(57)【要約】【課題】高効率であり、かつ、蓄熱量の多い蓄熱システムを提供する。【解決手段】  蓄熱材を収容する反応容器２０１と、蓄熱材を加熱する熱交換器２０２と、反応容器２０１の上方に配置され、蓄熱材から脱離した水蒸気を凝縮させる凝縮器２０３とを、蓄熱容器２ｃ内に備え、熱交換器２０２は第１の熱媒経路を含んでおり、第１の熱媒経路は、反応容器２０１の対向する側面Ｓ１、Ｓ２の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第１主経路Ａｈ〜Ｄｈを含み、凝縮器２０３は第２の熱媒経路を含んでおり、第２の熱媒経路は反応容器２０１の対向する側面Ｓ１、Ｓ２の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第２主経路Ａｃ〜Ｄｃを含み、第１主経路Ａｈ〜Ｄｈのうち少なくとも１つの第１主経路を流れる熱媒の流れは、第２主経路Ａｃ〜Ｄｃのうち少なくとも１つの第１主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、
前記蓄熱材を収容する反応容器と、
蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する熱交換器と、
前記反応容器の上方に配置され、前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水蒸気を凝縮させて凝縮水を得る凝縮器と、
前記反応容器、前記熱交換器および前記凝縮器を収容する蓄熱容器と
を備え、
前記熱交換器は、前記反応容器内において、前記蓄熱材を加熱するための熱媒を流通させる第１の熱媒経路を含んでおり、前記第１の熱媒経路は、前記反応容器の対向する側面の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第１主経路を含み、
前記凝縮器は、前記凝縮水を冷却するための熱媒を流通させる第２の熱媒経路を含んでおり、前記第２の熱媒経路は、前記反応容器の前記対向する側面の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第２主経路を含み、
前記複数の第１主経路のうち少なくとも１つの第１主経路を流れる熱媒の流れは、前記複数の第２主経路のうち前記少なくとも１つの第１主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している蓄熱システム。
【請求項２】
各第１主経路を流れる熱媒の流れは、前記複数の第２主経路のうち前記各第１主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記第１の熱媒経路は、前記第１の熱媒経路に熱媒を流入させる熱媒入口と、前記蓄熱材と熱交換した後の熱媒を前記熱媒経路から流出させる熱媒出口とを有し、
前記少なくとも１つの第１主経路は、前記複数の第１主経路のうち前記熱媒入口から流入した熱媒が最初に流れる第１主経路を含む請求項１または２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記第１の熱媒経路は、全体として、前記反応容器の底部から上部に向かって熱媒を流通させるように構成されている請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記第１主経路は、前記反応容器の底面からの高さが異なる位置に設けられた少なくとも２つの第１主経路を含んでおり、
前記少なくとも２つの第１主経路のうち最も低い位置に設けられた最下段主経路を流れる熱媒の流れは、前記最下段主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している請求項１から４のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記反応容器は上方に開放した開口を有し、
前記開口を覆うように配置され、水蒸気を透過させるが、液体の水を透過させない水蒸気透過手段をさらに備える請求項１から５のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項７】
圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ部と、
前記蓄熱材を加熱するための前記熱交換器と、前記放熱器との間で熱媒を循環させる熱媒回路と、
前記冷媒経路において、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられた副熱交換器と、
前記凝縮器と前記副熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒回路と
をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記蓄熱容器内に前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知機構をさらに備え、
前記蓄熱材温度検知機構が検知した温度が上昇するにつれて、前記熱交換器の前記第１の熱媒回路を流通させる熱媒の流量を減少させる請求項１から７のいずれかに記載の蓄熱システムの運転方法。
【請求項９】
前記蓄熱容器内に前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知機構をさらに備え、
前記蓄熱材温度検知機構が検知した温度が上昇するにつれて、
前記ヒートポンプ部の加熱出力を増大させることにより、前記熱交換器の前記第１の熱媒回路を流通させる熱媒の温度を高くする請求項７に記載の蓄熱システムの運転方法。
【請求項１０】
前記蓄熱材は塩化カルシウム水和物である請求項１から７のいずれかに記載の蓄熱システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを蓄える蓄熱技術は、従来から省エネルギー技術として有効である。また、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（以下、「燃料電池コージェネ」）を利用した給湯機器が注目されているが、これらの機器を小型化し、設置性の向上を図るために、高密度蓄熱技術の開発が待望されている。
【０００３】
従来からの蓄熱技術を大別すると、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱に分類される。
これらの中で顕熱蓄熱および潜熱蓄熱によると、実用上熱交換損失等の損失が発生するものの、放熱過程において新たな熱エネルギーを投入する必要がないので、理論的には、蓄熱時に入力した熱量と同等の熱量を必要時に取り出すことができる。
【０００４】
顕熱蓄熱や潜熱蓄熱では、蓄熱性能が蓄熱材料の物性である比熱と相変化熱に依存し、潜熱蓄熱材としての蓄熱可能な熱量は、顕熱と相変化熱との和となる。しかし、蓄熱材料の相変化熱は一般的に低い温度域では高い温度域に比べて小さいため、低い温度域では相対的に蓄熱密度が低くなる。また、潜熱蓄熱では、利用する熱源の温度に応じて相変化温度の範囲が決まり、そのような相変化温度を有する潜熱材料が選択される。例えば、給湯機器における貯湯槽に用いられる潜熱蓄熱材料としては、８０〜１１０℃付近の熱を蓄熱するために、例えば非特許文献１に記載された水和物や無機物を用いることができる。また、特許文献１には、そのような温度域において潜熱蓄熱材料として使用可能な混合物系の相変化物質が提示されている。
【０００５】
一方、化学蓄熱は可逆的な化学反応による反応熱を利用する蓄熱技術である。化学蓄熱には、利用する化学反応により、吸着系、水素吸蔵合金系、有機反応系、無機反応系などがある。従来の化学蓄熱は、上記のいずれの化学反応を利用する場合でも、気液反応もしくは気固反応を利用しており、気体の形態のまま貯蔵すると貯蔵気体の容積が極めて大きいために蓄熱密度がかなり低くなる。このため、蓄熱時に生成する気体を凝縮もしくは金属水素化物のような固体化合物に変換して容積の縮小を図るが、これによって生じる熱（生成熱）を外気に逃がしている。このため、熱を利用する時、すなわち放熱過程では、液体もしくは固体化合物から気体を生じさせて蓄熱時とは逆の反応を起すために、外部から新たな熱エネルギーを投入する必要がある。従って、従来の化学蓄熱システムを用いると、蓄熱できる熱エネルギーは、原理的に、蓄熱過程で蓄熱された熱エネルギーから放熱過程で反応のために必要とされる熱エネルギー（熱損失）を差し引いた値になる。
【０００６】
特許文献２には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムが開示されている。
【０００７】
図１５は、特許文献２に開示された化学蓄熱システムの構成を示す図である。このシステムでは、水和物（蓄熱材）を加熱するためにヒートポンプ７０９を用いている。また、気体の水蒸気の凝縮によって生じる生成熱（凝縮熱）を蓄熱の熱源であるヒートポンプ７０９に回収することが開示されている。しかしながら、このシステムは、蓄熱材の脱水および水和反応を行う反応容器７０１、蓄熱材から脱離した水蒸気を凝縮させる凝縮容器７０３、これらの容器を連結する連通管７０５、および連通管に設けられた接続バルブ７０７などによって構成されるので、大型であり、かつ、その構成が複雑になるという欠点があった。
【０００８】
これに対し、特許文献３は、１つの密閉容器内に、蓄熱材の反応容器と、凝縮器／蒸発器とを一体的に配置することを提案している。
【０００９】
図１６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、特許文献３に開示されたケミカルヒートポンプの上面図および断面図である。このケミカルヒートポンプでは、図１６に示すように、反応容器６０、複数の凝縮部５２および複数の蒸発部５３が１つの蓄熱容器５４に設置されている。
【００１０】
反応容器６０には、熱媒を流通させて蓄熱材を加熱するための経路が設けられている。この経路は、図１６（ａ）からわかるように、反応容器６０の側面の端部に設けられた熱媒入口５６から、反対側の端部に設けられた熱媒出口５７まで、熱媒を蛇行させながら流通させるように構成されている。また、凝縮部５２は、熱媒を流通させる１本の伝熱管を備えている。伝熱管は、熱媒を、反応容器６０の周囲を上部から下部まで回りながら流通させるように構成されている。
【００１１】
蓄熱容器５４内の反応容器６０の上方にはドーム型の滴下防止カバー５５が設けられている。蒸発部５３は、蓄熱容器５４の底面に配置されている。なお、本明細書では、「上方」および「下方」は、それぞれ、水平面に対する上方および下方を指すものとする。
【００１２】
図１６に示すケミカルヒートポンプでは、まず、熱媒入口５６から蓄熱容器５４に流入させた熱媒を反応容器６０内で流通させ、熱媒出口５７から蓄熱容器５４の外部に流出させる。これにより、反応容器６０の蓄熱材を加熱する。加熱によって蓄熱材から脱離した水蒸気は、滴下防止カバー５５の開口部を通過して凝縮部５２に移動し、凝縮される。凝縮された水（凝縮水）は、滴下防止カバー５５によって、蓄熱容器５４の下部に設けられた水貯留部５８に誘導される。
【００１３】
図１６に示す構成によると、反応容器と水蒸気を凝縮させる凝縮容器とを１つの容器（蓄熱容器）５４内に配置するので、反応容器と凝縮容器とを別個に設ける構成（図１５）と比べて、システムの複雑化および大型化を抑制できる。
【００１４】
なお、本明細書では、蓄熱過程および放熱過程を含む熱サイクルにおいて蓄熱できる熱エネルギー（熱量）を「蓄熱量」、蓄熱材料の単位体積（または単位重量）当たりの蓄熱量を「蓄熱密度」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特表２００３−５０７５２４号公報
【特許文献２】特公平７−６７０８号公報
【特許文献３】特開２００８−２３２４６４公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】電気学会雑誌，１９８１年，第１０１巻，１５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献３に記載された蓄熱システム（図１６）によると、蓄熱運転時に、反応容器６０内の蓄熱材に温度分布が発生しやすいという問題があることがわかった。
【００１８】
特許文献３に記載された蓄熱システムでは、蓄熱材を加熱するための熱媒の流れ方向と、凝縮器５２の伝熱管内の熱媒の流れ方向とが直交流である。このため、熱媒入口５６近くの高温の熱媒によって加熱された温度の高い蓄熱材付近に、凝縮器５２のうち温度の低い部分（伝熱管内の熱媒の温度が比較的低い部分）が存在する場合がある。ここで、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓは、蓄熱材の温度に比例し、凝縮器５２の表面の飽和水蒸気圧Pｃは、凝縮器５２の温度に比例する。したがって、飽和水蒸気圧Pｓの高い蓄熱材付近に、飽和水蒸気圧Pｃの低い凝縮器５２の表面が配置されることになり、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓと、その蓄熱材に最も近い水蒸気凝縮器表面の飽和水蒸気圧Pｃとの差ΔＰが不均一になりやすい。
【００１９】
蓄熱材の水蒸発速度は上記の差ΔＰに依存し、ΔＰが大きいほど水蒸発速度が大きくなる。このため、ΔＰが不均一になると、反応容器６０内の蓄熱材の水蒸発速度も不均一になる。この結果、蓄熱時に、反応容器６０内において、蓄熱材の濃縮が十分に進まない領域が生じ、その領域における平均水和数は、他の領域の平均水和数よりも大きくなる。ここで、「平均水和数」とは、ある領域における体積当たりの平均組成の水和数を意味する。蓄熱材が塩化カルシウムの水和物である場合、ある領域における体積当たりの平均組成がＣａＣｌ2／ｎＨ2Ｏ、すなわち（ＣａＣｌ2）（Ｈ2Ｏ）nと表されるとき、ｎを平均水和数という。上記Ｈ2Ｏは塩化カルシウムと水和物を構成していているＨ2Ｏだけでなく液体として存在するＨ2Ｏをも含む。
【００２０】
上記のように平均水和数が反応容器６０内の位置によってばらつくと、蓄熱運転時の効率が低くなるおそれがある。また、設計上の問題で、所定の平均水和数までしか濃縮できない蓄熱材を用いた場合には、反応容器１内の濃縮が十分に進まない領域では、蓄熱材を所定の平均水和数まで濃縮できない。このため、有効利用できる蓄熱量が少なくなり、蓄熱密度が低下するおそれがある。
【００２１】
なお、上述の「所定の平均水和数」とは、例えば水和物の脱水反応を利用した蓄熱方法において、脱水後に再び初期と同じ水和数まで水和するためには、激しく水と攪拌する必要があるような脱水後の蓄熱材の水和物の平均水和数を指す。塩化カルシウム水和物であれば、所定の平均水和数は４以下となる。平均水和数が４未満になると、蓄熱材中に塩化カルシウム２水和物や１水和物が存在する。これらの水和物は、激しく水と攪拌しなければ再水和しにくいので、放熱時に、蓄熱材の再水和によって十分な量の熱を取り出すことが困難となるからである。
【００２２】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、脱水反応によって蓄熱し、かつ、吸水反応（水和反応）によって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱システムにおいて、蓄熱システムを複雑化あるいは大型化することなく、蓄熱密度を確保しつつ、蓄熱運転時の効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の蓄熱システムは、蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、前記蓄熱材を収容する反応容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する熱交換器と、前記反応容器の上方に配置され、前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水蒸気を凝縮させて凝縮水を得る凝縮器と、前記反応容器、前記熱交換器および前記凝縮器を収容する蓄熱容器とを備え、前記熱交換器は、前記反応容器内において、前記蓄熱材を加熱するための熱媒を流通させる第１の熱媒経路を含んでおり、前記第１の熱媒経路は、前記反応容器の対向する側面の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第１主経路を含み、前記凝縮器は、前記凝縮水を冷却するための熱媒を流通させる第２の熱媒経路を含んでおり、前記第２の熱媒経路は、前記反応容器の前記対向する側面の何れか一方から他方に向かって延びる複数の第２主経路を含み、前記複数の第１主経路のうち少なくとも１つの第１主経路を流れる熱媒の流れは、前記複数の第２主経路のうち前記少なくとも１つの第１主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、各第１主経路を流れる熱媒の流れは、前記複数の第２主経路のうち前記各第１主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記第１の熱媒経路は、前記第１の熱媒経路に熱媒を流入させる熱媒入口と、前記蓄熱材と熱交換した後の熱媒を前記熱媒経路から流出させる熱媒出口とを有し、前記少なくとも１つの第１主経路は、前記複数の第１主経路のうち前記熱媒入口から流入した熱媒が最初に流れる第１主経路を含む。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記第１の熱媒経路は、全体として、前記反応容器の底部から上部に向かって熱媒を流通させるように構成されている。
【００２７】
前記第１主経路は、前記反応容器の底面からの高さが異なる位置に設けられた少なくとも２つの第１主経路を含んでおり、前記少なくとも２つの第１主経路のうち最も低い位置に設けられた最下段主経路を流れる熱媒の流れは、前記最下段主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒の流れと対向していてもよい。
【００２８】
前記反応容器は上方に開放した開口を有し、前記開口を覆うように配置され、水蒸気を透過させるが、液体の水を透過させない水蒸気透過手段をさらに備えていてもよい。
【００２９】
圧縮機、放熱器、膨張機構、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ部と、前記蓄熱材を加熱するための前記熱交換器と、前記放熱器との間で熱媒を循環させる熱媒回路と、前記冷媒経路において、前記蒸発器と前記圧縮機との間に設けられた副熱交換器と、前記凝縮器と前記副熱交換器との間で熱媒を循環させる熱媒回路とをさらに備えていてもよい。
【００３０】
本発明の蓄熱システムの運転方法は、上記蓄熱システムの運転方法であって、前記蓄熱容器内に前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知機構をさらに備え、前記蓄熱材温度検知機構が検知した温度が上昇するにつれて、前記熱交換器の前記第１の熱媒回路を流通させる熱媒の流量を減少させる。
【００３１】
本発明の蓄熱システムの他の運転方法は、上記蓄熱システムの運転方法であって、前記蓄熱容器内に前記蓄熱材の温度を検知する蓄熱材温度検知機構をさらに備え、前記蓄熱材温度検知機構が検知した温度が上昇するにつれて、前記ヒートポンプ部の加熱出力を増大させることにより、前記熱交換器の前記第１の熱媒回路を流通させる熱媒の温度を高くする。
【００３２】
前記蓄熱材は塩化カルシウム水和物であってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、蓄熱運転時に、反応容器内の蓄熱材の水蒸発速度を従来よりも均一にできる。この結果、蓄熱材の脱水反応を均一に行うことができるので、蓄熱材を所望の塩濃度まで迅速に脱水させることができ、蓄熱運転時の効率を高めることができる。また、反応容器内の蓄熱材の単位体積当たりの平均水和数を均一にできるので、所定の平均水和数までしか濃縮できない蓄熱材を用いた場合においても、高い蓄熱密度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による実施形態の蓄熱システムの概略図である。
【図２】本発明による実施形態における蓄熱部の模式的な図であり、（ａ）は、蓄熱容器の鉛直方向の模式的な断面図であり、（ｂ）は、熱交換器の水平方向の断面図であり、（ｃ）は、凝縮部の水平方向の断面図である。
【図３】本発明による実施形態における他の蓄熱部の模式的な図であり、（ａ）は、蓄熱容器の鉛直方向の模式的な断面図であり、（ｂ）は、熱交換器の水平方向の断面図であり、（ｃ）は、凝縮部の水平方向の断面図である。
【図４】本発明による実施形態のさらに他の蓄熱部の模式的な図であり、（ａ）および（ｂ）は、複数個の蓄熱容器を含む蓄熱部の模式的な側面図であり、（ｃ）は、熱交換器の水平方向の断面図であり、（ｄ）は、凝縮部の水平方向の断面図である。
【図５】本発明による実施形態のさらに他の蓄熱システムの模式的な図であり、（ａ）および（ｂ）は、複数個の蓄熱容器を含む蓄熱部の模式的な側面図である。
【図６】本発明による実施形態のさらに他の蓄熱部の模式的な図であり、（ａ）および（ｂ）は、複数個の蓄熱容器を含む蓄熱部の模式的な側面図であり、（ｃ）および（ｄ）は、熱交換器の水平方向の断面図であり、（ｅ）および（ｆ）は、凝縮部の水平方向の断面図である。
【図７】本発明による実施形態のさらに他の蓄熱システムの模式的な図であり、（ａ）および（ｂ）は、複数個の蓄熱容器を含む蓄熱部の模式的な側面図である。
【図８】塩化カルシウムと水との相図である。
【図９】蓄熱材として塩化カルシウム水和物を用いた場合の飽和水蒸気圧力差ΔＰと水蒸発速度との関係を示すグラフである。
【図１０】塩化カルシウム水和物の温度と塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Ｐｓとの曲線を示すグラフである。
【図１１】水の温度と飽和水蒸気圧Ｐｃとの関係を示すグラフである。
【図１２】実施例で用いた蓄熱部の模式的な図であり、（ａ）は、蓄熱容器の鉛直方向の模式的な断面図であり、（ｂ）は、熱交換器の水平方向の断面図であり、（ｃ）は、凝縮部の水平方向の断面図である。
【図１３】実施例３において、塩化カルシウム水和物温度に対する、熱交換器に流入させる水の流量の設定値を示すグラフである。
【図１４】実施例４において、塩化カルシウム水和物温度に対する、熱交換器に流入させる水の温度の設定値を示すグラフである。
【図１５】特許文献２の蓄熱システムの構成を説明するための図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、特許文献３に開示されたケミカルヒートポンプの上面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を用いて本発明による実施形態の蓄熱システムの構成および動作を説明する。
【００３６】
本実施形態では、蓄熱材として、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いる。本実施形態で使用する蓄熱材としては、塩化カルシウム、臭化カルシウム、硫酸マグネシウムから選ばれた少なくとも１種の化合物を含む潜熱蓄熱材を用いることができる。例えば塩化カルシウムの水和物、臭化カルシウムの水和物などを用いてもよい。
【００３７】
（ｉ）蓄熱システムの構成
図１は、本実施形態の蓄熱システムの概略図である。
【００３８】
蓄熱システム１０００は、ヒートポンプ部１と、蓄熱部２と、ヒートポンプ部１によって加熱された高温の熱媒を蓄熱部２へ循環させる熱媒循環部３と、蓄熱部２で回収した水蒸気凝縮熱をヒートポンプ部１に搬送するための熱媒循環部４と、市水を蓄熱部２へ供給し、温水を取り出すための熱媒供給部５とを備えている。
【００３９】
ヒートポンプ部１は、圧縮機１０１と、熱交換器１０２と、膨張機構１０３と、蒸発器１０４と、副熱交換器１０５と、それらの間で冷媒１０を循環させる冷媒回路１０６とを有している。
【００４０】
蓄熱部２は、蓄熱材を収容する反応容器２０１と、蓄熱運転時に蓄熱材を加熱するための熱交換器２０２と、蓄熱材を加熱することによって蓄熱材から脱離した水蒸気を凝縮させる凝縮器２０３とを有している。反応容器２０１、熱交換器２０２および凝縮器２０３は、同一の容器（「蓄熱容器」と呼ぶ。）２ｃ内に収容されている。反応容器２０１は上方に開放した開口を有し、開口を覆うように水蒸気透過膜２２０が配置されている。凝縮部２０３は、反応容器２０１の上方に配置されている。また、本実施形態では、蓄熱容器２ｃの底部には、凝縮した水を貯蔵する凝縮水貯蔵部２０５が設けられている。この場合、凝縮した水が凝縮水貯蔵部２０５から反応容器２０１へ逆流することを防止するために、凝縮水貯蔵部２０５と反応容器２０１との間に凝縮水用バルブ２０４を設けることが好ましい。
【００４１】
熱媒循環部３は、熱媒経路３０４と、熱媒搬送ポンプ３０１と、三方弁３０２、３０３とを有している。熱媒経路３０４は、ヒートポンプ部１の熱交換器１０２と、反応容器２０１内の熱交換器２０２との間で熱媒３０を循環させるように構成されている。これにより、蓄熱運転時に、ヒートポンプ部１によって加熱された熱媒３０によって、反応容器２０１内の蓄熱材を加熱できる。
【００４２】
熱媒循環部４は、熱媒搬送ポンプ４０１と、熱媒経路４０２とを有している。熱媒経路４０２は、凝縮器２０３とヒートポンプ部１の副熱交換器１０５との間で熱媒４０を循環させるように構成されている。これにより、凝縮器２０３において、水蒸気の凝縮によって生成される凝縮熱を、副熱交換器１０５を介してヒートポンプ部１に回収できる。
【００４３】
熱媒供給部５は、流量調整弁５０１と、熱媒５０を循環させる熱媒経路５０２とを有している。熱媒５０は、放熱運転時に熱交換器２０２に送られる。
【００４４】
本実施形態では、熱交換器２０２および凝縮器２０３における熱媒経路（配管）は、熱交換器２０２における熱媒３０の流れと、凝縮器２０３における熱媒４０の流れとが対向流となるように構成されている。
【００４５】
（ｉｉ）熱交換器および凝縮器における熱媒経路および熱媒の流通方向
以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、熱交換器２０２および凝縮器２０３における熱媒経路（配管）の構成を具体的に説明する。図２（ａ）は、蓄熱部２の鉛直方向の模式的な断面図、図２（ｂ）は、熱交換器２０２の水平方向の断面図であり、図２（ｃ）は、凝縮部２０３の水平方向の断面図である。
【００４６】
反応容器２０１の高さ方向をｚ、反応容器２０１の底面に平行な面において、互いに直交する方向をｘ、ｙとする。ここでは、反応容器２０１の断面を長方形とし、その長辺および短辺に平行な方向をｘ、ｙとしているが、反応容器２０１の断面形状や方向ｘ、ｙは図示する例に限定されない。
【００４７】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、熱交換器２０２は、蛇行しながらｘ方向に延びる熱媒経路（配管）を有している。この熱媒経路は、反応容器２０１における互いに対向する側面Ｓ１、Ｓ２の何れか一方から他方に向かって延びる複数の主経路Ａｈ、Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈを含んでいる。図示する例では、熱媒経路は、直線状の４つの主経路Ａｈ、Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈと、隣接する主経路を接続するＵターン部とを含んでおり、主経路Ａｈ、Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈは互いに平行である。本明細書では、熱交換器２０２における熱媒経路を「第１の熱媒経路」、第１の熱媒経路に含まれる主経路を「第１主経路」と呼ぶことがある。
【００４８】
第１の熱媒経路は、第１の熱媒経路に熱媒３０、５０を流入させる熱媒入口６０１と、蓄熱材と熱交換した後の熱媒３０、５０を第１の熱媒経路から流出させる熱媒出口６０３とを有している。
【００４９】
熱媒入口６０１から第１の熱媒経路に流入した熱媒３０、５０は、まず、主経路Ａｈ内を−ｙ方向に流れた後、Ｕターンして、配管Ｂｈ内を−ｙ方向と反対の方向（ｙ方向）に流れる。次いで、配管Ｃｈ内を−ｙ方向に、配管Ｄｈ内を方向ｙ方向に流れる。このように、熱媒３０は、Ｕターンを繰り返しながら、ｙ方向およびその反対方向（−ｙ方向）に沿って交互に流れて、熱媒出口６０３から流出する。
【００５０】
一方、図２（ｃ）に示すように、凝縮器２０３は、蛇行しながらｘ方向に延びる熱媒経路（配管）を有している。この熱媒経路は、反応容器２０１における互いに対向する側面Ｓ１、Ｓ２の何れか一方から他方に向かって延びる複数の主経路Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ｄｃを含んでいる。図示する例では、熱媒経路は、直線状の４つの主経路Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ｄｃと、隣接する主経路を接続するＵターン部とを含んでおり、主経路Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ｄｃは互いに平行である。また、蓄熱部２の上方から見て、これらの主経路Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ｄｃは、それぞれ、熱交換器２０２の主経路Ａｈ、Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈと略重なるように配置されている。本明細書では、凝縮器２０３における熱媒経路を「第２の熱媒経路」、第２の熱媒経路に含まれる主経路を「第２主経路」と呼ぶことがある。
【００５１】
第２の熱媒経路は、第２の熱媒経路に熱媒４０を流入させる熱媒入口６０５と、第２の熱媒経路から流出させる熱媒出口６０７とを有している。
【００５２】
熱媒入口６０５から第２の熱媒経路に流入した熱媒４０は、まず、主経路Ａｃ内をｙ方向に流れた後、Ｕターンして、配管Ｂｃ内をｙ方向と反対の方向（−ｙ方向）に流れる。次いで、配管Ｃｃ内をｙ方向に、配管Dｃ内を方向―ｙ方向に流れる。このように、熱媒４０は、Ｕターンを繰り返しながら、ｙ方向およびその反対方向（−ｙ方向）に沿って交互に流れて、熱媒出口６０７から流出する。
【００５３】
このように、本実施形態では、蓄熱運転時において、熱交換器２０２の各主経路Ａｈ〜Ｄｈ内の熱媒３０の流れと、その主経路に最も近接する凝縮器２０３の主経路Ａｃ〜Ｄｃ内の熱媒４０の流れとが対向している。例えば主経路Ａｈを流れる熱媒３０の流れと、主経路Ａｈの鉛直上方に位置し、主経路Ａｈに最も近い主経路Ａｃを流れる熱媒４０の流れとは対向している。なお、熱媒５０は放熱運転時に熱交換器２０２を流通するので、蓄熱運転時に凝縮部２０３を流通する熱媒４０と対向しない。
【００５４】
本実施形態の蓄熱システムによると、熱交換器２０２内の各主経路内の熱媒３０の流れと、その主経路に最も近接する熱媒４０の流れとを対向させるので、より高い温度の熱媒３０によって加熱された蓄熱材の近傍に、凝縮器２０３の表面のうち温度のより高くなる部分が存在する。すなわち、蓄熱材の飽和水蒸気圧（蓄熱材飽和水蒸気圧）Ｐｓの高い蓄熱材の近傍に位置する凝縮器２０３の表面では、飽和水蒸気圧Ｐｃが高くなる。同様に、蓄熱材飽和水蒸気圧Ｐｓの低い蓄熱材の近傍に位置する凝縮器２０３の表面では、飽和水蒸気圧Ｐｃが低くなる。このため、蓄熱材飽和水蒸気圧Ｐｓとその蓄熱材に最も近い凝縮器２０３の表面の飽和水蒸気圧Ｐｃとの差ΔＰが均一になりやすい。前述したように、蓄熱材の脱水反応の速度（「水蒸発速度」ともいう。）は、蓄熱材の飽和水蒸気圧Ｐｓと、その蓄熱材に最も近接する凝縮器２０３の表面の水の飽和水蒸気圧Ｐｃの差ΔＰに比例する。したがって、反応容器２０１内の蓄熱材のΔＰがより均一になれば、反応容器２０１内の蓄熱材の水蒸発速度がより均一になるので、蓄熱材の単位体積当たりの平均水和数もより均一になる。よって、設計上の問題で、所定の平均水和数までしか濃縮できない蓄熱材を用いた場合でも、反応容器２０１内の蓄熱材を、その位置にかかわらず、所定の水和数まで濃縮できるので、蓄熱システムの装置構成を複雑、大型化することなく、蓄熱密度の大きな蓄熱システムを提供することができる。
【００５５】
なお、少なくとも１つの第１主経路内の熱媒３０の流れが、その第１主経路に最も近接する第２主経路内の熱媒４０の流れと対向していれば、本願発明の上記効果が得られる。ただし、図２に示す例のように、全ての第１主経路内の熱媒３０の流れが、それぞれ、最も近接する第２主経路内の熱媒４０の流れと対向していることが好ましい。これにより、反応容器２０１内の蓄熱材の水蒸発速度をより効果的に均一にできる。
【００５６】
また、図２に示す構成では、第１および第２の熱媒経路のうち主経路以外の部分（例えばＵターン部）を流れる熱媒３０、４０の流れは対向流ではないが、主経路以外の部分を流れる熱媒３０、４０の流れも対向流であってもよい。これにより、蓄熱材の水蒸発速度をさらに効果的に均一にできる。
【００５７】
図３（ａ）は、本実施形態における他の蓄熱容器２ｃ’の鉛直方向の断面図であり、図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、他の蓄熱容器２ｃ’における熱交換器２０２および凝縮器２０３の水平方向の断面図である。簡単のため、図２と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図３に示す蓄熱容器２ｃ’では、蓄熱容器２ｃ’の上方から見て、熱媒３０の経路（第１の熱媒経路）と熱媒４０の経路（第２の熱媒経路）とが略同一の形状を有し、重なり合っている。また、第１の熱媒経路の熱媒入口６０１の鉛直上方に、第２の熱媒経路の熱媒出口６０７が位置し、第１の熱媒経路の熱媒出口６０３の鉛直上方に第２の熱媒経路の熱媒入口６０５が位置している。このため、熱媒３０の流れおよび熱媒４０の流れは、これらの熱媒経路全体に亘って対向流となる。
【００５９】
この構成によると、熱媒入口６０１近傍の最も高温となる蓄熱材と、凝縮器２０３の表面のうち熱媒出口６０７近傍の最も高温となる部分とが近接し、熱媒出口６０３近傍の最も低温となる蓄熱材と、凝縮器２０３の表面のうち熱媒入口６０５近傍の最も低温となる部分とが近接する。このため、反応容器２０１内の蓄熱材全体のΔＰをより効果的に均一にできるので、蓄熱運転の効率をさらに高めることが可能になる。
【００６０】
本実施形態における第１および第２の熱媒経路の構成は、図２および図３に示す構成に限定されない。熱媒経路の平面形状、熱媒入口や熱媒出口の位置、主経路の数などは適宜選択され得る。各熱媒経路には、複数個の熱媒入口や熱媒出口が設けられていてもよい。また、各熱媒経路における主経路は、側面Ｓ１、Ｓ２の一方から他方に向かって延びていればよく、例えば曲線状であってもよいし、屈曲部を有していてもよい。各熱媒経路における複数の主経路は互いに平行でなくてもよい。さらに、本実施形態では、各熱媒経路は、蛇行しながら一方向に延びる形状を有しているが、螺旋状などの他の形状を有していてもよい。
【００６１】
熱交換器２０２の第１の熱媒経路は、全体として、反応容器の底部から上部に向かって熱媒を流通させるように構成されていてもよい。これにより、底部の蓄熱材をより高温の熱媒で加熱できるので、鉛直方向における蓄熱材の温度分布を低減できる。例えば、後述する実施形態のように、第１の熱媒経路は、反応容器２０１内において、熱媒３０を水平方向に流通させた後、その上方をさらに流通させるように構成されていてもよい。その場合には、熱媒入口６０１から流入した最も高温の熱媒３０が最初に通過する第１主経路内の熱媒３０の流れと、その主経路に最も近接する熱媒４０の流れとが対向流であればよい。または、第１主経路のうち最も低い位置に設けられた主経路（最下段主経路）を流れる熱媒３０の流れが、最下段主経路に最も近接する第２主経路を流れる熱媒４０の流れと対向していればよい。これにより、ΔＰの分布を低減でき、蓄熱材の水蒸発速度をより均一にできる効果が得られる。
【００６２】
（ｉｉｉ）蓄熱システム１０００の動作
・蓄熱運転時
次に、再び図１および図２を参照しながら、蓄熱システムの動作を簡単に説明する。
【００６３】
蓄熱運転時には、ヒートポンプ部１を運転し、熱交換器１０２において熱媒３０を加熱する。加熱された熱媒３０は、三方弁３０２を通り、反応容器２０１内に設置された熱交換器２０２で蓄熱材に放熱した後、三方弁３０３、熱媒搬送ポンプ３０１を通過し、再び熱交換器１０２に流入して、ヒートポンプ部１により加熱される。これにより、蓄熱材から水が蒸発する（脱水反応）。蒸発した水（水蒸気）は、水蒸気透過膜２２０を通過し、凝縮器２０３で凝縮熱を熱媒４０に放熱して、凝縮水となる。この凝縮水は、凝縮水バルブ２０４を通って、凝縮水貯蔵部２０５に貯蔵される。
【００６４】
一方、凝縮器２０３を通過した熱媒４０は、熱媒搬送ポンプ４０１により搬送され、ヒートポンプ部１の副熱交換器１０５において、圧縮機に吸入される前の低温冷媒に放熱する。この後、温度が下がった状態で再び蓄熱部２の凝縮器２０３に流入する。
【００６５】
蓄熱材が加熱されて水の蒸発が進むにつれて蓄熱材の水和数は減少し、所定量の水和数に到達した時点または所定時間が経過した時点で、熱媒搬送ポンプ３０１およびヒートポンプ部１の運転を停止し、蓄熱運転を終了する。同時に、凝縮水バルブ２０４を閉じる。
【００６６】
本実施形態によると、蓄熱運転時の蓄熱材の水蒸発速度を従来よりも均一にできる。以下、その理由を説明する。
【００６７】
前述したように、蓄熱材飽和水蒸気圧Ｐｓは蓄熱材の温度が高いほど高くなり、飽和水蒸気圧Ｐｃは凝縮器２０３の表面温度が高いほど高くなる。
【００６８】
熱媒３０は、熱交換器２０２において、蓄熱材に放熱するため、その温度は徐々に低下する。すなわち、熱媒３０の温度は、熱媒入口６０１から熱媒出口６０３に向かうにつれて低くなる。このため、蓄熱材の温度も、熱媒３０の温度に応じた分布を有する。また、凝縮器２０３に流入した熱媒４０は、凝縮水から凝縮熱を受け取るため、その温度は徐々に上昇する。このため、凝縮器２０３の熱媒入口６０５から熱媒出口６０７に向かうにつれて、凝縮器２０３の表面温度は高くなる。
【００６９】
本実施形態では、図２を参照しながら前述したように、熱交換器２０２の主経路Ａｈ内の熱媒３０の流れと、凝縮器２０３の主経路Ａｃ〜Ｄｃのうち主経路Ａｈに最も近い主経路Ａｃ内の熱媒４０の流れとは対向流になっている。したがって、熱交換器２０２の主経路Ａｈの近傍に位置する蓄熱材の温度と、凝縮器２０３の主経路Ａｃの表面温度とは、何れも、反応容器２０１の側面Ｓ１から側面Ｓ２に向かうにつれて徐々に高くなる。同様に、主経路Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈ内の熱媒３０の流れは、それぞれ、主経路Ｂｃ，Ｃｃ、Ｄｃ内の熱媒４０の流れと対向流になっており、主経路Ｂｈ〜Ｄｈ上に位置する蓄熱材の温度は、それぞれ、凝縮器２０３の主経路Ｂｃ〜Ｄｃの表面温度と同様の温度勾配を有する。
【００７０】
このため、蓄熱材飽和水蒸気圧Ｐｓと凝縮器２０３の表面の水の飽和水蒸気圧Ｐｃの差ΔＰは、蓄熱材の位置にかかわらず、より均一になる。この結果、蓄熱材からの水蒸発速度もより均一となり、蓄熱材の平均水和数を所定の値まで効率よく濃縮することができる。したがって、蓄熱運転時の効率を高めることができる。このように、本実施形態によると、熱媒３０の流れと熱媒４０の流れとを対向流とすることによって、蓄熱システムを大型化あるいは複雑化することなく、効率や蓄熱量を高めることができる。
【００７１】
・放熱運転時
一方、放熱運転時には、まず、凝縮水貯蔵部２０５に保持されていた水を、反応容器２０１内の蓄熱材に混合する。蓄熱材と水との混合は、蓄熱材上方から水を散布することによって行ってもよいし、反応容器２０１内に水供給配管を設置して、そこから水を注入することによって行ってもよい。
【００７２】
次に、熱媒５０が熱媒体流路５を流れるように、三方弁３０２および３０３の流れ方向を切り替えて、熱媒５０を熱交換器２０２内に通過させる。熱交換器２０２において、蓄熱材からの放熱によって熱媒５０を加熱する。加熱された熱媒５０は三方弁３０３を通過して熱需要に供給される。このとき、必要に応じて、流量調整弁５０１を通過した熱媒５０と混合されて、暖房温度などの所定温度に調整された後に熱需要に供給されてもよい。熱媒５０は、ポンプなどの搬送手段を用いて搬送されてもよいし、供給側圧力によって搬送されてもよい。
【００７３】
なお、本実施形態では、凝縮水貯蔵部２０５に保持した水を蓄熱材に混合してから、熱交換器２０２内に熱媒５０を通過させたが、先に熱交換器２０２内に熱媒５０を通過させてから、凝縮水貯蔵部２０５に保持した水を蓄熱材に混合してもよい。
【００７４】
（ｉｖ）蓄熱システムの他の構成
図１に示す蓄熱システム１０００は、蓄熱容器２ｃ（または図３に示す蓄熱容器２ｃ’）を１個のみ備えているが、本実施形態の蓄熱システムは、複数の蓄熱容器を備えていてもよい。複数の蓄熱容器は、鉛直方向に積層されていてもよいし、水平方向に配列されていてもよい。
【００７５】
複数の蓄熱容器を用いる場合には、各蓄熱容器は、図３に示す構成よりも、図２に示す構成を有することが好ましい。以下、図面を参照しながら、その理由を説明する。以下の図面でも、図１〜図３と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図４（ａ）および（ｂ）は、図３に示す蓄熱容器２ｃ’が鉛直方向にｎ個積層された構造を説明するための模式的な側面図であり、ｎ個の蓄熱容器２ｃ’(1)〜２ｃ’(n)のうち３個の蓄熱容器２ｃ’(N-1)、２ｃ’(N)、２ｃ’(N+1)のみを示している。図４（ａ）は蓄熱容器２ｃ’の側面Ｓ１１、図４（ｂ）は、側面Ｓ１１に対向する側面Ｓ２２を示している。ここでは、側面Ｓ１１、Ｓ２２は、それぞれ、反応容器の側面Ｓ１、Ｓ２と同じ側の側面である。図４では、図４（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、熱交換器２０２および凝縮部２０３の水平方向の断面図である。
【００７７】
各蓄熱容器の熱交換器２０２は、最も下にある蓄熱容器２ｃ’(1)から最も上にある蓄熱容器２ｃ’(n)まで熱媒３０を順に流通させるように、直列に接続されている。また、各蓄熱容器の凝縮器２０３は、最も上にある蓄熱容器２ｃ’(n)から最も下にある蓄熱容器２ｃ’(1)まで熱媒４０を順に流通させるように、直列に接続されている。なお、蓄熱容器２ｃ’の個数ｎは適宜選択される。
【００７８】
図４からわかるように、蓄熱容器２ｃ’を鉛直方向に重ねようとすると、各蓄熱容器２ｃ’に設けられる熱媒入口および熱媒出口は全て同じ側面Ｓ１１に配置される。各蓄熱容器（例えば蓄熱容器２ｃ’(N)）の熱交換器２０２の熱媒出口６０３は、配管６１１によって、その上の蓄熱容器（蓄熱容器２ｃ’(N+1)）の熱交換器２０２の熱媒入口６０１に接続されている。同様に、各蓄熱容器（例えば蓄熱容器２ｃ’(N)）の凝縮器２０３の熱媒出口６０７は、配管６１２によって、その下の蓄熱容器（蓄熱容器２ｃ’(N-1)）の凝縮器２０３の熱媒入口６０５に接続される。このとき、配管６１１、６１２は全て、各蓄熱容器２ｃ’の同じ側面Ｓ１１に集中する。したがって、配管６１１、６１２による接続が困難になるおそれがある。
【００７９】
一方、図５（ａ）および（ｂ）は、ｎ個の蓄熱容器２ｃ’が水平方向に配列された構造を示す模式的な側面図であり、ｎ個の蓄熱容器２ｃ’(1)〜２ｃ’(n)のうち２個の蓄熱容器２ｃ’(N)、２ｃ’(N+1)のみを示している。図５（ａ）は蓄熱容器２ｃ’の側面Ｓ１１、図５（ｂ）は、側面Ｓ１１に対向する側面Ｓ２２を示している。図５（ａ）および（ｂ）の熱交換器２０２のＩａ−Ｉａ’線、Ｉｂ−Ｉｂ’線に沿った断面図は、図４（ｃ）に示す断面図と同様である。また、凝縮器２０３のＩＩａ−ＩＩａ’線、ＩＩｂ−ＩＩｂ’線に沿った断面図は、図４（ｄ）に示す断面図と同様である。
【００８０】
各蓄熱容器の熱交換器２０２は、蓄熱容器２ｃ’(1)から蓄熱容器２ｃ’(n)まで熱媒３０を順に流通させるように、直列に接続されている。また、各蓄熱容器の凝縮器２０３は、蓄熱容器２ｃ’(n)から蓄熱容器２ｃ’(1)まで熱媒４０を順に流通させるように、直列に接続されている。なお、蓄熱容器２ｃ’の個数ｎは適宜選択される。
【００８１】
図５に示す構造でも、図４に示す構造と同様に、各蓄熱容器２ｃ’に設けられる熱媒入口および熱媒出口は全て同じ側面に配置される。また、蓄熱容器２ｃ’(N)の熱交換器２０２の熱媒出口は、配管６１１によって、隣接する蓄熱容器２ｃ’(N+1)の熱交換器２０２の熱媒入口に接続されている。蓄熱容器２ｃ’(N+1)の凝縮器２０３の熱媒出口は、配管６１２によって、蓄熱容器２ｃ’(N)の凝縮器２０３の熱媒入口に接続されている。このとき、配管６１１、６１２は、各蓄熱容器２ｃ’の同じ側の側面Ｓ１１に集中するので、配管６１１、６１２による接続が困難になるおそれがある。
【００８２】
これに対し、図２に示す蓄熱容器２ｃを用いると、接続のための配管６１１、６１２を、蓄熱容器２ｃの対向する２つの側面Ｓ１１、Ｓ２２に分散して配置させることができるので、より容易に配線接続を行うことができる。
【００８３】
図６（ａ）および（ｂ）は、蓄熱容器２ｃが鉛直方向に積層された構造を示す模式的な側面図であり、図６（ａ）は蓄熱容器２ｃの側面Ｓ１１、図６（ｂ）は、側面Ｓ１１に対向する側面Ｓ２２を示している。図６（ｃ）は、熱交換器２０２のＩａ−Ｉａ’線およびＩｃ−Ｉｃ’線に沿った断面図、図６（ｄ）は、熱交換器２０２のＩｂ−Ｉｂ’線に沿った断面図である。図６（ｅ）は、凝縮部２０３のＩＩａ−ＩＩａ’線およびＩＩｃ−ＩＩｃ’線に沿った断面図、図６（ｆ）は、凝縮器２０３のＩＩｂ−ＩＩｂ’線に沿った断面図である。簡単のため、図４と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図６に示す構成では、各蓄熱容器（例えば蓄熱容器２ｃ(N)）の熱交換器２０２の熱媒出口と、その上の蓄熱容器（蓄熱容器２ｃ(N+1)）の熱交換器２０２の熱媒入口とを接続する配管６１１は、これらの蓄熱容器の側面Ｓ１１に設けられる。また、各蓄熱容器（例えば蓄熱容器２ｃ(N)）の凝縮器２０３の熱媒出口と、その下の蓄熱容器（蓄熱容器２ｃ(N-1)）の熱媒入口とを接続する配管６１２は、配管６１１が設けられた側面Ｓ１１に対向する側面Ｓ２２に設けられる。このように、接続のための配管６１１、６１２がそれぞれ異なる側面に形成されるので、図４に示す構成よりも、配管６１１、６１２による接続を容易に行うことができる。
【００８５】
また、図７（ａ）および（ｂ）は、蓄熱容器２ｃが水平方向に配列された構造を示す模式的な側面図であり、図７（ａ）は蓄熱容器２ｃの側面Ｓ１１、図７（ｂ）は、側面Ｓ１１に対向する側面Ｓ２２を示している。図７（ａ）および（ｂ）の熱交換器２０２のＩａ−Ｉａ’線、Ｉｂ−Ｉｂ’線に沿った断面図は、図６（ｃ）に示す断面図と同様である。また、凝縮器２０３のＩＩａ−ＩＩａ’線、ＩＩｂ−ＩＩｂ’線に沿った断面図は、図６（ｅ）に示す断面図と同様である。
【００８６】
図７に示す構成では、各蓄熱容器２ｃ(N)の熱交換器２０２の熱媒出口と蓄熱容器２ｃ(N+1)の熱交換器２０２の熱媒入口とを接続する配管６１１は、各蓄熱容器の側面Ｓ１１に設けられている。また、蓄熱容器２ｃ(N+1)の凝縮器２０３の熱媒出口と蓄熱容器２ｃ(N)の凝縮器２０３の熱媒入口とを接続する配管６１２は、配管６１１が設けられた側面Ｓ１１とは反対側の側面Ｓ２２に設けられる。従って、配管６１１、６１２を異なる側面に分散して形成できるので、図５に示す構成よりも容易に配管６１１、６１２による接続を行うことができる。
【００８７】
このように、複数の蓄熱容器を備えた蓄熱システムを構成する場合には、図２に示す蓄熱容器２ｃを用いると、設置性に優れ、かつ、高効率な蓄熱システムを実現できるので好ましい。一方、図３に示す蓄熱容器２ｃを用いると、熱媒３０、４０を対向して流通させることによる効果が顕著となり、蓄熱運転時の効率をさらに高めることが可能になる。従って、蓄熱容器を１個のみ備えた蓄熱システムを構成する場合には、蓄熱容器２ｃを用いることが好ましい。
【００８８】
本実施形態の蓄熱システム１０００の構成および動作は、上述した構成および動作に限定されない。例えば、本実施形態では、蓄熱材を加熱するための熱源としてヒートポンプを利用しているが、他の熱源を利用してもよい。また、蓄熱材から脱離した水の凝縮熱をヒートポンプ以外の回路や機器に回収することもできる。そのような場合でも、蓄熱材を加熱するための熱媒の流れと、蓄熱材から脱離した水（水蒸気）を冷却するための熱媒の流れとが対向流であれば、本願発明の効果を得ることができる。
【００８９】
本実施形態における反応容器２０１における開口の位置や形状も特に限定されない。本実施形態では、反応容器２０１の上面全体が開口されているが、反応容器２０１は、水蒸気を凝縮器２０３に移動させるために、上方に開放された開口を有していればよく、例えば上面の一部のみが開口されていてもよい。また、上方に開放された開口に加えて、側方に開放された開口をさらに有していてもよい。ただし、反応容器２０１は、その上面の略全体が開口していることが好ましい。これにより、蓄熱材から脱離した水蒸気を、より確実に、凝縮器２０３の表面のうち最も近接する部分で凝縮させることができるので、ΔＰを均一にすることによる効果をより確実に得ることができる。
【００９０】
本実施形態における反応容器２０１の開口は、水蒸気透過膜２２０などの水蒸気透過機構によって覆われていることが好ましい。水蒸気透過機構は、水蒸気を透過させるが、液体の水を透過させない構造体であればよく、例えば気液分離膜を用いて構成されていてもよい。気液分離膜は、気体を通過させるが液体を通過させない膜であり、例えば中空糸や活性炭やポリテトラフルオロエチレン、または撥水性処理を施したポリビニリデンフオライド、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを含む膜である。好ましくは、水滴を通さずに水蒸気のみを微細孔を介して通す透湿膜が用いられる。これにより、蓄熱材から脱離して反応容器２０１の外部で凝縮された水が、上記開口を経て反応容器２０１に戻り、蓄熱材と再水和することを防止できる。このため、より大きな開口を設けることが可能となり、水蒸気の流動抵抗を大幅に低下させることができる。さらに、蓄熱材を加熱する際に、蓄熱材から脱離した水蒸気の流動抵抗を増大させることなく、蓄熱材が減圧沸騰により反応容器２０１の外部まで飛散することを防止できる。
【００９１】
なお、減圧沸騰により飛散した蓄熱材や凝縮した凝縮水が透湿膜に付着した状態で蓄熱運転を続けると、水蒸気は透湿膜を通過しにくくなるので、水蒸気の流動抵抗が大きくなる。このため、透湿膜は撥水性を有することが好ましい。さらに、透湿膜には、蓄放熱運転による反応容器２０１内の圧力変化に耐えうる強度が求められる。本発明者は、このような要求性能から検討した結果、本実施形態における水蒸気透過機構に用いる透湿膜として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を含んだ撥水透湿膜が適用可能であることを見出した。
【００９２】
（実施例１）
本実施形態の蓄熱システムの実施例１を説明する。実施例１の蓄熱システムは、図１および図２を参照しながら前述した構成と同様の構成を有している。
【００９３】
実施例１では、ヒートポンプ部１の冷媒１０として二酸化炭素、熱媒３０、４０、５０として水を用いた。ヒートポンプ部１の膨張機構１０３として膨張弁を用いた。また、蓄熱材２１０として、塩化カルシウム水和物を用いた。塩化カルシウム水和物の平均水和数を、蓄熱完了時に４（塩化カルシウム４水和物）、放熱完了時に６（塩化カルシウム６水和物）となるように設定した。その他の構成については、前述の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００９４】
なお、ヒートポンプ部１の冷媒１０は二酸化炭素に限らず、例えばＲ４１０Ａやプロパンなどの冷媒であってもよい。熱媒３０、４０、５０も水に限定されず、例えば不凍液やオイルであってもよい。また、熱交換器１０２を通過した冷媒の圧力、温度を低下させるための膨張機構１０３は膨張弁に限定されず、冷媒動力を回収可能な膨張機であってもよい。さらに、蓄熱材２１０は塩化カルシウム水和物に限定されず、例えば、臭化カルシウム水和物や、硫酸マグネシウム水和物などの水和物を用いてもよい。
【００９５】
＜実施例１の蓄熱システムの動作＞
・蓄熱運転時
次に、実施例１における蓄熱システムの動作を説明する。
【００９６】
本実施例では、蓄熱運転時の熱交換器２０２の熱媒（水）３０の入口温度Ｔ１を８０℃、および凝縮器２０３の熱媒（水）４０の入口温度Ｔ２を１０℃とした。また、凝縮水貯蔵部２０５内に水位センサを設置し、予め設定した水蒸発量に相当する水が凝縮水貯蔵部２０５に貯蔵されたことを検知した時点で、蓄熱運転を終了するように制御した。本実施例では、「予め設定した水蒸発量」は、蓄熱完了時の塩化カルシウム水和物の平均水和数が４、放熱完了時に塩化カルシウム水和物の平均水和数が６となる水蒸発量とした。
【００９７】
蓄熱運転時には、ヒートポンプ部１を運転し、熱交換器１０２において水３０を８０℃に加熱する。加熱された水３０は熱交換器２０２に流入して、反応容器２０１内の塩化カルシウム６水和物を加熱する。このため、水３０の温度は８０℃から徐々に低下する。この結果、塩化カルシウム６水和物には、熱交換器２０２の熱媒入口６０１の近傍で高く、熱媒出口６０３に向かう経路に沿って徐々に低くなるような温度分布が発生する。
【００９８】
塩化カルシウム６水和物は、加熱によって脱水反応を生じ、４水和物へ減少する。図８は、塩化カルシウムと水の相図である。図８において、曲線（Ｇ）で示すように、例えば温度１０℃の蓄熱材が加熱されると、蓄熱材の温度の上昇とともに、蓄熱材から水が蒸発して濃縮される（図８の点ｇ１→点ｇ２）。これによって、蓄熱材の平均水和数は６から４に減少する。蓄熱材から蒸発した水（水蒸気）は、水蒸気透過膜２２０を通過して、凝縮器２０３の表面のうち蓄熱材の位置から最も近い部分で主に凝縮される。液化した水は、凝縮水用バルブ２０４を通り、凝縮水貯蔵部２０５にて貯蔵される。
【００９９】
一方、凝縮器２０３に流入した水４０の温度は、熱媒入口６０５の近傍（１０℃）から熱媒出口６０７に向かって徐々に上昇する。このため、凝縮器２０３の表面には、熱媒入口６０５の近傍で低く、熱媒出口６０７に向かうにつれて高くなるような温度分布が発生する。
【０１００】
ここで、塩化カルシウム水和物からの水蒸発速度を説明する。図９に示すように、反応容器２０１内のある位置に収容されている塩化カルシウム水和物からの水蒸発速度は、塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓと、凝縮器２０３の表面のうち塩化カルシウム水和物の位置に最も近い部分における水の飽和水蒸気圧Pｃの差ΔＰに比例する。
【０１０１】
塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓは、図１０に示すように、本実施例の蓄熱システムの動作範囲においては、塩化カルシウム水和物の温度が高くなるほど大きくなる。したがって、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓは、塩化カルシウム水和物の温度分布に応じて、熱交換器２０２の熱媒入口６０１の近傍で大きく、熱媒出口６０３の近傍に向かうにつれて小さくなる。
【０１０２】
また、凝縮器２０３の表面における水の飽和水蒸気圧Pｃは、図１１に示すように、水の温度が高くなるほど大きくなる。すなわち、水の飽和水蒸気圧Pｃは、凝縮器２０３の表面温度が高くなるほど大きくなる。したがって、凝縮器２０３の表面の水の飽和水蒸気圧Pｃは、凝縮器２０３の表面温度の分布に応じて、凝縮器２０３の熱媒入口６０５で小さく、熱媒出口６０７に向かうにつれて大きくなる。
【０１０３】
本実施例では、熱交換器２０２の主経路Ａｈ内の水３０の流れと、凝縮器２０３の主経路Ａｃ内の水４０の流れとは対向している。このため、主経路Ａｈの近傍に位置する塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓと、最も近い凝縮器２０３の表面（ここでは、塩化カルシウム水和物の略真上に位置する表面）の水の飽和水蒸気圧Pｃとの差ΔＰは、水３０の流れと水４０の流れとを対向流にしない場合（直交流、並行流など）よりも均一になる。同様に、主経路Ｂｈ〜Ｄｈの近傍に位置する塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓと、最も近い凝縮器２０３の表面の水の飽和水蒸気圧Pｃとの差ΔＰも、それぞれ、より均一になる。したがって、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の単位体積当りの平均水和数をより均一にできるので、蓄熱量を確保でき、また、蓄熱運転時の効率を高めることができる。
【０１０４】
これに対し、例えば図１６に示す従来の構成のように、熱交換器内の熱媒の流れと、凝縮器内の熱媒の流れとが直交流であったり、あるいは、並行流であれば、蓄熱材の位置によって上記ΔＰが大きく変化し、不均一になる。図１０、図１１からわかるように、塩化カルシウム水和物および水の飽和水蒸気圧Pｓ、Pｃは、それぞれ、温度に対して二次関数状に増大する。このため、上記ΔＰのばらつきは非常に大きくなると考えられる。このように、従来の構成によると、蓄熱材の脱水反応を均一に進めることができないので、効率や蓄熱量が低下するおそれがある。
【０１０５】
なお、本実施例では、塩化カルシウム水和物からの水蒸発量が所定量に達したことを検知した時点で蓄熱運転を終了したが、蓄熱運転の終了制御方法はこの方法に限定されない。例えば、蓄熱システムに、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓが入力されたデータ記憶部、および反応容器２０１内の圧力検知手段を設置し、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓが予めデータ記憶部に記憶された圧力になった時点で蓄熱運転を終了することもできる。
【０１０６】
・放熱運転時
放熱運転時には、まず、凝縮水貯蔵部２０５に保持されていた水を、反応容器２０１に供給し、塩化カルシウム水和物と混合する。混合方法は、塩化カルシウム水和物の上部から水を散布してもよいし、反応容器２０１内に水供給配管を設置して、そこから水を注入する構成としてもよい。
【０１０７】
次に、三方弁３０２と三方弁３０３とを切り替えて、熱媒供給部５から水５０を熱交換器２０２の熱媒経路内を通過させ、塩化カルシウム水和物からの放熱により、水５０を加熱する。加熱された水５０は三方弁３０３を通過し、熱需要に供給される。このとき、必要に応じて、流量調整弁５０１を通過した熱媒５０と混合されて、暖房温度などの所定温度に調整された後に熱需要に供給されてもよい。熱媒５０は、ポンプなどの搬送手段を用いて搬送されてもよいし、供給側圧力によって搬送されてもよい。
【０１０８】
本実施例によれば、蓄熱運転時に、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の単位体積当りの平均水和数を従来よりも均一できる。このため、例えば、設計上の問題で、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物が４水和物未満にならないように運転しなければならない場合においても、蓄熱密度の大きな蓄熱システムを提供することができる。
【０１０９】
（実施例２）
次に、本実施形態の蓄熱システムの実施例２を説明する。
【０１１０】
本実施例の蓄熱システムは、熱交換器２０２の熱媒経路が、全体として、反応容器２０１の底部から上部に延びている点で、図１および図２を参照しながら前述した実施例１の蓄熱システムと異なっている。その他の構成は、実施例１の蓄熱システムの構成と同様であるので、説明を省略する。
【０１１１】
以下、図１２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施例における熱交換器２０２および凝縮器２０３の熱媒経路（配管）の構成を説明する。図１２（ａ）は、蓄熱部２の鉛直方向の模式的な断面図、図１２（ｂ）は、熱交換器２０２の水平方向の断面図、図１２（ｃ）は、凝縮部２０３の水平方向の断面図である。
【０１１２】
熱交換器２０２の第１の熱媒経路は、鉛直方向に積み重ねられた複数の段と、上下に隣接する２つの段を接続する接続経路とを有している。各段は、蛇行しながら水平方向に延びる経路を有している。また、第１の熱媒経路の熱媒入口は最下段に、熱媒出口は最上段に設けられている（図示せず）。これにより、熱媒３０は、熱媒入口から熱交換器２０２に流入し、最下段の経路を流通した後、上方に移動して２段目の経路を流通する。このようにして、順に最上段（図示する例では３段目）の経路まで流通した後、熱媒出口から流出する。
【０１１３】
また、第１の熱媒経路の最下段は複数の主経路Ａｈ〜Ｄｈを有している。これらの主経路Ａｈ〜Ｄｈ内の熱媒３０の流れは、その主経路に最も近接する凝縮部２０３の主経路Ａｃ〜Ｄｃ内の熱媒４０の流れと対向している。これにより、上述した実施例と同様に、ΔＰをより均一にできる効果が得られる。
【０１１４】
なお、最下段の経路内の熱媒３０の流れ方向を上記のように設定すればよく、２段目〜最上段の経路内の熱媒３０の流れ方向については、熱媒４０と対向していなくてもよい。
最下段の経路には最も高い温度の熱媒３０が流れるので、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓに与える影響が大きいからである。例えば蓄熱材として塩化カルシウム水和物を用いる場合、図１０に示すように、塩化カルシウム水和物の温度が４５〜８０℃の範囲においては、塩化カルシウム水和物の飽和水蒸気圧Pｓは温度に比例して大きく変化している。したがって、比較的高い温度範囲では、温度変化が蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓに与える影響が大きいことがわかる。これは、図８から分かるように、塩化カルシウム４水和物の融点である４５℃以上になると、蓄熱材の大部分が塩化カルシウム水溶液となり、水が蒸発しやすくなるためと考えられる。
【０１１５】
このように、最下段の経路を流通する高温の熱媒３０の流れによって生じる蓄熱材の温度分布によって、蓄熱材の飽和水蒸気圧Pｓがより大きく変化するので、最下段の経路内の熱媒３０の流れを、凝縮部２０３の熱媒４０の流れと対向させることによって、効果的にΔＰを均一に近づけることが可能になる。
【０１１６】
本実施例では、少なくとも最下段が複数の主経路Ａｈ〜Ｄｈを有していればよいが、蓄熱材を効率的に加熱するためには、他の段も複数の主経路を有していることが好ましい。また、図１２（ｂ）および（ｃ）に示す熱媒経路の構成の代わりに、図３（ｂ）および（ｃ）に示す構成を有していてもよい。
【０１１７】
なお、本実施形態における第１の熱媒経路は図示する構成に限定されず、複数の段から構成されていなくてもよい。その場合でも、反応容器２０１の底面からの高さが異なる位置に設けられた複数の主経路を有し、そのうちの最も低い位置にある主経路内の熱媒３０の流れが、凝縮部２０３の熱媒４０の流れと対向していることが好ましい。
【０１１８】
本実施例においても、蓄熱運転時の熱交換器２０２の水３０の入口温度を８０℃、および凝縮器２０３の水４０の入口温度を１０℃として、蓄熱システムを動作させた。蓄熱運転時および放熱運転時の動作は、実施例１の動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１１９】
本実施例によると、実施例１と同様の効果が得られる。また、次のようなメリットもある。水蒸気の沸騰は、温度の高い蓄熱材（例えば塩化カルシウム水和物）で起こりやすい。本実施例では、反応容器２０１の底部近傍に位置する蓄熱材が沸騰しやすく、沸騰によって発生する気泡は、反応容器２０１内の蓄熱材（固体、スラリー状態または液体状態）を鉛直方向に攪拌し、均一化する効果がある。これにより、反応容器２０１内の蓄熱材の単位体積当りの平均水和数を、水平面内だけでなく、鉛直方向（ｚ方向）にもより均一にできる。
【０１２０】
（実施例３）
本実施形態の蓄熱システムの実施例３を説明する。本実施例の蓄熱システムは、図１および図２を参照しながら前述した実施例１と同様の構成を有している。ただし、蓄熱システムの動作（運転方法）が異なる。
【０１２１】
本実施例では、蓄熱運転時の熱交換器２０２の水３０の入口温度を８０℃、凝縮器２０３の水４０の入口温度を１０℃とした。また、凝縮水貯蔵部２０５内に水位センサを設置し、予め設定した水蒸発量に相当する水が凝縮水貯蔵部２０５に貯蔵されたことを検知した時点で、蓄熱運転を終了するように制御した。予め設定した水蒸発量は、蓄熱完了時に塩化カルシウム水和物の平均水和数が４、放熱完了時に塩化カルシウム水和物の平均水和数が６となる水蒸発量とした。
【０１２２】
本実施例における蓄熱システムの運転方法では、蓄熱材の温度に応じて、熱交換器２０２の熱媒経路を流通させる熱媒３０の量を制御する。その他の動作は実施例１における動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１２３】
再び図１を参照する。本実施例では、反応容器２０１内の蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の温度が上昇するにつれて、熱交換器２０２内に流入させる熱媒（水）３０の量を少なくする。流入させる水３０の量は、例えば熱媒搬送ポンプ３０１の搬送量を減少させることによって少なくすることができる。また、蓄熱材の温度は、例えば反応容器２０１内に設けた蓄熱材温度検知機構によって検知できる。本実施例では、蓄熱材温度検知機構として、例えば熱電対を用いる。
【０１２４】
具体的には、塩化カルシウム水和物の温度に対する、熱交換器２０２に流入させる水３０の流量を予め設定しておき、検知した塩化カルシウム水和物の温度に応じて、水３０の流量を制御する。本実施例では、図１３に示すように、塩化カルシウム水和物の温度と、熱交換器２０２に流入させる水３０の流量との関係を予め設定する。なお、これらの関係は図示するような比例関係に限定されない。例えば、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、水３０の流量を段階的に減少させてもよい。
【０１２５】
本実施例によると、実施例１と同様の効果が得られる。これに加えて、水３０の流量を制御することにより次のようなメリットが得られる。
【０１２６】
水３０の流量制御を行わない場合、塩化カルシウム水和物の温度が例えば１０℃程度と低いときには、熱交換器２０２の熱媒入口付近のみで、大部分の水３０の熱が塩化カルシウム水和物に奪われてしまう。その結果、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物の温度差が大きくなるおそれがある。
【０１２７】
これに対し、本実施例では、塩化カルシウム水和物の温度が低いときに水３０の流量を増大させるので、熱交換器２０２内における単位水流量当たりの熱交換時間を短くすることができる。したがって、熱交換器２０２の熱媒出口付近まで高温の水３０を流すことができ、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物に生じる温度差を低減できる。この結果、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物からの水蒸発速度をさらに均一にでき、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の単位体積当りの平均水和数もさらに均一にできる。
【０１２８】
一方、水３０の流量にかかわらず、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物に生じる温度差は小さくなる。ここで、ヒートポンプ部１の加熱効率は、水３０の流量が小さいほど高くなる。そこで、本実施例では、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、熱交換器２０２内に流入する水３０の流量が少なくなるように制御する。これにより、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の単位体積当りの平均水和数を均一に保ちつつ、ヒートポンプの加熱効率の低下を抑えることが可能となる。
【０１２９】
（実施例４）
次に、本実施形態の蓄熱システムの実施例４を説明する。本実施例の蓄熱システムは、図１および図２を参照しながら前述した実施例１と同様の構成を有している。ただし、蓄熱システムの動作（運転方法）が異なる。
【０１３０】
本実施例では、蓄熱運転時の熱交換器２０２の水３０の入口温度を８０℃、凝縮器２０３の水４０の入口温度を１０℃とした。また、凝縮水貯蔵部２０５内に水位センサを設置し、予め設定した水蒸発量に相当する水が凝縮水貯蔵部２０５に貯蔵されたことを検知した時点で、蓄熱運転を終了するように制御した。予め設定した水蒸発量は、蓄熱完了時に塩化カルシウム水和物の平均水和数が４、放熱完了時に塩化カルシウム水和物の平均水和数が６となる水蒸発量とした。
【０１３１】
本実施例における蓄熱システムの運転方法では、蓄熱材の温度に応じて、熱交換器の熱媒経路に流入する熱媒の温度（入口温度）を制御する。その他の動作は実施例１における動作と同様であるので、説明を省略する。
【０１３２】
再び図１を参照する。本実施例では、反応容器２０１内の蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の温度が上昇するにつれて、ヒートポンプ部１の加熱能力を高めることによって、熱交換器２０２内に流入させる熱媒（水）３０の温度を高くする。蓄熱材の温度は、例えば反応容器２０１内に設けた蓄熱材温度検知機構によって検知できる。本実施例では、蓄熱材温度検知機構として、例えば熱電対を用いる。
【０１３３】
具体的には、塩化カルシウム水和物の温度に対する、熱交換器２０２に流入させる水３０の温度（入口温度）を予め設定しておき、検知した塩化カルシウム水和物の温度に応じて、水３０の入口温度を制御する。本実施例では、図１４に示すように、塩化カルシウム水和物の温度と、熱交換器２０２に流入させる水３０の入口温度との関係を予め設定する。なお、これらの関係は図示するような比例関係に限定されない。例えば、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、水３０の温度を段階的に減少させてもよい。また、本実施例では、ヒートポンプ部１の加熱能力を制御することにより、水３０の入口温度を調整しているが、ヒートポンプ部１以外の熱源を利用する場合には、その熱源の加熱能力を制御すればよい。
【０１３４】
本実施例によると、実施例１と同様の効果が得られる。これに加えて、水３０の温度を制御することにより次のようなメリットが得られる。
【０１３５】
水３０の温度制御を行わない場合、塩化カルシウム水和物の温度が例えば１０℃程度と低いときには、熱交換器２０２の熱媒入口付近のみで、大部分の水３０の熱が塩化カルシウム水和物に奪われてしまう。その結果、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物の温度差が大きくなるおそれがある。
【０１３６】
これに対し、本実施例では、塩化カルシウム水和物の温度が低いときに水３０の温度を低下させて、熱交換器２０２の熱媒入口付近の水３０の温度（入口温度）と熱媒出口付近の水３０の温度（出口温度）との差を小さくする。これにより、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物に生じる温度差を低減できる。この結果、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物からの水蒸発速度をさらに均一にでき、塩化カルシウム水和物の単位体積当りの平均水和数もさらに均一にできる。
【０１３７】
一方、水３０の入口温度にかかわらず、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、熱交換器２０２の熱媒入口付近と熱媒出口付近との間で、塩化カルシウム水和物に生じる温度差は小さくなる。ここで、蓄熱部２の蓄熱密度は、水３０の入口温度を上昇させて、塩化カルシウム水和物をより高い温度まで加熱した方が高くなる。そこで、本実施例では、塩化カルシウム水和物の温度が上昇するにつれて、熱交換器２０２内に流入する水３０の入口温度が高くなるように制御する。これにより、反応容器２０１内の塩化カルシウム水和物の単位体積あたりの平均水和数を均一に保ちつつ、蓄熱密度を高めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、特に低温域（例えば１１０℃以下、特に４０℃〜９０℃）の熱源を用いた蓄熱に好適に適用される。例えば、ＣＯ2ヒートポンプや燃料電池コージェネなどの種々の省エネルギー機器に適用すると、それらの機器における蓄熱槽を小型化できるので有利である。
【符号の説明】
【０１３９】
１        ヒートポンプ部
２、２’  蓄熱部
２ｃ、２ｃ’      蓄熱容器
３、４    熱媒循環部
５        水供給部
１０      冷媒
３０、４０、５０      熱媒
１０１    圧縮機
１０２    熱交換器
１０３    膨張機構
１０４    蒸発器
１０５    副熱交換器
１０６    冷媒配管
２０１    反応容器
２０２    蓄熱材加熱用の熱交換器
２０３    凝縮器
２０４    凝縮水用バルブ
２０５    凝縮水貯蔵部
２２０    水蒸気透過膜
３０１、４０１    熱媒搬送ポンプ
３０２、３０３    三方弁
３０４、４０２、５０２    熱媒経路
５０１    流量調整弁
１０００    蓄熱システム
Ａｈ、Ｂｈ、Ｃｈ、Ｄｈ    熱交換器における主経路
Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ｄｃ    凝縮器における主経路
Ｓ１、Ｓ２        反応容器の側面
Ｓ１１、Ｓ２２    蓄熱容器の側面
６０１、６０５    熱媒入口
６０３、６０７    熱媒出口
６１１、６１２    配管
４９        ケミカルヒートポンプ
６０        蓄熱部（反応容器）
５１        ヘッダー
５２        凝縮部
５３        蒸発部
５４        密閉容器
５５        滴下防止カバー
５６        熱媒体の入口
５７        熱媒体の出口
５８        水貯留部
５９        プレートフィン
ＣＡ        蓄熱材
【図１】
2011052911.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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