(57)【要約】  化学蓄熱装置１００は、水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材２１０を収容する容器２０２と、容器２０２内に設けられ、蓄熱工程で蓄熱材２１０に熱を与え、放熱工程で蓄熱材２１０から熱を奪う熱交換器２０９と、下向きに開口した開口部２０３を有し、蓄熱材２１０と反応するべき水を容器２０２内に供給するために容器２０２内において熱交換器２０９よりも下側に設けられた水流路２０４と、容器２０２内において熱交換器２０９よりも下側、かつ開口部２０３よりも上側に設けられ、容器２０２内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔２０５を有する分散板２０６とを備えている。
2009063640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備えた化学蓄熱装置。
【請求項２】
放熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固液共存または液相であり、
蓄熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固相である請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記容器内において前記水流路が水平方向に延びており、
前記開口部よりも上側、かつ前記水流路の上端よりも下側に前記分散板が配置されている請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記水流路内の水重量Ｗ1と前記開口部の総面積Ｓ1とが下記式（１）を満足する請求項１に記載の化学蓄熱装置。
５００≦（Ｗ1／Ｓ1）  （単位：ｋｇ／ｍ2）  ・・・（１）
【請求項５】
前記水流路の内径が３〜３０ｍｍである請求項４に記載の化学蓄熱装置。
【請求項６】
前記水流路が複数の前記開口部を有し、
前記複数の通孔から選ばれた一の通孔と、その選ばれた通孔から最も近い位置に存在する前記開口部との間の水平距離が、前記複数の通孔の各々に関して等しい請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項７】
前記分散板には、前記開口部の個数の２倍以上の個数の前記通孔が形成されている請求項６に記載の化学蓄熱装置。
【請求項８】
前記熱交換器が、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通している伝熱管とを有するフィンチューブ熱交換器であり、
前記複数のフィンが前記水流路の長手方向に対して垂直に配置され、
前記水流路の長手方向に平行な方向に関して、前記分散板には、前記複数のフィンのフィンピッチに等しい間隔で前記複数の通孔が形成されている請求項６に記載の化学蓄熱装置。
【請求項９】
前記熱交換器と前記分散板とが直接接している請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１０】
前記分散板が、前記容器の底面と自身の下面との間の隙間に前記水流路からの水が導かれるように位置決めされた下板部と、前記下板部と前記水流路の上端との間に位置している上板部と、前記下板部と前記上板部との間に形成された内部空間とを有し、
前記複数の通孔が、前記水流路から前記容器内に供給された水を前記内部空間に導くために前記下板部に形成された複数の下通孔と、前記内部空間に存在する水を上に導くために前記上板部に形成された複数の上通孔とを含む請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１１】
前記蓄熱材が塩化カルシウム水和物、臭化カルシウム水和物および硫酸マグネシウム水和物から選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の蓄熱装置と、水蒸気を凝縮させる凝縮器と、蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から生成する水蒸気を前記凝縮器に導く還流路と、凝縮水を貯めるタンクと、放熱工程において前記タンクの水を前記蓄熱装置に導く供給路とを有する蓄熱回路と、
蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材に熱を与えるための加熱装置と、
放熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から熱を取り出すための熱媒体回路と、
を備えた蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材の化学反応を利用した蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーを蓄える蓄熱技術は、省エネルギー技術の１つとして有用である。近年、ＣＯ2ヒートポンプや燃料電池コージェネレーションシステムを利用した給湯機器や暖房機器が注目されている。これらの機器を小型化することによって設置性を高めると同時に、深夜電力を使って蓄熱を行なうことによって１日の電力需要を平均化できるように、高密度蓄熱技術の開発が進められている。【０００３】
例えば、特開２００５−１８８９１６号公報および特開２００７−１３２５３４号公報には、蓄熱材（潜熱蓄熱材）と熱交換媒体（油）とを直接熱交換させることによって蓄熱する潜熱蓄熱装置が記載されている。特開２００５−１８８９１６号公報の潜熱蓄熱装置では、図１２に示すように、容器１ａ内に油２および蓄熱材３が分離して収容されている。熱交換器５ａには２本のパイプ４，６が接続されている。パイプ４には油２を排出するための複数の開口部４ａが形成されている。パイプ６から油２を熱交換器５ａに取り込み、パイプ４から蓄熱材３に向けて油２を供給する。パイプ４から排出された油２は、油２と蓄熱材３との比重差に基づき、蓄熱材３の層の中を上昇する。このとき、油２と蓄熱材３とが熱交換し、蓄熱が行なわれる。【０００４】
酢酸ナトリウム等の蓄熱材３は、蓄熱工程の開始時に固体である。そのため、パイプ４の開口部４ａが蓄熱材３によって塞がれる可能性がある。そこで、開口部４ａが閉塞した状態でもパイプ４を油２が流通可能となるように、油２が溜められた上空間に向けてパイプ４の端部４Ｂが開口している。油２がパイプ４を流通することによって、パイプ４が熱交換器の役割を果たし、油２と蓄熱材３とが熱交換する。蓄熱材３が徐々に液化することにより、開口部４ａの閉塞も自然に解消する。【０００５】
特開２００４−３８３２号公報には、蓄熱材の化学反応を利用した化学蓄熱装置の一例が記載されている。図１３に示すように、特開２００４−３８３２号公報の化学蓄熱装置では、熱交換器１１の中を流通する熱媒体で蓄熱材９を加熱し、蓄熱材９から発生する水蒸気を容器１０の外に排気しつつ蓄熱する。これにより、短時間で効率よく蓄熱を行える。放熱工程では、固体の蓄熱材９に水を供給し、熱交換器１１を用いて蓄熱材９の熱を取り出す。蓄熱材９の水和物への変換の反応速度を高めるために、蓄熱材９に直径０．２ｍｍ以上の水滴Ｗを上から散布する。【０００６】
ただし、蓄熱材に対して上から水を散布する構成によると、蓄熱時における蓄熱材の状態が例えば液体または固液共存であり、かつ蓄熱材が水より大きい比重を有する場合、比重差によって水が蓄熱材の上部に溜まるため、蓄熱材に対して水を均一に供給しにくい。【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、放熱工程において蓄熱材に対して水を均一に供給できる化学蓄熱装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００８】
すなわち、本発明は、
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備えた化学蓄熱装置を提供する。
【０００９】
上記本発明の化学蓄熱装置において、水流路から容器内に供給された水は、容器内を上昇しながら蓄熱材と反応する。水流路が熱交換器よりも下側に設けられているので、放熱工程において、熱交換器の周りに存在する蓄熱材と水とを効率良く反応させることができる。また、水流路の開口部と熱交換器との間に分散板が設けられているので、開口部を通じて容器内に供給された水は、分散板によって水平方向に分散しつつ下から上に進む。これにより、蓄熱材に水を均一に供給できる、つまり蓄熱材と水との均一混合を実現でき、効率的かつ迅速に熱を取り出すことが可能となる。さらに、本発明では、水流路の開口部が下向きに開口しているので、水流路に蓄熱材が入り込みにくい。つまり、水流路内に蓄熱材が入り、蓄熱時に意図せぬ反応が起こるのを防ぐことができる
【００１０】
他の側面において、本発明は、
上記本発明の蓄熱装置と、水蒸気を凝縮させる凝縮器と、蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から生成する水蒸気を前記凝縮器に導く還流路と、凝縮水を貯めるタンクと、放熱工程において前記タンクの水を前記蓄熱装置に導く供給路とを有する蓄熱回路と、
蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材に熱を与えるための加熱装置と、
放熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から熱を取り出すための熱媒体回路と、
を備えた蓄熱システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる蓄熱システムの構成図
【図２】図１の蓄熱システムに用いられた蓄熱装置の上面図
【図３】同蓄熱装置のIII-III断面図
【図４】図２の部分拡大図
【図５】分散板の変形例を示す断面図
【図６Ａ】図５の部分拡大図
【図６Ｂ】分散板のさらに別の変形例を示す部分拡大図
【図７】事前反応率の計算に用いたモデルの説明図
【図８Ａ】事前反応率の計算結果（ＣａＣｌ2）を示すグラフ
【図８Ｂ】事前反応率の計算結果（ＭｇＳＯ4）を示すグラフ
【図９】図１に示す蓄熱システムの蓄熱工程の動作図
【図１０】図１に示す蓄熱システムの放熱工程の動作図
【図１１】蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の変化を表す相図
【図１２】従来の潜熱蓄熱装置の構成図
【図１３】従来の化学蓄熱装置の構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態にかかる蓄熱システムの構成図である。蓄熱システム１００は、ヒートポンプ１１６、蓄熱回路１２１および熱媒体回路１２２を備えている。【００１３】
ヒートポンプ１１６は、圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張機１１３、第１蒸発器１１４および第２蒸発器１１５を備えている。これらの機器を冷媒管で接続することによって冷媒回路が形成されている。第２蒸発器１１５は、蓄熱回路１２１の凝縮器１１５として用いられる。冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒が充填されている。圧縮機１１１で圧縮された冷媒は、放熱器１１２で冷却された後、膨張機１１３で膨張し、さらに第１蒸発器１１４および第２蒸発器１１５で蒸発し、再び圧縮機１１１に戻る。【００１４】
ヒートポンプ１１６以外の加熱装置として、抵抗加熱装置、燃焼式加熱装置、太陽光や地熱などの自然エネルギーを利用した加熱装置、工場やビルの排熱を利用した加熱装置を採用できる。【００１５】
蓄熱回路１２１は、蓄熱装置１０１、凝縮器１１５、回収タンク１２３、真空ポンプ１１９、開閉弁１２０、還流路１２４および供給路１２５を有する。還流路１２４は、蓄熱工程の際に蓄熱装置１０１から取り出した水蒸気を回収タンク１２３に集めるための回路である。蓄熱装置１０１の上部、凝縮器１１５および回収タンク１２３の上部が還流路１２４によってこの順番で接続されている。蓄熱装置１０１から取り出された水蒸気が凝縮器１１５で凝縮し、凝縮水が回収タンク１２３に貯められる。供給路１２５は、放熱工程の際に蓄熱装置１０１に回収タンク１２３の水（希釈水）を供給するための回路である。回収タンク１２３の下部と、蓄熱装置１０１の水流路とが供給路１２５によって接続されている。供給路１２５には給水ポンプ１３２が設けられている。【００１６】
熱媒体回路１２２は、蓄熱工程の際にヒートポンプ１１６の熱を蓄熱装置１０１に供給し、放熱工程の際に蓄熱装置１０１から熱を取り出すための回路である。熱媒体回路１２２を流通する熱媒体は、典型的には水である。詳細には、熱媒体回路１２２は、導入回路１２７、給湯回路１２８および主回路１２９によって構成されている。放熱器１１２、第２三方弁１１８、蓄熱装置１０１、第１三方弁１１７および循環ポンプ１２６がこの順に配管で接続されることによって主回路１２９が形成されている。【００１７】
蓄熱工程の際には、主回路１２９を熱媒体が循環し、ヒートポンプ１１６によって加熱された熱媒体の熱を蓄熱装置１０１に蓄熱する。導入回路１２７が第１三方弁１１７に接続されており、この導入回路１２７を通じて市水を主回路１２９に供給できる。給湯回路１２８が第２三方弁１１８に接続されており、この給湯回路１２８を通じて主回路１２９の湯をタップ１３０に供給できる。放熱工程の際には、導入回路１２７からの市水が蓄熱装置１０１で加熱され、給湯回路１２８へと導かれる。【００１８】
次に、蓄熱装置１０１について詳しく説明する。図２は、図１の蓄熱システムに用いられた蓄熱装置の上面図である。図３は、同蓄熱装置のIII-III断面図である。蓄熱装置１０１は、化学蓄熱装置に分類されるものであり、詳細には、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱のハイブリッド方式が採用されている。図２および図３に示すように、蓄熱装置１０１は、容器２０２（蓄熱容器）、水流路２０４、熱交換器２０９および分散板２０６を備えている。【００１９】
容器２０２は、放熱ロスを抑制する観点から、断熱性に優れていることが好ましい。容器２０２の上部には、水蒸気を凝縮器１１５（図１）に導くために、還流路１２４が接続されている。【００２０】
図３に示すように、容器２０２には、水よりも大きい比重を有する蓄熱材２１０が収容されている。蓄熱材２１０は、水との反応によって発熱し、脱水反応によって吸熱するものであり、蓄熱時、放熱時、蓄熱工程の実施期間および放熱工程の実施期間における全ての時点で水よりも大きい比重を有する。そのような蓄熱材２１０として、塩化カルシウム水和物、臭化カルシウム水和物および硫酸マグネシウム水和物から選ばれる少なくとも１つを使用できる。中でも、蓄熱量が大きい、熱を取り出すのが容易等の理由で塩化カルシウム水和物が好適である。塩化カルシウム水和物は、水が可逆的に脱着するものであり、水の脱離によって吸熱し、水との結合によって放熱する。特に、水の脱離によって塩化カルシウム４水和物となり、さらに塩化カルシウム２水和物となる塩化カルシウム６水和物を好適に使用できる。【００２１】
図１１は、蓄熱材の一例としての塩化カルシウム水和物の変化を表す相図である。横軸は蓄熱材の全重量に対する塩化カルシウムの重量濃度、縦軸は温度を示している。図１１中に蓄熱材の相状態を記している。例えば、５０％の重量濃度を有する塩化カルシウム水和物（６水和物）は、３０℃未満の温度域では固体である。３０℃を超えると塩化カルシウム溶液が生成する。【００２２】
本実施形態では、放熱工程の開始時における蓄熱材２１０の状態を固液共存または液相とする。具体的には、蓄熱材２１０が固液共存または液相の状態に保持されるように、蓄熱工程において容器２０２から凝縮器１１５へと導く水蒸気の量をコントローラ１３６により制御する。例えば、８０℃で塩化カルシウムの重量濃度が６０〜７５％の範囲に収まるように容器２０２からの水蒸気の取り出し量を制御する。具体的には、回収タンク１２３の水量をフロートセンサ等の検出器１３４を用いてモニタし、回収タンク１２３の水量が所定範囲内に収まるように、蓄熱工程の実施時間（ヒートポンプ１１６の運転時間）を制御する。すると、蓄熱材２１０が固液共存の状態で熱が蓄えられる。蓄熱材２１０が固液共存の場合、放熱工程において蓄熱材２１０に対して水を均一に供給できる。したがって、本実施形態の蓄熱装置１０１によれば、効率的かつ迅速に熱を取り出すことできる。【００２３】
一方、蓄熱工程の開始時における蓄熱材２１０の状態は固相でありうる。例えば、塩化カルシウムの重量濃度が約５０％になるように、放熱工程において容器２０２内への給水量をコントローラ１３６により制御する。詳細には、回収タンク１２３の水量が所定範囲内に収まるように、給水ポンプ１３２の運転を制御する。熱を十分に取り出した後の容器２０２内の温度は例えば３０℃未満であり、固体の塩化カルシウム６水和物が析出する。もちろん、塩化カルシウムの重量濃度を５０〜６０％の範囲とし、４水和物と６水和物との混合物が生成するようにしてもよい。【００２４】
また、水蒸気の排気量（凝縮量）を少なくし、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が液相となるようにしてもよい。また、還流路１２４に弁を設け、蓄熱工程の実施時にはその弁を開放し、その他の期間にはその弁を閉じるようにしてもよい。そのようにすれば、放熱ロスを少なくできるとともに、蓄熱材２１０が固相の状態になるまで容器２０２内から水蒸気が抜けていくのを防げる。【００２５】
なお、図１では制御線を省略しているが、ヒートポンプ１１６、第１三方弁１１７、第２三方弁１１８、真空ポンプ１１９、開閉弁１２０および循環ポンプ１２６の制御をコントローラ１３６で行うようにしてもよい。【００２６】
図２および図３に示すように、本実施形態において、熱交換器２０９は、互いに平行に並べられた複数のフィン２０７と、複数のフィン２０７を貫通している伝熱管２０８とを有するフィンチューブ熱交換器である。フィンチューブ熱交換器を用いることによって、迅速な蓄熱／放熱が可能となる。蓄熱工程では、ヒートポンプ１１６で加熱された熱媒体が伝熱管２０８を流れる。放熱工程では、導入回路１２７からの市水が伝熱管２０８を流れる。【００２７】
水流路２０４は、容器２０２の下部に設けられている。容器２０２内での水流路２０４の位置は、熱交換器２０９よりも下側である。水流路２０４には、給水用の孔として、下向きに開口した開口部２０３が形成されている。開口部２０３を通じて、水流路２０４の中の水が容器２０２内に供給される。開口部２０３は容器２０２の底面２０２ｂと向かい合っており、開口部２０３と容器２０２の底面２０２ｂとの間には、適度な広さの隙間が確保されている。隙間があることにより、開口部２０３を通じて容器２０２内にスムーズに水を供給できる。また、本実施形態では、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が固液共存または液相であるため、容器２０２の下部に設けた水流路２０４から蓄熱材２１０に対して均一に水を供給できる。【００２８】
水流路２０４は、スケール堆積による圧力損失の増大を防ぐとともに、蓄熱に寄与しないデッドスペースを削減する観点から、３〜３０ｍｍ（好ましくは３〜８ｍｍ）の範囲の内径を有しているとよい。本実施形態では、互いに平行かつ水平に並んだ複数の配管が、水流路２０４を構成するものとして容器２０２に横からまっすぐ挿し込まれている。つまり、水流路２０４は容器２０２内で水平方向に延びている。各水流路２０４には、長手方向に沿って複数の開口部２０３が等間隔で形成されている。容器２０２の外部において、各水流路２０４が１つに集合し、供給路１２５に接続されている。１本の水流路２０４に形成された複数の開口部２０３の面積の合計は、１本の水流路２０４の流路断面積の３０〜５０％の範囲にあるとよい。そうすれば、各開口部２０３から等しい量の水を容器２０２内に供給できる。【００２９】
分散板２０６は、容器２０２内において熱交換器２０９よりも下側、かつ水流路２０４の開口部２０３よりも上側に設けられている。つまり、本実施形態で用いている分散板２０６の厚さは、水流路２０４の外径よりも小さい。分散板２０６の材料に特に限定はないが、耐食性に優れた金属や樹脂で分散板２０６が作られているとよい。分散板２０６には、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔２０５が形成されている。通孔２０５は、隣り合う２枚のフィン２０７の間に位置するように、水流路２０４の長手方向に沿って形成されている。【００３０】
本実施形態では、水流路２０４の上部が分散板２０６よりも上側に露出し、水流路２０４の下部が分散板２０６よりも下側に露出している。言い換えれば、水流路２０４の開口部２０３よりも上側、かつ水流路２０４の上端よりも下側に分散板２０６が配置されている。つまり、分散板２０６は、互いに隣り合う水流路２０４と水流路２０４とに跨るように設けられている。このようにすれば、分散板２０６を設けることによる蓄熱材２１０の充填量の減少を抑えつつ、容器２０２内に供給された水を水平方向に分散させる効果を確実に得ることができる。【００３１】
図３に示すように、分散板２０６の下面２０６ｐと容器２０２の底面２０２ｂ（内側の底面）との間には、下面２０６ｐからの水流路２０４の突出量を超える高さの隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇにも蓄熱材２１０が充填されている。隙間Ｇは、水平方向に水がスムーズに流通できる高さ、例えば１〜３ｍｍの高さを有しているとよい。【００３２】
熱交換器２０９、水流路２０４および分散板２０６の相互関係についてさらに詳しく説明する。【００３３】
図２に示すように、平行に並べられた複数のフィン２０７は、垂直に起立した状態で容器２０２に収容されている。容器２０２内において、伝熱管２０８の長手方向と水流路２０４の長手方向とが一致している。また、水平方向およびフィン２０７の面内方向の両方に平行な方向（図２中に示す方向ＷＬ）に関し、伝熱管２０８と水流路２０４とが交互に並んでいる。つまり、水流路２０４の長手方向に垂直な断面（図３）において、伝熱管２０８と水流路２０４とが千鳥状の配置を呈している。このような配置によれば、容器２０２内に供給された水がフィン２０７に沿ってスムーズに上昇でき、容器２０２内の隅々まで水が均一に行き渡る。その結果、効率的かつ迅速な放熱が可能となる。【００３４】
また、図４の拡大平面図に示すように、複数の通孔２０５から選ばれた一の通孔２０５と、その選ばれた通孔２０５から最も近い位置に存在する開口部２０３との間の水平距離Ｈ1が、複数の通孔２０５の各々に関して等しい。このような位置関係によれば、水流路２０４から容器２０２内に供給された水が、複数の通孔２０５の各々に等しい量で流れる。そのため、分散板２０６よりも上に存在する蓄熱材２１０に対してムラなく水を供給でき、蓄熱材２１０に濃度分布が生じにくい。結果として、効率的かつ迅速な放熱が可能となる。【００３５】
また、分散板２０６には、水流路２０４に形成された開口部２０３の個数の２倍以上の個数の通孔２０５が形成されている。これにより、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を水平方向に分散させる効果が高まる。【００３６】
図４に示すように、複数のフィン２０７は、水流路２０４の長手方向に対して垂直に配置されている。水流路２０４には、複数のフィン２０７のフィンピッチＦＰに等しい間隔Ｄ1で複数の開口部２０３が形成されている。フィンピッチＦＰとは、フィン２０７の厚みをゼロと仮定した場合におけるフィン２０７の配列の間隔のことである。さらに、水流路２０４の長手方向に平行な方向に関して、分散板２０６には、フィンピッチＦＰに等しい間隔Ｄ1で通孔２０５が形成されている。このような構成によると、各フィン２０７に対して同じ量の水が導かれるため、より効率的かつ迅速な放熱に有効である。特に、容器２０２の内部がフィン２０７によって水流路２０４の長手方向と直交する方向に仕切られている場合に本構成が有効である。【００３７】
また、水平方向およびフィン２０７の面内方向の両方に平行な方向（図２に示す方向ＷＬ）に関して、互いに隣り合う２つの通孔２０５の間隔は、開口部２０３の間隔Ｄ1よりも広い。当該方向に関して通孔２０５を適度に広い間隔で形成することにより、水流路２０４の本数の削減に対応できる。水流路２０４の本数を減らすことができれば、デッドスペースが減るので好ましい。【００３８】
また、本実施形態では、熱交換器２０９（具体的にはフィン２０７）と分散板２０６とが直接接している。また、熱交換器２０９（具体的にはフィン２０７）と水流路２０４も直接接している。このようにすれば、蓄熱時に水流路２０４および分散板２０６を効率的に加熱できる。すると、水流路２０４および分散板２０６の周囲に存在する蓄熱材２１０が確実に加熱されるので、開口部２０３および通孔２０５が固体の蓄熱材２１０で閉塞するのを防げる。【００３９】
例えば、フィン２０７が水流路２０４および分散板２０６から離れている場合、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０に熱交換器２０９からの熱が十分に伝わらず、開口部２０３や通孔２０５が固体の蓄熱材２１０で塞がったまま蓄熱工程が終了する可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、熱交換器２０９の熱（正確には熱媒体の熱）が水流路２０４や分散板２０６に直接伝達するので、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０を確実に融解させることができ、開口部２０３および通孔２０５の閉塞を回避できる。【００４０】
また、水流路２０４と分散板２０６とが直接接している。具体的には、水流路２０４を構成する配管の表面に沿って水が上昇するのを阻止するように、配管（水流路２０４）が分散板２０６に隙間無く嵌め込まれている。このようにすれば、水流路２０４の開口部２０３を通じて容器２０２内に供給された水の全量が分散板２０６の下面２０６ｐに衝突することによって水平方向に分散し、通孔２０５を通じて上に進む。その結果、分散板２０６よりも上に存在する蓄熱材２１０に対して均一に水を供給できる。また、水流路２０４の熱が分散板２０６に直接伝わるので、蓄熱材２１０による通孔２０５の閉塞をより確実に防げる。【００４１】
水の流れを分散させるための分散板は、図３に示す構造のものに限定されない。例えば、図５に示すように、２層構造の分散板２１７を好適に用いることができる。【００４２】
図５に示すように、本変形例にかかる分散板２１７は、上板部２１１、下板部２１３および上板部２１１と下板部２１３との間に形成された内部空間２１５によって構成されている。下板部２１３は、容器２０２の底面２０２ｂと自身の下面２１３ｐとの間の隙間Ｇに水流路２０４からの水が導かれるように位置決めされている。下板部２１３には、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を内部空間２１５に導くための複数の下通孔２１４が形成されている。上板部２１１は、下板部２１３と水流路２０４の上端との間に位置している。上板部２１１には、内部空間２１５内に存在する水を上に導く複数の上通孔２１２が形成されている。水流路２０４から容器２０２内に供給された水は、下通孔２１４、内部空間２１５および上通孔２１２をこの順番で流通し、分散板２１７よりも下の空間（隙間Ｇ）から分散板２１７よりも上の空間へと移動する。この分散板２１７によると、１つの下通孔２１４に対応して複数の上通孔２１２が設けられているため、水を水平方向に分散させる機能に優れている。【００４３】
図６Ａに示すように、水流路２０４の開口部２０３から最も近い位置に存在する下通孔２１４までの水平距離Ｈ2は一定である。この変形例にかかる分散板２１７に形成された下通孔２１４は広口なので、２つの上通孔２１２に均等に水が流れるように、下通孔２１４の中心の位置が調整されている（オフセットしている）。ただし、図６Ｂに示すように、一の下通孔２１４’と一の上通孔２１２との間の水平距離Ｈ3が全ての上通孔２１２に関して一定であってもよい。【００４４】
図３等に示すように、本実施形態では、水流路２０４の開口部２０３が下向きに開口しているので、開口部２０３を通じて水流路２０４に蓄熱材２１０が入り込むのを防止できる。ただし、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が固液共存または液相なので、開口部２０３を通じて水流路２０４内に蓄熱材２１０が拡散し、意図せぬ反応が多少なりとも起こる。以下、この現象を「事前反応」という。【００４５】
本実施形態では、事前反応を極力防ぐために、水流路２０４の開口部２０３の大きさを制限している。具体的には、１本の水流路２０４内の水重量Ｗ1と、その水流路２０４に形成された開口部２０３の総面積Ｓ1とが下記式（１）の関係を満たすように、開口部２０３の総面積Ｓ1を規定している。
５００≦（Ｗ1／Ｓ1）  （単位：ｋｇ／ｍ2）・・・（１）【００４６】
上記式（１）は次の検討によって見出されたものである。具体的には、蓄熱材の拡散の度合いを予測するべく、図７に示すモデルに関して、８時間経過後の事前反応率を下記の拡散方程式に基づいて計算した。ここで、「事前反応率」とは、配管（水流路２０４）内に存在する水への蓄熱材の拡散比率を表す値である。例えば「事前反応率＝１００％」は、配管内の溶液の蓄熱材濃度と配管外の溶液の蓄熱材濃度とが等しくなった状態を意味する。夜間に蓄熱工程を行い、昼間に放熱工程を行なうことを想定し、８時間経過後の事前反応率を計算した。【００４７】
計算式:∂C/∂t=D(∂2C/∂x2+∂2C/∂y2+∂2C/∂z2）
C:モル濃度（mol/liter）
t:時間（sec）
x,y,z:座標
拡散係数(CaCl2) D=1.11*10-9m2/sec
拡散係数(MgSO4) D=0.849*10-9m2/sec【００４８】
図７に示すモデルでは、配管２０４に１つの開口部２０３が設けられている。３ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍおよび３０ｍｍの内径を有する４種類の配管について、その長さを変えて中の水の量を変化させたときの事前反応率をそれぞれ計算した。開口部２０３の直径は０．３ｍｍで固定した。図７中に示す初期濃度を有する塩化カルシウム水溶液および硫酸マグネシウム水溶液を計算モデルにおける蓄熱材とした。【００４９】
計算結果を図８Ａおよび図８Ｂに示す。図８Ａが塩化ナトリウムの計算結果、図８Ｂが硫酸マグネシウムの計算結果である。グラフの縦軸は事前反応率（％）を示している。横軸は、配管内の水重量をＷ1とし、開口部の面積（開口面積）をＳ1としたときの（Ｗ1／Ｓ1）（単位：ｋｇ／ｍ2）の値を示している。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、配管が太くなればなるほど事前反応率が小さくなる。８ｍｍ以上の内径を有する配管では、８時間程度の時間では事前反応率が１０％未満であった。【００５０】
しかし、デッドスペースの増加、蓄熱量の減少といった問題があるため、使用できる配管の太さにも限界がある。また、スケール堆積の問題があるため、配管が細すぎてもいけない。具体的には、３〜８ｍｍの内径を有する配管が水流路２０４として好適である。したがって、３ｍｍの内径を有する配管の計算結果から適切な（Ｗ1／Ｓ1）の範囲を見出すことに一定の妥当性がある。そして、φ３ｍｍの配管の計算結果によれば、（Ｗ1／Ｓ1）＝５００を境界として、事前反応率のカーブの傾きが急激に変化している。したがって、５００≦（Ｗ1／Ｓ1）を満たすように水流路２０４の設計を行なうことにより、事前反応率を１０％未満に抑えることが可能となる。【００５１】
（Ｗ1／Ｓ1）の上限値に特に制限はないが、以下の観点で上限値の目安を定めることができる。例えば、０．１ｍｍの厚さを有するフィンを熱交換器に用いた場合、容器内における蓄熱材の充填率を９０％以上とするために、フィンピッチを１ｍｍ以上とし、開口部２０３の間隔を１ｍｍ以上とすることが考えられる。一方、配管（水流路２０４）は加工の観点から、１インチ（２５．４ｍｍ）以下の内径を有していることが好ましい。これらの条件に対してφ０．３ｍｍの開口部２０３を考慮すると、概ね（Ｗ1／Ｓ1）≦７０００を満たすように水流路２０４の設計を行なえばよいことになる。【００５２】
<<蓄熱運転>>
次に、蓄熱運転について図９を用いて説明する。【００５３】
まず、開閉弁１２０を開いて、真空ポンプ１１９を始動し、蓄熱装置１０１の容器２０２、還流路１２４および凝縮器１１５内を減圧する。所定圧力まで減圧したら、開閉弁１２０を閉じて真空ポンプ１１９を停止する。【００５４】
次に、給湯回路１２２の主回路１２９を矢印ａの方向に水が循環するように、第１三方弁１１７および第２三方弁１１８をセットし、その後、ヒートポンプ１１６の運転を開始する。主回路１２９を循環する水は、ヒートポンプ１１６の放熱器１１２で加熱される。約８０℃に昇温した湯は、蓄熱装置１０１の熱交換器２０９（正確には伝熱管２０８）に流入し、蓄熱材２１０を加熱する。熱交換器２０９のフィン２０７が水流路２０４および分散板２０６に直接接しているので、水流路２０４および分散板２０６も効率的に加熱され、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０にも十分に熱が届く。【００５５】
図１１に示すように、蓄熱工程の開始時において蓄熱材２１０は固体である（Ａ点）。加熱が進み、３０℃（Ｂ点）以上に昇温すると、蓄熱材２１０は液体に変化する。容器２０２、還流路１２４および凝縮器１１５内が減圧されているため、蓄熱材２１０が液体に変化した後、脱水が始まる。凝縮器１１５は、ヒートポンプ１１６を循環する低温の冷媒（例えば０℃）で冷却されている。したがって、蓄熱材２１０から生成した水蒸気は、凝縮器１１５において冷媒と熱交換することによって凝縮する。凝縮熱はヒートポンプ１１６によって回収される。【００５６】
さらに加熱を進めると、蓄熱材２１０は昇温するとともに濃縮される。溶解度曲線（Ｃ点）より高濃度になると再度固体が析出し、蓄熱材２１０は固液共存溶液となる。蓄熱材２１０の温度が８０℃、重量濃度が６１％（Ｄ点）になったら、蓄熱工程を終了する。【００５７】
<<放熱運転>>
次に、放熱運転について図１０を用いて説明する。【００５８】
まず、給湯回路１２２を矢印ｂの方向に水が流れるように、第１三方弁１１７および第２三方弁１１８をセットし、導入回路１２７から蓄熱装置１０１に市水を供給する。【００５９】
次に、回収タンク１２３から供給路１２５を通じて蓄熱装置１０１に水を供給する。供給路１２５から供給された希釈用の水は、水流路２０４を流れ、開口部２０３から容器２０２内に下向きに噴出する。比重差に基づき、容器２０２内に供給された水は、直ちに上への流れを形成する。例えば、塩化カルシウムの重量濃度が６０〜７５％である蓄熱材２１０の８０℃における比重は約１．５ｋｇ／Ｌであり、容器２０２内に供給された水の比重は約１ｋｇ／Ｌである。【００６０】
本実施形態では、開口部２０３より上側に分散板２０６が設けられているので、水は分散板２０６に衝突して水平方向に分散する。その後、通孔２０５の各々から等しい量の水が容器２０２の上部の蓄熱材２１０に供給される。蓄熱材２１０が約５０％の重量濃度まで希釈されるとともに、発熱反応が起こって９５℃まで昇温する（図１１のＥ点）。このときの蓄熱材２１０の状態は液相である。【００６１】
熱交換器２０９の働きにより、伝熱管２０８を流通する市水と蓄熱材２１０とが熱交換する。市水は蓄熱材２１０から熱を奪い、給湯回路１２２を通じてタップ１３０に導かれる。蓄熱材２１０は降温し、３０℃（Ｂ点）以下になると固体に変化する。放熱工程は、蓄熱装置１０１の出口における市水の温度が所定温度（例えば４２℃以下）になるまで継続される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の蓄熱装置は、家庭用の給湯機や暖房装置に好適に利用できる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、各種排熱を貯蔵するシステム等に広く利用できる。
【図１】
2009063640.tif 000003
【図２】
2009063640.tif 000004
【図３】
2009063640.tif 000005
【図４】
2009063640.tif 000006
【図５】
2009063640.tif 000007
【図６Ａ】
2009063640.tif 000008
【図６Ｂ】
2009063640.tif 000009
【図７】
2009063640.tif 000010
【図８Ａ】
2009063640.tif 000011
【図８Ｂ】
2009063640.tif 000012
【図９】
2009063640.tif 000013
【図１０】
2009063640.tif 000014
【図１１】
2009063640.tif 000015
【図１２】
2009063640.tif 000016
【図１３】
2009063640.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月17日(2009.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材の化学反応を利用した蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーを蓄える蓄熱技術は、省エネルギー技術の１つとして有用である。近年、ＣＯ2ヒートポンプや燃料電池コージェネレーションシステムを利用した給湯機器や暖房機器が注目されている。これらの機器を小型化することによって設置性を高めると同時に、深夜電力を使って蓄熱を行なうことによって１日の電力需要を平均化できるように、高密度蓄熱技術の開発が進められている。
【０００３】
例えば、特開２００５−１８８９１６号公報および特開２００７−１３２５３４号公報には、蓄熱材（潜熱蓄熱材）と熱交換媒体（油）とを直接熱交換させることによって蓄熱する潜熱蓄熱装置が記載されている。特開２００５−１８８９１６号公報の潜熱蓄熱装置では、図１２に示すように、容器１ａ内に油２および蓄熱材３が分離して収容されている。熱交換器５ａには２本のパイプ４，６が接続されている。パイプ４には油２を排出するための複数の開口部４ａが形成されている。パイプ６から油２を熱交換器５ａに取り込み、パイプ４から蓄熱材３に向けて油２を供給する。パイプ４から排出された油２は、油２と蓄熱材３との比重差に基づき、蓄熱材３の層の中を上昇する。このとき、油２と蓄熱材３とが熱交換し、蓄熱が行なわれる。
【０００４】
酢酸ナトリウム等の蓄熱材３は、蓄熱工程の開始時に固体である。そのため、パイプ４の開口部４ａが蓄熱材３によって塞がれる可能性がある。そこで、開口部４ａが閉塞した状態でもパイプ４を油２が流通可能となるように、油２が溜められた上空間に向けてパイプ４の端部４Ｂが開口している。油２がパイプ４を流通することによって、パイプ４が熱交換器の役割を果たし、油２と蓄熱材３とが熱交換する。蓄熱材３が徐々に液化することにより、開口部４ａの閉塞も自然に解消する。
【０００５】
特開２００４−３８３２号公報には、蓄熱材の化学反応を利用した化学蓄熱装置の一例が記載されている。図１３に示すように、特開２００４−３８３２号公報の化学蓄熱装置では、熱交換器１１の中を流通する熱媒体で蓄熱材９を加熱し、蓄熱材９から発生する水蒸気を容器１０の外に排気しつつ蓄熱する。これにより、短時間で効率よく蓄熱を行える。放熱工程では、固体の蓄熱材９に水を供給し、熱交換器１１を用いて蓄熱材９の熱を取り出す。蓄熱材９の水和物への変換の反応速度を高めるために、蓄熱材９に直径０．２ｍｍ以上の水滴Ｗを上から散布する。
【０００６】
ただし、蓄熱材に対して上から水を散布する構成によると、蓄熱時における蓄熱材の状態が例えば液体または固液共存であり、かつ蓄熱材が水より大きい比重を有する場合、比重差によって水が蓄熱材の上部に溜まるため、蓄熱材に対して水を均一に供給しにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８８９１６号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２５３４号公報
【特許文献３】特開２００４−３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、放熱工程において蓄熱材に対して水を均一に供給できる化学蓄熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
すなわち、本発明は、
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備えた化学蓄熱装置を提供する。
【００１０】
上記本発明の化学蓄熱装置において、水流路から容器内に供給された水は、容器内を上昇しながら蓄熱材と反応する。水流路が熱交換器よりも下側に設けられているので、放熱工程において、熱交換器の周りに存在する蓄熱材と水とを効率良く反応させることができる。また、水流路の開口部と熱交換器との間に分散板が設けられているので、開口部を通じて容器内に供給された水は、分散板によって水平方向に分散しつつ下から上に進む。これにより、蓄熱材に水を均一に供給できる、つまり蓄熱材と水との均一混合を実現でき、効率的かつ迅速に熱を取り出すことが可能となる。さらに、本発明では、水流路の開口部が下向きに開口しているので、水流路に蓄熱材が入り込みにくい。つまり、水流路内に蓄熱材が入り、蓄熱時に意図せぬ反応が起こるのを防ぐことができる。
【００１１】
他の側面において、本発明は、
上記本発明の蓄熱装置と、水蒸気を凝縮させる凝縮器と、蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から生成する水蒸気を前記凝縮器に導く還流路と、凝縮水を貯めるタンクと、放熱工程において前記タンクの水を前記蓄熱装置に導く供給路とを有する蓄熱回路と、
蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材に熱を与えるための加熱装置と、
放熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から熱を取り出すための熱媒体回路と、
を備えた蓄熱システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる蓄熱システムの構成図
【図２】図１の蓄熱システムに用いられた蓄熱装置の上面図
【図３】同蓄熱装置のIII-III断面図
【図４】図２の部分拡大図
【図５】分散板の変形例を示す断面図
【図６Ａ】図５の部分拡大図
【図６Ｂ】分散板のさらに別の変形例を示す部分拡大図
【図７】事前反応率の計算に用いたモデルの説明図
【図８Ａ】事前反応率の計算結果（ＣａＣｌ2）を示すグラフ
【図８Ｂ】事前反応率の計算結果（ＭｇＳＯ4）を示すグラフ
【図９】図１に示す蓄熱システムの蓄熱工程の動作図
【図１０】図１に示す蓄熱システムの放熱工程の動作図
【図１１】蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の変化を表す相図
【図１２】従来の潜熱蓄熱装置の構成図
【図１３】従来の化学蓄熱装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる蓄熱システムの構成図である。蓄熱システム１００は、ヒートポンプ１１６、蓄熱回路１２１および熱媒体回路１２２を備えている。
【００１４】
ヒートポンプ１１６は、圧縮機１１１、放熱器１１２、膨張機１１３、第１蒸発器１１４および第２蒸発器１１５を備えている。これらの機器を冷媒管で接続することによって冷媒回路が形成されている。第２蒸発器１１５は、蓄熱回路１２１の凝縮器１１５として用いられる。冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒が充填されている。圧縮機１１１で圧縮された冷媒は、放熱器１１２で冷却された後、膨張機１１３で膨張し、さらに第１蒸発器１１４および第２蒸発器１１５で蒸発し、再び圧縮機１１１に戻る。
【００１５】
ヒートポンプ１１６以外の加熱装置として、抵抗加熱装置、燃焼式加熱装置、太陽光や地熱などの自然エネルギーを利用した加熱装置、工場やビルの排熱を利用した加熱装置を採用できる。
【００１６】
蓄熱回路１２１は、蓄熱装置１０１、凝縮器１１５、回収タンク１２３、真空ポンプ１１９、開閉弁１２０、還流路１２４および供給路１２５を有する。還流路１２４は、蓄熱工程の際に蓄熱装置１０１から取り出した水蒸気を回収タンク１２３に集めるための回路である。蓄熱装置１０１の上部、凝縮器１１５および回収タンク１２３の上部が還流路１２４によってこの順番で接続されている。蓄熱装置１０１から取り出された水蒸気が凝縮器１１５で凝縮し、凝縮水が回収タンク１２３に貯められる。供給路１２５は、放熱工程の際に蓄熱装置１０１に回収タンク１２３の水（希釈水）を供給するための回路である。回収タンク１２３の下部と、蓄熱装置１０１の水流路とが供給路１２５によって接続されている。供給路１２５には給水ポンプ１３２が設けられている。
【００１７】
熱媒体回路１２２は、蓄熱工程の際にヒートポンプ１１６の熱を蓄熱装置１０１に供給し、放熱工程の際に蓄熱装置１０１から熱を取り出すための回路である。熱媒体回路１２２を流通する熱媒体は、典型的には水である。詳細には、熱媒体回路１２２は、導入回路１２７、給湯回路１２８および主回路１２９によって構成されている。放熱器１１２、第２三方弁１１８、蓄熱装置１０１、第１三方弁１１７および循環ポンプ１２６がこの順に配管で接続されることによって主回路１２９が形成されている。
【００１８】
蓄熱工程の際には、主回路１２９を熱媒体が循環し、ヒートポンプ１１６によって加熱された熱媒体の熱を蓄熱装置１０１に蓄熱する。導入回路１２７が第１三方弁１１７に接続されており、この導入回路１２７を通じて市水を主回路１２９に供給できる。給湯回路１２８が第２三方弁１１８に接続されており、この給湯回路１２８を通じて主回路１２９の湯をタップ１３０に供給できる。放熱工程の際には、導入回路１２７からの市水が蓄熱装置１０１で加熱され、給湯回路１２８へと導かれる。
【００１９】
次に、蓄熱装置１０１について詳しく説明する。図２は、図１の蓄熱システムに用いられた蓄熱装置の上面図である。図３は、同蓄熱装置のIII-III断面図である。蓄熱装置１０１は、化学蓄熱装置に分類されるものであり、詳細には、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱のハイブリッド方式が採用されている。図２および図３に示すように、蓄熱装置１０１は、容器２０２（蓄熱容器）、水流路２０４、熱交換器２０９および分散板２０６を備えている。
【００２０】
容器２０２は、放熱ロスを抑制する観点から、断熱性に優れていることが好ましい。容器２０２の上部には、水蒸気を凝縮器１１５（図１）に導くために、還流路１２４が接続されている。
【００２１】
図３に示すように、容器２０２には、水よりも大きい比重を有する蓄熱材２１０が収容されている。蓄熱材２１０は、水との反応によって発熱し、脱水反応によって吸熱するものであり、蓄熱時、放熱時、蓄熱工程の実施期間および放熱工程の実施期間における全ての時点で水よりも大きい比重を有する。そのような蓄熱材２１０として、塩化カルシウム水和物、臭化カルシウム水和物および硫酸マグネシウム水和物から選ばれる少なくとも１つを使用できる。中でも、蓄熱量が大きい、熱を取り出すのが容易等の理由で塩化カルシウム水和物が好適である。塩化カルシウム水和物は、水が可逆的に脱着するものであり、水の脱離によって吸熱し、水との結合によって放熱する。特に、水の脱離によって塩化カルシウム４水和物となり、さらに塩化カルシウム２水和物となる塩化カルシウム６水和物を好適に使用できる。
【００２２】
図１１は、蓄熱材の一例としての塩化カルシウム水和物の変化を表す相図である。横軸は蓄熱材の全重量に対する塩化カルシウムの重量濃度、縦軸は温度を示している。図１１中に蓄熱材の相状態を記している。例えば、５０％の重量濃度を有する塩化カルシウム水和物（６水和物）は、３０℃未満の温度域では固体である。３０℃を超えると塩化カルシウム溶液が生成する。
【００２３】
本実施形態では、放熱工程の開始時における蓄熱材２１０の状態を固液共存または液相とする。具体的には、蓄熱材２１０が固液共存または液相の状態に保持されるように、蓄熱工程において容器２０２から凝縮器１１５へと導く水蒸気の量をコントローラ１３６により制御する。例えば、８０℃で塩化カルシウムの重量濃度が６０〜７５％の範囲に収まるように容器２０２からの水蒸気の取り出し量を制御する。具体的には、回収タンク１２３の水量をフロートセンサ等の検出器１３４を用いてモニタし、回収タンク１２３の水量が所定範囲内に収まるように、蓄熱工程の実施時間（ヒートポンプ１１６の運転時間）を制御する。すると、蓄熱材２１０が固液共存の状態で熱が蓄えられる。蓄熱材２１０が固液共存の場合、放熱工程において蓄熱材２１０に対して水を均一に供給できる。したがって、本実施形態の蓄熱装置１０１によれば、効率的かつ迅速に熱を取り出すことできる。
【００２４】
一方、蓄熱工程の開始時における蓄熱材２１０の状態は固相でありうる。例えば、塩化カルシウムの重量濃度が約５０％になるように、放熱工程において容器２０２内への給水量をコントローラ１３６により制御する。詳細には、回収タンク１２３の水量が所定範囲内に収まるように、給水ポンプ１３２の運転を制御する。熱を十分に取り出した後の容器２０２内の温度は例えば３０℃未満であり、固体の塩化カルシウム６水和物が析出する。もちろん、塩化カルシウムの重量濃度を５０〜６０％の範囲とし、４水和物と６水和物との混合物が生成するようにしてもよい。
【００２５】
また、水蒸気の排気量（凝縮量）を少なくし、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が液相となるようにしてもよい。また、還流路１２４に弁を設け、蓄熱工程の実施時にはその弁を開放し、その他の期間にはその弁を閉じるようにしてもよい。そのようにすれば、放熱ロスを少なくできるとともに、蓄熱材２１０が固相の状態になるまで容器２０２内から水蒸気が抜けていくのを防げる。
【００２６】
なお、図１では制御線を省略しているが、ヒートポンプ１１６、第１三方弁１１７、第２三方弁１１８、真空ポンプ１１９、開閉弁１２０および循環ポンプ１２６の制御をコントローラ１３６で行うようにしてもよい。
【００２７】
図２および図３に示すように、本実施形態において、熱交換器２０９は、互いに平行に並べられた複数のフィン２０７と、複数のフィン２０７を貫通している伝熱管２０８とを有するフィンチューブ熱交換器である。フィンチューブ熱交換器を用いることによって、迅速な蓄熱／放熱が可能となる。蓄熱工程では、ヒートポンプ１１６で加熱された熱媒体が伝熱管２０８を流れる。放熱工程では、導入回路１２７からの市水が伝熱管２０８を流れる。
【００２８】
水流路２０４は、容器２０２の下部に設けられている。容器２０２内での水流路２０４の位置は、熱交換器２０９よりも下側である。水流路２０４には、給水用の孔として、下向きに開口した開口部２０３が形成されている。開口部２０３を通じて、水流路２０４の中の水が容器２０２内に供給される。開口部２０３は容器２０２の底面２０２ｂと向かい合っており、開口部２０３と容器２０２の底面２０２ｂとの間には、適度な広さの隙間が確保されている。隙間があることにより、開口部２０３を通じて容器２０２内にスムーズに水を供給できる。また、本実施形態では、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が固液共存または液相であるため、容器２０２の下部に設けた水流路２０４から蓄熱材２１０に対して均一に水を供給できる。
【００２９】
水流路２０４は、スケール堆積による圧力損失の増大を防ぐとともに、蓄熱に寄与しないデッドスペースを削減する観点から、３〜３０ｍｍ（好ましくは３〜８ｍｍ）の範囲の内径を有しているとよい。本実施形態では、互いに平行かつ水平に並んだ複数の配管が、水流路２０４を構成するものとして容器２０２に横からまっすぐ挿し込まれている。つまり、水流路２０４は容器２０２内で水平方向に延びている。各水流路２０４には、長手方向に沿って複数の開口部２０３が等間隔で形成されている。容器２０２の外部において、各水流路２０４が１つに集合し、供給路１２５に接続されている。１本の水流路２０４に形成された複数の開口部２０３の面積の合計は、１本の水流路２０４の流路断面積の３０〜５０％の範囲にあるとよい。そうすれば、各開口部２０３から等しい量の水を容器２０２内に供給できる。
【００３０】
分散板２０６は、容器２０２内において熱交換器２０９よりも下側、かつ水流路２０４の開口部２０３よりも上側に設けられている。つまり、本実施形態で用いている分散板２０６の厚さは、水流路２０４の外径よりも小さい。分散板２０６の材料に特に限定はないが、耐食性に優れた金属や樹脂で分散板２０６が作られているとよい。分散板２０６には、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔２０５が形成されている。通孔２０５は、隣り合う２枚のフィン２０７の間に位置するように、水流路２０４の長手方向に沿って形成されている。
【００３１】
本実施形態では、水流路２０４の上部が分散板２０６よりも上側に露出し、水流路２０４の下部が分散板２０６よりも下側に露出している。言い換えれば、水流路２０４の開口部２０３よりも上側、かつ水流路２０４の上端よりも下側に分散板２０６が配置されている。つまり、分散板２０６は、互いに隣り合う水流路２０４と水流路２０４とに跨るように設けられている。このようにすれば、分散板２０６を設けることによる蓄熱材２１０の充填量の減少を抑えつつ、容器２０２内に供給された水を水平方向に分散させる効果を確実に得ることができる。
【００３２】
図３に示すように、分散板２０６の下面２０６ｐと容器２０２の底面２０２ｂ（内側の底面）との間には、下面２０６ｐからの水流路２０４の突出量を超える高さの隙間Ｇが形成されている。この隙間Ｇにも蓄熱材２１０が充填されている。隙間Ｇは、水平方向に水がスムーズに流通できる高さ、例えば１〜３ｍｍの高さを有しているとよい。
【００３３】
熱交換器２０９、水流路２０４および分散板２０６の相互関係についてさらに詳しく説明する。
【００３４】
図２に示すように、平行に並べられた複数のフィン２０７は、垂直に起立した状態で容器２０２に収容されている。容器２０２内において、伝熱管２０８の長手方向と水流路２０４の長手方向とが一致している。また、水平方向およびフィン２０７の面内方向の両方に平行な方向（図２中に示す方向ＷＬ）に関し、伝熱管２０８と水流路２０４とが交互に並んでいる。つまり、水流路２０４の長手方向に垂直な断面（図３）において、伝熱管２０８と水流路２０４とが千鳥状の配置を呈している。このような配置によれば、容器２０２内に供給された水がフィン２０７に沿ってスムーズに上昇でき、容器２０２内の隅々まで水が均一に行き渡る。その結果、効率的かつ迅速な放熱が可能となる。
【００３５】
また、図４の拡大平面図に示すように、複数の通孔２０５から選ばれた一の通孔２０５と、その選ばれた通孔２０５から最も近い位置に存在する開口部２０３との間の水平距離Ｈ1が、複数の通孔２０５の各々に関して等しい。このような位置関係によれば、水流路２０４から容器２０２内に供給された水が、複数の通孔２０５の各々に等しい量で流れる。そのため、分散板２０６よりも上に存在する蓄熱材２１０に対してムラなく水を供給でき、蓄熱材２１０に濃度分布が生じにくい。結果として、効率的かつ迅速な放熱が可能となる。
【００３６】
また、分散板２０６には、水流路２０４に形成された開口部２０３の個数の２倍以上の個数の通孔２０５が形成されている。これにより、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を水平方向に分散させる効果が高まる。
【００３７】
図４に示すように、複数のフィン２０７は、水流路２０４の長手方向に対して垂直に配置されている。水流路２０４には、複数のフィン２０７のフィンピッチＦＰに等しい間隔Ｄ1で複数の開口部２０３が形成されている。フィンピッチＦＰとは、フィン２０７の厚みをゼロと仮定した場合におけるフィン２０７の配列の間隔のことである。さらに、水流路２０４の長手方向に平行な方向に関して、分散板２０６には、フィンピッチＦＰに等しい間隔Ｄ1で通孔２０５が形成されている。このような構成によると、各フィン２０７に対して同じ量の水が導かれるため、より効率的かつ迅速な放熱に有効である。特に、容器２０２の内部がフィン２０７によって水流路２０４の長手方向と直交する方向に仕切られている場合に本構成が有効である。
【００３８】
また、水平方向およびフィン２０７の面内方向の両方に平行な方向（図２に示す方向ＷＬ）に関して、互いに隣り合う２つの通孔２０５の間隔は、開口部２０３の間隔Ｄ1よりも広い。当該方向に関して通孔２０５を適度に広い間隔で形成することにより、水流路２０４の本数の削減に対応できる。水流路２０４の本数を減らすことができれば、デッドスペースが減るので好ましい。
【００３９】
また、本実施形態では、熱交換器２０９（具体的にはフィン２０７）と分散板２０６とが直接接している。また、熱交換器２０９（具体的にはフィン２０７）と水流路２０４も直接接している。このようにすれば、蓄熱時に水流路２０４および分散板２０６を効率的に加熱できる。すると、水流路２０４および分散板２０６の周囲に存在する蓄熱材２１０が確実に加熱されるので、開口部２０３および通孔２０５が固体の蓄熱材２１０で閉塞するのを防げる。
【００４０】
例えば、フィン２０７が水流路２０４および分散板２０６から離れている場合、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０に熱交換器２０９からの熱が十分に伝わらず、開口部２０３や通孔２０５が固体の蓄熱材２１０で塞がったまま蓄熱工程が終了する可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、熱交換器２０９の熱（正確には熱媒体の熱）が水流路２０４や分散板２０６に直接伝達するので、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０を確実に融解させることができ、開口部２０３および通孔２０５の閉塞を回避できる。
【００４１】
また、水流路２０４と分散板２０６とが直接接している。具体的には、水流路２０４を構成する配管の表面に沿って水が上昇するのを阻止するように、配管（水流路２０４）が分散板２０６に隙間無く嵌め込まれている。このようにすれば、水流路２０４の開口部２０３を通じて容器２０２内に供給された水の全量が分散板２０６の下面２０６ｐに衝突することによって水平方向に分散し、通孔２０５を通じて上に進む。その結果、分散板２０６よりも上に存在する蓄熱材２１０に対して均一に水を供給できる。また、水流路２０４の熱が分散板２０６に直接伝わるので、蓄熱材２１０による通孔２０５の閉塞をより確実に防げる。
【００４２】
水の流れを分散させるための分散板は、図３に示す構造のものに限定されない。例えば、図５に示すように、２層構造の分散板２１７を好適に用いることができる。
【００４３】
図５に示すように、本変形例にかかる分散板２１７は、上板部２１１、下板部２１３および上板部２１１と下板部２１３との間に形成された内部空間２１５によって構成されている。下板部２１３は、容器２０２の底面２０２ｂと自身の下面２１３ｐとの間の隙間Ｇに水流路２０４からの水が導かれるように位置決めされている。下板部２１３には、水流路２０４から容器２０２内に供給された水を内部空間２１５に導くための複数の下通孔２１４が形成されている。上板部２１１は、下板部２１３と水流路２０４の上端との間に位置している。上板部２１１には、内部空間２１５内に存在する水を上に導く複数の上通孔２１２が形成されている。水流路２０４から容器２０２内に供給された水は、下通孔２１４、内部空間２１５および上通孔２１２をこの順番で流通し、分散板２１７よりも下の空間（隙間Ｇ）から分散板２１７よりも上の空間へと移動する。この分散板２１７によると、１つの下通孔２１４に対応して複数の上通孔２１２が設けられているため、水を水平方向に分散させる機能に優れている。
【００４４】
図６Ａに示すように、水流路２０４の開口部２０３から最も近い位置に存在する下通孔２１４までの水平距離Ｈ2は一定である。この変形例にかかる分散板２１７に形成された下通孔２１４は広口なので、２つの上通孔２１２に均等に水が流れるように、下通孔２１４の中心の位置が調整されている（オフセットしている）。ただし、図６Ｂに示すように、一の下通孔２１４’と一の上通孔２１２との間の水平距離Ｈ3が全ての上通孔２１２に関して一定であってもよい。
【００４５】
図３等に示すように、本実施形態では、水流路２０４の開口部２０３が下向きに開口しているので、開口部２０３を通じて水流路２０４に蓄熱材２１０が入り込むのを防止できる。ただし、蓄熱工程の終了時における蓄熱材２１０の状態が固液共存または液相なので、開口部２０３を通じて水流路２０４内に蓄熱材２１０が拡散し、意図せぬ反応が多少なりとも起こる。以下、この現象を「事前反応」という。
【００４６】
本実施形態では、事前反応を極力防ぐために、水流路２０４の開口部２０３の大きさを制限している。具体的には、１本の水流路２０４内の水重量Ｗ1と、その水流路２０４に形成された開口部２０３の総面積Ｓ1とが下記式（１）の関係を満たすように、開口部２０３の総面積Ｓ1を規定している。
５００≦（Ｗ1／Ｓ1）  （単位：ｋｇ／ｍ2）・・・（１）
【００４７】
上記式（１）は次の検討によって見出されたものである。具体的には、蓄熱材の拡散の度合いを予測するべく、図７に示すモデルに関して、８時間経過後の事前反応率を下記の拡散方程式に基づいて計算した。ここで、「事前反応率」とは、配管（水流路２０４）内に存在する水への蓄熱材の拡散比率を表す値である。例えば「事前反応率＝１００％」は、配管内の溶液の蓄熱材濃度と配管外の溶液の蓄熱材濃度とが等しくなった状態を意味する。夜間に蓄熱工程を行い、昼間に放熱工程を行なうことを想定し、８時間経過後の事前反応率を計算した。
【００４８】
計算式:∂C/∂t=D(∂2C/∂x2+∂2C/∂y2+∂2C/∂z2）
C:モル濃度（mol/liter）
t:時間（sec）
x,y,z:座標
拡散係数(CaCl2) D=1.11*10-9m2/sec
拡散係数(MgSO4) D=0.849*10-9m2/sec
【００４９】
図７に示すモデルでは、配管２０４に１つの開口部２０３が設けられている。３ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍおよび３０ｍｍの内径を有する４種類の配管について、その長さを変えて中の水の量を変化させたときの事前反応率をそれぞれ計算した。開口部２０３の直径は０．３ｍｍで固定した。図７中に示す初期濃度を有する塩化カルシウム水溶液および硫酸マグネシウム水溶液を計算モデルにおける蓄熱材とした。
【００５０】
計算結果を図８Ａおよび図８Ｂに示す。図８Ａが塩化カルシウムの計算結果、図８Ｂが硫酸マグネシウムの計算結果である。グラフの縦軸は事前反応率（％）を示している。横軸は、配管内の水重量をＷ1とし、開口部の面積（開口面積）をＳ1としたときの（Ｗ1／Ｓ1）（単位：ｋｇ／ｍ2）の値を示している。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、配管が太くなればなるほど事前反応率が小さくなる。８ｍｍ以上の内径を有する配管では、８時間程度の時間では事前反応率が１０％未満であった。
【００５１】
しかし、デッドスペースの増加、蓄熱量の減少といった問題があるため、使用できる配管の太さにも限界がある。また、スケール堆積の問題があるため、配管が細すぎてもいけない。具体的には、３〜８ｍｍの内径を有する配管が水流路２０４として好適である。したがって、３ｍｍの内径を有する配管の計算結果から適切な（Ｗ1／Ｓ1）の範囲を見出すことに一定の妥当性がある。そして、φ３ｍｍの配管の計算結果によれば、（Ｗ1／Ｓ1）＝５００を境界として、事前反応率のカーブの傾きが急激に変化している。したがって、５００≦（Ｗ1／Ｓ1）を満たすように水流路２０４の設計を行なうことにより、事前反応率を１０％未満に抑えることが可能となる。
【００５２】
（Ｗ1／Ｓ1）の上限値に特に制限はないが、以下の観点で上限値の目安を定めることができる。例えば、０．１ｍｍの厚さを有するフィンを熱交換器に用いた場合、容器内における蓄熱材の充填率を９０％以上とするために、フィンピッチを１ｍｍ以上とし、開口部２０３の間隔を１ｍｍ以上とすることが考えられる。一方、配管（水流路２０４）は加工の観点から、１インチ（２５．４ｍｍ）以下の内径を有していることが好ましい。これらの条件に対してφ０．３ｍｍの開口部２０３を考慮すると、概ね（Ｗ1／Ｓ1）≦７０００を満たすように水流路２０４の設計を行なえばよいことになる。
【００５３】
<<蓄熱運転>>
次に、蓄熱運転について図９を用いて説明する。
【００５４】
まず、開閉弁１２０を開いて、真空ポンプ１１９を始動し、蓄熱装置１０１の容器２０２、還流路１２４および凝縮器１１５内を減圧する。所定圧力まで減圧したら、開閉弁１２０を閉じて真空ポンプ１１９を停止する。
【００５５】
次に、給湯回路１２２の主回路１２９を矢印ａの方向に水が循環するように、第１三方弁１１７および第２三方弁１１８をセットし、その後、ヒートポンプ１１６の運転を開始する。主回路１２９を循環する水は、ヒートポンプ１１６の放熱器１１２で加熱される。約８０℃に昇温した湯は、蓄熱装置１０１の熱交換器２０９（正確には伝熱管２０８）に流入し、蓄熱材２１０を加熱する。熱交換器２０９のフィン２０７が水流路２０４および分散板２０６に直接接しているので、水流路２０４および分散板２０６も効率的に加熱され、容器２０２の下部に存在する蓄熱材２１０にも十分に熱が届く。
【００５６】
図１１に示すように、蓄熱工程の開始時において蓄熱材２１０は固体である（Ａ点）。加熱が進み、３０℃（Ｂ点）以上に昇温すると、蓄熱材２１０は液体に変化する。容器２０２、還流路１２４および凝縮器１１５内が減圧されているため、蓄熱材２１０が液体に変化した後、脱水が始まる。凝縮器１１５は、ヒートポンプ１１６を循環する低温の冷媒（例えば０℃）で冷却されている。したがって、蓄熱材２１０から生成した水蒸気は、凝縮器１１５において冷媒と熱交換することによって凝縮する。凝縮熱はヒートポンプ１１６によって回収される。
【００５７】
さらに加熱を進めると、蓄熱材２１０は昇温するとともに濃縮される。溶解度曲線（Ｃ点）より高濃度になると再度固体が析出し、蓄熱材２１０は固液共存溶液となる。蓄熱材２１０の温度が８０℃、重量濃度が６１％（Ｄ点）になったら、蓄熱工程を終了する。
【００５８】
<<放熱運転>>
次に、放熱運転について図１０を用いて説明する。
【００５９】
まず、給湯回路１２２を矢印ｂの方向に水が流れるように、第１三方弁１１７および第２三方弁１１８をセットし、導入回路１２７から蓄熱装置１０１に市水を供給する。
【００６０】
次に、回収タンク１２３から供給路１２５を通じて蓄熱装置１０１に水を供給する。供給路１２５から供給された希釈用の水は、水流路２０４を流れ、開口部２０３から容器２０２内に下向きに噴出する。比重差に基づき、容器２０２内に供給された水は、直ちに上への流れを形成する。例えば、塩化カルシウムの重量濃度が６０〜７５％である蓄熱材２１０の８０℃における比重は約１．５ｋｇ／Ｌであり、容器２０２内に供給された水の比重は約１ｋｇ／Ｌである。
【００６１】
本実施形態では、開口部２０３より上側に分散板２０６が設けられているので、水は分散板２０６に衝突して水平方向に分散する。その後、通孔２０５の各々から等しい量の水が容器２０２の上部の蓄熱材２１０に供給される。蓄熱材２１０が約５０％の重量濃度まで希釈されるとともに、発熱反応が起こって９５℃まで昇温する（図１１のＥ点）。このときの蓄熱材２１０の状態は液相である。
【００６２】
熱交換器２０９の働きにより、伝熱管２０８を流通する市水と蓄熱材２１０とが熱交換する。市水は蓄熱材２１０から熱を奪い、給湯回路１２２を通じてタップ１３０に導かれる。蓄熱材２１０は降温し、３０℃（Ｂ点）以下になると固体に変化する。放熱工程は、蓄熱装置１０１の出口における市水の温度が所定温度（例えば４２℃以下）になるまで継続される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の蓄熱装置は、家庭用の給湯機や暖房装置に好適に利用できる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、各種排熱を貯蔵するシステム等に広く利用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備えた化学蓄熱装置。
【請求項２】
放熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固液共存または液相であり、
蓄熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固相である請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項３】
前記容器内において前記水流路が水平方向に延びており、
前記開口部よりも上側、かつ前記水流路の上端よりも下側に前記分散板が配置されている請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記水流路内の水重量Ｗ1と前記開口部の総面積Ｓ1とが下記式（１）を満足する請求項１に記載の化学蓄熱装置。
５００≦（Ｗ1／Ｓ1）  （単位：ｋｇ／ｍ2）  ・・・（１）
【請求項５】
前記水流路の内径が３〜３０ｍｍである請求項４に記載の化学蓄熱装置。
【請求項６】
前記水流路が複数の前記開口部を有し、
前記複数の通孔から選ばれた一の通孔と、その選ばれた通孔から最も近い位置に存在する前記開口部との間の水平距離が、前記複数の通孔の各々に関して等しい請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項７】
前記分散板には、前記開口部の個数の２倍以上の個数の前記通孔が形成されている請求項６に記載の化学蓄熱装置。
【請求項８】
前記熱交換器が、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通している伝熱管とを有するフィンチューブ熱交換器であり、
前記複数のフィンが前記水流路の長手方向に対して垂直に配置され、
前記水流路の長手方向に平行な方向に関して、前記分散板には、前記複数のフィンのフィンピッチに等しい間隔で前記複数の通孔が形成されている請求項６に記載の化学蓄熱装置。
【請求項９】
前記熱交換器と前記分散板とが直接接している請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１０】
前記分散板が、前記容器の底面と自身の下面との間の隙間に前記水流路からの水が導かれるように位置決めされた下板部と、前記下板部と前記水流路の上端との間に位置している上板部と、前記下板部と前記上板部との間に形成された内部空間とを有し、
前記複数の通孔が、前記水流路から前記容器内に供給された水を前記内部空間に導くために前記下板部に形成された複数の下通孔と、前記内部空間に存在する水を上に導くために前記上板部に形成された複数の上通孔とを含む請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１１】
前記蓄熱材が塩化カルシウム水和物、臭化カルシウム水和物および硫酸マグネシウム水和物から選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載の化学蓄熱装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の蓄熱装置と、水蒸気を凝縮させる凝縮器と、蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から生成する水蒸気を前記凝縮器に導く還流路と、凝縮水を貯めるタンクと、放熱工程において前記タンクの水を前記蓄熱装置に導く供給路とを有する蓄熱回路と、
蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材に熱を与えるための加熱装置と、
放熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から熱を取り出すための熱媒体回路と、
を備えた蓄熱システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009063640.tif 000018
【図２】
2009063640.tif 000019
【図３】
2009063640.tif 000020
【図４】
2009063640.tif 000021
【図５】
2009063640.tif 000022
【図６Ａ】
2009063640.tif 000023
【図６Ｂ】
2009063640.tif 000024
【図７】
2009063640.tif 000025
【図８Ａ】
2009063640.tif 000026
【図８Ｂ】
2009063640.tif 000027
【図９】
2009063640.tif 000028
【図１０】
2009063640.tif 000029
【図１１】
2009063640.tif 000030
【図１２】
2009063640.tif 000031
【図１３】
2009063640.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月6日(2009.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備え、
放熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固液共存または液相であり、
蓄熱工程の開始時における前記蓄熱材の状態が固相である、化学蓄熱装置。
【請求項２】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備え、
前記容器内において前記水流路が水平方向に延びており、
前記開口部よりも上側、かつ前記水流路の上端よりも下側に前記分散板が配置されている、化学蓄熱装置。
【請求項３】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備え、
前記水流路が複数の前記開口部を有し、
前記複数の通孔から選ばれた一の通孔と、その選ばれた通孔から最も近い位置に存在する前記開口部との間の水平距離が、前記複数の通孔の各々に関して等しい、化学蓄熱装置。
【請求項４】
前記分散板には、前記開口部の個数の２倍以上の個数の前記通孔が形成されている請求項３に記載の化学蓄熱装置。
【請求項５】
前記熱交換器が、複数のフィンと、前記複数のフィンを貫通している伝熱管とを有するフィンチューブ熱交換器であり、
前記複数のフィンが前記水流路の長手方向に対して垂直に配置され、
前記水流路の長手方向に平行な方向に関して、前記分散板には、前記複数のフィンのフィンピッチに等しい間隔で前記複数の通孔が形成されている請求項３に記載の化学蓄熱装置。
【請求項６】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備え、
前記熱交換器と前記分散板とが直接接している、化学蓄熱装置。
【請求項７】
水よりも大きい比重を有し、水との反応により発熱する蓄熱材を収容する容器と、
前記容器内に設けられ、蓄熱工程で前記蓄熱材に熱を与え、放熱工程で前記蓄熱材から熱を奪う熱交換器と、
下向きに開口した開口部を有し、前記蓄熱材と反応するべき水を前記容器内に供給するために前記容器内において前記熱交換器よりも下側に設けられた水流路と、
前記容器内において前記熱交換器よりも下側、かつ前記開口部よりも上側に設けられ、前記容器内に供給された水を下から上へと導くための複数の通孔を有する分散板と、
を備え、
前記分散板が、前記容器の底面と自身の下面との間の隙間に前記水流路からの水が導かれるように位置決めされた下板部と、前記下板部と前記水流路の上端との間に位置している上板部と、前記下板部と前記上板部との間に形成された内部空間とを有し、
前記複数の通孔が、前記水流路から前記容器内に供給された水を前記内部空間に導くために前記下板部に形成された複数の下通孔と、前記内部空間に存在する水を上に導くために前記上板部に形成された複数の上通孔とを含む、化学蓄熱装置。
【請求項８】
前記蓄熱材が塩化カルシウム水和物、臭化カルシウム水和物および硫酸マグネシウム水和物から選ばれる少なくとも１つである請求項１〜７のいずれか１項に記載の化学蓄熱装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置と、水蒸気を凝縮させる凝縮器と、蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から生成する水蒸気を前記凝縮器に導く還流路と、凝縮水を貯めるタンクと、放熱工程において前記タンクの水を前記蓄熱装置に導く供給路とを有する蓄熱回路と、
蓄熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材に熱を与えるための加熱装置と、
放熱工程において前記蓄熱装置の前記蓄熱材から熱を取り出すための熱媒体回路と、
を備えた蓄熱システム。
【国際調査報告】
2009063640.tif 000033
2009063640.tif 000034
2009063640.tif 000035
2009063640.tif 000036