（電気エネルギー、力学的エネルギー）による昇圧、降圧が可能となる。
【０２３０】
また、第２の熱交換型反応器の蓄熱材（塩化金属）のアンモニア吸蔵／放出の促進に必要なアンモニアガス量は、全吸蔵量、放出量に対して、少なくてもよいため、ピストンを第１の熱交換型反応器に対して、小型に設計できるため、必要なエネルギーを抑えることができる。
【０２３１】
また、大きな圧力差を与えるためのピストンを第１の熱交換型反応器に対し、小さく設計することで、小さな投入エネルギーで圧力制御が可能である。
【０２３２】
以上、本発明の実施形態に係る化学蓄熱システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【０２３３】
例えば、アンモニア配管に、更に、圧力調節機構が設けられていてもよい。圧力調整機構としては、外力により第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器３０との間のアンモニア圧の差を更に大きくする機能を有する手段を用いることができ、具体的には、圧送ポンプや圧縮機（コンプレッサー等）等、公知の手段を用いることができる。このように、バルブに加え、補助的に圧力調整機構を設け、この圧力調整機構を作動させることにより、アンモニアの輸送（即ち、熱の輸送）をより効果的に行うことができる。
【０２３４】
また、本発明に係る熱輸送装置を、化学蓄熱システムに適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、化学蓄熱システム以外の熱輸送装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【０２３５】
１２、１４、１６、１７、３７Ｂ     流通配管
２０   第１の熱交換型反応器
３０   第２の熱交換型反応器
４２   アンモニア配管
４５、４６    流通配管
５０   圧力制御用反応器
９０   制御装置
１００、２００、３００      化学蓄熱システム
２２０ 第１の圧力ボンベ
２２２、２５２       温度調整部
２５０ 第２の圧力ボンベ
３５０ ピストン
３５２ 駆動部
Ｖ１〜Ｖ９    バルブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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