(57)【要約】【課題】蓄熱密度が高く、エネルギー効率の高い蓄熱方法及び蓄熱システムを提供する。【解決手段】蓄熱材３から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、脱離した水を蓄熱材３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、蓄熱材容器２と水貯留部１７との間の脱離した水の移動を制限する弁３２と、水貯留部１７に貯留されていた脱離した水を加熱する貯留水加熱部１９と、放熱運転時に、脱離した水を水貯留部１７から蓄熱材容器２に供給する水供給経路２０とを備え、弁３２が閉状態のときに、貯留水は貯留水加熱部１９により加熱され、放熱運転において、水貯留部１７の空間圧力が蓄熱材容器２より高いときに、水供給経路２０より、水貯留部１７に貯留された水が蓄熱材容器２内を下から上に流通するように供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水反応することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を蓄熱方法であって、
（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留部に貯留する蓄熱工程と、
（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、
（ｃ）前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器の空間圧力より高くなるまで前記水貯留部に貯留された水を加熱する工程と、
（ｄ）前記水貯留部に貯留された水を、前記蓄熱材中を下から上に流通するように前記蓄熱材容器内に供給する放熱工程とを含む蓄熱方法。
【請求項２】
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蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、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を貯留する水貯留部と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留部に移動させる水輸送経路と、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留部に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留部から蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水は前記貯留水加熱部により加熱され、放熱運転において、前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器より高いときに、前記水供給経路より、前記水貯留部に貯留された水が前記蓄熱材容器内を下から上に流通するように供給する蓄熱システム。
【請求項３】
前記蓄熱材加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張装置、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回路と、前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路とを有し、前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されていることを特徴とした請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記蓄熱材容器および前記水貯留部に空間圧力検出部を備え、放熱運転において、前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器より高くなると、前記弁を閉状態から開状態に切り換えることを特徴とした請求項２または３に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱方法および蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを蓄える蓄熱システムは、従来から省エネルギ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。
【０００４】
特に、化学蓄熱は顕熱、潜熱に加えて化学反応による反応熱を取り出すことができるため、他の蓄熱方法と比較して利用可能な熱量が大きくなる特徴がある。
【０００５】
しかし、化学蓄熱では吸着系、水素吸蔵合金系、有機反応系、無機反応系があり、これらの反応を利用する化学蓄熱システムは、いずれの場合も気固反応もしくは気液反応を利用しているため、蓄熱時には気体が発生する。そのため、発生した気体をそのまま貯蔵してしまうと、貯蔵部の容積が極めて大きくなる課題がある。
【０００６】
そのため、例えば、特許文献１では、放熱時には別途水タンクに蓄えた水を供給する化学蓄熱装置が提案されている。この化学蓄熱装置では、車両エンジンを流通することにより加熱されたエンジン冷却水により、蓄熱材を加熱する。そして、減圧ポンプにより、蓄熱材より脱離した水を水蒸気として排気する。放熱時には別途、水タンクに貯留した水を蓄熱材の上部より供給し、水和（化学）反応を起こし、反応熱を取り出す。したがって、発生した水蒸気を気体状態のまま貯蔵する必要がないため、容積を小さくすることが可能である。
【０００７】
また、特許文献２には、蓄熱時に発生する水蒸気を凝縮し、水として貯留する蓄熱方法及び蓄熱システムが記載されている。この蓄熱システムの運転動作について説明すると、減圧下で蓄熱材を加熱し、脱離した水蒸気を凝縮器で冷却する。そうすることによって、発生した水蒸気を液体（水）として貯蔵する。このときに、凝縮熱を回収することができる。そして、放熱時に蓄熱材に戻すことにより、水和（化学）反応を起こし、反応熱を取り出すことができる。したがって、貯留部の体積を必要以上に増大させることなく、運転動作を行うことが可能である。
【０００８】
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実質的に蓄熱できる熱エネルギー（熱量）を「蓄熱量」、蓄熱材量の単位体積（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】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３８３２号公報
【特許文献２】特許第４３８８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載の発明では、蓄熱運転時に発生する水蒸気の凝縮熱を回収で
きないため、エネルギー効率が低くなる。また、放熱運転時には蓄熱材の上部に水を供給する。そのため、蓄熱材との密度差により供給した水が上部に分離し、均一に水和（化学）反応を促進できず、蓄熱密度が低下する課題がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載の発明では、放熱運転時に蓄熱部に水を供給するためのポンプが必要になる。したがって、ポンプを追加するコストが必要になり、またポンプ稼動時には電力を消費するため、エネルギー効率が低くなる課題がある。
【００１２】
このように、従来の発明では、高蓄熱密度、かつエネルギー効率の高い蓄熱システムの実現は難しい。
【００１３】
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、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いて、高蓄熱密度であり、かつ、エネルギー効率の高い蓄熱方法および蓄熱システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱方法は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を蓄熱方法であって、（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留部に貯留する蓄熱工程と、（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、（ｃ）前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器の空間圧力より高くなるまで前記水貯留部に貯留された水を加熱する工程と、（ｄ）前記水貯留部に貯留された水を、前記蓄熱材中を下から上に流通するように前記蓄熱材容器内に供給する放熱工程とを含む蓄熱方法である。
【００１５】
また、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蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、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を貯留する水貯留部と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留部に移動させる水輸送経路と、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留部に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留部から蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水は前記貯留水加熱部により加熱され、放熱運転時において、前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器より高いときに、前記水供給経路より、前記水貯留部に貯留された水が前記蓄熱材容器内を下から上に流通するように供給する蓄熱システムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、蓄熱材容器より空間圧力の高い水貯留部から、貯留された水を供給することにより、蓄熱材容器内で減圧沸騰を起こすことができる。また、蓄熱材中を下から上に流通するように供給するため、減圧沸騰の攪拌効果により、蓄熱材と水との水和（化学）反応を均一かつ迅速に促進することができる。したがって、放熱時に利用できる熱量が増加するため、蓄熱密度を高めることができる。さらに、蓄熱材容器と水貯留部の空間圧力差を搬送力として、貯留された水を供給することができるため、ポンプ等の輸送機器を必要としない。したがって、低コストかつエネルギー効率の高い蓄熱システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の蓄熱システムの構成図
【図２】本実施形態の蓄熱システムの動作を説明するための図
【図３】本実施形態における傾斜部１３の構成を説明するための図
【図４】本実施形態の蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示する図
【図５】本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転終了時の蓄熱材容器２と水貯留部１７の空間圧力を示した図
【図６】貯留されている水の温度とヘッドエネルギーの関係図
【図７】本発明の他の実施形態の蓄熱システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を蓄熱方法であって、（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留部に貯留する蓄熱工程と、（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、（ｃ）前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器の空間圧力より高くなるまで前記水貯留部に貯留された水を加熱する工程と、（ｄ）前記水貯留部に貯留された水を、前記蓄熱材中を下から上に流通するように前記蓄熱材容器内に供給する放熱工程とを含む蓄熱方法である。
【００１９】
これによると、蓄熱材容器より空間圧力の高い水貯留部から、貯留された水が供給されるので、蓄熱材容器内で減圧沸騰が起こる。また、蓄熱材中を下から上に流通するように供給しているため、減圧沸騰の攪拌効果により、蓄熱材と水との水和（化学）反応を均一かつ迅速に促進することができる。したがって、蓄熱密度を高めることができる。
【００２０】
第２の発明は、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蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、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を貯留する水貯留部と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留部に移動させる水輸送経路と、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留部との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留部に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留部から蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水は前記貯留水加熱部により加熱され、放熱運転時において、前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器より高いときに、前記水供給経路より、前記水貯留部に貯留された水が前記蓄熱材容器内を下から上に流通するように供給する蓄熱システムである。
【００２１】
これによると、前述の蓄熱方法と同様に蓄熱密度を高めることができる。さらに、蓄熱材容器と水貯留部の空間圧力差を搬送力として、貯留された水を供給することができるため、ポンプ等の輸送機器を必要としない。したがって、低コストかつエネルギー効率の高いシステムを実現できる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記蓄熱材加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張装置、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回路と、前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路とを有し、前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されているものである。
【００２３】
これにより、凝縮熱を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することができるので、冷媒回路のＣＯＰを向上させることができる。
【００２４】
第４の発明は、特に、第２または第３の発明において、前記蓄熱材容器および前記水貯留部に空間圧力検出部を備え、放熱運転時において、前記水貯留部の空間圧力が前記蓄熱材容器より高くなると、前記弁を閉状態から開状態に切り換えるものである。
【００２５】
これにより貯留された水を供給するタイミングを正確に制御することができる。したがって、効率のよい運転が可能となる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの実施の形態を説明する。図１は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。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。
【００２８】
本実施形態の蓄熱システムは、上方に開放した第１の開口部２１を有し、蓄熱材３を収容する反応容器１と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材３を加熱する蓄熱材加熱部（熱交換部）４と、前記反応容器１の上方に配置され、前記蓄熱材３を加熱することによって前記蓄熱材３から脱離した水蒸気を凝縮させて凝縮水を得る凝縮部１２と、前記凝縮部１２より滴下した凝縮水を移動させる傾斜部１３とを備える。反応容器１には、蓄熱材加熱部４の熱媒から蓄熱材３への伝熱性能を向上させるためのフィン５と、放熱運転時に蓄熱材３に水を供給するための散水部１５とが設けられている。反応容器１、傾斜部１３、蓄熱材加熱部４および凝縮部１２は、何れも蓄熱材容器２内に配置されている。
【００２９】
図２は本実施形態の蓄熱システムの動作を説明するための図である。この図により蓄熱材３から脱離した水の移動をより詳しく説明する。まず、蓄熱材加熱部４によって、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２５は、第１の開口部２１から、傾斜部１３に設けた第２の開口部２４を通過し、凝縮部１２で冷却されて、凝縮水（液体の水）２６になる。凝縮水は液膜となり、ある一定の量になると重量の作用により、水滴となって、下方に配置されている傾斜部１３に滴下する。この際、傾斜部１３に滴下した凝縮水の大きさに対して、傾斜角２９がある一定の角度以上であれば、凝縮水は第１の水輸送経路１４に向かって流れだす。
【００３０】
図３は本実施形態における傾斜部１３の構成を説明するための図である。図３に示すように、傾斜部１３を第１の水輸送経路１４を構成する反応容器１の外壁を含む鉛直面６４から、鉛直面６４からの距離が最大となる凝縮器１２を含む鉛直面６５までの全域に配置する。
【００３１】
傾斜部１３の材質は撥水性であっても、親水性であってもよいが、表面に滴下した凝縮水を容易に所望の方向へ移動させるためには、撥水性であることが好ましい。本明細書では、表面に置かれた水滴の接触角が９０°を超えると撥水、９０°未満であれば親水性とする。また、傾斜部１３は、蓄熱運転による容器内の圧力変化に耐える強度を有することが好ましい。傾斜部１３の材質としては、テフロン（登録商標）やＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いるとよい。また、傾斜部１３をブラスチックや金属で作製し、凝縮部１２と向かい合う面に撥水性を付与する表面処理を加えても同様の効果を得ることが可能である。
【００３２】
一方、傾斜部１３に設けた第２の開口部２４に凝縮水２６が流入し、蓄熱材から脱離した水蒸気２５の流動抵抗となり、脱水速度が低下するおそれがある。特に凝縮部１２の冷却面の濡れ性が親水性の場合には、傾斜部１３に滴下する水滴が大きくなり、第２の開口
部２４に流入しやすくなる。しかし、本実施形態のように、撥水性を有した表面に第２の開口部２４を設けると、毛細管現象により凝縮水２６の流入を防ぐことができる。第２の開口部の相当直径（ここで、相当直径とは第２の開口部２４の断面と等価な円管の直径とする）が小さいほど、毛細管現象により、凝縮部１２より滴下した水滴の流入を効果的に防ぐことができる。一方、第２の開口部２４の相当直径を小さくしすぎると、水蒸気の流動抵抗の増大を招いてしまう。そこで、凝縮部１２の冷却面として銅を用いた場合の水滴径と、その水滴の流入を防ぐのに必要な第２の開口部２４の相当直径を計算により求めた。その結果、水滴径は７．４ｍｍであり、必要な相当直径は０．９０ｍｍであった。本実施例では、凝縮水２６の流入をより確実に防止するため、第２の開口部２４の相当直径を０．７５ｍｍとした。
【００３３】
本実施形態では、凝縮水は、傾斜部１３の構造により、傾斜部１３の上面から、蓄熱材容器２の内壁と反応容器１との間を下方に向かって通過する。ここでは、蓄熱材容器２の内壁と反応容器１との間における凝縮水が通過する経路１４を「第１の水輸送経路」と称する。なお、第１の水輸送経路１４は、図示する経路に限定されない。第１の水輸送経路１４の配置にかかわらず、傾斜部１３の上面が第１の水輸送経路１４に近づくにつれて位置が低くなる構造を有していれば、凝縮水を第１の水輸送経路１４に誘導させることができる。
【００３４】
本実施形態では、蓄熱材３として、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。ここでは、塩化カルシウム・６水和物を用いる。
【００３５】
第１の開口部２１に水蒸気透過手段を設置してもよい。これにより、減圧運転時の蓄熱材３の飛散を防ぐことができる。水蒸気透過手段は、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を用いればよい。
【００３６】
本実施形態の蓄熱システムは、さらに、蓄熱材容器２の外部に設けられ、凝縮部１２によって凝縮された凝縮水を貯留する水貯留部１７と、凝縮水を蓄熱材容器２から水貯留部１７に輸送する第２の水輸送経路１６と、放熱運転時に、水貯留部１７に貯留された水を水貯留部１７から反応容器１内に供給する水供給経路２０とを備えてもよい。水供給経路２０は、水貯留部１７と反応容器１に配置された散水部１５とを接続している。このような構成により、蓄熱運転時には、第１の水輸送経路１４を通過した凝縮水は、第２の水輸送経路１６により水貯留部１７に輸送されて貯留される。蓄熱運転時に水貯留部１７に貯留された貯留水は、放熱運転時に、水供給経路２０を通過して散水部１５まで輸送され、散水部１５から反応容器１内に供給されて蓄熱材と反応（水和反応）する。この反応により、蓄熱材に蓄えられていた熱が放出される。
【００３７】
第２の水輸送経路１６には、蓄熱材容器２と水貯留部１７との間で水が移動することを制限する弁３２が設けられていることが好ましい。さらに、水貯留部１７に貯留されていた水を加熱する貯留水加熱部１９を備えていることが好ましい。これにより、放熱運転時に、加熱した貯留水と蓄熱材とを反応させることができるので、取出し熱量を増加させることができる。蓄熱運転時に貯留水を加熱するときは、加熱された貯留水が反応容器１に逆流することを防止するために弁３２を閉じておくことが好ましい。
【００３８】
＜蓄熱動作＞
次に、蓄熱材として塩化カルシウム・６水和物を用いる場合を例に、図１に示す蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。
【００３９】
本実施形態では、弁３２を開けた状態で、蓄熱材３を加熱するとともに、凝縮部１２で凝縮した水を蓄熱材容器２から取り出して水貯留部１７に貯留する（以下、第１の蓄熱工程という）。続いて、弁３２を閉じることによって、蓄熱材容器２と水貯留部１７との間で水が移動することを遮断する。この状態で、蓄熱材３をさらに加熱して、蓄熱材３の温度をさらに上げる（以下、第２の蓄熱工程）とともに、水貯留部１７に貯留されていた貯留水を加熱してもよい。
【００４０】
以下、図面を参照しながら、蓄熱工程の動作をより詳しく説明する。
【００４１】
図４は、本実施形態の蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。図４に示す曲線（Ａ）が第１の蓄熱工程に相当し、直線（Ｂ）が第２の蓄熱工程に相当する。
【００４２】
下記式（１）から分かるように、塩化カルシウム・６水和物は加熱されると脱水反応を生じて塩化カルシウム水溶液と塩化カルシウム・２水和物との混合物になるとともに、熱（ΔＨ）を蓄える（右向きの反応）。一方、塩化カルシウム水溶液と塩化カルシウム・２水和物との混合物は、水と反応して塩化カルシウム・６水和物になるとともに、熱（ΔＨ）を放出する（左向きの反応）。なお、本明細書では、蓄熱している状態（ここでは塩化カルシウム水溶液と塩化カルシウム・２水和物との混合物）を単に「蓄熱状態」、放熱後の状態（ここでは塩化カルシウム・６水和物）を単に「放熱状態」という。
【００４３】
【化１】
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【００４４】
まず、第１の蓄熱工程を開始する前に、弁３２〜３７を全て閉じておく。弁３２を開放し、真空ポンプ等の減圧装置により蓄熱材容器２及び水貯留部１７の圧力を下げる。蓄熱材容器２及び水貯留部１７の圧力が所定の値まで下がれば、弁３２を閉じる。
【００４５】
続いて、第１の蓄熱工程を開始する。ここでは、冷媒回路１０により反応容器１内の蓄熱材３を加熱する。また、膨張装置８を流通した後の冷媒を凝縮部１２に流通させることによって、蓄熱材の加熱と同時に、蓄熱材から脱離した水蒸気の冷却を行う。このとき、図４の曲線（Ａ）に示すように、水和物である蓄熱材３は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。この反応は上式（１）の右方向の反応に相当する。蓄熱材３から脱離した水分は水蒸気となり、第１の開口部２１から第２の開口部２４を通過して、凝縮部１２に到達する。凝縮部１２に到達した水蒸気は冷却されて液滴（凝縮水２６）となり、重力により下方向に滴下する。滴下した水滴は、傾斜部１３により、第１の水輸送経路１４に誘導される。第１の水輸送経路１４を通過した後、第２の水輸送経路１６を経て、水貯留部１７で貯留される。
【００４６】
図４に示すように本実施形態によれば、第１の蓄熱工程により、蓄熱材３の温度が６０℃に到達したときに、塩濃度を６０％まで高めることができる。この工程において、蓄熱材３を相変化温度まで昇温させるための顕熱、相変化温度での蓄熱材の融解潜熱、固液共存状態の蓄熱材３を相変化温度から６０℃まで昇温させるための顕熱、および、蓄熱材３
の脱水反応による反応熱を蓄えることが可能である。また、第１の蓄熱工程では、蓄熱材３で冷却された後、第２熱交換部（熱媒加熱部）９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍは、蓄熱材３の温度上昇に伴って６０°まで上昇する。
【００４７】
この後、弁３２を閉じて、蓄熱材容器２と水貯留部１７との間の水の移動を遮断する。これによって、第１の蓄熱工程を終了する。
【００４８】
続いて、第２の蓄熱工程を行う。
【００４９】
蓄熱材３で冷却された後、第２熱交換部（熱媒加熱部）９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍが高くなると、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰがそれにつれて低下してしまう。したがって、蓄熱材３をさらに加熱する場合には、熱媒と水貯留部１７に貯留された水との熱交換により、第２熱交換部（熱媒加熱部）９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍを低くすることが好ましい。
【００５０】
したがって、第２の蓄熱工程では、まず、弁３３及び弁３４を開き、ポンプ３０により水貯留部１７内の貯留水を第３熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部）１８に送る。第３熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部）１８において、反応容器１内を流通した後の熱媒と水貯留部１７で貯留されていた貯留水とが熱交換され、熱媒の温度Ｔｍを下げるとともに、貯留されていた貯留水を加熱することができる。加熱された貯留水は、再び水貯留部１７に戻される。
【００５１】
蓄熱材の温度を８０°まで昇温させた後、第２の蓄熱工程を終了する。本実施形態では、このときの水貯留部１７の温度は４０°であった。
【００５２】
第２の蓄熱工程が終了すると、すべての弁を閉じた状態にして蓄熱材３の加熱を停止する。
【００５３】
＜放熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。
【００５４】
本実施形態では、上記蓄熱動作の後、水貯留部１７内の貯留水を反応容器１に供給し、蓄熱状態の蓄熱材３と反応させることによって放熱を行う。また、放熱時に蓄熱材から放出された熱の回収を、第１熱交換部（蓄熱材加熱部）４において、給水口４０より供給された市水と蓄熱材３とを熱交換させることにより行う。
【００５５】
しかし、蓄熱材３を収容している蓄熱材容器２の空間圧力が水貯留部１７の空間圧力より高いときには、圧力差が抵抗になり、ポンプ等の輸送機器によらなければ水貯留部１７に貯留されている水を蓄熱材容器２に供給することはできない。
【００５６】
図５に本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転終了時の蓄熱材容器２と水貯留部１７の空間圧力を示す。蓄熱材容器２及び水貯留部１７ともに、容器内の収容物の飽和蒸気圧が空間圧力になる。したがって、図５に示すように蓄熱材容器２の方が水貯留部１７より、空間圧力が高いため、ポンプ等の輸送機器によらなければ水貯留部１７に貯留されている水を供給できない。
【００５７】
そこで、放熱運転時に水貯留部１７から貯留されている水を供給する前に、第３熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部）１８で加熱する。
【００５８】
貯留されている水の温度が上昇していけば、水貯留部１７の空間圧力は高くなっていく
。
【００５９】
したがって、蓄熱材容器２の空間圧力より高くなれば、圧力差により貯留されている水を供給することができる。そこで、圧力差により、貯留されている水を供給するエネルギーを見積もるために、下記式（２）で示すヘッドエネルギー（Ｅ）を計算により求めた。
【００６０】
【化２】
2012063036.tif 000004
【００６１】
ここで、ΔＰは水貯留部１７と蓄熱材容器２の空間圧力の圧力差、ρは水の密度、ｇは重力加速度である。なお、蓄熱材容器２の空間圧力は８０℃、塩濃度６０％の塩化カルシウム・水和物の飽和蒸気圧を用いた。図６に貯留されている水の温度とヘッドエネルギーの関係を示す。図６に示すように、５０℃近くまで加熱すればヘッドエネルギーが生じることが分かる。さらに、貯留された水を８０℃以上に加熱すれば、蓄熱材容器２と水貯留部１７の高さ差が４ｍあっても、供給することが可能なことが分かる。
【００６２】
また、図１に示すように空間圧力検出部６６、６７を蓄熱材容器２、水貯留部１７にそれぞれ備えておけば、空間圧力を正確に検知することができる。
【００６３】
そして、本実施形態では反応容器１の下部の設けた散水部１５より、貯留された水が供給される。この際、水貯留部１７より蓄熱材容器２の空間圧力が低いので、供給された水は減圧沸騰を起こす。また、供給された水が蓄熱材３中を下から上に流通するように供給しているので、減圧沸騰が起こると、蓄熱材３の全体が激しく攪拌される。したがって、蓄熱材と水との水和（化学）反応を均一かつ迅速に促進することができる。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、放熱運転時に貯留された水を供給するためのポンプを必要とせず、また減圧沸騰による攪拌効果を利用することにより、蓄熱密度の高い低コストかつエネルギー効率の優れた蓄熱システムを実現できる。
【００６５】
本実施形態の蓄熱システムの構成は、図１に示した構成に限定されない。例えば、図７に示すように、複数の反応容器１を備えていてもよい。その場合、複数の反応容器１を鉛直方向に積層し、各反応容器１内における蓄熱材３の厚さを低減してもよい。これにより、蓄熱材３の深さ方向に働く圧力（ヘッド）の値を小さくできるので、脱水反応をさらに促進することができる。
【００６６】
また、本実施形態では水貯留部１７に貯留されていた水は、ヒートポンプ回路１０を熱源として加熱しているが、電気ヒートや他の機器の排熱を用いてもよい。
【００６７】
放熱時に回収された熱の利用手段は給湯に限定されず、例えば暖房機器などに利用してもよい
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る蓄熱システムは、給湯器、空調設備、工業廃熱の貯蔵等に利用することができ、特に、給湯器に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  反応容器
２  蓄熱材容器
３  蓄熱材
４  第１熱交換部（蓄熱材加熱部）
５  フィン
６  圧縮機
７  蒸発器
８  膨張装置
９  第２熱交換部（熱媒加熱部）
１０  冷媒回路
１１  熱媒回路
１２  凝縮部
１３  傾斜部
１４  第１の水輸送経路
１５  散水部
１６  第２の水輸送経路
１７  水貯留部
１８  第３熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部）
１９  貯留水加熱部
２０  水供給経路
２１  第１の開口部
２２  給湯口
２４  第２の開口部
２５  水蒸気
２６  凝縮水
２９  傾斜角
３０  ポンプ
３２〜３８  弁
３９  温度検知手段
４０  給水口
４１〜４３  弁
４４〜４６  三方弁
６４  反応容器の外壁を含む鉛直面
６５  鉛直面６４からの距離が最大となる凝縮器１２を含む鉛直面
６６、６７  圧力検出手段
【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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