(57)【要約】  【課題】  家庭用給湯レベルの温熱を高い密度で貯蔵できない。  【解決手段】  蓄熱温度をＴ、化学反応におけるエンタルピーの変化量をΔＨ、エントロピーの変化量をΔＳ、自由エネルギーの変化量をΔＧとしたとき、ΔＨ＞０の条件下で、ＴΔＳ≧ΔＧの関係を満たす蓄熱材を用い、蓄熱材の分解または分離により蓄熱状態の蓄熱材にする時に、電極部１４が補助エネルギーを加えて蓄熱反応部５における蓄熱材を蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進する。  【選択図】  図４
2005049086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱温度をＴ、化学反応におけるエンタルピーの変化量をΔＨ、エントロピーの変化量をΔＳ、自由エネルギーの変化量をΔＧとしたとき、
（数１）
ΔＨ＞０
の条件下で、
（数２）
ＴΔＳ≧ΔＧ
の関係を満たす蓄熱材を用い、前記蓄熱材の分解または分離により蓄熱状態の蓄熱材にする時に、補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進する、蓄熱方法。
【請求項２】
前記補助エネルギーは、電気であり、
補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進するとは、
電位差を設けることによって前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進することである、請求項１記載の蓄熱方法。
【請求項３】
前記補助エネルギーは、光であり、
補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進するとは、
光触媒反応によって前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進することである、請求項１記載の蓄熱方法。
【請求項４】
前記蓄熱材、および蓄熱状態の蓄熱材は、凝縮性物質または吸着等によって貯蔵可能な物質であり、かつイオン伝導性物質に変化し得る物質を含む、請求項２記載の蓄熱方法。
【請求項５】
前記イオン伝導性物質はプロトンである、請求項４に記載の蓄熱方法。
【請求項６】
前記蓄熱材は、Ｏ−Ｈ結合、Ｃ−Ｈ結合の脱水素反応により吸熱する物質を含む、請求項２記載の蓄熱方法。
【請求項７】
請求項１記載の蓄熱方法を用いた蓄熱装置であって、
熱源と、
前記補助エネルギーを加える補助エネルギー供給部と、
前記熱源からの熱と前記補助エネルギー供給部からの前記補助エネルギーにより前記蓄熱材を分解または分離し前記蓄熱状態の蓄熱材にする蓄熱反応部と、
前記蓄熱状態の蓄熱材を貯蔵する蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と、
前記蓄熱状態の蓄熱材を結合させる発熱反応部と、
前記発熱反応部から受熱する被加熱流体流路とを備えた、蓄熱装置。
【請求項８】
前記蓄熱反応部にその一部が配置され、その内部を流通する加熱用流体によって前記蓄熱反応部を加熱する加熱用流体流路と、
前記蓄熱材を貯蔵する蓄熱材の貯蔵部とをさらに備え、
前記熱源は、前記加熱用流体流路であり、
前記加熱用流体流路は、前記蓄熱反応部よりも上流側で前記蓄熱材の貯蔵部に接し、前記蓄熱材の貯蔵部を加熱する、請求項７に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と蓄熱反応部との間、または前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部に、熱交換器を備え、
前記熱源は、前記熱交換器であり、
前記熱交換器は、前記蓄熱状態の蓄熱材の熱を回収し、回収した前記熱で前記蓄熱材を加熱する、請求項７記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記蓄熱反応部の温度の変化に対応して、前記補助エネルギーの量を調整する補助エネルギー制御部を備えた、請求項７記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記補助エネルギーは、電気であり、
前記蓄熱反応部は、電極及び電解質を有し、
前記補助エネルギー供給部は、前記電極間に電位差を加え、
前記蓄熱反応部は、加えられた前記電位差によって前記分解または分離反応を促進させる、請求項７記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記発熱反応部は、第一の電極および第二の電極が電解質の両側に配置された電極部と、前記第一の電極および前記第二の電極に接続された電気端子とを有し、
前記第一の電極に前記蓄熱状態の蓄熱材の少なくとも一種を供給し、前記第二の電極にその他の蓄熱状態の蓄熱材を供給することで、前記第一の電極に供給される前記蓄熱状態の蓄熱材がイオン化されて前記電解質内を通って前記第二の電極に移動し、前記電気端子に電気を発生させるとともに、前記第二の電極で前記蓄熱材が生成される際に発生する熱によって前記被加熱流体流路の被加熱用流体が加熱される、請求項１１記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記発熱反応部は、前記蓄熱反応部を兼ねており、
前記電気端子が、（１）前記発熱反応部において前記蓄熱材の分離または分解を生じさせる際には前記補助エネルギー供給部に、（２）前記発熱反応部において前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際には電気取り出し用の電気端子に、それぞれ接続されるように切り替える切替手段を備えた、請求項１２記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記電気端子に接続され、前記電気端子に発生された前記電気を蓄電する蓄電手段をさらに備え、
前記蓄電手段は、前記補助エネルギー供給部を介して前記蓄熱反応部に電気を供給し、前記蓄熱材の分解または分離を促進させる、請求項１２記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記蓄熱材の分解または分離を生じさせる際に、前記蓄電手段から電気の供給を受けて、前記蓄熱反応部を加熱する蓄熱反応部加熱手段をさらに備えた、請求項１４記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記電気端子に接続され、前記被加熱用流体流路に熱的に接するように配置されている電熱変換手段をさらに備え、
前記電熱変換手段は、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気を温熱に変換し、前記被加熱用流体流路を加熱する、請求項１２記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
前記電気端子に接続され、前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と熱的に接するように配置されている電熱変換手段をさらに備え、
前記電熱変換手段は、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気を温熱に変換し、前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部を加熱する、請求項１２記載の蓄熱装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の蓄熱装置を備え、
前記電熱変換手段は、ヒートポンプであり、
前記ヒートポンプは、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気から温熱および冷熱を生成し、前記温熱によって前記被加熱用流体流路および／または前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部を加熱すると共に、前記冷熱により前記蓄熱材の貯蔵部を冷却する、熱源システム。
【請求項１９】
蓄熱反応時に蓄熱材の分解または分離によって蓄熱状態の蓄熱材を生じ、かつ前記分解または分離と結合の反応を生じる前記蓄熱材を加熱して、前記分解または分離を生じさせる蓄熱反応ステップと、前記分解または分離で生じた前記蓄熱状態の蓄熱材を結合させる発熱反応ステップとを備えた蓄熱方法であって、
前記発熱反応ステップは、第一の電極および第二の電極が電解質の両側に配置された電極部を有する発熱反応部の、前記第一の電極に少なくとも一種の前記蓄熱状態の蓄熱材を供給し、前記第二の電極にその他の前記蓄熱状態の蓄熱材を供給することによって、さらに分解されイオン化された蓄熱状態の蓄熱材の一部が前記電解質膜内を通って前記第二の電極側に移動し、前記第一の電極と前記第二の電極の間に電気を発生させるとともに、前記第二の電極で前記蓄熱材を生成して熱を発生させる、蓄熱方法。
【請求項２０】
前記補助エネルギーは、光であり、
前記蓄熱反応部は、光照射面を有し、
前記補助エネルギー供給部は、前記光照射面に光を供給することにより前記分解または分離を促進する、請求項７記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱を主目的とした蓄熱方法、蓄熱装置、およびそれを用いた熱源システムに関するものである。例えば、給湯、暖房、加熱などの用途に用いられる蓄熱方法、蓄熱装置および熱源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄熱装置は、例えば、電気温水器や圧縮式ヒートポンプ給湯機に付属する貯湯ユニットに見られる水の顕熱を利用したもの、蓄熱式ファンヒータに用いられるレンガのような固体の顕熱を利用したもの、および物質の相変化を利用した潜熱を利用したものが用いられ、一部既に実用化されている（例えば、非特許文献１、及び非特許文献２を参照。）。
【０００３】
一方、分解、または２種以上の組成に分離する系も含む反応を用いた化学蓄熱は、反応熱を用いるために、上記の顕熱や潜熱を用いた蓄熱方法と比較して数倍〜１０倍程度のより大きな蓄熱密度を得ることができる（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献２を参照）。
【０００４】
例えば、高い蓄熱密度を有する有機化学反応を用いた化学蓄熱方法には、化１に示すような２−プロパノールの脱水素反応（分解反応）を用いたものがある。ここで、ΔＨはエンタルピーの変化量である。
【０００５】
（化１）
（ＣＨ3）2ＣＨＯＨ（ｌ）  ＝  （ＣＨ3）2ＣＯ（ｇ）  ＋  Ｈ2（ｇ）
ΔＨ＝１００ｋＪ／ｍｏｌ
（ここで、（ｌ）は液体状態、（ｇ）は気体状態であることを示す）
２−プロパノール／アセトン・水素系の反応は、化１の右向きの吸熱的な脱水素反応を用いて、これらの生成物を貯蔵することで蓄熱を行うことができる。化１によれば、顕熱蓄熱の代表例である水で４．２ｋＪ／ｋｇ、潜熱蓄熱の代表例である硫酸ナトリウム１０水和物で２５１ｋＪ／ｋｇに対し、化学蓄熱では１６６６ｋＪ／ｋｇ（アセトン凝縮の場合、７４５ｋＪ／ｋｇ）の蓄熱量となる。
【０００６】
図１は、２−プロパノール／アセトン・水素反応のΔＨ、ＴΔＳ、ΔＧの温度依存性を示した図である。数３の熱力学関係式において、化１で示される反応では、図１に示すように、１５０℃程度でΔＧ＝０になる。すなわち吸熱反応は１５０℃以下では平衡上進行せず、１５０℃以上の温度となって吸熱反応が進行する。一般的には、この系から水素などの反応生成物を分離することによって平衡を移動させることで、７０〜８０℃程度で吸熱反応を生じさせている。
【０００７】
（数３）
ΔＧ  ＝  ΔＨ  −  ＴΔＳ
Ｔ  ：蓄熱温度
ΔＳ：エントロピーの変化量
ΔＧ：自由エネルギーの変化量
次に、化１に示す２−プロパノール／アセトン・水素系の反応を利用して従来の蓄熱装置としてケミカルヒートポンプを例にあげて説明する（例えば、特許文献３を参照）。
【０００８】
図２０は、特許文献３に記載されている従来のケミカルヒートポンプの構成を示す図である。
【０００９】
同図において、２０１は、約８０℃の廃熱を熱源として液状のイソプロパノールをガス状のアセトンと水素に分解するシエルアンドチューブ型熱交換方式の脱水素反応器である。２０２は、脱水素反応器２０１で発生したガス状の物質を該ガス状のアセトンと水素同伴しているガス状のイソプロパノールを分離する内部多段トレイ方式の蒸留塔である。２０４は、該蒸留塔２０２からのアセトンと水素の未反応ガスを導入して約２００℃で水素化反応により発熱させて反応生成ガスとしてガス状のイソプロパノールに戻すシエルアンドチューブ型熱交換器方式の水素化反応器である。２０３は、蒸留塔２０２と水素化反応器２０４との間に設けられて該蒸留塔２０２から水素化反応器２０４に流れるガス状のアセトンと水素を該水素化反応器２０４から蒸留塔２０２へ流れるイソプロパノールガスと未反応のアセトンと水素のガス熱で加熱して昇温させる間接接触方式の熱交換器である。２０５は、スチームドラムである。２０６は廃熱流体供給管である。２０７は廃熱流体排出管である。２０８は配管である。２０９は液循環管である。２１０は第１給水管である。２１１は第２給水管である。２１２は第１蒸気管である。２１３は第２蒸気管である。
【００１０】
そして、２１４は脱水素反応側に設けられて蒸留塔２０２からのガス状のアセトンと水素を導入してそのアセトンを凝縮させて水素から分離させるシェルアンドチューブ型熱交換器方式の凝縮器である。２１５は該凝縮器２１４への冷却水供給管である。２１６はその冷却水排出管である。２１７は該冷却水排出管２１６に設けられた流量調整弁である。２１８は該凝縮器２１４からの水素を熱交換器２０３の低温側入口に供給する水素ガスラインである。２１９は凝縮液貯蔵タンクである。２２０はこのタンク２１９と凝縮器２１４を接続している凝縮液ラインである。２２１は水素化反応側に設けられて凝縮液貯蔵タンク２１９からの液状のアセトンを導入して熱交換器２０３の高温側出口からの反応生成物質および未反応物質で加熱して気化させる分離塔である。２２２は前記タンク２１９に接続されたアセトン液第１ラインである。２２３は該アセトン液第１ライン２２２と蒸留塔２０２の上部とを接続したアセトン液第２ラインである。２２４は該アセトン液第１ライン２２２と分離塔２２１の上部とを接続したアセトン液第３ラインである。２２５は該アセトン液第１ライン２２２に設けられたポンプである。２２６は該アセトン液第２ライン２２３に設けられた流量調整弁である。２２７は該アセトン液第３ライン２２４に設けられた流量調整弁である。２２８は後述するシエルアンドチューブ型温熱交換器方式の冷却器である。２２９は該冷却器２２８への冷却水供給管である。２３０はその冷却水排出管である。２３１は後述するシエルアンドチューブ型熱交換器方式のリボイラである。２３２は該分離塔２２１の頂部と水素ガスライン２１８の途中とを接続したアセトンガスラインである。２３３は該アセトンガスライン２３２に設けられたブロワである。２３４は該水素化反応器２０４に接続された反応生成ガス第１ラインである。２３５はこのライン２３４と熱交換器２０３の高温側入口とを接続した反応生成ガス第２ラインである。２３６は該ライン２３４とリボイラ２３１とを接続した反応生成ガス第３ラインである。２３７は該冷却器２２８と熱交換器２０３の高温側出口とを接続した反応生成ガス第４ラインである。２３８は該リボイラ２３１と反応生成ガス第４ライン２３７の途中とを接続した反応生成ガス第５ラインである。２３９は該反応生成ガス第５ライン２３８に設けられた流量調整弁である。２４０は該分離塔２２１で凝縮された凝縮液をその底部から蒸留塔２０２の中央部へ供給する液戻しラインである。２４１は該液戻しライン２４０に設けられたポンプである。２４２は該液戻しライン２４０に設けられた流量調整弁である。２４３は該廃熱流体排出管２０７に設けられた流量調整弁である。２４４は該蒸留塔２０２の圧力を検出して前記弁２４３を制御する圧力制御器である。２４５は該水素ガスライ２１８のガス温度を検出して前記弁２１７を制御する温度制御器である。２４６は該水素化反応器２０４と熱交換器２０３の低温側出口とを接続した未反応ガスラインである。２４７は該未反応ガスライン２４６に設けられた流量調整弁である。２４８は該スチームドラム２０５の圧力を検出して前記弁２４７を制御する圧力制御器である。２４９は該第１給水管２１０に設けられた流量調整弁である。２５０は該スチームドラム２０５の液面を検出して前記弁２４９を制御する液面制御器である。２５１は該液戻しライン２４０の流量を検出するとともに蒸留塔２０２の液面を検出する検出器２５２からの検出信号を入力して前記弁２４２を制御する流量制御器である。２５５は該アセトン液第３ライン２２４の流量を検出して前記弁２２７を制御する流量制御器である。２５４は該分離塔２２１の液面を検出して前記弁２３９を制御する液面制御器である。２５５は該凝縮液貯蔵タンタ２１９の液面を検出して前記弁２２６を制御する液面制御器である。２５６は水素ガスホルダである。２５７は該水素ガスライン２１８から分枝状に設けられて前記ホルダ２５６に接続されている水素ガス貯蔵ラインである。２５８は該ライン２５７に設けられたコンプレッサである。２５９は該ライン２５７に設けられた開閉弁である。２６０は該ホルダ２５６と該弁２５９の間の水素ガス貯蔵ライン２５７と水素ガスライン２１８とを接続した水素ガス取出しラインである。２６１はアセトン液貯蔵タンクである。２６２は該アセトン液第３ライン２２４から分枝状に設けられて該タンク２６１に接続されているアセトン液貯蔵ラインである。２６３は該ライン２６２に設けられた開閉弁である。２６４は該タンク２６１と前記ライン２２４とを接続したアセトン液取出しラインである。２６５は該ライン２６４に設けられたポンプである。２６６はイソプロパノール液貯蔵タンクである。２６７は該液戻しライン２４０のポンプ２４１の吐出側から分枝状に設けられて該タンク２６６に接続されているイソプロパノール液貯蔵ラインである。２６８は該ライン２６７に設けられた開閉弁である。２６９は該タンタ２６６と液戻しライン２４０のポンプ２４１の吸込側とを接続したイソプロパノール液取出しラインである。２７０は該ライン２６９に設けられた開閉弁である。
【００１１】
図２０に示すように構成されたケミカルヒートポンプにおいては、イソプロパノールを反応物質として使用し、約８０℃の廃熱を熱源として脱水素反応器２０１で吸熱反応を行ない、水素化反応器２０４では約２０℃で発熱反応を行う。
【００１２】
すなわち工場廃熱地熱または太陽熱などによって約８０℃になった湯水や蒸気などの熱源流体は、廃熱流体供給管２０６から脱水素反応器２０１に入り、内部の液状のイソプロパノールを加熱して廃熱流体排出管２０７から排出される。一方脱水素反応器２０１で約８０℃で加熱された液状のイソプロパノール（イソプロパノールの沸点は大気圧で８２．４℃）の一部はニッケル微粒子触媒下でガス状のアセトン（アセトンの沸点は大気圧で５６．２℃）とガス状の水素（水素の沸点は大気圧でマイナス２５２．７℃）とに分解され、気液混合流体となって配管２０８を通って蒸留塔２０２に導入されてガスは上昇する。
【００１３】
さらに、図２０に示すケミカルヒートポンプにおいては、ガス状のアセトンを凝縮させて水素から分離させる凝縮器２１４、その凝縮したアセトンを気化させる分離塔２２１、水素ガスホルダ２５６、アセトン液貯蔵タンク２６１、インプロパノール液貯蔵タンク２６６などを有するので、脱水素反応側と水素化反応側の間での各物質の移送および貯蔵は、水素については気体の状態で行なわれ、アセトンとイソプロパノールについては液体の状態で行なわれる。
【００１４】
すなわち、各機器について説明すると、凝縮器２１４は、蒸留塔２０２で発生したガス状のアセトンと水素とを導入して冷却してアセトンを凝縮し、ここで分離された水素は水素ガスライン２１８を経て熱交換器２０３の低温側入口に送られる。一方、凝縮器２１４で凝縮したアセトンは、凝縮液ライン２２０を経て凝縮液貯蔵タンク２１９に至り、さらにポンブ２２５によりアセトン液第１ライン２２２を流れ、一部はアセトン液第２ライン２２５を経て蒸留塔２０２のうち上部に供給され、他の一部はアセトン液第３ライン２２４を経て分離塔２２１のうち上部に供給される。
【００１５】
蒸留塔２０２では、アセトン液第２ライン２２３から供給されて上から降ってきたアセトン液は、脱水素反応器２０１で発生して蒸留塔２０２に導入されたガス状のイソプロパノール、アセトンおよび水素と直接接触し、液状のアセトンは蒸発してガス状のアセトンと水素とに合流し、同伴されたガス状のイソプロパノールは凝縮して塔底部に至る。
【００１６】
冷却器２２８は、熱交換器２０３の高温側出口からの反応生成ガスであるインプロパノールおよび未反応ガスであるアセトンと水素を冷却して一部のイソプロパノールが凝縮され、他はガス状の流体で分離塔２２１の中央部に供給される。
【００１７】
分離塔２２１では、アセトン液第３ライン２２４から供給されて上から降ってきたアセトン液は、冷却器２２８から供給された流体と直接接触し、液状のアセトンは蒸発し、冷却器２２９から供給された流体のうち、イソプロパノールだけが凝縮して塔底部に至り、他はブロワ２３３により水素ガスライン２１８の水素と合流して熱交換器２０３の低温側入口に供給される。
【００１８】
リボイラ２３１は、分離塔２２１で降らせた前記アセトン液の全量を蒸発させるために不足する熱量を分離塔２２１に与える。つまり、リボイラ２３１は分離塔２２１で不足する熱量を補足調整するために設けられている。
【００１９】
ポンプ２４１は、分離塔２２１の底部に溜った液状のイソプロパノールを蒸留塔２０２へ圧送する。
【００２０】
水素ガスホルダ２５６は、凝縮器２１４で発生された水素が余分な場合には、水素ガス取出しライン２６０に設けられている開閉弁（図示せず）を閉にし、水素ガス貯蔵ライン２５７の開閉弁２５９を開にしてコンプレッサ２５８を作動させ、その余分な水素を圧入貯蔵し、逆に不足する場合には、開閉弁２５９を閉にするとともにコンプレッサ２５８を停止させ、水素ガス取出しライン２６０の開閉弁を開にして貯蔵している水素を該ライン２６０から水素ガスライン２１８に供給する。なお水素に過不足がない定常運転では、コンプレッサ２５８は停止させておき、かつ、開閉弁２５９と水素ガス取出しライン２６０の弁をともに閉にしておく。
【００２１】
アセトン液貯蔵タンク２６１は、凝縮器２１４で発生し、凝縮液貯蔵タンク２１９で貯蔵されているアセトン液が余分な場合には、開閉弁２６３を開にし、ポンプ２２５によってアセトン液第３ライン２２４を流れてくるアセトン液のその余分なだけ貯蔵し、逆に不足する場合には、開閉弁２６３を閉にし、ポンプ２６５を作動させて貯蔵しているアセトン液をアセトン液取出しライン２６４からアセトン液第３ライン２２４に供給する。なおアセトンに過不足がない定常連転では、開閉弁２６３を閉にしておくとともにポンプ２６５は停止させておく。
【００２２】
イソプロパノール液貯蔵タンタ２６６は、分離塔２２１で発生したイソプロパノール液が余分な場合には、開閉弁２６８を開にするとともに開閉弁２７０を閉にし、液戻しライン２４０を流れるその余分なイソプロパノール液をポンプ２４１の吐出力によりイソプロパノール液貯蔵ライン２６７を経て貯蔵し、逆に不足する場合には、開閉弁２６８を閉にするとともに開閉弁２７０を開にして貯蔵しているインプロパノール液をイソプロパノール液取出しライン２６９からポンプ２４１に吸込ませる。なおイソプロパノール液に過不足がない定常運転では開閉弁２６８と２７０は閉にしておく。
【００２３】
したがって、図２０に示したケミカルヒートポンプは、水素化反応器２０４では未反応ガスライン２４６からガス状のアセトンと水素が供給され、所定の水素化反応が行われ、かつ、未反応物質および反応物質に過不足が生じた場合には、水素ガスホルダ２５６、アセトン液貯蔵タンク２６１、イソプロパノール液貯蔵タンク２６６で、各別に貯蔵と放出の調整ができる。
【００２４】
このように、イソプロパノールを反応物質とするケミカルヒートポンプにおいて、蒸留塔からのガス状のアセトンと水素を導入して冷却してそのアセトンを凝縮させて水素から分離させる凝縮器と、この凝縮器で発生した液状のアセトンを導入して熱交換器の高温側からの反応生成物質および未反応物質で加熱して気化させる分離塔とを備え、かつ、該凝縮器で分離された水素と該分離塔で発生したガス状のアセトンが、ともに熱交換器の低温側入口に送られるため、熱交換器での熱交換および水素化反応器での水素化反応は、全く支障がなく、所定のとおり行なわれる。しかも、前記凝縮器と熱交換器の低温側入口とを接続している水素ガスラインとの間で水素ガスを一時的に流入貯蔵して流出させる水素ガスホルダと、前記分離塔へ液状のアセトンを供給するアセトン液ラインとの間で液状のアセトンを一時的に流入貯蔵して流出させるアセトン液タンクと，前記分離塔から蒸留塔へ凝縮されたイソプロパノールを供給する液戻しラインとの間で液状のアセトンを一時的に流入貯蔵して流出させるイソプロパノール液貯蔵タンクとを備えているので、未反応物質および反応物質に過不足が生じた場合には、水素とアセトンとイソプロパノールを各別に貯蔵および放出ができ、したがって、廃熱側と熱使用側との間の関係で、廃熱源の熱が余る場合には、蓄熱し、不足する場合には、その蓄熱を放出し、常に合理的な廃熱利用を図ることができる。
【非特許文献１】（社）化学工学会編、「蓄熱技術−理論とその応用  第Ｉ編」、信山社サイテック、平成８年１０月１０日
【非特許文献２】（社）化学工学会編、「蓄熱技術−理論とその応用  第ＩＩ編」、信山社サイテック、平成１３年８月３０日
【特許文献１】特開平５−１７２４８１号公報
【特許文献２】特開平５−１１８５９３号公報
【特許文献３】特開昭６１−１２８０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
電気温水器や圧縮式ヒートポンプ給湯装置に用いられる貯湯タンクは、集合住宅や都市部の住宅事情を鑑みると、その貯湯タンクの設置スペースが大きな普及阻害の要因となっており、さらなる蓄熱槽のコンパクト化が求められている。
【００２６】
しかし、上記の貯湯タンクのような１００℃以下の低温熱を効率的に貯蔵する必要のある用途に対し、室温レベルの低温で作動することのできる無機化学反応や、水素吸蔵合金を用いた系を用いた化学蓄熱方法を適用しようとした場合、十分に高い密度で熱エネルギーを貯蔵することができなかった。
【００２７】
一方、例えば、化１で示す有機反応を用いた場合には比較的大きな蓄熱量を得ることが出来、水素やアセトンなどを貯蔵することで高い蓄熱密度が得られる。しかし、家庭用温熱貯蔵には、７０℃以下というできるだけ低い熱量を貯蔵する必要があり、上記の化１を例とする化学反応を用いてこのような低い温度レベルの熱を有効に吸熱し、貯蔵することは困難であった。つまり、家庭用給湯レベルの温熱を高い密度で貯蔵するためには、さらに低温で反応を進行させることが必要であった。
【００２８】
本発明は、上記蓄熱方法の課題を鑑み、家庭用給湯レベルの温熱を高い密度で貯蔵できる蓄熱方法、蓄熱装置、および熱源システム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】
【００２９】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、蓄熱温度をＴ、化学反応におけるエンタルピーの変化量をΔＨ、エントロピーの変化量をΔＳ、自由エネルギーの変化量をΔＧとしたとき、
（数１）
ΔＨ＞０
の条件下で、
（数２）
ＴΔＳ≧ΔＧ
の関係を満たす蓄熱材を用い、前記蓄熱材の分解または分離により蓄熱状態の蓄熱材にする時に、補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進する、蓄熱方法である。
【００３０】
また、第２の本発明は、前記補助エネルギーは、電気であり、
補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進するとは、
電位差を設けることによって前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進することである、第１の本発明の蓄熱方法である。
【００３１】
また、第３の本発明は、前記補助エネルギーは、光であり、
補助エネルギーを加えて前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進するとは、
光触媒反応によって前記蓄熱材を前記蓄熱状態の蓄熱材にする反応を促進することである、第１の本発明の蓄熱方法である。
【００３２】
また、第４の本発明は、前記蓄熱材、および蓄熱状態の蓄熱材は、凝縮性物質または吸着等によって貯蔵可能な物質であり、かつイオン伝導性物質に変化し得る物質を含む、第２の本発明の蓄熱方法である。
【００３３】
また、第５の本発明は、前記イオン伝導性物質はプロトンである、第４の本発明の蓄熱方法である。
【００３４】
また、第６の本発明は、前記蓄熱材は、Ｏ−Ｈ結合、Ｃ−Ｈ結合の脱水素反応により吸熱する物質を含む、第２の本発明の蓄熱方法である。
【００３５】
また、第７の本発明は、第１の本発明の蓄熱方法を用いた蓄熱装置であって、
熱源と、
前記補助エネルギーを加える補助エネルギー供給部と、
前記熱源からの熱と前記補助エネルギー供給部からの前記補助エネルギーにより前記蓄熱材を分解または分離し前記蓄熱状態の蓄熱材にする蓄熱反応部と、
前記蓄熱状態の蓄熱材を貯蔵する蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と、
前記蓄熱状態の蓄熱材を結合させる発熱反応部と、
前記発熱反応部から受熱する被加熱流体流路とを備えた、蓄熱装置である。
【００３６】
また、第８の本発明は、前記蓄熱反応部にその一部が配置され、その内部を流通する加熱用流体によって前記蓄熱反応部を加熱する加熱用流体流路と、
前記蓄熱材を貯蔵する蓄熱材の貯蔵部とをさらに備え、
前記熱源は、前記加熱用流体流路であり、
前記加熱用流体流路は、前記蓄熱反応部よりも上流側で前記蓄熱材の貯蔵部に接し、前記蓄熱材の貯蔵部を加熱する、第７の本発明の蓄熱装置である。
【００３７】
また、第９の本発明は、前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と蓄熱反応部との間、または前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部に、熱交換器を備え、
前記熱源は、前記熱交換器であり、
前記熱交換器は、前記蓄熱状態の蓄熱材の熱を回収し、回収した前記熱で前記蓄熱材を加熱する、第７の本発明の蓄熱装置である。
【００３８】
また、第１０の本発明は、前記蓄熱反応部の温度の変化に対応して、前記補助エネルギーの量を調整する補助エネルギー制御部を備えた、第７の本発明の蓄熱装置である。
【００３９】
また、第１１の本発明は、前記補助エネルギーは、電気であり、
前記蓄熱反応部は、電極及び電解質を有し、
前記補助エネルギー供給部は、前記電極間に電位差を加え、
前記蓄熱反応部は、加えられた前記電位差によって前記分解または分離反応を促進させる、第７の本発明の蓄熱装置である。
【００４０】
また、第１２の本発明は、前記発熱反応部は、第一の電極および第二の電極が電解質の両側に配置された電極部と、前記第一の電極および前記第二の電極に接続された電気端子とを有し、
前記第一の電極に前記蓄熱状態の蓄熱材の少なくとも一種を供給し、前記第二の電極にその他の蓄熱状態の蓄熱材を供給することで、前記第一の電極に供給される前記蓄熱状態の蓄熱材がイオン化されて前記電解質内を通って前記第二の電極に移動し、前記電気端子に電気を発生させるとともに、前記第二の電極で前記蓄熱材が生成される際に発生する熱によって前記被加熱流体流路の被加熱用流体が加熱される、第１１の本発明の蓄熱装置である。
【００４１】
また、第１３の本発明は、前記発熱反応部は、前記蓄熱反応部を兼ねており、
前記電気端子が、（１）前記発熱反応部において前記蓄熱材の分離または分解を生じさせる際には前記補助エネルギー供給部に、（２）前記発熱反応部において前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際には電気取り出し用の電気端子に、それぞれ接続されるように切り替える切替手段を備えた、第１２の本発明の蓄熱装置である。
【００４２】
また、第１４の本発明は、前記電気端子に接続され、前記電気端子に発生された前記電気を蓄電する蓄電手段をさらに備え、
前記蓄電手段は、前記補助エネルギー供給部を介して前記蓄熱反応部に電気を供給し、前記蓄熱材の分解または分離を促進させる、第１２の本発明の蓄熱装置である。
【００４３】
また、第１５の本発明は、前記蓄熱材の分解または分離を生じさせる際に、前記蓄電手段から電気の供給を受けて、前記蓄熱反応部を加熱する蓄熱反応部加熱手段をさらに備えた、第１４の本発明の蓄熱装置である。
【００４４】
また、第１６の本発明は、前記電気端子に接続され、前記被加熱用流体流路に熱的に接するように配置されている電熱変換手段をさらに備え、
前記電熱変換手段は、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気を温熱に変換し、前記被加熱用流体流路を加熱する、第１２の本発明の蓄熱装置である。
【００４５】
また、第１７の本発明は、前記電気端子に接続され、前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部と熱的に接するように配置されている電熱変換手段をさらに備え、
前記電熱変換手段は、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気を温熱に変換し、前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部を加熱する、第１２の本発明の蓄熱装置である。
【００４６】
また、第１８の本発明は、第１６または１７の本発明の蓄熱装置を備え、
前記電熱変換手段は、ヒートポンプであり、
前記ヒートポンプは、前記蓄熱状態の蓄熱材の結合を生じさせる際に発生する電気から温熱および冷熱を生成し、前記温熱によって前記被加熱用流体流路および／または前記蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部を加熱すると共に、前記冷熱により前記蓄熱材の貯蔵部を冷却する、熱源システムである。
【００４７】
また、第１９の本発明は、蓄熱反応時に蓄熱材の分解または分離によって蓄熱状態の蓄熱材を生じ、かつ前記分解または分離と結合の反応を生じる前記蓄熱材を加熱して、前記分解または分離を生じさせる蓄熱反応ステップと、前記分解または分離で生じた前記蓄熱状態の蓄熱材を結合させる発熱反応ステップとを備えた蓄熱方法であって、
前記発熱反応ステップは、第一の電極および第二の電極が電解質の両側に配置された電極部を有する発熱反応部の、前記第一の電極に少なくとも一種の前記蓄熱状態の蓄熱材を供給し、前記第二の電極にその他の前記蓄熱状態の蓄熱材を供給することによって、さらに分解されイオン化された蓄熱状態の蓄熱材の一部が前記電解質膜内を通って前記第二の電極側に移動し、前記第一の電極と前記第二の電極の間に電気を発生させるとともに、前記第二の電極で前記蓄熱材を生成して熱を発生させる、蓄熱方法である。
【００４８】
また、第２０の本発明は、前記補助エネルギーは、光であり、
前記蓄熱反応部は、光照射面を有し、
前記補助エネルギー供給部は、前記光照射面に光を供給することにより前記分解または分離を促進する、第７の本発明の蓄熱装置である。
【００４９】
以下に、本発明の化学蓄熱方法を利用した蓄熱装置と、それを用いた熱源システムについての原理的な内容について説明する。
【００５０】
ここでは、化１の左の２−プロパノールを蓄熱材の一例であり、２−プロパノールの右側の分解生成物であるアセトン、および水素を蓄熱状態の蓄熱材の一例とする。同様に、蓄熱に用いるΔＨに対する系において、２種以上の組成に分解または分離する系についても分解または分離前を蓄熱材、分解または分離後のものを蓄熱状態の蓄熱材とする。
【００５１】
本発明の蓄熱装置は、物質の分解、または２種以上の組成への分離に伴う吸熱・発熱作用を用いた化学蓄熱をより低温で利用することを目的としたものであり、化１における図１で示すΔＧ分として特に電気エネルギー、光などの補助エネルギーを加えることにより、通常低温で熱力学的に困難な分解、または分離を十分に進行させ、熱エネルギーを中心にトータルでエネルギーを貯蔵するようになっている。
【００５２】
ここで、補助エネルギーに電気などのインフラを用いてヒートポンプなどの熱量を貯蔵する場合には、トータルとしてのヒートポンプの成績係数をできるだけ低下させないようにするために、補助エネルギーの使用量は小さいほど好ましい。したがって、蓄熱温度をＴ、化学反応におけるエンタルピーの変化量をΔＨ、エントロピーの変化量をΔＳ、自由エネルギーの変化量をΔＧとしたとき、蓄熱温度Ｔにおいて、数１（吸熱反応）となる条件下で、ＴΔＳよりΔＧが小さい反応系（数２）である必要がある。したがって、目的とする蓄熱温度Ｔにおいて、ΔＨ＞０（吸熱反応）となる条件下でＴΔＳよりΔＧが小さい反応系である必要がある。
【００５３】
（数１）
ΔＨ＞０
（数２）
ＴΔＳ≧ΔＧ
また、熱の取り出しに際し、逆反応（発熱反応）を容易に生じさせるには、ΔＧ≧０であることが望ましい。なお、ここで蓄熱温度Ｔは概ね室温〜１００℃程度の家庭温水レベルを意図したものであるが、室温までの熱を貯蔵することが好ましいが、勿論この温度以下、あるいはこの温度以上で用いることも可能である。
【００５４】
一方、水の電気分解で水素と酸素を生成する反応におけるΔＨ、ＴΔＳ、ΔＧの温度依存性を図２に示すが、図２に示すように０〜５００℃の範囲でΔＨ＞０であるが、ΔＧがＴΔＳよりも大きく、温熱を貯蔵することを目的とする蓄熱装置には不向きである。すなわち、多量の電気エネルギー分が蓄熱に必要となるため、必要となる設備や電気代が増加してコスト高になる問題があるとともに、発熱時に電気として回収する場合でも抵抗による効率ロスが生じるため、蓄熱目的の場合には用いられる反応系については少なくとも数２の関係を満たすとともに、できるだけΔＧ分は少ないほうが好ましい。例えば、水の電気分解を例にとると熱の約４．５倍の電気エネルギー量をΔＧ分として投入する必要があり、蓄熱目的の場合は同時に出入りする電気の扱いとロスが大きくなる。一方、化１の場合は、熱の１／２程度の電気エネルギー量で済むため、蓄熱としての扱いやすさと効率に優れている。その他の系についても同様に蓄熱目的の場合は、少なくとも数１、数２を満足する系でなければならない。
【００５５】
化１の反応を電解によって進行させる場合は、電極および電解質で構成された蓄熱反応部に部分的にΔＧ分の電位を加えて電気エネルギーを供給することによって、流体流路からの熱で開始した反応を促進させることができる。例えば、数３は電極反応にすれば、アノード側で化２、カソード側で化３になる。
【００５６】
（化２）
（ＣＨ3）2ＣＨＯＨ  →  （ＣＨ3）2ＣＯ  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-
（化３）
２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  →  Ｈ2
上記のような反応を装置として実現するには、電極反応に用いる電解質には固体電解質が適している。目的とする使用温度帯が低いため、酸素イオンやカチオン伝導などを用いた固体電解質よりも、固体高分子型燃料電池などで用いられているパーフルオロスルホン酸系高分子等の陽イオン交換性物質等のプロトン伝導性固体電解質を用いることが好ましい。また、陽イオン交換膜が水素を透過させるためには、水分が必要であるため、用いる電解質に応じて加湿ユニットなど反応性媒体に水分を供給する手段を設けることが好ましい。なお、本目的が達成できれば、電解質は固体電解質に限定されない。
【００５７】
したがって数３の原理に基づき、本発明で使用する反応系は、水素のように、解離されることによって電解質中をイオン伝導するもので、かつ電極や電解質に対して被毒作用がないものでなければならない。
【００５８】
また、本発明で使用する反応系の選択は、水素のように、解離されることによって電解質中をイオン伝導するもので、かつ電極や電解質に対して被毒作用がないものでなければならない。このような観点から使用できる反応系は、脱水素−水素化反応を伴う有機化学反応や、水素吸蔵合金などによる水素の脱離−解離吸着反応などが上げられる。また、貯蔵性の観点からは上記可逆反応系に関わる物質が凝縮性であるか、あるいは物理吸着、化学吸着などによって容易に貯蔵できることが好ましい。
【００５９】
特に、有機化学反応を用いる場合は、反応物を液体または気体とすることができ、流動性を有する。これにより、吸熱、発熱反応を行う場合に、供給量を制御することで反応物の有する顕熱量を制御することができ、装置の速やかな発熱反応を容易に行わせることができる。
【００６０】
このような有機化学反応に用いられる反応系としては、本発明では脱水素作用を受けるＯＨ、ＣＨ結合を有する有機物が関与するものが好ましい。これらの代表例としては、アルコール／ケトン（アルデヒド）・水素系、飽和炭化水素／芳香族炭化水素・水素系、などが挙げられる。
【００６１】
表１に代表的な反応系の、２５℃におけるΔＨ、ＴΔＳ、ΔＧ、平衡定数Ｋを示す。なお、平衡定数Ｋは、Ｋ＝ｅｘｐ（−ΔＧ／ＲＴ）で表される。（Ｒは気体定数で、８．３１Ｊ／Ｋｍｏｌに相当）
【００６２】
【表１】
2005049086.tif 000003
【００６３】
表１で、本発明の使用条件に適した物質としては、例えばＮｏ．１〜８の有機反応系、およびＮｏ．１７の水素吸蔵合金系である。蓄熱には、物質が貯蔵できなければならないため、容易に凝縮するか、別途吸蔵反応等の可能性のある反応系であることが好ましい。水素は水素吸蔵合金で貯蔵することができるため、Ｎｏ．１〜５、１７の反応系が特に好ましい。その他のＮｏ.８〜Ｎｏ．１６については数１の条件下でΔＧ＞ＴΔＳとなる例であり、Ｎｏ．１０の水と同様に、蓄熱を目的とする場合は不適である。
【００６４】
光反応についても、電位を印加する場合と同様であり、脱水素化反応触媒に光触媒を用いることで、低温で反応を進行させることができる。この場合、補助エネルギー供給部として人工光源や、太陽光などを用いることができる。ここで、人工光源を用いる場合は、特に光として利用される部分以外は熱としての損失であるため、その熱を回収して用いることが好ましい。
【００６５】
また、本発明では、発熱反応時に、電極部を介して発熱反応を行わせることで、発電することを可能としている。本発明では、ここでの発電分の電気を蓄電し、再度蓄熱反応部の電気的または熱的な入力に用いるか、あるいは別途設けられた電熱変換手段を用いて熱エネルギーに変換することで、発熱時に蓄熱分と合わせて利用するか、あるいは冷暖房や加熱のための熱源として有効に活用することで、利用勝手を含めた蓄熱効率を高めることを特徴としている。また、発電分の電気を利用して上記電熱変換手段を用いて冷熱に変換することも可能で、例として、冷蔵庫やベース空調のような形として家庭の熱需要割合に見合った形で熱を供給することも可能になる。また、上記電熱変換手段にヒートポンプを用いることで、温熱、冷熱両方を取り出し、需要に応じて使い分けることも可能である。
【００６６】
また、水の電気分解で水素と酸素を生成する反応では、放熱時に発生する電気が多量であるため、それを貯蔵する場合も、別途大きな蓄電設備が必要になる。
【発明の効果】
【００６７】
本発明により、家庭用給湯レベルの温熱をより高い密度で貯蔵できる、化学蓄熱方法による、蓄熱方法および蓄熱装置を提供できる。また、放熱時に電気を発生させることも可能であり、発生した電気を有効に利用できる蓄熱装置、蓄熱方法および熱源システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００６９】
（実施の形態１）
本発明の蓄熱方法を用い、電気エネルギーを補助エネルギーとして供給することを特徴とする、実施の形態１の蓄熱装置の構成図を図３に示す。図３に基づき、数３、化２、化３の関係を利用した場合の構成とともに動作について説明し、また、表１におけるＮｏ．２の２−プロパノール／アセトン（ｌ）＋水素系（蓄熱密度７４５ｋＪ／ｋｇ）をもとに説明する。
【００７０】
バルブ２が開き、ポンプ３によって、蓄熱材タンク１から蓄熱材である２−プロパノールが蓄熱反応部５内に、蓄熱材供給口４より供給される。蓄熱反応部５では、２−プロパノールが流体流路１０の熱と別途電源および制御部２０から補足的に供給される電気エネルギーによって分解（脱水素反応）されアセトンと水素に変換され、その時の吸熱によって流体流路１０の熱が吸収される。蓄熱状態の蓄熱材であるアセトンと水素はそれぞれ６のコレクタＡ、７のコレクタＢによって収集され、８の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢに貯蔵される。
【００７１】
ここで、蓄熱反応部５の内部の概略図を図４に示す。蓄熱反応部５の内部では、電極部１４は、熱交換器１１を介して流体流路１０と熱的に接触している。また、電極部１４は、触媒付電極１２と固体電解質１３とで構成されている。そして、電極部１４はセパレータ１５を介して複数積層され、それぞれの積層部が同時に２−プロパノールの分解に寄与するようになっている。
【００７２】
なお、図４に示すセパレータ１５の空隙の空白部は、蓄熱材供給口４から流入したアノードで反応する蓄熱材（ここでは２−プロパノール）およびアノードで生成する蓄熱状態の蓄熱材（ここではアセトン）が流通して６のコレクタＡに流通する。そして、セパレータ１５の空隙の斜線部はカソードで生成する蓄熱状態の蓄熱材（ここでは水素）が流通して７のコレクタＢに流通する。
【００７３】
また、流体流路１０は、給水部１６より入り、セパレータ１５の背面に設けられた熱交換器１１と熱交換しながら排水部１７から出るように、蓄熱反応部５の内部に配置されている。
【００７４】
なお、触媒付電極１２の触媒種としては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒなどをカーボンやチタニアなどの導電性担体に担持したものを用いることができる。また、図４では２対の電極部１４を積層している様子を示しているが、必要に応じて電極部１４を増減してもよく、あるいは蓄熱反応部５のユニットを直列あるいは並列に複数設けても構わない。
【００７５】
次に、蓄熱反応部５における蓄熱材の分解による吸熱について説明する。給水部１６から蓄熱反応部５内に配置された流体流路１０の部分に温水が供給されると、蓄熱材供給口４から蓄熱反応部５内に２−プロパノールが供給され、吸熱反応を開始する。
【００７６】
図５は、電極部１４における反応の模式図を示している。蓄熱材である２−プロパノールの分解反応が開始した時、電源および制御部２０からΔＧ相当分程度の電気エネルギーが印加される。そして、流体流路１０内を流れる温水から吸熱しながら、第一の電極（アノード）と第二の電極（カソード）で図５に示すように、それぞれ化２および化３の右側への反応が進行し、６のコレクタＡ、７のコレクタＢから排出される。この段階で、一部未反応の２−プロパノールを含む化２によって生成されたアセトンと、化３によって生成された水素は分離され、それぞれ８の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢに移行し、バルブ２１、バルブ２２が閉じることで貯蔵される。
【００７７】
ここで、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢは水素吸蔵合金で構成されており、水素を数ｗｔ％程度で貯蔵するようになっている。ここで用いられる水素吸蔵合金は、室温で水素を吸脱着できる、例えばＴｉ−Ｍｎ系や、Ｖ系、ＣａＮｉ系などを用いることが好ましい。
【００７８】
次に、発熱反応部２６における発熱反応について説明する。発熱反応部２６は、熱交換器＋触媒２５を介して被加熱流体流路２３と接触している。そして、発熱時は、発熱反応部２６において、８の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢからそれぞれ供給されるアセトンおよび水素が、混合器２４で混合される。そして、熱交換器＋触媒２５の水素化触媒によって反応し、蓄熱材である２−プロパノールを与えるとともに発熱を生じ、被加熱流体流路２３を流通する水を加熱するようになっている。発熱時の反応生成物である２−プロパノールは、バルブ２７を経由して再び蓄熱材タンク１で貯蔵される。なお、熱交換器＋触媒２５は、熱交換器表面に触媒層が塗膜形成されたものであるが、熱交換器に沿った形のシート状触媒等としてもよく、形状について限定するものではない。
【００７９】
なお、発熱反応部２６における発熱反応は加熱活性化された触媒によって進行するため、触媒にはヒータなどの加熱手段を設け、一時的に触媒を加熱活性化することが好ましい（詳細は図示せず）。ここで用いられる触媒は反応媒体の種類にもよるが、本実施の形態１の蓄熱装置の場合はＮｉやＰｔ触媒などが適している。
【００８０】
また、ここで加える補助エネルギー量は、図１に示す温度ＴにおけるΔＧ程度であればよく、さらに圧力を変化させるなどの平衡移動操作が加わる場合は、より補助エネルギー量を小さくすることができる。
【００８１】
また、５の蓄熱反応部における分解反応の生じる温度Ｔ（蓄熱温度）が変化する場合は、電源および制御部２０に設けられた演算部で、温度レベルに応じた必要なエネルギー量を設定することができ、不必要なエネルギーを加える必要がなくなる。特に、本発明の目的は、できるだけ低温の熱を貯蔵することであるため、分解反応によって温度の低下しやすい蓄熱反応部５の流れ方向に対して下流側の温度、とりわけ触媒付電極１２の温度を熱電対やサーミスタなどの温度検出手段によって検知して、必要なエネルギー量の演算に用いることが好ましい（温度検出手段は図示せず）。なお、この、必要なエネルギーを設定する演算部を有する電源および制御部２０は、本発明の補助エネルギー制御部としての一例である。
【００８２】
また、本実施の形態１の蓄熱装置では、蓄熱反応部５と発熱反応部２６は別に設けているが、発熱反応の速度条件が満足される場合は、これらは同一であっても構わない。この場合は流体流路１０と被加熱流体流路２３を同一で考えられる。また、発熱時には電位を印加する必要はないが、反応促進上、蓄熱時と逆方向に電位を印加しても構わない。
【００８３】
なお、電極部１４が、本発明の補助エネルギー供給部としての一例である。また、蓄熱材タンク１は本発明の蓄熱材の貯蔵部としての一例であり、８、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡおよび蓄熱状態の蓄熱材タンクＢが本発明の蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部としての一例である。また、２−プロパノールが、本発明の数１および数２を満足する反応条件を満足する蓄熱材としての一例である。また、流体流路１０は本発明の加熱用流体流路の例である。また、流体流路１０は本発明の熱源の例である。
【００８４】
なお、本発明の熱源は、本実施の形態の流体流路１０に限らず、ヒータなどであっても構わない。要するに本発明の熱源は、蓄熱反応部を加熱するものでありさえすればよい。
【００８５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の蓄熱装置について、図６、図７に基づいて、構成とともにその動作を説明する。図６は、本実施の形態２の蓄熱装置の概略図を示し、図７は、その蓄熱反応部の概略図を示している。実施の形態１の蓄熱反応部５におけるΔＧに相当する補助エネルギーが電気であるのに対し、本実施の形態２では蓄熱反応部５におけるΔＧに相当する補助エネルギーが光である点で本実施の形態２と実施の形態１とは異なっている。
【００８６】
本実施の形態２では、補助エネルギーが光であるため、光照射部２８からの光が蓄熱反応部５の触媒に効果的に照射されるように、図７に示すような構成となっている。蓄熱反応部５は、光照射部２８、流体流路１０、およびＰｔ系触媒が分散担持されたチタニアを主成分とする光触媒が熱交換器と一体化されて熱交換器＋光触媒３０として設けられた反応室３４から構成されている。また反応室３４は、流体流路１０の周囲を取り囲むとともに、別途区画された光照射部２８から照射された光を吸収するようになっている。
【００８７】
次に、蓄熱反応部５における分解または分離反応について説明する。蓄熱材の供給口４から、蓄熱材として２−プロパノールが蓄熱反応部５に供給される。そして、蓄熱反応部５内に配置されている流体流路１０の部分に温水が供給されると光照射部２８で光照射が行われ、２−プロパノールが、光エネルギーに補助されて分解（蓄熱反応）を生じる。そして、反応室３４は、流体流路１０を流通する温水からの熱エネルギーを吸収するようになっている。そして、分解により生成された蓄熱状態の蓄熱材が蓄熱状態の蓄熱材出口３３から排出される。
【００８８】
なお、図７では、反応室３４の外側に光照射部２８を設けたが、上記の分解または分離を可能とする構成であれば、反応室３４の内側に区画された光照射部を設け、その外側に反応室３４を設けた構成を用いても構わない。
【００８９】
ここで、光照射部２８には紫外線ランプやブラックライトなどを用いることが可能である。光の照射量や波長などは、実施の形態１と同様に、電源＋制御部２９が蓄熱反応部５の温度に応じて制御するようになっている。また、光照射部２８で光照射エネルギー以外に発生する熱は別途熱交換器によって回収し、再度反応性媒体の予熱等に用いることができる。
【００９０】
また、光照射部２８で用いる光源の波長は、用いる光触媒の種類も考慮して適宜選択されることが好ましい。また、発光原理も熱や放電に限定されず、光があればよいため、照射エネルギー量が少なくてもよい場合は、発光ダイオードなどを用いてもよく、設計上の任意性が向上する。また、可視光応答性のある修飾チタニアなどの光触媒を用い、光照射部２８を光透過ガラスとすることで、太陽光を用いることも可能である。また、光照射部２８およびそれに対応した反応室３４は、それぞれ複数設けても構わない。また、光照射部２８、反応室３４、熱交換器＋光触媒３０は流体流路１０を取り巻くように形成されているが、反応室３４をプレート状に形成する場合は、これらを片面に設け、反対側を断熱材などで断熱する構成としても構わない。
【００９１】
光触媒反応によって発生した蓄熱状態の蓄熱材であるアセトンと水素の混合物については、３１の分離部で凝縮や分離膜などの手段で分離するようになっている。気体として分離される水素は、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢで貯蔵する。一方、アセトンについては液体として発生する部分と分離部３１の有する凝縮部で発生する部分が合流されて、８の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡで貯蔵される。なお、分離部３１の有する凝縮部で発生する熱量についても熱回収することが可能である。
【００９２】
また、８の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡは、発熱反応部２６を経由せずにバルブ３２、バルブ２７を介して蓄熱材タンク１に返すバイパスを設けることも可能である。このように蓄熱反応部５における反応が十分進行していない場合は、発熱反応部２６を経由せずバイパスを経由して、再び蓄熱反応部５での反応に用いることが出来る。その際９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢで水素は除いている。
【００９３】
なお、発熱反応部２６における発熱反応の動作は、実施の形態１の蓄熱装置の場合と同様であるため詳細の説明は省略する。
【００９４】
実施の形態２の蓄熱装置は、補助エネルギーが光であるため、光照射部２８からの光が蓄熱反応部５の触媒に十分効果的に照射されるように、蓄熱反応部５の触媒の面積を大きくする必要がある。従って、補助エネルギーが電気である実施の形態１の蓄熱装置に比べて、実施の形態２の蓄熱装置は、装置サイズが大きくなってしまう。しかしながら、実施の形態２の蓄熱装置で補助エネルギーとして太陽光を用いた場合には、補助エネルギーの使用コストがかからないという利点がある。
【００９５】
なお、光照射部２８が、本発明の補助エネルギー供給部としての一例である。また、実施の形態１と同様に、蓄熱材タンク１が本発明の蓄熱材の貯蔵部としての一例である。また、８、９の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡおよび蓄熱状態の蓄熱材タンクＢが本発明の貯蔵部としての一例である。また、２−プロパノールが、本発明の数１および数２を満足する反応条件を満足する蓄熱材としての一例である。
【００９６】
（実施の形態３）
図８に、本発明の実施の形態３の蓄熱装置の構成図を示す。図８に基づき、化２、化３の関係を利用した本実施の形態３の蓄熱装置の構成とともに動作について説明する。
【００９７】
蓄熱時、流体流路４４内には、太陽熱や電気ヒータやヒートポンプ給湯機等によって生成した温水が流通している。この温水はその他の熱媒体でもよく、例えばヒートポンプ等の冷凍サイクルにおいて加熱された冷媒でもよい。
【００９８】
まず、蓄熱時の動作について説明する。バルブ３６が開き、ポンプ３７によって、蓄熱材タンク３５から、蓄熱材である２−プロパノールが蓄熱反応部３９内に、蓄熱材供給口３８より供給される。蓄熱反応部３９では、実施の形態１と同様に、２−プロパノールが流体流路４４の熱と別途電源および制御部５４から補足的に供給される電気エネルギーによって分解（脱水素反応）されアセトンと水素に変換され、その時の吸熱によって流体流路４４の熱が吸収される。そして、アセトンと水素は、それぞれ４０のコレクタＡ、４１のコレクタＢによって収集され、それぞれ４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢに貯蔵される。
【００９９】
ここで、蓄熱反応部３９の内部の概略図を図９に示す。図９に示すように、蓄熱反応部３９の内部では、電極部４９は、熱交換器４５を介して流体流路４４と熱的に接触している。そして、電極部４９は、触媒付の第一の電極４６、固体電解質４７、および触媒付の第二の電極４８で構成されている。このとき、蓄熱材である２−プロパノールの分解はより流体流路４４に近い第一の電極４６で生じる。
【０１００】
なお、図９に示すセパレータ５０の空隙の空白部は、蓄熱材供給口３８から供給される蓄熱材（２−プロパノール）やアノード（第一の電極４６）で生成した蓄熱状態の蓄熱材（ここではアセトン）が流通して４０のコレクタＡに流通する。そして、セパレータ５０の空隙の斜線部は、カソード（第二の電極４８）で生成した蓄熱状態の蓄熱材（ここでは水素）が流通して４１のコレクタＢに流通する。
【０１０１】
また、蓄熱反応部３９の内部では、流体流路４４が、給水口５１より入り、セパレータ５０の背面に設けられた熱交換器４５と熱交換しながら排水口５２から出るように配置されている。
【０１０２】
なお、２−プロパノール、およびアセトンは、本発明の蓄熱材、および他の蓄熱状態の蓄熱材の一例である。また、蓄熱材タンク３５、流体流路４４、流体流路４４を流れる温水が、それぞれ本発明の、蓄熱材の貯蔵部、加熱用流体流路、加熱用流体の一例である。また、４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡと４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢは、本発明の蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵部の一例である。
【０１０３】
ここで、第一の電極４６および第二の電極４８の触媒種としては、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒなどをカーボンやチタニアなどの導電性担体に担持したものを用いることができる。また、必要に応じて、蓄熱反応部３９内に電極部４９を複数積層して設けてもよい。あるいは、蓄熱反応部３９のユニット自体を複数設けても構わない。
【０１０４】
次に、蓄熱熱反応部３９における分解反応について説明する。蓄熱反応部３９内に配置された流体流路４４の部分に温水が供給されると、蓄熱材供給口３８から蓄熱反応部３９内に蓄熱材である２−プロパノールが供給され、分解反応を開始する。
【０１０５】
図１０は、電極部４９における蓄熱材の分解の模式図を示している。蓄熱材である２−プロパノールの分解反応が開始した時、電源および制御部５４からΔＧ相当分程度の電気エネルギーが印加される。そして、流体流路４４内を流れる温水から吸熱しながら、図１０に示すようにアノード（第一の電極４６）とカソード（第二の電極４８）でそれぞれ化２および化３の右側への反応が進行し、４０のコレクタＡと４１のコレクタＢから排出される。この段階で一部未反応の２−プロパノールを含む化２によって生成されたアセトンと、化３によって生成された水素は分離され、それぞれ、４０のコレクタＡと４１のコレクタＢから排出される。そして、これらの生成物（蓄熱状態の蓄熱材）は、それぞれ、４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡと４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢに移行し、バルブ５５、バルブ５６が閉じることで貯蔵される。なお、電源および制御部５４は、本発明の補助エネルギー供給部の一例である。
【０１０６】
ここで、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢは実施の形態１と同様に水素吸蔵合金で構成されている。
【０１０７】
なお、電源および制御部５４に交流電源を用いる場合には、電源および制御部５４にＡＣ−ＤＣ変換機能を内在させ、直流に変換して用いることになる。
【０１０８】
次に、発熱反応部６０における放熱時の発熱反応について説明する。図１１に、発熱反応部６０の内部の概略図を示す。
【０１０９】
発熱反応部６０では、被加熱流体流路５７と電極部５９が熱交換器６１を介して接触している。４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡからのアセトンが８０の蓄熱状態の蓄熱材供給部Ａより、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢからの水素が８１の蓄熱状態の蓄熱材供給部Ｂより、それぞれ供給される。そして、電極部５９における第一の電極９６側で反応し、２−プロパノールを与えるとともに発熱し、被加熱流体流路５７を流通する水を加熱するようになっている。
【０１１０】
この時、発熱反応部６０の反応で再生された蓄熱材である２−プロパノールは、図８に示すように、蓄熱材コレクタ５８よりバルブ６２を経由して再び蓄熱材タンク３５に貯蔵される。この時の反応は、化２および化３の左側への反応であり、発熱と同時に発電が行われる。すなわち、化１の左側への反応は熱力学的に進行しやすい条件にあるため、蓄熱反応部３９で生成した水素が８１の蓄熱状態の蓄熱材供給部Ｂから供給され、他の蓄熱状態の蓄熱材であるアセトンが８０の蓄熱状態の蓄熱材供給部Ａから供給されると、第二の電極９８上で蓄熱状態の蓄熱材Ｂ（水素）の化３の左側への反応が進行する。そして、水素イオンがプロトンとして固体電解質９７を経由して第一の電極９６側に移動し、化２の左側への反応によって蓄熱材（２−プロパノール）が生成される。
【０１１１】
ここで、電極部５９は、図８に示すように、電気端子６４を経由して蓄電部６５と接続されており、化２の左側への反応に伴う電子の流れによって発生した電気はそのまま蓄電部６５で蓄電することができる。
【０１１２】
なお、被加熱流体流路５７、被加熱流体流路５７を流れる水、蓄電部６５、電気端子６４が、それぞれ本発明の、被加熱用流体流路、被加熱用流体、蓄電手段、電気取り出し用端子の一例である。また、第二の電極９８、第一の電極９６が、それぞれ、本発明の第一の電極、第二の電極の一例であり、固体電解質９７が、本発明の電解質の一例である。
【０１１３】
発熱反応部６０には熱容量があり被加熱流体流路５７内の水を加熱するまでに時間を要する。そのために、発熱反応部６０における第一の電極９６などの一部あるいは全体にヒータなどの加熱手段（図示せず）を熱的に接触させて設け、蓄電部６５から供給される電気により加熱するようにして、被加熱流体の加熱をより速やかに行うことができるようになっている。蓄電部６５には、例えば、Ｎｉ−Ｈ電池、Ｌｉ電池などの蓄電池や高容量キャパシタを出力に応じて用いることが可能である。なお、ここで設けた加熱手段は、本発明の電熱変換手段の一例である。
【０１１４】
なお、蓄電部６５からの電気出力は、蓄熱反応部３９における補助エネルギーとして蓄熱材の分解、または分離時に利用することも可能である。この場合、発電時のジュール熱などによるロス分については、別途電源および制御部５４から系統電源などから供給する。すなわち、蓄熱反応部３９にヒータなどの加熱手段を設け、蓄電部６５から供給される電気により蓄熱反応部３９を加熱する。なお、蓄熱反応部３９に設けた加熱手段は、本発明の蓄熱反応部加熱手段の例である。また、水素が貯蔵されている４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢの加熱に用いることで、発熱反応時における電極部５９に対する水素の供給速度を確保することもできる。なお、蓄電部６５に貯蔵された電気はこれらの目的以外にも用いることができる。
【０１１５】
また、分解または分離時に蓄熱反応部３９に加える補助エネルギーとしての電気エネルギー量は、図１に示す温度Ｔ（ここでは室温）におけるΔＧ相当程度であればよい。さらに、圧力変化などによる平衡移動操作を加える場合は、より補助エネルギー量を小さくすることができる。
【０１１６】
また、分解または分離の生じる温度Ｔ（蓄熱温度）が変化する場合は、電源および制御部５４に設けられた演算部で必要なエネルギー量を演算して設定することができるので、不必要なエネルギーを加える必要がなくなる。特に、できるだけ低温の熱を貯蔵するために、吸熱反応によって温度の低下しやすい蓄熱反応部３９の流れ方向に対して下流側の温度、とりわけ第一の電極４６の温度を熱電対やサーミスタなどの温度検出手段（図示せず）によって検知して、必要なエネルギー量の演算に用いることが好ましい。
【０１１７】
図１２および図１３は、本実施の形態３の蓄熱装置における別の構成の構成図を示している。
【０１１８】
流体流路４４は、図８では単純に蓄熱反応部３９にのみ接触しているが、図１２に示すように、蓄熱材タンク３５で熱交換を行った後、蓄熱反応部３９に接触するような構成にすると、蓄熱反応部３９に対して蓄熱材としての２−プロパノールが気化供給されることでポンプ３７などを設置する必要性がなくなる。あるいはポンプ３７を設置するとしても消費電力の小さい小型のポンプを設置することが出来る。この場合は、蓄熱反応部３９に補助エネルギーとしての電気エネルギーを印加して分解を進行させるタイミングを、例えば蓄熱材タンク３５の温度を規定することで行い、必要以上の電気使用を削減することで効率的な蓄熱を行うことが可能になる。
【０１１９】
また、図１３に示すように、特に液体系生成物（この場合はアセトン）の貯蔵を行う４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡについては、グラスウールやその他の断熱手段６６によって外部と断熱することによって、外部が冷却された場合でも貯蔵中の蓄熱状態の蓄熱材の放熱を抑制することが可能となる。さらに、顕熱として部分的に熱を貯蔵できるので、蓄熱温度を高めに設定でき、電極部４９に供給する補助エネルギー量も削減することができる。
【０１２０】
また、図１３に示すように、図８の構成を、蓄熱反応部３９の第二の電極４８から発生する水素の流路について、４１のコレクタＢと４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢの間に、伝熱手段８２によって蓄熱材タンク３５と熱的に接触する熱交換器６３を配置してもよい。このような構成にすることにより、蓄熱反応部３９で生成された水素の顕熱を回収して冷却するとともに、蓄熱材タンク３５の加熱に用いることで、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢへの貯蔵に伴う顕熱ロスを抑制することができる。また、熱交換器６３を４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢにも接触させることによって、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢにおける水素吸蔵に伴う発熱も回収することができる。
【０１２１】
なお、陽イオン交換性ポリマーなどを固体電解質４７に用いる場合、固体電解質４７を加湿することが好ましい。この場合、加湿装置を別途設けてもよく、より簡易には、蓄熱材としての反応性媒体（ここでは、２−プロパノール）に水を数％〜５０％程度含ませ、４１のコレクタＢと４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢの間に貯留部を設けることにより実施することができる。
【０１２２】
同様に、発熱反応部６０の固体電解質９７に陽イオン交換性ポリマーなどを用いる場合にも、固体電解質９７を加湿することが好ましい。この場合も、蓄熱反応部３９の場合と同様に加湿装置を別途設けてもよく、また、４１のコレクタＢと４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢの間に設けられた貯留部の水を、反応性媒体（ここでは、水素）に混合して発熱反応部６０に供給するようにしてもよい。
【０１２３】
なお、本実施の形態３では、蓄熱反応部３９を備えた蓄熱装置としたが、本実施の形態３の蓄熱装置の発熱反応部６０を利用して燃料電池にも応用することができる。この場合の燃料電池は、発熱反応部６０内に配置された被加熱流体流路５７を流れる水が加熱されることにより、発電時に発生する熱も取り出すことができる。つまり、電気エネルギーと同時に、熱エネルギーも取り出せる燃料電池を構成することができる。
【０１２４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の蓄熱装置について、図１４および図１５に基づいて構成とともに動作について説明する。本実施の形態４の蓄熱装置は、実施の形態３の蓄熱装置の蓄熱反応部３９が、発熱反応部６０を兼ねた構成となっている点が、実施の形態３の場合と異なっている。
【０１２５】
図１４は、本実施の形態４の蓄熱装置の構成図を示しており、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時および放熱時を示している。図１４において、図８と同じ符号で示す部分は、図８と同一の部分である。図１５は、蓄熱反応部と発熱反応部とを兼ねた、本実施の形態４の蓄熱装置の反応部６７の一構成図を示しており、図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時および放熱時を示している。
【０１２６】
反応部６７は、実施の形態３の場合の蓄熱反応部３９と同様の構成であるが、図１５に示すように、流体流路４４とともに被加熱流体流路５７もその内部に配置されている。反応部６７の電極部１０９は、実施の形態３の場合の蓄熱反応部３９の電極部４９と同様に、触媒付の第一の電極１０６、固体電解質１０７および触媒付の第二の電極１０８で構成されており、蓄熱時の蓄熱材である２−プロパノールの分解は、電極部１０９の第一の電極１０６上で生じ、吸熱が生じる。
【０１２７】
放熱時の発熱反応は、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢから供給された水素が、第二の電極１０８で解離活性化されて、固体電解質１０７を経由して第一の電極１０６に供給され、別途４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡから供給されるアセトンと第一の電極１０６で反応することによって生じる。この時、放熱は蓄熱よりも速やかに行われることがユーザにとって好ましいことが多い。そのため、流体流路４４からの吸熱に比べて、被加熱流体流路５７はより速やかに第一の電極１０６と熱交換して加熱される必要があるので、被加熱流体流路５７は、流体流路４４よりも第一の電極１０６の近傍に設けられている。
【０１２８】
なお、蓄熱時は被加熱流体流路５７内の水などの流体が、放熱時には流体流路４４内の流体が、実質的に静止しているように制御弁を設けて制御することが好ましい。すなわち、流体流路４４内の流体の流れを制御するために設ける制御弁、および被加熱流体流路５７内の水の流れを制御するために設ける制御弁をそれぞれ設けることが望ましい。
【０１２９】
なお、図１４では、流体流路４４と被加熱流体流路５７を別々に設けた構成としているが、両者を流れる媒体が同じ場合はこれらの流路を共通化しても構わず、流路方向や加熱箇所についても適宜選択することが可能である。
【０１３０】
また、電極部１０９は、スイッチ７６を切り替えることによって、電源および制御部５４から電気端子６４に接続が切り替えられ、発電分の電気が電気端子６４を経由して蓄電部６５で貯蔵される。そして、実施の形態３と同様に、その蓄電された電気を使用できるようになっている。すなわち、蓄熱時には、電源及び制御部５４と電気端子６４とが電気的に接続されるようにスイッチ７６が切り替えられ、放熱時には、発電分の電気が電気端子６４を経由して蓄電部６５で貯蔵されるように切り替えられる。なお、スイッチ７６は、本発明の切替手段の一例である。また、反応部６７は、本発明の蓄熱反応部を兼ねた発熱反応部の例である。
【０１３１】
上記のように、本実施の形態４の蓄熱装置は、蓄熱反応部と発熱反応部が同一化された反応部６７の構成をとることによって、反応部６７の体積および重量が減少するので、実施の形態３の蓄熱装置よりもさらにコンパクトな蓄熱装置を構成することが可能となる。
【０１３２】
なお、放熱時の発電に伴い生じる、反応部６７の電極部１０９におけるジュール熱等についても、第一の電極１０６を通じて被加熱流体流路５７の加熱に用いることができる。
【０１３３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５の蓄熱装置について、図１５および図１６に基づいて構成とともに動作について説明する。本実施の形態５の蓄熱装置は、電気端子６４が図１６に示すように電熱変換部６８に接続されている点が、実施の形態４の場合と異なっている。なお、本実施の形態５の反応部６７の構成は、実施の形態４の反応部６７と同様の構成であり、図１５がその構成図である。
【０１３４】
図１６は、本実施の形態５の蓄熱装置の構成図を示している。図１６において、図１４と同じ符号で示す部分は、図１４と同一の部分である。電熱変換部６８は、ヒータ、熱電素子、ヒートポンプなどとすることができるが、本実施の形態５の蓄熱装置では、電熱変換部６８をヒータとした場合について説明する。
【０１３５】
蓄熱時の動作は実施の形態４と同様に行うが、放熱時は、反応部６７の第一の電極１０６で発熱反応を生じさせ被加熱流体流路５７を加熱する際に、同時に生じた電気をヒータである電熱変換部６８に供給し、電熱変換部６８を昇温する。電熱変換部６８は、反応部６７よりも上流側の被加熱流体流路５７の部分を加熱することで、被加熱流体流路５７内の流体の顕熱分をあらかじめ加熱でき、より速やかに必要な温度の温水などを供給することが可能となる。このように、放熱時に発生する発電分の電気エネルギーを加熱に利用した蓄熱装置を構成することができる。
【０１３６】
また、電熱変換部６８を、４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ、４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢのどちらか一方、あるいは両方に設けることも可能である。この場合、４２の蓄熱状態の蓄熱材タンクＡおよび４３の蓄熱状態の蓄熱材タンクＢから蓄熱状態の蓄熱材を反応部６７に供給する際に発生する気化熱、および顕熱分として、電熱変換部６８で発生させる熱を用いることが可能である。また、電気端子６４と電熱変換部６８の間に蓄電部を設けても構わない。
【０１３７】
なお、電熱変換部６８は、本発明の電熱変換手段の一例である。
【０１３８】
このような構成とすることで、放熱時に発生する電気を熱利用時の被加熱物の加熱に利用し損失を減らすことで、蓄熱効率を上げることができる。
【０１３９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６の熱源システムについて、図１７および図１８に基づいて構成とともに動作について説明する。本実施の形態６の熱源システムは、実施の形態５の蓄熱装置の電熱変換部６８をヒートポンプとし、さらに冷熱貯蔵部を備えたシステムである。
【０１４０】
図１７は、本発明の実施の形態６の熱源システムの構成図を示している。図１８は、図１７に示すヒートポンプ９９の構成図を示している。図１７において、図１６と同じ符号で示す部分は、図１６と同一の部分である。
【０１４１】
ヒートポンプ９９は、基本的に図１８に示すように、蒸発器６９、膨張弁７０、圧縮機７１、凝縮器７２と、これらの間に冷媒を流通させる冷媒流路７９から構成され、冷凍サイクルを形成しているものである。なお、図１７では膨張弁７０、圧縮機７１、およびそれらをつなぐ冷媒流路７９を省略し、蒸発器６９と凝縮器７２と、本発明の蓄熱装置との位置関係のみを示している。
【０１４２】
放熱時に、反応部６７で発熱と同時に生成された電気をヒートポンプ９９に用いることで、高いエネルギー効率で、蒸発器６９で冷熱を、別の圧縮機７１に接続された凝縮器７２で温熱を、同時に発生させることができる。例えば、ヒートポンプ９９をＣＯ2を冷媒としたヒートポンプとすることで、ＣＯ2を圧縮機７１で圧縮して凝縮器７２で４０〜５０℃程度の熱を形成させるときに、膨張弁７０を経由した後の蒸発器６９では、例えば冷却対象の熱容量にもよるが−２〜−４℃程度の冷熱を生成させることができる。
【０１４３】
したがって、凝縮器７２で形成された温熱を被加熱流体流路５７の上流側に供給するとともに、蒸発器６９で生成した冷熱を冷熱貯蔵部７３で貯蔵し、別途必要に応じて供給することができる。
【０１４４】
なお、本実施の形態６の熱源システムに備えられる冷熱貯蔵部７３は、例えば、氷などの潜熱蓄熱剤と熱交換器から構成されている、いわゆる氷蓄熱槽とすることができる。
【０１４５】
また、蓄熱時に流体流路４４の温水を形成させる手段としてヒートポンプを使用する場合は、放熱時に用いるヒートポンプ９９と共通にすることが好ましい。その場合は、例えば、流体流路４４および被加熱流体流路５７の両方に凝縮器７２を設け、蓄熱時は流体流路４４側に、放熱時は被加熱流体流路５７側になるように流路の切り替えを行うようにする。
【０１４６】
また、より冷熱需要が多い場合は、冷熱貯蔵部７３を大容量のものにして、温水を形成する手段としてヒートポンプ９９を用いる際に生成される冷熱を貯蔵して用いてもよい。また、冷熱が不必要な場合は、冷熱貯蔵部７３を省略し、冷熱をそのまま大気に放散する構成としても構わない。
【０１４７】
また、図１９は本発明の実施の形態６の別の形態を示している。図１７ではヒートポンプ９９における蒸発器６９で発生する冷熱を貯蔵して別に用いた構成を示したが、図１９には、蓄熱材タンク３５に熱的に接触させた別の構成について示す。この構成において凝縮器７２で形成された温熱を被加熱流体流路５７の上流側に供給するとともに、発熱時に蓄熱材タンク３５を冷却することにより、蓄熱状態の蓄熱材の結合によって発生する２−プロパノールの凝縮による貯蔵をより進行しやすくすることで、発熱反応を促進する効果を有している。
【０１４８】
また、同様の効果はヒートポンプ９９を用いる代わりに、熱電素子を用いても得ることができる。
【０１４９】
以上の構成とすることで、蓄熱装置をより小型化するとともに、放熱時に発生する電気を用いて高いエネルギー効率で温熱および冷熱を発生させ、冷熱を貯蔵することで需要に合わせて利用すること、あるいは反応を促進することを可能とし、蓄熱効率を上げることができる。
【０１５０】
各実施の形態では、アルコール／ケトン（アルデヒド）・水素系の例として、２−プロパノール／アセトン・水素系を示しているが、基本的に数１の条件で数２の条件を満たすもので、蓄熱状態の蓄熱材の貯蔵性が適したものであれば使用することができる。例えば、２−プロパノールの代わりに、アルコールとして、メタノール、エタノール、ブタノールなどの、炭素数やポリアルコール類などのＯＨ基数が異なるものを使用条件に応じて用いても構わない。また、与えるΔＧに相当する補助エネルギーはより大きくなるが、飽和炭化水素／芳香族炭化水素・水素系を用いる場合は、シスデカリン／ナフタレン・水素系などを用いることも可能である。
【０１５１】
また、各実施の形態では有機化学反応について示したが、本原理に則していれば、その他無機化学反応や水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵反応を用いた系でも、電気化学反応または光触媒反応が併用できる系であればよい。そして、懸濁液状などで用いる他、水素吸蔵合金のような固体のものに関しては、蓄熱反応部５におけるアノード側の触媒付電極１２の代わりに水素吸蔵合金を設け、蓄熱材タンク１と兼ねる形態を取ることができる。
【０１５２】
なお、各実施の形態では、補助エネルギーに電気、光をそれぞれ用いたが、二者を併用しても構わない。また、流体流路１０を流通する流体は、温水でも、オイルや冷媒など別の熱媒体でも構わない。
【０１５３】
また、各実施の形態で、蓄熱材である２−プロパノールの加熱方法として、流体流路１０、４４を流通する温水により加熱する方法としたが、その他の熱媒や冷媒、ヒータ、温風などによるその他の加熱方法であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明の、蓄熱装置、蓄熱方法および熱源システムは、家庭用給湯レベルの温熱をより高い密度で貯蔵できる化学蓄熱方法を用い、放熱時に発生する電気を有効に利用できるという効果を有し、蓄熱装置、蓄熱方法およびそれを用いた熱源システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の原理を説明するための、２−プロパノール／アセトン・水素反応のΔＨ、ＴΔＳ、ΔＧの温度依存性を示す図
【図２】本発明の原理を説明するための、水の分解反応におけるΔＨ、ＴΔＳ、ΔＧの温度依存性を示す図
【図３】本発明の実施の形態１の蓄熱装置の概略図
【図４】本発明の実施の形態１の蓄熱装置の蓄熱反応部の概略図
【図５】本発明の実施の形態１の電極部における反応の模式図
【図６】本発明の実施の形態２の蓄熱装置の概略図
【図７】本発明の実施の形態２の蓄熱装置の蓄熱反応部の概略図
【図８】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の概略図
【図９】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の蓄熱反応部の概略図
【図１０】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の電極部における反応の模式図
【図１１】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の発熱反応部の概略図
【図１２】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の別の構成の概略図
【図１３】本発明の実施の形態３における蓄熱装置の別の構成の概略図
【図１４】（Ａ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の蓄熱時の概略図    （Ｂ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の放熱時の概略図
【図１５】（Ａ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の反応部の蓄熱時の概略図    （Ｂ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の反応部の放熱時の概略図
【図１６】本発明の実施の形態５における蓄熱装置の概略図
【図１７】本発明の実施の形態６における熱源システムの概略図
【図１８】本発明の実施の形態６における熱源システムに用いるヒートポンプの概略図
【図１９】本発明の実施の形態６における熱源システムの別の構成の概略図
【図２０】従来の蓄熱装置としてのケミカルヒートポンプの構成を示す図
【符号の説明】
【０１５６】
１  蓄熱材タンク
２  バルブ
３  ポンプ
４  蓄熱材供給口
５  蓄熱反応部
６  コレクタＡ
７  コレクタＢ
８  蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ
９  蓄熱状態の蓄熱材タンクＢ
１０  流体流路
１１  熱交換器
１２  触媒付電極
１３  固体電解質
１４  電極部
１５  セパレータ
１６  給水部
１７  排水部
２０  電源および制御部
２１  バルブ
２２  バルブ
２３  被加熱流体流路
２４  混合器
２５  熱交換器＋触媒
２６  発熱反応部
２７  バルブ
２８  光照射部
２９  電源＋制御部
３０  熱交換器＋光触媒
３１  分離部
３２  バルブ
３３  蓄熱状態の蓄熱材出口
３４  反応室
３５  蓄熱材タンク
３６、５５、５６、６２  バルブ
３７  ポンプ
３８  蓄熱材供給口
３９  蓄熱反応部
４０  コレクタＡ
４１  コレクタＢ
４２  蓄熱状態の蓄熱材タンクＡ
４３  蓄熱状態の蓄熱材タンクＢ
４４  流体流路
４５、６１、６３  熱交換器
４６、９６、１０６  第一の電極
４７、９７、１０７  固体電解質
４８、９８、１０８  第二の電極
４９、５９、１０９  電極部
５０  セパレータ
５１、７７、９４  給水口
５２、７８、９５  排水口
５４  電源および制御部
５７  被加熱流体流路
５８  蓄熱材コレクタ
６０  発熱反応部
６４  電気端子
６５  蓄電部
６６  断熱手段
６７  反応部
６８  電熱変換部
６９  蒸発器
７０  膨張弁
７１  圧縮機
７２  凝縮器
７３  冷熱貯蔵部
７５  伝熱手段
７６  スイッチ
７９  冷媒流路
８０  蓄熱状態の蓄熱材供給部Ａ
８１  蓄熱状態の蓄熱材供給部Ｂ
８２  伝熱手段
９９  ヒートポンプ
【図１】
2005049086.tif 000004
【図２】
2005049086.tif 000005
【図３】
2005049086.tif 000006
【図４】
2005049086.tif 000007
【図５】
2005049086.tif 000008
【図６】
2005049086.tif 000009
【図７】
2005049086.tif 000010
【図８】
2005049086.tif 000011
【図９】
2005049086.tif 000012
【図１０】
2005049086.tif 000013
【図１１】
2005049086.tif 000014
【図１２】
2005049086.tif 000015
【図１３】
2005049086.tif 000016
【図１４】
2005049086.tif 000017
【図１５】
2005049086.tif 000018
【図１６】
2005049086.tif 000019
【図１７】
2005049086.tif 000020
【図１８】
2005049086.tif 000021
【図１９】
2005049086.tif 000022
【図２０】
2005049086.tif 000023